雞糞與化肥不同配施方式對土壤有機碳及楊樹幼苗生長的影響

付海麗，邢尚軍，井大煒，馬海林，杜振宇，劉方春，朱亞萍

土壤有機碳是植物的養分來源和土壤微生物生命活動的能量來源，是表征土壤質量的關鍵指標之一［1］。施肥直接或間接地調控土壤有機質的輸入，一定程度上影響土壤有機碳的積累和礦化［2］。因此，研究土壤有機碳在施肥條件下的動態機制，對于實現土壤有機碳庫的正向培育具有重要意義。由于背景水平和自然水平的變異，土壤有機碳通常在短時間內發生較小的變化不易被察覺，而土壤活性有機碳可以作為有機碳庫變化的更為敏感的指標［3］。因為活性有機碳與土壤有效養分、土壤物理性狀、耕作措施等因素之間存在更密切的關系，近年來受到土壤肥料研究領域的重視。Lefroy等［4］研究也指出，能夠被333 mmol／l KMnO4氧化的有機碳稱作活性有機碳，并首次提出土壤碳庫管理指數（CPMI）的概念。CPMI由于結合了土壤碳庫指標和土壤碳庫活度指標，既反映外界管理措施對土壤有機碳總量的影響，也反映了土壤有機碳組分的變化情況。目前，在土壤有機碳的累積和礦化方面，國內外已經開展了大量研究，但是多數研究集中在長期定位施肥體系下的累積效應，而揭示短期施肥對土壤有機碳的影響，更有利于施肥措施的調整和優化。

雞糞是植物生產中優質的有機肥，富含氮、磷、鉀等植物所必需的養分，較其它家畜家禽糞便其養分含量居于首位［5］。利用雞糞生產制成的有機肥和有機無機復合肥對農作物增產明顯。據統計，在西瓜、茶葉、大白菜等作物上施用雞糞有機肥，增產幅度在15%～25%之間［5］。在果蔗上長期施用雞糞有機肥，可以改變土壤結構，使板結的土壤松化，增加透氣性和保肥性［6］。因此，雞糞在農業生產中得到越來越廣泛的應用。然而，雞糞用于人工林施肥方面的研究報道還不多見。隨著規模化養殖業的迅猛發展，我國畜禽糞便年產量已近3.0×109t［7］。據世界糧農組織統計，2004年我國雞飼養量已占到全世界的24%［8］，為林業生產提供了肥源保證。為此，本研究通過盆栽試驗模擬的方法，以山東省林科院試驗苗圃的潮土為研究對象，探討雞糞與化肥不同配施處理對土壤有機碳、活性有機碳、碳庫管理指數及楊樹幼苗生長的影響，為提高土壤質量管理和增強林業固碳減排潛力提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設在山東省林業科學研究院試驗苗圃內，供試土壤為潮土，土壤速效氮含量為27.96 mg／kg，速效磷含量為26.52mg／kg，速效鉀含量為79.00mg／kg，有機質含量為6.83g／kg。供試雞糞有機肥為濟寧三環化工有限公司提供，N，P2O5和K2O含量分別為1.22%，1.33%和2.71%，有機碳含量為140.26mg／kg，活性有機碳含量為75.81 mg／kg；所用化肥為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。楊樹扦插苗品種為I－107歐美楊，接穗長15～16cm，莖粗2cm，重量25～27g。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，隨機區組設計，設5個處理：CK（不施肥）；N100（100%的氮由尿素提供）；M10N90（10%的氮由雞糞有機肥提供，90%的氮由尿素提供）；M30N70（30%的氮由雞糞有機肥提供，70%的氮由尿素提供）；M50N50（50%的氮由雞糞有機肥提供，50%的氮由尿素提供）。每個處理8盆，共計40盆。除CK外，各處理均為等養分量，N，P和K含量分別為3.55，1.94，3.94g［9］，各處理P和 K 不足部分分別用過磷酸鈣、氯化鉀補足。試驗用盆為購自市場的棱柱型塑料盆，盆高20cm，邊長30cm。于2011年4月13日盆栽試驗時，將肥料與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土10.5kg。

1.3 測定項目與方法

在2011年10月16日（落葉前），分別用游標卡尺和卷尺測定楊樹幼苗的地徑和苗高；然后用自制土鉆取土面至盆底土壤，自然風干過1mm篩。

土壤總有機碳的測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法［10］；活性有機碳的測定參考徐明崗等［11］的方法；非活性有機碳含量為總有機碳和活性有機碳含量之差。

以試驗開始前未經處理的土樣相互混合作為參考土壤，其總有機碳含量為14.25g／kg，活性有機碳含量為4.01g／kg，土壤碳庫管理指數的計算方法為：

碳庫指數（CPI）＝樣品全碳含量／參考土壤全碳含量

碳庫活度（A）＝活性碳含量／非活性碳含量碳庫活度指數（IA）＝樣品碳庫活度／參考土壤碳庫活度

碳庫管理指數（CPMI）＝碳庫指數×碳庫活度指數×100＝CPI·IA×100。

1.4 數據處理

采用SPSS 17.0軟件進行數據統計分析，采用單因素方差分析（one－way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理組間的差異，顯著性水平設定為α＝0.05。

2 結果與分析

2.1 不同配施處理對土壤總有機碳的影響

外源有機質的輸入是土壤有機碳含量增加的主要途徑之一，不同施肥措施對土壤有機碳含量有顯著影響（圖1），同CK相比，N100，M10N90，M30N70和 M50 N50處理的有機碳含量分別提高了8.01%，9.72%，16.77%和23.82%，差異均達到顯著水平，可見各施肥處理均顯著提高了土壤有機碳含量，但以配施雞糞處理的效果更好。其原因主要在于施肥能促進楊樹苗的生長，提高楊樹苗地上部固碳能力及生物產量，并刺激根系分泌物的生成，增加根茬碳歸還土壤，為有機碳的積累提供了基礎［12］。而本身作為土壤有機碳的前身，雞糞有機肥的施用對土壤有機碳的增加效果更好［13］。這與林明月等［14］對喀斯特地區牧草固碳的研究結果一致。各施肥處理中，在減少化肥的情況下，M50N50處理的土壤有機碳含量最高，其次是M30 N70處理，分別比N100處理提高了14.64%和8.11%，差異達到顯著水平；而M10N90與N100處理差異不顯著。這表明隨著雞糞有機肥所占比重的增加，土壤有機碳含量也呈遞增的趨勢。這一方面可能是由于雞糞有機肥比例的增加，帶入了更多的有機質；另一方面可能是由于雞糞與化肥以1∶9和3∶7比例搭配，相比5∶5比例搭配能更明顯地降低土壤的C／N比，使土壤微生物活性提高更快，從而導致有機碳的礦化分解加快［15］。

圖1 不同處理對土壤有機碳含量的影響

2.2 不同配施處理對土壤活性有機碳和非活性有機碳的影響

不同處理對土壤活性有機碳和非活性有機碳含量的影響如圖2所示。由圖2可以看出，雞糞與化肥配施處理的活性有機碳含量均顯著高于CK和N100處理，而N100處理的活性有機碳含量低于CK，但未達到顯著差異。在配施雞糞處理中，M30N70處理的活性有機碳含量最高，分別比CK，N100，M10N90和M50N50處理提高了38.95%，47.36%，14.93% 和7.14%，差異均達到顯著水平。N100處理的非活性有機碳含量顯著高于M10N90處理，可見，M10N90和N100處理的總有機碳含量雖然差異不顯著，但N100處理的土壤總有機碳含量升高主要是由于其提高了土壤非活性有機碳含量的緣故，而配施雞糞有機肥處理其總有機碳和活性有機碳含量均明顯升高，表明配施有機肥不僅能提高土壤有機碳含量，而且能改善土壤有機碳的質量，從而提高土壤的綜合生產力。此外，不同處理間，土壤活性有機碳含量的變化幅度較總有機碳大，說明活性有機碳對施肥措施的響應較為敏感，有助于指示或預警土壤質量的變化［16］。

圖2 不同處理對土壤活性和非活性有機碳含量的影響

2.3 不同配施處理對土壤碳庫管理指數的影響

由表1所示，不同有機無機配肥對CPI的影響趨勢與對有機碳含量的影響相似。M30N70處理的碳庫活度（A）最高，分別比CK，N100，M10N90和 M50N50處理提高了30.65%，57.34%，13.68%和22.34%，差異均達到顯著水平；IA和CPMI的變化趨勢相似：M30N70處理的IA和CPMI均是最高，并顯著高于其它處理，其中，CPMI分別比N100，M10N90和 M50N50處理提高了65.49，26.74和20.22；而 N100處理的IA和CPMI均顯著低于其它處理。由此可見，雞糞與化肥配施對于提高土壤碳庫指數、碳庫活度、碳庫活度指數和碳庫管理指數較單施化肥更具有積極意義，其中雞糞與化肥以3∶7比例搭配的效果最顯著。

2.4 不同配施處理對楊樹幼苗地徑和苗高生長的影響

不同有機無機配比處理對楊樹幼苗地徑和苗高生長的影響差異顯著（圖3）。由圖3可以看出，地徑和苗高的變化規律基本一致。各施肥處理相比對照均顯著增加了楊樹幼苗的地徑和苗高。在施肥處理中，配施雞糞有機肥處理的地徑和苗高均顯著高于單施化肥處理。而在配施雞糞的3個處理中，M30N70處理的地徑和苗高均是最高，其中地徑分別比CK，N100，M10N90和 M50N50處 理 增 加 了 43.75%，21.46%，11.03% 和 10.02%，而 苗 高 分 別 增 加42.93%，19.45%，10.09%和8.16%，差異均達到顯著水平。可見，在雞糞有機肥與化肥的不同配施處理中，隨著雞糞有機肥所占比例的增加，地徑和苗高呈先升高后降低的趨勢。因此，楊樹幼苗的生長取決于雞糞有機肥與化肥的配施比例。

表1 不同處理對土壤碳庫管理指數的影響

圖3 不同處理對楊樹幼苗地徑和苗高生長的影響

2.5 地徑、苗高與有機碳庫指標的相關性分析

表2顯示了楊樹幼苗地徑、苗高生長與有機碳庫指標之間的相關關系及其相關系數。由表2可以得出，土壤總有機碳與活性有機碳含量存在顯著的相關性（p＜0.05），說明總有機碳與活性有機碳存在轉化關系；活性有機碳與碳庫管理指數呈極顯著相關（p＜0.01），與苗高、地徑呈顯著相關（p＜0.05）；碳庫管理指數與地徑、苗高呈顯著相關（p＜0.05）。由此可見，活性有機碳和碳庫管理指數與楊樹幼苗生長存在顯著的相關性，并且相關系數明顯大于總有機碳，表明活性有機碳含量變化與楊樹幼苗生長和碳庫管理指數的關系更為密切，同時也能說明碳庫管理指數能夠指示土壤肥力水平的變化。

表2 楊樹幼苗地徑、苗高生長與有機碳庫指標的相關性分析

3 結果討論

土壤有機碳是土壤的一個重要養分庫和土壤微生物的能量庫，也是評價土壤肥力的重要指標。本研究結果認為，隨著雞糞有機肥所占比例的增加，土壤有機碳含量呈遞增的趨勢，這與Landgraf等［17］和孫天聰等［18］對不同土壤長期觀測的結果基本一致。一般研究認為，少量有機肥施入也直接向土壤輸入了外源有機質，所以亦能提高土壤有機碳含量［19］，而本試驗中M10N90處理的有機碳含量與單施化肥處理差異不顯著，這可能與雞糞在土壤中分解較快有關。因此，短期內少量施加雞糞有機肥不能達到顯著增加土壤有機碳含量的目的。然而，隨著雞糞施用量的增加，土壤中的有機碳含量也顯著增加，表明短期內適量增施雞糞對土壤有機碳含量有明顯的影響，這與趙紅等［20］對牛糞在黑土上的研究結果一致。

土壤活性有機碳是指土壤中有效性較高，易被土壤微生物分解利用，這部分有機碳是植物養分的最直接供應者，它在指示土壤質量和土壤肥力的變化時比總有機碳更靈敏，能夠更準確、更實際地反映土壤肥力和土壤物理性質的變化。徐明崗等［21］對土壤活性有機碳庫的研究表明，單施有機糞肥或有機糞肥和化肥配施都能明顯提高土壤中活性有機碳的含量。本試驗中，M50N50處理的土壤活性有機碳含量明顯低于M30N70處理，可能是因為雞糞施入量過大，使C／N比增加，導致氮含量低而不能為微生物提供足夠的氮源，所以在施入雞糞高出一定比例后其活性有機碳含量不增反減，該結果與Gong等［19］的研究結果不一致，這可能與試驗周期、土壤類型和取樣時間等因素的差異有關。本試驗還得出，N100處理的非活性有機碳含量明顯增加，這可能是由于單施化肥能提高難氧化有機碳含量［22］，增加土壤有機碳的氧化穩定性，但使土壤微生物量碳、水溶性有機碳和輕組有機碳等活性有機碳的含量顯著降低［23］。徐明崗等［21］和張璐等［24］在紅壤上的研究也得出了相似的結論。由此可見，適量的配比有機無機肥料有助于土壤總有機碳和活性有機碳含量的升高。

本研究主要分析了雞糞與化肥以不同比例配施情況下不同形態碳在較短時期內的變化，因此，采用Blair等［25］提出的比較敏感的碳庫管理指數（CPMI）來衡量土壤有機碳的改變。本試驗得出，單施化肥處理的CPMI顯著低于配施雞糞有機肥處理，并且碳庫指數和碳庫活度指數也較低，這與宇萬太等［26］在潮棕壤上的研究結果一致。同時，單施化肥處理的CPMI明顯低于對照和參考土壤，這與前人在潮土上的相關研究稍有不同，徐明崗等［11］研究結果表明，單施化肥處理的CPMI低于參考土壤，但顯著高于對照，造成這些結果的差異可能與試驗地原初有機質含量、施肥水平和施肥持續時間長短等不同因素有關，具體原因還有待于進一步深入研究。本研究還得出，在配施雞糞有機肥的處理中，M30N70處理的活性有機碳含量和CPMI均顯著高于其它處理，這可能是由于雞糞與化肥以3∶7比例搭配更好地調節了土壤C／N比，并能較好地改善土壤理化性狀，為微生物的生長創造了一個良好的環境，從而有利于活性有機碳的生成，并提高了土壤的CPMI值。相關性分析表明，土壤活性有機碳與總有機碳、碳庫管理指數以及楊樹幼苗的地徑、苗高生長存在極顯著或顯著的相關關系，表明活性有機碳能夠很好地反映土壤肥力特性。吳小丹等［27］研究發現，在施肥措施的影響下，土壤活性有機碳和碳庫管理指數的變化幅度明顯大于土壤總有機碳，并且作物產量與碳庫管理指數的相關性達到顯著水平，碳庫管理指數能作為評價土壤質量的指標，邵月紅等［28］的研究也有相似的觀點。

4 結論

M30N70和M50N50處理的有機碳含量分別比N100處理提高8.11%和14.64%；M30N70處理的活性有機碳含量和碳庫管理指數均為最高，其中活性有機碳含量分別比 N100，M10N90和 M50N50處理提高了47.36%，14.93% 和 7.14%，CPMI分 別 提 高 了65.49，26.74和20.22，差異均達到顯著水平；同時，M30N70處理對楊樹幼苗地徑和苗高生長的提高幅度最大。土壤活性有機碳與總有機碳、楊樹苗的地徑和苗高顯著相關，與CPMI極顯著相關；CPMI與地徑、苗高顯著相關，能夠指示土壤生產力的變化。由此可見，雞糞與化肥的不同配比對土壤有機碳、活性有機碳、碳庫管理指數及楊樹幼苗的生長均有顯著影響，其中雞糞與化肥以3∶7比例配施的作用效果最佳。

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