全 文 ：植物营养与肥料学报 ２０１５，２１（１）：１０４－１１１
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｄｏｉ牶１０１１６７４／ｚｗｙｆ．２０１５０１１１
收稿日期：２０１４－０３－２８ 接受日期：２０１４－０６－２５
基金项目：国家国际科技合作专项（２０１１ＤＦＲ３１２３０）资助。
作者简介：王朔林（１９８９—），女，吉林长春人，硕士研究生，主要从事植物营养与施肥研究。Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈｕｏｌｉｎ３１０９＠１２６ｃｏｍ
通信作者 Ｅｍａｉｌ：ｇａｉｌａｎｗａｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响
王朔林１，王改兰１，赵 旭１，陈春玉１，黄学芳２
（１湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 ４１０１２８；２山西农业科学院旱地农业研究中心，山西太原 ０３００３１）
摘要：【目的】作为土壤质量的重要指标，土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。本
文以２５年长期定位施肥试验为依托，分析了不同施肥处理对栗褐土有机碳含量及其组分的影响，为调控农田土壤
肥力及栗褐土有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验开始于 １９８８年，设置 ８个施肥处理为不施肥
（ＣＫ）；单施氮肥（Ｎ）；氮磷肥合施（ＮＰ）；单施低量有机肥（Ｍ１）；低量有机肥与氮肥合施（Ｍ１Ｎ）；低量有机肥与氮磷
肥合施（Ｍ１ＮＰ）；高量有机肥与氮肥合施（Ｍ２Ｎ）；高量有机肥与氮磷肥合施（Ｍ２ＮＰ）。于第２５年玉米播种前，采集
以上处理的耕层（０—２０ｃｍ）土壤样品。借助有机碳物理分组方法和化学分析方法，测定了土壤总有机碳和有机碳
各组分的含量。【结果】长期施用不同肥料不同程度地提高了栗褐土总有机碳、游离态颗粒有机碳以及闭蓄态颗
粒有机碳含量，其中有机肥与化肥配施尤其是高量有机肥与化肥配施的作用更加明显。与不施肥相比，高量有机
肥与无机肥配施（Ｍ２Ｎ、Ｍ２ＮＰ）总有机碳含量增加了 １２１１％、１６６８％，游离态颗粒有机碳增加了 ２３９２％、
３５９２％，闭蓄态颗粒有机碳增加了２８８４％、２８９９％。单施氮肥（Ｎ）及有机肥与氮磷肥配施（Ｍ１ＮＰ、Ｍ２ＮＰ）可显
著提高矿物结合态有机碳含量，增幅分别为２７８％、３４８％、３３３％。不施肥条件下，栗褐土有机碳中颗粒有机碳
与矿物结合态有机碳所占的比例相当，长期施肥提高了颗粒有机碳特别是闭蓄态颗粒有机碳的比例，降低矿物结
合态有机碳所占的比例，闭蓄态颗粒有机碳成为栗褐土有机碳的主要贮存库。相关分析表明，长期施肥条件下栗
褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳含量之间及其与总有机碳含量之间均呈极显著正相关，矿物结合态有机碳含量与
总有机碳及其他组分的有机碳之间均无明显相关。【结论】化肥、有机肥以及有机肥与化肥配施能够提高栗褐土
游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳以及总有机碳含量。高量有机肥与化肥配施更有助于栗褐土游离态、闭蓄
态颗粒有机碳的积累，有利于土壤养分有效性的提高和有机碳品质的改善。氮肥单施、有机肥与氮磷肥配施则是
提高矿物结合态有机碳含量的有效措施。
关键词：长期施肥；栗褐土；有机碳组分；相关分析
中图分类号：Ｓ１５３．６＋１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－５０５Ｘ（２０１５）０１－０１０４－０８
Ｅｆｅｃｔｏｆｌｏｎｇｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
ｆｒａｃｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌ
ＷＡＮＧＳｈｕｏｌｉｎ１，ＷＡＮＧＧａｉｌａｎ１，ＺＨＡＯＸｕ１，ＣＨＥＮＣｈｕｎｙｕ１，ＨＵＡＮＧＸｕｅｆａｎｇ２
（１ＣｏｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＨｕｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０１２８，Ｃｈｉｎａ；
２ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＤｒｙｌａｎｄＦａｒｍｉｎｇ，ＳｈａｎｘｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ】Ａｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｏｆｓｏｉｌｑｕａｌｉｔｙ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｉｔｓｆｒａｃｔｉｏｎｓｐｌａｙａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｌａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｃｒｏｐｙｉｅｌｄ．Ｂａｓｅｄｏｎａ２５－ｙｅａｒｌｏｎｇｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，
ｅｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｉｔｓｆｒａｃｔｉｏｎｓｉｎｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌ
ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｏｆｓｏｉｌｆｅｒｔｉｌｉｔｙａｎｄｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．【Ｍｅｔｈｏｄｓ】
Ｓｉｎｃｅ１９８８，ａｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｅｉｇｈｔｄｉｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ，ｎｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（ＣＫ），
ｃｈｅｍｉｃａｌＮ，ｃｈｅｍｉｃａｌＮＰ，ｌｏｗａｍｏｕｎｔｏｒｇａｎｉｃｍａｎｕｒｅ，ｌｏｗａｍｏｕｎｔｏｒｇａｎｉｃｍａｎｕｒｅｐｌｕｓｃｈｅｍｉｃａｌＮ，ｌｏｗａｍｏｕｎｔ
ｏｒｇａｎｉｃｍａｎｕｒｅｐｌｕｓｃｈｅｍｉｃａｌＮＰ，ｈｉｇｈａｍｏｕｎｔｏｒｇａｎｉｃｍａｎｕｒｅｐｌｕｓｃｈｅｍｉｃａｌＮａｎｄｈｉｇｈａｍｏｕｎｔｏｒｇａｎｉｃｍａｎｕｒｅ
ｐｌｕｓｃｈｅｍｉｃａｌＮＰ．Ａｔｔｈｅ２５ｔｈｙｅａｒ，ｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓａｔ０－２０ｃｍｄｅｐｔｈｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃｏｌｅｃｔｅｄ
１期 王朔林，等：长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响
ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｓｏｗｉｎｇｏｆｍａｉｚｅ．Ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｓｏｉｌｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｉｔｓｆｒａｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｐｈｙｓｉｃａｌ
ｐａｒｔｉａｌｓｉｚｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．【Ｒｅｓｕｌｔｓ】Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｎｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｏｎｇｔｅｒｍｄｉｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＦＰＯＭＣ
ａｎｄＯＰＯＭＣｉｎｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌ，ａｎｄｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｍａｎｕｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｙ
ｈｉｇｈｅｒａｍｏｕｎｔｏｆｍａｎｕｒｅｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｌｏｎｇｔｅｒｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ
Ｍ２ＮａｎｄＭ２ＮＰ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１２１１％ ａｎｄ１６６８％，ＦＰＯＭＣｃｏｎｔｅｎｔｓａｒｅ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２３９２％ ａｎｄ３５９２％，ａｎｄＯＰＯＭＣｃｏｎｔｅｎｔｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ２８８４％ ａｎｄ２８９９％．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ
ｎｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｆＮ，Ｍ１ＮＰａｎｄＭ２ＮＰｃｏｕｌｄｂｅｍｏｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＭＯＭ
Ｃ，ｗｈｉｃｈａｒｅ２７８％，３４８％，３３３％ ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｎｏｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｏｆＰＯＭＣａｎｄＭＯＭＣｉｎｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌａｒｅｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｎｏｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｗｈｉｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅ
ｌｏｎｇｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｏｆＰＯＭＣｉｎＳＯＣａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｈｏｗｅｖｅｒ，
ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆＭＯＭＣｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆＯＰＯＭＣｉｎＳＯＣｈａｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｉｎｃｒｅａｓｅ；
ａｓａｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＯＰＯＭＣｉｓｔｈｅｍａｉｎｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｐｏｏｌｉｎｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌ．Ｔｈｅｃｏｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓ
ｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏｎｇｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＦＰＯＭＣａｎｄＯＰＯＭＣａｒｅｈｉｇｈｌｙａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ
ｒｅｌａｔｅｄｔｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｙａｌｓｏｈａｖｅａｓｔｒｏｎｇｃｏｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＭＯＭＣ
ｉｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｃｏｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｆｒａｃｔｉｏｎｓ．【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ】Ｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，
ｍａｎｕｒｅ，ａｎｄｍａｎｕｒｅｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＦＰＯＭＣａｎｄＯＰＯＭＣａｎｄＴＯＣｉｎ
ｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌ．Ｈｉｇｈｅｒａｍｏｕｎｔｏｆｍａｎｕｒｅｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｏｓｔｅｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｔｏ
ｐｒｏｍｏｔｅＦＰＯＭＣａｎｄＯＰＯＭＣ，ｗｈｉｃｈｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｎｕｔｒｉｅｎｔａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ．Ｔｈｅ
ｃｈｅｍｉｃａｌＮａｌｏｎｅａｎｄｍａｎｕｒｅｗｉｔｈｃｈｅｍｉｃａｌＮ，ＰａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅｂｅｔｅｒｗａｙｓｔｏｉｎｃｒｅａｓｅＭＯＭＣ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｌｏｎｇｔｅｒｍｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ牷ｃｉｎｎａｍｏｎｓｏｉｌ牷ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｆｒａｃｔｉｏｎ牷ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ
土壤有机碳是地球陆地生态系统中最大、最活
跃的碳库，据估算全球土壤固定的有机碳约为
１５００Ｐｇ，超过了植被与大气有机碳储量之和［１］。由
于土壤有机碳储量巨大，其较小幅度的变化就可能
对大气ＣＯ２浓度水平产生深远影响
［２］。土壤有机
碳同时也是土壤肥力的基础，与土壤结构、持水性、
缓冲性和作物养分的有效性高度相关，直接影响着
耕地的生产力和作物的产量［３］。但由于土壤总有
机碳含量是容量指标，只能反映出有机碳矿化分解
和合成的最终结果，不足以全面地反映土壤质量的
内在变化［４］。因此，人们将土壤有机碳的研究与其
分组技术相联系，提出了多种有机碳分组方法，其中
物理分组由于破坏性较小，且可以呈现原状有机碳
的结构和功能而成为当前研究土壤有机碳分组的主
流［５］。物理分组方法将土壤有机碳分为易分解组
分和稳定性组分，其中，易分解组分可以作为反映农
业管理措施引起的土壤质量改变的敏感性指标，而
稳定性组分则对有机碳固存具有重要意义［６］。
施肥条件下土壤有机碳含量及组分的变化，国
内学者在黑土［７－８］、灰漠土［９］、棕壤［１０］以及红
壤［１１］等土壤上已有较深入的研究。结果表明，施肥
是影响土壤有机碳转化和积累的重要因素之
一［１２－１５］。但由于受气候、土壤母质和耕作等诸多
因素的影响，相同施肥措施对土壤有机碳及其组分
的影响在不同区域、不同土壤类型上存在差
异［１６－１７］。如，王玲莉等［１０］系统地分析了不同施肥
措施对棕壤有机碳及其组分的影响，表明施用化肥
会导致颗粒有机碳含量下降，但可以稳定矿物结合
态有机碳含量，最终提高了土壤总有机碳含量，而施
用有机肥或有机肥与化肥配施则能够提高土壤颗粒
有机碳、矿物结合态有机碳及总有机碳的含量。王
雪芬等［１１］对旱地红壤有机碳含量及其组分进行了
研究，认为施有机肥可以显著提高颗粒有机碳组分，
但对矿物结合态有机碳影响不显著，而施化肥对有
机碳各组分影响均不明显。目前，相关的研究在黄
土丘陵区的栗褐土上鲜见报道，为此，本研究以２５
年的长期定位施肥试验为依托，探讨长期施用不同
肥料对栗褐土有机碳总量及其组分的影响，为栗褐
土有机碳库的管理提供科学依据。
１ 材料和方法
１１ 供试土壤
试验于１９８８年布置在山西省河曲县砖窑沟流
域的沙坪村窑家嘴梁顶平地上，供试土壤按山西省
５０１
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
第二次土壤普查分类为轻壤黄土质淡栗褐土（土
种），以中国土壤系统分类为黄土正常新成土（土
类），１９８８年作物播种前测得的试验地０—２０ｃｍ土
壤基本理化性状：有机碳含量 ３２７ｇ／ｋｇ、全氮
０４５５ｇ／ｋｇ、全磷１２３ｇ／ｋｇ、碱解氮１４０ｇ／ｋｇ、速
效磷 ２８５ｍｇ／ｋｇ、速效钾 ８７０ｍｇ／ｋｇ、ｐＨ８０６、
ＣａＣＯ３含量为１３５５％。
１２ 试验设计
试验设 ８个处理：不施肥（ＣＫ）；单施氮肥
（Ｎ）；氮磷肥合施（ＮＰ）；单施低量有机肥（Ｍ１）；低
量有机肥与氮肥合施（Ｍ１Ｎ）；低量有机肥与氮磷肥
合施（Ｍ１ＮＰ）；高量有机肥与氮肥合施（Ｍ２Ｎ）；高量
有机肥与氮磷肥合施（Ｍ２ＮＰ）。各处理施肥量见表
１。试验设３次重复，随机区组排列，小区面积４ｍ
×６ｍ，每年试验小区的处理不变。氮肥用含 Ｎ４６０
ｇ／ｋｇ的尿素，磷肥用含 Ｐ２Ｏ５１４０ｇ／ｋｇ的过磷酸钙，
有机肥使用当地圈肥，氮含量３６４ｇ／ｋｇ，Ｐ２Ｏ５含量
为２４６ｇ／ｋｇ（多年平均值）。种植作物从１９８８年到
２００８年一直为糜子和马铃薯两种作物每年换茬轮
作，从２００９年至今一直种植玉米。所有肥料全部作
基肥，在作物播种前撒施，并耕翻入土。耕作管理措
施与大田相同。
表１ 各处理的施肥量 （ｋｇ／ｈｍ２）
Ｔａｂｌｅ１ Ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｓｏｆｅａｃｈｔｒｅａｔｍｅｎｔ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
有机肥
Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
氮肥（Ｎ）
Ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｕｓ
Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
磷肥（Ｐ２Ｏ５）
Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ
Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ＣＫ ０ ０ ０
Ｎ ０ １２０ ０
ＮＰ ０ １２０ ７５
Ｍ１ ２２５００ ０ ０
Ｍ１Ｎ ２２５００ １２０ ０
Ｍ１ＮＰ ２２５００ １２０ ７５
Ｍ２Ｎ ４５０００ １２０ ０
Ｍ２ＮＰ ４５０００ １２０ ７５
１３ 土壤样品的采集
试验于 ２０１３年作物播种前采集耕层（０—２０
ｃｍ）土壤样品，风干后过筛。
１４ 测定方法
土壤 有 机 碳 含 量：Ｈ２ＳＯ４—Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７ 外 加
热法［１８］。
土壤有机碳分组采用Ｓｉｘ等［１９－２０］的物理分组方
法，将土壤有机碳分为颗粒态有机碳（ＰＯＭＣ）和矿
物结合态有机碳（ＭＯＭＣ），其中颗粒态有机碳又细
分为游离态颗粒有机碳（ＦＰＯＭＣ）和闭蓄态颗粒有
机碳（ＯＰＯＭＣ）。
土壤游离态颗粒有机碳（ＦＰＯＭＣ）：浮选法分
离，称取２０００ｇ过２ｍｍ筛的风干土壤样品，放入
装有１００ｍＬ密度为１８ｇ／ｃｍ３ＮａＩ溶液的离心管
中，用手摇动，悬浮物离心（３５００ｒ／ｍｉｎ）１５ｍｉｎ。平
衡后，将管中的上清液抽吸到０４５μｍ的滤膜上，用
蒸馏水洗掉碘化钠，然后转入已称重的蒸发皿中，
８０℃烘干后即得轻组有机碳，用（１∶３）Ｈ２ＳＯ４－０２
ｍｏｌ／ＬＫ２Ｃｒ２Ｏ７外加热法测定
［１１－１２，２１］。
土壤闭蓄态颗粒有机碳（ＯＰＯＭＣ）和土壤矿物
结合态有机碳（ＭＯＭＣ）：离心管中剩余的部分用
超声波进一步打碎分散土壤团聚体，悬浊液通过孔
径为５３μｍ的尼龙筛，用蒸馏水冲洗筛子至无浑浊
液为止。留在筛子上的样品即为 ＯＰＯＭＣ组分，通
过筛子的为 ＭＯＭＣ组分，分别转移到已称重的蒸
发皿中，在８０℃下烘干，采用 Ｈ２ＳＯ４—Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７外加
热法测定［１１，２１］。
数据处理采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００３和ＤＰＳ７０５
软件。
２ 结果与分析
２１ 不同处理对土壤总有机碳（ＴＯＣ）含量的影响
经过连续２５年的不同施肥处理后，栗褐土总有
机碳含量产生了明显差异（图１）。与不施肥（ＣＫ）
相比，施肥处理显著或极显著提高了栗褐土总有机
碳含量，其中，高量有机肥与化肥配施（Ｍ２Ｎ、
Ｍ２ＮＰ）的效果最为明显，总有机碳含量较对照分别
增加了１２１１％、１６６８％，其次是低量有机肥与化
肥配施（Ｍ１Ｎ、Ｍ１ＮＰ），总有机碳含量分别提高了
７８８％、１０４％。单施化肥（Ｎ、ＮＰ）与单施有机肥
（Ｍ１）的处理土壤总有机碳含量相近，分别为４５６、
４６１和 ４６８ｇ／ｋｇ，较 ＣＫ分别提高了 ５５８％、
５７８％、６０３％。
与试验初始（１９８８年）的土壤总有机碳含量
３２７ｇ／ｋｇ相比，不同施肥处理也有明显提高，提高
幅度为３９５％ １３８２％，而不施肥处理的土壤总
有机碳含量则下降了１０６％。
以上结果表明，长期施用化肥、有机肥均可有
效提高栗褐土总有机碳的含量，化肥与有机肥配合
６０１
１期 王朔林，等：长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响
图１ 不同处理土壤总有机碳含量
Ｆｉｇ．１ ＣｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＯＣｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
［注（Ｎｏｔｅ）：柱上不同小写字母表示处理间差异达到５％显著水
平，柱上不同大写字母表示处理间差异达到 １％显著水平
Ｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｅｒｓａｂｏｖｅｔｈｅｂａｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌａｎｄ
ｃａｐｉｔａｌｌｅｔｅｒｓａｂｏｖｅｔｈｅｂａｒｓａｔｔｈｅ１％ ｌｅｖｅｌａｍｏｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．］
施用的效果更佳，而且土壤有机碳含量随有机肥投
入量的增加而增加。长期不施肥栗褐土总有机碳含
量有降低的趋势。
２２ 不同处理土壤有机碳组分含量
２２１土壤颗粒态有机碳含量
２２１１土壤游离态颗粒有机碳含量 表２表明，
施肥处理的土壤游离态颗粒有机碳含量较对照有不
同程度的增加，其中，单施氮肥处理土壤游离态颗粒
有机碳含量较低，与对照相比仅增加 ９％。ＮＰ与
Ｍ１处理游离态有机碳含量相近，分别较对照增加
９６４％和８８２％。有机肥与化肥配施土壤游离态
颗粒有机碳含量较高，Ｍ１Ｎ、Ｍ１ＮＰ、Ｍ２Ｎ、Ｍ２ＮＰ依
次较对照增加了 １５３４％、１９１０％、２３９２％和
３５９２％。可见，长期施化肥、有机肥可以提高栗褐
土游离态颗粒有机碳含量。有机肥与化肥配施肥效
较明显，而单施氮肥处理影响较小。
２２１２土壤闭蓄态颗粒有机碳含量 长期不同施
肥处理对栗褐土闭蓄态颗粒有机碳含量具有显著影
响（表２）。与对照相比，单施化肥（Ｎ、ＮＰ）与施低
量有机肥（Ｍ１、Ｍ１Ｎ、Ｍ１ＮＰ）处理土壤闭蓄态颗粒
有机 碳 含 量 分 别 提 高 了 １１３３％、１４６７％、
１６１９％、１５８７％、１７４０％，但这５个施肥处理间
差异未达显著水平。高量有机肥（Ｍ２Ｎ、Ｍ２ＮＰ）处
理的土壤闭蓄态颗粒有机碳含量较高，分别达到
４０８６和４１０２ｇ／ｋｇ，为对照的３８８和３９０倍，且
与其他施肥处理间差异达到显著水平。以上结果表
明，长期施化肥、有机肥均能够明显提高栗褐土闭
蓄态颗粒有机碳的积累，且以高量有机肥与化肥配
施效果更佳。
表２ 不同处理土壤游离态、闭蓄态颗粒及矿物结合态有机碳含量（ｇ／ｋｇ）
Ｔａｂｌｅ２ ＣｏｎｔｅｎｔｓｏｆＦＰＯＭＣ，ＯＰＯＭＣａｎｄＭＯＭＣｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
游离态颗粒有机碳
ＦＰＯＭＣ
闭蓄态颗粒有机碳
ＯＰＯＭＣ
颗粒有机碳
ＰＯＭＣ
矿物结合态有机碳
ＭＯＭＣ
ＣＫ ０３６５ｄ １０５２ｃ １４１７ｄ １４８６ｃ
Ｎ ０３９８ｄ ２２４２ｂ ２６４０ｃ １８９９ａｂ
ＮＰ ０７１７ｃｄ ２５９５ｂ ３３１２ｂｃ １３０３ｃｄ
Ｍ１ ０６８７ｃｄ ２７５５ｂ ３４４２ｂｃ １２０１ｃｄ
Ｍ１Ｎ ０９２５ｂｃ ２７２１ｂ ３６４６ｂｃ １５７５ｂｃ
Ｍ１ＮＰ １０６２ｂｃ ２８８２ｂ ３９４４ａ ２００３ａ
Ｍ２Ｎ １２３８ａｂ ４０８６ａ ５３２４ａ １０７８ｄ
Ｍ２ＮＰ １６７６ａ ４１０２ａ ５７７８ａ １９８１ａ
注（Ｎｏｔｅ）：数值后不同小写字母表示处理间差异达到５％显著水平 Ｖａｌｕｅｓｆｏｌｏｗｅｄｂｙｄｉｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｅｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌ．
２２１３土壤总颗粒有机碳含量 土壤总颗粒有机
碳含量为游离态颗粒有机碳与闭蓄态颗粒有机碳含
量之和。表２表明，虽然单施氮肥的土壤游离态颗
粒有机碳含量与对照间差异不显著，但由于其闭蓄
态颗粒有机碳含量增加幅度较大，使土壤总颗粒有
机碳显著增加，为对照的１８６倍。ＮＰ、Ｍ１、Ｍ１Ｎ处
理的颗粒有机碳含量相似，在３３１２ ３６４６ｇ／ｋｇ
之间，较对照提高了 １３３７％ １５７３％。处理
Ｍ１ＮＰ、Ｍ２Ｎ、Ｍ２ＮＰ土壤颗粒有机碳含量较高，较对
照提高了１７８３％、２７５７％、３０７７％，不仅显著高
７０１
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
于对照，与其他施肥处理之间的差异也达到了显著
水平。将施磷肥与不施磷肥处理（Ｍ２Ｎ和 Ｍ２ＮＰ、
Ｍ１Ｎ和Ｍ１ＮＰ、Ｎ和ＮＰ）的总颗粒有机碳含量进行
对比，可以看出，施磷肥土壤颗粒有机碳含量较无磷
肥的处理有增加趋势。上述结果表明，长期施用氮
肥、有机肥及有机肥与氮肥配施均可以提高栗褐土
总颗粒有机碳含量，磷肥有一定的促进作用。
２２２土壤矿物结合态有机碳含量 不同处理土壤
矿物结合态有机碳含量如表２所示。长期施用不同
肥料对土壤矿物结合态有机碳含量的影响较小，与
对照相比有增有减。单施氮肥及有机肥与氮磷肥配
施处理（Ｍ１ＮＰ、Ｍ２ＮＰ）的矿物结合态有机碳含量较
对照显著提高，增幅分别为 ２７８％、３４８％和
３３３％。处理 ＮＰ、Ｍ１、Ｍ１Ｎ的土壤矿物结合态有
机碳含量与对照间无显著差异，而 Ｍ２Ｎ处理的矿物
结合态有机碳含量显著低于对照，降低幅度为
２７５％。结果表明，长期单施氮肥、有机肥和氮磷
肥配施有利于栗褐土矿物结合态有机碳的积累，而
高量有机肥与氮肥配施栗褐土矿物结合态有机碳的
含量降低。
２３ 不同施肥条件下栗褐土各组分有机碳分配
比例
土壤游离态、闭蓄态颗粒有机碳和矿物结合态
有机碳的分配比例是指其有机碳含量占土壤总有机
碳含量的比率，与有机碳组分的绝对含量相比，它可
以消除总有机碳含量差异对有机碳组分的影响，更
能体现土壤碳库状况［２２］。由表３可以看出，对照处
理的颗粒有机碳含量和土壤矿物结合态有机碳占土
壤总有机碳含量的比例相当，在颗粒有机碳中，以闭
蓄态颗粒有机碳为主，游离态颗粒有机碳较低。经
长期不同施肥后，栗褐土有机碳分配比例发生了明
显变化。
与对照相比，施肥处理的矿物结合态有机碳所
占比例呈下降趋势，以高量有机肥处理的降幅较大，
由对照的５０８％分别降低至２５４％和１６７％，处理
ＮＰ、Ｍ１、Ｍ１Ｎ、Ｍ１ＮＰ的降低幅度较小，分别降至
２８３％、２５６％、３０１％和 ３３６％，Ｎ处理的下降
幅度最小，由５０８％降低到４１７％。对游离态颗粒
有机碳分配比例而言，除 Ｎ处理分配比例低于对照
外，其他施肥处理较对照均有所增加，从对照的
１２５％分别上升至１４７％ ２１５％。长期施肥使
栗褐土闭蓄态颗粒有机碳占土壤总有机碳的比值明
显增加，由３６％增加至４８３％ ６３２％，超过了矿
物结合态所占比例。由于长期施肥条件下闭蓄态颗
粒有机碳分配比例较对照增加明显，致使总颗粒有
机碳分配比例也随之升高。在不同施肥处理中，总
颗粒有机碳分配比例的顺序是 Ｎ＜（Ｍ１Ｎ、Ｍ１ＮＰ）
＜（ＮＰ、Ｍ１）＜（Ｍ２Ｎ、Ｍ２ＮＰ）。
以上结果表明，长期施肥有利于提高颗粒态有
机碳（尤其是闭蓄态颗粒有机碳）占总有机碳的比
例，但会降低矿物结合态有机碳的分配比例，且不同
施肥处理中，以高量有机肥与化肥配施处理效果最
明显，其次是氮磷肥配施和单施有机肥处理，低量有
机肥与化肥配施处理的影响相对较小。
表３ 不同处理土壤游离态、闭蓄态颗粒及矿物
结合态有机碳占总有机碳的比例（％）
Ｔａｂｌｅ３ ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｏｆＦＰＯＭＣ，ＯＰＯＭＣａｎｄＭＯＭＣ
ｉｎＳＯＣｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
游离态
ＦＰＯＭＣ
闭蓄态
ＯＰＯＭＣ
颗粒有机碳
ＰＯＭＣ
矿物结合态
ＭＯＭＣ
ＣＫ １２５ ３６０ ４８５ ５０８
Ｎ ８７ ４９２ ５７９ ４１７
ＮＰ １５４ ５６２ ７１６ ２８３
Ｍ１ １４７ ５８８ ７３５ ２５６
Ｍ１Ｎ １７７ ５２０ ６９７ ３０１
Ｍ１ＮＰ １７８ ４８３ ６６１ ３３６
Ｍ２Ｎ １９２ ６３２ ８２４ １６７
Ｍ２ＮＰ ２１５ ５２６ ７４１ ２５４
２４ 各形态有机碳之间的相关性分析
表４表明，土壤总有机碳含量与游离态、闭蓄
态颗粒有机碳含量之间呈正相关，相关性达极显著
表４ 栗褐土各形态有机碳之间的相关关系
Ｔａｂｌｅ４ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓａｍｏｎｇｄｉｆｅｒｅｎｔｆｒａｃｔｉｏｎｓ
ｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
有机碳形态
Ｃａｒｂｏｎｆｒａｃｔｉｏｎ
ＴＯＣ ＦＰＯＭＣ ＯＰＯＭＣ ＭＯＭＣ
ＴＯＣ １
ＦＰＯＭＣ ０９５８ １
ＯＰＯＭＣ ０９４４６ ０８９６６ １
ＭＯＭＣ ０２９５９ ０２０５ －００１１６ １
注（Ｎｏｔｅ）：ｒ００５＝０７０６７，ｒ００１＝０８３４３，表示５％水平差异
显著性 Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｔｔｈｅ５％ ｌｅｖｅｌ；表示 １％水平差异显著
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｔｔｈｅ１％ ｌｅｖｅｌ．
８０１
１期 王朔林，等：长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响
水平，但与矿物结合态有机碳间的相关性不显著。
游离态颗粒有机碳与闭蓄态颗粒有机碳含量之间极
显著相关。可见，栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机
碳含量很大程度上依赖于总有机碳含量，同时也说
明不同形态颗粒有机碳之间关系密切。而矿物结合
态有机碳含量受总有机碳含量的影响较小。
３ 讨论
３１ 土壤总有机碳含量
农田土壤总有机碳数量主要取决于有机碳的输
入和降解之间的平衡［２］。在本试验中，不施肥处理
土壤有机碳含量较试验前已经有明显下降趋势，主
要是由于黄土高原处干旱地区，蒸发强度大，土壤有
机碳矿化剧烈，且栗褐土的粘粒含量低，土壤矿物对
有机碳的物理性保护较弱，长期不施肥根茬归还量
已不足以维持土壤有机碳的矿化损失。
单施化肥对土壤总有机碳含量的作用：提高，
降低，也可能保持不变［２３－２５］。本研究通过２５年的
长期定位试验表明，长期单施化肥可有效提高栗褐
土总有机碳含量，且其效果接近于低量有机肥处理。
施用化肥可以提高土壤总有机碳含量的原因主要在
于化肥可以促进作物的生长，提高作物生物量，增加
作物根茬及根系分泌物归还量，进而提高土壤总有
机碳含量［２６］。本试验结果还表明，有机肥与化肥配
施是提高土壤有机碳含量的最佳施肥手段，这与张
敬业等［１４］的研究结果相同。因为有机肥与化肥配
施，一方面增加了作物产量，使作物残留物量增加，
另一方面施用有机肥直接提供了有机物。
３２ 土壤各有机碳组分
土壤颗粒有机碳是动植物残体向土壤腐殖质转
化的中间产物［２７］，比全碳更易受土壤管理的影响，
提高这部分有机碳含量被认为是抑制土壤有机碳分
解、缓解大气 ＣＯ２浓度上升的重要途径
［２８］。王玲
莉等［１１］和刘骅等［９］研究表明长期单施化肥对土壤
颗粒有机碳具有负效应，其原因是单施化肥促进了
土壤微生物活动，破坏了团聚体结构，使颗粒有机碳
分解速度加快。但本研究结果与之不同，长期施化
肥土壤游离态、闭蓄态，以及总颗粒有机碳均有所
增加。究其原因，可能是土壤颗粒有机碳是相对较
新的有机碳，其含量变化应归结于作物归还量。本
试验中长期施化肥改善了土壤速效养分状况，提高
了作物产量包括生物产量［２６］，增加了根茬及残落物
的归还量，故土壤颗粒有机碳含量有所提高。本试
验结果还显示，化肥和有机肥配施可以显著提高游
离态、闭蓄态颗粒有机碳的含量，且效果好于单施
化肥，这与张敬业等［１４］和梁尧等［２］的研究结果一
致，其原因在于有机无机肥配施不仅可以提高作物
产量、增加颗粒有机碳的直接输入量，同时有机肥
的胶结作用可以促进团聚体的形成［２９］，颗粒有机
碳，尤其是闭蓄态颗粒有机碳被团聚体包裹其中，有
机碳受到物理保护，避免微生物的接触、降解。
矿物结合态有机碳是有机物分解的最终产物与
土壤粘粒和粉粒相结合的部分，稳定性较强［１７，３０］。
佟小刚等［３１］和樊廷录等［３２］报道长期施有机肥条件
下红壤、黑垆土矿物结合态有机碳含量有所增加，
原因在于施有机肥为微生物提供了营养，微生物代
谢分泌物增多，这些分泌物可以直接转移至细粘粒，
导致土壤矿物结合态有机碳积累。但在本研究中，
高量有机肥与氮肥配施处理土壤矿物结合态有机碳
含量有所下降，究其原因可能是此施肥处理土壤真
菌数量相对较高［３３］，土壤粘粒在真菌丝作用下可以
形成团聚体颗粒［２２，２９］，有机碳由矿物结合态向颗粒
态转移，且微生物代谢分泌物所增加的矿物结合有
机碳含量小于矿物结合态有机碳向颗粒有机碳转移
的含量，最终使矿物结合态有机碳净含量减少。
长期施肥后，栗褐土ＭＯＭＣ／ＴＯＣ比例下降，而
ＰＯＭＣ／ＴＯＣ比例上升，使颗粒有机碳，尤其是闭蓄
态有机碳成为土壤有机碳的主要存在形式，这与袁
颖红等［２８］研究的结果一致。说明长期施肥主要提
高了栗褐土易分解、活跃的有机碳，是养分有效性
提高和有机碳品质改善的体现［３４］。
４ 结论
１）化肥、有机肥以及有机肥与化肥配施提高了
栗褐土游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳以及
总有机碳含量，其中有机肥与化肥配施尤其是高量
有机肥与化肥配施效果更加明显。氮肥单施、有机
肥与氮磷肥配施显著提高了土壤矿物结合态有机碳
含量，但高量有机肥与氮肥配施矿物结合态有机碳
含量呈下降趋势。
２）长期施肥改变了栗褐土各组分有机碳的分
配比例，提高了颗粒有机碳特别是闭蓄态颗粒有机
碳的分配比例，降低了矿物结合态有机碳分配比例，
使闭蓄态颗粒有机碳成为栗褐土有机碳的主要存在
形式，且以高量有机肥与化肥配施效果更为明显。
３）栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳含量与总
有机碳之间关系密切，很大程度上依赖于有机碳总
储量。同时，游离态颗粒有机碳与闭蓄态颗粒有机
９０１
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ２１卷
碳之间也相互影响，两者显著相关。矿物结合态有
机碳含量与土壤总有机碳和各形态颗粒有机碳含量
间相关不显著。
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ｍａｔｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｕｌｔｉｖａｔｅｄａｎｄｎａｔｉｖｅｇｒａｓｓｌａｎｄｓｏｉｌｓ［Ｊ］．
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