全 文 ：收稿日期：!""#$"%$%& 接受日期：!""#$"’$’"
基金项目：国家自然科学基金项目（’"(#%!’%）资助。
作者简介：王玲莉（%)&’—），女，陕西韩城人，硕士研究生，主要从事植物营养与土壤肥力研究。
*+,："!-$&’)#"-%，./012,：3145,245,2!!’%6%(’7 890。! 通讯作者 *+,："!-$&&-)’")#，./012,：:14;219<26%(’7 890
长期施肥对棕壤有机碳组分的影响
王玲莉，韩晓日!，杨劲峰，王晔青，马玲玲，娄翼来
（沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳 %%"%(%）
摘要：通过对起始于 %)#)年的棕壤长期肥料定位试验田 !""=年的耕层土壤不同有机碳组分的测定与分析，以探讨
长期施肥影响土壤有机碳的过程及机理。结果显示：长期单施化肥降低了土壤的游离态颗粒有机碳（>?@A/B）含
量，但进一步稳定了矿物结合态有机碳（A@A/B），最终提高了土壤总有机碳（*@B）含量；长期施用有机肥和有机肥
配施化肥使土壤的 >?@A/B、闭蓄态颗粒有机碳（@?@B）、A@A/B以及 *@B含量均显著提高，且增加效果好于单施化
肥。从各组分有机碳所占比例或相对比值来看，长期施用有机肥和有机肥配施化肥提高了 ?@A/B C *@B比例而降
低了 A@A/B C *@B比例，使 >?@A/B C @?@A/B比值显著增大。表明土壤有机碳结构分组的应用有助于揭示长期施肥
影响土壤有机碳的机理。
关键词：长期施肥；有机碳组分；棕壤
中图分类号：D%=’7( 文献标识码：E 文章编号：%""&$="=F（!""&）"%$""#)$"= !""#$% &" ’&()*%#+, "#+%-’-./%-&( &( &+)/(-/+0&( "+/$%-&(1 -( / 0+&2( 1&-’ GEHI J245/,2，KEH F219/<2!，LEHI M24/N+45，GEHI L+/O245，AE J245/,245，J@P L2/,12 （!"##$%$"& ’()* ()* +),-.")/$)0 12-$)2$3，14$)5()% 6%.-27#07.(# 8)-,$.3-05，14$)5()% 99:9;9，!4-)(） 301%+/$%：Q4 9D@B，S:+ S9XV92, S9S1, 9<51428 81OU14S2N2+R[ *:+ <+VU,SV 24R281S+R S:1S ,945/S+<0 1XX,281S294 9N 8:+0281, N+?@A/B 894S+4S，
TUS VS1T2,2Y+R A@A/B，14R 248<+1V+R V92, *@B 894S+4S [ J945/S+<0 1XX,281S294 9N 014U<+ 1,94+ 9< 890T24+R 32S: 8:+02/
81, N+?@A/B，@?@A/B，A@A/B 14R *@B 894S+4S S:14 8:+0281,
N+S+<0 1XX,281S294 9N 014U<+ 1,94+ 9< 890T24+R 32S: 8:+0281, N+?@A/B C @?@A/B，
14R R+8<+1V+R A@A/B C *@B[ E889S<2TUS+R S9 <+Z+1, S:+ 0+8:142V0 9N ,945/S+<0 N+4#5 2&+61：,945/S+<0 N+国内外关于施肥对土壤有机碳的定量影响进行
了广泛的研究，一致认为，长期施用化肥和有机肥致
使土壤有机碳的含量增加；但是对其影响机理的定
性分析尚不够深入。研究土壤有机碳各组分的变化
规律，有助于揭示土壤有机碳的循环与转化过程。
I9,8:24等［%］按照有机碳在土壤结构中的位置和功
能不同，将其物理分组为游离态颗粒有机碳（>?@A/
B）、闭蓄态颗粒有机碳（@?@A/B）和矿物结合态有机
碳（A@A/B）。这种分离方法能很好地与土壤微生物
的生物降解过程相结合，同时也能与土壤有机碳所
受的物理保护程度紧密联系，还避免了由化学分组
方法引起的土壤有机碳原有性质的破坏。近些年
来，此方法在耕作、土地种植和利用方式等方面的研
究中得到了充分的应用，并取得了很好的进展［!$#］。 上述方法在国内特别是施肥方面的研究报道较 少，为此，开展了将其应用于长期不同施肥条件下棕 植物营养与肥料学报 !""&，%-（%）：#)$ &’
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
?,14S HUS<2S294 14R >+壤有机碳组分的研究，借以深入分析施肥影响土壤
有机碳的潜在过程及机理。
! 材料与方法
!"! 试验区概况
棕壤长期肥料定位试验站始建于 !"#" 年沈阳
农业大学天柱山，地处北纬 $%&$’(，东经 !)*&**(，属
温带湿润—半湿润季风气候，年降雨量 +#$!,’$
--，平均气温 #.%/!’.!/，无霜期 !$#!!,$ 0。作
物轮作方式为玉米—玉米—大豆。试验地为发育于
黄土母质的典型棕壤，试验前土壤基本理化性质：
有机质 !+."% 1 2 31，全 4 %.’% 1 2 31，全 5 %.*’ 1 2 31，
全 6 )%.! 1 2 31，碱解 4 !%+.+ -1 2 31，速效 5 ,.+
-1 2 31，速效 6 "#." -1 2 31，78（8)9）,.+。
!"# 施肥处理
试验采用裂区设计，分为三个区组，共 !’ 个施
肥处理，小区面积为 !,% -)。本研究于 )%%+年秋季
大豆收获计产后，选取其中的 ’ 个处理：:6（不施
肥）；4!（单施氮肥）；4!5（氮、磷肥配施）；4!56
（氮、磷、钾肥配施）；;)（单施高量有机肥）；;)4!
（高量有机肥配施氮肥）；;)4!5（高量有机肥配施
氮、磷肥）；;)4!56（高量有机肥配施氮、磷、钾
肥），分别按蛇形采集 %—)% 耕层土壤供分析研究。
试验用肥料：有机肥为猪厩肥，平均含有机质
!!"., 1 2 31，4 +., 1 2 31，5)9+ ’.* 1 2 31，6)9 !%."
1 2 31，施用量 )# < 2 =-)；氮肥为尿素或硫铵，玉米年
施 4 !)% 31 2 =-)，大豆年施 4 *% 31 2 =-)；磷肥为过
磷酸钙，玉米年施 5)9+ ,% 31 2 =-)，大豆年施 5)9+ "%
31 2 =-)；钾肥为硫酸钾，玉米年施 6)9 ,% 31 2 =-)，大
豆年施 6)9 "% 31 2 =-)。
!"$分析方法及数据处理 参考 >?@0AB 等人［’］和 6CDED 等人［)］的分离方 法：称取 )% 1过 ) --筛的风干土壤样品，放在 )+% -F的离心管中，加入 !%% -F 碘化钠重液（!.’ 1 2 G-*），用手摇动，悬浮物离心（*+%% B 2 -H@）!+ -H@。 平衡后，将管中上清液抽吸到 %.$+!-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，
’%/烘干后称重即得 I59;。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
+*!-尼龙筛，留在筛子上的样品即为 959;组分；
通过筛子的为 ;9; 组分，于 ’%/下烘干后称重。
将所有烘干物磨碎过筛，同土壤总有机碳（J9:）一
起经元素分析仪测定 :浓度。土壤的基本理化性质
采用常规分析方法测定。
数据处理采用 K5KK!%.%统计软件，FKL法多重
比较。
# 结果分析
#"! 长期施肥对土壤 %&’的影响
不同施肥处理土壤的 J9:含量（图 !）看出，单
施化肥土壤的 J9:含量在 ".+$!".", 1 2 31之间，平 均为 ".#) 1 2 31，较 :6增加 !$.$"M；有机肥和有机 肥与化肥配施土壤的 J9: 含量在 !%.’$! !).!#
1 2 31之间，平均为 !!.,$1 2 31，较 :6和单施化肥分 别增加 *#.%#M和 !".#+M。可见，施肥能够明显提 高土壤有机碳含量，但以有机肥和有机肥配施化肥 的效果更好。 图 ! 长期施肥 #(年的土壤 %&’含量 )*+,! -.*/ %&’ 0.12312 41536 /.1+72368 9362*/*:;2*.1< 9.6 #(=3;6< #"# 长期施肥对土壤 )>&?7’和 &>&?7’的影响 土壤的 I59;N:和 959;N:是由土壤颗粒有机 碳 59;N:按其在土壤结构中的位置及受保护程度 不同而分离出来的。前者填充在团聚体之间的大孔 隙中，没有参与团聚体的形成，缺乏物理保护而容易 受到微生物的分解，因而分解速度快；后者被团聚 体物理包被而使微生物难以接触，表现出比 I59;N: 分解程度更低［"O!)］。 单施化肥土壤的 59;N:含量在 ).%’)!).))+ 1 2 31之间，平均为 ).!+’ 1 2 31，较 :6下降 ".$#M，使
59;N: 2 J9:比例显著低于 :6；而有机肥和有机肥
配施化肥的土壤 59;N:含量在 *.$$$!*.+*% 1 2 31
之间，平均为 *.$’’ 1 2 31，较 :6显著增加 $,.*+M，
59;N: 2 J9:比例也显著高于 :6（表 !）。
同 :6相比，单施化肥使土壤的 I59;N:含量
显著降低，而对土壤的 959;N:没有影响，土壤的
%’ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !$卷
表 ! 长期施肥 "#年的土壤颗粒有机碳含量
$%&’( ! )*+’ ,-./0 1*23(23 425(6 ’*27/3(68 9(63+’+:%3+*2; 9*6 "# <(%6;
处理 !"#$%&#’%( )*+,-（. / 0.） )*+,- / !*-（1） 2)*+,-（. / 0.） *)*+,-（. / 0.） 2)*+,- / *)*+,-
-3 45676 8 4759: 8 ;56;: < ;59== 8 ;546> <
?; 45;== <# 445@4 < ;5;=9 #A ;599= 8< ;5;>@ #A
?;) 4544> < 46566 < ;54;@ # ;59;; 8< ;549; <#
?;)3 45974 # 495B; # ;5;9> A 95B:: < ;5;6; A
+4 65@B4 $C 4B5=: C ;5B=6 8 ;5>4B $ ;547@ 8
+4 D ?; 65>69 $ 4B59; C 459B: $ ;5@6@ C ;5@=4 $
+4 D ?;) 65@7= $C 645;= $ ;5BB@ C8 ;5@B4 $C ;566: C
+4 D ?;)3 65@@@ C 4B54= C 459@6 $C ;5@9; C ;5@>B $
注（?E%#）：同列数据的不同字母表示差异显著（) F 959>）G$%$ AEHHEI#< CJ 1 H#N#H O
2)*+,- / *)*+,-比值显著减小；而有机肥和有机
肥配施化肥土壤的 2)*+,- 和 *)*+,- 含量以及
2)*+,- / *)*+,-比值均较 -3显著增加。
"=> 长期施肥对土壤.-./0的影响
+*+,-是指有机物的最终分解产物，与土壤粘
粒和粉粒结合在一起，具有很高的稳定性，周转时间
一般在几十年甚至几千年，属于土壤的惰性有机碳
库。
图 4看出，施肥显著影响土壤的 +*+,-含量和
其占 !*-的比例。其中，单施化肥土壤 +*+,- 含
量在 :54;!:5:6 . / 0.之间，平均为 :5@6 . / 0.，较 -3
增加 465:61；+*+,- / !*-比例亦显著增加到平均
:=5@>1。有机肥和有机肥配施化肥使土壤 +*+,-
含量显著提高，平均高出 -3 4599 . / 0.；但却降低了
+*+,- / !*-比例，平均为 =75:61。
图 " 长期施肥对土壤.-./0的影响
?+7@" A99(13 *9 ’*27/3(68 9(63+’+:%3+*2 *2 ;*+’ .-./0
> 讨论
根据目前的研究，施肥增加土壤有机碳的主要
原因有三点：一是施肥可改善土壤的速效养分状况
进而促进作物根系和地上部分的生长，从而增加进
入土壤的有机残体即作物归还量［;6P;@］；二是影响土
壤微生物的数量和活性，进而影响土壤有机碳的生
物降解过程［;>P;=］；三是在增加作物归还量方面，有
机肥除了有上述两个作用之外，其自身含有的有机
碳被认为是土壤有机碳的前身，对提高土壤有机碳
含量具有显著作用［;:P;7］。就第二点原因而言，可以
认为 Q*-的分解速度还应取决于它的受保护程度。
对于 Q*-的物理保护、化学保护和生物稳固三种保
护机制来说，施肥最能通过改变土壤的团聚结构而
影响 Q*-的物理保护程度。RL$’.等［;B］和 SM［49］的 研究表明，土壤 )*+,-含量与团聚体的数量及稳定 性呈显著的线性关系。 本研究结果显示，长期单施化肥对土壤的 )*+, -具有负效应，但同时增加了 +*+,-含量，最终也 提高了 !*-含量。土壤 )*+,-是相对的新碳，与作 物输入有关。大量研究表明，作物经济产量与其地 上及地下部分生物量呈正相关，而化肥区 Q*-主要 ;7;期 王玲莉，等：长期施肥对棕壤有机碳组分的影响 来源于作物根系残留。本试验 !""#年大豆的产量， 表现为化肥区组较高，与$%&’(变化相反（图 )），这
可能是因为单施化肥促进了土壤的微生物活动和破
坏了团聚结构，进而显著提高了 $%&’( 的分解速 度，使其矿化损失量超过归还增加量；但同时稳定 了 &%&’(，使其含量显著提高，且在 *%(总的损失 量不抵归还增加量时，+%(含量表现增加。$%&’(
含量的降低仅表现在 ,$%&’( 的减少，而 %$%&’(
变化不明显，且 ,$%&’( - %$%&’(比值显著降低，原
因在于：一方面施用化肥提高了土壤微生物活性，促
进了 ,$%&’(向 %$%&’(的转化，而 %$%&’(是被团 聚体物理包被而使微生物难以接触的保护性碳，具 有相对较高的稳定性［!.］；另一方面单施化肥可能 主要破坏了土壤大团聚体，而对保护性碳部分的团 聚体影响较小。 图 ! 长期不同施肥处理的大豆产量 "#$%! &’#( )#*(+ ,-+*. +#//*.*-0 (’-$10*.2 /*.0#(#340#’- 0.*402*-05 长期施用有机肥使土壤的 ,$%&’(、%$%&’(、 &%&’(以及 +%(含量均显著提高，且增加效果好于 单施化肥。说明尽管施用有机肥可能更好地促进微 生物活动。但从图 )的产量结果和有机肥的碳源作 用可以知道，其归还增加量亦相对很大，在远不足以 被增加的矿化损失量所抵消时，使上述碳组分显著 提高。而且有机肥有利于土壤团聚体的形成和稳 定，进一步保护了$%&’(，从而提高了土壤的 $%&’ ( - +%(比例，降低了 &%&’( - +%(比例。另外，可能 是因为有机肥优先存在和其主要胶结作用于土壤大 团聚体，而导致了 ,$%&’( - %$%&’(比值显著增大。 至于有机肥和化肥在有机碳增加效果上的差异，则 主要归因于每年返回土壤的有机物质投入量存在很 大差异。 6 结语 长期单施化肥降低了土壤的 ,$%&’(含量，但
进一步稳定了 &%&’(，最终提高了 +%(含量。说明
长期单施化肥能够提高土壤的惰性有机碳含量，增
加其物理保护程度和有机—无机复合度。
长期施用有机肥和有机配施化肥使土壤的
,$%&’(、%$%&’(、&%&’( 以及 +%( 含量均显著提
高，且增加效果优于单施化肥。从各组分有机碳的
所占比例或相对比值来看，长期施用有机肥和有机
肥配施化肥提高了土壤的 $%&’( - +%(比例，而降低 了 &%&’( - +%(比例，且其 ,$%&’( - %$%&’(比值显 著增大。说明长期施用有机肥相对主要提高了土壤 活跃有机碳含量，有利于土壤养分的供应和循环。 本研究表明，*%(的结构分组在揭示长期施肥 对 *%(的影响机理中表现出较高的应用价值。 参 考 文 献： ［.］ /012345 6，%789: ; &，*<=9>:?78 ; % !" #$ @ *?A8B 0C CD99 758 0221A8’
98 E7D?42A17?9 0DF7542 >7??9D 45 :041: GB :0148 :?7?9 .)( ($- &6* H&I :E92?D0:20EB 758 :275545F 9192?D05 >42D0:20EB［ ;］@ 6A:? @ ;@ *041 I9:@，.JJK，)!：!L#M)"JN ［!］ O01G1 6，O0F91’O57G59D P @ (05?95? 758 20>E0:4?405 0C CD99 758 02’ 21A898 E7D?42A17?9 0DF7542 >7??9D 45 7 84CC9D95?1B ?9Q?AD98 7D7G19 27>’ G4:01 7: D9R97198 GB :0148’:?7?9 .)( H&I :E92?D0:20EB［;］@ ; @$175?
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［)］ &7557 & (，*U7DAE 6，V75=7D4 W X !" #$@ *041 0DF7542 >7??9D 45 V9:? Y95F71 4529E?405 7C?9D )" B97D: 0C >A1?4E19 2D0EE45F 758 C9D?414Z7’ ?405［;］@ *041 *24 @ *02@ 6>@ ;@，!""S，T"：.!.M.!JN ［K］ [7B59: I ;@ \7G419 0DF7542 >7??9D CD72?405: 758 7FFD9F7?9 :?7G414?B A5’ 89D :30D?’?9D>，FD7::’G7:98 19B:［;］@ *041 Y401 @ Y40239>@，.JJJ，).： .L!.M.L)"N ［#］ Y0U>75 I 6，X4F41 & ,，H491:95 ] ( !" #$ @ *041 0DF7542 >7??9D
2375F9: 45 45?95:4R91B 8DB1758 :B:?9>:［;］@ *041 *24 @ *02@ 6>@ ;@，
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［S］ \93>755 ;，(D7R0 & *，^923 V@ %DF7542 >7??9D :?7G414Z7?405 45 7
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(39>4271 237D72?9D4:?42: 0C 895:4?B，7FFD9F7?9，758 E7D?42A17?9 :4Z9
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［."］ V7589D & &，W75F _ &@ P5C1A9529 0C ?4117F9 05 8B57>42: 0C 100:9’
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6#$$9?) 9?>#’:$6:>)［4］& !"#$ %#"$ & %#"’()*&，+,,,，-+：+,GG0+.,-2
［.+］ 彭新华，张斌，赵其国 & 土壤有机碳库与土壤结构稳定性关
系的研究进展［4］& 土壤学报，+,,H，H.：1.I01++2
8))$96#"<;(#R
S)6P))< ;"#$ ">?9<#’ ’9>S"< R""$ 9:’6:>9$;69S#$#6Q［4］& D’69
8)A"$& !#<&，+,,H，H.：1.I01++2 ［.-］ 8"66)> = T，7">S)>6 K D，4"<); U O !" #$ & V#;6>#S:6#"< 9"C ;"#$">?9<#’ E #<$"* *9<9?)*)<6 ;Q;6)*; #< 7)39;［4］& !"#$7#$$& O);&，.GGI，HW：-,G0-+.2 ［.H］ K9$@">;"< D V，X#)<("$A % 4，%$9’Y D Z& 7#$$9?)，<#6>"?)<，9’>"RR#S"< ;)F:);6>96#"<［ 4］& !"#$!’# & !"’& D*& 4&，+,,+，11：G,10G.+2 ［./］ 8$9<6) D [，E"<9<6 O 7，!6)P9>6 E 5 !" #$& \*R9>6 "C ;"#$ 6)36:>) "<
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［4］& !"#$!’# & !"’& D*& 4&，+,,1，W,：+IW0+G12 ［.1］ N"Q9$ !，E(9 =，]:9 ] !" #$ & \?9<#’ C)>6#$#^B
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［+.］ X9 ] ]& !"#$ ">?9<#’ *966)> C>9’6#"<; 9 >)$)@9<’) 6" ;"#$
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-I.期 王玲莉，等：长期施肥对棕壤有机碳组分的影响