全 文 ：书植物营养与肥料学报 ２０１５，２１（１）：１－１１
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｄｏｉ牶１０１１６７４／ｚｗｙｆ．２０１５０１０１
收稿日期：２０１３－１１－０４ 接受日期：２０１４－０５－２２
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项项目（２０１００３０１６）；国家重点基础研究发展９７３计划项目（２０１１ＣＢ１００５０２）；国家科技支撑计划课
题（２０１２ＢＡＤ１５ＢＯ４－２）联合资助。
作者简介：苏朋（１９８８—），男，山东肥城人，博士研究生，主要从事土壤化学与环境方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｓｕｐｅｒｖｔｕ＠１６３ｃｏｍ
通信作者 Ｔｅｌ：０５７１－８８９８２０６５，Ｅｍａｉｌ：ｙｈｅ２００６＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
控制条件下水肥耦合对黄泥田还田秸秆腐解
及土壤碳转化的影响
苏 朋，傅 昱，何 艳，徐建明，吴建军，吴良欢
（浙江大学环境与资源学院，浙江省亚热带土壤与植物营养重点实验室，浙江杭州 ３１００５８）
摘要：【目的】研究秸秆还田后不同水温和肥剂管理措施下土壤碳素转化特征。【方法】以华中双季稻区低产水稻
土黄泥田为供试材料，模拟早稻和晚稻秸秆还田的田间环境，在实验室控制条件下，开展了两种温度环境中（１５℃、
３５℃）不同水分（４０％和１００％最大田间持水量，即４０％ＷＨＣ、１００％ＷＨＣ）、配施氮肥类型（尿素、猪粪即Ｕ、Ｍ）、
以及促腐菌剂添加对秸秆腐解效果及其过程中土壤碳素转化影响的研究。对水稻秸秆腐解过程中土壤 ＣＯ２释放
量、以及土壤可溶性有机碳（ＤＯＣ）和总有机碳（ＴＯＣ）含量在１０５天培养周期内变化特征进行动态监测分析。【结
果】两种温度环境中整个培养周期内，各处理的 ＣＯ２释放速率和释放总量通常表现为１００％ＷＨＣ－Ｍ ＞１００％
ＷＨＣ－Ｕ＞４０％ＷＨＣ－Ｍ ＞４０％ＷＨＣ－Ｕ，即猪粪优于尿素的规律，而不论配施何种氮肥都存在１００％ＷＨＣ＞
４０％ＷＨＣ（Ｐ＜００１）的现象，同时４０％ＷＨＣ条件下辅施菌剂可显著提升ＣＯ２释放量；与此相反，两种温度环境下
ＤＯＣ含量都表现为４０％ＷＨＣ－Ｍ ＞４０％ＷＨＣ－Ｕ＞１００％ＷＨＣ－Ｍ ＞１００％ＷＨＣ－Ｕ（后两者差异小），即４０％
ＷＨＣ条件下ＤＯＣ含量显著高于１００％ＷＨＣ（Ｐ＜００５），且配施猪粪处理优于配施尿素处理，但这两种氮肥处理间
差异随培养时间延长而减小；以ＣＯ２－Ｃ释放量计算０ ７ｄ、０ ２８ｄ、０ １０５ｄ内物料分解率，结果表明，３５℃时
１００％ＷＨＣ－Ｕ的处理中物料分解最快，１５℃时４０％ＷＨＣ－Ｍ的处理中物料分解最慢。与之对应，１０５ｄ内ＴＯＣ含
量和净增量则在３５℃时１００％ＷＨＣ－Ｕ的处理中最小（Ｐ＜００１），而在１５℃时４０％ＷＨＣ－Ｍ的处理中最大（Ｐ＜
００１）；ＴＯＣ的净增量和净损失量在相同温度条件下，尤其试验前期不同水分（Ｐ＜００１）、氮素（Ｐ＜００５）间均存
在显著差异，且促腐菌剂添加普遍减小ＴＯＣ含量；培养周期内所有处理的ＣＯ２释放速率与ＤＯＣ含量间存在显著相
关（Ｐ＜００５）。【结论】水分状况对碳素的转化存在极大影响，其次是氮肥类型，且氮肥的影响作用随秸秆还田时
间的延长而减弱；高湿条件更利于促进秸秆腐解，但导致土壤ＤＯＣ含量较低，ＴＯＣ的固持量也较少，而配施猪粪则
可促进土壤ＤＯＣ含量的提升及ＴＯＣ的固持；促腐菌剂添加可促进秸秆腐解，但由于４０％ＷＨＣ条件下显著激发了
ＣＯ２的释放而不利于土壤固碳。因此在华中低产黄泥田双季轮作稻区，早稻还田时由于气温高周期短，建议保持
１００％ＷＨＣ、辅施适量尿素、并配合添加秸秆腐解菌剂，侧重秸秆快腐；而晚稻还田时气温低周期长，建议保持
４０％ＷＨＣ并辅施缓效猪粪，侧重土壤固碳。
关键词：碳素转化；水温肥剂耦合管理；秸秆快腐；低产水稻土；培肥；固碳
中图分类号：Ｓ１４１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－５０５Ｘ（２０１５）０１－０００１－１１
Ｅｆｅｃｔｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｏｎｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗ
ｒｅｔｕｒｎｅｄｔｏｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｕｎｄｅｒｃｏｎｔｒｏｌｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ＳＵＰｅｎｇ，ＦＵＹｕ，ＨＥＹａｎ，ＸＵＪｉａｎｍｉｎｇ，ＷＵＪｉａｎｊｕｎ，ＷＵＬｉａｎｇｈｕａｎ
（ＣｏｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＺｈｅｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ
ＳｏｉｌａｎｄＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００５８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ】Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｏｎｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗ
ｒｅｔｕｒｎｅｄｔｏｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃａｒｂｏｎ（Ｃ）．【Ｍｅｔｈｏｄｓ】Ｗｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｍｐａｃｔｓｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅ
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
ｃｏｎｔｅｎｔ［４０％ ｖｓ．１００％ ｏｆｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ（ＷＨＣ）］，Ｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ［ｕｒｅａ（Ｕ）ｖｓ．ｐｉｇｍａｎｕｒｅ（Ｍ）］，ａｎｄ
ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｄｅｃａｙｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇｍｉｃｒｏｂｉａｌｉｎｏｃｕｌａｏｎｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗｒｅｓｉｄｕｅｓａｎｄｓｏｉｌＣ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｌｏｗｙｉｅｌｄｙｅｌｏｗｐａｄｄｙｓｏｉｌｉｎｄｏｕｂｌｅｒｉｃｅｃｒｏｐｐｉｎｇａｒｅａ，ｃｅｎｔｒａｌＣｈｉｎａ．Ａｃｏｎｔｒｏｌｅｄ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎｔｗｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（１５℃ ｖｓ．３５℃）ｒｅｇｉｍｅｓｗｉｔｈａｔｏｔａｌｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄｏｆ
１０５ｄａｙｓ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄ，ＣＯ２，ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＤＯＣ）ａｎｄｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＴＯＣ）ｗｅｒｅ
ｍｏｎｉｔｏｒｅｄｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｙ．【Ｒｅｓｕｌｔｓ】Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ｕｎｄｅｒｂｏｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｇｉｍｅｓ，ｔｈｅＣＯ２ ｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅａｎｄ
ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅＣＯ２ｅｍｉｓｓｉｏｎｗｅｒｅｉｎａｏｒｄｅｒｏｆ１００％ＷＨＣ－Ｍ ＞１００％ＷＨＣ－Ｕ＞４０％ＷＨＣ－Ｍ ＞４０％ＷＨＣ－
Ｕ．Ｔｈｏｓｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｄｄｅｄｗｉｔｈｍａｎｕｒｅｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｗｉｔｈｕｒｅａ，ｔｈｏｓｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｕｎｄｅｒ１００％ＷＨＣｗｅｒｅ
ａｌｗａｙｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｕｎｄｅｒ４０％ＷＨＣ（Ｐ＜００１），ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓｏｆＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｉｎｗｈｉｃｈｍｉｃｒｏｂｉａｌｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄＣＯ２ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒａｒｙ，ＤＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｕｎｄｅｒｔｗｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｆｏｌｏｗｅｄ
ａｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆ４０％ＷＨＣ－Ｍ ＞４０％ＷＨＣ－Ｕ＞１００％ＷＨＣ－Ｍ ＞１００％ＷＨＣ－Ｕ，ｎａｍｅｌｙＤＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓ
ｄｅｔｅｃｔｅｄｕｎｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ４０％ＷＨＣｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ１００％ＷＨＣ（Ｐ＜００５），ａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｉｔｈ
ｍａｎｕｒｅｈａｄｈｉｇｈｅｒＤＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓｔｈａｎｔｈｏｓｅｗｉｔｈｕｒｅａｂｕｔａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄｂｙａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｄｉｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍ．
Ｍａｔｅｒｉａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｉｏｄｕｒｉｎｇｔｈｅ０－７ｄ，０－２８ｄａｎｄ０－１０５ｄ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＣＯ２ｒｅｌｅａｓｅ，
ｓｈｏｗｅｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｉｎ３５℃－１００％ＷＨＣ－Ｕｗｈｉｌｅｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｖａｌｕｅｉｎ１５℃－４０％ＷＨＣ－Ｍ．
Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｙ，ＴＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓａｎｄｎｅｔＴＯＣｉｎｃｒｅｍｅｎｔｗｅｒｅｔｈｅｌｅａｓｔｉｎ３５℃－１００％ＷＨＣ－Ｕ（Ｐ＜００１）ｗｈｉｌｅｔｈｅ
ｌａｒｇｅｓｔｉｎ１５℃－４０％ＷＨＣ－Ｍ（Ｐ＜００１）；ｎｅｔＴＯＣｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｎｄｎｅｔＴＯＣｌｏｓｓｗｅｒｅｄｉｆｅｒｅｎｔｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔ
ｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｓ（Ｐ＜００１）ａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｐ＜００５）ｗｈｅｎｉｎｃｕｂａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒ
ｔｈｅｅａｒｌｙｓｔａｇｅ，ａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｉｎｏｃｕｌａｇｅｎｅｒａｌｙｒｅｄｕｃｅＴＯＣｃｏｎｔｅｎｔ；ＣＯ２ｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｃｏｒｅｌａｔｅｄ
ｔｏＤＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ（Ｐ＜００５）．【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ】ＴｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈｅｇｒｅａｔｅｓｔｅｆｅｃｔｏｎＣ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｆｏｌｏｗｅｄｂｙＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｅｆｅｃｔｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｏｖｅｒｔｉｍｅｏｆｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇ；ｈｉｇｈｈｕｍｉｄｉｔｙ
ｗａｓｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｆｏｒｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗｒｅｓｉｄｕｅｓａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｌｏｗｈｕｍｉｄｉｔｙ，ａｎｄａｌｓｏ
ｃａｕｓｅｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｅｒＤＯＣｃｏｎｔｅｎｔａｎｄＴＯＣｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｉｇｍａｎｕｒｅｃｏｕｌｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔ
ｏｆＤＯＣａｎｄｔｈｅｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＴＯＣｉｎｓｏｉｌｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｄｅｃａｙｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇｍｉｃｒｏｂｉａｌ
ｉｎｏｃｕｌａｇｅｎｅｒａｌｙａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗｒｅｓｉｄｕｅｓ，ｂｕｔｔｈｉｓｍｉｇｈｔｂｅａｄｒａｗｂａｃｋｆｏｒＣｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ
ｉｆａｔ４０％ＷＨＣｓｉｎｃｅｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｓｔｉｍｕｌａｔｅｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｅｌｅａｓｅｏｆＣＯ２Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆ
ｋｅｅｐｉｎｇ１００％ＷＨＣｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｗｉｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｒｅａａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｉｎｏｃｕｌａｗａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄａｓｔｈｅｂｅｓｔ
ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｒａｃｔｉｃｅ（ＢＭＰ）ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｉｅｌｄｒｅｔｕｒｎｉｎｇｐｅｒｉｏｄｏｆｅａｒｌｙｓｅａｓｏｎｒｉｃｅｓｔｒａｗ，ｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓｔｏｓｔｉｍｕｌａｔｅ
ｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗｒｅｓｉｄｕｅｓａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｓｉｎｃｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｕｓｕａｌｙｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｔｉｍｅｐｒｏｖｉｄｅｄ
ｆｏｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｔｈｅｓｏｗｉｎｇｏｆｌａｔｅｒｉｃｅｗａｓｕｓｕａｌｙｓｈｏｒｔ．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｋｅｅｐｉｎｇ４０％ＷＨＣ
ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｗｉｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｉｇｍａｎｕｒｅｗａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄａｓｔｈｅＢＭＰｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｉｅｌｄｒｅｔｕｒｎｉｎｇｐｅｒｉｏｄｏｆｌａｔｅ
ｓｅａｓｏｎｒｉｃｅｓｔｒａｗ，ｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓｔｏｐｒｏｍｏｔｅｓｏｉｌＣｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｓｉｎｃｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｕｓｕａｌｙｌｏｗａｎｄｔｈｅｔｉｍｅ
ｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｔｈｅｓｏｗｉｎｇｏｆｎｅｘｔｅａｒｌｙｓｅａｓｏｎｒｉｃｅｗａｓｕｓｕａｌｙｅｎｏｕｇｈ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｃａｒｂｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ牷ｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｗａｔｅｒ牞ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ牞Ｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌ
ｉｎｏｃｕｌａ牷ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｄｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｉｃｅｓｔｒａｗ牷ｌｏｗｙｉｅｌｄｐａｄｄｙｓｏｉｌ牷ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｆｅｒｔｉｌｉｔｙ牷
ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ
土壤呼吸是陆地生态系统与大气之间第二大碳
（Ｃ）通量，能达到Ｃ６８ ８０Ｐｇ／ｙｅａｒ［１］，而每年１０％
左右的土壤碳以 ＣＯ２形式进入大气。有机质是改
善土壤理化、生物性状的物质基础，若有机碳归还
不足易导致土壤肥力衰退［２］。作物秸秆可作为丰
富的有机质资源还田，增加土壤有机碳和缓解土壤
养分流失［３－４］，提高微生物碳氮固持和供给，其残体
的分解过程也是影响土壤碳转化的因素之一。多数
秸秆结构复杂，短期内不易自然腐解［３］，因此需要
技术手段加快腐解过程［５］；同时，微生物易与作物
竞争氮素，还田时补充氮肥和水分可解决这一问
题［６］。但对部分低产水稻土如华中双季稻区黄泥
田，在不同环境、时令下因地制宜地开展早晚稻稻秆
还田，加快秸秆熟化并培肥土壤方面仍缺乏报道，这
２
１期 苏朋，等：控制条件下水肥耦合对黄泥田还田秸秆腐解及土壤碳转化的影响
对保障国家粮食安全、提升农田可持续利用意义
重大。
作为重要土壤培肥措施，秸秆碳在土壤中腐解
速率、过程受到多种因素影响，如土壤理化性
质［７－１０］、秸秆性质［５］、农业耕作措施［３，１１］、施用方
式［３，１２－１４］、环境因子［１５］和研究条件［８，１５］等。温度、
水分含量是影响土壤碳转化［３，１５－１６］的重要因素，如
温度升高被认为会加速矿质土壤有机碳分解［１５，１７］，
但也有研究者发现，碳分解速率在全球维度内年均
温梯度变化条件下的各采样点存在恒定值［１８］。另
外，水分差异会影响水稻土有机碳动态变化，最终导
致碳累积矿化量差异［１９］；干湿交替影响土壤通气并
产生好氧厌氧交替状况，形成更丰富的微生物多样
性［１６］。同时秸秆进入土壤也会引起碳氮比例失
调［４］、耕作困难等问题，配施氮肥并适当施用微生
物促腐菌剂可缓解争氮和加快腐解。已有研究表明
秸秆配施化肥调节 Ｃ／Ｎ比例并施用促腐菌剂后土
壤微生物量 Ｃ、Ｎ显著增加［２］，但不同形态氮素对
该过程的影响还鲜见报道。夏季早稻和冬季晚稻的
秸秆在还田时环境温度存在较大差异，在不同还田
时期，如何通过调控土壤水分状况和辅施氮肥以实
现双季稻区还田秸秆的快速腐解，以及这些田间管
理措施如何影响土壤中碳素的转化，对低产土壤培
肥固碳的效果如何仍有待研究。
因此，本研究针对浙江低产黄泥田双季轮作稻
区实际情况，模拟田间夏季早稻和冬季晚稻还田时
的环境温度，选取水稻秸秆为材料在实验室控制条
件下进行了培养试验，探讨秸秆施入黄泥田后两种
温度环境中不同土壤水分含量、不同氮肥类型、以
及微生物促腐菌剂添加对秸秆腐解过程中土壤碳素
转化的影响，旨在了解非植稻季节秸秆还田后不同
水温和肥剂管理措施下土壤中碳素的转化动态，从
而实现还田秸秆快速腐解的同时，又确保最大化土
壤培肥固碳的双效目标，为制定低产水稻土持续利
用的田间优化管理策略提供科学基础和理论依据。
１ 材料与方法
１１ 试验材料
供试土壤选取低产水稻土黄泥田为代表，采自
浙江省金华市婺城区琅琊镇新朱村。土壤样品为稻
区田块０—２０ｃｍ耕层混合样品，去石子、根系等杂
物后风干，过 ２ｍｍ筛备用。土壤有机质含量为
１１０ｇ／ｋｇ，ｐＨ５４５，取样时田间持水量（ｗａｔｅｒ
ｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ＷＨＣ）为３０４％。植物材料选取当
地前季水稻秸秆为试验材料，６０℃烘４８小时、粉碎
并过６０目筛备用。秸秆促腐微生物菌剂为湖北农
科院植保土肥研究所研制的秸秆快速腐熟菌剂（专
利号：２０１０１０２２８３４７）［２０］，以热带假丝酵母、米曲
霉、绿色木霉菌、枯草芽孢杆菌等为活性成分，总
有效菌活数 ＞０５×１０９Ｎｏ．／ｇ。秸秆腐解过程中，
同时选取尿素和猪粪作为辅施氮肥，用于调节 Ｃ／Ｎ
条件至适宜微生物发挥作用的２５∶１［５］。水稻秸秆
总Ｃ和总 Ｎ含量分别为４４８％和０７２％，猪粪的
总Ｃ和总Ｎ含量分别为３４３％和２０１％，尿素含Ｎ
量４６７％。
１２ 试验设计
试验在实验室控制条件下采用常规培养方法进
行［２１］。称取相当于５０ｇ烘干土重的经过预培养的
土壤样品，放入塑料封口袋中，每公斤土加入秸秆
１５ｇ，每公斤秸秆加入腐解菌剂０５ｇ，用尿素（Ｕ）或
猪粪（Ｍ）调节Ｃ／Ｎ至２５∶１，添加量以尿素和猪粪材
料的含氮量作为计算依据。混匀并分别调节至最大
田间持水量的４０％和１００％后培养１０５天，培养温
度模拟双季稻区稻杆还田的田间实际温度，分别设
定为１５℃和３５℃。塑料袋封闭并保留小口以保证
气体交换及减少水分散失，同时以不加菌剂作为空
白对照，所有处理重复 ３次。试验所用土样需在
２５℃恒温箱中黑暗条件下好氧预培养７天，用来恢
复土壤微生物活性。试验过程中每隔３天采用称重
法调节土壤含水量。本试验共１６个处理，包括温度
条件（１５℃、３５℃）、水分条件（４０％ＷＨＣ、１００％
ＷＨＣ）、氮素类型（Ｕ、Ｍ）和微生物腐解菌剂添加与
否（＋、－）四个因素，采用完全随机设计。
培养试验开始后，分别于第 ０、１、３、７、１５、
３０、６０、１０５ｄ破坏性采样测定土壤可溶性有机碳
（ＤＯＣ），第０、３０、１０５ｄ破坏性采样测定土壤总有
机碳（ＴＯＣ）含量。与上述处理相同，以密闭好氧培
养（ＮａＯＨ吸收）气室法开展呼吸培养试验，并分别
在第１、３、５、７、１０、１３、１７、２２、２８、３８、５３、７４、
１０５ｄ置换ＣＯ２吸收液，动态监测秸秆分解过程中
ＣＯ２释放速率及累积释放量。
１３ 测定方法
植物秸秆中碳和氮含量的测定同土壤中有机碳
和氮的测定方法，分别采用高锰酸钾 －硫酸外加热
法和全自动凯氏定氮法。可溶性有机碳采用 ０５
ｍｏｌ／ＬＫ２ＳＯ４溶液浸提（土水比１∶５），往复震荡仪上
振荡３０ｍｉｎ，尔后４０００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ，取上清液
过０４５μｍ滤膜后用总有机碳／总氮分析仪（Ｍｕｌｔｉ
３
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
Ｎ／Ｃ３１００，ＡｎａｌｙｔｉｃＪｅｎａ，德国）测定。呼吸试验
中，ＣＯ２吸收液用１ｍｏｌ／Ｌ的 ＢａＣｌ２溶液沉淀后，采
用０５ｍｏｌ／Ｌ标准盐酸溶液滴定。
图１ 不同处理条件下土壤ＣＯ２释放速率（上）和累积释放量（下）随培养时间的变化
Ｆｉｇ．１ ＤｙｎａｍｉｃｓｏｆｓｏｉｌＣＯ２ｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅ（ｕｐ）ａｎｄｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｌｅａｓｅａｍｏｕｎｔ（ｂｏｔｏｍ）ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
ｄａｙｓｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
［注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａａｎｄ
ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ—只加猪粪 Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．］
１４ 数据分析及绘图
试验数据采用 ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００３处理；各处
理间的差异性和相关性分析分别采用ＳＰＳＳ１６０软
件的ｔ检验（Ｓｔｕｄｅｎｔ′ｓｔｔｅｓｔ）和皮尔逊双尾相关性分
析（Ｐｅａｒｓｏｎ２－ｔａｉｌｓｔｅｓｔｏｆｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ）进行；图形制
作采用Ｏｒｉｇｉｎ８０软件。
２ 结果与分析
２１ 秸秆分解过程中ＣＯ２－Ｃ的释放动态
添加稻秆使 ＣＯ２释放速率迅速增加并在短时
间内达到最大值：１５℃条件下在培养第５ ７ｄ达
到峰值，３５℃条件下几乎仅培养１ｄ就显现了最大
释放速率；相同温度条件下，１００％ＷＨＣ条件下释放
速率最大值也较大（图１上）。达到峰值后，随培养
时间的延长ＣＯ２释放速率快速下降，至第２８ｄ时多
数处理已降至相当低水平。整个培养周期内，ＣＯ２
释放速率都存在１００％ＷＨＣ＞４０％ＷＨＣ的规律，
尤其在培养 ５３ｄ内这种差异达到显著水平（Ｐ＜
００５）；相同水、温条件下（尤其是水分），培养７ｄ
后，猪粪处理中释放的 ＣＯ２显著高于尿素处理。添
加秸秆促腐菌剂的处理中 ＣＯ２释放速率平均要优
于不加菌剂处理。
图１（下）为水稻秸秆添加后黄泥田中ＣＯ２累积
释放量的动态变化特征。以 ＣＯ２累积释放量表征
的土壤累积呼吸量在整个培养周期内均呈现１００％
ＷＨＣ＞４０％ＷＨＣ的规律，且两水分处理间的差异
达到极显著水平（Ｐ＜００１）；不论何种氮素添加，低
水分含量环境中土壤 ＣＯ２释放量相对较少，而若在
这些处理中添加微生物促腐菌剂，均能显著提高
ＣＯ２释放总量（Ｐ＜００１）。同时，３５℃处理中的土
壤累积呼吸量在各取样期均比１５℃处理更大（Ｐ＜
００１），２８ ３８ｄ内辅施菌剂对ＣＯ２的累积释放也
会有显著提升作用。总的来说，至培养结束时，不同
４
１期 苏朋，等：控制条件下水肥耦合对黄泥田还田秸秆腐解及土壤碳转化的影响
处理间ＣＯ２累积释放量的动态变化大致呈现的一
致趋势为：高温、高湿及猪粪添加情况下可促进秸
秆腐解，从而释放较多 ＣＯ２（如 ３５℃条件下 １００％
ＷＨＣ－Ｍ＋与１００％ＷＨＣ－Ｍ的两个处理）。若以
ＣＯ２释放量占总外源投加碳量的百分比进行计算，
各处理在培养的第７、２８和１０５ｄ内以 ＣＯ２释放形
式分解的所添加总碳量的变幅分别为 １０６％
２０７％、２９７％ ３８４％和６５８％ ５５９％，其中
显现最大分解率的处理为３５℃、１００％ＷＨＣ条件下
施用尿素的处理，而显现最小分解率的处理为
１５℃、４０％ＷＨＣ条件下不加菌剂的两种氮肥处理
（表１）。若将整个培养周期内（１０５ｄ）的累积释放
ＣＯ２量作为１００％计算，则培养的前７ｄ和２８ｄ所
释放的 ＣＯ２量分别即可达到 ９９６％ ３９０％和
２８０％ ７１６％，两个时间点以３５℃下１００％ＷＨＣ
－Ｕ＋处理中最大，１５℃下４０％ＷＨＣ－Ｍ处理中最
小（表１）。
表１ 不同处理中土壤ＣＯ２释放量占碳总投入量和ＣＯ２累积释放量的比例（％）
Ｔａｂｌｅ１ ＴｈｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆＣＯ２ｒｅｌｅａｓｅｉｎｔｏｔａｌＣｉｎｐｕｔａｎｄｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅＣＯ２ｅｍｉｓｓｉｏｎｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓ
ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
１５℃
７ｄ ２８ｄ １０５ｄ
３５℃
７ｄ ２８ｄ １０５ｄ
占总碳投入量的比例 ＰｅｒｃｅｎｔａｇｅｉｎｔｏｔａｌＣｉｎｐｕｔ
４０％ＷＨＣ－Ｕ＋ １７０±００１ｄ ５６５±００２ｃ １５８±１３７ｂ ５５６±００８ｄ ９６４±０１７ｅ ２８４±５７０ｃ
４０％ＷＨＣ－Ｕ １１７±００６ｅ ３９０±０１５ｄ ６５８±００４ｄ ５４５±０２３ｄｅ ８７６±０２８ｅ ２００±０６１ｄ
４０％ＷＨＣ－Ｍ＋ １６６±０２５ｄｅ ４５６±０３８ｃｄ １２８±０７５ｃ ５４８±００７ｄ １３２±０４３ｃ ２２６±０３６ｄ
４０％ＷＨＣ－Ｍ １０６±００５ｅ ２９７±０１４ｄ １０７±０８７ｃ ４６３±００８ｅ ９７９±０３０ｄ １９９±０７９ｄ
１００％ＷＨＣ－Ｕ＋ ７６０±０１４ｂ ２１９±０１７ａ ３２５±０３０ａ ２０７±０８７ａ ３７８±０４７ａ ５２９±２６１ａｂ
１００％ＷＨＣ－Ｕ ７５３±０００ｂｃ ２０１±０２８ｂ ３１０±１９４ａ １６０±０６３ｂ ３８４±０１４ａ ５５９±０３４ａ
１００％ＷＨＣ－Ｍ＋ ８１４±０４３ａ １８９±１４７ｂ ３０９±２７６ａ １５５±０３４ｂ ３２５±１４６ｂ ５１１±０３９ｂ
１００％ＷＨＣ－Ｍ ７０９±０６３ｃ ２００±１６８ｂ ３２０±２４０ａ １１６±０６６ｃ ３１６±０１７ｂ ５０７±０５１ｂ
占 ＣＯ２累积释放量中的比例 ＰｅｒｃｅｎｔａｇｅｉｎｃｕｍｕｌａｔｉｖｅＣＯ２ｅｍｉｓｓｉｏｎ
４０％ＷＨＣ－Ｕ＋ １０８±１０１ｄｅ ３５９±３０４ｃ ２０２±４３６ｄ ３５０±７１５ｆ
４０％ＷＨＣ－Ｕ １７８±１０１ｃ ５９２±１８９ｂ ２７３±１３８ｂｃ ４３８±１９３ｅ
４０％ＷＨＣ－Ｍ＋ １２９±１２３ｄ ３５６±０９４ｃ ２４３±０６１ｃ ５８３±１２４ｃ
４０％ＷＨＣ－Ｍ ９９６±０４０ｅ ２８０±２７９ｄ ２３３±０６２ｃｄ ４９２±０５９ｄ
１００％ＷＨＣ－Ｕ＋ ２３４±０２２ｂ ６７２±０３５ａ ３９０±１２９ａ ７１６±２６２ａ
１００％ＷＨＣ－Ｕ ２４３±１４８ａｂ ６５０±３１７ａｂ ２８７±１２９ｂ ６８６±０３２ａｂ
１００％ＷＨＣ－Ｍ＋ ２６４±０９５ａ ６１１±０８８ｂ ３０３±０４４ｂ ６３６±３３４ｂ
１００％ＷＨＣ－Ｍ ２２３±３０２ｂ ６２４±０８３ｂ ２２９±１１６ｃｄ ６２３±０９５ｂｃ
注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａａｎｄ
ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ—只加猪粪 Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．同列数据后不同字母表示差异显著
（Ｐ＜００５）Ｖａｌｕｅｓｆｏｌｏｗｅｄｂｙｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｃｏｌｕｍｎａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｅｒｅｎｔａｔ００５ｌｅｖｅｌ．
２２ 秸秆分解过程中ＤＯＣ含量的动态变化
在整个培养周期内，土壤中ＤＯＣ的最大含量基
本上出现在培养初期，随培养时间的延长而降低，培
养１５ｄ内，相同水分条件下，各处理间 ＤＯＣ含量的
变化趋势相似。在整个培养周期内，３５℃处理下土
壤中 ＤＯＣ含量普遍低于１５℃处理（图２），培养０、
１、３、７和６０ｄ时差异达到显著水平（Ｐ＜００５）。
与加入尿素相比，加入猪粪土壤 ＤＯＣ含量更高，两
５
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
图２ 不同处理条件下土壤可溶性有机碳含量的变化动态
Ｆｉｇ．２ Ｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｓｏｉｌｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
［注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａａｎｄ
ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ—只加猪粪 Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．］
者差异均达显著水平（Ｐ＜００５），但差异由培养初
期的６０ｍｇ／ｋｇ逐渐降到培养末期的 ３０ｍｇ／ｋｇ左
右。两个培养温度下，整个培养周期内 ４０％ＷＨＣ
处理中土壤ＤＯＣ均显著高于１００％ＷＨＣ处理（Ｐ＜
００５）。添加菌剂与否对土壤中ＤＯＣ的含量变化无
实质影响。综合土壤湿度、培养温度、氮素来源和
添加菌剂因素，高温培养土壤ＤＯＣ含量较低，添加尿
素和高湿土壤条件下，土壤中ＤＯＣ的含量会更低。
２３ 秸秆分解过程中总有机碳（ＴＯＣ）的动态变化
分别于培养第０、３０和１０５ｄ采样测定秸秆分
解过程中土壤 ＴＯＣ含量（表 ２），各试验处理土壤
ＴＯＣ含量随培养时间的延长而渐少，但在采样的三
个时期均远大于初始水平（１１０ｇ／ｋｇ）。三个时期
取样测定结果，最大值均出现在１５℃、４０％ＷＨＣ条
件下施用猪粪的处理中，最小值则在 ３５℃、１００％
ＷＨＣ条件下施用尿素的处理中（Ｐ＜００５）。
１０５ｄ时各试验处理条件下土壤ＴＯＣ的净增量
如图３所示，无论添加尿素还是猪粪，３５℃、１００％
ＷＨＣ条件下土壤 ＴＯＣ净增量最小（Ｐ＜００１）。猪
粪处理土壤ＴＯＣ净增量高于尿素处理，添加菌剂后，
土壤ＴＯＣ净增量均减小。
表２ 试验各处理在培养０、３０和１０５天的土壤总有机碳含量 （ｇ／ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ２ ＴＯＣｃｏｎｔｅｎｔｓａｆｔｅｒｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｏｆ０，３０ａｎｄ１０５ｄａｙｓｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
处理 １５℃ ３５℃
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ０ｄ ３０ｄ １０５ｄ ０ｄ ３０ｄ １０５ｄ
４０％ＷＨＣ－Ｕ＋ １５７±０１６ｄ １５５±０２６ｃ １２５±０８４ｂ １４６±０４３ｄ １５１±０４５ｃ １３９±０７６ｂ
４０％ＷＨＣ－Ｕ １６８±０８１ｅ １６１±０９９ｃ １２８±０８７ｄ １４９±０９２ｅ １５３±０６３ｃ １３６±０３９ｄ
４０％ＷＨＣ－Ｍ＋ １８０±１１４ｄｅ １７４±１０９ｃｄ １３２±１７５ｃ １５９±０６３ｄｅ １６８±０３７ｃｄ １４３±０５５ｃ
４０％ＷＨＣ－Ｍ １７２±０３８ｅ １６４±１２５ｃ １３５±０３３ｃ １７５±１３０ｅ １６４±０１６ｃ １５１±０７５ｃ
１００％ＷＨＣ－Ｕ＋ １５０±０１０ｂ １４４±０７４ａ １２９±０４９ａ １３２±０４８ｂ １３７±０２０ａ １２２±０１６ａ
１００％ＷＨＣ－Ｕ １６２±０３３ａ １５０±０１３ｂ １３６±０２４ａ １４２±０４５ａ １３６±０２５ｂ １２５±０１３ａ
１００％ＷＨＣ－Ｍ＋ １６０±０３２ａ １６０±０５２ｂ １４２±０２０ａ １５４±０２３ａ １４５±０１７ｂ １２７±０２８ａ
１００％ＷＨＣ－Ｍ １６４±１７６ｃ １５４±０５９ｂ １３６±０２０ａ １５４±００５ｃ １５０±０５３ｂ １２８±０１８ａ
注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａａｎｄ
ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ—只加猪粪Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．同列数据后不同字母表示差异显著（Ｐ
＜００５）Ｖａｌｕｅｓｆｏｌｏｗｅｗｄｂｙｄｉｆｅｒｅｎｔｌｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｃｏｌｕｍｎａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｅｒｅｎｔａｔ００５ｌｅｖｅｌ．
６
１期 苏朋，等：控制条件下水肥耦合对黄泥田还田秸秆腐解及土壤碳转化的影响
图３ 不同试验处理培养结束时土壤总有机碳净增量（ＳＯＣ１０５）
Ｆｉｇ．３ Ｎｅｔｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｆｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｉｎｓｏｉｌｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
［注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａａｎｄ
ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎＭ—只加猪粪 Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．总培养时间为 １０５天 Ｔｏｔａｌ
ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄｉｓ１０５ｄａｙｓ．］
计算加入物料后０ ３０ｄ、３０ １０５ｄ和０
１０５ｄ有机碳的净损失量（ＮＥＴ０－３０、ＮＥＴ３０－１０５及
ＮＥＴ０－１０５）可知，秸秆促腐菌剂加入量对土壤ＴＯＣ的
净增量与净损失量影响差异不显著。不同温度处理
和不同水分处理在分解前期（０ ３０ｄ）和后期（３０
１０５ｄ）差异均显著，但整个培养周期内（０ １０５
ｄ）差异不显著。不同氮源间在前期（０ ３０ｄ）显
著，但后期（３０ １０５ｄ）差异不显著，但整个周期内
依然显著（表３）。ＴＯＣ净增值和净损失量在不同水
分及氮素处理间也存在差异，特别是不同水分处理
的差异在各时段均达到显著水平。
表３ 不同时段计算的土壤总有机碳（ＴＯＣ）含量变化在各处理因素水平间的差异显著性分析 （ｔｔｅｓｔ）
Ｔａｂｌｅ３ ＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｓｏｉｌｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃＣｃｏｎｔｅｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏｌｅｖｅｌｓｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｅｄｍｏｉｓｔｕｒｅ，
Ｎｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
影响因素 Ｆａｃｔｏｒ Ｓ３０ Ｓ１０５ ＮＥＴ０－３０ ＮＥＴ３０－１０５ ＮＥＴ０－１０５
温度Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（１５℃、３５℃） ２３６ ０３１ －２１２ ２６２ ０３４
水分Ｍｏｉｓｔｕｒｅ（４０％ＷＨＣ、１００％ＷＨＣ） ５５６ ２５３ －５３３ ２８３ －１６２
氮素 Ｎｓｏｕｒｃｅ（Ｕｒｅａ、Ｍａｎｕｒｅ） －４４４ －２８１ －３９２ －１４７ ０３４
菌剂 Ｉｎｏｃｕｌａｔｏｒｓ（＋、－） ０１２ ０７５ ００６ －０６５ －０５０
注（Ｎｏｔｅ）：Ｓ３０、Ｓ１０５分别指土壤有机碳在３０及１０５ｄ后的净增量ＮｅｔｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｆＴＯＣａｆｔｅｒ３０ａｎｄ１０５ｄｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ；ＮＥＴ０－３０、ＮＥＴ３０－１０５、
ＮＥＴ０－１０５分别指物料加入后土壤ＴＯＣ在０ ３０、３０ １０５ｄ以及整个培养周期（０ １０５ｄ）内的净损失量 ＮｅｔｌｏｓｓｏｆＴＯＣｗｉｔｈｉｎｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
ｐｅｒｉｏｄｏｆ０－３０，３０－１０５ａｎｄ０－１０５ｄ；ｎ＝４８；—Ｐ＜００５；—Ｐ＜００１
３ 讨论
土壤微生物在有机质分解中起主导作用［７］，秸
秆还田后腐解过程很大程度是微生物作用下的生物
化学过程。土壤呼吸速率与温度间的相关关系（Ｒ２
＝０３０８）证实，高温易激发高ＣＯ２释放速率
［９］，
温度主要影响微生物细胞的物理反应及生物化学反
应速率［１５］。有研究将土壤在一天内的 ＣＯ２排放速
率与气温进行曲线拟合，发现 ＣＯ２排放速率以抛物
线形式响应气温变化，拟合效果达到显著相关水
平［２２］。同时，微生物活性与土壤水分状态关系紧
密［８－９］，且本试验呼吸速率、呼吸总量与水分也存
在很好相关性（Ｒ２＝０４６９，Ｒ２＝０７８７）。有
研究表明土壤水分含量在６０％ ８０％ＷＨＣ时，有
７
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
机质矿化作用最强烈［１９］；干湿交替影响土壤通气并
产生好氧厌氧交替状况，形成更丰富微生物多样
性［１６］。若土壤水分含量较低，可导致土著微生物活
性较低，进而导致秸秆在田间的腐解进程和培肥效果
受到抑制，这与本试验中４０％ＷＨＣ条件下的变化一
致：同水分条件下，猪粪易释放出较多 ＣＯ２，而４０％
ＷＨＣ条件下配施猪粪处理中释放的 ＣＯ２比１００％
ＷＨＣ条件下配施尿素的处理少，说明是低水分含量
而不是氮素种类限制了微生物的代谢。１００％ＷＨＣ
条件下配施猪粪处理在培养末期显现了最大ＣＯ２释
放量，这或许与猪粪中氮被缓慢利用有关。
徐明岗等［２３］认为土壤活性有机Ｃ、微生物量Ｃ
和ＤＯＣ与ＴＯＣ相比可以更客观地反映土壤质量和
土壤肥力状况。土壤中的 ＤＯＣ是有机物转化和微
生物代谢活动的中间产物，是土壤有机碳库中最活
跃的组分之一，与土壤生态系统中有机碳的迁移、
固持和 ＣＯ２的释放有密切联系
［２４，２６］。本试验中，
ＤＯＣ释放的变化规律与之前的报道相似［２４－２７］。随
着培养试验的延长，本试验土壤中ＤＯＣ含量显著降
低，这与赵满兴等人对不同地域农田和林地土壤好
气培养的研究结果一致［２６］，原因是培养起始阶段微
生物的大量繁殖消耗。尿素处理 ＤＯＣ要比猪粪处
理减少得快，可能是猪粪初期带来更多丰富的水溶
性有机碳（对应处理有较大的初始值）；尿素能为腐
解菌群短时间内利用生物有效性碳提供更多容易利
用的氮素。同时，尿素处理和猪粪处理之间的差异随
时间延长而减小，说明氮素种类对ＤＯＣ的影响逐渐
减弱。本试验中，４０％ＷＨＣ条件下ＤＯＣ含量显著高
于１００％ＷＨＣ条件下，或许说明４０％ＷＨＣ条件下
ＤＯＣ未被大量利用，低土壤水分成为微生物活动限
制因子，这与上述对ＣＯ２分解释放的影响相似。水分
对代谢活动至关重要，但也有研究报道ＤＯＣ浓度与
培养温度或土壤水分含量等并不相关［２８］。
秸秆促腐处理可利用腐解菌剂中富含的功能微
生物，利用秸秆中的碳源大量进行自身繁殖［２］，增
加土壤微生物群落的功能多样性和活性，加快还田
秸秆腐解进程。本试验结果表明，外源秸秆促腐菌
剂的添加确实激发了土壤呼吸作用，提高了秸秆腐
解及其过程中的ＣＯ２释放，且这种提升作用在低水
分环境中更为显著，如１５℃、４０％ＷＨＣ条件下不论
施用何种氮肥，释放速率都显著提升（图１），同时各
时间点４０％ＷＨＣ条件下所有处理ＣＯ２释放量占碳
总投入量的比例也显著提升（表 １）。不论哪种氮
肥，添加菌剂使１５℃和３５℃时４０％ＷＨＣ条件下所
有处理的ＣＯ２释放量在整个培养周期内，尤其前２８
ｄ显著升高（Ｐ＜００５），这也是外源有机物料施入
土壤后环境因子对外源有机 Ｃ影响最大的前期快
速分解阶段［１４，２９］。１００％ＷＨＣ条件下仅在１５℃施
用尿素时促腐菌剂作用才得到显著发挥，其他处理
的提升效果均不显著。而秸秆促腐菌剂对于 ＴＯＣ
的各变化量，如 Ｓ３０、Ｓ１０５、ＮＥＴ０－３０、ＮＥＴ３０－１０５和
ＮＥＴ０－１０５等的影响却几乎检测不到显著性。因此，
土壤有机碳含量值只是矿化分解和合成固定之间动
态平衡的结果，不能很好地反映土壤有机碳的质量。
但本试验证实，秸秆还田对土壤有机碳的恢复与累
积有正面效应，这应得益于水稻土本身团聚体发育
形成对有机碳的物理保护以及微生物对碳的低利用
率［２２］。试验中较高的温度、水分条件、合适的氮源
以及微生物引入导致土壤 ＴＯＣ消耗。培养末期
（１０５ｄ）各处理，尤其３５℃、１００％ＷＨＣ条件下ＴＯＣ
含量相当（表２），表明在一个较长的周期内，氮素来
源的影响不明显（表３，ＮＥＴ３０－１０５），时间可能是控制
土壤ＴＯＣ的唯一因素［２９］。
一般认为秸秆分解初期释放 ＣＯ２，从而大量损
耗碳；之后微生物繁殖开始利用秸秆中含碳组分作
碳源，引发分解强降解能力微生物的发育［５］；后期
残体只剩下木质素等难分解化合物。所以碳循环是
动态的，在土壤中既有分解又有合成［５］。图４显示
了整个培养周期内秸秆碳素在不同处理下的分配比
例。以ＣＯ２形式释放与 ＴＯＣ形式固存的两种碳量
之和在３５℃时相近，但在两水分水平上表现相反，
４０％ＷＨＣ倾向固定为 ＴＯＣ而 １００％ＷＨＣ为更多
ＣＯ２释放；３５℃、４０％ＷＨＣ与１５℃、１００％ＷＨＣ相
比ＣＯ２释放更少，ＴＯＣ固定更多，说明分解过程中
水分应起到的作用更大，与前面图１和表３中的结
果一致。１００％ＷＨＣ条件下施用尿素处理中新加入
物料碳得到最大程度的分解，尿素含有丰富的微生
物有效性氮源，因此，辅施尿素可推荐为田间环境下
短时间内加速还田的水稻秸秆腐解的举措；而施加
猪粪的处理有较小的分解比例，同时固碳并提升了
土壤有机碳含量。此外，土壤呼吸速率达到极值
（约２８ｄ）后立即迅速降低，这与土壤中 ＤＯＣ含量
在２２ｄ内降至较低的结果相对应。大量研究结果
证实，ＣＯ２释放速率与 ＤＯＣ浓度呈现极好的相
关［２７－２８］，比如Ｃｈｏｕ等对农业草炭土壤的培养试验
中发现ＣＯ２释放速率与 ＤＯＣ浓度间呈线性相关并
且有赖于温度和水分含量变化［２７］。将所有取样期
的呼吸速率与ＤＯＣ浓度进行线性拟合（表４），同样
８
１期 苏朋，等：控制条件下水肥耦合对黄泥田还田秸秆腐解及土壤碳转化的影响
图４ 不同处理培养周期内物料碳投加到土壤后释放、固存比例
Ｆｉｇ．４ ＰｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆａｄｄｅｄｓｔｒａｗＣｌｏｓｓａｓＣＯ２ａｎｄｒｅｔａｉｎｅｄｉｎＴＯＣａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ
［注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａ
ａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ—只加猪粪 Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．］
表４ 土壤呼吸速率（ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ）与土壤可溶性碳浓度（［ＤＯＣ］）的线性回归关系
Ｔａｂｌｅ４ Ｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｓｏｆｓｏｉｌｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅ（ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ）ａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
（［ＤＯＣ］）ｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｉｎｃｕｂａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
温度Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 线性方程Ｌｉｎｅａｒｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ（ｙ＝ｍｘ＋ｂ） Ｒ２ Ｐ
１５℃ ４０％ＷＨＣ－Ｕ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝００４７×［ＤＯＣ］＋４１２ ０８０２ ０００１
４０％ＷＨＣ－Ｕ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝００３７×［ＤＯＣ］－０１１３ ０８１８ ０００１
４０％ＷＨＣ－Ｍ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝００９６×［ＤＯＣ］－２４８ ０５７５ ００１８
４０％ＷＨＣ－Ｍ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝００３９×［ＤＯＣ］＋１５２ ０５０９ ００３１
１００％ＷＨＣ－Ｕ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０１２１×［ＤＯＣ］＋４５１ ０８０１ ００１６
１００％ＷＨＣ－Ｕ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０５８５×［ＤＯＣ］＋１６６ ０９０４ ０００４
１００％ＷＨＣ－Ｍ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０５５１×［ＤＯＣ］＋２５６ ０８４２ ００１０
１００％ＷＨＣ－Ｍ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０６４８×［ＤＯＣ］＋１２４ ０７８９ ０００１
３５℃ ４０％ＷＨＣ－Ｕ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０８２２×［ＤＯＣ］－３００ ０９９０ ００００
４０％ＷＨＣ－Ｕ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０５３６×［ＤＯＣ］－２０９ ０７８２ ００１９
４０％ＷＨＣ－Ｍ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０６１９×［ＤＯＣ］－５４１ ０８６３ ００００
４０％ＷＨＣ－Ｍ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０６８０×［ＤＯＣ］－６０３ ０８７１ ００００
１００％ＷＨＣ－Ｕ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０９４８×［ＤＯＣ］＋６１１ ０７２３ ０００４
１００％ＷＨＣ－Ｕ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝１２３×［ＤＯＣ］＋４１５ ０９３０ ００００
１００％ＷＨＣ－Ｍ＋ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝１５９×［ＤＯＣ］＋２１６ ０９３５ ００００
１００％ＷＨＣ－Ｍ ｄ［ＣＯ２］／ｄｔ＝０４５０×［ＤＯＣ］＋４５６ ０７６２ ０００２
注（Ｎｏｔｅ）：ＷＨＣ—田间最大持水量 Ｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；Ｕ—只加尿素 Ａｄｄｉｎｇｕｒｅａ；Ｕ＋—尿素和菌剂都添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｕｒｅａａｎｄ
ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ—只加猪粪 Ａｄｄｉｎｇｍａｎｕｒｅ；Ｍ＋—猪粪、菌剂同时添加 Ａｄｄｉｎｇｂｏｔｈｍａｎｕｒｅａｎｄｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．
９
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
发现在几乎所有处理中都有显著的相关关系，证实
土壤微生物在培养周期内，尤其分解前期是以 ＤＯＣ
为基质参加代谢活动的。
４ 结论
１）总的来说，高温、高湿环境条件下显示较大
ＣＯ２释放量、较少可溶性有机碳含量及较少总有机
碳固持；而相比速效尿素，添加猪粪后出现较多可溶
性有机碳及较多总有机碳固持；促腐菌剂的添加促
进了各处理ＣＯ２形式的释放，但由于低水分含量条
件下显著激发了ＣＯ２的释放，其添加可能不利于土
壤固碳。
２）若忽略温度因素的影响，水分对碳素各形态
的转化起到更大作用，辅施氮肥类型差异的影响是
随时间延长而逐渐弱化或消失的，因此在不同温度
制度下的生产实践中具体操作时，应更关注对水分
的调控，其次才是氮肥的选择。
３）施用尿素处理得到更大的物料分解比例，而
施用猪粪处理有显著较大物料分解量（ＣＯ２）和总有
机碳固持量，因此在加速还田秸秆快速腐解时，对于
氮肥品种的选择应综合考虑不同氮肥辅施后的效
应，包括短时期内最大化的腐解、温室气体释放及
土壤有机碳含量提升等。
４）在华中低产黄泥田双季轮作稻区，推荐采用
以下田间优化管理措施，实现还田秸秆快速腐解的
同时又确保最大化土壤培肥固碳的双效目标，即早
稻还田时气温高周期短，建议侧重快腐，推荐保持
１００％ＷＨＣ，将 辅施适量尿素，并配合添加秸秆腐
解菌剂的田间管理措施；晚稻还田时气温低周期长，
建议侧重固碳，推荐保持４０％ＷＨＣ并辅施缓效猪
粪的田间管理措施，对农田总有机碳提升有利。
参 考 文 献：
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０１
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ＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２００６，１２（４）：４８５－４９４
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ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｄｅｘｉｎｒｅｄｓｏｉｌｕｎｄｅｒｌｏｎｇｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．
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Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，２００７，１５（２）：３７－４０
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１１