全 文 ：中国生态农业学报 2015年 5月 第 23卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2015, 23(5): 563−570


* 国家自然科学基金项目(41301306)、湖北省农业科学院青年基金项目(2012NKYJJ07)、农业部公益性行业专项(201003059)、湖北省农
业科技创新项目(2011-620-003-03-06)和国家科技支撑计划课题(2013BAD07B10)资助
** 通讯作者: 徐祥玉, 主要从事土壤改良方面的研究。E-mail: xuxiangyu2004@sina.com
张敏敏, 主要从事土壤改良及碳氮循环研究。E-mail: xxytom3521@126.com
收稿日期: 2014−08−29 接受日期: 2014−12−15
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140994
抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响*
张敏敏1 徐祥玉1,2** 张志毅2 熊又升1 袁家富1
(1. 湖北省农业科学院植保土肥研究所 武汉 430064; 2. 华中农业大学资源与环境学院 武汉 430070)
摘 要 冷浸稻田是长江流域重要的低产稻田类型之一, 近年来抛荒严重, 而抛荒对冷浸稻田土壤团聚体的
影响并不清楚。本研究以连年种植的冷浸稻田(CWC)、抛荒 3 年的冷浸稻田(CWA3)和抛荒 6 年的冷浸稻田
(CWA6)为对象, 分析抛荒后冷浸稻田土壤团聚体特征以及有机碳稳定性, 以期为准确评估抛荒对长期淹水土
壤的结构和有机碳的影响提供数据支持。结果表明, 不论是 0~25 cm土层还是 25~50 cm土层, 冷浸稻田土壤
<53 μm粒级团聚体占总团聚体比例均超过 40%; 0~25 cm土层土壤>250 μm团聚体比例超过 35%; 53~250 μm
粒级团聚体比例低于 20%。抛荒使 0~25 cm土层<53 μm粒级团聚体占总团聚体比例显著增加, 53~250 μm粒
级比例显著降低。在 0~25 cm土层, 抛荒使有机碳活性指数Ⅰ(LIc-Ⅰ)在<53 μm粒级和>250 μm粒级上升高, 有
机碳活性指数Ⅱ(LIc-Ⅱ)在 53~250 μm和>250 μm粒级上降低；而有机碳难降解指数(RIc)在<53 μm和 53~250 μm
粒级上降低。土壤总有机碳随抛荒时间延长而增加。
关键词 冷浸稻田 抛荒 土壤团聚体 有机碳稳定性
中图分类号: S153.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)05-0563-08
Effects of land abandonment on soil aggregate and organic carbon
stability in cold waterlogged paddy fields
ZHANG Minmin1, XU Xiangyu1,2, ZHANG Zhiyi2, XIONG Yousheng1, YUAN Jiafu1
(1. Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 460064, China;
2. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)
Abstract Soil structure, which is decided by the stability of soil aggregates to a great extent, significantly influences soil environ-
ment. Soil aggregates are secondary particles formed through the combination of particulate minerals with organic and inorganic
substances. Soil organic carbon is critical for enhancing soil quality and sustainable production. Even a slight increase in soil organic
carbon content could induce a substantial sequestration of excess atmospheric CO2. Cold waterlogged paddy field is one form of
low-productivity paddy fields in the central China. This type of paddy field is especially common in the middle and lower reaches of
Yangtze River Basin. In recent years, large areas of cold waterlogged paddy fields have been abandoned due to high labor costs and
low returns. Due to long-term floods, cold waterlogged paddy fields have very poor soil structures that are often described as mushy
soils. Not only is the composition of aggregate proportions and organic carbon of marshy soils are vastly different from that of
ordinary paddy fields, the aggregate sizes and organic carbon stability of marshy soils are unclear. It is also not clear how soil
structure and organic carbon changed after cold waterlogged paddy field was abandoned. In this study, we investigated the effects of
land abandonment on soil total organic carbon, soil aggregation fractions and organic carbon content in cold waterlogged paddy
fields under continuous rice cultivation (CWC), abandoned for three years (CWA3) and abandoned for six years (CWA6). The results
showed that the aggregate compositions were dominated by <53 μm particles, accounting for over 40% of the soil in cold
waterlogged paddy fields. Then >250 μm particles accounted for over 35% and 53−250 μm particles accounted for less than 20% of
the 0–25 cm soil layer in cold waterlogged paddy fields. Land abandonment significantly increased the <53 μm aggregate fraction
and decreased the 53–250 μm aggregate fraction in the 0–25 cm soil layer. Also land abandonment improved labile organic carbon
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pool Ⅰ index (LIc-Ⅰ) of the <53 μm and >250 μm soil aggregates, decreased labile organic carbon pool Ⅱ index (LIc-Ⅱ) in the
53–250 μm and >250 μm soil aggregates, and reduced recalcitrant organic carbon index (RIc) in the <53 μm and 53–250 μm soil
aggregates. Soil total organic carbon increased with increasing length of period of land abandonment.
Keywords Cold waterlogged paddy field; Land abandonment; Soil aggregate; Organic carbon stability
(Received Aug. 29, 2014; accepted Dec. 15, 2014)
土壤有机碳是陆地碳库储量的主要组成部分 ,
其微小的变化就能影响大气中二氧化碳和气候变化,
对全球温室效应具有深远的影响 [1], 因此关于农田
土壤“碳汇”功能的研究越来越被重视[2−3]。土壤有机
碳的稳定性受到多种稳定机制的共同作用 [4−5], 根
据有机碳组分间的稳定性不同, 通常将土壤有机碳
分成活性有机碳和难降解有机碳两种[6]。土壤活性
有机碳并没有一个明确的定义 [7], 一般是指在一定
的时空条件下受植物、微生物影响强烈、具有一定
溶解性, 移动较快、易氧化、易分解矿化, 其形态
和空间位置对微生物有较高活性的那部分土壤有
机碳 [8]。而难降解有机碳是指难以被微生物分解利
用、化学结构复杂、难溶解、难矿化的有机碳组分[4],
该组分决定着土壤有机碳稳定性的高低[9]。酸解法
是测定难降解有机碳的古老经典方法 [4], 其中利用
硫酸两步酸水解可以大概分离出高活性有机碳、低
活性有机碳和难降解有机碳 , 如Rovira等 [6]利用两
步酸解法对土壤有机碳难降解性进行了成功的评价,
为之后进行相关的研究提供了可靠的方法。
土壤团聚体是土壤结构最基本的单元[10], 有机
碳在团聚体的分布及其变化备受关注[11−12], 团聚体
形成和转化被认为是土壤有机碳固定和释放的最重
要机制之一。不同农业管理措施对土壤固碳的影响
主要是通过对土壤微团聚体更新与转化的改变, 从
而使有机碳的保护机制发生变化所致[13]。而在裸地
植被恢复过程中有机物质的输入促进了团聚体的
形成, 从而改变了土壤团聚体有机碳含量和分配比
例[14]。有机碳含量随团聚体粒径的增大而增加[15−16],
且大团聚体比微团聚体含有更多不稳定的新成有机
物[17]。
水稻土是我国最重要的耕作土壤, 在农田土壤
“碳汇”方面中具有重要地位[18−19]。冷浸稻田是指长期
受水浸渍, 造成冷、烂、毒、瘦为主要特征的一类水
田 , 可分为烂泥型(无犁底层)和浸水型(有犁底层),
是广泛分布在我国江南地区的主要低产稻田, 占全
国稻田面积的15.07%[20]。因收益低、生产成本高, 加
之江南地区劳动不足, 冷浸稻田抛荒现象严重。
我国对冷浸稻田的研究主要集中在施肥、垄作、
开沟排水等改良利用方面[21], 对其土壤团聚体以及
碳组分稳定性基本没有研究报道。由于长期的淹水
和人为干扰, 冷浸稻田土壤结构差, 即土壤“烂糊”,
其团聚体组成比例和有机碳组分应与普通稻田不同,
不同粒径团聚体有机碳稳定性表现并不清楚。农田
抛荒最主要的特征是无干扰和植被自然恢复, 在这
个过程中冷浸稻田土壤结构是否发生变化？其不同
团聚体组分中有机碳累积是否相同？这些问题对评
估稻田抛荒的环境意义具有一定的指导作用。本研
究以长江中下游(鄂东南)冷浸稻田土壤为对象, 研
究连年耕种和不同抛荒年限下土壤团聚体碳组分特
征及其稳定性, 为冷浸稻田土壤碳循环研究提供数
据支持和理论依据, 丰富稻田土壤团聚体研究内容。
1 材料与方法
1.1 样品采集
本研究供试土壤采自湖北省黄石市阳新县白沙
镇土库村 , 地理坐标为东经 115°07′, 北纬 29°93′,
年平均气温 16.8 ℃, 年均降水 1 389.6 mm, 年无霜
期 263 d, 年日照指数 897.1 h。该区常年种植一季中
稻, 近年来由于劳动力大量外出、冷浸稻田种植成
本上升和收益降低 , 抛荒日益严重。水稻收获后
(2012年 10月)选择常年种稻(cold waterlogged paddy
field with continuous planting of rice, CWC)、抛荒 3
年(cold waterlogged paddy field abandoned for three
years, CWA3)、抛荒 6年(cold waterlogged paddy field
abandoned for six years, CWA6)3种类型冷浸稻田。3
种利用类型冷浸稻田由北向南依次沿排水沟分布 ,
冷浸稻田之间相距 100 m 左右, 其中抛荒 3 年和 6
年冷浸稻田处于自然植被状态, 主要以一年生植物
类群为主{如稗草[Echinochloa crusgalli (L.) Beauv.]、
异型莎草(Cyperus difformis L.)等}。即使在异常干旱
时期, 3 种类型冷浸稻田土壤水分仍处于饱和状态,
一般情况下为淹水状态或水分过饱和状态。连年种
植冷浸稻田种植一季中稻, 每年 5 月底至 6 月初插
秧, 9 月底至 10 月初收割, 其余时间处于休闲状态,
水稻种植施肥量为 N∶P2O5∶K2O=125 kg·hm−2∶
42 kg·hm−2∶48 kg·hm−2。
根据剖面性质, 分 0~25 cm(耕作层)和 25~50 cm
(青泥层)土层以多点取样法进行取样, 每个样品取 5
第 5期 张敏敏等: 抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响 565


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个点, 每种类型土壤取 6 个样品(耕作层和青泥层各
3个)。土壤基本性状见表 1。样品装入硬质塑料盒(防
压)带回实验室。
1.2 团聚体测定
土壤团聚体参照 Stemmer 等[22]和 Liang 等[23]方
法稍有改动, 取相当于 20 g 干土的新鲜土样(原始土
样水分含量不同, 因此称取土样重量并不一致)置于
250 mL烧杯, 加入 200 mL去离子水, 在 10 ℃下超声
分散 15 min(KQ-300DE超声波, 超声频率 40 000 Hz,
超声功率 200 W), 然后依次通过 250 μm、53 μm筛
网, 依次收集>250 μm和 53~250 μm团聚体, <53 μm
团聚体颗粒用离心法获得, 在 12 ℃下 4 500 r·min−1
离心 30 min, 所有团聚体样品在 60 ℃烘干, 用以分
析有机碳。
表 1 不同类型冷浸稻田基本特征及不同土层土壤基本性状(均值±标准差)
Table 1 Sampling plots description and soil properties of different layers of different waterlogged paddy fields (mean±SD)
冷浸稻田类型 Waterlogged paddy field type 项目
Item CWC CWA3 CWA6
管理措施 Management practice 连续种水稻 Continuously planting rice 抛荒 Abandonment 抛荒 Abandonment
抛荒年限 Abandonment (a) 0 3 6
土层 Soil layer (cm) 0~25 25~50 0~25 25~50 0~25 25~50
全氮 Total N (g·kg−1) 1.12±0.11 1.05±0.09 2.01±0.33 1.95±0.17 1.82±0.23 1.90±0.15
全磷 Total P (g·kg−1) 1.44±0.13 1.35±0.11 0.64±0.05 0.60±0.03 0.59±0.06 0.61±0.07
全钾 Total K (g·kg−1) 9.86±0.51 18.59±1.20 17.07±1.56 17.02±1.72 17.91±1.55 17.87±1.29
总有机碳 Total organic carbon (g·kg−1) 18.43±1.13 15.70±0.95 19.52±1.96 18.25±1.86 24.68±2.20 19.42±1.49
pH 6.85±0.59 6.67±0.88 6.19±0.73 6.20±0.56 7.07±0.83 6.95±0.85
黏粒 Clay (<20 µm) (%) 27.83±1.53 32.54±2.21 28.54±2.25 32.94±2.51 26.85±3.34 32.56±3.51
粉粒 Silt (20~200 µm) (%) 24.78±1.32 23.60±1.58 23.65±4.35 22.85±3.61 24.60±2.78 22.50±2.28
砂粒 Sand (200~2 000 µm) (%) 47.39±1.93 43.86±3.35 47.81±5.23 44.21±5.89 48.55±5.45 44.94±6.32

1.3 有机碳测定
酸解碳和难降解碳用 H2SO4水解法[6,24]: 1)活性
组分Ⅰ(labile pool Ⅰ, LPⅠ): 称 0.500 g土样于消煮管
内, 加 20 mL 2.5 mol·L−1 H2SO4, 盖上小漏斗在 105 ℃
下油浴 30 min, 冷却, 然后无损转移至 50 mL离心
管(少量多次用去离子水冲洗), 在 4 500 r·min−1下离
心 20 min, 收集上清液。离心管内土样加 20 mL去
离子水继续清洗离心, 将两次上清液合并过 0.45 μm
滤膜, 此滤液为 LPⅠ; 2)活性组分Ⅱ (labile pool Ⅱ,
LPⅡ): 离心管内的残留土样加蒸馏水离心清洗数次
后, 倾倒上清液, 残留物在 60 ℃下烘干, 再加 2 mL
的 13 mol·L−1 H2SO4转移到三角瓶, 在室温下持续振
荡过夜, 然后加水将酸稀释为 1 mol·L−1, 转移至消
煮管内, 在 105 ℃下油浴 3 h, 手工间歇振荡, 然后
再转移至离心管离心, 收集上清液, 离心管内土样
再加 20 mL 蒸馏水继续清洗离心, 将两次的上清液
合并过 0.45 μm滤膜, 此滤液为 LPⅡ; 3)难降解组分
(recalcitrant pool, RP): 离心管内残余物加去离子水
多次离心清洗干净后, 分别转移至塑料瓶内 60 ℃
烘干, 此残留物为 RP。土壤总有机碳、酸水解碳、
水解残留难降解碳均采用 K2Cr2O7-H2SO4 外加热法
测定[25]。
团聚体有机碳的活性指数(labile index, LIc)和
难降解指数(recalcitrance index, RIc)采用如下公式
计算[6,24]:
有机碳活性指数Ⅰ(LIc-Ⅰ, %)=(活性组分Ⅰ含
量/团聚体总有机碳含量)×100 (1)
有机碳活性指数Ⅱ(LIc-Ⅱ, %)=(活性组分Ⅱ含
量/团聚体总有机碳含量)×100 (2)
有机碳难降解指数(RIc, %)=(难降解组分含量/
团聚体总有机碳含量)×100 (3)
总团聚体有机碳(g·kg−1)=∑团聚体比例×该团聚
体碳浓度
1.4 数据统计分析
所有数据采用 SPSS 17.0 软件进行分析, 不同
样品之间均值的多重比较采用 Duncan 检验显著性
水平(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 不同利用类型冷浸稻田土壤团聚体特征
总体来看, 不论是 0~25 cm土层还是 25~50 cm
土层, <53 μm 粒级团聚体占总团聚体比例超过 40%,
除了 25~50 cm土层 CWA6外, >250 μm粒级团聚体
占总团聚体比例超过 35%, 而 53~250 μm粒级团聚
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体占总团聚体比例低于 20%(图 1)。在 0~25 cm土层,
随着抛荒年限增加, <53 μm粒级团聚体占总团聚体
比例显著增加(P<0.05), >250 μm粒级比例无显著变
化, 而 53~250 μm粒级比例则显著降低(P<0.05)。在
25~50 cm土层, 随着抛荒年限增加, <53 μm 粒级团
聚体占总团聚体比例有所提高, >250 μm 粒级比例
降低, 但均未达到显著水平, 而 53~250 μm 粒级比
例在抛荒 3 年后显著降低, 随着抛荒时间的延长,
该组分比例又有一定程度增加(图 1)。

图 1 不同类型冷浸稻田土壤团聚体特征
Fig. 1 Characteristics of soil aggregate fractions in different
types of cold waterlogged paddy fields
不同字母表示相同土层相同粒级在不同利用类型间差异达
5%显著水平。Different letters mean significant difference among
different treatments in the same soil layer and the same aggregate
fraction at 5% level.

2.2 不同利用类型冷浸稻田土壤团聚体酸水解碳
和难降解碳特征
<53 μm粒级的团聚体方面(图 2a), 在 0~25 cm
土层, 活性组分Ⅰ(LPⅠ)在 CWC 土壤中显著低于
CWA3和 CWA6, 难降解组分(RP)则显著高于 CWA3
和 CWA6; 活性组分Ⅱ(LPⅡ)在 CWA3 土壤中显著
低于 CWC和 CWA6, 后两者之间无显著差异。同时
还可以看出, CWC 土壤中 RP 显著高于 LPⅠ和 LP
Ⅱ, CWA3和 CWA6中则 LPⅠ显著高于 LPⅡ和 RP。
在 25~50 cm 土层, LPI 在 CWA3 土壤中显著高于
CWC 和 CWA6, RP 在 CWA6 中显著高于 CWC 和
CWA3, 而 LPⅡ在 CWC和 CWA3显著高于 CWA6。
可以看出, 0~25 cm 土层中 LPⅠ随抛荒时间延长显
著提高; 25~50 cm土层中 LPⅡ随抛荒时间延长显著
降低, RP随抛荒时间延长显著提高。
53~250 μm粒级团聚体方面(图 2b), 0~25 cm土层,
LPⅠ、LPⅡ和 RP在 CWA3、CWC和 CWA6分别显
著高于另两种土壤。除 CWA6土壤中 LPⅠ和 RP无
显著差异外, LPⅠ在 3种土壤中均显著高于 LPⅡ和
RP。在 25~50 cm土层, LPⅠ和 LPⅡ在 CWC土壤中
显著高于 CWA3 和 CWA6, 而 RP 则在 CWA3 上显
著高于 CWC 和 CWA6。CWC 土壤中 LPⅠ和 LPⅡ
显著高于 RP, 而 CWA3和 CWA6则 RP显著高于 LP
Ⅰ和 LPⅡ, LPⅠ显著高于 LPⅡ。可以看出, 0~25 cm
土层 RP 随抛荒时间延长显著增加, 25~50 cm 土层
LPⅠ随抛荒时间延长显著降低。
>250 μm粒级的聚体方面(图 2c), 0~25 cm土层,
LPⅠ和 RP 以 CWA6 土壤中最高且显著高于(P<
0.001)CWC和 CWA3, LPⅡ在 CWA3 土壤中最高且
显著高于 CWC 和 CWA6。同时可以看出, LPⅠ和
RP随抛荒时间延长显著增加, 而 LPⅡ在显著降低。
在 25~50 cm土层, LPⅠ和 RP含量分别以 CWA3最
高和 CWC最低, 显著高于或低于其他土壤; LPⅡ含
量在 CWA3土壤最低, 显著低于(P<0.001)其他土壤,
随抛荒时间延长, LPⅠ和 RP 呈现增加趋势, 而 LP
Ⅱ呈现先降低后升高趋势。
2.3 不同利用类型冷浸稻田土壤总团聚体有机碳
和全土总有机碳
土壤各组分团聚体相加得到总团聚体有机碳 ,
对比总团聚体有机碳和全土总有机碳可以看出(图
3), 在 0~25 cm土层, 总团聚体有机碳和全土总有机
碳含量变化趋势一致, 即土壤有机碳含量随着抛荒
时间的增加而增加, 而在 25~50 cm 土层, 抛荒时
间最长的 CWA6土壤总团聚体有机碳降低, 而全土
总有机碳却升高, 说明在用该方法进行团聚体筛分
的时候, CWA6土壤在 25~50 cm土层有机碳有明显
损失。
2.4 抛荒对冷浸稻田土壤有机碳稳定性的影响
本研究表明(表 2), 抛荒可使 0~25 cm土层有机
碳活性指数Ⅰ(LIc-Ⅰ)、有机碳活性指数Ⅱ(LIc-Ⅱ)
和有机碳难降解指数(RIc)发生不同趋势的变化, 其
中 LIc-Ⅰ在<53 μm粒级和>250 μm粒级呈提高趋势,
LIc-Ⅱ在 53~250 μm和>250 μm粒级降低, 而 RIc在
<53 μm和 53~250 μm粒级表现为降低。即 LIc-Ⅰ提
高主要由<53 μm和>250 μm决定, RIc降低主要由
<53 μm粒级团聚体决定。表 2同时表明, 抛荒使 25~
50 cm土层 RIc提高, 而且主要是由<53 μm粒级团
聚体决定。
3 讨论与结论
本研究结果显示, 随着抛荒年限的延长, 在 0~
25 cm土层, <53 μm团聚体比例显著增加, 53~250 μm团
聚体比例显著降低; 在 25~50 cm 土层, 53~250 μm
团聚体比例显著降低。一般而言, 土地利用方式的
第 5期 张敏敏等: 抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响 567


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图 2 不同类型冷浸稻田土壤<53 µm (a)、53~250 µm(b)和>250 µm(c)团聚体酸解有机碳和难降解有机碳特征
Fig. 2 Characteristics of acid hydrolysis organic carbon and nonhydrolyzable carbon in <53 µm (a), 53–250 µm (b) and >250 µm (c)
aggregates at different soil layers of different types of cold waterlogged paddy fields
LPⅠ: 活性组分Ⅰ; LPⅡ: 活性组分Ⅱ; RP: 难降解组分。不同小写字母表示同一土层相同有机碳组分在不同处理间差异达到 5%
显著水平, 不同大写字母表示同一土层相同处理不同组分之间差异达 5%显著水平。LPⅠ: labile pool Ⅰ; LPⅡ: labile pool Ⅱ; RP:
recalcitrant pool. Different lowercases mean significant difference at P < 0.05 level among different treatments for the same organic carbon
fraction at the same soil layer according to Duncan’s new multiple test. Different capital letters mean significant difference at P < 0.05 level
among different organic carbon fractions for the same treatment at the same soil layer according to Duncan’s new multiple test.

改变影响土壤团聚体组分的比例, 长达 13年的定位
试验表明[26]免耕或垄作使 0~10 cm土层>250 μm团
聚体比例增加, 10~20 cm土层<250 μm团聚体比例
降低。刘晓利等[27]研究表明, 在红壤旱地, 抛荒后土
壤>5 000 μm水稳性团聚体显著增加。农田土壤抛荒
后, 水稳性大团聚体数量显著增加[28]。也有研究显
示, 不同土地利用方式 250~2 000 μm团聚体比例没
有显著影响[29]。上述研究结果并不一致, 与本研究
的结果也有所不同。主要原因可能是研究所涉及的
土壤类型(旱地、稻田、林地等)或所用的团聚体筛分
方法(干筛、湿筛)不同。团聚体筛分方法对筛分结果
有明显影响, 上述文献用的湿筛为风干土+湿筛+超
声振荡 , 或风干土+湿筛+振荡得到水稳性团聚体 ;
而本研究采用的是新鲜土(田间原状土)+湿筛+超声
振荡, 且由于冷浸稻田土壤长期淹水, 团聚体有机
胶结物质中含水量高, 在筛分过程中容易遭到破坏
而分散成微团聚体, 即>250 m土壤团聚体水稳性降
低, 这有可能是<53 μm团聚体比例显著增加的主要
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图 3 不同类型冷浸稻田土壤总团聚体有机碳和全土总
有机碳特征
Fig. 3 Organic carbon characteristics of total aggregate frac-
tions and bulk soil in different types of cold waterlogged paddy
fields
不同字母表示同一指标同一土层不同处理间差异达5%显著
水平。Different letters mean significant difference at P < 0.05 level
among different treatments for the same indicator at the same soil
layer according to Duncan’s new multiple test.
原因。从冷浸稻田土壤结构改良角度出发, 应该加
强开沟排水, 提高土壤干湿交替过程和强度, 改善
土体断裂和聚合次数, 可有效改善土壤结构。
在连续耕作土壤中, 扰动使土壤大团聚体比例降
低, 从而提高了土壤有机碳的矿化[30], 而少免耕可以
提高土壤有机碳含量。Six 等[16]研究表明 0~5 cm 和
5~20 cm 土层的自然土壤中微团聚体(<53 μm)有机
碳含量明显高于免耕和常规耕作土壤。从对土壤扰
动角度看 , 抛荒对土壤的保护比少免耕更为彻底 ,
Zhang等[28]研究表明, 农田抛荒使土壤轻组有机碳、
重组有机碳和总有机碳均快速增加。本研究结果显
示, 抛荒使全土总有机碳增加, 而总团聚体有机碳
在 0~25 cm土层增加, 在 25~50 cm土层下降, 结果
与上述报道不一致, 可能原因是上述文献的研究对
表 2 不同类型冷浸稻田不同土层土壤有机碳活性指数和难降解指数
Table 2 Soil organic carbon labile index and recalcitrance index at different depthes in different types of cold waterlogged paddy
fields (mean±SD)
0~25 cm 25~50 cm 团聚体粒级
Aggregate size
(μm)
冷浸稻田类型
Type of water
logged paddy field LIc-Ⅰ LIc-Ⅱ RIc LIc-Ⅰ LIc-Ⅱ RIc
CWC 14.66±1.01 b 12.49±1.34 a 18.57±2.30 a 19.09±1.37 b 14.52±1.05 a 11.76±1.03 b
CWA3 19.70±0.22 a 6.85±0.50 b 14.66±0.42 b 29.24±0.49 a 15.12±0.60 a 13.48±0.38 b
< 53
CWA6 18.18±2.30 a 11.15±1.32 a 13.44±1.54 b 18.99±2.52 b 14.05±2.27 a 25.00±3.27 a
CWC 8.24±1.54 a 5.17±0.87 a 6.30±1.04 a 5.82±0.51 a 5.76±0.50 a 4.37±0.40 a
CWA3 7.95±1.44 a 2.11±0.41 b 6.77±1.23 a 3.60±1.10 b 0.83±0.21 c 5.42±1.38 a
53~250
CWA6 4.98±1.43 b 2.56±0.75 b 4.94±1.62 a 4.57±0.79 b 3.54±1.07 b 5.28±1.00 a
CWC 11.42±0.49 c 9.87±0.44 a 13.28±0.65 c 14.96±1.67 a 15.34±1.85 a 8.38±1.02 b
CWA3 17.47±1.02 b 9.37±0.78 a 15.11±0.94 b 16.62±1.41 a 1.97±0.26 c 13.72±1.47 a
> 250
CWA6 22.75±0.89 a 3.95±0.24 b 18.04±0.78 a 13.11±2.97 a 5.56±0.94 b 9.89±2.25 b
LIc-Ⅰ: 有机碳活性指数Ⅰ; LIc-Ⅱ: 有机碳活性指数Ⅱ; RIc: 有机碳难降解指数。同列不同字母表示同一粒级不同处理间差异达
到新复极差检验 5%显著水平。LIc-Ⅰ is soil organic carbon labile indexⅠ, which is content of labile pool Ⅰ of organic carbon divided by
total organic carbon content of aggregate. LIc-Ⅱ is soil organic carbon labile index Ⅱ, which is content of labile pool Ⅱ of organic car-
bon divided by total organic carbon content of aggregate. RIc is soil organic carbon recalcitrance index, which is content of recalcitrant pool
of is divided by total organic carbon content of aggregate. Different letters in the same column mean significant difference at P < 0.05 among
different treatments for the same aggregate size at the same soil layer according to Duncan’s new multiple test

象为旱地土壤或正常稻田(土壤经历干湿交替), 而
本研究的对象是长期淹水冷浸稻田, 由于长期淹水
导致土壤有机质中活性较高的富里酸累积较多(即
冷浸稻田中有机毒害物质较多), 在团聚体湿筛过程
中大量溶解而随水流失, 导致本研究中全土有机碳
(分干样品测定)和总团聚体有机碳结果并不一致(图 5),
全土有机碳高于总团聚体有机碳。
小粒级团聚体(<53 μm)中有机碳以化学保护为
主, 有利于长期保存[31−32], 而大粒级团聚体(>250 μm)
中则以物理保护为主, 周转较快且对管理措施反应
敏感[33]。在表层土壤, 大约有 90%的土壤有机碳分
布在土壤团聚体中[34], 其中超过 70%的位于微团聚
体中(<53 μm)[35]。不同利用方式、少免耕、抛荒等
均使土壤有机碳储量增加, 但这几种方式对土壤团
聚体有机碳稳定性的影响报道并不多见。Belay-
Tedla 等[36]研究表明, 高杆草原土壤 LPⅠ、LPⅡ和
RP 占总有机碳比例分别为 4.77%~5.37%、7.77%~
8.59%和 86.28%~87.38%; 陈小云等[24]研究表明, 化
肥和有机肥配合施用可使土壤 LP(Ⅰ+Ⅱ)比例增加而
RP比例降低。Paul等[37]对已有文献梳理后发现以6 mol·L−1
HCl 酸水解土壤有机碳后, 大约有 30%~80%的有机
碳为酸难降解有机碳, 难降解有机碳约占总有机碳
在连续耕作土壤上为 48%, 连续免耕土壤上约为
56%, 在林地土壤约为 55%, 在草原土壤约为 56%。
第 5期 张敏敏等: 抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响 569


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可见减少对土壤的干扰有利于土壤有机碳稳定性的
提高。本研究表明, 抛荒可使 0~25 cm土层 LIc-Ⅰ提
高, 这主要是由于 LPⅠ在<53 μm和>250 μm粒级团
聚体中提高所致, LIc-Ⅱ降低主要是由于 53~250 μm
和>250 μm粒级团聚体 LPⅡ降低导致, 而 RIc降低
主要是由于<53 μm和 53~250 μm粒级导致, 即 LIc-
Ⅰ提高主要由<53 μm和>250 μm团聚体决定, RIc降
低主要由<53 μm粒级团聚体决定。
有机碳活性指数或难降解性指数并不是随抛荒
时间延长而单调变化(表 2), 而是有增有减, 如 25~
50 cm 土层随抛荒时间延长, LIc-Ⅰ先提高后降低,
而 LIc-Ⅱ先降低后提高, 正如前面提到的, 这可能
是由于长期淹水导致土壤有机质中活性较高的富里
酸累积较多, 而本研究所选用团聚体筛分方法可能
导致每一个粒级中的有机碳存在一定量的流失, 也
有可能是随着抛荒时间的延长, 土壤地上生物量和
植物种类在发生演替[38−39], 输入土壤的有机碳稳定
性也在发生相应的变化。
本研究结果表明 , 冷浸稻田土壤<53 μm 粒
级团聚体占总团聚体比例超过 40%。0~25 cm土层
土壤>250 μm团聚体比例超过 35%, 53~250 μm团聚
体比例低于 20%。随着抛荒年限增加, 在 0~25 cm
土层, <53 μm团聚体占总团聚体比例有所提高, >250 μm
和 53~250 μm 团聚体呈现出升降互补趋势; 在 25~
50 cm土层, <53 μm团聚体大幅度提高, >250 μm团
聚体比例则大幅度降低。土壤总有机碳随抛荒时间
延长而增加。抛荒使 0~25 cm 土层 LIc-Ⅰ提高(主
要由<53 μm粒级和>250μm粒级团聚体决定), LIc-
Ⅱ降低(主要由 53~250 μm和>250 μm粒级团聚体
决定)和 RIc降低(<53 μm和 53~250μm粒级团聚体
决定)。
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