摘要
探究沸石与有机肥增施对作物增产及土壤 CO2 排放特征及碳平衡的各自特征及二者协同效应，为华北砂质潮土固碳、增产的高效农田管理模式提供依据。以北京市大兴区砂质潮土为研究对象，采用田间微区试验，设置不施肥（CK）、常规施肥（T1）、增施沸石（T2）、增施有机肥（T3）、增施沸石和有机肥（T4）5 个处理，系统研究不同处理下春玉米产量、土壤 CO2 排放、土壤碳平衡的变化并探讨其影响因素。结果表明：与 T1 处理相比，T4 处理玉米产量显著增加了 18.25%。在玉米生长初期和施肥后，各处理土壤 CO2 排放速率均表现为先升高后降低的波动趋势。土壤 CO2 累积排放量表现为 T3>T1>T4>T2>CK，与 T1 处理相比，T2、T4 和 T3 处理其累积排放量分别降低了 9.44%、2.39% 和增加了 6.78%；与 T2 处理相比，T3 处理其排放量显著增加了 15.19%。与 T1 处理相比，T2 和 T4 处理显著增加了生态系统碳平衡和土壤固碳潜力，增幅分别为 15.13%、25.45% 和 17.97%、 19.92%，而使作物碳排放速率分别显著降低了 20.93% 和 22.73%。相关分析表明，增施沸石与有机肥处理通过增加土壤湿度及土壤中铵态氮、硝态氮、速效钾、有效磷、土壤微生物生物量碳和氮含量，而降低土壤 CO2 累积排放量、增加玉米产量和生物量。由此，增施沸石与有机肥处理可以作为华北砂质潮土春玉米固碳、增产的适宜农田管理模式。
Abstract
The respective characteristics and synergistic effects of zeolite and organic fertilizer application on crop yield， soil CO2 emissions and carbon balance were explored to provide a basis for establishing an efficient farmland management model for carbon sequestration and yield increase in sandy soil of North China．The micro-plot experiment was conducted on maize in the sandy soil of Daxing district，Beijing city．Five treatments were set up，including no fertilization（CK）， conventional fertilization（T1），adding zeolite（T2），adding organic fertilizer（T3），adding zeolite and organic fertilizer （T4）．Soil CO2 emissions，maize yield，soil carbon balance and their influencing factors under different treatments were systematically studied．The results showed that compared with T1 treatment，maize yield was significantly increased by 18.25% in T4 treatment．In the early stages of maize growth and after fertilization，the soil CO2 emission rates of each treatment showed a fluctuating trend of first increasing and then decreasing．The cumulative CO2 emissions of soil（CE） showed as T3>T1>T4>T2>CK，compared with T1 treatment，the CE of T2，T4 and T3 treatments were decreased by 9.44%，2.39% and increased by 6.78%，respectively；compared with T2 treatment，CE of T3 treatment was significantly increased by 15.19%．Compared with T1 treatment，ecosystem carbon balance and soil carbon sequestration potential were significantly increased by 15.13%，25.45%，and 17.97%，19.92% in T2 and T4 treatments，respectively；however，the crop carbon emission rates was significantly reduced by 20.93% and 22.73%，respectively．Relevant analysis showed that T4 treatment decreased the cumulative CO2 emissions，increased maize yield and biomass by increasing soil moisture，NH4 + -N， NO3 - -N，available potassium，available phosphorus，microbial biomass carbon and nitrogen content．Therefore，adding the application of zeolite and organic fertilizer could be used as a suitable farmland management model for carbon sequestration and yield increase of spring maize in sandy soil of North China.
Keywords
黄淮海地区耕地面积约占全国总面积的 25.0%，其粮食产量约占全国总产量的 26.0%，是我国主要的粮食产地之一。砂质潮土作为该地区广泛分布的土壤类型，其含沙量大，土质疏松，保水能力弱； 土壤有机质分解多、CO2 释放量高，有机质含量低，且速效养分淋溶损失率高，土壤肥力低，土壤保肥性能差，限制该地区农业增产[1-2]。在国内耕地面积日趋减少的情况下，采用合理措施对砂质潮土进行改良，降低该地区土壤 CO2 排放，并提高土壤固碳、保水保肥的潜能，是实现该地区粮食稳产和增产目标亟需解决的问题[3]。
众多研究证实添加沸石和有机肥能有效改善砂质土壤状况和提高作物产量[4]。天然沸石作为一种来源广、价格低、无毒害的环境友好型改良剂可用于砂质土壤改良中[5-6]。沸石因比表面积大、孔隙丰富，使其对水具有较高的吸附容量[7]，Ippolito 等[8]和 Albusaidi 等[9]研究证实沸石施加到砂质土壤中显著增强土壤的持水能力，随沸石施加量的增加，含水量随之增加，土壤有效含水量提升了 5%～15%，使土壤具有较好的保水性能；同时减缓了土壤水分的下渗，有利于水分更好地渗透到植物根际，从而减少灌水量，提高作物水分利用效率、有利于作物生长[7-8]。沸石具有强吸附性和离子交换性，对养分物质（氮、磷、钾离子）具有强烈的吸附力和较高的阳离子交换能力，减少土壤养分淋溶，将养分保留在作物根区，使养分连续缓慢释放，提高作物的肥料利用率和土壤保肥能力[4，10-12]。此外，沸石掺配到砂质土壤中可增加砂质土壤容重、降低孔隙度，提升土壤团聚体的团聚度和结构稳定性，改善土壤物理结构[13-14]。由此可见，沸石在砂地改良方面具有很大的应用潜力。此外，增施有机肥是改善土壤结构、提高土壤有机碳含量和土壤质量最有效的措施之一[13，15]。外源有机质进入土壤可增加土壤有效养分和有机质含量，增强土壤微生物活性，增加 CO2 排放、促进土壤团聚体形成，改善砂质土壤物理结构，进而提升土壤保肥和保水能力，改善了作物生长环境，有助于作物增产[16-17]。由此，施加改良剂和合理施加有机肥可提升土壤质量，达到固碳、保水保肥效果，是实现砂质潮土增产、稳产的重要途径。
现今有关砂质土壤改良措施大多采用增施沸石或有机肥的单一措施，且多关注土壤养分有效性和作物产量，而两者协同作用对砂地玉米产量和土壤环境的影响尚不清楚，而关于沸石、沸石与有机肥配合增施对土壤 CO2 排放和固碳效果的影响更少见报道。农田土壤主要通过根系呼吸和微生物分解产生 CO2 [18]，其排放受土壤温湿度、有机质有效性、胞外酶活性、孔隙度、微生物组成等综合影响[19]。大量研究表明，合理施肥、添加改良剂等改良措施对改善农田土壤理化性质和微生物群落，提升耕地质量，实现作物增产和 CO2 减排、固碳有积极作用[17-18，20]。据此，在前期研究结果的基础上[21]，探究沸石和有机肥协同作用下砂地土壤 CO2 排放、固碳效果及其影响因素，为砂质土壤 CO2 减排、固碳提供依据。
因此，本研究以北京市大兴区砂质潮土为研究对象，采用田间模拟试验，对比分析传统施肥、增施沸石、有机肥及增施沸石与有机肥处理对春玉米产量和土壤 CO2 排放、固碳潜力及其与环境因子的关系，为我国砂质土壤改良、增产和减排提供新措施，对全面了解改良措施对砂质土壤春玉米种植中的固碳潜力提供参考。
1 材料和方法
1.1 试验区概况
试验样地选择在大兴区庞各庄镇常各庄村（北纬 39°58′26″，东经 116°28′32″），该地区属于温带半湿润大陆性气候，年平均气温 11.9℃，年平均降水量 680 mm，海拔 20.2 m。土壤类型为砂质潮土，在 0～20 cm 土层中，<0.002 mm 粉粒占比 9.42%， 0.002～0.02 mm 粘粒占比 15.46%，0.02～2.00 mm 砂粒占比 75.12%；土壤基本理化性质：pH 8.10，电导率（EC）75.61 μS/cm，有机质 13.22 g/kg，全氮 0.84 g/kg，有效磷 38.01 mg/kg，速效钾 112.74 mg/kg。
1.2 试验处理
试验共设 5 个处理，分别为不施肥（CK）、常规施肥（T1）、增施沸石（T2）、增施商品有机肥（T3）、施加沸石和商品有机肥（T4）（表1）。T1、 T2、T3、T4 处理均施用 750 kg/hm2 复合肥作为基肥，在大喇叭口期追施尿素 300 kg/hm2。每个处理 4 个重复，随机排列，每个小区面积为 40 m2，每个小区之间有宽 1 m 的隔离带。种植前肥料和沸石粉均匀撒在地表，然后用旋耕机旋耕。供试玉米品种为‘京科 996’，每公顷播种 67500 株，行距为 60 cm，种植时间分别为 2022、2023 年 5 月 26 日至 9 月 18 日。试验处理连续 2 年，本研究数据获取的是 2023 年的数据。
表1不同处理施肥量
注：复合肥 N-P-K=15-15-15（北京富特来复合肥料有限公司），尿素（N 46.2%，宁夏和宁化学有限公司），沸石（直径 35 μm，河北灵寿县百度沸石厂），有机肥（有机碳 10%、全氮 0.67%，北京奥格尼克生物技术有限公司）。
1.3 指标测定与方法
1.3.1 土壤 CO2 排放速率测定
玉米季土壤 CO2 排放速率采用 LI-8100A 土壤碳通量自动测定仪（Li-Cor，Lincon，NE，USA） 及其自带检测室测定。在测定前 2 d，先将 PVC 底座（直径 20 cm，高 10 cm）均匀插入土壤中，露出土面 4～5 cm，以此降低土壤扰动造成的试验误差。测定时间为晴朗天气上午 9：00—12：00，测定时，将检测室放在 PVC 基座上，测定土壤释放的 CO2，每个小区重复测 3 次。自种植日起 20 d 内每 2 d 测定 1 次，追肥后 1 周内，每 2 d 测定 1 次，其余时间每 7 d 测定 1 次（根据天气变化，调整测定时间），生长季共检测了 33 次。取气的同时监测土壤（10 cm）温度和含水量，并计算出土壤充水孔隙度（WFPS）。
1.3.2 植物样品取样与分析
收获时每个小区随机选择 20 株玉米，取 20 个玉米穗，晾干、脱粒和称重，计算小区产量。其中选择 4 株长势一致的玉米为中心，挖掘 1/2 行距 ×1/2 株距范围内深度为 60 cm 土体的根系，取样后用清水冲洗根系，剔除杂质；同时，取玉米地上部分。玉米植株地上部分和根经 105℃杀青 0.5 h 后，70℃烘干至恒重，测定其生物量。
1.3.3 土壤取样与检测
在小喇叭口、大喇叭口、抽雄期和收获后每个小区随机取 0～20 cm 土壤 5 钻混为 1 个样品，用于土壤理化性质检测与分析。EC 用电导仪测定（水土比 5∶1）；土壤 pH 利用酸度计（水土比 2.5∶1）测定；土壤全氮和有机碳采用元素分析仪（Vario EI， Elementar，German）测定；土壤有效磷和速效钾含量分别采用紫外分光光度计和火焰光度计分析；土壤铵态氮（NH4 +-N）和硝态氮（NO3--N）含量采用流动分析仪（AA3，Bran+Luebbe，German）测定。微生物生物量碳和微生物生物量氮采用氯仿熏蒸-K2SO4 提取-仪器分析法测定，微生物生物量碳和微生物生物量氮的转换系数分别采用 0.38 和 0.54[21]。
1.4 数据处理与分析方法
1.4.1 数据处理
采用 SPSS 24.0 对各项数据进行单因素方差分析，显著性检验采用 LSD 法（P<0.05）。文中数据均为平均数 ± 标准误，用 Origin 2024 作图。
1.4.2 土壤 CO2 排放相关计算
土壤 CO2 累积排放量（CE）：
(1)
式中，CE 为玉米季土壤 CO2 累积排放量（kg/hm2）； Fi 为第 i 次测定土壤 CO2 排放速率[μmol/（m2 ·s）]； （ti+1-ti）为连续 2 次测定间隔时间（d）；n 为测定的总次数。
作物碳排放速率（CEE）：
(2)
式中，CEE 为作物碳排放速率（kg/kg），Y 为玉米产量（kg/hm2），CE 同公式（1）。
碳平衡（NEPC）：
(3)
(4)
(5)
式中，NEPC 为生态系统碳平衡（kg/hm2）；NPPC 为净初级生产力固碳量（kg/hm2）；RmC 为土壤微生物异养呼吸的碳释放量（kg/hm2）；NPPa 为地上生物量（kg/hm2）；NPPb 为地下生物量（kg/hm2）； 0.45 为作物地上和地下部含碳量；0.865 为土壤微生物异养呼吸转化系数；Cs 为土壤固碳潜力。
2 结果与分析
2.1 增施有机肥与沸石对玉米生物量和产量的影响
与 CK 相比，施肥处理显著增加了玉米地上、地下生物量和产量（P<0.05）（图1）。与 T1 处理相比，T2、T3 和 T4 处理玉米地上、地下生物量均有增加趋势，但差异不显著（图1A、B）。与 T1 处理相比，T2、T3 和 T4 处理玉米产量分别增加了 10.19%、12.80%（P>0.05）和显著增加了 18.25% （P<0.05）（图1C）。由此，与传统施肥相比，增施有机肥与沸石对提升玉米生物量和产量起到积极作用。
图1不同处理下玉米生物量（A、B）和产量（C）
注：柱上小写字母不同表示处理之间差异显著（P<0.05）。下同。
2.2 增施有机肥与沸石对玉米土壤 CO2 排放速率动态变化和 CO2 累积排放量的影响
玉米生长初期各处理土壤 CO2 排放速率动态变化趋势基本一致，均呈先升高后下降的波动趋势； 在 6 月 3 日达到峰值，CK、T1、T2、T3 和 T4 处理土壤 CO2 排放速率分别为 3.99、6.86、6.09、7.89 和 7.51 μmol/（m2 ·s）（图2A），表明增施有机肥会增加土壤 CO2 的排放。随后土壤 CO2 排放速率逐渐下降，在 6 月 10 日、6 月 27 日、7 月 27 日、 8月21 日降雨后 3～5 d 内呈上升趋势；而在 7 月 21 日追肥加降雨后，CO2 排放速率呈明显上升趋势，并在 7 月 24 日再次达到峰值，T1、T2、T3 和 T4 处理的最高值分别为 8.85、7.42、8.77 和 8.07 μmol/（m2 ·s），这表明化肥施入土壤能增加土壤 CO2 排放速率。
与 CK 相比，施肥处理显著增加了土壤 CO2 累积排放量（P<0.05），T1、T2、T3 和 T4 处理增幅分别为 65.61%、49.98%、76.84% 和 62.83%（ 图2B）。 T3 处理土壤 CO2 累积排放量最高，为 14919.26 kg/hm2， T2 处理排放量最低，为 12652.63 kg/hm2，较 T3 处理显著降低了 15.19%（P<0.05）；T1 处理为 13971.91 kg/hm2，T4 处理为 13637.71 kg/hm2，较 T1 处理降低了 2.39%（P>0.05）。由此可得，与常规施肥相比，增施有机肥增加了土壤 CO2 排放，增施沸石减少土壤 CO2 排放，而有机肥与沸石配施对土壤 CO2 排放影响不明显。
图2不同处理下土壤 CO2 排放速率（A）与 CO2 累积排放量（B）
2.3 增施有机肥与沸石对土壤理化性质及微生物生物量的影响
不同处理下土壤温度的变化趋势基本一致，呈先升高后降低的趋势，增施沸石后土壤温度稍微降低（图3A）。不同处理下土壤 WFPS 的动态变化趋势基本一致，均呈先降低后升高的波动趋势（图3B），其变化受降雨的影响，整体随着降雨的增加而增加。多数情况下，较 CK 处理，T4 和 T1 处理的土壤 WFPS 均有所提高。土壤 NH4 +-N 和 NO3--N 含量变化趋势一致，玉米生长中后期 T4 处理含量显著高于 T1 处理（P<0.05）（图3C、D）。土壤速效钾和有效磷含量变化一致，在生长后期 T4 处理含量显著高于 T1 处理（P<0.05）（图3E、F）。土壤微生物生物量碳、氮的变化一致，在玉米生长前期 T3 和 T4 处理含量显著高于 T1 处理（P<0.05） （图3G、H）。不同处理土壤 pH、EC、有机碳、全氮含量差异不明显（表2）。由此可得，与传统施肥相比，增施有机肥与沸石提升了土壤 NH4 +-N、 NO3--N、速效钾、有效磷、微生物生物量碳和氮含量。
2.4 影响土壤 CO2 排放和玉米产量的因素
土壤 CO2 排放速率与土壤温度、WFPS、速效钾、NH4 +-N、NO3--N、微生物生物量碳和氮呈极显著正相关关系（P<0.01）；与土壤有机质、全氮和有效磷含量呈显著的正相关关系（P<0.05）。玉米产量与土壤 WFPS、有机质、有效磷、速效钾、NO3--N 含量呈显著的正相关关系（P<0.05），与微生物生物量碳和氮呈极显著正相关关系（P<0.01）。这表明土壤 CO2 排放速率、玉米产量与土壤湿度、速效养分和微生物生物量密切相关（图4）。
图3不同处理下土壤理化性质（A、B、C、D、E、F）和微生物生物量（G、H）变化
表2不同处理收获期土壤理化性质
注：数据后不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
图4土壤 CO2 排放速率、玉米产量与土壤理化性状相关分析
注：SRR 为土壤 CO2 排放速率；Yield 为产量；EC 为电导率；ST 为土壤温度；WFPS 为土壤充水孔隙度；SOC 为土壤有机质；TN 为全氮；AP 为有效磷； AK 为速效钾；AN 为铵态氮；NN 为硝态氮；MBC 为微生物生物量碳；MBN 为微生物生物量氮。Mantel’s 为蒙特尔检验；Pearson’s 为皮尔森相关。
2.5 增施有机肥与沸石对玉米季碳平衡的影响
与 CK、T1 处理相比，T2 和 T4 处理 CEE 分别显著降低了 18.60%、20.45% 和 20.93%、22.73% （P<0.05）（表3）。与 CK 相比，施肥处理显著增加 NPPC 和 RmC（P<0.05），而施肥处理间差异不明显。与 CK 相比，T1、T2、T3 和 T4 处理 NEPC 分别显著增加了 45.99%、68.09%、59.39% 和 83.15%（P<0.05）；与 T1 处理相比，T2 和 T4 处理 NEPC 分别显著增加了 15.13% 和 25.45%（P<0.05）。与 CK 相比，T4 处理 Cs 显著增加了 10.04%（P<0.05）；与 T1 处理相比，T2 和 T4 处理 Cs 显著增加 17.97%、 19.92%（P<0.05）。由此，增施有机肥与沸石处理固碳潜力和碳汇功能最优。
表3不同处理下下玉米季土壤碳平衡
注：CEE、NPPC、RmC、NEPC、Cs 分别为作物碳排放速率、净初级生产力固碳量、土壤微生物异养呼吸的碳释放量、生态系统碳平衡、土壤固碳潜力。
3 讨论
3.1 土壤 CO2 排放对增施有机肥与沸石的响应
农田土壤 CO2 排放主要来自于微生物的异养呼吸和作物根系的自养呼吸[18]。本研究中，各处理土壤 CO2 排放峰值首次出现在 6 月 3 日，这可能是由于该阶段土壤温湿度比较适宜，且基肥中养分转化为微生物提供充足的营养，促进了微生物的异养呼吸；并且该阶段 T3 和 T4 处理的土壤 CO2 排放速率明显高于 T1 和 T2 处理，这是由于有机肥中的大量外源有机碳投入土壤中，直接为微生物提供呼吸底物，促进土壤碳排放[22-23]。到 6 月中旬后，随着有机肥中易降解有机物质的不断消耗，T3 和 T4 处理下土壤 CO2 排放速率变小，与 T1 处理差异不明显。在玉米生长中期（7 月 24 日），各处理均出现土壤 CO2 排放速率峰值，这可能是由于此时段丰富的降水和较高地温可以促进土壤微生物的活性，尤其是在玉米追施尿素后（7 月 21 日），砂质土壤中速效氮含量迅速增加，为微生物和植物生长提供充足氮素，同时玉米根系呼吸作用强烈，从而加快土壤 CO2 排放速率[22-24]。
整个玉米季，与 T1 处理相比，T3 处理增加了土壤 CO2 累积排放，这与王晓娇等[22]、Liu 等[22，25]研究结果一致。可能有以下原因：（1）有机肥添加到砂质土壤中丰富了活性有机碳含量[26]，为微生物呼吸提供充足底物，促进微生物代谢活动，直接增加了 CO2 排放，本研究中微生物生物量碳和氮含量与土壤 CO2 排放速率间为正相关也证实了这一点。（2）增施有机肥可改善土壤肥力，促进作物根系生长和代谢，从而增加了来自根系呼吸作用产生的 CO2 排放，本研究中地下生物量增加也证实这点[22]。（3）外源有机物进入土壤中可能加速了土壤原有的有机质分解并引起正激发效应[24]，这都会导致土壤 CO2 排放的增加。本研究中，与 T1 处理相比，T2 处理在一定程度上降低了土壤 CO2 排放，而沸石和有机肥协同处理对土壤 CO2 排放影响不明显。究其原因可能是，一方面，小粒径（直径 35 μm）沸石粉添加到砂质土壤中增加了土壤容重、降低了孔隙度，在一定程度上降低了土壤氧气含量，导致土壤可利用的氧气减少，抑制微生物和根系的呼吸强度，导致 CO2 排放降低[25]； 另一方面，在砂质土壤中，粘粒含量低，土壤颗粒之间的粘结性较差，不易形成大团聚体，增施沸石和外源有机质可直接或间接地为土壤团聚体提供胶结剂，促进大团聚体形成，且通过物理保护增强土壤团聚体的稳定性，降低土壤碳的分解[13，26]；此外，增施沸石不但能减少土壤水分蒸发，而且沸石具备较强的吸水作用，由此可知，沸石处理下土壤含水量高于 T1 和 T3 处理。由于 CO2 在水中的溶解度大，因此，T2 处理减少 CO2 向地面的扩散[27]。
3.2 土壤 CO2 排放的影响因素
土壤 CO2 排放受多种环境因素影响，不同施肥和改良措施下土壤环境因子的变化致使作物生长和微生物等的响应不同，使得土壤 CO2 排放产生差异[25，27-28]。冉漫雪等[29] 和赵智慧等[30] 研究表明，温度和湿度是影响土壤 CO2 排放的 2 个最重要的因素，且其对温度和湿度的响应存在阈值，当土壤温度或湿度中的某一个因素高于或低于阈值时，另一个因素可能成为影响土壤 CO2 排放的关键因素。这与本研究结果一致，在土壤湿度较高时，玉米苗期土壤 CO2 排放速率随土壤温度升高而升高，而土壤湿度较低时，尽管温度增加，土壤 CO2 排放速率却呈逐渐降低的趋势；生长末期土壤温度和湿度降低，导致土壤 CO2 排放速率降低。分析其原因是在适宜温湿度下，随温度增加，土壤微生物和酶活性增强，同时增强了有机质分解速度和微生物呼吸强度；温度、水分过高或过低均可导致作物根系代谢活动减弱，酶活性和微生物活性降低，抑制了土壤有机质分解速度、微生物和根呼吸强度，因而减少土壤 CO2 排放[19]。当土壤湿度作为限制因子时，增施沸石处理通过提高土壤湿度而在一定程度上提高了土壤 CO2 排放[7-8]。
此外，土壤有机质和氮、磷、钾速效养分含量也是影响土壤 CO2 排放的主要因子[26，28，31]，与本文结果一致，施肥通过提高土壤速效养分含量而促进了土壤 CO2 排放。这是因为肥料施加促进作物生长发育，增强根系代谢和呼吸，同时有机肥增施为微生物提供了丰富的碳源和能源，增加土壤微生物数量及生物量，提高微生物新陈代谢强度，加速土壤养分矿化，进而释放更多的 CO2 [31-35]。这说明不同改良措施尤其是沸石与有机肥协同下砂质潮土 CO2 排放的差异可能受土壤理化及微生物耦合作用的影响，具体的影响机制需要今后进行系统研究和深入探讨。
3.3 玉米产量对增施有机肥与沸石的响应
稳产或增产是评价农业措施最有效的手段，合理施肥和增施改良剂是提高砂质土壤肥力和作物产量的重要管理措施[21-22]。大量研究证实，在施加化肥的基础上增施有机肥或者沸石可更好地改善土壤理化特性和微生物活性，提高作物光合作用、养分利用效率和作物产量[16，21-22，35]，本研究也得到相同结果。分析具体机制可能与传统施化肥相比，增施有机肥可增加砂质土壤中有机质和其他养分含量，同时沸石通过对水分、氮、磷、钾强吸附，减少水分和养分损失，增加了砂质土壤 WFPS、 NH4 +-N、NO3--N、速效钾、有效磷含量，合理的土壤含水量和养分促进微生物的生长与活性，并通过微生物对碳、氮的固持进一步减少养分损失，提高玉米对水分和养分的利用效率，进而提高作物产量[7，11，13，21]。因此，增施沸石与有机肥模式可作为提高砂质潮土玉米产量和该类型农田可持续生产的有效方式，而在砂质潮土改良中最优沸石与有机肥配施比率还需系统研究。
3.4 玉米生长季的碳平衡对增施有机肥与沸石的响应
CEE 取决于玉米籽粒产量和土壤碳排放量，能较好地体现农田系统中经济效益和环境效益的关系[14，28，31，36]。本研究中，T1 和 T3 处理碳排放量、CEE 均高于 T2 和 T4 处理，其主要原因是 T2 处理 CO2 排放量低，而 T4 处理增加了玉米地上、地下部分的碳积累和玉米产量，因而降低了 CEE。NPPC 和 NEPC 是评估农田生态系统碳平衡的主要指标，NPPC 和 NEPC 为正时，农田系统为碳汇，净固定碳；NPPC 和 NEPC 为负时，农田系统为碳源，净排放碳[14，36]。本研究中，所有处理玉米季土壤 NEPC 值均为正值，说明玉米季砂质潮土是大气 CO2 的吸收“汇”，这与李金等[36]研究中旱作春玉米田可作为“碳汇”的结果相吻合，这可能是因为本研究区耕层土壤有机质相对较低，且玉米季固定大量的碳。与 T1 处理相比，T2 和 T4 处理农田碳汇增加显著，综合来看，T4 处理土壤固碳潜力最大。这可能是由于 T2 处理具有较低的土壤碳排放量和较高 NPPC，而 T4 处理具有最高的 NPPC，虽然抵消了较高的土壤碳排放量，但仍然增加 NEPC，因而增强了玉米田土壤碳汇作用和 Cs。与 T1 处理相比，T3 处理虽提高了 NPPC，但由于其最高的土壤碳排放量，导致 NEPC 和 Cs 无明显变化。这可能是由于砂质潮土土壤疏松，且玉米季雨热同季，土壤酶活性和微生物活性较高，有机肥施入后，大部分直接被微生物分解生成 CO2，少部分被作物和微生物固定。因此，改变华北平原潮土春玉米种植过程中现有的施肥模式，科学合理增施沸石和有机肥对于砂质潮土农田春玉米固碳、增产起到积极作用。
4 结论
与传统施肥相比，增施沸石和有机肥处理增加土壤湿度及土壤 NH4 +-N、NO3--N、速效钾、有效磷、微生物生物碳和氮含量，降低土壤 CO2 累积排放、增加玉米产量和生物量，显著降低了 CEE，增加了 NEPC 和 Cs。综合土壤固碳和增产效果，增施沸石与有机肥可以作为华北砂质潮土春玉米提升土壤质量、提高产量和碳汇的推荐农田管理模式。
