施肥对梨园土壤团聚体中有机碳和土壤养分的影响

关键词：施肥；梨园土壤团聚体；土壤有机碳；土壤养分

团聚体是土壤的重要组成部分和基本结构单元，是由土壤颗粒胶结形成的粒状或小团块状结构体。它们通过微团聚体形成和大团聚体周转的相互作用帮助维持土壤的稳定性，并通过改善土壤结构增加植物的养分供给。有机碳作为土壤团聚体的主要胶结物质，是土壤养分的重要来源和土壤质量评价的重要指标。土壤有机碳由于其固有的化学性质，在土壤肥力、植物生产力、生物多样性、生态环境可持续性和全球气候变化等方面发挥着基础性作用，是团聚体形成和保持稳定性的重要因素之一，其主要由芳香族化合物、木质素、脂类、含氮化合物、酚类和多糖等生化成分组成。此外，受土地利用方式、耕作和施肥等因素的影响，有机碳含量与土壤团聚体含量密切相关。不同粒级团聚体养分含量对于土壤养分循环、团聚体的形成和破坏以及土壤肥力保持具有重要意义。有研究表明，施肥影响土壤团聚体的形成和稳定，进而导致土壤团聚体中养分分布的差异。施用有机肥能显著增加耕层土壤的各碳组分含量，若土壤中长期不施肥或仅施无机肥，不仅会影响土壤结构与功能还会导致土壤有机碳含量下降。刘恩科研究表明，化肥与厩肥配施可提高各粒级团聚体的养分含量：邢旭明研究得出，有机肥和无机肥配施可提高土壤各粒级团聚体中有机碳、全氮、全磷和全钾含量，且在各粒级中含量不同，其中大团聚体中居多。目前关于施肥对土壤养分含量影响的研究报告较多，而有关施用不同种类肥料对土壤不同粒级团聚体有机碳和全量养分含量的研究较少。因此，本试验以库尔勒市阿瓦提乡梨园土壤为研究对象，探究4种施肥处理对梨园不同土层土壤团聚体有机碳和全量养分含量的影响，以期为梨园土壤生态环境改善提供理论依据，为后续梨园施肥策略提供参考。

1材料与方法

1.1试验区概况及材料

试验于2019年在新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州库尔勒市阿瓦提乡梨园（86°24'E，41°37'N，海拔912m）进行。该地属于暖温带大陆干旱性气候，总日照时数2990h，平均无霜期为210d，年平均气温11.4℃，最低气温-28℃年均降水量59mm，最大蒸发量2788.2mm。梨园耕层土壤有机质含量18.32g/kg、碱解氮40mg/kg、速效磷13.8mg/kg、速效钾187.5mg/kg，pH值8.85。

梨园库尔勒香梨树龄为20年生，梨树株行距为4.0mx5.0m，栽植约390株/hm2。供试生物有机肥为新疆美丽扩科达拉农业科技有限公司生产的液态生物有机肥，主要成分含量：有机质≥300g/L、有效活菌数0.5亿CFU/L、N+P202+K20≥60g/L、Fe2+2n2+≥20g/L、Ca2+≥50g/L;无机肥：尿素（N46%）、磷酸二铵（N18%，P205 46%）、硫酸钾（ K20 52%）。

1.2试验设计及方法

试验采用随机区组设计，设置4个处理，分别为不施肥（CK）、单施无机肥（H）、无机肥+生物有机肥配施（HS）、单施生物有机肥（S），具体施肥用量见表1。每处理选择5棵梨树，重复3次。于2019年1 1月果实采摘后将各处理50%的肥料基施，次年5月中旬第一次追肥20%，6月底第二次追肥30%。施肥方式采用环状沟施，单独灌水，其他管理措施与当地习惯一致。

1.3土壤样品采集

于2020年9月在小区内随机选取代表性梨树3株，避开施肥点，在距离树干100cm处设置采样点，挖取长60cm、宽50cm、深70cm的土壤剖面，分别取0～20、20～40、40～60cm三个土层的原状土样，装入硬质塑料盒带回实验室。将采集的土壤样品在室内沿自然结构轻轻掰成直径约1cm的小土块，除去植物残体、小石块以及蚯蚓等物体后，用沙维诺夫干筛法分离出gt;2mm、0.25～2mm、0.053～0.25mm、lt;0.053mm土壤团聚体颗粒，用于测定各粒级团聚体有机碳及全量养分含量。

1.4测定指标及方法

土壤指标的分析方法参照文献，土壤全氮采用HCl04-H2 S04消煮一凯氏定氮法测定，全钾采用HCl04-H2 S04消煮一火焰光度法测定，全磷采用HCl04-H2S04消煮一钼锑抗比色法测定，土壤有机碳采用重铬酸钾容量法一外加热法测定。

1.5数据处理与分析

试验数据采用SPSS 20.0软件进行统计和分析，采用单因素方差分析（ANOVA）进行显著性检验，采用邓肯氏法进行多重比较，使用Origin 2021软件绘图。

2结果与分析

2.1不同施肥处理对梨园土壤有机碳含量的影响

由表2可知，不同土层各处理不同粒级土壤团聚体有机碳含量有明显差异。0～20cm土层中，不同粒级间比较，对照（CK）gt;2mm土壤团聚体有机碳含量最高，达20.56g/kg，HS和S处理lt;0.053mm土壤团聚体有机碳含量均最高，分别达19.54g/kg和14.24g/kg；HS较H、S处理显著提高lt;0.053mm团聚体有机碳含量，增幅分别为16.59%、37.22%。20～40cm土层中，CK、H和HS施肥处理下lt;0.053mm团聚体有机碳含量均高于gt;2mm（Plt;0.05）、2～0.25mm、0.25～0.053mm团聚体：在lt;0.053mm团聚体中，HS处理的有机碳含量较CK、H、S分别显著提高18.60%、67.74%、53.91%。40～60cm土层中，S处理下lt;0.053mm团聚体有机碳含量显著高于其他粒级团聚体，HS处理下gt;2mm团聚体有机碳含量最高，达10.42g/kg．lt;0.053mm团聚体有机碳含量较低。HS处理下不同粒级团聚体（2～0.25mm除外）有机碳含量各土层表现为0～20cmgt;20～40cmgt;40～60cm。

2.2不同施肥处理对梨园土壤全量养分含量的影响

2.2.1对梨园土壤全氮含量的影响由图1可知，不同施肥处理对梨园土壤团聚体全氮含量的影响差异明显。0～20cm土层中，CK土壤各粒级团聚体全氮含量无显著差异：H处理全氮含量随着团聚体粒径的减小而增加，0.25～0.053mm和lt;0.053mm团聚体全氮含量达到最高，均为0.39g/kg；HS处理下gt;2mm、0.25～0.053mm团聚体全氮含量最高，均为0.25g/kg，较lt;0.053mm团聚体增加127.27%，差异达显著水平；S处理团聚体全氮含量随粒径的减小呈先降低后增加趋势，gt;2mm团聚体全氮含量最高，达到0.39g/kg，0.25～0.053mm团聚体全氮含量最低，仅为0.05g/kg。

20～40cm土层中，CK的lt;0.053mm团聚体全氮含量最高，为0.67g/kg，显著高于其他粒级，0.25～0.053mm团聚体全氮含量最低，为0.09g/kg，gt;2mm和2～0.25mm团聚体全氮含量无显著差异；H处理下gt;2mm团聚体全氮含量最高，但仅与lt;0.053mm团聚体差异显著：HS处理下lt;0.053mm团聚体全氮含量最高，为0.25g/kg，显著高于其他粒级团聚体：S处理各粒级团聚体全氮含量差异均不显著。

40～60cm土层中，CK土壤全氮含量主要集中在gt;2mm和lt;0.053mm团聚体中，0.25～0.053mm团聚体含量较低，与其他粒级团聚体差异显著。H处理lt;0.053mm团聚体全氮含量最低，显著低于其他粒级，其他粒级间全氮含量无显著差异。HS处理在lt;0.053mm团聚体中含最高，为0.18g/kg。

HS处理各粒级团聚体全氮含量均无显著差异。HS处理下gt;2mm团聚体全氮含量随土层的加深而减少，其中以0～20cm土层含量最高，为0.25g/kg，较20～40cm和40～60cm土层差异显著，增幅为38.89%和127.27%。S处理下20～40、40～60cm两个土层0.25～0.053mm团聚体全氮含量最高，均为0.25g/kg。

2.2.2对梨园土壤全磷含量的影响如图2所示，0～20cm土层各处理lt;0.053mm团聚体中全磷含量均最高，显著高于其他粒级团聚体。HS处理的gt;2mm、2～0.25 mm、0.25～0.053mm和lt;0.053mm团聚体全磷含量较S处理分别增加9.76%、12.82%、7.50%、10.87%;S处理2～0.25mm团聚体全磷含量最低，显著低于其他粒级团聚体。

20～40cm土层中，各处理lt;0.053mm团聚体全磷含量均显著高于其他粒级。CK土壤2～0.25mm团聚体中全磷含量显著高于gt;2mm和0.25～0.053mm团聚体；H处理下团聚体全磷含量（除lt;0.053mm团聚体外）各粒级间无显著差异：HS处理下随着团聚体粒径的减小全磷含量总体呈增加趋势，lt;0.053mm团聚体最高，为0.50g/kg·gt;2mm团聚体最低，为0.33g/kg，显著低于其他粒级：S处理下各粒级团聚体全磷含量变化与HS处理基本一致，lt;0.053mm团聚体全磷含量最高，为0.49g/kg，gt;2mm团聚体最低，为0.35g/kg。

40～60cm土层中，各施肥处理团聚体全磷含量随粒径的减小均呈现先增加后降低再增加的变化趋势。CK土壤0.25～0.053mm团聚体全磷含量低于其他粒级，为0.39g/kg，lt;0.053mm团聚体最高，为0.54g/kg;H和HS处理下gt;2mm团聚体中全磷含量均为最低，显著低于其他粒级，lt;0.053mm团聚体最高，分别为0.43、0.42g/kg；S处理下lt;0.053mm团聚体全磷含量最高，达到0.50g/kg，0.25～0.053mm团聚体全磷含量最低，为0.32g/kg。

综上看来，随着土层加深各处理不同粒径团聚体全磷含量均为降低趋势。

2.2.3对梨园土壤全钾含量的影响由图3看出，不同施肥处理对梨园土壤团聚体全钾含量影响显著。0～20cm土层中，CK、H、HS处理下lt;0.053mm团聚体全钾含量分别较gt;2mm团聚体显著高出40.50%、26.14%、13.18%，较2～0.25mm团聚体显著高出20.33%、31.29%、35.17%，较0.25～0.053mm团聚体显著高出86.99%、57.55%、68.80%。S处理下2～0.25mm和lt;0.053mm团聚体全钾含量差异不显著，但均显著高于gt;2mm、0.25～0.053mm团聚体。

20～40cm土层中，CK土壤各粒级团聚体全钾含量差异显著，其中lt;0.053mm团聚体全钾含量最高，0.25～0.053mm团聚体最低：H处理下gt;2mm和lt;0.053mm团聚体全钾含量较高，二者差异不显著但均显著高于其他粒级：HS处理下gt;2mm团聚体全钾含量最高，较CK提高66.54%，显著高于其他粒级，其次是2～0.25mm和lt;0.053mm团聚体，0.25～0.053mm团聚体全钾含量最低，显著低于其他粒级：S处理下gt;2mm和2～0.25mm团聚体全钾含量较高，二者差异不显著但均显著高于其他粒级，gt;2mm团聚体中全钾含量最高，为4.89g/kg．0.25～0.053mm团聚体中含量最低，为2.62g/kg。

40～60cm土层中，CK、H处理土壤全钾含量在lt;0.053mm团聚体中最高，分别为4.20、3.74g/kg，最低在0.25～0.053mm团聚体中，分别为2.09、2.35g/kg;HS、S处理gt;2mm团聚体全钾含量最高，分别为3.49、4.12g/kg，0.25～0.053mm团聚体最低，分别为2.28、2.01g/kg，HS处理较CK显著增加了gt;2mm团聚体中全钾含量，增幅为20.34%。综上，CK和H处理团聚体全钾含量主要集中在lt;0.053mm团聚体中，而HS和S处理团聚体全钾含量主要集中在gt;2 mm团聚体中，但4个处理全钾含量最低均出现在0.25～0.053mm团聚体中。

3讨论

团聚体是土壤有机碳的主要储存场所，有机碳是团聚体形成过程中的重要胶结物质，是土壤养分最主要的来源，也是评价土壤质量的重要指标。它能改善土壤物理性质，从而使土壤疏松，形成稳定的土壤结构。

刘恩科研究表明，lt;0.25mm团聚体有机碳含量显著高于其他粒级团聚体，从gt;5mm至0.25～0.5mm．团聚体粒径减小，有机碳含量增加，以0.25～0.5mm团聚体有机碳含量较高。本研究结果与之相似，在0～20、20～40cm土层中，HS处理下lt;0.053mm团聚体有机碳含量显著高于其他粒级团聚体，团聚体粒径越小有机碳含量越高。Li等研究得出，有机碳含量随团聚体粒径的增大而增加，大团聚体较微团聚体高，表明土壤有机碳库与水稳性团聚体之间关系密切。本研究中0～20cm土层CK与40～60cm土层HS处理下gt;2mm团聚体有机碳含量变化与上述结论一致。李辉信等通过对不同施肥处理下红壤团聚体有机碳分布研究发现，团聚体粒径越大，有机碳含量越低，这可能与土壤本身特性有关，不同土壤中团聚体形成的胶结物质数量和种类有很大差异。综上，施肥可以增加各粒级团聚体土壤有机碳含量，但由于不同肥料在不同土壤中的分解速率和残留量上的差异，导致不同施肥处理下同一粒级团聚体中有机碳含量不同。

土壤全氮是衡量土壤肥力水平的重要指标之一，可以反映土壤氮储量。土壤全氮含量受多种因素影响，本研究中不同施肥处理对不同粒级团聚体全氮含量影响显著，0～20cm土层HS与S处理和20～40、40～60cm土层H处理下gt;2mm团聚体全氮含量均最高，这与高强等的研究结果一致，表明大团聚体对于土壤全氮具有一定的富集和保护作用。土壤团聚体全氮含量分布除受施肥影响外，还受土壤深度的影响。本研究中，HS处理下，0～20cm土层gt;2mm团聚体全氮含量高于其他粒级，而在20～40、40～60cm土层恰好相反，原因可能是由于有机肥进入土壤，通过破碎和分解先与大粒级团聚体结合。邢旭明研究表明，不同施肥处理的全氮含量与gt;2mm和gt;0.05mm粒级团聚体含量呈正相关，本研究中0～20cm土层HS处理与该研究结果一致，无机肥+生物有机肥可以显著提高0～20cm土层gt;2mm团聚体全氮含量。施肥影响土壤团聚体的形成和稳定性，从而影响土壤团聚体养分分布：随土壤稳定性降低，土壤全氮含量也会降低。

本研究表明，各处理不同土层土壤团聚体全磷含量均在lt;0.053mm团聚体中最高，团聚体粒径愈小全磷含量愈高。这与李恋卿等研究的全磷含量在小粒径微团聚体中较高，随着粒径的增大全磷含量呈下降趋势的结论一致。随着土层的加深不同粒级团聚体全磷含量随之减少，表明团聚体全磷含量受土层深度影响，该结果与张建军等的研究结果一致。

何瑞清、梁爱珍等研究表明，不同粒级土壤团聚体的分布会影响钾含量的分布，随着粒径增大，全钾含量在各粒级团聚体中的分布有所不同。本研究得出，在不同土层中，HS处理对gt;2mm团聚体全钾含量影响显著，大团聚体钾含量高可能是由于在有机胶结剂作用下形成的胶结物质中包含富含钾的植物根系和残体等有关。王晟强在研究植茶年限对土壤团聚体氮、磷、钾含量变化上也得出相似的结论。本研究中HS处理除0～20cm土层中lt;0.053mm团聚体全钾含量最高外，20～40、40～60cm土层gt;2mm团聚体全钾含量均显著高于CK和H处理。其主要原因可能是由于土壤大团聚体所占比例较高有关。

4结论

随着土壤团聚体稳定性的提高，有机碳含量也相应增加，无机肥+生物有机肥处理（HS）较不施肥对照（CK）、单施无机肥（H）、单施生物有机肥（S）显著提高了20～40cm土层lt;0.053mm团聚体有机碳含量，增幅分别为18.60%、67.74%、53.91%。0～20cm土层．HS处理全氮含量在gt;2mm和0.25～0.053mm团聚体中居多．随着土层加深，全氮含量在lt;0.053mm团聚体中较高：不同施肥处理全磷含量主要集中在lt;0.053mm团聚体中，随着土层加深全磷含量降低，各处理间无显著差异：0～20cm土层中，CK、H、HS处理下全钾含量均在lt;0.053mm团聚体中最高，随着土层加深HS处理下全钾含量在gt;2mm团聚体中较高，HS较CK提高了20～40cm和40～60cm土层gt;2mm团聚体中全钾含量，增幅为66.54%和20.34%。综上，无机肥配施生物有机肥可提高梨园土壤团聚体有机碳含量和全量养分含量，改善土壤养分状况，该结论可为库尔勒梨园土壤科学施肥提供参考依据。