摘要
为探究有机肥等氮替代化肥对补充耕地有机碳库及其组分和水稻产量的影响，通过 4 年（2019—2022 年）田间定位试验，设置 5 个处理：不施氮（N）肥（DM0）、化肥单施（100% 化肥 N，DM1）、40% 鸡粪肥 N+60% 化肥 N（DM2）、40% 蚯蚓粪肥 N+60% 化肥 N（DM3）、40% 菜籽饼肥 N+60% 化肥 N（DM4）。结果表明： （1）有机肥等氮替代较 DM1 处理提高水稻平均产量 5.05% ～ 9.83%；其中，DM3 和 DM4 处理的增产效果显著优于 DM2 处理，增幅达 4.03% ～ 4.54%；（2）有机肥等氮替代改善土壤理化性质，降低土壤容重 0.05 ～ 0.18 g/cm3 ，提升 pH 值 0.22 ～ 0.33，提升土壤有机碳（SOC，6.92% ～ 24.62%）、全氮（TN，10.00% ～ 32.22%）、碱解氮 （AN，15.78% ～ 22.49%）、有效磷（AP，7.45% ～ 13.72%）、速效钾（AK，8.92% ～ 25.14%）含量；（3）土壤碳库组分中，显著积累可溶性有机碳（DOC，13.07% ～ 31.26%）、易氧化有机碳（ROC，47.68% ～ 71.68%）、颗粒有机碳（POC，57.89% ～ 133.33%）及微生物量碳（MBC，7.96% ～ 131.76%）含量。腐殖质组分胡敏酸（HA， 11.59% ～ 18.75%）、胡敏素（HUM，13.13% ～ 20.37%）含量及总量（HDM，18.03% ～ 24.75%）同步增加。随机森林模型分析表明，SOC（贡献率 7.77%）、TN（7.65%）、DOC（6.81%）、POC（5.12%）、AN（5.00%）、AP （4.50%）、ROC（4.23%）、AK（4.16%）是产量提升的关键驱动因子。综上所述，40% 有机氮替代通过优化土壤理化性质并扩增活性碳库，提高了水稻产量，其中蚯蚓粪与菜籽饼的综合改良效果更优，为补充耕地地力与农业碳中和提供了科学依据。
Abstract
To elucidate the regulatory mechanisms of organic fertilizer substitution for chemical fertilizer on soil organic carbon pools，their components，and rice yield in reclaimed farmland，a four-year（2019—2022）field positioning experiment was conducted with five treatments：no nitrogen（N）fertilizer（DM0），chemical fertilizer alone（100% chemical N，DM1），40% chicken manure N+60% chemical fertilizer N（DM2），40% vermicompost N+60% chemical fertilizer N（DM3）and 40% rapeseed cake N+60% chemical fertilizer N（DM4）. The results showed that：（1）Organic N substitution treatments increased rice yield by 5.05%-9.83%，compared to DM1 treatment. Among the treatments，DM3 and DM4 treatments significantly outperformed DM2 treatment，with yield increases of 4.03%-4.54%.（2）Organic N substitution improved soil physicochemical properties：soil bulk density decreased by 0.05-0.18 g/cm³，pH increased by 0.22-0.33 units，and the contents of soil organic carbon（SOC），total nitrogen（TN），alkali-hydrolyzable nitrogen （AN），available phosphorus（AP）and available potassium（AK）were significantly increased by 6.92%-24.62%， 10.00%-32.22%，15.78%-22.49%，7.45%-13.72% and 8.92%-25.14%，respectively.（3）In terms of soil carbon pool components，significant accumulation was observed in dissolved organic carbon（DOC），readily oxidizable organic carbon （ROC），particulate organic carbon（POC）and microbial biomass carbon（MBC），which increased by 13.07%-31.26%， 47.68%-71.68%，57.89%-133.33% and 7.96%-131.76%，respectively. Humic acid（HA），humin（HUM）and total humus（HDM）were also increased significantly by 11.59%-18.75%，13.13%-20.37% and 18.03%-24.75%，respectively. Random forest model analysis revealed that SOC，TN，DOC，POC，AN，AP，ROC and AK were the key driving factors for yield improvement，with contribution rate of 7.77%，7.65%，6.81%，5.12%，5.00%，4.50%，4.23% and 4.16%， respectively. In conclusion，40% organic N substitution optimized soil physicochemical properties and expanded the active carbon pool，thereby increasing rice yield. Among the organic fertilizers，vermicompost and rapeseed cake demonstrated superior comprehensive improvement effects，providing a scientific basis for enhancing soil fertility and achieving agricultural carbon neutrality in reclaimed farmland.
土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳储存库，其碳储量分别达到陆地植被碳库的 2～3 倍和大气碳库的2倍[1]，通常情况下，土壤碳库可分为无机碳库和有机碳库两部分，其中无机碳库相对稳定，可在土壤中存留上千年，且不受土地利用和人为干扰的影响；而土壤有机碳库则是土壤碳库中的活性成分，其少量的变化即可对全球碳循环和气候变化产生影响[2-3]。此外，土壤有机碳（SOC）可以提高土壤肥力、促进微生物和生物多样性，直接关系到耕地的质量和作物的产量[4]。
基于周转速率差异，土壤 SOC 可分为活性碳库和稳定性碳库。活性碳库半衰期为数周至数年，主要包括可溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳 （ROC）、颗粒有机碳（POC）及微生物生物量碳 （MBC），这部分 SOC 是一种有效碳，在调节土壤养分循环和肥力评价方面发挥着关键作用。如 DOC 的高迁移性和生物可利用性使其成为微生物代谢的主要碳源[5]；土壤 ROC、POC 等在调控土壤养分的循环与分配、评估土壤肥力状况等方面扮演着举足轻重的角色[6-7]；MBC 作为土壤微生物量的主要组成和土壤碳的重要来源，容易分解、活性高，直接参与陆地生态系统养分循环、掉落物的分解和有机质转化等过程[8-9]。稳定性碳库中，矿物结合态有机碳（MOC）通过矿物-微生物残体结合实现长期固存[10]。腐殖质组分[胡敏酸（HA）、富里酸 （FA）和胡敏素（HUM）]则通过化学结构差异调控生态功能[11]：HA 因分子量大、官能团丰富，在土壤团聚体形成和养分调控中作用突出[12]；FA 的高氧化活性对 HA 的形成与分解具有重要作用[13]； HA 在土壤结构的形成及土壤对养分供应和调控方面较 FA 具有更为重要的作用[14]；HUM 的矿物结合特性使其成为最稳定的碳形态[15]。
土壤 SOC 组分在土壤中易受施肥等田间管理措施的影响。长期研究表明，施用化肥可能导致土壤 ROC、POC 含量降低[16]，但稳定了 MOC 的含量[17]；而有机肥或有机无机肥配施可显著提升游离态 POC 含量，但对 MOC 含量影响有限[18]。在腐殖质响应方面，牛云梦等[19]研究发现，长期施用有机肥后，土壤可提取腐殖物质、HUM 和 HA 含量有所提高，但低量有机肥与低量氮肥配施、高量有机肥与低量氮肥配施则降低了 10～30 cm 土层土壤 FA 的含量。Li 等[20]研究发现，连续 10 年应用蘑菇渣基质后可显著增加稻田 HA 含量，但对 FA 含量无显著影响，仝利红等[21]的研究表明，长期施用有机肥有利于提高土壤 HA、FA 含量。当前，关于施肥对土壤 SOC 组分的影响尚存在多样化的结论。
我国人均耕地面积有限，耕地资源紧缺。补充耕地是解决我国耕地资源短缺问题的关键途径。但由于其成土时间短、熟化度低，普遍存在有机质匮乏、团聚体稳定性差、微生物活性低等问题，严重制约其生产功能的发挥。因此，快速提升这类土壤的有机质含量，改善其结构稳定性，已成为当前耕地质量建设亟待解决的重要科学问题。有机培肥是改良补充耕地的重要手段，但有机肥养分含量相对较低，少量单施很难完全满足植物对养分的需求，而化肥过量施用导致水体富营养化、环境污染等问题[22-23]。因此，有机肥配施化肥被认为是协调土壤培肥与作物高产的有效措施。目前，众多研究已探讨了在肥力较高的成熟耕地上有机肥与化肥配施对土壤有机质及其组分和作物产量提升的影响，但补充耕地因其独特的“低有机质-弱结构-贫微生物”的特征，可能产生不同的有机碳及组分和产量的响应，且针对补充耕地土壤有机碳及其组分的研究较少。基于上述科学问题，本研究以宅基地复垦形成的补充耕地为研究对象，通过 4 年定位试验，探究有机肥等氮替代化肥（4∶6替代）对土壤理化性质、SOC 组分的影响，并解析其与水稻产量的关系。研究结果可为补充耕地快速培肥、碳库优化管理及可持续利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
本研究在江苏省扬州市邗江区公道镇（119° 19′10″E，32°34′13″N）的补充耕地开展。该地块原为农村宅基地，2012 年因村庄拆迁后进行了就地客土复垦。2014 年起实施水稻-小麦轮作系统以提高土地利用效率，截至 2019 年，土壤 pH 值为 6.57，总 SOC 含量为 6.86 g/kg，全氮（TN）含量为 0.42 g/kg，有效磷（AP）含量为 11.9 mg/kg，速效钾（AK）含量为 191 mg/kg。试验地属亚热带季风气候，年平均气温 15℃，年平均降水量 1063.2 mm，多集中在 6—9 月。
1.2 试验材料与设计
自 2019 年起，在每年水稻种植季度，采用不同类型有机肥等氮替代化肥氮试验，替代比例为 4∶6，设置 5 个处理，3 次重复，随机区组设计。每个重复小区面积为 36 m2 （4.5 m×8 m）。具体试验处理如下：不施氮肥（DM0）、100% 化肥 N （DM1）、40% 鸡粪肥 N+60% 化肥 N（DM2）、40% 蚯蚓粪肥 N+60% 化肥 N（DM3）、40% 菜籽饼肥 N+60% 化肥 N（DM4）。各处理施氮量均为 300 kg/hm2 （DM0 除外）（表1）。有机肥与磷肥作为基肥一次性深施；氮肥按照基肥∶分蘖肥∶穗肥为 3∶3∶4 的比例进行撒施；钾肥按照基肥∶穗肥为 2∶1 的比例进行撒施。每年6月中旬进行机插秧移栽，水稻品种为南粳 3908，秧龄为 3.5～4.0 叶，栽培密度约为 26.7×104 穴 /hm2。为防止肥料串流，小区间设 40 cm 高塑料隔板（入土深度≥ 10 cm）进行小区间物理隔筑，周围设置保护区，参照当地管理模式。
供试有机肥分别为鸡粪（C 16.6%、N 1.6%、 P2O5 1.2%、K2O 0.7%，沈阳昊远环境服务有限公司）、蚯蚓粪（C 14.5%、N 2.0%、P2O5 1.7%、K2O 1.0%，江苏地力有机肥料科技有限公司，原料为牛粪）、菜籽饼（C 38.1%、N 4.2%、P2O5 2.3%、K2O 1.6%，扬州大学试验农牧场）。供试化肥为尿素 （N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）、氯化钾（K2O 60%）。
表1不同施肥处理设计
1.3 样品采集与测定
1.3.1 水稻产量测定
每年于水稻成熟期，采用“梅花法”进行采样，每个小区选择 3 个邻近的取样点（含对角线取样点的中心点）。每点收割 1 m2 （1 m×1 m）水稻，人工脱粒后经除杂、晒干，称量净重（干谷重量），测量多次后取平均值，并计算出水稻每公顷实测产量。
1.3.2 土壤取样及测定方法
2022 年水稻收获后，采用“梅花法”（5 点混合）采集 0～15 cm 耕层土壤，去除杂质，一部分样品带回实验室风干、磨碎后过 0.85 和 0.15 mm 尼龙筛，用于土壤理化性质及 SOC 含量的测定，另一部分新鲜土样过 2 mm 尼龙筛， 4℃低温保存，用于 SOC 组分含量测定。土壤容重的测定采用环刀法[24]。土壤碱解氮（AN）、 AP、AK 测定参见《土壤农化分析》[25]。土壤 SOC、TN 测定采用元素分析法（Vario EL cube， Elementar，德国）。土壤 DOC 采用 0.5 mol/L K2SO4 浸提（土液比 1∶5）—TOC 分析仪测定[26]。土壤 ROC 采用 333 mmol/L KMnO4 氧化—比色法 （波长 565 nm）测定[27]。土壤 POC 采用六偏磷酸钠分散-密度浮选法（1.85 g/cm3）测定[28]，土壤 MOC 采用残余法（MOC=SOC-POC）测定[29]。土壤 MBC 采用氯仿熏蒸—K2SO4 提取法（熏蒸 24 h）测定[30]，由苏州科铭生物技术有限公司测定。土壤腐殖质及其组分测定采用焦磷酸钠-氢氧化钠溶液提取，由苏州科铭生物技术有限公司测定。
1.4 数据分析和方法
采用 SPSS 26.0 对数据进行单因素方差分析 （ANOVA），采用 Duncan 法对数据进行多重比较，结果以重复的算术平均值和标准差为准，显著性水平设定为 P<0.05。数据的相关性分析使用 Origin 2019 完成。利用 R 4.3.1 中的“randomForest” 包和“rfPermute”包进行随机森林分析，以量化土壤养分和不同碳组分对作物产量影响的相对重要性，同时，使用 R 4.3.1 中的“A3”包来评估模型的显著性。
2 结果与分析
2.1 有机肥等氮替代化肥对水稻产量的影响
图1为有机肥等氮替代化肥对水稻产量的影响。结果表明，施肥处理对水稻 4 年平均产量具有极显著影响（F=55.61，P<0.001）。DM0 处理产量最低，仅为 5.55 t/hm2，显著低于所有施肥处理 （P<0.05），较 DM1 处理减产 24.28%。DM1 处理产量为 7.33 t/ hm2，虽显著高于 DM0 处理（P<0.05），但显著低于 DM3、DM4 处理（P<0.05）。DM2 处理产量为 7.70 t/hm2，较 DM1 处理增产 5.05%，而 DM3 和 DM4 处理的产量分别为 8.01 和 8.05 t/hm2，较 DM1 处理分别增产 9.28% 和 9.83%，但二者在产量上无显著差异（P>0.05）。
图1有机肥等氮替代化肥对水稻产量的影响
注：数据基于 2019—2022 年 4 年产量平均值；不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
上述结果表明，40% 有机氮替代化肥可提升水稻产量 5.05%～9.83%，其中 DM3 和 DM4 处理的增产效果优于 DM2 处理。
2.2 有机肥等氮替代化肥对土壤理化性质的影响
表2为有机肥等氮替代化肥对土壤理化性质的影响。结果表明，施肥处理改变了土壤理化性质。与 DM1 处理相比，有机肥等氮替代化肥处理均降低了土壤的容重，提高土壤 pH 值 0.22～0.33，土壤 SOC、 TN、AN、AP 和 AK 含量分别增加 6.92%～24.62%、 10.00%～32.22%、15.78%～22.49%、7.45%～13.72%、 8.92%～25.14%。在不同有机肥处理中，DM3 和 DM4 处理在综合改善土壤理化性质方面优于 DM2 处理。
表2有机肥等氮替代化肥对土壤理化性质的影响
注：表中同列小写字母不同表示同一土层不同处理间差异显著（P<0.05）。
2.3 有机肥等氮替代化肥对土壤活性有机碳组分的影响
图2为有机肥等氮替代化肥对土壤活性有机碳组分的影响。结果表明，与 DM1 处理相比，有机肥等氮替代显著提升土壤活性碳库含量。其中，土壤 DOC 含量增加 13.07%～31.26%，ROC 含量提高 47.68%～71.68%，POC 含量显著增加 57.89%～133.33%，MBC 的含量提升 7.96%～131.76%。在不同有机肥处理中，DM3 和 DM4 处理对土壤活性有机碳组分的提升幅度优于 DM2 处理。
图2有机肥等氮替代化肥对土壤活性有机碳含量的影响
2.4 有机肥等氮替代化肥对土壤矿物结合态有机碳含量的影响
图3为有机肥等氮替代化肥对 MOC 含量的影响。结果表明，与 DM1 处理相比，与活性有机碳相反，各有机肥等氮替代处理使土壤 MOC 含量呈轻微下降的趋势，降低幅度为 2.06%～7.64%，但处理间差异不显著（P>0.05）。
2.5 有机肥等氮替代化肥对土壤腐殖质组分的影响
图4为有机肥等氮替代化肥对土壤腐殖质及其组分的含量。结果表明，土壤腐殖质含量为 14.05～16.69 g/kg、HUM 含量为 9.36～11.27 g/kg、HA 含量为 1.41～2.31 g/kg、FA 含量为 2.60～3.60 g/kg。与 DM1 处理相比，各有机肥等氮替代化肥均显著增加了土壤腐殖质、HUM、HA 的含量（P<0.05），增幅分别为 11.59%～18.75%、13.13%～20.37%、 18.03%～24.75%，但对 FA 含量无显著影响（P>0.05）。在不同有机肥处理中，腐殖质、HUM、HA 含量差异不显著（P>0.05），但 DM3 处理的 FA 含量显著高于 DM2 处理（P<0.05）。
图3有机肥等氮替代化肥对矿物结合态有机碳的影响
图4有机肥等氮替代化肥对土壤腐殖质及其组分含量的影响
2.6 水稻产量、土壤理化指标及土壤有机碳组分的相关关系
图5为水稻产量、土壤理化指标、SOC 及其组分之间的相关性分析，其中水稻产量采用 4 年平均值进行分析。相关分析表明，水稻产量与土壤 pH、SOC、 TN、AN、AP、AK、DOC、ROC、POC、MBC、腐殖质、HA 呈显著正相关（P<0.05），但与土壤 MOC、 HUM、FA 无显著相关性（P>0.05）。
土壤 pH 与 DOC、ROC、POC、HDM、HUM、HA 呈显著正相关（P<0.05），与 MOC 呈显著负相关（P<0.05），而与 MBC、FA 无显著相关性 （P>0.05）。土壤容重（BD）仅与 MBC 呈显著负相关性（P<0.05），与其他有机碳组分均无显著相关性（P>0.05）。此外，土壤养分指标（TN、AN、 AP、AK）均与活性碳组分及 HA 呈显著正相关 （P<0.05），而与 MOC、HUM、FA 无显著相关性 （P>0.05）。
图5水稻产量、土壤理化性质、土壤有机碳及其组分的相关关系
注：YD 为水稻产量，BD 为土壤容重，SOC 为土壤有机碳，TN 为土壤全氮，AN 为土壤碱解氮，AP 为土壤有效磷，AK 为土壤速效钾，POC 为可溶性有机碳，ROC 为易氧化有机碳，POC 为颗粒有机碳，MBC 为微生物生物量碳，MOC 为矿物结合态有机碳，HDM 为腐殖质，HUM 为胡敏素，FA 为富里酸， HA 为胡敏酸；* 表示 P<0.05。下同。
2.7 水稻产量与土壤理化指标、有机碳组分的随机森林模型分析
图6为基于随机森林模型的水稻 4 年平均产量与土壤理化指标及有机碳组分的关系分析。结果表明，各指标对水稻产量的总解释率为 75.95%。其中土壤 SOC、TN 对水稻 4 年平均产量的相对重要性最高（P<0.001），贡献率分别是 7.77% 和 7.65%； DOC（6.81%）、POC（5.12%）、AN（5.00%）、AP （4.50%）、ROC（4.23%）及 AK（4.16%）对产量的相对重要性较高（P<0.05），而其余指标的贡献率较低。综上所述，SOC、TN、AN、AP、AK、DOC、 POC 及 ROC 是水稻产量提升的关键驱动因子。
图6水稻产量与土壤理化指标、有机碳组分的随机森林模型
注：方差解释率代表特征与目标的关联规律，数值越高，特征与目标的关联越紧密；均方误差增加百分比代表衡量特征对预测的重要性。* 表示 P<0.05，** 表示 P<0.01。
3 讨论
3.1 有机肥等氮替代化肥对补充耕地土壤肥力及有机碳库的影响
本研究通过 4 年田间定位试验发现，与单施化肥相比，40% 有机氮替代化肥处理显著提升了土壤 SOC 6.92%～24.62%、TN 10.00%～32.22% 及速效养分含量（AN 15.78%～22.49%；AP 7.45%～13.72%；AK 8.92%～25.14%）（表2），这与常规耕地中“有机培肥-土壤提质”的经典模式一致[31-33]。然而，补充耕地因初始 SOC 本底值极低（6.86 g/kg），其碳库构建路径呈现独特的“ 快速启动”特征，具体表现为有机氮替代显著提升 DOC （13.07%～31.26%）、ROC（47.68%～71.68%）、 POC（57.89%～133.33%）及 MBC（7.96%～131.76%） 含量（ 图2），这一现象可归因于（1） 研究区域初始 SOC 本底值较低，碳氮比仅为 16.33，导致微生物处于碳限制状态，外源有机肥中易分解组分（碳水化合物、蛋白质）的输入迅速激活微生物活性，驱动有机碳的快速矿化，部分分解产物和配施化肥氮作为微生物细胞体的构成物质，形成土壤 MBC，同时产生大量 DOC 和 ROC 等中间产物[34]。（2）本研究的前期研究显示，与单施化肥相比，采用有机肥等氮替代措施均能提高补充耕地土壤中 >0.25 mm 团聚体的含量[35]，其物理包被作用有效降低了 POC 的矿化速率[36]。
土壤腐殖质组分动态是评价土壤碳库稳定性的重要指标。本研究发现，有机氮替代提升了土壤 HDM 11.59%～18.75%、HUM 13.13%～20.37% HA 18.03%～24.75% 含量（图4），这与长期有机培肥提升腐殖质稳定性的研究结论一致[37-38]。然而，有机氮替代化肥处理对 FA 影响较少，与潘占东等[39]的研究结果存在差异。这种差异可能源于补充耕地初始 SOC 含量低（6.86 g/kg），导致外源有机肥输入后引发强烈的微生物代谢响应，促使易分解组分（如纤维素、氨基酸）通过微生物同化作用加速 FA 向 HA 的转化[40]，从而提升结构性腐殖质含量。因此，在补充耕地上实施有机氮替代不仅增加腐殖质总量，还可通过优化腐殖质组分显著增强土壤碳库稳定性。
不同类型有机肥对土壤肥力及有机碳库的影响存在显著差异。本研究发现，相较于鸡粪处理，蚯蚓粪、菜籽饼处理使土壤 SOC 含量分别提升了 16.12%、16.56%；TN 含量分别提升了 20.20%、 18.18%；AN 含量分别提升了 2.43%、5.79%；AP 含量分别提升了 5.58%、5.84%；AK 含量分别提升了 14.89%、13.31%（表2），这种差异主要源于有机肥的物料特性，蚯蚓粪肥具有较高的孔隙率、良好的曝气与排水能力，有利于土壤理化性质的改良[41]，菜籽饼肥则因其高有机质和养分，能够为土壤微生物提供丰富的碳源，促进微生物的繁殖和活动，在土壤中释放更多的有效养分[42]，相比之下，鸡粪施入土壤后，初期养分释放过快易引发养分淋失[43]。
在土壤活性碳组分方面，相较于鸡粪处理，蚯蚓粪和菜籽饼肥处理提升了土壤活性碳组分含量，土壤 DOC 分别增加了 3.40% 和 16.09%，ROC 含量分别提高了 16.25% 和 15.15%，POC 增幅达 36.67% 和 47.78%，MBC 分别提升了 31.55% 和 114.67%，但对 MOC 无显著影响（P>0.05）（图2）。这一差异主要归因于与鸡粪相比，蚯蚓粪与菜籽饼肥施用降低了土壤容重（降幅达 2.29%～9.92%），土壤疏松度得以提升，显著改善了氧气扩散条件，为好氧微生物活动创造了适宜环境，从而加速有机肥矿化并释放 DOC 和 ROC。另外，与蚯蚓粪和菜籽饼肥相比，鸡粪中含有较高的盐分（本研究中，鸡粪、蚯蚓粪、菜籽饼电导率值分别为 3.80、 2.84、2.67 mS/cm），导致 DOC、ROC 的生成受限[44]。在提高土壤 POC 方面，本研究的前期研究结果表明，与鸡粪相比，蚯蚓粪与菜籽饼肥处理通过胶结作用使 >0.25 mm 团聚体比例显著增加[35]，为 POC 提供了物理保护位点，降低其矿化速率[45]，更有利于 POC 在壤中的积累。在提高土壤 MBC 方面，蚯蚓粪和菜籽饼肥比鸡粪存在更多的 DOC 和 ROC，可为微生物提供更多底物，促进微生物活性，增加土壤 MBC 的含量。另外，蚯蚓粪和菜籽饼肥同样含有丰富的有机质，其分解过程中释放出大量的微生物活性物质，如单糖、氨基酸和有机酸，这些物质不仅能够直接增加土壤中的 MBC 含量，还能够为土壤微生物提供丰富的碳源，促进微生物的繁殖和活动，进一步促进 MBC 的生成[46]。因此，在农业生产中，相较于鸡粪，优先使用蚯蚓粪和菜籽饼肥作为主要的有机肥料，可实现土壤有机质的持续提升和农业的可持续发展。
3.2 有机肥等氮替代化肥对补充耕地水稻产量的影响
已有大量研究表明，有机肥配施化肥能够提高作物产量[47-49]。本研究同样证实，在补充耕地中，40% 有机氮替代化肥可使水稻平均产量提升 5%～10%，通过整合土壤碳与养分相关分析及随机森林模型分析发现，土壤“碳-养分互作”是提升水稻产量的主要原因，活性有机碳组分（如 DOC 和 ROC）作为微生物代谢的主要能源[50]，通过驱动氮、磷矿化过程显著提升养分的有效性。本研究中，土壤有机碳组分（SOC、DOC、ROC、POC、 MBC）与养分指标（TN、AN、AP）均呈显著正相关（P<0.05）（图5），表明活性碳库的积累通过微生物介导的养分转化提升了土壤肥力。进一步通过随机森林模型分析表明，土壤 SOC、TN、AN、AP、 AK、DOC、POC、ROC 是产量提升的关键驱动因子（图6），产量提升的关键驱动因子贡献率依次为 SOC（7.77%）>TN（7.65%）>DOC（6.81%）>POC（5.12%）>AN（5.00%）>AP（4.50%）>AK （4.16%）（图6）。其中，SOC 与 TN 的协同贡献率 （15.42%）显著高于单一因子，说明了“碳氮互作” 在补充耕地水稻产量提升中的核心作用。
不同有机肥的等氮替代处理对水稻增产效果呈现显著差异，表现为 DM3、DM4>DM2（图1）。这种差异主要源于与鸡粪相比，蚯蚓粪和菜籽饼肥提高了土壤 SOC、TN、AN，提高幅度分别为 16.12%～16.56%、18.18%～20.20%、2.43%～5.79 %（表2），随机森林模型表明，SOC 与 TN 的协同贡献率达 15.42%（图6），碳氮互作提高了水稻产量。另外，蚯蚓粪与菜籽饼肥显著提高了活性碳组分含量，DOC、ROC、POC、MBC 提高幅度分别为 3.40%～16.09%、15.15%～16.25%、 36.67%～47.78%、31.55%～114.67%（图2），其中，DOC 和 ROC 作为微生物代谢的速效碳源，通过激发效应促进氮、磷活化（AN 与 DOC、ROC 的相关系数分别为 0.888、0.899，P<0.01；AP 与 DOC、ROC 的相关系数分别为 0.792、0.814，P<0.01），提高活性有机碳库含量协同提升土壤的供肥能力，从而促进了水稻产量的提高。
4 结论
（1）与化肥单施相比，有机肥等氮替代化肥能改良耕地土壤的理化性质，提高水稻产量。
（2）与化肥单施相比，有机肥等氮替代化肥能够提高耕地土壤有机碳、活性有机碳、腐殖质、胡敏素和胡敏酸的含量，促进土壤腐殖化。
（3）3 种有机肥中，蚯蚓粪和菜籽饼肥等氮替代化肥的效果在培肥土壤和提高水稻产量方面优于鸡粪。