全 文 ：长期施肥条件下潮土不同组分有机质的动态研究 3
尹云锋 3 3 　蔡祖聪　钦绳武
(中国科学院南京土壤研究所 ,土壤与农业可持续发展国家重点实验室 ,南京 210008)
【摘要】　采用相对密度分组法对潮土有机质进行分组分析 ,研究长期施肥条件下不同施肥处理的土壤有
机质、轻组有机质和重组有机质的动态变化. 结果表明 ,在现有的施肥条件下 ,不施肥处理的土壤有机质、
轻组有机质和重组有机质含量基本保持不变 ,而 NPK(化肥) 和有机肥处理的土壤有机质、轻组有机质和
重组有机质含量均随施肥年限呈增加趋势 ,但前者年际间波动较大 ,增加幅度也远不如后者. 回归分析发
现 ,NPK处理的土壤有机质、轻组有机质和重组有机质均与施肥年限呈线性相关 ,而有机肥处理的土壤有
机质、轻组有机质和重组有机质则随施肥年限呈对数函数变化规律.
关键词 　长期施肥 　有机质 　密度分组 　潮土
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 05 - 0875 - 04 　中图分类号 　S15316 ,S154 　文献标识码 　A
Dynamics of fluvo2aquic soil organic matter fractions under long2term fertilization. YIN Yunfeng ,CAI Zucong ,
Q IN Shengwu ( S tate Key L aboratory of Soil and S ustainable A griculture , Institute of Soil Sciences , Chinese
Academy of Sciences , N anjing 210008 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (5) :875～878.
By the method of relative density fractionation ,this paper studied the dynamics of organic matter and its light and
heavy fractions in a fluvo2aquic soil under long2term fertilization. The results indicated under current fertilization
system ,the contents of soil organic matter and its light and heavy fractions were basically unchanged within 13
successive years of no fertilization ,but had an increasing trend with the duration of chemical fertilizer NPK and
organic manure applications ,with a larger fluctuation among years and a less increment in treatment NPK. Re2
gression analysis showed that soil organic matter and its light and heavy fractions had a linear correlation with the
duration of fertilization in treatment NPK ,and had a logarithm correlation in treatment organic manure.
Key words 　Long2term fertilization , Soil organic matter , Density fraction , Fluvo2aquic soil.
3 国家杰出青年科学基金项目 (40125004)和中国科学院知识创新工
程重大资助项目 ( KZCX12SW201205) .3 3 通讯联系人.
2004 - 04 - 19 收稿 ,2004 - 06 - 28 接受.
1 　引 　　言
有机质是研究土壤肥力和评价土壤质量的重要
指标 ,在培育肥力、调节土壤理化性质、提供作物养
分、改善土壤结构及减少环境负面影响等方面具有
重要作用[8 ,9 ,26 ] . 有机质是土壤碳的储藏形式 ,土壤
有机质的微小变化将对大气 CO2 浓度产生显著影
响[1 ,4 ] . 因此 ,研究土壤有机质的动态变化对土壤肥
力、土壤碳收支以及全球变化具有十分重要的意
义[2 ,13 ] .
以往的研究主要集中在土壤总有机质的动态变
化方面[6 ,18～20 ,24～28 ] ,对有机质不同组分的动态研
究也多集中在颗粒分组方面[3 ,7 ,15 ] ,而采用相对密
度分组方法来研究长期施肥条件下不同组分有机质
动态变化方面的报道还不多见. 研究长期施肥条件
下不同组分有机质的动态变化对深入认识有机质变
化规律与施肥关系 ,模拟和预测不同组分有机质动
态变化及评价土壤固碳潜力方面具有重要意义.
2 　材料与方法
　　试验地点设在中国科学院封丘农业生态实验站内 . 该地
区属半干旱、半湿润的暖温带季风气候区 ,年平均降水量
605 mm ,年蒸发量 1 875 mm ,年平均气温为 1319 ℃,无霜期
220 d 左右. 供试土壤为轻壤质黄潮土. 试验起始于 1989 年
秋 ,采用小麦2玉米一年两熟轮作方式. 试验开始前土壤耕层
(0～20 cm) 的理化性质为 :有机质 5183 g·kg - 1 ,全氮为
0144 g·kg - 1 ,p H 8165. 试验设 7 个处理 :1) NPK;2) NP ;3) 1/
2OM(有机肥) + 1/ 2NPK;4) OM ;5) PK;6) N K;7) CK(对照 ,
不施肥) ,4 次重复. NPK 处理的每年施肥量 N 为 300 kg·
hm - 2 (尿素) ,P2O5 为 135 kg·hm - 2 (过磷酸钙) , K2O 为 300
kg·hm - 2 (硫酸钾) . 有机肥处理的施肥量 (N、P、K养分量)与
NPK处理相同 ,原料以粉碎的麦秆为主 ,加上适量的大豆饼
和棉仁饼. 有机肥经堆制发酵后施用 ,每年施用量约 18 000
kg·hm - 2 (以鲜重计) . 其它处理施肥情况详见文献 [14 ] . 在本
实验中 ,选择 CK、NPK和 OM 处理研究土壤有机质、轻组有
机质和重组有机质的动态变化.
有机质分组采用超声波分散 - 相对密度法 ,重液选用相
对密度 2100 g·cm - 3的溴化锌[5 ] . 有机质测定采用重铬酸钾2
硫酸容量法.
应 用 生 态 学 报 　2005 年 5 月 　第 16 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2005 ,16 (5)∶875～878
3 　结果与分析
311 　长期施肥条件下土壤有机质的含量变化
13 年的定位施肥试验表明 ,CK 处理的有机质
含量基本在 6145 g·kg - 1左右波动 ,没有发生明显
的变化. 在整个试验过程中 ,施用 NP K 处理的土壤
有机质含量基本呈增加趋势 ,但远没有 OM 处理的
有机质增加的明显 ,同试验初期相比 ,有机质增加幅
度分别为 41 %和 99 %. 可见单纯施用化肥条件下 ,
土壤有机肥含量有较大幅度的提高. 但施用有机肥
使土壤有机质的提高幅度更大 (表 1) .
　　回归分析发现 ,土壤有机质含量 ( Y ,g·kg - 1) 与
施肥年限 ( t ,yr) 具有明显的函数关系. OM 处理的
土壤有机质含量与施肥年限呈极显著的对数相关 ,
R2 为 01930. 而 NP K 处理的土壤有机质含量则与
施肥年限呈极显著的线性相关 , R2 为 01786 (表 2) .
表 1 　长期试验各处理土壤有机质、轻组有机质和重组有机质含量动态变化
Table 1 Dynamics of soil organic matter contents in whole soil ,light and heavy fractions in the long2term experiment with different treatments ( g·
kg - 1)
处理 Treatment 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001
SOM CK 6142b 6168b 5196c 6139c 6188c 6147c 6139c
NPK 6174ab 7192ab 7144b 8130b 9122b 8143b 9151b
OM 6190a 9119a 9187a 11187a 13146a 12143a 13171a
L FOM CK 1165a 1143b 1134c 1122b 1179b 1145c 1141c
NPK 1171a 1161b 2100b 1184b 2120b 2103b 2154b
OM 1190a 2180a 3148a 4100a 4191a 4104a 4190a
HFOM CK 4177a 5125b 4161c 5117c 5109c 5102c 4197c
NPK 5103a 6131a 5144b 6145b 7103b 6140b 6197b
OM 5100a 6139a 6139a 7187a 8156a 8139a 8181a
同列中字母相同者未达到 5 %显著差异 The difference between the figures followed by the same letter is not significant at 5 % level by Ducan’s mul2
tiple2range test . SOM :土壤有机质 Soil organic matter ; L FOM :轻组有机质 Soil organic matter in light fraction ; HFOM :重组有机质 Soil organic mat2
ter in heavy fraction.
表 2 　不同施肥方式下土壤有机质与施肥年限的关系
Table 2 Regression equations of soil organic matter with different fer2
tilizer treatments
处理
Treatment
SOM L FOM HFOM
NPK Y = 01199 t + 61833R2 = 01786 3 3 Y = 01063 t + 11550R2 = 01749 3 Y = 01136 t + 51284R2 = 01616 3
OM Y = 21696ln( t) + 61511R2 = 01930 3 3 Y = 11160ln( t) + 11759R2 = 01898 3 3 Y = 11536ln( t) + 41752R2 = 01921 3 33 P < 0105 ; 3 3 P < 0101.
312 　长期施肥条件下土壤轻组有机质含量变化
表 1 结果表明 ,CK 处理的轻组有机质含量存
在年际间波动 ,总体上呈下降趋势 ,从试验开始
(1989 年)的 1165 g·kg - 1下降到 2001 年的 1141 g·
kg - 1 . NP K处理的轻组有机质含量也存在年际间波
动 ,但总体上随施肥年限呈增加趋势 ,从试验初期的
1171 g·kg - 1上升到 2001 年的 2154 g·kg - 1 ,增加幅
度达 48 %. 而 OM 处理的轻组有机质含量也呈不断
上升趋势 ,增加幅度为 158 % ,远远大于 NP K处理 ,
并且年际间波动不大.
回归分析发现 ,OM 处理的土壤轻组有机质同
施肥年限的关系可用对数方程表达 ,两者达到极显
著相关 ( R2 = 01898) ;而 NP K处理的轻组有机质与
施肥年限关系可用线性方程表示 ,两者相关性有所
下降 ,但依然达到了显著水平 , R2 = 01749 (表 2) .
313 　长期施肥条件下土壤重组有机质的含量变化
由表 1 可见 ,CK 处理的重组有机质含量略呈
上升趋势 ,从试验开始的 4177 g·kg - 1上升到 4197 g
·kg - 1 ,但基本在 4198 g·kg - 1左右波动. NP K 处理
的重组有机质含量总体上随施肥年限增加 ,从试验
初期的 5103 g·kg - 1上升到 6197 g·kg - 1 ,增加幅度
为 38 %. 而 OM 处理的重组有机质含量也随施肥年
限增加呈逐渐上升趋势 ,增加幅度为 76 % ,是 NP K
处理的 2 倍 ,并且年际间变化趋势基本一致.
回归分析表明 ,OM 处理的重组有机质含量同
施肥年限的关系可用对数方程表达 ,两者达到极显
著相关 ( R2 = 01921) ;而 NP K处理的重组有机质含
量则随施肥年限呈线性关系变化 ,两者达显著相关 ,
R2 = 01616 (表 2) .
4 　讨 　　论
　　长期定位施肥试验能够系统地研究施肥对土壤
有机质的动态影响[14 ,21 ] . 长期施用有机肥和化肥对
土壤有机质的影响 ,因气候条件、土壤类型、耕作制
度、施肥方式和水分管理等条件的不同而有所差异.
研究表明 ,长期不施肥料 ,土壤有机质迅速下降 ,经
过一段时间后下降速度减缓并渐近于一个较低的平
衡水平或土壤有机质基本保持不变[10 ,23 ,27 ] . 单独施
用有机肥使土壤有机质呈增加趋势 ,但有机肥种类
不同对有机质的影响也不同 ,秸秆的效果优于厩肥 ,
厩肥 的 效 果 又 优 于 堆 肥 , 而 绿 肥 的 效 果 较
差[6 ,24 ,26 ] .化肥的作用则不尽相同 ,土壤有机质含
量可能维持原有平衡、升高或降低[3 ,12 ,26～28 ] . 本试
678 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
验结果表明 ,长期不施肥料 ,土壤有机质含量变化不
大 ,基本维持在原有水平 ,施用化肥和有机肥 ,土壤
有机质含量均有增加的趋势 ,但前者没有后者的效
果明显.
以往对土壤轻组和重组有机质的研究多停留在
初始态和终态的研究[11 ,17 ,22 ] ,对其动态变化规律的
研究甚少. 一些研究发现 ,单独施用化肥会导致土壤
轻组有机质含量下降 ,而有机肥与化肥配合施用则
会提高土壤轻组有机质含量[22 ] . 本试验结果发现 ,
化肥施用也能增加土壤轻组有机质含量 ,但不如有
机肥增加的效果明显. 土壤中轻组有机质增加主要
是由于施用化肥和有机肥使作物的生物量加大 ,土
壤中的根茬及残落物增多. 此外 ,化肥的施用还可以
提高作物残茬和根向有机质转化的效率[16 ,26 ] ,结果
该组分有机质的增加量大于矿化损失量 ,故轻组有
机质增加. 而化肥和有机肥在有机质增加效果方面
的差异则主要在于每年返回土壤的有机物质投入量
存在很大差距 ,初步计算 ,施用 NP K 处理的每年返
回土壤的作物残体大约为 1174 t C·hm - 2 ,而施用
OM 处理的每年返回土壤的有机物质大约为 3169 t
C·hm - 2 ,后者的投入量是前者的 2 倍以上.
重组有机质是土壤有机质的主体部分 ,也是土
壤中比较活跃的组成部分 ,约占整个土壤有机质的
50 %以上 ,对土壤肥力的保持具有重要意义[11 ,22 ] .
史吉平等[17 ]对河北省潮土的研究表明 ,长期施用化
肥、有机肥或有机无机配合施用均能提高土壤中重
组有机质含量. 本研究结果与之吻合. 同时发现 ,化
肥施用虽能增加土壤重组有机质含量 ,但远不如有
机肥增加的幅度大. 土壤中重组有机质增加的原因
可能是试验初土壤肥力非常贫瘠 ,土壤重组有机质
含量很低 ,土壤矿物吸附有机物质的能力还远远没
有达到饱和状态 ,化肥和有机肥的施用大大增加了
轻组有机物质的数量 ,也增加了轻组有机质被土壤
矿物吸附的机会 ,故重组有机质含量也随之增加.
回归分析表明 ,施用 NP K 处理 ,土壤有机质、
轻组有机质和重组有机质含量均与施肥年限呈显著
的线形相关 ,而施用 OM 处理 ,土壤有机质、轻组有
机质与重组有机质含量则随施肥年限呈对数函数变
化规律. 这说明施用肥料类型不同 ,不同组分有机质
累积的规律也有所不同 ,其原因还有待于进一步研
究.
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作者简介 　尹云锋 ,男 ,1975 年 1 月生 ,博士生 ,主要从事农
田土壤有机碳平衡方面的研究 ,发表论文 4 篇. E2mail : yfyin
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