摘要
以鄢陵县一银杏苗圃园土壤为试验对象，以园内银杏凋落物为试验材料设置田间试验，探究银杏凋落物还田对土壤腐殖质组分的影响，为提高苗圃地土壤肥力、合理利用凋落物等提供科学依据。试验共设置 5 个处理，即不输入凋落物（CK）、1.50 kg·m-2 凋落物平铺在土壤表层内（T1）、3.00 kg·m-2 凋落物平铺在土壤表层内（T2）、1.50 kg·m-2 凋落物与土壤混合（T3）、3.00 kg·m-2 凋落物与土壤混合（T4）。通过室外采样和室内实验测定相关土壤性质，分析银杏凋落物输入方式对土壤养分及酸碱性、有机碳及腐殖质组分的影响。银杏凋落物还田 1 年后，结果表明：（1）与 CK 相比，各处理均可不同程度提高土壤养分及腐殖质组分碳的含量，且能显著降低土壤 pH。（2）与 T1 处理相比，T2、T3、T4 处理土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有机碳含量均显著增加。T2、T3 处理土壤碱解氮、有效磷含量无显著差异；T4 处理使土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、有机碳含量与 CK 相比分别增加了 14.04 g·kg-1、0.46 g·kg-1、9.28 mg·kg-1、35.62 mg·kg-1、98.71 mg·kg-1、8.14 g·kg-1。（3）银杏凋落物还田后，各处理腐殖质组分碳含量表现为 T4>T3>T2>T1，T4 处理使土壤腐殖质碳、富里酸碳、胡敏酸碳、胡敏素碳含量与 CK 相比分别提升了 189.33%、162.96%、213.68%、74.05%，土壤胡敏酸占可提取腐殖质的值由 52.00% 提升到 56.40%，胡敏酸和富里酸比值由 1.08 提升至 1.30，土壤腐殖化程度显著增加。综上，银杏凋落物与土壤混合后还田的方式能显著提高土壤腐殖质组分的碳含量，是值得推荐的提升土壤肥力的方案。
Abstract
A field experiment was conducted to investigate the effects of ginkgo leaf litter on soil humus components in ginkgo nursery in Yanling county，so as to provide scientific basis for improving soil fertility and utilizing litter rationally. There were 5 treatments in the experiment material，including no litter（CK），1.50 kg·m-2 litter spread in soil surface layer（T1）， 3.00 kg·m-2 litter spread in soil surface layer（T2），1.50 kg·m-2 mixed with soil（T3），3.00 kg·m-2 mixed with soil （T4）. Soil properties were measured by outdoor sampling and indoor experiments，and the effects of ginkgo leaf litter input on soil nutrients，pH，organic carbon and humus were analyzed. One year after returning litter to the field，the results showed：（1）Compared with CK，all treatments increased soil nutrient and humus carbon content，and significantly reduced soil pH.（2）Compared with T1 treatment，the contents of soil organic matter，total nitrogen，alkali hydrobyzed nitrogen available phosphorus，available potassium and organic carbon increased significantly in T2，T3 and T4 treatments. There was no significant difference between T2 and T3 treatments in soil available phosphorus and alkali hydrobyzed nitrogen contents. The contents of soil organic matter，total nitrogen，alkali hydrobyzed nitrogen available phosphorus，available potassium and organic carbon were increased by 14.04 g·kg-1，0.46 g·kg-1，9.28 mg·kg-1，35.62 mg·kg-1，98.71 mg·kg-1 and 8.14 g·kg-1，respectively.（3）After the ginkgo leaf litter was returned to the field，the carbon content of humus components showed as T4>T3>T2>T1，the content of humic carbon，fulvic acid carbon，humic acid carbon and humin carbon increased by 189.33%，162.96%，213.68% and 74.05%，respectively，and the ratio of soil fulvic acid in extractable humus increased from 52.0% to 56.4%，the humic acid and fulvic acid ratio increased from 1.08 to 1.30，and the humic degree of soil increased significantly. The method of mixing ginkgo leaf litter with soil and returning it to the field can significantly increase the carbon content of soil humus components，which is a recommended approach to improve soil fertility.
Keywords
土壤腐殖质是土壤有机质（SOM）的主要成分[1]，具有改善土壤结构和调控土壤养分供应的功能[2]，在调节土壤碳循环和提升土壤肥力等方面发挥着重要作用[3-4]。凋落物作为一种天然的外源有机物，在微生物的作用下不断被分解形成土壤腐殖质[5-6]。凋落物的添加可以提高土壤富里酸碳和胡敏酸碳的含量[7]，表明凋落物还田能够增加土壤腐殖质组分碳的含量。鄢陵县地处亚热带－暖温带气候过渡区，由于气候特殊，处于此地带的苗圃较多，苗木交易势头发展迅猛，但苗圃地土壤质量问题日趋严重。一方面，长期起苗带走土壤表层腐殖土，致使土壤质量下降；农户为了提高苗木产量过度使用化肥，土壤的团粒结构遭到破坏，导致土壤肥力逐年降低。另一方面，苗木凋落物常年堆积不仅会对苗圃园带来火灾危害，而且会浪费这种可以提升土壤肥力的“天然肥”。因此，将凋落物以不同方式还田，探究凋落物还田对土壤腐殖质的影响，不仅能大量减少化肥的投入，还能将凋落物进行合理利用。
苗圃土壤在生产过程中被带走大量的有机质，随着耕种时间推移，土壤肥力会下降[8]。将厌氧消化污泥施于苗圃土壤明显提高了 SOM 和氮、碳等营养元素的含量，有助于提高苗圃土壤的肥力[9]。在土壤中添加生物质炭、牛粪等外源添加物可显著增加土壤中胡敏酸、富里酸、胡敏素含量，并优化腐殖质组分[10-11]。蔬菜废弃物还田时，废弃物中有机物质经微生物分解转化为腐殖物质，进而增加土壤腐殖质含量[12]。秸秆还田能显著提高土壤有机碳（SOC）含量[13]，将秸秆与土壤均匀混合后还田能显著提高土壤腐殖质各组分碳含量，其中土壤腐殖质碳在秸秆还田 3 个月后提升了 20.35%[14]。而凋落物作为苗圃园区域内生态系统的一部分，本着养分循环的原则，试验将园内苗木凋落物归还于土壤。研究发现，将凋落物还田后，不易分解物质的增多为土壤腐殖质的生成提供了必要的原料，从而加速了土壤腐殖质的生成[15]。Lajtha 等[16] 研究了凋落物还田和去除对土壤碳的影响，在凋落物还田的情况下，表层土壤的碳含量增加 27%。凋落物是植物向土壤进行营养物质转化的关键载体，凋落物还田后，土壤中的全氮（TN）含量和碳氮比也会有所提高[17]。
目前，关于添加物提升土壤肥力的研究多集中于添加污泥、生物炭、秸秆、化肥和有机肥等外源性物质，但有关凋落物添加对土壤肥力的影响及合理添加方案的研究较少。基于此，本研究以鄢陵县苗圃土壤为研究对象、银杏凋落物为试验材料，通过田间试验分析凋落物不同还田方式下研究区域土壤酸碱性、养分含量、有机碳以及腐殖质碳组分的变化特征，以探究凋落物的合理利用途径，为提升鄢陵县苗圃土壤肥力提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验地点位于河南省鄢陵县陈化店镇一处苗圃园（34°08′N，114°11′E）。鄢陵县位于河南省中东部，属黄河泛滥和双洎河冲积而成的冲积平原，海拔 50～65 m。该地区属于暖温带半湿润性季风气候，年平均气温 14.3℃，年降水量为 700 mm。研究区苗圃土壤类型为脱潮两合土，主要种植树种为银杏树（Ginkgo biloba L.），树龄 10 年，通常每年 6、9 月份进行两次除草和割灌，11 月份清理园内凋落物，不进行额外浇水和施肥。
1.2 试验材料
1.2.1 供试土壤
试验前土壤基本理化性质：pH 值 7.72、SOM 13.69 g·kg-1、TN 0.76 g·kg-1、碱解氮（AN）45.00 mg·kg-1、有效磷（AP）8.47 mg·kg-1、速效钾（AK） 135.07 mg·kg-1。
1.2.2 供试凋落物
试验所用凋落物为银杏树凋落物，收集园内所有凋落物并混合均匀，进行检测。银杏树凋落物含水量 17.60%，低温烘干后 SOC、TN、全磷、全钾含量分别为 500.74、13.16、2.59、3.26 g·kg-1。
1.3 试验设计
试验于 2019 年 12 月布设，采用随机区组设计。设置两种还田方式（平铺和混合）及两种还田量（1.50、3.00 kg·m-2）。3.00 kg·m-2 为试验区凋落物的年平均产量；1.50 kg·m-2 为半量。为防止土壤扰动的影响，对照组土壤挖出后直接回填，共 5 种处理，每个处理设置 3 次重复，共设置 15 个小区，小区面积为 1.0 m2 （长 1 m，宽 1 m）。
收集 15 个小区范围的凋落物进行均匀混合后，将凋落物分别进行平铺和混合方式还田，其中平铺凋落物的方法是将土壤挖出 20 cm 后回填 10 cm，将凋落物平铺至 5～10 cm 处，再将其余土壤回填； 混合凋落物的方法是将 0～20 cm 土层土壤挖出后，将凋落物与挖出的土壤均匀混合后，将土壤和凋落物混合物回填于小区中。具体试验设计如表1所示。
表1试验设计
1.4 样品采集
试验 1 年后进行样品采集。不同处理方式下凋落物均处于半分解状态。每个小区按五点法对小区表层（0～20 cm）土壤进行取样，并充分混合。将凋落物残体、碎石和根系及其他杂物去除后，用四分法选取适量的土壤装于准备好的密封袋中，标记处理以及小区编号。土壤样品自然风干后，过 0.149 和 2.00 mm 的土筛用于土壤各项分析测定。
1.5 样品测定
土壤 pH 采用 pH 计法测定（水∶土 =2.5∶1）。 SOC 采用 K2Cr2O7 和 H2SO4 氧化、FeSO4 滴定法测定。TN 采用全自动凯氏定氮仪测定。AN、AP、 AK 测定方法参考《土壤农化分析》[18]。腐殖质碳分组方法采用腐殖质组分修改法（0.1 mol·L-1 NaOH 和 0.1 mol·L-1 Na4P2O7 混合液） 提取，提取的腐殖质碳组分有富里酸碳（FAC）、胡敏酸碳 （HAC）和胡敏素碳（HMC），用 TOC 分析仪（德国耶拿 Multi N/C 2100）进行测定[19]。可提取腐殖质碳（FAC、HAC 之和）用腐殖质碳（HC）表示。PQ 值是胡敏酸在可提取腐殖质（即富里酸和胡敏酸的总和）中所占的比值，是衡量土壤腐殖质稳定程度的重要参数[20]。胡敏酸和富里酸比值（胡富比）可反映腐殖化芳构化程度、聚合度以及稳定性[21]，也可以表示土壤肥力的优良性[22]。
1.6 数据处理
用 Excel 2021 对数据进行处理后，用 SPSS 27.0 进行单因素方差分析、多重比较（LSD 法）和相关性分析，分析凋落物还田对土壤酸碱性和养分含量、SOC 及土壤腐殖质组分的影响，以及土壤养分与腐殖质组分间的相关性。图表中数据为平均值 ± 标准差。
2 结果与分析
2.1 凋落物还田对土壤酸碱性和养分含量的影响
凋落物还田后各处理对土壤酸碱性和养分含量的影响见表2。凋落物还田后可以使表层土壤中的 SOM、TN、AN、AP 和 AK 含量有所增加，且差异显著。表层土壤中，T4 处理的各养分含量最高，其次是 T3 处理（除有效磷含量低于 T2 处理外）， T1 处理的养分含量最低。其中 T4 处理与 CK 相比， SOM 含量上升了 14.04 g·kg-1，TN 含量上升了 0.46 mg·kg-1，AN 含量上升了 9.28 mg·kg-1，AP 含量上升了 35.62 mg·kg-1，AK 含量上升了 98.71 mg·kg-1。因此，T4 处理更有利于 SOM 和 TN、 AN、AP、AK 含量的提升。
2.2 凋落物还田对土壤有机碳的影响
凋落物还田后，各处理的 SOC 含量的变化见图1。与 CK 相比，表层土壤中各处理均不同程度地提高了 SOC 含量，且差异显著。各处理表现为 T4>T3>T2>T1，其中 T4 处理 SOC 含量为 15.63 g·kg-1，与 CK 相比上升了 108.68%，显著高于其他处理。T3、T2、T1 处理 SOC 含量分别为 12.42、10.45、8.88 g·kg-1，与 CK 相比分别上升了 65.82%、39.52%、18.56%。
表2凋落物还田对 0～20 cm 土层土壤酸碱性和养分含量的影响
注：同列不同小写字母表示处理还田方式间酸碱性及养分含量差异显著（P <0.05）。
图1凋落物还田对土壤有机碳的影响
注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
2.3 凋落物还田对土壤腐殖质组分的影响
各处理对腐殖质组分的影响见表3。由表3可以看出，表层土壤中各处理土壤腐殖质组分的含碳量均比 CK 有着不同程度的上升。与 CK 相比，T4、 T3、T2、T1 处理下 HC 含量分别提升了 189.33%、 147.11%、112.44%、52.89%；FAC 含量分别提升了 162.96%、130.56%、102.78%、48.15%；HAC 含量分别提升了 213.68%、162.4%、121.37%、57.26%； HMC 含量分别提升了 74.05%、30.92%、8.21%、 3.82%。因此，T4 处理表层土壤的腐殖质各组分碳含量有显著提高，其次是 T3 处理，T1 处理的腐殖质各组分碳含量最低。
凋落物还田后各处理的 PQ 值变化见图2。由图2可以看出，各处理的表层土壤的 PQ 值与 CK 相比均有不同程度的提高，各处理表现为T4>T3>T2>T1，其中 T4 处理的提升最为明显，从 52.00% 上升到 56.40%。由此可见，T4 处理更能提升土壤 PQ 值。
表3凋落物还田对 0～20 cm 土层土壤腐殖质组分的影响
注：同列不同小写字母表示凋落物还田方式间腐殖质组分碳含量差异显著（P <0.05）。
凋落物还田后各处理的胡富比变化见图3。由图3可以看出，各处理表层土壤的胡富比均大于 1，与 CK 相比均有提升。T4、T3、T2、T1 处理的胡富比分别为 1.30、1.23、1.19、1.15，均大于 CK。
图2凋落物还田对土壤腐殖化程度的影响
注：PQ 值为胡敏酸占可提取腐殖质的值。下同。
图3凋落物还田对胡富比的影响
注：胡富比为胡敏酸和富里酸的比值。下同。
2.4 土壤养分与土壤腐殖质组分相关性
为了更好地探讨土壤养分与土壤腐殖质组分之间的关系，将土壤酸碱性、土壤养分、SOM 与各腐殖质组分进行相关性分析（图4）。结果表明，土壤 pH 与土壤 HC、FAC、HAC、PQ 值、胡富比均呈极显著负相关；SOM 与土壤 HC、FAC、 HAC、PQ 值、胡富比均呈极显著正相关；TN 与土壤 HC、FAC、HAC、PQ 值、胡富比均呈极显著正相关；AN 与土壤 HC、FAC、HAC、PQ 值、胡富比均呈极显著正相关；AP 与土壤 HC、FAC、HAC、 PQ 值、胡富比均呈极显著正相关；AK 与土壤 HC、FAC、HAC、PQ 值、胡富比均呈极显著正相关。
土壤 pH 与 TN、AN、AP、AK、SOC 均呈极显著负相关；土壤 SOM、TN、AN、AP、AK、SOC 均两两呈极显著正相关。土壤 HC、FAC、HAC、 PQ 值、胡富比均两两呈极显著正相关。
图4土壤养分与土壤腐殖质组分间的相关性分析
注：* 表示 P<0.05，** 表示 P<0.01，*** 表示 P<0.001。
3 讨论
凋落物还田能够改变土壤养分含量，提高土壤肥力，在保持森林生态平衡方面具有至关重要的作用[23-24]。本试验中凋落物还田的不同处理均能够显著降低土壤 pH，这与张林等[25]的研究结果一致，可能是凋落物在还田的处理下经分解和腐殖化，转变为腐殖质，而腐殖质中含有的腐殖酸导致土壤 pH 降低[26]。土壤 pH 与腐殖质组分呈极显著负相关，这与前人研究结果相一致[27]。研究结果表明，凋落物还田后各处理 SOM 均有显著提升，主要是因为土壤微生物会将凋落物部分地转化为新的 SOM，同时也能分解土壤中原有的 SOM[28]。因此，凋落物还田能够显著提升 SOM 的含量[29]。银杏凋落物含有丰富的营养元素，如氮、磷、钾等[30]。这些元素在凋落物分解过程中逐渐释放到土壤中，从而提高土壤中的养分含量。Si 等[31] 研究将银杏叶堆肥作为土壤改良剂，结果表明，银杏叶堆肥能够显著降低土壤 pH，同时增加了土壤的养分含量，这与本试验结果相似。前人研究表明[32]，土壤 TN 含量随着凋落物的添加而增加。凋落物分解向土壤中释放养分，进而改变了土壤 TN 含量，凋落物也可以通过改变土壤微生物的数量和结构来改变土壤 TN 含量，本试验结果与之相似。土壤 TN 与腐殖质组分呈极显著正相关，说明土壤 TN 与腐殖质各组分的形成存在显著促进作用，这与林春英等[33]研究结果基本吻合。这由于土壤 TN 提高了微生物的数量与活性，同时也为腐殖质的合成提供氮源[34]。在凋落物与土壤混合添加的条件下，土壤 AN 和 AK 均高于对照土壤[35]，张晓曦等[36] 的研究表明，银杏凋落物与土壤混合后可显著提高土壤 AP 含量，T2、T4 处理结果与之相似，且 3.00 kg·m-2 凋落物与土壤混合的处理（T4）能显著提高土壤的养分含量，这可能是由于多量凋落物与土壤混合后，凋落物分解为土壤提供了充足的碳氮组分，从而提高了土壤养分含量[37]。相关性分析表明，土壤腐殖质组分和腐殖化程度与土壤养分呈极显著正相关，这与王丽洁等[38]相关性研究一致。
凋落物是 SOC 的重要来源[39]。本研究结果显示，凋落物还田使 SOC 含量得到了提升，可能是凋落物中易被分解和利用的有机碳含量较高，能够迅速有效地增加 SOC 的含量[40]，这与 Cotrufo 等[41]、沈杨阳等[42]的研究结果一致。Guo 等[43]的研究结果表明，将银杏落叶与玉米秸秆混合后还田能显著提高 SOC 的含量。已有研究表明，秸秆与土壤混合后还田比未混合还田更有利于提高土壤 SOC 含量[44-45]。本试验研究结果与之相同，凋落物与土壤混合还田使凋落物与土壤充分接触，加速了微生物对凋落物的分解和 SOC 的积累[46]，因此，将凋落物与土壤混合后还田能有效地增加 SOC 含量。相关性分析表明，SOC 含量与土壤腐殖质组分呈极显著正相关，这与王均艳等[47]相关性研究一致。
在本研究凋落物还田的 4 个处理中，土壤腐殖质组分含碳量均有不同程度的提升，这表明凋落物还田能促进土壤腐殖质的合成[48]。T1、T2 处理对银杏园土壤腐殖质组分影响较小，而 T3、T4 处理能够不同程度地促进土壤腐殖质的合成，这表明 SOM 的腐殖化与凋落物的还田方式存在关联。刘谣等[49]研究表明，凋落物自然输入的处理中土壤胡敏酸和富里酸的含量显著高于凋落物去除的处理。这主要是由于凋落物输入土壤后腐解，为土壤提供大量的外源有机碳输入，从而提高土壤微生物量及其活性，进而增加土壤腐殖质含量[50-51]。一般认为 PQ 值越高，SOC 的腐殖化程度越高[52]。研究结果显示，T4 处理后，土壤 HAC 含量及 PQ 值均有提高，这可能是由于凋落物还田后，提高了土壤有效态氮含量[53]，从而降低土壤碳氮比，此时土壤腐殖化程度提高[54]。而土壤与多量凋落物均匀混合这一过程可能对凋落物机械破碎作用较大，增加了凋落物与土壤的接触面积，进一步促进凋落物分解和土壤腐殖化。HAC 占土壤腐殖质组分比重较大，本研究结果中 HAC 含量显著提高，这表明凋落物还田在一定程度上有利于提高土壤腐殖质的品质[55]，有助于土壤肥力的提升。土壤中 HAC、 FAC 和 HMC 之间均呈两两极正相关，说明土壤腐殖质组分之间存在着紧密的内在联系[56]。
4 结论
（1）银杏凋落物还田不同处理均可使土壤养分、SOC 及腐殖质碳组分含量增加，且能有效提升土壤 PQ 值、胡富比，提高土壤腐殖化程度；3.00 kg·m-2 的银杏凋落物平铺还田可有效提高土壤腐殖质碳组分含量。
（2）银杏凋落物与土壤混合还田条件下，1.50 和 3.00 kg·m-2 凋落物均可有效培肥土壤，且能一定程度降低土壤 pH，调节土壤酸碱平衡，提高土壤养分含量；推荐 3.00 kg·m-2 银杏凋落物与土壤混合的还田方式，对提升土壤腐殖质组分的碳含量、增加腐殖化程度以提升土壤肥力的作用最佳。