全 文 ：中国农业科学 2016,49(21):4096-4106
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.21.004

收稿日期：2016-04-11；接受日期：2016-06-01
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项（201103005）、英国牛顿基金（BB/N013484/1）、中国农业科学院科技创新工程
联系方式：周国朋，E-mail：zhouguopeng29@163.com。通信作者曹卫东，E-mail：caoweidong@caas.cn


多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土
有机质及可溶性有机质的影响
周国朋 1,2，曹卫东 1,3，白金顺 1，聂 军 4，徐昌旭 5，曾闹华 1，高嵩涓 1,2，王艳秋 1,6，志水胜好 7
（1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，中国北京 100081；2 中国农业科学院研究生院，中国北京 100081；
3 青海大学/青海省农林科学院土壤肥料研究所，中国西宁 810016；4 湖南省土壤肥料研究所，中国长沙 410125；5 内蒙古师范大学生命科学与技术
学院，中国呼和浩特 010022；6 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，中国南昌 330200；7 鹿儿岛大学农学部，鹿儿岛，890-8580，日本）

摘要：【目的】综合评价中国南方不同水稻土多年冬种紫云英配施化肥的培肥效应。【方法】在湖南紫潮泥、
江西黄泥田双季稻区设置了连续 7年的田间定位试验，比较冬闲（CK）、紫云英（MV）、紫云英+40%化肥（MV+40F）、
紫云英+60%化肥（MV+60F）、紫云英+80%化肥（MV+80F）、紫云英+全量 100%化肥（MV+100F）、单施全量 100%化
肥（100F）共 7 个处理的稻田土壤有机质（OM）、可溶性有机质（DOM）含量及其光谱学特性。【结果】湖南紫潮
泥土壤 OM 和可溶性有机碳（DOC）含量、DOM 的荧光吸光强度明显高于江西黄泥田，可溶性有机氮（DON）含量、
DOM 的紫外-可见吸收峰值则相反。土壤 OM 在两地均表现为 MV 处理显著高于其他多数处理（黄泥田 MV+100F 处
理除外）；同 100F 相比，MV+100F 处理降低了湖南紫潮泥、但增加了江西黄泥田的土壤有机质；而绿肥种植体
系下随着配施化肥量的增加，绿肥对两类土壤 OM 的贡献降低。种植绿肥配施 80%—100%化肥，土壤 DOC 含量较
100F 高（黄泥田 MV+100F 除外），但单种绿肥（MV）以及绿肥配施 40%—60%化肥对两地土壤 DOC 影响不尽一致。
单种植绿肥能够降低两类土壤 DOC/SOC，其中，在江西黄泥田上显著低于 100F 处理；两类土壤上种植翻压绿肥，
随着配施化肥量的增加，土壤 DOC/SOC 随之增加（黄泥田 MV+100F 除外），表明配施化肥量越高其活化土壤碳库
的作用越强。种植绿肥较 100F 能够有效降低土壤 DON 含量（黄泥田 MV+100F 处理除外），且在湖南紫潮泥上更
为显著。紫外-可见光谱分析发现，绿肥及绿肥配施 40%—60%化肥下，两类土壤 DOM 的紫外-可见吸收峰值较 100F
低，且 E250/E365 值随配施化肥量的增加而降低，表明随着配施化肥量的增加，土壤 DOM 分子量增大，分子结
构越稳定。荧光光谱分析发现，两类土壤可溶性有机质均以类富里酸为主；与 100F 相比，单种绿肥（MV）以及
绿肥配施化肥（黄泥田配施 40%—60%化肥）能够增加土壤 DOM 的荧光强度，降低 DOM 的腐殖化指数（HIX）。【结
论】种植紫云英能有效促进稻田土壤有机质积累，配施化肥降低紫云英对土壤有机质积累的贡献。绿肥配施化
肥能够提高土壤碳库活性，并且增加可溶性有机质的分子量及腐殖化程度，进一步解释了配施化肥降低紫云英
对土壤碳库贡献。
关键词：紫云英；水稻；化肥；土壤有机质；可溶性有机质；光谱学特性

Effects of Different Fertilization Levels on Soil Organic
Matter and Dissolved Organic Matter in Two Paddy Soils
After Multi-Years’ Rotation of Chinese Milk Vetch and
Double-Cropping Rice
ZHOU Guo-peng1,2, CAO Wei-dong1,3, BAI Jin-shun1, NIE Jun4, XU Chang-xu5, ZENG Nao-hua1,
GAO Song-juan1,2, WANG Yan-qiu1,6, Shimizu Katsuyoshi7

21 期 周国朋等：多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响 4097

(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences /Key Laboratory of Plant
Nutrition and Fertilizer, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 2Graduate School, Chinese Academy of Agricultural Sciences,
Beijing 100081, China; 3Soil and Fertilizer Institute, Qinghai Academy of Agricultural and Forestry Sciences/Qinghai University, Xining
810016, China; 4Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province, Changsha 410125, China; 5Institute of Life Science and Technology,
Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China; 6Institute of Soil & Fertilizer and Resource & Environment, Jiangxi Academy
of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China; 7Faculty of Agriculture, Kagoshima University, Kagoshima, 890-0065, Japan)

Abstract: 【Objective】The objective of this study was to evaluate the integrative effects of Chinese milk vetch in corporation
and its combination with different rates of fertilizer on soil fertility of paddy field in Southern China. 【Method】 Soil samples were
collected from the 6-7 years’ experiments located in Hunan (purple alluvial soil, PA soil) and Jiangxi (yellow clayey soil, YC soil).
Seven treatments were designed: winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), sole incorporation of milk vetch (MV), and MV
combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The soil organic matter (OM), dissolved
organic matter (DOM) and their spectroscopy characteristics were investigated.【Result】The OM content, dissolved organic carbon
(DOC) content and DOM’s fluorescence intensity were significantly higher in the PA soil than those in the YC soil, but the content
of dissolved organic nitrogen (DON) and the UV-Vis absorption peaks of DOM appeared opposite trends. The OM content of MV
treatment was higher than those in other treatments in both the two soils, except for MV+100F in the YC soil. Compared with 100F,
MV+100F reduced the OM content in the PA soil, while increased it in the YC soil. The accumulation of OM tended to decrease
with the increase of fertilizer application after the MV being incorporated. The DOC content was increased in MV+80F and
MV+100F treated soil (except for MV+100F in YC soil) when compared to 100F, while the MV, MV+40F and MV+60F treatments
showed different effects in the two soils. The MV treatment increased the DOC/SOC ratio in two types of soils, and the ratio was
significantly lower than 100F’s in YC soil. The DOC/SOC ratio tended to increase with the increase of fertilizer application after the
MV being incorporated (except for MV+100F YC soil), it showed that combination with more fertilizer would be more beneficial to
activation of the soil carbon pool. The MV treatment had lower DON content than 100F (except for MV+100F YC soil), especially in
the PA soil. The UV-Vis spectrometric analysis indicated that the UV-Vis absorption peak of DOM in the treatments of green manure
and its combination with 40%-60% fertilizer was lower than that in 100F treatment, and the E250/E365 value decreased with the
increase of fertilizer addition, it indicated that DOM had the higher molecular weight and more stable molecular structure with the
increase of fertilizer application. The fluorescence spectrometric analysis indicated that the fulvic-like humic was the main
component of DOM in the two types of soils. Higher fluorescence intensity of DOM than 100F was found in most treatments with
MV except for MV+80F and MV+100F in the YC soil, while the humic index was reduced.【Conclusion】OM content was improved
by the green manure incorporation, green manure combination with fertilizer could reduce MV’s contribution to OM. After the green
manure incorporated, the activity of soil carbon pool and DOM’s humic index increased with the increase of fertilizer, and these
could be the reasons why green manure combination with fertilizer reduced MV’s contribution to OM.
Key words: Astragalus sinicus; rice; chemical fertilizer; soil organic matter; dissolved organic matter; spectroscopy characteristics

0 引言
【研究意义】水稻是中国的重要粮食作物之一，
土壤培肥对水稻持续高产稳产起着至关重要的作用。
紫云英（Astragalus sinicus）作为一种主要的水田豆科
绿肥，翻压还田能够促进土壤有机碳的积累；由于其
自身具有生物固氮、活化土壤养分的作用，研究表明
其可以替代 20%—60%的无机肥[1]。土壤可溶性有机
质（dissolved organic matter，DOM）在土壤形成、养
分迁移与释放中起着重要作用，其动态变化能灵敏地
反应土壤有机碳的循环与平衡趋势。有研究认为芳香
化和腐殖化指数高的 DOM 更稳定，生物可利用性低、
容易被吸附，更有利于土壤有机质的积累[2-3]，但来源
于土壤有机质活化降解的 DOM 增多意味着土壤有机
质稳定性降低。【前人研究进展】长期定位试验表明
翻压绿肥能够培肥土壤，改善土壤理化特性，提高作
物产量[4-6]。DOM 作为土壤有机质中较活跃的组分，
其能够迅速反映绿肥还田后的生产及生态效应[7]。施
用有机肥在短期内能够迅速提高土壤 DOM 含量，随
着施肥时间的延长 DOM 含量不断减少，但始终高于
无机肥处理[8-9]；而增施氮肥能够增加土壤对碳的固持
进而引起可溶性有机碳（dissolved organic carbon,
4098 中 国 农 业 科 学 49 卷

DOC）含量下降[10]。随着光谱学在农业学科领域运用，
更有较多科研工作者开始关注 DOM 的结构分析，借
此以探索土壤有机碳的转化[11-12]。【本研究切入点】
施肥能够引起土壤 DOM 含量及组分的变化[10]，但有
关不同施肥水平对土壤 DOM 含量变化的研究较少；
且对于土壤 DOM 结构影响的研究多集中于室内培养
及施肥水平单一的田间试验 [13-14]，不同施肥水平对土
壤 DOM 结构的影响更鲜有报道。【拟解决的关键问
题】本研究借助湖南、江西两地区紫云英-双季稻定位
试验，分析两类水稻土有机质与 DOM 含量、DOM 组
成以及紫外-可见、荧光光谱特征，了解多年绿肥利用
下不同化肥水平对两种水稻土的培肥效应，为南方双
季稻区耕作及施肥方式提供科学指导。
1 材料与方法
1.1 试验区自然状况
在湖南、江西两地分别设置试验。湖南试验区位
于湖南省南县三仙湖乡万元桥村（北纬 29°13′，东经
112°28′，海拔高度 30 m），属中亚热带到北亚热带
的过渡区，季风湿润气候，年平均气温 16.6℃，年平
均降水量 1 237.7 mm，年日照时间 1 775.7 h。江西试
验区位于江西省丰城市张巷镇范桥村（北纬 28°07′，
东经 115°56′，海拔高度 25.4 m），属中亚热带季风
气候区，年平均气温 15.3—17.7℃，年平均降水量
1 552.1 mm，年日照时间 1 935.7 h。两地供试土壤性
状见表 1。

表 1 土壤基本性质
Table 1 The basic properties of soil
地点
Site
土壤类型
Soil types
有机质
Organic matter
(g·kg-1）
全氮
Total N
(g·kg-1)
碱解氮
Alkali.N
(mg·kg-1)
有效磷
Avail.P
(mg·kg-1)
有效钾
Avail.K
(mg·kg-1)
pH
(H2O)
湖南 Hunan 紫潮泥 Purple alluvial soil 48.4 3.28 261 15.6 98 7.7
江西 Jiangxi 黄泥田 Yellow clayey soil 25.0 1.80 155 6.00 109 5.2

1.2 试验设计
试验设 7 个处理：（1）冬闲且不施化肥（CK）；
（2）紫云英（MV）；（3）紫云英+40%化肥（MV+40F）；
（4）紫云英+60%化肥（MV+60F）；（5）紫云英
+80%化肥（MV+80F）；（6）紫云英+100%化肥
（MV+100F）；（7）100%化肥（冬闲、当地优化推
荐施肥量，100F）。小区面积 20 m2，重复 3 次，随
机区组排列。
肥料施用：供试氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、
过磷酸钙和氯化钾。两地早稻全量化肥用量一致（优
化推荐施肥量：N150 kg·hm-2、P2O5 75 kg·hm-2、K2O
120 kg·hm-2）；减施化肥处理按比例减少后施用，其
中湖南只减量氮钾肥，江西为氮磷钾同时减量。施肥
时，磷、钾肥全部作基肥，氮肥按基肥﹕分蘖肥﹕穗
肥=4﹕3﹕3 分 3 次施用。基肥在插秧前 1 d 施用，分
蘖肥在移栽后 5—7 d 撒施；穗肥在主茎幼穗长 1—2
cm 时施用。紫云英播种量 30 kg·hm-2，于每年 9 月下
旬采用稻底套播。紫云英翻压前测定各小区鲜草产量，
在早稻移栽前 10—15 d 按 22 500 kg·hm-2用量就地翻
压作绿肥，并将多余的紫云英移作他用。湖南晚稻除
不翻压紫云英外肥料施用量和施肥方法同早稻相同；
江西晚稻同湖南晚稻施肥方法一致，但施肥量为 N180
kg·hm-2、P2O5 75 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2。在水稻整
个生育期内，各处理农田管理措施完全一致。
湖南、江西均为连续 7 年（2008—2014 年）种植
翻压紫云英。每年 3 月底播种早稻，4 月中、下旬移
栽。晚稻于 6 月中旬播种，7 月中、下旬移栽。
1.3 样品采集及项目测定
2014 年 11 月 4 日、11 月 5 日分别收获江西、湖
南晚稻并取样，采集 0—20 cm 的耕层土，每小区随机
采 5 点，混匀后根据四分法取土壤样品 1 kg 左右，分
取一半放入冰箱 4℃保存以提取土壤 DOM 与测定土
壤含水量，另一半在室内风干，磨细过 2 mm 和 0.25
mm 筛以备分析之用。
土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定。DOM 浸提：
称取 60 g 新鲜土样，土水比 1﹕2（鲜土重量（g）﹕液
体体积（mL）），室温下 200 r/min 振荡 5 h 后，4℃、
12 000 r/min 离心 15 min，并过 0.45 μm 滤膜，滤液
4℃冷藏保存用于化学指标及紫外-可见、荧光光谱的
分析测定。DOM 化学组成测定：采用 TOC/N 仪（德
国耶拿 multi N/C2100）测定 DOC、可溶性总氮（total
nitrogen，TN），连续流动分析仪（德国，SEAL
21 期 周国朋等：多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响 4099

AutoAnalyzer3）测定无机氮，DON 为 TN 减去无机氮。
DOM 光谱分析：上述含 DOM 溶液调整 DOM 浓度至
同一浓度（2 mg·L-1）进行光谱分析。紫外-可见光谱
利用紫外-可见分光光度计（北京瑞利，UV2100）进
行扫描，波长范围 190—400 nm，选取在 253 和 365 nm
波长处的吸光值进行分析。采用荧光分光光度计（天
津港东，F-380）进行荧光光谱扫描，固定激发波长
350 nm，发射光谱从 370—600 nm 进行扫描；利用发
射波长在 435—480 nm 与 300—345 nm 波段内的荧光
强度积分值的比率（固定激发波长 Ex=254 nm）计算
DOM 腐殖化指数（Humic index，HIX）[15]。
1.4 数据分析
数据采用 SAS 8.1 统计软件进行方差分析，采用
Origin Pro8.5 作图。
2 结果
2.1 多年翻压绿肥配施不同用量化肥对土壤有机质
的影响
不同处理对 2 种类型水稻土土壤有机质（OM）
含量具有一定的影响（图 1），但因土壤类型的不同
而表现出一定的差异：湖南紫潮泥土壤 OM 含量显著
高于江西黄泥田，但两地均以 MV 处理的土壤 OM 最
高。同 100F 相比，湖南紫潮泥 MV 处理土壤 OM 显
著增加了 8.3 g·kg-1，增幅为 17.1%；其余配施化肥处
理与 100F 没有统计性差异，但绿肥配施化肥各处理，
随着化肥量增加土壤 OM 呈现下降的趋势。而在江西
黄泥田上，MV 显著高 100F 6.4 g·kg-1，增幅为 18.6%，
明显大于湖南的增幅；此外，与湖南明显不同的是，
MV+100F 有增加土壤 OM 的趋势，而其余绿肥配施
化肥处理同样呈现与湖南一致的趋势。
综上，土壤 OM 在两地均表现出 MV 处理显著高
于其他多数处理（黄泥田 MV+100F 处理除外）。同
100F 相比，MV+100F 处理降低了湖南紫潮泥、但增
加了江西黄泥田的 OM。可见绿肥在 OM 较低的土壤
上培肥效果更为明显；且随着化肥量的增加会降低绿
肥对两类土壤 OM 的贡献。
2.2 多年翻压绿肥配施不同用量化肥对土壤可溶性
有机质含量的影响
不同处理对两种类型水稻土土壤可溶性有机质
（DOC）含量具有一定的影响（图 2），但因土壤类
型的不同而表现出一定的差异。其中湖南紫潮泥土壤
DOC 平均高于江西黄泥田 1 倍以上，但两地分别以
MV+100F 和 MV+80F 处理的土壤 DOC 最高。同 100F
相比，湖南紫潮泥上种植翻压绿肥各处理土壤 DOC
含量较高，其中 MV+100F、MV+80F、MV+40F 达到
显著水平，且 MV+100F 处理较 100F 高 61.5%。而在
江西黄泥田上，绿肥及绿肥配施 40%化肥较 100F 能
显著降低土壤 DOC 含量，这与湖南土壤明显不同；
与湖南类似，MV+80F 能够显著提高土壤 DOC 含量，
较 100F 高 16.7%。整体上看，引入种植绿肥后，两类
土壤 DOC 含量均呈现随着配施化肥量的增加而提高
（江西 MV+100F 处理除外）。综上，绿肥配施 80%

土
壤
有
机
质
O
rg
an
ic
m
at
te
r (
g·
kg
-1
)

不同字母表示不同处理间在 5%水平差异显著；图中 CK、MV、MV+40F、 MV+60F、MV+80F、MV+100F、100F 依次代表冬闲不施化肥、紫云英、
紫云英+40%化肥、紫云英+60%化肥、紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥、100%化肥。下同
Different letters above the bars are significantly different among the treatments at the 5% level．Winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), pure
incorporation of milk vetch (MV), and MV combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The same below

图 1 不同处理土壤有机质含量
Fig. 1 Soil organic matter contents in different treatments
4100 中 国 农 业 科 学 49 卷

土
壤
D
O
C

D
is
so
lv
ed
o
rg
an
ic
c
ar
bo
n
(m
g·
kg
-1
)
土
壤
D
O
N
D
is
so
lv
ed
o
rg
an
ic
n
itr
og
en

(m
g·
kg
-1
)


图 2 不同处理土壤 DOM 含量
Fig. 2 Soil dissolved organic matter contents in different treatments

—100%化肥能够显著提高两地土壤 DOC 含量（江西
MV+100F 除外），而绿肥配施 40%—60%化肥在两地
表现差异较大，两类土壤上种植绿肥后增加配施化肥
量均有提高 DOC 含量的趋势。
土壤可溶性有机碳与总有机碳的比值（DOC/
SOC）显示 SOC 的溶解能力，反映 SOC 的流失水平，
与 SOC 的矿化量具有较好的正相关关系[14]。表 2 表
明，湖南紫潮泥上 MV+100F、MV+80F 处理土壤
DOC/SOC 显著高于 100F；而绿肥配施化肥各处理，
随着化肥量增加土壤 DOC/SOC 呈现上升的趋势。在
江西黄泥田，同 100F相比，单种绿肥及绿肥配施 40%
量化肥能够显著降低土壤 DOC/SOC 值；与湖南类
似，MV 处理 DOC/SOC 最低，且随着配施化肥量的
增加，土壤 DOC/SOC（MV+100F 处理除外）随之
增加。综上，单独种植绿肥（MV）能够降低两类土
壤 DOC/SOC，其中在江西黄泥田上显著低于 100F
处理；两类土壤上种植翻压绿肥，随着配施化肥量
的增加土壤 DOC/SOC 随之增加（江西 MV+100F 除
外）。
与DOC不同，江西黄泥田上各处理土壤DON含量
高于湖南紫潮泥，但两地分别以100F和MV+100F处理
的土壤DON最高（图2）。在湖南紫潮泥，种植绿肥各
处理土壤DON含量没有显著性差异；而在江西黄泥
田，MV+100F处理较100F大幅增加了土壤DON含量，
且绿肥种植体系下的其余各处理同样有降低土壤
DON的趋势（较100F）。综上，在两类土壤上，绿肥
引入种植体系后，能够降低土壤DON含量（江西
MV+100F除外），说明种植利用绿肥有可能减少土壤
氮以有机分子形式损失，减少环境压力。

表 2 不同处理土壤 DOC/SOC
Table 2 The ratio between soil dissolved organic carbon and soil organic carbon in different treatment (%)
地点 Site CK MV MV+40F MV+60F MV+80F MV+100F 100F
湖南 Hunan 0.30c 0.29c 0.35c 0.33c 0.42b 0.50a 0.30c
江西 Jiangxi 0.17de 0.15e 0.21d 0.35b 0.40a 0.27c 0.29c
同一行不同的字母表示不同处理间在 5%水平差异显著。图中 CK、MV、MV+40F、MV+60F、 MV+80F、MV+100F、100F 依次代表冬闲不施化肥、
紫云英、紫云英+40%化肥、紫云英+60%化肥、紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥、100%化肥。下同
Different letters within the same column indicated significant differences among treatments (P＜0.05). Winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), pure
incorporation of milk vetch (MV), and MV combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The same below
21 期 周国朋等：多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响 4101

2.3 多年翻压绿肥配施不同用量化肥对土壤可溶性
有机质光学特性的影响
2.3.1 对土壤 DOM 紫外-可见光学特性的影响
DOM 的紫外吸收主要与有机分子结构中不饱和共
扼双键有关，其中 DOM 所含有的芳香族和不饱和
共扼双键结构越多，单位物质量的紫外吸收强度越
高[15]。由图 3 可知，江西黄泥田 DOM 的紫外-可见
吸收峰值稍高于湖南紫潮泥，各处理土壤 DOM 的
紫外-可见吸光值均随着波长减少而增加，并都在波
长 200 nm 附近有一个吸收峰，在 260 nm 左右有一
吸收平台。同一地区，各处理土壤 DOM 吸收峰值
亦存在较大差异。在湖南，MV+100F 和 100F 处理
的紫外-可见吸收峰较高，各处理土壤 DOM 紫外-
可见吸收峰高低顺序依次为 MV+100F＞100F＞
MV+80F＞MV+60F＞MV＞CK＞MV+40F，其大小
顺序，大体与化肥的施用量一致，说明化肥的用量
是影响土壤 DOM 结构的主要因素。在江西，各处
理吸收峰值高低顺（100F＞MV+100F＞MV+80F＞
CK＞MV+60F＞MV+40F＞MV）更能体现与化肥
施用量的关系；且种植绿肥各处理土壤 DOM 的吸
收峰值低于 100F 处理。综上，化肥用量是影响土
壤 DOM 结构的主要因数，说明两地区种植利用绿
肥（湖南 MV+100F 除外）会降低土壤 DOM 分子
中不饱和共轭双键的含量。

190 260 330 400
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
190 260 330 400
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00 CK
MV
MV+40 F
MV+60 F
MV+80 F
MV+100 F
100 F
波长 Wavelength (nm)
湖南 Hunan 江西 Jiangxi
波长 Wavelength (nm)

图 3 不同处理土壤 DOM 紫外-可见光谱特征
Fig. 3 UV-vis spectra of soil dissolved organic matter in different treatments

由于土壤提取液中的硝态氮在 203 nm 波长处具
有最大吸收峰值，将会干扰各处理 DOM 的真实吸收
峰值 [16]，通过紫外-可见吸收峰值直接判断各处理
DOM 的结构特性缺乏严谨性。本文另采用特征吸收
比（E250/E365）进一步分析，紫外吸收比 E250/E365
值与有机质腐殖化程度密切相关，其值越大，有机质
分子量越小[17]。由表 3 可知，在湖南紫潮泥上，MV、
MV+40F 处理的 E250/E365 显著高于 100F 处理；绿
肥配施化肥各处理土壤 DOM 的 E250/E365 值随着配
施化肥量的升高而降低。在江西黄泥田，MV 处理的
E250/E365 值显著高于 100F 处理，绿肥配施化肥各处
理 E250/E365 值变化趋势与湖南一致。
综上，绿肥及绿肥配施 40%—60%化肥较 100F
的土壤 DOM 分子不饱和共轭双键的含量低；且在两
类土壤上均呈现出，随配施化肥量的增加，土壤 DOM
分子量增大，腐殖化程度提高，分子结构越稳定。

表 3 不同处理土壤 DOM 紫外-可见吸光值比（E250/E365）
Table 3 The ratio of soil DOM’s U-Vis absorbance in different treatments (E250/E365)
地点 Site CK MV MV+40F MV+60F MV+80F MV+100F 100F
湖南 Hunan 5.91a 5.22a 5.68a 2.70b 1.92b 1.66b 2.66b
江西 Jiangxi 2.65b 3.55a 2.84b 2.60b 2.49b 2.60b 2.49b
4102 中 国 农 业 科 学 49 卷

2.3.2 对土壤 DOM 荧光特性的影响 荧光发射光谱
图通常表现为宽而无特征的荧光峰，是 DOM 中具有
相似来源的一类基团总体荧光性质的反应，一般在相
同条件下，待测有机物不饱和结构（主要是含苯环类
物质）的多聚化或联合程度越大，波峰强度越小[18]。
由图 4 可知，整体上看，湖南紫潮泥土壤 DOM 的荧
光峰值要稍高于江西黄泥田，表明紫潮泥土壤 DOM
的多聚化或联合程度较大；两地土壤 DOM 荧光发射
光谱均表现为宽而单一的荧光峰，最大波峰位置靠近
PROVENZANO等[19]报道的土壤富里酸特征波峰（450
—460 nm），且与占新华等[20]报道的波峰位置一致，
表明土壤 DOM 主要由类富里酸物质组成。而 DOM
荧光峰值对不同处理的响应表明：湖南紫潮泥上种植
绿肥各处理DOM荧光峰值较 100F高；江西黄泥田上，
MV+80F、MV+100F 处理土壤 DOM 荧光峰值低于
100F 处理。同一地区不同处理土壤 DOM 荧光强度，
均大致呈现出随着配施化肥量的增加而降低。
与荧光发射光谱不同，腐殖化指数（HIX）能够
进一步量化 DOM 腐殖化程度，高 HIX 表明 DOM 腐
殖化程度较高，结构更复杂[21-23]。在湖南紫潮泥上，
土壤 DOM 的 HIX 以 100F 处理最高，显著高于 MV
处理；种植绿肥各处理土壤 DOM 的 HIX 值差异不显
著，但土壤 DOM 的 HIX 表现出随着配施化肥量的增
加而提高的趋势（表 4）。在江西黄泥田上，土壤 DOM
的 HIX 以 MV+100F 处理最高，显著高于种植绿肥下
的其他各处理，而与 100F 没有显著性差异（表 4）。
综上可知，与冬闲推荐施肥（100F）相比，在两
类土壤上引入种植绿肥有降低土壤 DOM 腐殖化指数
的趋势（江西黄泥田 MV+100F 除外），且配施化肥
量越低，效应越显著。

350 410 470 530 590 650
0
30
60
90
120
150
350 410 470 530 590 650
0
30
60
90
120
150
荧
光
强
度
F
lu
or
es
ce
nc
e
in
te
ns
ity
(a
u)
发射波长 Emission wavelength (nm)
CK
MV
MV+40 F
MV+60 F
MV+80 F
MV+100 F
100 F
发射波长 Emission wavelength (nm)
湖南 Hunan 江西 Jiangxi


图 4 不同处理土壤 DOM 荧光发射光谱图（固定激发波长 350 nm）
Fig. 4 Soil DOM fluorescence emission spectra in different treatments (Fixed excitation wavelength 350 nm)

表 4 不同处理土壤 DOM 腐殖化指数
Table 4 Humic index of soil dissolved organic matter in different treatments
地点 Site CK MV MV+40F MV+60F MV+80F MV+100F 100F
湖南 Hunan 0.26ab 0.22b 0.24ab 0.26ab 0.28ab 0.28ab 0.30a
江西 Jiangxi 0.30c 0.24d 0.31c 0.33bc 0.34bc 0.40a 0.38ab

3 讨论
3.1 绿肥配施化肥对稻田土壤有机质的影响
长期翻压绿肥对稻田土壤有机质的影响，因绿肥
种类、土壤类型、轮作方式等而异[4-5,24]。本研究的 7
年定位试验表明，在湖南、江西两类水稻土上单种绿
肥（MV）土壤 OM 均高于冬闲推荐施肥（100F）处
理，这与杨曾平[6]的28年长期定位试验研究结果类似；
而相同的绿肥翻压量，对两类土壤 OM 的贡献不尽相
同，主要表现为土壤 OM 含量低的土壤增幅大，这与
21 期 周国朋等：多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响 4103

李忠佩等[25]的研究结果一致。本研究发现，引入种植
绿肥后，随着配施化肥量的增加不利于土壤 OM 的积
累，这与不同处理间种试作物的生物量建成以及投入
物料的 C/N 比有关[26-28]。
地上部生物量建成需从土壤中汲取养分，建成生
物量越高其消耗的土壤养分越多，而当土壤无机养分
供应不足时，植物根系主动或被动分泌酸类物质，进
而促进土壤有机质的矿化分解，释放更多的养分被作
物吸收利用[26]。而先前有关两试验地的报道表明，
随着配施化肥量的增加，早、晚稻的产量也随之增
加[29-30]，这正与本研究中不同处理土壤 OM 变化趋势
相反。绿肥翻压还田，新鲜的有机成分迅速转化，其
转化方向与其自身碳氮组成密切相关[6,27]。低质量的
有机物料，如高 C/N 比、高木质素、高多酚类物质对
土壤 OM 的贡献更大[28]，杨曾平[6]对连续 28 年翻压 3
种绿肥的研究表明，长期翻压油菜、黑麦和紫云英处
理的土壤 OM 分别较冬闲高 8.0%、6.7%和 4.8%，其
中翻压黑麦和油菜处理（高 C/N 比）的土壤 OM 显著
高于翻压紫云英（低 C/N 比）。而本研究发现，绿肥
种植体系下，随着配施化肥量的增加，两类土壤 OM
随之降低（黄泥田 MV+100F 处理除外），由于绿肥
的 C/N 比较绿肥与化肥的混合物高，且随着配施化肥
量增加，混合物 C/N 比随之减小，便更利于土壤微生
物的利用并建成较大的微生物群落[4]，进而易引起“起
爆效应”从而造成土壤原 OM 的分解[31]，不利于碳库
的积累。江西黄泥田上，配施全量化肥（MV+100F）
较单施化肥能够显著提高土壤 OM 含量，可能与该处
理下形成较大的根茬量有关。
综合两地各处理的生产培肥效应发现，最利于土
壤碳库积累的处理与生产效益最佳的处理互相矛盾，
两地均以 MV 处理土壤 OM 最高，而在 MV+80F 与
MV+100F 处理下稻谷产量最大[29-30]。为进一步发掘和
提升冬绿肥的生产培肥效应，可尝试化肥（氮肥）的
时空错位效应，减少或避免豆科绿肥与氮肥同期翻压
还田，后茬作物基肥减少甚至不施氮肥，氮肥后移，
降低正激发效应带来的风险。
3.2 绿肥配施化肥对稻田土壤可溶性有机质含量的
影响
土壤可溶性有机质作为植物直接或间接利用的碳
源，其对作物具有一定的养分作用，有研究报道 DOM
还能促进水稳性团聚体的形成, 促使被保护的有机碳
含量增加[32]，但可溶性有机质作为土壤活性物质易溶
于水移动，其同样具有潜在生态威胁[33]。对比两类土
壤 DOC 含量发现，土壤有机质较高的土壤 DOC 也高，
这与盛浩等[34]在几种亚热带水稻土上的研究结果一
致。常单娜等[12]对翻压 3 种绿肥的培养试验研究发现，
绿肥增加土壤 DOC 含量的能力与绿肥的 C/N 比成负
相关。本研究同样发现，混合翻压物（绿肥与化肥配
合）碳氮比越低，提高土壤 DOC 的能力越强（江西
黄泥田 MV+100F 除外）。由于翻压新鲜绿肥以及配
施化肥能够使土壤活性碳氮迅速增加，进而改变土壤
微生物特征，加速土壤有机化合物的转化和利用，引
起微生物量、作物凋落物和根系分泌物增加，利于土
壤 DOC 含量提升 [4,9]。
DOC /SOC 常作为土壤有机碳活性的指标，比值
越大表示有机碳活性越大、质量越高，越利于微生物
分解利用。研究表明有机无机配施能够显著提高土壤
DOC/SOC[35]。本研究发现，绿肥配施 80%—100%化
肥较 100F 显著提高土壤 DOC/SOC（江西黄泥田
MV+100F 处理除外），而配施 40%—60%化肥对两类
土壤 DOC/SOC 的影响不尽一致，表明氮素的施用水
平是造成处理间差异的主要原因。SINSABAUGH 等[36]
研究发现，森林系统施用氮肥后，土壤 DOC 含量显
著提高，推测原因是氮肥施入后氧化酶活性降低所致。
而 MCDOWELL 等[37]推测森林土壤施氮肥会刺激微
生物对 DOC 的消耗，降解新近凋落物、根系分泌物
及微生物产物，造成各研究结果不一致。
与 DOC 相比，江西黄泥田 DON 含量较湖南紫潮
泥高，这与江西晚稻较大施肥量有关，有关研究表明
土壤 DON 含量随氮肥的施用量增加而增加[38]。本研
究发现，同 100F 相比，种植绿肥能够降低两类土壤
DON 含量（除江西 MV+100F 外），其中湖南各处理
达显著水平。由于大量翻压绿肥短时期内提升了土壤
C/N 比（两类土壤 C/N 为 8.1—8.5），而土壤 C/N 比
的增加会提高土壤对活性氮的固定潜能[27]，进而造成
种植绿肥下的各处理（江西 MV+100F 除外）土壤 DON
较单施化肥（100F）低。绿肥配施全量化肥（MV+100F）
使黄泥田土壤 DON 含量提高，这与张宏威等[39]报道
结果一致，其原因可能是较高的化肥与有机肥投入量
突破土壤环境容量值，促使该投入量的情况下，迅速
积累。
3.3 绿肥配施化肥对稻田土壤可溶性有机质光学特
性的影响
光学分析干扰因素较多，如温度、酸碱度，色度
等，都将会影响各光谱参数的灵敏程度。本试验所涉
及两类水稻土理化性质截然不同，对 DOM 提取液光
4104 中 国 农 业 科 学 49 卷

谱分析时的干扰因素也较难一致，单一光谱指标较难
全面地表征 DOM 的特征信息，因此，本研究采取两
种光谱分析方法综合运用。
有关研究表明，氮肥能明显增加土壤 DOM 中类
腐植酸和类富里酸的含量，氮肥与不同肥料配施通过
对可溶性有机质中的类腐殖酸有机物、类富里酸有机
物、类色氨酸蛋白质以及类酪氨酸蛋白质等结构产生
不同的影响，引起 DOM 腐殖化程度的差异[40]。本研
究发现绿肥种植体系下，随着配施化肥量的增加，土
壤 DOM 的腐殖化程度随之增加（表 3 和表 4），若
折合为氮素投入量，这与常单娜等[41]报道的结果一
致。综合两类光谱分析发现，两类土壤 DOM 的腐殖
化程度与化肥的投入量有密切的联系，较大的化肥投
入量促使土壤 DOM 结构趋于稳定。
DOM 结构越稳定，表明不易被微生物利用，但
不代表更利于土壤有机质的积累，这还与 DOM 的来
源有关[42]。赵满兴等[43]对几种黄土区土壤的培养试
验发现，在培养过程中土壤有机质不断降低，土壤
DOM的HIX值增加，其认为与随着培养过程的进行，
土壤 DOM 中易降解的组分发生分解，而较难分解组
分含量的比例相对增加有关。本研究中，随着配施化
肥量的增加土壤DOM的腐殖化程度增加的同时含量
也在增加，这与结构更复杂的土壤有机质活化降解有
关。
综合各处理对土壤有机质、土壤活性有机质含量
以及土壤活性有机质光学特性的影响发现，三者存在
间接的关联性：配施化肥量的增加促使土壤中稳定性
较高的有机质活化降解，导致各处理土壤 DOM 含量
升高，而土壤活性有机质含量越高土壤有机质的损失
风险愈大，以至于化肥配施量越高越不利于土壤有机
质积累（江西 MV+100F 除外），且来源于土壤稳定
有机质的 DOM 具有较高的腐殖化程度，但三者之间
存在的关联性还需进一步研究证明。
4 结论
种植紫云英能有效促进稻田土壤有机质积累，配
施化肥降低紫云英对土壤有机质积累的贡献。绿肥配
施化肥能够提高土壤碳库活性及可溶性有机质的分子
量和腐殖化程度。土壤碳库活性提高增加了土壤碳库
损失的风险，而本试验中，可溶性有机质分子量及腐
殖化程度的提高表明土壤中稳定性较高的有机质的活
化降解，进一步解释了配施化肥降低紫云英对土壤碳
库贡献。
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（责任编辑 李莉）