全 文 ：中国生态农业学报 2014年 4月 第 22卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Apr. 2014, 22(4): 386−393


* 中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX3-SW-441)和青岛农业大学人才基金项目(630436)资助
** 通讯作者: 王凯荣, 主要从事农业生态与环境健康研究。E-mail: krwang1@163.com
夏海勇, 主要从事生物多样性、养分资源利用和耕作与农业生态研究。E-mail: drhaiyongxia@gmail.com
收稿日期: 2013−10−30 接受日期: 2014−02−18
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.31063
秸秆添加对土壤有机碳库分解转化和组成的影响*
夏海勇 1,2 王凯荣 2** 赵庆雷 2,3 张 正 1
(1. 山东省农业科学院作物研究所 济南 250100; 2. 青岛农业大学农业生态与环境健康研究所 青岛 266109;
3. 山东省水稻研究所 济南 250100)
摘 要 研究秸秆添加量对黄潮土和砂姜黑土有机碳库分解转化和组成的影响规律, 为调节土壤碳循环、培
肥地力提供科学依据。通过 1年的室内培养试验, 研究了添加 0~400 g·kg−1秸秆时, 两种土壤的有机物料分解
率、腐殖化系数、C/N及土壤活性有机碳、非活性有机碳、总有机碳和碳库活度(活性有机碳与非活性有机碳
的比值)的变化。结果表明: 随秸秆用量的增加, 有机物料在土壤中的分解率增加, 腐殖化系数降低; 土壤活性
有机碳、非活性有机碳、总有机碳含量和碳库活度均增加, 与秸秆添加量呈极显著线性正相关关系; 土壤活性
有机碳和总有机碳含量间具有极显著线性正相关性关系, 腐殖化系数同土壤碳库活度呈极显著线性负相关。
与砂姜黑土相比, 秸秆在黄潮土中更易分解, 但黏粒含量较高的砂姜黑土更有利于土壤碳的储存。试验 1年后,
黄潮土活性有机碳占总有机碳的比例和碳库活度分别比砂姜黑土平均高 7.6 个百分点和 12.3 个百分点, 砂姜
黑土的腐殖化系数和 C/N分别比黄潮土平均高 3.2个百分点和 2.3。综上, 秸秆添加越多, 碳库活度便越高, 越
有利于有机物料分解, 降低腐殖化系数; 黏粒含量越高, 有机物料的分解受阻, 腐殖化系数便越高。
关键词 添加秸秆 土壤有机质 秸秆分解速率 腐殖化系数 土壤有机碳库 碳库活度
中图分类号: S158.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)04-0386-08
Effects of straw addition on decomposition, transformation and composition
of soil organic carbon pool
XIA Haiyong1,2, WANG Kairong2, ZHAO Qinglei2,3, ZHANG Zheng1
(1. Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China;
2. Institute of Agricultural, Ecological and Environmental Health, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China;
3. Shandong Rice Research Institute, Jinan 250100, China)
Abstract Most studies on straw decomposition in soil have been conducted with straw additions in the range of 0−100 g of straw
per kilogram of soil. Actually, straw could be unevenly incorporated into soil resulting in very high local straw addition amounts,
higher than 100 g per kilogram of soil under field conditions. There have been contradictory research results about straw
decomposition in soil with straw addition of less than 100 g per kilogram of soil. In this study, the effects of straw addition amounts
on organic carbon decomposition, composition and liability of yellow fluvo-aquic soils and lime concretion black soils were studied
to develop a theoretical basis for straw decomposition in soils, and improvements in soil carbon cycle and soil fertility for
high-harvest cultivation. After one year of indoor soil incubation with straw addition amounts of 0−400 g per kilogram of soil at
(35±1) and℃ 80%−95% field water capacity, the decomposition rates and humification coefficients of soil organic matter, soil C/N
ratio, active soil organic carbon (AOC), inactive organic carbon (IOC), total organic carbon (TOC), AOC/TOC ratio and carbon
lability (soil AOC/IOC ratio, L%) were determined. The results showed that humification coefficients of total soil organic matter
were 20%−35%. With increasing straw dose, humification coefficient decreased while organic matter decomposition rate, AOC, IOC,
TOC and L increased. These variables were significantly (P < 0.01) and positively correlated with straw addition amount. Also while
a significant (P < 0.01) and positive correlation was noted between AOC and TOC, the correlation between the humification
coefficient and L was significant (P < 0.01) but negative. The contents of clay particles smaller than 0.002 mm in yellow fluvo-aquic
第 4期 夏海勇等: 秸秆添加对土壤有机碳库分解转化和组成的影响 387


soils and lime concretion black soils were 33% and 41%, respectively. Straw was more likely to break down in yellow fluvo-aquic
soils than in lime concretion black soils. Higher clay content in lime concretion black soils highly favored soil carbon storage. After
one year of indoor incubation, soil AOC/TOC ratio and L in yellow fluvo-aquic soils were on average 7.6 and 12.3 percentage points
higher than those in lime concretion black soils, respectively. Humification coefficient and soil C/N ratio in lime concretion black
soils were on average 3.2 and 2.3 percentage points higher than those in yellow fluvo-aquic soils, respectively. In conclusion, the
higher the soil carbon lability, the more beneficial was to increasing decomposition rate and reducing humification coefficient of soil
organic matter. Then the higher the soil clay content, the lower the decomposition rate and the higher the humificatin coefficient of
soil organic matter. This was in accordance with the results of previous studies conducted with straw addition amount less than 100 g
per kilogram of soil. There was the need for further studies under field conditions under different soil types and different straw
addition amounts.
Keywords Straw addition; Soil organic matter; Straw decomposition rate; Humification coefficient; Soil organic carbon pool;
Carbon lability
(Received Oct. 30, 2013; accepted Feb. 18, 2014)
土壤碳循环是全球碳循环的重要环节, 在全球
气候变化中扮演重要角色[1]。秸秆还田是我国目前
普遍推广的土壤培肥措施 [2], 对调节碳循环, 增加
土壤碳汇, 缓解气候增温效应及环境恶化亦有重要
意义[3–5]。国内许多学者就秸秆在土壤中的分解特征[6]
及其对土壤重组有机碳 [7]、轻组有机碳 [8]、微生物
生物量碳[9–11]、水溶性碳[12–13]、焦磷酸钠提取有机
碳[14]、热水可提取有机碳[14–15]、水解性有机碳[14]、
总有机碳[16]及腐殖酸组成与结构[17]和其他理化性质
的影响 [18]等有机碳的组成和变化动态做了系列研
究。而有机物料施入土壤后的分解速率直接影响土
壤有机碳的组成及变化动态[19], 是秸秆在土壤中分
解的重要特征指标之一。有机碳的生物化学性质和
存在状态, 土壤水分、温度、pH、质地、黏粒矿物
组成等环境因素和土地利用方式、耕作措施、轮作
制度、施肥方式、水分管理等管理因素都会直接或
间接影响有机碳的分解[20]。对于有机物料加入量与
其在土壤中分解速率的关系及对土壤原始有机碳库
的影响, 许多文献报道的结果并不一致。Nyhan[21]
用 14C 标记鹰嘴豆进行的田间试验发现, 增加秸秆
和根茬用量并不影响其碳的损失速度 ; Hallam 和
Bartholomew[22]的结果表明, C14 标记玉米和大豆秸
秆加入量越多 , 其在土壤中的残留比越大 ; 而
Amato 等[23]在田间和室内条件下均发现, 14C 和 15N
标记的高粱秸秆在土壤中的矿化速率随物料加入
量增加而加快。在国内, 程励励等[24]研究发现, 有
机物料加入量在 80 g·kg−1 以内的任何比例均不影
响腐解残留率; 但尹云锋和蔡祖聪[20]利用 13C 自然
丰度法和同位素质谱分析技术研究发现, 施用 50~
100 g·kg−1 玉米秸秆均能明显促进红壤原有总有机
碳和重组有机碳的分解, 秸秆施用量越多, 原有机
碳分解越快。
上述研究无论是大田试验还是室内培养, 秸秆
施入土壤中的量多数集中在 100 g·kg–1之内, 这可能
限制了以往对秸秆有机物料在土壤中分解规律的研
究认识, 是上述研究结果存在矛盾和不一致的原因
之一。而生产中, 秸秆有机物多以不均匀方式施于
土壤中, 尤其是开沟埋施, 导致农田局部土壤中的
秸秆施用量显著提高, 有关高添加量有机物料在土
壤中的分解和腐殖化规律还鲜有报道。本研究将秸
秆最大添加量提高到 400 g·kg−1, 利用室内控制培养,
研究不同秸秆添加量对有机物料的分解转化及土壤
C/N、活性有机碳含量的影响及土壤碳库活度变化规
律, 旨在为秸秆有机物料在土壤中的分解规律、调
节土壤碳循环和培肥地力提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试土壤和秸秆
供试土壤为石灰性黄潮土和砂姜黑土, 分别采
自山东省平邑县和苍山县, 均为耕层土壤(0~15 cm),
风干碾碎过 1 mm筛, 其主要性质见表 1。供试秸秆
为小麦成熟期茎叶, 65 ℃烘干后粉碎过 1 mm筛, 全
碳含量 463 g·kg–1, 全氮 5.3 g·kg–1, 全磷 0.20 g·kg–1,
C/N为 87.4。
表 1 供试土壤的主要性质
Table 1 Main properties of the tested soils
土壤类型
Soil type
pH
(水︰土 Water︰soil = 5︰1)
黏粒(< 0.002 mm)
Clay (< 0.002 mm)
(%)
活性有机碳
Active organic C
(g·kg−1)
总有机碳
Total organic C
(g·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
碳/氮
C/N
黄潮土 Yellow fluvo-aquic soil 6.5 33 1.0 6.6 1.2 5.5
砂姜黑土 Lime concretion black soil 7.0 41 1.7 16.1 1.5 10.7
388 中国生态农业学报 2014 第 22卷


1.2 试验设计与方法
将两种类型的土壤各分为两部分 , 一部分用
30% H2O2氧化去除有机碳, 与没有进行脱碳处理的
原始土壤形成对照, 同时添加小麦秸秆处理。对于
氧化脱碳处理的土壤, 因其有机碳含量较低, 设 9 个
秸秆添加量: 0、50 g·kg−1、100 g·kg−1、150 g·kg−1、200
g·kg−1、250 g·kg−1、300 g·kg−1、350 g·kg−1和 400 g·kg−1;
对于未进行脱碳处理的黄潮土和砂姜黑土, 根据其
各自总有机碳含量的起始值 , 分别设置前 8 个
(0~350 g·kg−1土)和前 7 个(0~300 g·kg−1土)秸秆添加
量。这样各处理土壤培养 1年后最高秸秆添加量下总
有机碳含量尽量接近。每个处理均用风干土样 300 g,
盛于塑料杯中, 混入秸秆粉后, 置于生化培养箱中
培养, 培养温度为(35±1) ℃, 土壤含水量为最大持
水量的 80%~95%, 每隔 1 周补充一次水分, 添加水
量要保持秸秆和土壤混合物湿润, 搅拌均匀, 使得
秸秆、土壤和水分充分混合, 加水到刚见明水即可。
培养初始取出一部分加水混合均匀后的土壤与秸秆
混合物 , 风干 , 磨细过筛 , 测定总有机碳和全氮含
量, 计算 C/N, 根据每一秸秆添加量下土壤和秸秆
混合后的总重, 可计算总有机碳量。培养至 3 个月
时 , 将各处理土壤全部风干称重 , 取出适量土壤 ,
磨细过筛, 测定总有机碳和全氮含量, 计算 C/N。其
余土样再次加水混合, 继续进行恒温培养至 1 年培
养期结束。将全部土样风干称重, 测定土壤总有机
碳、活性有机碳和全氮含量, 并计算 C/N 和碳库活
度(L)。
1.3 测定方法
总有机碳采用 K2Cr2O7-H2SO4 氧化外加热法。
活性有机碳参照 Lefroy等[25]的方法, 即称取适
量过 0.25 mm筛的风干土样(含 15~30 mg C)于 100 mL
离心管中, 加入 333 mmol·L–1 KMnO4溶液 25 mL,
在 25 ℃下振荡 1 h, 离心 5 min(2 000 r·min−1), 取上
清液, 用去离子水按 1︰250 稀释, 然后将稀释液在
565 nm 比色。根据 KMnO4浓度的变化求出样品的
活性有机碳含量(氧化过程中 1 mmol KMnO4 消耗
0.75 mmol或 9 mg C)。
<0.002 mm 黏粒含量采用比重计法测定。其他
指标均采用常规方法测定[26]。
1.4 相关参数的计算方法
有机物料的分解率(%)=(培养初始土壤和秸秆
混合物总有机碳量−培养 3个月或 1年时土壤与秸秆
混合物的总有机碳量 )/培养初始时的总有机碳量
×100。
腐殖化系数(%)=培养 1 年时土壤与秸秆混合物
的总有机碳量/培养初始时的总有机碳量×100[27]。
1.5 数据统计与分析
采用 SPSS 13.0软件对试验数据进行 t检验和相
关性分析, 用 Excel 2010作图和表。
2 结果与分析
2.1 不同添加量下有机物料分解率、腐殖化系数和
对土壤 C/N的影响
2.1.1 有机物料分解率
表 2 中各处理有机物料在土壤中培养 3 个月和
1 年时的分解率分别为 31.8%~51.0%和 65.4%~
79.5%, 前 3 个月的分解量占全年分解量的 44.0%~
68.7%。经 t 检验, 同一土壤脱碳和不脱碳处理对秸
秆有机物的分解率没有显著影响。培养 3个月时, 黄
潮土中有机物料分解率随秸秆添加量而增高, 有机
表 2 培养 3个月和 1年后不同添加量秸秆两种土壤中有机物料的分解率
Table 2 Decomposition rates of soil organic materials under different addition amounts of wheat straw tested after three and twelve months
incubation %
黄潮土 Yellow fluvo-aquic soil 砂姜黑土 Lime concretion black soil
未脱碳
Untreated soil
氧化脱碳
Treated by H2O2
未脱碳
Untreated soil
氧化脱碳
Treated by H2O2
秸秆添加量
Straw addition
amount
(g·kg−1) 3个月
3 months
12个月
12 months
3个月
3 months
12个月
12 months
3个月
3 months
12个月
12 months
3个月
3 months
12个月
12 months
0 — — — — — — — —
50 35.9 67.5 32.5 68.0 44.9 65.4 37.5 66.1
100 36.9 69.6 33.1 70.8 46.3 67.7 38.1 68.7
150 31.8 72.3 37.8 70.7 44.5 69.4 37.8 68.3
200 38.4 77.7 37.2 73.3 46.9 70.5 37.0 68.5
250 46.7 79.5 37.8 77.0 37.2 75.2 37.6 73.9
300 51.0 77.2 50.5 75.5 37.8 75.7 37.4 75.0
350 48.4 78.9 39.5 76.5 — — 37.8 73.9
400 — — 47.0 79.2 — — 37.7 76.5
“—”表示没有此值, 下同。 “—” indicates no this value. The same below.
第 4期 夏海勇等: 秸秆添加对土壤有机碳库分解转化和组成的影响 389


物料分解率与其添加量间呈极显著正相关, Pearson
相关系数 r为 0.783 (n=15, P=0.001); 然而, 砂姜黑
土中秸秆碳分解速率受添加量的影响并不明显。培
养 1 年后, 两种土壤中的有机物料分解率均随添加
秸秆量增加而提高, 黄潮土和砂姜黑土有机物料分
解率与其添加量间均呈极显著正相关, 相关系数 r
分别为 0.894 (n=15, P<0.01)和 0.933 (n=14, P<0.01)。
黄潮土和砂姜黑土相比, 培养 3 个月时有机物料的
平均分解率分别为 40.3%和 39.9%, 1 年时的平均分
解率分别为 74.2%和 71.1%; 经 t 检验, 两种土壤分
解率存在极显著差异, 黄潮土中添加的秸秆相对更
易分解。
2.1.2 腐殖化系数
图 1 中, 各处理土壤中有机物料腐殖化系数为
20%~35%, 随秸秆添加量的增加, 腐殖化系数逐步
降低。t检验表明, 同一土壤类型不同处理间腐殖化
系数没有显著性差异 , 不同土壤类型间差异极显
著。相关分析表明, 黄潮土和砂姜黑土的秸秆碳腐
殖化系数同秸秆添加量间均呈极显著线性负相关 ,
Pearson 相关系数 r 分别为−0.894(n=15, P<0.001)和
–0.933(n=14, P<0.001)。黄潮土和砂姜黑土中平均腐
殖化系数分别为 25.8%和 28.9%, 砂姜黑土腐殖化系
数比黄潮土平均高 3.1个百分点。

图 1 试验 1年后小麦秸秆腐殖化系数与添加量之间的关系
Fig. 1 Relationship between wheat straw addition amount and
humification coefficients of soil organic materials after incuba-
tion for one year
YU: 黄潮土未处理; YT: 黄潮土氧化脱碳处理; BU: 砂姜
黑土未处理; BT: 砂姜黑土氧化脱碳处理。YU: untreated yellow
fluvo-aquic soil; YT: H2O2-treated yellow fluvo-aquic soil; BU:
untreated lime concretion black soil; BT: H2O2-treated lime concre-
tion black soil.

2.1.3 土壤 C/N
表 3 中, 不同秸秆添加后土壤 C/N 由初始时的
2.6~10.6(平均 5.5)增加到 23.2~53.1(平均 40.8); 经过
3 个月和 1 年的培养, 土壤 C/N 分别下降到 9.1~
37.2(平均 22.5)和 6.5~14.4(平均 9.9)。未添加秸秆的
土壤初始 C/N 较低, 1 年培养期内变化小, 相对稳
定。砂姜黑土各处理不同培养时段下土壤 C/N 与秸
表 3 不同秸秆添加量对两种土壤 C/N的影响
Table 3 Effects of different addition amounts of wheat straw on C/N of two types of soils
黄潮土 Yellow fluvo-aquic soil 砂姜黑土 Lime concretion black soil
未脱碳 Untreated soil 氧化脱碳 Treated by H2O2 未脱碳 Untreated soil 氧化脱碳 Treated by H2O2
秸秆添加量
Straw
addition
amount
(g·kg−1)
初始
0
month
3个月
3
months
12个月
12
months
初始
0
month
3个月
3
months
12个月
12
months
初始
0
month
3个月
3
months
12个月
12
months
初始
0
month
3个月
3
months
12个月
12
months
0 5.5 5.5 5.4 2.6 2.5 2.3 10.7 9.9 8.8 3.3 3.0 2.8
50 33.2 12.7 9.9 31.5 21.7 8.6 28.2 18.6 11.6 23.2 9.1 8.6
100 47.3 31.2 12.0 42.6 28.9 9.9 39.6 24.0 13.3 33.8 21.4 10.0
150 53.1 37.2 12.5 49.2 31.0 11.5 44.5 27.0 13.8 42.4 26.9 12.2
200 46.9 29.8 9.6 48.6 30.8 10.9 47.9 27.6 14.4 46.6 29.8 13.4
250 36.5 20.2 7.1 51.8 32.5 10.6 41.2 27.1 11.2 45.8 28.9 11.7
300 36.6 18.6 8.1 37.3 18.7 8.4 42.3 27.5 11.5 39.4 24.9 10.0
350 30.0 16.0 6.5 35.6 21.7 8.1 — — — 48.4 30.4 13.2
400 — — — 34.5 18.5 7.4 — — — 44.1 27.7 11.4

秆添加量间呈显著或极显著线性正相关(未脱碳处
理培养 1 年时的情况除外), 黄潮土则不明显。经 t
检验, 同一时段下相同土壤类型脱碳与未脱碳处理
间 C/N无显著性差异。黄潮土和砂姜黑土间在初始
和 3个月时 C/N无显著性差异, 而在 1年后表现为
显著性差异; 1 年后黄潮土和砂姜黑土 C/N 平均值
分别为 8.8 和 11.1, 砂姜黑土 C/N 比黄潮土平均高
2.3。
2.2 各处理对土壤有机碳库组成的影响
表 4中, 各处理活性有机碳、总有机碳和非活性
有机碳含量(总有机碳与活性有机碳的差值)与秸秆添
加量间均呈极显著正相关。经 t 检验, 黄潮土活性有
机碳、非活性有机碳和总有机碳含量在氧化脱碳处理
和未脱碳处理间无显著性差别; 而砂姜黑土活性有机
碳、非活性有机碳和总有机碳含量间存在极显著差异。
土壤之间出现如此差异性的原因尚不清楚, 可能是砂
390 中国生态农业学报 2014 第 22卷


姜黑土经 H2O2氧化脱碳前后活性有机碳、非活性有机
碳和总有机碳含量差别较大的原因造成的。经 t检验,
活性有机碳、非活性有机碳和总有机碳含量在未处
理的黄潮土和砂姜黑土间和经氧化脱碳处理的两种
土壤类型间分别存在显著和极显著差异。而未脱碳
处理的黄潮土活性有机碳、非活性有机碳和总有机碳
含量分别比砂姜黑土平均低 0.8 g·kg−1、10.3 g·kg−1和
11.1 g·kg−1; 氧化脱碳处理的黄潮土活性有机碳含量
比砂姜黑土平均高 0.8 g·kg−1, 非活性有机碳和总有机
碳含量分别比砂姜黑土平均低 7.3 g·kg−1和 6.5 g·kg−1。
表 4 不同秸秆添加量对土壤活性有机碳和总有机碳含量的影响(试验期为 1年)
Table 4 Effects of different addition amounts of wheat straw on contents of soil active organic carbon (AOC) and total organic
carbon (TOC) after incubation for one year g·kg−1
黄潮土 Yellow fluvo-aquic soil 砂姜黑土 Lime concretion black soil
未脱碳 Untreated soil 氧化脱碳 Treated by H2O2 未脱碳 Untreated soil 氧化脱碳 Treated by H2O2
秸秆添加量
Straw addition
amount
(g·kg−1) 活性有机碳
AOC
总有机碳
TOC
活性有机碳
AOC
总有机碳
TOC
活性有机碳
AOC
总有机碳
TOC
活性有机碳
AOC
总有机碳
TOC
0 0.9 6.5 0.3 4.4 1.5 15.0 0.9 8.9
50 3.5 14.3 2.8 12.1 4.4 23.3 2.1 16.9
100 5.1 21.1 3.7 18.4 5.7 30.5 3.6 23.8
150 7.0 26.4 8.4 25.5 7.9 37.0 6.5 31.6
200 9.1 27.9 9.2 30.0 10.3 43.3 8.7 38.9
250 10.2 31.1 10.8 31.9 11.3 44.8 9.8 40.0
300 11.8 39.3 13.3 39.6 12.3 50.0 10.8 44.7
350 13.7 41.8 14.1 43.7 — — 13.6 52.5
400 — — 15.2 44.2 — — 14.4 53.8

图 2中, 秸秆施入土壤腐解 1年后, 活性有机碳
和总有机碳含量间呈极显著线性正相关关系
(R2=0.866, n=33, P<0.01), 且这种关系不受土壤类型
的影响。黄潮土和砂姜黑土活性有机碳与总有机碳
含量间均呈极显著线性正相关关系; 同一土壤的不同
处理活性有机碳与总有机碳含量间亦均呈极显著线性
正相关关系。寇太记等[28]的研究也证实, 土壤中有机
质含量(0~20 g·kg−1)和活性有机质含量(0~6 g·kg−1)之
间存在显著或极显著的线性正相关关系。

图 2 土壤活性有机碳与总有机碳的相关性分析
Fig. 2 Correlation between soil active organic carbon (AOC)
and total organic carbon (TOC)
表 5 中, 各处理土壤活性有机碳占总有机碳含
量的比例同秸秆添加量间均呈极显著线性正相关。
经 t 检验, 同一土壤类型不同处理间活性有机碳占
总有机碳的比例无显著差别, 不同土壤类型间活性
有机碳占总有机碳的比例存在极显著差别。黄潮土
和砂姜黑土活性有机碳占总有机碳含量的比例范围
分别为 6.2%~34.4%和 9.7%~26.8%, 黄潮土比砂姜
黑土平均高 7.6 个百分点。碳库活度同秸秆添加量
间均呈极显著线性正相关。经 t检验, 同一土壤类型
不同处理间碳库活度无显著差别, 不同土壤类型间
碳库活度存在极显著差别。黄潮土和砂姜黑土碳库
活度的比例范围分别为 6.6%~51.2%和 10.7%~36.7%,
黄潮土比砂姜黑土平均高 12.3个百分点。
2.3 土壤碳库活度对有机物料腐殖化系数的影响
图 3 中秸秆施用后腐殖化系数同土壤碳库活度
间呈极显著线性负相关关系 (R2=0.655, n=29,
P<0.01), 这说明碳库活度愈高, 则施入土壤中的秸
秆越容易分解, 有机物料腐殖化系数愈低。
3 讨论与结论
许多研究者曾对作物秸秆在不同土壤条件下的
分解特征进行了研究[6,16,19−20,28−29], 一般而言, 有机
物的分解都存在一个“快速分解阶段”和“缓慢分解
阶段”。在培养初期(1~3个月)分解速度最快, 以后逐
渐进入缓慢分解阶段。这是因为有机物中的易分解
组分在前期分解的比例较多, 以中快速生长型微生
物为主进行分解 , 而后期难分解的有机物质偏多 ,
主要以慢速生长型微生物群进行降解。本研究中 ,
添加秸秆在前 3 个月时的分解量占全年分解量的
44%~69%, 属于快速分解阶段, 后期存在慢速分解
第 4期 夏海勇等: 秸秆添加对土壤有机碳库分解转化和组成的影响 391


表 5 不同秸秆添加量对土壤活性有机碳占总有机碳比例和碳库活度(土壤活性有机碳占非活性有机碳的比例)的影响
(试验期为 1年)
Table 5 Effects of different addition amounts of wheat straw on ratio of soil active organic carbon (AOC) to total organic carbon
(TOC) and carbon lability (ratio of active organic carbon to inactive organic carbon) after incubation for one year %
黄潮土 Yellow fluvo-aquic soil 砂姜黑土 Lime concretion black soil
未脱碳 Untreated soil 氧化脱碳 Treated by H2O2 未脱碳 Untreated soil 氧化脱碳 Treated by H2O2 秸秆添加量
Straw addition
amount
(g·kg−1)
活性有机碳占总
有机碳的比例
Ratio of AOC to
TOC
碳库活度
Carbon
liability
活性有机碳占总
有机碳的比例
Ratio of AOC to
TOC
碳库活度
Carbon
liability
活性有机碳占总有
机碳的比例
Ratio of AOC to
TOC
碳库活度
Carbon
liability
活性有机碳占总
有机碳的比例
Ratio of AOC to
TOC
碳库活度
Carbon
liability
0 13.7 15.9 6.2 6.6 9.7 10.7 9.8 10.9
50 24.7 32.8 23.0 29.8 19.0 23.3 12.1 13.8
100 23.8 31.3 20.3 25.4 18.8 23.2 15.3 18.1
150 26.4 35.9 32.8 48.7 21.3 27.1 20.6 26.0
200 32.5 48.1 30.5 44.0 23.8 31.2 22.5 29.0
250 32.8 48.8 33.9 51.2 25.1 33.6 24.4 32.2
300 30.1 43.1 33.7 50.9 24.5 32.4 24.2 31.8
350 32.8 48.8 32.3 47.6 — — 26.0 35.1
400 — — 34.3 52.2 — — 26.8 36.7


图 3 有机物料腐殖化系数与土壤碳库活度的相关性分析
Fig. 3 Correlation between the humification coefficient of soil
organic materials and carbon liability
阶段, 与以往研究结果吻合, 一定程度说明本试验
研究的可行性和可比性。
有机碳分解快慢是土壤微生物活动强弱的外在
表现, 土壤微生物生物量碳与有机碳的投入量之间
存在极显著正相关关系[11]。土壤微生物生物量碳与
土壤中水溶性有机碳和溶解性酚的含量都呈极显著
正相关[12–13]。张成娥等[9]研究发现, 不同作物秸秆施
入土壤后, 都能促进土壤微生物的快速繁殖, 加快
秸秆有机物的矿化速度。王志明等[10]发现, 增加秸
秆用量可加快土壤微生物生物量碳的周转速度, 微
生物生物量碳周转速度的增加又促进了秸秆碳和土
壤原有碳的分解。在本研究中, 无论黄潮土或砂姜
黑土, 随秸秆添加量的增加, 土壤总有机碳、活性有
机碳含量增加, 土壤活性有机碳占总有机碳的比例
及土壤碳库活度均随小麦秸秆添加量的增加而增加,
这与有机物料分解率随添加量的增加而增加相一
致。有机物料腐殖化系数与土壤碳库活度间呈极显
著负相关, 表明碳库活度可作为衡量土壤有机物分
解快慢的指标, 碳库活度越高, 易分解有机物越多,
有机物料分解速率越快, 腐殖化系数越低。
有机物在土壤中的分解速率与土壤对有机物料
的吸附和通气状况有关。黏性土壤的通气条件不如
砂性土壤, 好气性微生物活性相对较弱; 土壤黏粒
具有保持碳的能力, 也影响外源有机质及其转化产
物的分解速率[30]。须湘成等[6]研究发现, 在质地较黏
的土壤中, 玉米秸秆、猪粪和草木犀等有机物料的
腐解残留率明显高于壤质土。本研究中, 小麦秸秆
添加到黄潮土中比在砂姜黑土中更易分解, 砂姜黑
土更有利于有机碳积累 , 处理 1 年后砂姜黑土的
C/N 比黄潮土平均高 2.3, 腐殖化系数高出 3.1 个百
分点, 这应该与黄潮土黏粒含量低于砂姜黑土、质
地偏砂有关。
本研究证实, 在小麦秸秆添加量为 400 g·kg−1范
围内, 秸秆有机碳腐殖化系数随秸秆添加量的增加
而降低, 与尹云峰等[20]和 Amato等[23]获得的有机物
添加量 100 g·kg−1范围内的变化规律基本一致, 而与
Nyhan[21]、Hallam 等[22]及程励励等[24]在有机物添加
量 100 g·kg−1范围内的研究结果不同。秸秆有机碳腐
殖化系数下降速率在不同类型土壤间存在极显著差
异, 黏粒含量较低的黄潮土的秸秆有机碳腐殖化系
数显著低于砂姜黑土。土壤中活性有机碳与总有机
碳含量之间呈现极显著线性正相关关系, 其中黄潮
土的活性有机碳占总有机碳含量的比例显著高于砂
姜黑土。土壤碳库活度同秸秆添加量之间呈极显著
线性正相关, 且黄潮土碳库活度也显著高于砂姜黑
土。秸秆碳腐殖化系数同土壤碳库活度之间呈极显
392 中国生态农业学报 2014 第 22卷


著线性负相关关系。本研究在室内可控条件下进行,
以后还需要在田间开展类似研究, 在其他诸多不同
土壤类型中进行研究, 以验证上述现象和规律。
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