绿肥化肥配施对土壤团聚体及其有机碳分布的影响

冯 颖，温晓兰，石温慧，刘 莹，刘小粉*

（1.北京市优质农产品产销服务站，北京 100101；2.河北工程大学，河北邯郸 056038）

土壤有机碳是评价土壤肥力的关键指标，在改善土壤结构和性质、调节土壤养分循环和大气中温室气体浓度方面发挥着重要作用［1-2］。土壤团聚体是维持土壤质量的重要物质基础，其组成和稳定性对土壤肥力和抗蚀性至关重要［3］。土壤有机碳是团聚体形成的重要胶结物质，有利于团聚体的形成和稳定［4］。紫云英是一种绿色的、养分丰富的有机肥源，能为后茬作物提供丰富的营养物质［3,5-6］，不仅能提高水稻产量，还能替代部分化肥、培肥土壤，改善水稻田生物化学等性质［7-8］，在豫南稻区种植广泛。研究表明，有机肥化肥配施提高了大团聚体中有机碳含量［9-10］。宋佳等研究发现，冬种紫云英和秸秆还田不仅能提升土壤有机碳，更有利于有机碳分布于超大团聚体和大团聚体中，0～20 cm 土壤的团聚体以超大团聚体和大团聚体为主［3］。

目前，紫云英配施化肥对水稻产量、土壤有机碳影响的研究报道较多，减量化肥与不同量紫云英配施对土壤团聚体、有机碳和氮的研究较少。据此，本研究依托河南省信阳市农科院的长期定位试验，探讨长期化肥减施20%条件下，紫云英不同翻压量对豫南地区水稻田土壤团聚体和有机碳的影响，为进一步明确其对土壤的培肥效果及合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

田间试验于河南省信阳市农科院试验园进行，供试土壤为水稻土，土壤质地为黏壤土，耕作制度为单季稻。试验开始于2009 年，共设置5 个处理，分别为CK、100%CF、80%CF+M1、80%CF+M2、80%CF+M3，其中，CK为不施肥处理，100%CF为单施化肥处理，M1 为15 t/hm2紫云英翻压量，M2 为22.5 t/hm2紫云英翻压量，M3 为30 t/hm2紫云英翻压量。每个处理设3 个重复，面积均为6.67 m2，小区间设田埂并用塑料膜隔开，留0.25 m 宽沟方便灌溉、排水等管理。施用化肥品种分别为碳酸氢铵、过磷酸钙和氯化钾，其中氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）施用量分别为225 kg/hm2、135 kg/hm2和135 kg/hm2。

1.2 样品采集与测定

2014 年9 月水稻收获后采集耕层（0～15 cm）土壤，各小区按“S”形随机采5个点土壤样品，混合均匀成为一个样品。土壤全氮含量采用凯氏定氮法［11］测定，土壤有机碳含量采用重铬酸钾氧化-外加热法［11］测定。

1.3 计算与统计分析

试验数据用SPSS Statistics 17.0 进行统计分析，采用单因素方差分析（ANOVA）进行显著性检验，采用邓肯（Duncan）法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤团聚体分布

由图1可见，5种处理的土壤各粒级团聚体含量分布趋势为“0.25～2.00 mm” ＞“ ＞2.00 mm” ＞“0.05～0.25 mm”＞“＜0.05 mm”，0.25～2.00 mm 粒级团聚体在土壤中含量最高，占42.7%～56.1%。＜0.05 mm 粒级下，80% 化肥配施22.5 t/hm2紫云英（80%CF+M2）的团聚体含量显著高于单施化肥处理（P＜0.05），其余粒级团聚体处理间差异均不显著。本研究表明，80%化肥配施15～30 t/hm2紫云英可以提升0.25～2.00 mm 团聚体含量，降低＞2.00 mm 团聚体含量。

图1 不同施肥处理的土壤团聚体分布

2.2 不同处理对土壤及各粒级团聚体有机碳分布特征的影响

由表1可知，土壤总有机碳含量趋势为“80%CF+M1”＞“80%CF+M2”＞“80%CF+M3”＞CK＞100%CF。与100%CF 和CK 相比，80%化肥配施15 t/hm2紫云英（80%CF+M1）的土壤总有机碳含量增加显著（P＜0.05）。总有机碳含量随紫云英施用量增加呈降低趋势。

表1 不同施肥处理的土壤有机碳含量

由图2、图3 可见，＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm团聚体有机碳含量在处理间存在显著性差异，与CK相比，80%CF+M1 显著提升了＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm 粒级团聚体有机碳含量。各处理对土壤中各粒级团聚体有机碳分布也产生了重要影响，相同处理下＞2.00 mm 粒级团聚体有机碳含量最高，占14.3%～19.5%，0.25～2.00 mm 粒级团聚体有机碳含量次之，占13.8%～16.9%，0.05～0.25 mm 粒级团聚体有机碳含量较低，占12.5%～14.5%，＜0.05 mm 粒级团聚体有机碳含量最低，占10.9%～13.2%。通过各粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率分析发现，＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm 团聚体对土壤有机碳的贡献率最大，分别为28.5%～39.0% 和43.2%～56.0%，但是处理间差异不显著；＜0.05 mm 团聚体对土壤有机碳的贡献率在处理间存在显著差异。

图2 土壤各粒级团聚体对土壤总有机碳的贡献率

图3 不同施肥处理团聚体的有机碳分布

Yu 等研究表明，施用紫云英土壤有机碳提高了24.5%［12］；吕玉虎等发现，翻压不同量紫云英配施减量化肥条件下，土壤有机质含量均显著高于100%CF处理，而当紫云英翻压量超过30 t/hm2时土壤有机质含量降低［13］。这与本研究结果类似，本研究中80%化肥配施不同量紫云英条件下，土壤总有机碳均高于100%CF。团聚体尺度，＞2.00 mm 团聚体有机碳含量均高于单施化肥处理，紫云英翻压量达到30 t/hm2时，0.05～0.25 mm 团聚体有机碳含量低于100%CF，因此，大团聚体比小团聚体含有更多的有机碳［14］。减量化肥配施紫云英增加了土壤有机碳含量，提升了＞2.00 mm 和0.05～0.25 mm 团聚体土壤有机碳贡献率，表明减量化肥配施紫云英增强了土壤团聚体对有机碳的物理保护，这与宋佳等［3］的研究结果相似。

3 结论

紫云英配施80%化肥条件下，耕层土壤团聚体以0.25～2.00 mm和＞2.00 mm为主，提升了0.25～2.00 mm团聚体含量，降低了＞2.00 mm 团聚体含量，土壤有机碳含量升高，有利于有机碳优先分布于＞2.00 mm和0.25～2.00 mm 团聚体中。试验结果表明，紫云英配施80%化肥有利于土壤肥力的提升。