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有机肥与脱硫石膏对黄河三角洲盐碱地土壤团聚体及其有机碳组分的影响

2023-08-10李传福朱桃川明玉飞杨宇轩高舒董智李永强焦树英

生态环境学报 2023年5期
关键词:粒级石膏土层

李传福,朱桃川,明玉飞,杨宇轩,高舒,董智,李永强*,焦树英*

1.山东农业大学资源与环境学院/土肥高效利用国家工程研究中心,山东 泰安 271018;2.山东农业大学林学院,山东 泰安 271018

土壤盐碱化是土壤退化的主要类型之一(Qu et al.,2020),严重阻碍农业的可持续发展。盐碱土主要特征是盐分含量和pH 值高、有机质含量低、结构粘滞、团粒结构少、透水透气性较差等(魏守才等,2021),土壤改良剂可有效降低土壤盐分、改善土壤结构、提高土壤肥力。脱硫石膏作为一种无机土壤改良剂,主要通过Ca2+的离子置换作用,加速盐碱土中Na+的淋洗速度(Day et al.,2019),同时Ca2+可以在土壤有机质和黏土颗粒之间形成离子桥,促进团聚体的形成,利于水分入渗,促进盐分的淋洗(Huang et al.,2019)。猪粪有机肥是目前产量大且应用广的畜禽养殖源有机肥,能有效提高土壤有机质含量,经微生物作用转变为腐殖酸,提高土壤肥力,改善土壤结构。因此,探究有机肥与脱硫石膏配施对盐碱土团聚体及其有机碳的影响具有重要意义。

土壤有机碳中具有形成团聚体的重要胶结物质,因此土壤有机碳对改善土壤结构和提高土壤肥力起着重要作用(刘新梅等,2021)。根据有机碳周转性和稳定性的不同,可分为活性、慢性和惰性有机碳(Qu et al.,2021),其中活性有机碳包括易氧化有机碳、水溶性有机碳、微生物量碳和酸水解活性组分等(周仕轩等,2022),其转化周期短、易被微生物分解利用,常作为早期土壤碳循环和养分周转的敏感指标(周吉祥等,2020)。土壤活性有机碳对施肥措施的变化响应敏感,可作为预警或反映土壤碳库变化的指示指标(谢钧宇等,2019)。目前脱硫石膏、有机肥对土壤改良的研究表明,长期施用脱硫石膏可增加复垦土壤有机碳和微生物量碳含量(Zhao et al.,2021),促进大团聚体的形成,提高土壤团聚体稳定性(朱秋丽等,2016);有机肥能增加土壤有机碳及组分含量,增加土壤中>0.25 mm水稳性团聚体含量,提高水稳性团聚体的平均质量直径,显著提高大团聚体有机碳对全土有机碳贡献率(邵慧芸等,2019);有机无机配施能显著增加土壤易氧化有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳等有机碳组分含量,而且微生物量碳对施肥反应最为敏感(张艺等,2017;马征等,2020)。有关研究主要集中在团聚体分布及全土有机碳组分影响方面,而对盐碱土壤团聚体稳定性及团聚体有机碳组分的系统研究较少。因此,有机物料与不同剂量脱硫石膏配施条件下,深入了解土壤团聚体有机碳组分分布特征及贡献率对阐明盐碱地土壤有机碳周转机制以及碳固存潜力具有重要意义。

黄河三角洲东营市滨海盐碱地作为我国重要的土地后备资源,拥有盐碱地面积2 263.33 km2(董红云等,2017),由于土壤盐分高、养分低、结构差以及过分依赖化肥等原因严重制约了农业生产及可持续发展(刘星等,2020)。充分发挥有机物料的培肥以及脱硫石膏对盐碱地的改良作用,是改善盐碱土结构、持续提升土壤产能和资源高效利用的关键。本研究基于2018 年建立的黄河三角洲盐碱地农艺综合改良示范基地,经过连续3 年的有机肥和脱硫石膏配施处理,分析小麦-玉米轮作模式下土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳组分含量、贡献率及有机碳碳组分的敏感性变化,以期探明有机肥与脱硫石膏配施对黄河三角洲盐碱土团聚体特征的影响及其作用机制,为改善盐碱地垦殖区土壤质量和农业可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于山东省东营市垦利区苍洲村(37°15′40″N,118°36′02″E),地处温带大陆性季风气候区,年均气温12.1 ℃,年均降雨量690 mm,地表蒸发量为1 860.9 mm,春季回温较快,夏季高温湿热,秋季气温骤降,冬季寒冷干燥。试验地为2018年6 月建立的黄河三角洲盐碱地农艺综合改良示范基地,土壤盐度为4.17‰,土壤砂粒、粘粒、粉粒占比分别为72.56%、25.77%、1.67%,根据美国农部制分级标准,该土壤属于壤砂土。试验开始前土壤基本理化性质为:pH 8.32,EC 1 074.13 μS·cm−1,土壤容重1.41 g·cm−1,有机碳3.22 g·kg−1,全氮0.21 g·kg−1,有效磷7.64 mg·kg−1,速效钾26.41 mg·kg−1。

1.2 试验设计

采用随机区组试验方法,选用当地主要种植模式:冬小麦(山农28 号)-夏玉米(德利农988)轮作。试验共设置5 个处理:不施肥(CK)、农民常用施肥(CN)、猪粪有机肥(PCOF)、猪粪有机肥+低量石膏(PCOF-1)、猪粪有机肥+高量石膏(PCOF-2),每个处理重复3 次,共15 个小区,每个小区面积4 m×10 m,小区间隔0.5 m,灌溉主渠1 m,支渠0.8 m。除CK 处理外,各施肥处理均施加氮、磷、钾肥作为基肥,其中氮肥基施50%,追施50%,有机肥与脱硫石膏随基肥一同施入,具体施肥方案见表1。供试肥料包括尿素(w(N)=46%)、重过磷酸钙(w(P2O5)=44%)、硫酸钾(w(K2O)=50%)、猪粪有机肥(倍力宝1 号)和脱硫石膏(主要成分为CaSO4·2H2O),有机肥由东营市河口区力大王肥业提供(养分含量为有机质554.29 g·kg−1,全氮11.97 g·kg−1,全磷25.18 g·kg−1,全钾88.21 g·kg−1),除施肥外的其他农事操作均按照当地农民习惯进行管理。

表1 施肥方案Table 1 Fertilization schedule

1.3 样品采集与分析

有机肥与脱硫石膏连续处理3 年,于2021 年5月29 日进行土样采集,每个小区内按照S 形5 点取样法分层(0-20、20-40、40-60 cm)进行原状土样采集,相同土层土样组成一个混合样,储存在硬质塑料盒中带回实验室,每份样品分成两份,一份风干进行土壤团聚体分级,另一份−20 ℃冷冻进行土壤可溶性有机碳、微生物量碳测定。

土壤水稳性团聚体分级参考Cambardella et al.(1993)方法测定得到大团聚体(>0.25 mm)、微团聚体(0.053-0.25 mm)和粉黏团聚体(<0.053 mm)。

土壤总有机碳采用重铬酸钾外加热容量法测定。土壤活性有机碳组分测定方法:易氧化有机碳采用333 mmol·L−1KMnO4浸提-比色法测定(张晓丽等,2019),水溶性有机碳采用土水质量比1꞉5 浸提后使用总有机碳分析仪测定(白义鑫等,2020),微生物量碳采用氯仿熏蒸法测定(郑佳舜等,2021),酸水解活性组分采用Rovira et al.(2002)的方法,利用2.5 mol·L−1H2SO4水解得到酸水解活性组分Ⅰ,包括淀粉、半纤维素、可溶性糖类等碳水化合物,利用13 mol·L−1H2SO4进一步水解得到酸水解活性组分Ⅱ,主要包括纤维素等碳水化合物。

1.4 数据分析

各粒级团聚体的质量百分含量=该粒级团聚体质量/未筛分之前土壤样品总量×100%

平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)计算公式(白璐等,2021)为:

式中:

wi——某粒级团聚体质量分数(%)

某粒级团聚体有机碳贡献率(郭鸿鑫等,2022)和某类活性碳的敏感性指数(Tripathi et al.,2014)计算公式如下:

式中:

IS——某类活性有机碳的敏感性指数(%);

w(SOC)——处理组某类活性有机碳质量分数(g·kg−1);

w(SOC-CK)——对照组某类活性有机碳含量(g·kg−1);

Fa——某粒级团聚体有机碳贡献率(%);

wSOC,i——i级粒径团聚体有机碳质量分数(g·kg−1);

mi——i级粒径团聚体质量(g);

wTOC——土壤总有机碳质量分数(g·kg−1)。

采用SPSS 26.0 进行处理间数据差异显著性分析(Duncan 多重比较法),Origin 2021b 进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 有机肥与脱硫石膏对土壤团聚体分布及其稳定性的影响

有机肥与脱硫石膏配施有利于促进土壤团聚体的形成(表2)。0-20 cm 土层,与CN、CK 处理相比,PCOF和PCOF-1 处理显著提高0.25-0.053 mm 粒径团聚体含量,降低<0.053 mm 粒径水稳性团聚体含量(P<0.05);20-40 cm 土层,与CN、CK 处理相比,PCOF 和PCOF-1 处理显著提高>0.25mm 粒径水稳性团聚体含量,降低了0.25-0.053 mm、<0.053 mm 粒径水稳性团聚体含量(P<0.05)。PCOF-1 处理的0.25-0.053 mm 粒径团聚体分别较CN、CK 处理显著增加13.39%、22.69%(0-20 cm),>0.25 mm 粒径团聚体分别较CN、CK 处理显著增加47.96%、42.90%(20-40 cm),<0.053 mm 粒径团聚体分别较CN、CK 处理降低39.05%、43.29%(0-20 cm)和45.57%、50.20%(20-40 cm)。

表2 不同施肥处理水稳性团聚体分布及稳定性Table 2 Distribution and stability of water stable aggregates under different fertilizer treatments

与CN、CK 处理相比,PCOF 处理显著提高20-60 cm 土层团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。有机肥与脱硫石膏配施相比CK、CN 处理显著提升了0-40 cm 土层几何平均直径(GMD)和20-40 cm 土层平均质量直径(MWD)(P<0.05),且PCOF−1 处理土壤稳定性指数最高。0-20 cm 土层单施有机肥(PCOF)与CN 处理之间团聚体稳定性没有显著差异(P>0.05),20-40 cm和40-60 cm 土层MWD和GMD均表现为PCOF-1>PCOF>PCOF-2>CK>CN。

2.2 有机肥与脱硫石膏对全土和团聚体总有机碳及其活性组分的影响

2.2.1 全土及不同粒级团聚体总有机碳

土壤改良剂和土层深度对全土和团聚体总有机碳(TOC)具有一定影响(图1)。各处理土壤全土和各粒径团聚体总有机碳均随土壤深度的增加而降低。有机肥与脱硫石膏处理均提高了0-20 cm土层全土和各粒级团聚体TOC 含量(P<0.05),PCOF-1 处理效果最好,相比CN、CK 处理,全土TOC 含量分别增加6.75%、11.16%,>0.25 mm、<0.053 mm 粒径团聚体TOC 分别显著增加5.65%、63.75%和11.00%、17.95%;但PCOF 与CN 处理之间全土及各粒级团聚体TOC 含量差异不显著。20-40 cm 土层全土TOC 含量中PCOF-1 处理显著高于CK、CN、PCOF 处理;20-40 cm 土层0.25-0.053 mm 粒径TOC 含量处理间不显著;40-60 cm土层,与CK 处理相比,PCOF、PCOF-1、PCOF-2处理均显著提高土壤全土、>0.25 mm 与<0.053 mm粒径团聚体TOC 含量。

图1 不同施肥处理土壤水稳性团聚体总有机碳(TOC)质量分数Figure 1 Soil total organic carbon (TOC) content of soil water stable aggregates under different fertilization treatments

2.2.2 全土及不同粒级团聚体微生物量碳

不同处理土壤全土微生物量碳(MBC)含量在79.11-216.00 mg·kg−1,团聚体MBC 含量在35.02-133.04 mg·kg−1之间,且随着土层的加深而呈现降低趋势(图2)。0-20 cm 土层各处理土壤全土MBC表现为 PCOF-1>PCOF−2>PCOF>CN>CK,其中PCOF-1 处理较CN、CK 分别显著增加92.75%、126.39%;PCOF-1 处理>0.25 mm、0.25-0.053 mm与<0.053 mm 粒径团聚体MBC 含量较CN 分别显著提高22.41%、89.18%、80.60%,较CK 处理分别显著提高66.54%、106.22%、114.05%(P<0.05)。单施有机肥处理(PCOF 处理)土壤全土、>0.25 mm、0.25-0.053 mm 粒径MBC 含量较CN、CK 处理显著提高,但低于PCOF-1 处理。20-40 cm 土层PCOF-1 处理全土和各粒径团聚体MBC 含量均显著高于CN、CK 处理,PCOF 处理全土、>0.25 mm与<0.053 mm 粒径团聚体MBC 含量也均显著高于CN、CK 处理;40-60 cm 土层PCOF-1 处理全土、>0.25 mm 粒径MBC 含量显著高于其他处理,PCOF-1、PCOF-2 处理<0.053 mm 粒径团聚体MBC含量显著高于CN、CK 处理,0.25-0.053 mm 粒径MBC 含量处理之间差异不显著。

图2 不同施肥处理土壤水稳性团聚体微生物量碳(MBC)质量分数Figure 2 Microbial biomass carbon (MBC) content of soil water stable aggregates under different fertilization treatments

2.2.3 全土及不同粒级团聚体水溶性有机碳

不同施肥处理全土水溶性有机碳(WSOC)含量随土层的增加而增加。有机肥与脱硫石膏处理显著提高了0-20 cm 土层各粒级团聚体WSOC 含量(P<0.05)(图3),其中PCOF-1 处理效果最好,>0.25 mm、0.25-0.053 mm 和<0.053 mm 粒径团聚体WSOC 分别较CN 和CK 增加32.34%、44.53%,10.74%、13.44%和17.06%、23.96%,PCOF-1 处理全土WSOC 较CN、CK 处理显著增加了13.36%、13.84%;20-40 cm 与40-60 cm 土层,各施肥处理全土WSOC 表现为PCOF-1>PCOF>PCOF-2>CN>CK,PCOF-1、PCOF、PCOF−2 处理均显著提高20-40 cm 各粒径团聚体WSOC 含量(P<0.05),只有PCOF-1 处理显著提高40-60 cm 土层各粒径团聚体WSOC 含量(P<0.05)。

图3 不同施肥处理土壤水稳性团聚体水溶性有机碳(WSOC)质量分数Figure 3 Water soluble organic carbon (WSOC) content of soil water stable aggregates under different fertilization treatments

2.2.4 全土及不同粒级团聚体易氧化有机碳

有机肥与脱硫石膏施用均提高了0-20 cm 土层全土和各粒级团聚体易氧化有机碳(EOC)含量(P<0.05)(图4),各土层>0.25 mm 粒级团聚体EOC含量高于其他粒级。0-20 cm 土层,PCOF-1 处理全土和>0.25 mm 粒径团聚体EOC 含量较CN、CK处理分别显著增加58.49%、99.50%和22.52%、24.78%,各施肥处理0.25-0.053 mm 粒径团聚体EOC 含量均显著高于CK 处理,但施肥处理之间差异不显著,<0.053 mm 粒径表现为PCOF-1>PCOF-2>PCOF>CN>CK;20-40 cm 与40-60 cm 土层,与CN、CK 处理相比,PCOF-1、PCOF-2 处理显著提高全土和>0.25 mm 粒径团聚体 EOC 含量(P<0.05),40-60 cm 土层PCOF 处理0.25-0.053 mm 粒径团聚体EOC 显著高于CK、CN 处理。

图4 不同施肥处理土壤水稳性团聚体易氧化有机碳(EOC)质量分数Figure 4 Content of easily oxidizable carbon (EOC) in soil water stable aggregates under different fertilization treatments

2.2.5 全土及不同粒级团聚体酸水解活性组分

不同土层全土及各粒级团聚体酸水解活性组分含量随着土层的增加而降低。有机肥与脱硫石膏处理提高了0-20 cm 全土及各粒级团聚体中的酸水解活性组分含量(图5),与CN、CK 处理相比,PCOF-1 处理效果显著(P<0.05),全土酸水解活性组分Ⅰ较CN 和CK 处理增加16.33%、18.96%,酸水解活性组分Ⅱ较CN、CK 处理增加21.37%、51.57%,PCOF、PCOF-1、PCOF-2 处理之间差异不显著。20-40 cm 与40-60 cm 土层PCOF-1 处理全土及各粒径团聚体酸水解活性组分Ⅰ、Ⅱ均显著高于CN、CK、PCOF 处理(P<0.05),PCOF 处理各粒径酸水解活性组分Ⅰ均显著高于CN、CK 处理。

图5 不同施肥处理土壤水稳性团聚体酸水解活性组分Ⅰ、Ⅱ(AHC Ⅰ、AHC Ⅱ)质量分数Figure 5 Contents of acid hydrolysis active fractions Ⅰ and Ⅱ in soil water-stable aggregates under different fertilization treatments

2.3 有机肥与脱硫石膏对土壤团聚体有机碳组分贡献率的影响

0-20 cm 与20-40 cm 土层,各粒径团聚体有机碳及其组分贡献率由大到小依次为>0.25 mm、0.25-0.053 mm、<0.053 mm,40-60 cm 土层表现为0.25-0.053 mm、>0.25 mm、<0.053 mm,说明土壤有机碳及组分主要分布在>0.25 mm 与0.25-0.053 mm 粒级中(图6)。

图6 不同施肥处理水稳性团聚体总有机碳和有机碳组分的贡献率Figure 6 Contribution rates of total organic carbon and its fractions for water-stable aggregate under different fertilization treatments

0-20 cm 土层,与CK 处理相比,PCOF-1 处理显著提高>0.25 mm 团聚体总有机碳和水溶性有机碳贡献率(P<0.05),而其他组分有所降低,显著提高0.25-0.053 mm 粒径易氧化有机碳、微生物量碳和酸水解有机碳贡献率,显著降低<0.053 mm 粒径有机碳组分贡献率。20-40 cm 土层,与CN、CK处理相比,PCOF、PCOF-1、PCOF-2 处理均显著提高>0.25 mm 粒径团聚体总有机碳及组分贡献率(P<0.05),其中PCOF-1 处理最高,0.25-0.053 mm粒径团聚体有机碳及组分贡献率有所下降,且显著降低<0.053 mm 粒径团聚体有机碳及组分贡献率。40-60 cm 土层,与CN、CK 处理相比,有机肥与脱硫石膏处理也均提高了>0.25 mm 粒径团聚体总有机碳及其组分贡献率。

2.4 有机肥与脱硫石膏对土壤碳组分敏感性指数的影响

不同施肥处理土壤总有机碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳、酸水解有机碳Ⅰ、Ⅱ、微生物量碳的敏感性指数范围分别为 1.50%-38.73%、0.43%-36.46%、9.01%-252.14%、2.26%-51.87%、5.95%-59.66%、4.72%-126.40%(表3)。有机肥与脱硫石膏共同施用能显著提高土壤中活性有机碳组分的灵敏性。0-20 cm、20-40 cm 土层施肥处理微生物量碳的敏感性指数除均高于其他有机碳组分,表明土壤中活性碳组分中土壤微生物量碳对环境变化反应更灵敏,因此在该地区可将微生物量碳作为早期有机碳变化的指标。

表3 不同施肥处理土壤有机碳组分敏感性指数Table 3 Sensitivity indices of soil organic carbon components under different fertilization treatments

3 讨论

3.1 有机肥与脱硫石膏对土壤团聚体分布及稳定性的影响

团聚体是土壤结构的基本单元,是由不同大小的矿物颗粒和胶结物质共同发生凝聚胶结而成的大小不一的多孔介质结构体(Shi et al.,2010),3 年的有机肥与脱硫石膏处理试验表明,增施有机肥与脱硫石膏能显著增加盐碱土表层土壤(0-20cm)>0.25 mm 和0.25-0.053 mm 粒径团聚体含量,降低<0.053 mm 粒径团聚体含量,提高团聚体稳定性;而20-40 cm 土层土壤>0.25 mm 粒径团聚体含量增加,0.25-0.053 mm 和<0.053 mm 粒径团聚体含量降低,这与其他施用有机肥的研究结果相似(孙雪等,2021);有机肥处理(PCOF)团聚体稳定性高于不施肥(CK)和单施化肥(CN)处理,这是因为有机物料一方面作为团聚体形成过程的核心,吸附土壤中细小颗粒,另一方面有机物料增加盐碱土中的有机碳含量,并提高微生物活性,真菌菌丝的生长缠绕及微生物分泌物作为土壤胶结剂细小颗粒形成团聚体(王韵弘等,2021),因此有机肥施用后使小团聚体向大团聚体演化,并提高了土壤团聚体稳定性。脱硫石膏主要通过Ca2+直接参与盐碱土中有机无机复合体的形成(Antonangelo et al.,2017),脱硫石膏的加入使盐碱土中游离态钙离子增加,进而促进Ca−SOC 复合物的形成(黑杰等,2022),而且脱硫石膏还可增强粘土与有机物的结合,进而改善盐碱土的结构,增强对SOC 的物理保护,因此有机肥与脱硫石膏配施对盐碱土团聚体的改善效果高于单施有机肥,而且有研究表明过量施用脱硫石膏会导致土壤盐分过度累积,影响植物生长,可见脱硫石膏应采取合理的施用量(毛玉梅等,2016)。MWD与GMD是综合评估土壤团聚体稳定性的重要指标(石丽红等,2021),有机肥与脱硫石膏加入后MWD与GMD的增加进一步证实了上述研究结果。

3.2 有机肥与脱硫石膏对土壤团聚体有机碳及其活性组分的影响

研究表明,有机肥与脱硫石膏配施能有效提高盐碱土全土及各粒级团聚体总有机碳和有机碳活性组分含量。这是由于有机肥通过改善土壤结构,为微生物提供丰富的碳源,进而提高土壤微生物活性,影响有机碳的生物降解过程,促使活性有机碳组分增加(王著峰等,2021)。各粒径团聚体有机碳组分含量基本表现为>0.25 mm 粒径团聚体含量最高,<0.053 mm 粒径团聚体含量最低,这一点符合团聚体发育模型,大团聚体由游离的小团聚体与胶结剂黏结而成,对有机碳及组分有更好的保护作用,因此大团聚体有机碳含量较高。0-20 cm 盐碱土团聚体有机碳组分提高显著,是因为有机肥作为外源有机物施入土壤,直接与表层土壤接触所致;20-40、40-60 cm 不同处理全土水溶性有机碳变化趋势与0-20 cm 土层类似,但含量高于表层,可能是分子量较小的水溶性有机碳受降雨、淋溶等因素向下移动,并在深层累积(孙泰朋,2018)。有机肥与脱硫石膏虽然能有效增加全土与不同团聚体粒级有机碳及组分含量,但高量脱硫石膏处理(PCOF-2 处理)与PCOF-1 处理相比,有机碳及组分含量有所降低,可能与高量石膏添加引起的土壤自身盐碱属性有关。有研究表明,施加10-40 t·hm−2脱硫石膏后盐土碳储量较对照平均降低 0.45 kg·hm−2,其中主要为有机碳,而且脱硫石膏对盐碱土的碳固定与土壤受胁迫程度有关,有研究发现证实,过量(600 kg·hm−2)石膏会导致盐分的升高,300 kg·hm−2石膏与有机无机复混肥配施降盐抑碱效果最好(南江宽等,2014),是适合于滨海盐土施肥的方式。

3.3 有机肥与脱硫石膏对团聚体有机碳及其活性组分贡献率的影响

将不同粒径团聚体中有机碳组分比例与该粒径团聚体含量进行综合考虑,可以全面反映各有机碳组分在团聚体中对土壤有机碳的贡献率(Sarker et al.,2018)。团聚体有机碳组分贡献率的高低与有机碳组分含量和团聚体含量的分布有关,所以本研究不同处理团聚体有机碳及活性有机碳组分贡献率趋势大致相同。有机肥与石膏的施入提高了土壤各粒径团聚体有机碳及活性有机碳组分含量,也改变了不同粒级团聚体贡献率,增大了0-20 cm 土层>0.25 mm 粒级和0.25-0.053 mm 粒级有机碳组分贡献率,降低<0.053 mm 粒级贡献率,而20-40 cm、40-60 cm 土层只增加>0.25 mm 粒级团聚体有机碳贡献率。对于贡献率高的团聚体粒径,因为有机碳和各活性有机碳含量较高,同时其团聚体含量高,导致其贡献率较高,<0.053 mm 粒级团聚体由于团聚体粒级所占比例低,因此贡献率较低。0-20 cm 与20-40 cm 土层,>0.25 mm 粒径团聚体有机碳及组分团聚体贡献率较大,而40-60 cm 土层,025-0.053 mm 粒径团聚体有机碳及组分团聚体贡献率较大。可见有机肥与脱硫石膏促使表层土壤<0.053 mm 中有机碳向大团聚体和微团聚体转移,并促进大团聚体有机碳及组分的富集,也有研究发现新增碳源首先与大团聚体结合,从而促进大团聚体形成,增加土壤团聚体稳定性(王西和等,2021)。因此,有机肥与脱硫石膏配施的措施下,不仅可以促进盐碱土团聚体的形成和稳定,还可以增强有机碳组分在大团聚体中的富集能力,增强土壤和团聚体的固碳能力。

3.4 有机肥与脱硫石膏对土壤碳组分敏感性指数的影响

利用敏感性指数可以确定土壤有机碳中对农田管理措施反映最灵敏的碳组分。有研究指出,可将土壤微生物量碳作为土壤中有机质变化的敏感指标,也有研究认为水溶性碳和微生物生物量碳对不同的养分管理高度敏感(Dutta et al.,2022),并发现不同施肥处理对耕层碳组分中水溶性有机碳的敏感性最高(陈洁等,2019)。本研究中,0-20、20-40 cm 土层施肥处理土壤微生物量碳的敏感性指数除均高于总有机碳及其组分敏感性指数,其中PCOF-1 处理的微生物量碳含量和有机碳组分敏感度指数最高,因此,土壤微生物量碳可作为反映该地区土壤碳库存的最佳指标。

4 结论

(1)脱硫石膏和有机肥配施可以显著增加表层土壤>0.25 mm 和0.25-0.053 mm 粒径团聚体占比(P<0.05),降低<0.053 mm 粒径团聚体占比,提高团聚体稳定性。

(2)脱硫石膏和有机肥配施显著提高全土和团聚体各组分有机碳含量(P<0.05)。0-40 cm 土层中,各有机碳组分主要分布在大团聚体中;0-20 cm土层,PCOF-1 处理显著提高>0.25 mm 粒径和0.25-0.053 mm 粒径团聚体中各有机碳组分贡献率,降低<0.053 mm 粒径团聚体中各有机碳组分贡献率。

(3)有机碳组分中,微生物量碳敏感性指数最高,且PCOF-1 处理微生物量碳含量最高,因此,微生物量碳可作为有机肥与脱硫石膏施用条件下土壤中有机碳早期变化的重要指标。

(4)在农民常用施肥基础上,增施脱硫石膏与猪粪有机肥可有效提高黄河三角洲盐碱地土壤团聚体及其有机碳组分含量,起到土壤质地改善和增碳的作用,但脱硫石膏应采取合理的施用量。

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