全 文 ：书氮肥对两种沙性栽培基质中有机碳类
物质含量的影响
朱毅１，２，侯新村１，武菊英１，段留生２，范希峰１
（１．北京市农林科学院 北京草业与环境研究发展中心，北京１０００９７；２．中国农业大学农学与生物技术学院
农业部农作制度重点开放实验室，北京１００１９３）
摘要：为研究粗砂土与河沙２种栽培基质中连续施用氮肥对总有机碳（ＴＯＣ）、颗粒态有机碳（ＰＯＣ）、微生物量碳
（ＳＭＢＣ）和水溶性有机碳（ＷＳＯＣ）含量的影响，本研究采用ＰＶＣ管栽培柳枝稷开展相关的试验研究。结果表明，
连续施用不同浓度的氮肥（ＣＫ：０．０ｍｇ／ｋｇ、Ｎ１：３０．０ｍｇ／ｋｇ、Ｎ２：９０．０ｍｇ／ｋｇ、Ｎ３：１５０．０ｍｇ／ｋｇ，Ｎ４：１８０．０ｍｇ／ｋｇ）
对不同土层中的柳枝稷根系生物量、ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ和 ＷＳＯＣ均有显著性影响（犘＜０．０５）。对于２种沙性栽培
基质，不同土层中，ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ的最大值均出现在Ｎ４ 梯度下，ＷＳＯＣ含量则随着氮肥浓度的升高而降低，各
施氮水平下，２种基质中根系生物量和有机碳的垂直分布趋势一致，各指标最大值均出现在０～６０ｃｍ土层。
关键词：氮肥；有机碳；粗沙土；河沙
中图分类号：Ｓ１４３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１３）０２００３８０９
　　土壤有机碳量为陆地生物量碳的２．４倍［１］，其动态平衡不仅直接影响土壤肥力和作物产量，其排放与固存对
全球气候变化也有重要影响［２］，有机碳是土壤质量评价重要参考指标。在植物生长过程中，土壤中有机质的含量
处于动态变化之中，一方面原有有机质在土壤微生物的作用下进行矿化分解，另一方面由于植物残体和根系分泌
物的转化而形成新的有机质，当土壤新形成的有机质含量超过矿化分解量时就形成碳汇［３］。土壤有机质含量的
改变会影响团聚体的构成，从而改善土壤的可耕性、透气性和透水性［４］，根系分泌物与土壤颗粒的结合又能增加
团聚体的稳定性，改善土壤结构性能［５］。
柳枝稷（犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿），禾本科（Ｇｒａｍｉｎｅａｅ）黍属（犘犪狀犻犮狌犿），为多年生高杆型Ｃ４ 草本植物［６］，根系发
达、抗逆性和适应性强，可以在瘠薄的边际土地上种植［７，８］。我国鼓励利用边际土地资源发展能源作物的种植，
沙化地是我国北方地区典型的边际土地，养分瘠薄是该类边际土地上存在的主要非生物逆境胁迫之一。通过在
该立地环境下种植柳枝稷，研究氮肥施用对土壤中有机碳含量的影响，对改善沙性边际土地的受损生态系统，提
升土壤肥力，同时获得优质生物质原料、发展低碳经济等具有重要意义［９］。
Ｋｉｎｇ等［１０］和 Ｎａｄｅｌｈｏｆｅｒ等［１１，１２］研究发现树木根系衰老、死亡之后会影响林地生态系统碳的贮存和循
环［１０１２］；王俊波等［１３］研究发现，不同生长年限的刺槐（犚狅犫犻狀犻犪狆狊犲狌犱狅犪犮犪犮犻犪）人工林地上土壤有机碳含量的垂直
分布趋势一致，最大值都出现在土壤表层；杨兰芳和蔡祖聪［３］研究表明玉米（犣犲犪犿犪狔狊）种植可增加土壤有机碳
的含量，随玉米生长时间的延长，玉米根际碳沉积对土壤有机碳的贡献增大；樊军和郝明德［１４］研究证实施肥与种
植作物能提高土壤微生物量碳氮含量，长期施用土粪肥能显著提高微生物量碳氮含量；杨成德等［１５］研究表明，东
祁连山高寒草地土壤微生物量碳的季节动态与植物生长动态基本一致；谢芳等［１６］发现长期施用不同肥料对土壤
水溶性有机碳和土壤微生物量碳的影响差异显著，单施化肥处理下的水溶性有机碳含量明显低于无肥处理，但土
壤微生物量碳含量高于无肥处理；周萍等［１７］研究表明不同施肥处理主要影响耕层土壤的总有机碳和颗粒态碳含
量，不同施肥条件下颗粒态碳分配比例在土壤深度上也有差异。目前国内外针对土壤有机碳对肥料施用响应的
３８－４６
２０１３年４月
　　　草　业　学　报　　　
　　　ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ　　　
第２２卷　第２期
Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２
收稿日期：２０１２０４２５；改回日期：２０１２０６０６
基金项目：北京市农林科学院科技创新能力建设专项（ＫＪＣＸ２０１１０２００５，ＫＪＣＸ２０１１０１００３，ＫＪＣＸ２０１１０３００１）和北京市农林科学院青年科研基
金（ＱＮＪＪ２０１０１９）资助。
作者简介：朱毅（１９８４），男，河南周口人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｚｙｄａｈａｏｒｅｎ１１０＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｗｕｊｕｙｉｎｇ１＠２６３．ｎｅｔ
研究主要集中在常见的大田作物上、且以条件较好的壤土为栽培基质，而有关沙化类边际土地上，通过氮肥施用
促进能源作物柳枝稷根系的生长来影响土层中总有机碳、颗粒态有机碳、微生物量碳和水溶性有机碳等有机碳类
物质含量的研究鲜有报道。
因此，通过ＰＶＣ管柳枝稷栽培试验系统研究在粗沙和河沙生境下，氮肥的施用对栽培基质中有机碳类物质
的影响，以期为在京郊边际土地上栽植柳枝稷及其对受损生境的修复提供科学依据。
１　材料与方法
１．１　试验地概况
试验地点位于北京草业与环境研究发展中心小汤山试验基地，该试验基地位于北京市昌平区小汤山镇
（Ｎ３９°３４′，Ｅ１１６°２８′），属典型的暖温带大陆性季风气候，海拔５０ｍ，年均气温１２～１７℃，年降水量４００～６００
ｍｍ，年无霜期１９０～２００ｄ，≥１０℃的年积温４２００℃左右。
１．２　试验材料
供试柳枝稷品种为Ａｌａｍｏ，引种于美国，种子于２００８年１１月在小汤山试验基地采集。２００９年５月１４日播
种，栽培基质粗沙土取自北京市昌平区马池口镇挖沙废弃地，为沙土与石块（粒径为２～６０ｍｍ）的混合物；河沙
取自小汤山试验基地附近的建筑工地，经水洗处理（表１）。试验采用ＰＶＣ土柱装填２种栽培基质，埋入地下，土
柱上端与地面齐平，底部通透，土柱直径３１５ｍｍ，长度为２．０ｍ，每个土柱内栽植柳枝稷一株。
表１　供试栽培基质的理化性质
犜犪犫犾犲１　犘犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊狌狊犲犱犻狀狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
基质种类
Ｔｙｐｅｓｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ
ｐＨ值
ｐＨｖａｌｕｅ
有机质
Ｏｒｇａｎｉｃｓｕｂｓｔａｎｃｅ
（％）
碱解氮
ＡｌｋａｌｉｈｙｄｒｏＮ
（ｍｇ／ｋｇ）
速效磷
Ａｖａｉｌａｂｌｅｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
（ｍｇ／ｋｇ）
速效钾
Ａｖａｉｌａｂｌｅｐｏｔａｓｓｉｕｍ
（ｍｇ／ｋｇ）
粗沙土Ｇｒｏｓｓｓａｎｄｙｓｏｉｌ ７．８１ ０．１２ １０．５０ ３．９５ ４９．５０
河沙Ｐｕｒｅｓａｎｄ ７．７４ ０．０３ ０．７９ ０．３１ １．２７
１．３　试验设计
试验设置５个氮肥梯度处理，施用氮（Ｎ）浓度分别为ＣＫ（０．０ｍｇ／ｋｇ）、Ｎ１（３０．０ｍｇ／ｋｇ）、Ｎ２（９０．０ｍｇ／ｋｇ）、
Ｎ３（１５０．０ｍｇ／ｋｇ），Ｎ４（１８０．０ｍｇ／ｋｇ），４次重复。供试氮肥为尿素，２００９年７月在柳枝稷苗期时作为追肥一次
性表施，２０１０年７月和２０１１年７月各表施１次。试验处理前全部土柱内均施过磷酸钙、硫酸钾，使土壤中磷
（Ｐ２Ｏ５）和钾（Ｋ２Ｏ）的浓度分别达到２０．０和１２０．０ｍｇ／ｋｇ。全生育期自然降水，不进行人工灌溉。
１．４　测定项目与方法
２０１１年１０月底，剖开ＰＶＣ管，每６０ｃｍ为一层采集根系和土样（随土层深度增加，整个土柱共分为３层，分
别为０～６０，６０～１２０，１２０～１８０ｃｍ）。
柳枝稷根干重：将各土层中根系取出，用清水冲洗干净，然后在８０℃下烘干至恒重，计算根干重（ｇ）。
有机碳类物质的测定分析主要包括以下４个方面：
总有机碳（ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＴＯＣ）：采用重铬酸钾（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）外加热法进行测定［１８］。
土壤微生物量碳（ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎ，ＳＭＢＣ）：采用氯仿熏蒸－Ｋ２ＳＯ４ 提取法［１９］，使用日本岛津
总有机碳自动分析仪（ＴＯＣＶＣＰＨ）测定提取液中的有机碳，ＳＭＢＣ的转换系数ＫＥＣ为０．４５。
水溶性有机碳（ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＷＳＯＣ）：称取２５ｇ新鲜土样，加入５０ｍＬ蒸馏水，于室温下振
荡３０ｍｉｎ，离心１０ｍｉｎ（４５００ｒ／ｍｉｎ），上清液过０．４５μｍ的滤膜，滤液中的有机碳用ＴＯＣＶＣＰＨ测定。
颗粒态有机碳（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＰＯＣ）：先进行颗粒物提取，取过２ｍｍ筛的风干土样２０ｇ，放入
２５０ｍＬ塑料瓶，加入１００ｍＬＮａＯＨ （０．５ｍｏｌ／Ｌ），手摇３ｍｉｎ，再用恒温振荡器震荡１８ｈ（９０ｒ／ｍｉｎ）。土壤悬
液过５３μｍ筛，并反复用蒸馏水冲洗。收集所有留在筛中的物质，在６０℃下烘４８ｈ至恒重，并计算其所占土壤
９３第２２卷第２期 草业学报２０１３年
的百分含量［２０］，再根据公式计算得出ＰＯＣ含量：ＰＯＣ（ｇ／ｋｇ）＝颗粒物中土壤有机碳ＳＯＣ（ｇ／ｋｇ）×颗粒物占土
壤的％。
１．５　数据分析
采用 ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００７进行数据分析和图表制作。采用ＳＡＳ软件Ｄｕｎｃａｎ’ｓ新复极差法进行方差显著
性分析，差异显著水平为犘＝０．０５。
２　结果与分析
２．１　氮肥对柳枝稷根干重的影响
对于２种栽培基质来说，氮肥施用能显著促进柳
枝稷根干重的增加。各施氮水平下，随土层深度增加，
根干重均呈逐渐下降的趋势。氮肥对柳枝稷不同土层
内根干重的影响如表２所示。
对于粗沙土，在所有土层中，随施氮水平增加，从
ＣＫ到Ｎ３，柳枝稷的根干重逐步增加，从Ｎ３ 到Ｎ４，根
干重呈下降趋势。０～６０和６０～１２０ｃｍ土层内，ＣＫ、
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各处理之间的差异均达到显著水平；
１２０～１８０ｃｍ土层内，Ｎ４、Ｎ３、Ｎ２、Ｎ１ 各处理与ＣＫ之
间的差异均达到显著水平，但Ｎ１ 与Ｎ２ 之间差异不显
著。３个土层内均以Ｎ３ 处理下的根干重为最大值，分
别为４８．９４，２４．９８和１２．３８ｇ。各施氮水平下，柳枝稷
５５％以上的根干重均分布在０～６０ｃｍ土层内，分别为
ＣＫ：５５．６８％、Ｎ１：５６．４５％、Ｎ２：５６．４８％、Ｎ３：５６．７１％、
Ｎ４：５７．９０％。
对于河沙，从ＣＫ到 Ｎ４，所有土层中的根干重均
逐步增加。６０～１２０和１２０～１８０ｃｍ土层内，ＣＫ、Ｎ１、
Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各处理之间的差异均达到显著水平；０～６０
表２　氮肥对不同土层中柳枝稷根干重的影响
犜犪犫犾犲２　犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狉狅狅狋犱狉狔狑犲犻犵犺狋
狅犳狊狑犻狋犮犺犵狉犪狊狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲狆狋犺狊狅犳狊狅犻犾 ｇ
基质类型
Ｔｙｐｅｓｏｆ
ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ
氮肥处理
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
０～６０ｃｍ ６０～１２０ｃｍ １２０～１８０ｃｍ
含石沙土
Ｇｒｏｓｓ
ｓａｎｄｙ
ｓｏｉｌ
ＣＫ ２２．０７ｅ １０．３４ｅ ７．２３ｄ
Ｎ１ ３１．０３ｄ １４．８２ｄ ９．１２ｃ
Ｎ２ ３８．６３ｃ ２０．４６ｃ ９．３１ｃ
Ｎ３ ４８．９４ａ ２４．９８ａ １２．３８ａ
Ｎ４ ４５．５７ｂ ２２．１９ｂ １０．９４ｂ
河沙
Ｐｕｒｅｓａｎｄ
ＣＫ １６．０７ｄ ９．５４ｅ ６．２８ｅ
Ｎ１ ２０．６７ｃ １１．５８ｄ ７．６０ｄ
Ｎ２ ２７．９３ｂ １４．９４ｃ ８．０９ｃ
Ｎ３ ４０．０９ａ １６．４９ｂ ８．７３ｂ
Ｎ４ ４０．１５ａ １７．８２ａ ９．５７ａ
　注：同一种栽培基质同一列中不同字母表示在０．０５水平上差异显
著。
　Ｎｏｔｅ：Ｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｃｏｌ
ｕｍｎｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｔ０．０５ｌｅｖｅｌ．
ｃｍ土层内，Ｎ４、Ｎ３、Ｎ２、Ｎ１ 各处理与ＣＫ之间的差异均达到显著水平，但Ｎ１ 与Ｎ２ 之间差异不显著。３个土层内
均以Ｎ４ 处理下的根干重为最大值，分别为４０．１５，１７．８２和９．５７ｇ。各施氮水平下，５０％以上的根干重均分布在
０～６０ｃｍ土层内，分别为ＣＫ：５０．３９％、Ｎ１：５１．８７％、Ｎ２：５４．８１％、Ｎ３：６１．３８％、Ｎ４：５９．４４％。
２．２　氮肥对总有机碳含量的影响
ＴＯＣ是指进入土壤的生物残体等有机物质的输入与以土壤微生物分解作用为主的有机物质的损失之间的
平衡［２］，是土壤质量评价及土地可持续利用管理中必须考虑的重要指标［２１］，氮肥对２种沙性栽培基质不同土层
内ＴＯＣ含量的影响如图１所示。
对于２种栽培基质来说，氮肥施用对ＴＯＣ含量有明显的促进作用。０～６０，６０～１２０和１２０～１８０ｃｍ３个土
层内，随着氮肥施用浓度的增加，从ＣＫ到Ｎ４，ＴＯＣ含量呈逐步增加趋势；同一氮肥梯度下，随土层深度的增加，
ＴＯＣ含量呈依次增加的趋势，这与２种栽培基质不同土层中柳枝稷根干重的变化趋势一致。
对于粗沙土来说，０～６０ｃｍ土层内，ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各施氮水平之间的差异达到显著水平；对于６０～１２０
ｃｍ土层，Ｎ３ 和Ｎ４ 之间差异不显著，但显著高于ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２ 各处理；对于１２０～１８０ｃｍ土层，Ｎ１ 与Ｎ２ 之间差异
不显著，但与ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２各处理之间差异显著。０～６０，６０～１２０和１２０～１８０ｃｍ３个土层内均以Ｎ４ 处理下的
ＴＯＣ含量为最大值，分别为２２．４７，３．４３和２．０１ｇ／ｋｇ。各施氮水平下，超过５２％的ＴＯＣ均分布在０～６０ｃｍ土
层内，分别为ＣＫ：５１．６９％、Ｎ１：７２．１８％、Ｎ２：８０．４５％、Ｎ３：８０．０７％、Ｎ４：８０．５３％。随着土层深度的增加，ＴＯＣ含
量均呈现下降趋势，从ＣＫ和 Ｎ４ 两处理的对比情况来看，ＴＯＣ含量降幅最大的为０～６０ｃｍ 土层，下降了
０４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２
８４．４０％，其次为６０～１２０和１２０～１８０ｃｍ土层，分别下降了４１．２７％和３６．９７％。
在河沙中，０～６０ｃｍ土层内，ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 各处理之间差异达显著水平，Ｎ３ 与Ｎ４ 之间差异则不显著；对
于６０～１２０ｃｍ土层，ＣＫ与Ｎ１ 之间的差异不显著、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 各处理间的差异亦不显著，但Ｎ４ 与其余各梯度间
的差异达显著水平；对于１２０～１８０ｃｍ土层，Ｎ３ 和Ｎ４ 之间差异不显著，但与ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２之间差异达显著水平。３
个土层内均以Ｎ４ 处理下的ＴＯＣ含量为最大值，分别为１７．２２，２．９８和１．７９ｇ／ｋｇ。各施氮水平下，５１％以上的
ＴＯＣ分布在０～６０ｃｍ土层内，分别为ＣＫ：５１．１５％、Ｎ１：７２．１４％、Ｎ２：８０．５２％、Ｎ３：８１．５７％、Ｎ４：７８．６６％。随土
层深度增加，ＴＯＣ含量均呈递减趋势，从ＣＫ和Ｎ４ 两处理的对比情况来看，ＴＯＣ含量降幅最大的为０～６０ｃｍ
土层，下降了８２．８７％，其次为６０～１２０和１２０～１８０ｃｍ土层，分别下降了４４．５８％和３４．９０％。
２．３　氮肥对颗粒态有机碳含量的影响
ＰＯＣ是土壤中与砂粒结合（粒径５３～２０００ｐｍ）的有机质的暂存库［２２］，主要来源于分解程度中等的植物残
体［２３］，为腐殖化程度较低、但活性较高的组分，在土壤中周转速度较快，对表层土壤中植物残体的积累和根系分
布的变化非常敏感［２４，２５］，被认为是土壤有机碳库中活动性较大的碳库［１７］。氮肥对不同土层内ＰＯＣ含量的影响
如图２所示。
图１　氮肥对不同土层中总有机碳含量的影响
犉犻犵．１　犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狋狅狋犪犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狊
　同一种栽培基质，同一土层内，不同字母表示在０．０５水平上差异显著，下同。Ｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓａｔｔｈｅｓａｍｅｓｏｉｌｄｅｐｔｈ
ａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｔｔｈｅ０．０５ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｓａｍｅａｓｂｅｌｏｗ．
图２　氮肥对不同土层中颗粒态有机碳含量的影响
犉犻犵．２　犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狆犪狉狋犻犮狌犾犪狋犲狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犮狅狀狋犲狀狋（犘犗犆）犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狊
　　对于２种栽培基质来说，合理施用氮肥能显著促进ＰＯＣ含量的增加。同一土层，随着氮肥施用浓度的增加，
从ＣＫ到Ｎ４，ＰＯＣ含量呈逐步增加趋势；同一氮肥梯度下，随土层深度增加，ＰＯＣ含量依次增加，这与２种栽培
１４第２２卷第２期 草业学报２０１３年
基质不同土层中柳枝稷根干重的变化趋势一致。０～６０ｃｍ土层下，ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各处理之间的差异均达
到显著水平；６０～１２０ｃｍ土层内，Ｎ４ 与其余各梯度间的差异均达显著水平，但ＣＫ与Ｎ１ 之间的差异不显著，Ｎ１、
Ｎ２、Ｎ３ 各处理间的差异亦均不显著。
对于粗沙土，１２０～１８０ｃｍ土层内，Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 各处理间的差异并不显著，但与ＣＫ和Ｎ４ 两处理间表现出显
著差异。３个土层内均以Ｎ４ 处理下的ＰＯＣ为最大值，分别为５．９７，１．９１和１．２４ｇ／ｋｇ。各施氮水平下，超过
４８％的ＰＯＣ分布在０～６０ｃｍ 土层内，分别为 ＣＫ：４８．９９％、Ｎ１：７１．６６％、Ｎ２：８０．０８％、Ｎ３：８１．６７％、Ｎ４：
６５．５２％。随着土层深度的增加，ＰＯＣ含量均呈递减趋势，由ＣＫ和 Ｎ４ 两个处理的对比情况可知，ＰＯＣ含量降
幅最大的为０～６０ｃｍ 土层，下降了８４．３０％，其次为１２０～１８０和６０～１２０ｃｍ 土层，分别下降７２．６６％和
６６．５２％。
对于河沙，１２０～１８０ｃｍ土层内，ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２ 各处理之间的差异不显著，但与Ｎ３、Ｎ４ 处理间的差异达显著水
平。３个土层内均以Ｎ４ 处理下的ＰＯＣ为最大值，分别为５．１７，０．９３和０．７５ｇ／ｋｇ。各施氮水平下，５４％以上的
ＰＯＣ分布在０～６０ｃｍ土层内，分别为ＣＫ：５４．８６％、Ｎ１：７３．５９％、Ｎ２：７９．６７％、Ｎ３：８１．３９％、Ｎ４：７５．４５％随着土
层深度的增加，ＰＯＣ含量均呈递减趋势，从ＣＫ和Ｎ４ 两个处理的对比情况来看，ＰＯＣ量降幅最大的为０～６０ｃｍ
土层，下降了８１．２７％，其次为１２０～１８０和６０～１２０ｃｍ土层，分别下降了５４．１６％和５１．３６％。
２．４　氮肥对微生物量碳含量的影响
ＳＭＢＣ和微生物氮共同构成了土壤微生物生物量的主体部分［１６］，ＳＭＢＣ在土壤中占比例很小，却是土壤有
机质中最为活跃的部分，能够反映土壤养分有效状况和生物活性，是评价微生物量和活性的重要参数指标［２６］。
氮肥对不同土层内ＳＭＢＣ含量的影响如图３所示。
图３　氮肥对不同土层中微生物量碳含量的影响
犉犻犵．３　犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犻犪犾犫犻狅犿犪狊狊犮犪狉犫狅狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狊
　　对于２种栽培基质，合理施用氮肥能显著的促进ＳＭＢＣ含量的增加。同一土层内，随氮肥浓度增加，从ＣＫ
到Ｎ４，ＳＭＢＣ含量呈逐步增加的趋势；在各氮素处理下，随着土层深度的增加，ＳＭＢＣ含量依次增加，这与２种栽
培基质不同土层中柳枝稷根干重的变化趋势一致。
对于粗沙土，０～６０ｃｍ土层内，ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各处理之间的差异达到显著水平；对于６０～１２０ｃｍ土
层，Ｎ３ 与Ｎ４ 处理间、ＣＫ与Ｎ１ 处理间、Ｎ１ 与Ｎ２ 处理间差异均不显著，但ＣＫ与Ｎ２、Ｎ３ 处理之间差异达到显著
水平；对于１２０～１８０ｃｍ土层，Ｎ１ 与Ｎ２ 处理间差异并不显著，但ＣＫ、Ｎ１、Ｎ３、Ｎ４ 各处理之间的差异达到显著水
平。３土层内均以Ｎ４ 处理下的ＳＭＢＣ含量为最大值，分别为４８４．９３，９０．３６和７０．２５ｍｇ／ｋｇ。各施氮水平下，
４５％以上的ＳＭＢＣ分布在０～６０ｃｍ土层内，分别为ＣＫ：４５．３２％、Ｎ１：６６．０３％、Ｎ２：７１．５６％、Ｎ３：７５．５６％、Ｎ４：
７５．１３％。随土层深度增加，ＳＭＢＣ含量呈递减趋势，从ＣＫ和Ｎ４ 两处理的对比情况来看，ＳＭＢＣ含量降幅最大
的为０～６０ｃｍ土层，下降了７９．５９％，其次为１２０～１８０和６０～１２０ｃｍ土层，分别下降了２７．７５％和２２．７９％。
对于河沙，０～６０ｃｍ土层内，Ｎ３ 与Ｎ４ 处理间差异并不显著，但ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 各处理之间的差异达显著水
２４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２
平；对于６０～１２０ｃｍ土层，ＣＫ与Ｎ１ 处理间、Ｎ１ 与Ｎ２ 处理间、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各处理间的差异均不显著，但ＣＫ与
Ｎ２间的差异达显著水平；对于１２０～１８０ｃｍ土层，ＣＫ与 Ｎ１ 处理间、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 各处理间的差异均不显著，但
ＣＫ、Ｎ２ 与Ｎ４ 各处理间的差异达显著水平。
０～６０，６０～１２０ｃｍ和１２０～１８０ｃｍ３土层内均以Ｎ４ 处理下的ＳＭＢＣ含量为最大值，分别为３９１．００，８４．２６
和５５．５０ｍｇ／ｋｇ。各施氮水平下，４９％以上的ＳＭＢＣ分布在０～６０ｃｍ 土层内，分别为 ＣＫ：４９．６７％、Ｎ１：
６４．６１％、Ｎ２：６９．９７％、Ｎ３：７３．５７％、Ｎ４：７３．６７％。随着土层深度的增加，ＳＭＢＣ含量均呈递减趋势，从ＣＫ和Ｎ４
两个处理的对比情况来看，ＳＭＢＣ含量降幅最大的为０～６０ｃｍ土层，下降了７４．８８％，其次为１２０～１８０和６０～
１２０ｃｍ土层，分别下降了３１．３６％和２４．９２％。
２．５　氮肥对水溶性有机碳含量的影响
ＷＳＯＣ通常是指能通过０．４５μｍ微孔滤膜的水溶性有机物质
［２７］。ＷＳＯＣ在土壤有机碳中比重很小，一般
含量不超过２００ｍｇ／ｋｇ，但它却会影响土壤中有机和无机物质的转化、迁移和降解［２８］，是土壤微生物可直接利用
的有机碳源［２９］，对土壤中的１３Ｃ研究表明，ＷＳＯＣ的δ１３Ｃ值与土壤有机质的δ１３Ｃ值相似，而ＳＭＢＣ的δ１３Ｃ值与
作物的δ１３Ｃ值相似［３０］。氮肥对不同土层内 ＷＳＯＣ含量的影响如图４所示。
图４　氮肥对不同土层中水溶性有机碳含量的影响
犉犻犵．４　犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狑犪狋犲狉狊狅犾狌犫犾犲狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狊
　　对于２种栽培基质来说，氮肥的施用对各土层内的 ＷＳＯＣ含量有显著的抑制作用。同一土层内，随施氮水
平升高，从ＣＫ到Ｎ４，ＷＳＯＣ含量逐步下降。各施氮水平下，随土层深度增加，ＷＳＯＣ含量呈现依次下降的趋
势。
对于粗沙土，０～６０ｃｍ土层内，Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ 各处理之间的差异不显著，但ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２ 各处理之间的差异达显
著水平；６０～１２０ｃｍ土层内，Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 各处理之间的差异不显著，但ＣＫ、Ｎ１、Ｎ４ 间的差异达显著水平；１２０～
１８０ｃｍ土层内，Ｎ１ 与Ｎ２ 处理之间的差异不显著，但与其余各处理间的差异达显著水平。３个土层内均以Ｎ４ 处
理下的 ＷＳＯＣ含量为最小值，分别为１８．４５，１６．４１和１５．２４ｍｇ／ｋｇ。各施氮水平下，３６％以上的 ＷＳＯＣ分布在
０～６０ｃｍ土层内，分别为ＣＫ：５５．２７％、Ｎ１：４９．６３％、Ｎ２：３５．７８％、Ｎ３：３７．１２％、Ｎ４：３６．８３％。
对于河沙，０～６０ｃｍ土层内，Ｎ３ 与Ｎ４ 处理间的差异并不显著，但与ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２ 各处理之间的差异均达到
显著水平；６０～１２０ｃｍ土层内，ＣＫ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 间的差异并不显著，但与Ｎ４ 处理间的差异达到显著水平；１２０～
１８０ｃｍ土层内，Ｎ２ 与Ｎ３ 处理之间的差异并不显著，但与其余各处理间的差异达显著水平。３个土层内均以Ｎ４
的 ＷＳＯＣ含量为最小值，分别为１７．１３，１４．３４和１３．３２ｍｇ／ｋｇ。各施氮水平下，３８％以上的 ＷＳＯＣ分布在０～
６０ｃｍ土层内，分别为ＣＫ：５６．９８％、Ｎ１：５２．３０％、Ｎ２：４６．４９％、Ｎ３：３５．２７％、Ｎ４：３８．２４％。
２．６　根干重与有机碳类物质含量相关性分析
对柳枝稷根干重、ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ和 ＷＳＯＣ进行相关性分析，结果表明，根干重与ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ和
ＷＳＯＣ都呈正相关，但未达显著水平；ＴＯＣ与ＳＭＢＣ呈极显著正相关，与ＰＯＣ呈显著正相关；ＰＯＣ与ＳＭＢＣ呈
显著正相关（表３）。这表明在试验条件下，柳枝稷根系生物量的积累促进了土壤中有机碳类物质的增加。
３４第２２卷第２期 草业学报２０１３年
表３　根干重与各有机碳类物质含量间的相关性分析
犜犪犫犾犲３　犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狅犳狉狅狅狋犱狉狔狑犲犻犵犺狋，犜犗犆，犘犗犆，犛犕犅犆犪狀犱犠犛犗犆
项目
Ｉｔｅｍ
根干重
Ｒｏｏｔｄｒｙｗｅｉｇｈｔ
总有机碳
Ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
颗粒态碳
Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ
微生物量碳
Ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎ
总有机碳Ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ ０．５０３
颗粒态碳Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ ０．１３５ ０．２６６
微生物量碳Ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎ ０．９０３ ２０．４０ ７５．３６
水溶性有机碳 Ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ ０．０８６ ０．０１８ －０．１４７ ０．００３
　注：表示０．０５显著水平，表示０．０１显著水平。
　Ｎｏｔｅ：，ｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｔ０．０５ａｎｄ０．０１ｌｅｖｅｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
３　讨论
大量研究发现，植物根系的分泌物与根系残体是土壤中有机碳形成的重要物质来源之一，植物根系的生物量
能直接影响土壤有机碳的含量。本试验表明，柳枝稷的根系生物量与土壤ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ之间的正相关性较
强，这与前人研究结果一致。
前人研究表明，氮肥施用能显著影响土壤中的有机碳类物质的含量，如：长期施肥处理能使土壤耕层中的有
机碳增加并对有机碳在不同粒级土壤团聚体中的分布产生显著影响［３１，３２］；长期单施氮肥、氮磷肥和氮磷钾肥处
理的ＳＭＢＣ含量显著高于不施肥处理，但 ＷＳＯＣ含量显著低于无肥处理［１６］；化肥与有机肥并施且种植苜蓿
（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）处理下的微生物量碳氮含量是长期休闲地的３．７倍［１４］；施用氮肥将导致土壤中 ＷＳＯＣ含量
的减少且 ＷＳＯＣ含量和土壤矿化Ｎ的含量呈对数关系［３３，３４］；各种有机肥与无机肥单施或配施处理均不同程度
的增加土壤颗粒有机碳和氮及矿质结合有机碳和氮的含量［３５］。本试验研究表明，对２种沙性栽培基质而言，当
施氮量从ＣＫ增加到Ｎ４ 时，ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ和 ＷＳＯＣ等表现出显著性差异（犘＜０．０５）。随施氮浓度增加，各
土层中ＴＯＣ含量、ＳＭＢＣ含量呈上升趋势，ＷＳＯＣ含量呈下降趋势，这与前人研究结果一致。从ＣＫ到 Ｎ４，
ＰＯＣ含量呈现逐步上升趋势，这与龚伟等［３５］研究结果一致，但与周萍等［１７］结果不同，可能原因如下：１、周萍
等［１７］试验以有机碳含量较高的壤土为基质，土壤中ＰＯＣ主要来自有机肥的直接输入，而与施入的作物生物量没
有直接关系。而本试验以沙化土为栽培基质，土壤结构松散，施肥种类单一且为无机肥，因此，柳枝稷地下生物量
能够直接影响ＰＯＣ含量。２、柳枝稷地下根系庞大，根系分泌物较多，相较于一般大田作物更易于在根际形成土
壤团聚体结构，而施用氮肥又能显著的促进沙化性栽培基质上柳枝稷根干重、根长、根表面积、根体积的增加［３６］。
随土层深度增加，在不同土壤类型与不同立地环境下，有机碳在垂直分布上均呈现出逐步递减的趋势，且主
要分布在土壤表层。本试验结果显示，２种沙性栽培基质下，随土层深度增加，各土层中ＴＯＣ、ＰＯＣ、ＳＭＢＣ和
ＷＳＯＣ含量均表现出逐步下降的趋势，这与史奕等［２２］、周萍等［１７］、贾伟等［３７］研究结果一致。
土壤中有机碳的积累与演变是植物地上部残体、根系与土壤环境长期相互作用的结果，本试验研究了柳枝稷
第３个生长季内氮肥对栽培基质内有机碳的影响情况，进一步的研究应该连续多年观测不同栽培基质中有机碳
类物质对氮肥的响应情况；本试验把ＰＶＣ管内的栽培基质界定为土壤内有机碳对氮肥响应的微环境，消除了其
他作用因素的影响，可以阐明在边际土地上栽植单株柳枝稷时施用氮肥对土壤有机碳的影响，但在实际应用中，
作为生物质能源原料的柳枝稷应进行规模化种植，单株之间存在根系交错、化感等相互作用，因此研究大面积土
地上有机碳对氮肥处理的响应将成为未来相关研究的重点之一。
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５４第２２卷第２期 草业学报２０１３年
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犜犺犲犲犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狋犺犲犮狅狀狋犲狀狋狊狅犳犜犗犆，犘犗犆，犛犕犅犆犪狀犱
犠犛犗犆犻狀狋狑狅犽犻狀犱狊狅犳狊犪狀犱狔狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊
ＺＨＵＹｉ１，２，ＨＯＵＸｉｎｃｕｎ１，ＷＵＪｕｙｉｎｇ１，ＤＵＡＮＬｉｕｓｈｅｎｇ２，ＦＡＮＸｉＦｅｎｇ１
（１．ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｆｏｒＧｒａｓｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＢｅｉｊｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆ
ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９７，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦａｒｍｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｃｈｉｎａ，ＣｏｌｅｇｅＡｇｒｏｎｏｍｙａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９３，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＯＣ（ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒ
ｂｏｎ），ＰＯＣ（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ），ＳＭＢＣ（ｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎ）ａｎｄＷＳＯＣ（ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｏｒ
ｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ）ｕｎｄｅｒｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｍａｒｇｉｎａｌｌａｎｄｓ（ｇｒｏｓｓｓａｎｄｙｓｏｉｌａｎｄｐｕｒｅｓａｎｄ）ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇｓｗｉｔｃｈ
ｇｒａｓｓｐｌａｎｔｅｄｉｎＰＶＣｐｉｐｅｓ．Ｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｅｘｅｒｔｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｒｏｏｔｄｒｙｗｅｉｇｈｔ，ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＯＣ，
ＰＯＣ，ＳＭＢＣａｎｄＷＳＯＣａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｄｅｐｔｈｓｏｆｂｏｔｈｇｒｏｓｓｓａｎｄｙｓｏｉｌａｎｄｐｕｒｅｓａｎｄ（犘＜０．０５）．Ｉｎｂｏｔｈｓｏｉｌ
ｄｅｐｔｈｓｏｆｔｈｅｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＯＣ，ＰＯＣａｎｄＳＭＢＣａｌｒｅａｃｈｅｄａｍａｘｉｍｕｍｕｎｄｅｒｔｈｅ
Ｎ４ｇｒａｄｉｅｎｔ，ｗｈｉｌｅｔｈｅＷＳＯＣｃｏｎｔｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｆｏｒａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒ
ｅｎｃｅｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｏｏｔｄｒｙｗｅｉｇｈｔ，ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＴＯＣ，ＰＯＣ，ＳＭＢＣａｎｄＷＳＯＣｕｎｄｅｒｂｏｔｈ
ｔｙｐｅｓｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｏｆａｌｉｎｄｅｘｅｓａｐｐｅａｒｅｄａｔｔｈｅ０－６０ｃｍｄｅｐｔｈ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ；ＴＯＣ；ｇｒｏｓｓｓａｎｄｙｓｏｉｌ；ｐｕｒｅｓａｎｄ
６４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２