迟凤琴，蔡姗姗，匡恩俊，张久明，周宝库

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，哈尔滨 150086）

长期施肥对黑土有机无机复合度及结合态腐殖质的影响

迟凤琴1,2，蔡姗姗1，匡恩俊2，张久明2，周宝库2

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室，哈尔滨 150086）

以黑土长期定位试验为基础，研究长期不同施肥对黑土腐殖质结合形态及有机无机复合度影响。结果表明，长期不同施肥均可不同程度提高土壤的有机碳、重组有机碳、原土复合量，降低原土复合度。三种施肥处理的土壤结合态腐殖质以松结态为主，紧结态其次，稳结态最少。施肥提升土壤的松结态及稳结态腐殖质含量、土壤松/紧比值；降低紧结态腐殖质含量及土壤松/稳比值。单施化肥只能改善0～20 cm土层土壤肥力，在20～40 cm土层肥力降低；有机无机肥配施可最大程度改善土壤的有机无机复合状况，活化土壤腐殖质，在两个土层中影响保持稳定。施肥对0～20 cm土层有机无机复合状况影响大于20～40 cm土层，而对0～20 cm土层结合态腐殖质影响则小于20～40 cm土层。

长期施肥；黑土；腐殖质结合形态；有机无机复合度；不同土层

土壤长期定位施肥试验能准确揭示农田土壤肥力变化规律，信息量丰富，准确性强[1-3]。腐殖质是土壤有机质主体，土壤肥力的重要表征。土壤中的腐殖质大多数与矿质部分相结合形成有机无机复合体，按其结合的牢固程度，可分为松结态、稳结态、紧结态[4]，土壤腐殖质与矿物质结合的松紧程度不同，对土壤肥力贡献不同[5]。土壤有机无机复合体有助于土壤形成团聚体，改善通气性、透水性等土壤物理性状；有机无机复合体具有储存土壤中大部分养分作用[6]。因此，土壤有机无机复合程度及其结合形态与土壤肥力状况具有密切联系。在长期施肥对黑土结合态腐殖质及有机无机复合影响方面，国内外研究不多，大部分停留在对0～20 cm土层的影响上，本试验在哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站长期施肥30年基础上，对0～20 cm、20～40 cm土层腐殖质进行研究比对，系统分析长期施肥对土壤有机、无机、复合度及结合态腐殖质的影响规律，以期揭示施肥与土壤腐殖质变化关系，为科学施肥、培肥地力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土样采集于农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站，该试验站始建于1979年，土壤类型为黑土。试验采集其中四个处理：CK（对照不施肥处理）、M（施用有机肥马粪处理）、NPK（施用化肥氮磷钾处理）、MNPK（有机肥马粪与无机肥氮磷钾混合施用处理）。样品采集于2010年、2013年，取样深度为0～20 cm、20～40 cm。供试土壤施肥量及基本理化性质见表1、2。

表1 不同处理施肥用量（1979～2013）Table 1 Fertilization amount for long period fixed test

表2 供试土壤基本性质Table 2 Basic properties of tested black soils

1.2 测定方法

土壤重组分离采用相对密度分组法[7]，结合态腐殖质分组测定采用熊毅-傅积平改进法[8]，固体有机碳及提取液中有机碳采用TOC分析仪测定。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法、碱解氮采用碱解扩散法、速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法、速效钾采用NH4OAC浸提-火焰光度法[9]。

土壤有机无机复合度的计算方法：

式中，HC-重组有机碳含量（g·kg-1）；HW-重组碳质量（g）；SW-原土壤质量（g）；SC-原土壤有机碳含量（g·kg-1）；MQC-施用有机物料土壤的复合量；MC-施用有机物料土壤的有机碳含量（g·kg-1）。

1.3 统计分析

数据的计算与处理采用Microsoft Excel 2003软件，差异显著性及相关性分析采用SPSS软件。

2 结果与分析

2.1 长期施肥对土壤有机碳及重组有机碳的影响

表3试验结果表明，各处理的土壤有机碳、重组有机碳高低顺序均为MNPK＞M＞NPK＞CK，处理间差异极显著。上层土壤的有机碳及重组碳均高于下层土壤，与不施肥对照相比，0～20 cm土层各处理有机碳含量平均增加7.32%～16.95%，重组有机碳平均增加3.24%～11.29%；20～40 cm土层M、MNPK处理有机碳含量分别增加4.77%、15.6%，重组有机碳分别增加4.43%、11.35%，而NPK处理在20～40 cm土层的土壤有机碳和重组有机碳均比对照下降，分别下降10.19%、8.19%；两项指标处理间均以MNPK处理增幅最大。分析显示土壤有机碳与重组有机碳含量间呈极显著正相关（y=0.634x+ 3.634，r0.01=0.960，n=16），说明土壤中有机物质在转化的过程中逐渐参与有机无机复合。施肥可增加土壤有机碳和重组有机碳含量，其中有机、无机肥配施效果最好。随着施肥年限增加，重组有机碳呈上升趋势，外源有机物料参与有机、无机复合程度随施肥年限提高，土壤有机碳变化规律不明显，为轮作作物不同所致。

2.2 长期施肥对土壤有机、无机复合度的影响

结果见表4。

土壤复合量和土壤复合度是表征土壤中有机物与矿物质相复合数量及状况的指标。原土复合量是指复合有机碳占土壤质量百分比，原土复合度指复合有机碳占土壤有机碳百分比。各处理原土复合量高低顺序为MNPK＞M＞NPK＞CK，0～20 cm土层复合量均高于20～40 cm土层；原土复合度高低顺序为MNPK＜M＜NPK＜CK，0～20 cm土层复合度均低于20～40 cm土层。与对照相比，三个施肥处理在0～20 cm土层原土复合量平均增加3.33%～9.47%，在20～40 cm土层上M、MNPK处理原土复合量分别增加3.02%、8.96%，而NPK处理降低5.8%。施肥处理在0～20土层的原土复合度比对照处理平均降低3.56%～6.36%，在20～40 cm土层M、MNPK处理的原土复合度分别降低1.65%、5.68%，NPK处理增加4.8%。处理间变化幅度以MNPK处理最大，上层土壤变化幅度大于下层土壤。随着施肥年限增加，原土复合量及复合度均有所上升。结果表明，三种施肥处理均增加土壤的原土复合量，降低原土复合度，施肥对0～20 cm土层有机、无机复合状况影响更大，单施化肥只能改善0～20 cm土层有机、无机复合状况，而施用有机肥处理的肥力影响优于单施化肥。原土复合量与土壤有机碳及土壤重组碳含量呈极显著正相关（y=0.463x+5.171，r0.01=0.824，n=16；y=0.789x+ 1.785，r0.01=0.927，n=16）。原土复合度与土壤有机碳含量间呈极显著负相关（y=-2.708x+121.452，r0.01=-0.775，n=16），与土壤重组碳含量呈显著负相关关系（y=-3.165x+123.163，r0.05=-0.598，n= 16）。这与刘淑霞等研究结果[10]一致，反映土壤有机物质复合程度高，有机质大部分与无机胶体相结合形成有机、无机复合体。

土壤追加复合量及追加复合度是衡量肥料加入对土壤肥力改善程度重要指标，表征土壤保肥能力增强。MNPK处理的追加复合量大于M处理，追加复合度小于M处理。0～20 cm土层的追加复合量大于20～40 cm土层，追加复合度则相反。

2.3 长期施肥对不同结合形态腐殖质的影响

松结态腐殖质的活化性高，供应养分的能力强；紧结态腐殖质主要是与矿质土粒紧密结合的胡敏素类，稳定性强、难以转化，对养分贮存能力高[11]。供试黑土中松结态腐殖质含量最高，紧结态次之，稳结态含量最少。各施肥处理松结态与稳结态腐殖质含量顺序为MNPK＞M＞NPK＞CK，紧结态腐殖质含量相反。0～20 cm土层的各处理松结态、稳结态腐殖质含量均小于20～40 cm土层土壤，紧结态腐殖质含量大于20～40 cm土层土壤。

表4 长期不同施肥处理下黑土有机、无机复合度的变化Table 4 Change of organo-mineral complexation under long-term different fertilizer regmies

在0～20 cm土层中，各施肥处理的松结态腐殖质相对含量比CK处理增加4.38%～17.78%，稳结态腐殖质增加0.73%～4.60%，紧结态腐殖质减少8.58%～26.75%；在20～40 cm土层中，各施肥处理与CK处理相比，松结态腐殖质相对含量增加9.82%～19.2%，稳结态腐殖质增加1.80%～4.85%，紧结态腐殖质含量减少9.66%～25.64%，其中MNPK处理变化幅度最大，M处理次之。以上数据表明，施肥可提高土壤中松结态、稳结态腐殖质含量，减少紧结态腐殖质含量，以MNPK处理效果最为明显，M处理次之，各施肥处理下层土壤变化幅度大于上层土壤。

随着施肥年限增加，0～20 cm土层土壤松结态、稳结态腐殖质含量上升，紧结态腐殖质含量下降；20～40 cm土层M、NPK处理松结态、稳结态腐殖质含量下降，紧结态腐殖质含量上升，MNPK处理各结合态腐殖质的变化规律与上层土壤相同。

表5 各施肥处理不同结合态腐殖质占土壤有机碳的百分比Table 5 Different combined forms of humus percentage of soil organic carbon under different fertilizer

2.4 不同施肥处理下三种腐殖质比值的比较

结果见图1、2。松结态腐殖质主要是新鲜腐殖质，活性较大，其与紧结态及稳结态腐殖质含量的比值是反映腐殖质活性和品质的重要指标，土壤松/紧比值和松/稳比值高的土壤，肥力较高[12-13]。经过长期施肥后的土壤松/紧有所提高，处理间大小为MNPK＞M＞NPK＞CK，各处理间差异极显著。在0～ 20 cm土层中随施肥年限增加而增加，在20～40 cm土层中随施肥年限增加而降低，唯有MNPK处理在两个土层中均随施肥年限增加而增加。土壤松/稳在处理间的大小为CK＞NPK＞M＞MNPK，处理间差异不显著，随着施肥年限的增加，土壤松/稳比值变化无显著规律。说明长期施肥，尤其是有机肥的加入增加土壤腐殖质活性，对培肥土壤有重要作用。

图1 长期施肥处理对土壤松/紧比值的影响Fig.1 Effect of long-term fertilization on ratio of loosely to tightly combined humus

图2 长期施肥处理对土壤松/稳比值的影响Fig.2 Effect of long-term fertilization on ratio of loosely to stably combined humus

3 讨论

3.1 长期施肥对土壤有机无机复合状况的影响

长期施用有机肥或有机无机肥配施可增加黑土有机碳、重组有机碳、原土复合量，降低原土复合度。二者原土复合度下降幅度大于单施化肥处理，这与史吉平研究结果[14]一致，原因是有机肥料的施入及作物根茬的残留使土壤中未腐解的轻组碳含量增加，重组碳含量相对减少，导致土壤复合度下降。施用化肥在0～20 cm土层上能得到与有机肥相似的效果，但在20～40 cm土层中有机碳含量及有机无机复合程度有所下降，可能是因为没有外源有机质的加入，土壤有机质只能靠作物根茬腐解补充，而腐解根茬的土壤微生物在表层土壤中最为活跃，导致单施化肥只能增加表层土壤的肥力，对下层土壤影响不大。魏朝富等的紫色水稻土试验表明，施肥对土壤复合度的影响因土壤种类、施肥比例而异[15]。本试验中土壤原土复合度随施肥年限增加而增加，可能与土壤类型、施肥条件及环境因素有关。土壤重组碳、复合量、追加复合量的提高标志土壤对营养物质蓄保能力的增强[16]，试验中重组碳、原土复合量、追加复合量在表层土壤中的含量及处理间的差异性均大于下层土壤，说明施肥更多地提升了表层土壤的保肥性能。MNPK处理的追加复合量大于M处理，追加复合量小于M处理，说明有机无机肥配施对土壤的肥力积累优于单施有机肥。追加复合度随着施肥年限有所增加，表明土壤中非复合有机碳比复合有机碳分解快。以上结果综合表明，有机物无机肥配施更有利于土壤有机碳趋于活化，促进土壤有机无机复合体的形成，使土壤肥力得到提高。

3.2 长期施肥对土壤结合态腐殖质的影响

本试验结果表明，在黑土结合态腐殖质中，松结态腐殖质的含量最高，紧结态其次，稳结态含量最少。这与刘淑霞等的研究结果[17]一致。魏自民研究表明，有机物料培肥可使土壤中结合态腐殖质趋于活跃[18]，与本试验研究结果与其相一致，施用有机肥，尤其是有机、无机肥配施，可使土壤中腐殖质活化更新，土壤中松结态、稳结态腐殖质含量增加，土壤松/紧比值增加，紧结态腐殖质含量降低，土地肥力提升。相比之下，不施肥处理在长期没有外源养分供应的状态下，松结态腐殖质被消耗，稳结态腐殖质被部分降解供应养分，二者含量比各施肥处理低，土壤中有机物供应少，土壤腐殖质部分老化成为紧结态腐殖质，含量升高。本试验研究结果表明，下层土壤的松结态、稳结态腐殖质含量及松/紧比值高于上层土壤，说明20～40 cm土层供肥性能更好。

4 结论

a.长期施肥可增加土壤有机碳含量和重组碳含量和原土复合量，降低原土复合度，影响趋势因施用肥料不同而不同，以有机、无机肥配施效果最佳。

b.与不施肥对照相比，长期施肥使土壤结合态腐殖质含量呈极显著改变，提升土壤松结态、稳结态腐殖质含量，降低紧结态腐殖质含量，对土壤松/稳比值影响不显著，对松/紧比值影响较大，有机、无机配施处理松结态腐殖质含量及松/紧值最高。

c.施肥对上层土壤有机、无机复合状况影响更大，对下层土壤的结合态腐殖质影响更大。单施化肥提高表层土壤肥力，而下层土壤肥力则下降；有机、无机肥配施在两个土层肥力均有提高，变化规律稳定。

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Effect of long-term fertilization on the organo-mineral complexation and the combined forms of humus of black soil

CHI Fengqin1,2,CAI Shanshan1, KUANG Enjun2,ZHANG Jiuming2,ZHOU Baoku2(1.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Soil and Fertilizer and Environmental Resources Institute,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,The Key Laboratoty of Soil Environment and Plant Nutrition of Heilongjiang Province,Harbin 150086,China)

Effect on long-term different fertilization on the combined forms of humus and the organo-mineral complexation of black soil were studied on the basis of long-term located experiment. The results showed that the contents of organic carbon in soil and heavy fraction and the quantity of organo-mineral complexation were increase with varying degrees under different treatments of longterm fertilization,the degree of organo-mineral complex was decrease in the same way.The contents of the loosely combined humus was richest,the contents of the stsbly combined humus was moderate,the contents of the tightly combined humus was the smallest in all fertilizer treatments.The content of theloosely combined humus,the stsbly combined humus and the ratio of loosely to tightly combined humus tended to increase and the content of loosely combined humus and ratio of loosely to stably combined humus tended to decrease under the fertilizer treatments.The fertility of soil under the chemical fertilizer treatment tended to increase in 0-20 cm layer and tended to decrease in 20-40 cm layer.The organic manure and chemical fertilizers treament improved of soil in the greatest extent,made the humus most active,the influence is stability in the two layers.The effects of the organo-mineral complexation under fertilization in 0-20 cm layer was greater than 20-40 cm layer and the effects of combined forms of humus under fertilization in 20-40 cm layer was greater than 0-20 cm layer.

long-term fertilization;black soil;combined forms of humus;degree of organo-mineral complex;different layer

S151.9

A

1005-9369（2014）08-0020-07

2013-09-26

国家自然科学基金（41171244）；黑龙江省自然科学基金（ZD201113）；公益性行业农业科研专项（201303126）；国家科技支撑计划（2013BAD07B01）

迟凤琴（1963-），女，研究员,博士，研究方向为土壤肥力。E-mail:fqchi2013@163.com

时间2014-7-18 15:04:44[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140718.1504.013.html

迟凤琴,蔡姗姗,匡恩俊,等.长期施肥对黑土有机无机复合度及结合态腐殖质的影响[J].东北农业大学学报,2014,45(8):20-26.

Chi Fengqin,Cai Shanshan,Kuang Enjun,et al.Effect of long-term fertilization on the organo-mineral complexation and the combined forms of humus of black soil[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(8):20-26.(in Chinese with English abstract)