全 文 ： * ?外交部全球环境基金项目 ( CPR/ 00/ G33/ A/ 1G/ 99)和国家重点基础研究 ( 973)发展规划项目 ( 1999011801)资助
** ?通讯作者
收稿日期 : 2004-09-13 改回日期 : 2004-10-26
长期施肥对红壤不同形态碳的影响 *
邵月红 潘剑君 ** 孙 波
(南京农业大学资源与环境学院 南京 210095) (中国科学院南京土壤研究所 南京 210008)
摘 要 长期定位施肥对红壤不同形态有效碳的影响试验研究结果表明 , 与对照相比 , 长期施肥后红壤不同形态
有效碳均有不同程度提高 ,且全 C、矿化碳的变化为厩肥 > 绿肥 > 稻草秸秆肥 > 本田还田 > 对照 , 易氧化碳、C 库管
理指数 ( CPMI )、C 素有效率的变化为绿肥 > 稻草秸秆肥 > 厩肥 > 本田还田 > 对照 , 微生物生物量 C 变化为绿肥 >
厩肥 > 稻草秸秆肥 > 本田还田 > 对照 , 绿肥和稻草秸秆肥可有效改善土壤肥力及理化性状。C 库管理指数与土壤
养分因子量相关或极相关关系 ,反映了农业生产措施对土壤 C 库的影响 ,可运用其评估土壤 C 库的变化。
关键词 有机碳 微生物生物量 C 矿化碳 C 素有效率 C 库管理指数
Effect of a long-term organic manure application on the different available carbons in red soils . SHAO Y ue-Hong, PAN
Jian-J un( College of Resources and Environment, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China) , SUN Bo
( Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China) , CJ EA ,2006,14(1) :125～127
Abstract Theeffect of a long-term organic manure application on different available carbons in red soils are discussed .
Theresults indicate that comparing the organic manure treatment with CK , different available carbons have different
improvements on red soil . Effects of different treatments on the CMB and CT , CM are green manure> farmyard manure>
rice straw> straw returned to farm> CK and farmyard manure> green manure> rice straw> straw returned to farm> CK
respectively . Effects of different treatments on the CA , AA C , ABC , ACC and CPMI are green manure > rice straw >
farmyard manure> straw returned to farm> CK . Green manureand rice straw haveabetter improvement on soil physical
and chemical feature and fertility . CPMI is well related to soil nutrient factors and is sensitive to agricultural measures,
which indicates that it is practical to assess soil C pools under different management practices using CPMI .
Key words Organic carbon, Microbial biomass carbon, Mineralizablecarbon, Availableratioof soil carbon, Carbon pool
management index
(Received Sept . 13, 2004; revised Oct . 26, 2004)
土壤 C 库动态平衡与作物营养、土壤管理关系密切 , 直接影响作物产量和土壤肥力的高低[ 1] ,土壤有效
碳库对调节土壤 C 素和养分流向有重要作用[ 2 , 3] , 故对土壤 C 库变化的定量研究 (即 CPMI 的建立 )更为迫
切[ 4] 。为此 , 长期定位试验研究了田间施肥对红壤不同形态有效碳的影响 ,为提高红壤肥力寻求有效途径。
1 试验材料与方法
长期定位试验在位于江西
省鹰潭的中国科学院红壤生态
实验站进行 , 试验设 5 个处理
(见表 1) , 4次重复 ,各处理所用
N 肥均为尿素、P 肥为钙镁磷
肥、K 肥为氯化钾 , 有机肥为厩
肥、绿肥和稻草秸秆肥 , 各处理
均施相同化肥作基肥 ,其中有机
肥处理则在施基肥基础上另配
施有机肥。本研究土壤有效碳
表 1 试验处理设计 *
Tab.1 Design of experimental treatments
处 理
Treatments
施用量/ kg·hm - 2 pApplication
尿 素
Carbamide
钙镁磷肥
Ca, Mg, P
fertilizer
氯化钾
K Cl
绿 肥
Green
manure
稻草秸秆肥
Rice
straw
厩 肥
Farmgard
manure
本田还田
Straw retarned
to farm
? 330 C330 ?351 w- - - -
? 330 C330 ?351 w15000 :- - -
? 330 C330 ?351 w- 3000 - -
? 330 C330 ?351 w- - 30000 n-
? 330 C330 ?351 w- - - 1500 .
* 表中 - 表示未加任何物质。
第 14 ?卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .1
2 0 0 6 ?年 1 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Jan ., 2006
素指土壤微生物生物量碳、土壤易氧化碳 ( 即土壤活性碳 ) 和土壤可矿化碳 [ 2 , 5 , 6] 。各施肥处理均采集 0～
15cm耕层土壤样品 , 土壤全 C 含量及其他农化性状采用常规分析法 ,土壤微生物生物量碳用氯仿熏蒸-提取
法测定[ 7] , 土壤矿化碳含量用碱吸收法[ 8] 测定 , 土壤易氧化碳含量测定方法为称取含 15～30mg碳的土样置
100mL 塑料瓶内 , 加入浓度为333mmol/ L的 KMnO4 溶液 25mL 振荡 1h( 同时进行空白试验 ) 后 , 以 4000
r/ min转速离心 5min,取其上清液用去离子水按 1∶250稀释后于 565nm波长处进行比色 (其标准液浓度一定
要包括 1mgC) ,根据 KMnO4 的消耗量求出土壤易氧化碳含量。C 库管理指数 ( CPMI )计算式为 :
CPMI = CPI× AI×100 (1)
式中 , CPI 为 C 库指数 , AI 为 C 库活度指数。
CPI = 样品全 C/ 对照土壤全 C (2)
AI = 样品 C 库活度/ 对照土壤 C 库活度 (3)
A = CA/ CU A (4)
CT = CA + CU A (5)
式中 , CT 为有机碳 , CA 为易氧化碳 , CU A为稳态碳。
表 2 不同施肥处理对有效碳库不同形态 C 素及其有效率的影响
Tab. 2 The effect of different fertilizer application treatments
on different availablecarbon and its efficience
处 理
Treatments
全C/ g·kg- 1 ?
Total C
易 氧 化
碳/ g·kg - 1 ?
微生物生物量
碳/ mg·kg - 1
可 矿 化
碳/ mg·kg - 1
有效率 A
( CA/ CT )
有效率 B
( CMB/ CT )
有效率 C
( CM/ CT )
Readily Microbial M ineraliza- Availa- Availa- Availa-
oxidizable C biomass C ble C bility of A bility of B bility of C
? 2 V. 64 0 ?. 304 92 .40 60 . 72 0 b.115 0 .035 0. 023
? 4 V. 09 0 ?. 675 175 .84 114 . 52 0 b.165 0 .043 0. 028
? 3 V. 96 0 ?. 626 162 .36 110 . 88 0 b.158 0 .041 0. 028
? 4 V. 43 0 ?. 625 163 .91 119 . 61 0 b.141 0 .037 0. 027
? 3 V. 03 0 ?. 388 109 .08 75 . 75 0 b.128 0 .036 0. 025
2 结果与分析
2 .1 (不同施肥处理土壤有效碳
及碳库管理指数的变化
由表 2 可知各施肥处理土
壤有机碳、不同形态有效碳和 C
素有效率均比对照有不同程度
提高 , 不同形态 C 素为易氧化碳
> 微生物生物量碳 > 可矿化碳 ,
C 素有效率为有效率 A > 有效率
B > 有效率 C。长期施用有机肥
对土壤全C含量的影响为处理
? > 处理? > 处理? > 处理? > 处理? ; 对易氧化碳影响为处理? > 处理? > 处理? > 处理? > 处理?。
处理?全 C 含量增幅大于处理? , 而对易氧化碳的影响则相反 , 即处理?对土壤所作的贡献主要是增加土
壤稳定碳含量和土壤 C 储量 ,处理?主要是增加土壤易氧化碳含量 , 而对土壤和作物真正起作用的是土壤
有效性碳 ,因此施绿肥对土壤和作物的效果最明显。施肥对红壤微生物生物量碳的影响为处理? > 处理?
> 处理? > 处理? > 处理? ,而对可矿化碳含量的影响为处理? > 处理? > 处理? > 处理? > 处理? , 不
同施肥对 C 素有效率的影响为处理? > 处理? > 处理? > 处理? > 处理? , 绿肥和稻草秸秆肥易氧化碳含
量和 C 素有效率高于厩肥 ,其原因主要是因绿肥和稻草秸秆肥含有更多易被微生物分解的糖类、淀粉等物
质 ,被微生物利用的物质越多说明其 C 素有效率越高 , 即供给土壤和作物的养分更多 , 故施绿肥和稻草秸秆
肥后更有利于土壤肥力的提高和作物增产。
不同施肥处理对土壤 C 库管理指
数亦有明显作用 , 由表 3 可知除处理
?外 , 各处理稳态碳、易氧化碳、C 库
管理指数均明显高于对照。施有机肥
对红壤稳态碳和 C 库指数的影响为处
理? > 处理? > 处理? > 处理? > 处
理? , 施肥对红壤易氧化碳、C 库活
度、C 库活度指数及 C 库管理指数的
影响为处理? > 处理? > 处理? > 处
理? > 处理? , 处理?比处理?更有
利于稳态碳的积累 , 而处理?比处理
?更有利于易氧化碳的积累 , C库管
表 3 不同施肥处理对 C 库管理指数的影响
Tab. 3 Effect of different fertilizer application treatments
on C pool management index in soil
处 理
Treatments
稳 态
碳/ g·kg - 1 ?
易 氧 化
碳/ g·kg - 1
C 库活度
Activity of
C 库活度指数
Activity
C 库指数
Carbon
C 库管理指数
Carbon pool mana-
Unactive Readily carbon index pool index gement index
carbon oxidizable C
? 2 ?. 336 0 . 304 0 . 130 1. 000 1 . 000 100 . 0
? 3 ?. 415 0 . 675 0 . 198 1. 523 1 . 549 235 . 9
? 3 ?. 334 0 . 626 0 . 188 1. 446 1 . 500 216 . 9
? 3 ?. 805 0 . 625 0 . 164 1. 262 1 . 678 211 . 8
? 2 ?. 642 0 . 388 0 . 147 1. 131 1 . 148 129 . 8
126 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
理指数主要由 C 库活度和 C 库指数 2因子所决定 , 而 C 库活度与 C 库指数则分别由土壤易氧化碳和土壤有
机碳所决定 ,处理?易氧化碳增幅大于处理? , 而处理?对土壤有机碳的影响与处理?相似 , 故处理?C 库
指数最高。土壤有效碳对调节土壤 C 素和养分流向起着重要作用 ,而土壤 C 库管理指数又与土壤有效碳的
关系密切 ,故可运用土壤 C 库管理指数反映和评估土壤 C 素动态变化。
2 . 2 土壤 C 库指示因子与土壤理化性质相关性
本研究土壤 C 库指示因子主要指
C 素有效率和 C 库管理指数 , 由表 4
可知红壤全 C 与易氧化碳、全 N、有效
氮和速效磷相关 , 而与速效钾不相关。
土壤有效率 A、有效率 B、有效率 C 和
C 库管理指数与易氧化碳、有效氮、速
效磷极相关 , 而与有机碳、全 N、速效
钾相关。这说明土壤 C 库指示因子与
土壤理化因子的关系比全 C 更密切 ,
运用 C 库管理指数可更好的反映土壤
养分及 C 素动态变化。
表 4 C 素有效率、C 库管理指数与土壤理化性质相关性
Tab.4 ThecorrelationamongCefficience, CPMI andphysical, chemicalpropertiesinsoil
项 目
I tems
有 机
碳/ g·kg- 1 ?
易 氧 化
碳/ g·kg - 1 ?
全N/ g·kg - 1 ?
Total N
有 效
氮/ mg·kg - 1 S
速 效
磷/ mg·kg - 1
速 效
钾/ mg·kg - 1
Organic Readily Available N Readily Readily
carbon oxidizable C available P available K
全 C ** * * * * -
有 效 率 A * ** * ** ** *
有 效 率 B * ** * ** ** *
有 效 率 C * ** * ** ** *
C库 管理指 数 * ** * ** ** *
* 表示相关 , ** 表示极相关 , - 表示不相关。
2 . 3 红壤理化性状及肥力的改善
长期施用有机肥可明显提高土壤有机碳、有效碳和 C 素有效率。而土壤 C 库动态平衡是保持和提高土
壤肥力的重要内容 , 土壤有机碳库的动态变化与农业生态系统稳定性有密切关系 , 同时对稳定与协调土壤
环境和植物养分有显著作用。故可根据土壤有机碳库动态变化采取相应措施改变红壤的酸、粘、瘠等理化
性状和提高土壤肥力 ,其主要措施是合理耕作施肥 , 即施用化肥配施秸秆还田或绿肥 , 使土壤有机碳和易氧
化碳含量增幅较大 ,土壤肥力恢复较快 , 且改善土壤理化性状。
3 小 结
长期施用有机肥可明显提高土壤有机碳和不同形态有效碳含量、C 素有效率和 C 库活度 ,施肥对不同形
态 C、C 素有效率的影响分别为易氧化碳 > 微生物生物量碳 > 可矿化碳、有效率 A > 有效率 B > 有效率 C; 施
用绿肥和稻草秸秆肥比厩肥更有利于易氧化碳、C 素有效率和 C 库管理指数的提高 ,本田还田处理对土壤有
机碳库的影响不明显 ;土壤 C 素有效率和 C 库管理指数与土壤理化性质呈显著或极显著相关性 , 二者与土
壤理化因子的关系比有机碳更为密切 , 运用 C 库管理指数可更好地反映土壤养分及 C 素动态变化 ; 施用绿
肥和稻草秸秆肥是改善红壤理化性状、提高其肥力的有效措施。
参 考 文 献 h
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第 1 ?期 邵月红等 : 长期施肥对红壤不同形态碳的影响 127