施肥對梨園土壤團聚體中有機碳和土壤養分的影響

關鍵詞：施肥；梨園土壤團聚體；土壤有機碳；土壤養分

團聚體是土壤的重要組成部分和基本結構單元，是由土壤顆粒膠結形成的粒狀或小團塊狀結構體。它們通過微團聚體形成和大團聚體周轉的相互作用幫助維持土壤的穩定性，并通過改善土壤結構增加植物的養分供給。有機碳作為土壤團聚體的主要膠結物質，是土壤養分的重要來源和土壤質量評價的重要指標。土壤有機碳由于其固有的化學性質，在土壤肥力、植物生產力、生物多樣性、生態環境可持續性和全球氣候變化等方面發揮著基礎性作用，是團聚體形成和保持穩定性的重要因素之一，其主要由芳香族化合物、木質素、脂類、含氮化合物、酚類和多糖等生化成分組成。此外，受土地利用方式、耕作和施肥等因素的影響，有機碳含量與土壤團聚體含量密切相關。不同粒級團聚體養分含量對于土壤養分循環、團聚體的形成和破壞以及土壤肥力保持具有重要意義。有研究表明，施肥影響土壤團聚體的形成和穩定，進而導致土壤團聚體中養分分布的差異。施用有機肥能顯著增加耕層土壤的各碳組分含量，若土壤中長期不施肥或僅施無機肥，不僅會影響土壤結構與功能還會導致土壤有機碳含量下降。劉恩科研究表明，化肥與廄肥配施可提高各粒級團聚體的養分含量：邢旭明研究得出，有機肥和無機肥配施可提高土壤各粒級團聚體中有機碳、全氮、全磷和全鉀含量，且在各粒級中含量不同，其中大團聚體中居多。目前關于施肥對土壤養分含量影響的研究報告較多，而有關施用不同種類肥料對土壤不同粒級團聚體有機碳和全量養分含量的研究較少。因此，本試驗以庫爾勒市阿瓦提鄉梨園土壤為研究對象，探究4種施肥處理對梨園不同土層土壤團聚體有機碳和全量養分含量的影響，以期為梨園土壤生態環境改善提供理論依據，為后續梨園施肥策略提供參考。

1材料與方法

1.1試驗區概況及材料

試驗于2019年在新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市阿瓦提鄉梨園（86°24'E，41°37'N，海拔912m）進行。該地屬于暖溫帶大陸干旱性氣候，總日照時數2990h，平均無霜期為210d，年平均氣溫11.4℃，最低氣溫-28℃年均降水量59mm，最大蒸發量2788.2mm。梨園耕層土壤有機質含量18.32g/kg、堿解氮40mg/kg、速效磷13.8mg/kg、速效鉀187.5mg/kg，pH值8.85。

梨園庫爾勒香梨樹齡為20年生，梨樹株行距為4.0mx5.0m，栽植約390株/hm2。供試生物有機肥為新疆美麗擴科達拉農業科技有限公司生產的液態生物有機肥，主要成分含量：有機質≥300g/L、有效活菌數0.5億CFU/L、N+P202+K20≥60g/L、Fe2+2n2+≥20g/L、Ca2+≥50g/L;無機肥：尿素（N46%）、磷酸二銨（N18%，P205 46%）、硫酸鉀（ K20 52%）。

1.2試驗設計及方法

試驗采用隨機區組設計，設置4個處理，分別為不施肥（CK）、單施無機肥（H）、無機肥+生物有機肥配施（HS）、單施生物有機肥（S），具體施肥用量見表1。每處理選擇5棵梨樹，重復3次。于2019年1 1月果實采摘后將各處理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%。施肥方式采用環狀溝施，單獨灌水，其他管理措施與當地習慣一致。

1.3土壤樣品采集

于2020年9月在小區內隨機選取代表性梨樹3株，避開施肥點，在距離樹干100cm處設置采樣點，挖取長60cm、寬50cm、深70cm的土壤剖面，分別取0～20、20～40、40～60cm三個土層的原狀土樣，裝入硬質塑料盒帶回實驗室。將采集的土壤樣品在室內沿自然結構輕輕掰成直徑約1cm的小土塊，除去植物殘體、小石塊以及蚯蚓等物體后，用沙維諾夫干篩法分離出gt;2mm、0.25～2mm、0.053～0.25mm、lt;0.053mm土壤團聚體顆粒，用于測定各粒級團聚體有機碳及全量養分含量。

1.4測定指標及方法

土壤指標的分析方法參照文獻，土壤全氮采用HCl04-H2 S04消煮一凱氏定氮法測定，全鉀采用HCl04-H2 S04消煮一火焰光度法測定，全磷采用HCl04-H2S04消煮一鉬銻抗比色法測定，土壤有機碳采用重鉻酸鉀容量法一外加熱法測定。

1.5數據處理與分析

試驗數據采用SPSS 20.0軟件進行統計和分析，采用單因素方差分析（ANOVA）進行顯著性檢驗，采用鄧肯氏法進行多重比較，使用Origin 2021軟件繪圖。

2結果與分析

2.1不同施肥處理對梨園土壤有機碳含量的影響

由表2可知，不同土層各處理不同粒級土壤團聚體有機碳含量有明顯差異。0～20cm土層中，不同粒級間比較，對照（CK）gt;2mm土壤團聚體有機碳含量最高，達20.56g/kg，HS和S處理lt;0.053mm土壤團聚體有機碳含量均最高，分別達19.54g/kg和14.24g/kg；HS較H、S處理顯著提高lt;0.053mm團聚體有機碳含量，增幅分別為16.59%、37.22%。20～40cm土層中，CK、H和HS施肥處理下lt;0.053mm團聚體有機碳含量均高于gt;2mm（Plt;0.05）、2～0.25mm、0.25～0.053mm團聚體：在lt;0.053mm團聚體中，HS處理的有機碳含量較CK、H、S分別顯著提高18.60%、67.74%、53.91%。40～60cm土層中，S處理下lt;0.053mm團聚體有機碳含量顯著高于其他粒級團聚體，HS處理下gt;2mm團聚體有機碳含量最高，達10.42g/kg．lt;0.053mm團聚體有機碳含量較低。HS處理下不同粒級團聚體（2～0.25mm除外）有機碳含量各土層表現為0～20cmgt;20～40cmgt;40～60cm。

2.2不同施肥處理對梨園土壤全量養分含量的影響

2.2.1對梨園土壤全氮含量的影響由圖1可知，不同施肥處理對梨園土壤團聚體全氮含量的影響差異明顯。0～20cm土層中，CK土壤各粒級團聚體全氮含量無顯著差異：H處理全氮含量隨著團聚體粒徑的減小而增加，0.25～0.053mm和lt;0.053mm團聚體全氮含量達到最高，均為0.39g/kg；HS處理下gt;2mm、0.25～0.053mm團聚體全氮含量最高，均為0.25g/kg，較lt;0.053mm團聚體增加127.27%，差異達顯著水平；S處理團聚體全氮含量隨粒徑的減小呈先降低后增加趨勢，gt;2mm團聚體全氮含量最高，達到0.39g/kg，0.25～0.053mm團聚體全氮含量最低，僅為0.05g/kg。

20～40cm土層中，CK的lt;0.053mm團聚體全氮含量最高，為0.67g/kg，顯著高于其他粒級，0.25～0.053mm團聚體全氮含量最低，為0.09g/kg，gt;2mm和2～0.25mm團聚體全氮含量無顯著差異；H處理下gt;2mm團聚體全氮含量最高，但僅與lt;0.053mm團聚體差異顯著：HS處理下lt;0.053mm團聚體全氮含量最高，為0.25g/kg，顯著高于其他粒級團聚體：S處理各粒級團聚體全氮含量差異均不顯著。

40～60cm土層中，CK土壤全氮含量主要集中在gt;2mm和lt;0.053mm團聚體中，0.25～0.053mm團聚體含量較低，與其他粒級團聚體差異顯著。H處理lt;0.053mm團聚體全氮含量最低，顯著低于其他粒級，其他粒級間全氮含量無顯著差異。HS處理在lt;0.053mm團聚體中含最高，為0.18g/kg。

HS處理各粒級團聚體全氮含量均無顯著差異。HS處理下gt;2mm團聚體全氮含量隨土層的加深而減少，其中以0～20cm土層含量最高，為0.25g/kg，較20～40cm和40～60cm土層差異顯著，增幅為38.89%和127.27%。S處理下20～40、40～60cm兩個土層0.25～0.053mm團聚體全氮含量最高，均為0.25g/kg。

2.2.2對梨園土壤全磷含量的影響如圖2所示，0～20cm土層各處理lt;0.053mm團聚體中全磷含量均最高，顯著高于其他粒級團聚體。HS處理的gt;2mm、2～0.25 mm、0.25～0.053mm和lt;0.053mm團聚體全磷含量較S處理分別增加9.76%、12.82%、7.50%、10.87%;S處理2～0.25mm團聚體全磷含量最低，顯著低于其他粒級團聚體。

20～40cm土層中，各處理lt;0.053mm團聚體全磷含量均顯著高于其他粒級。CK土壤2～0.25mm團聚體中全磷含量顯著高于gt;2mm和0.25～0.053mm團聚體；H處理下團聚體全磷含量（除lt;0.053mm團聚體外）各粒級間無顯著差異：HS處理下隨著團聚體粒徑的減小全磷含量總體呈增加趨勢，lt;0.053mm團聚體最高，為0.50g/kg·gt;2mm團聚體最低，為0.33g/kg，顯著低于其他粒級：S處理下各粒級團聚體全磷含量變化與HS處理基本一致，lt;0.053mm團聚體全磷含量最高，為0.49g/kg，gt;2mm團聚體最低，為0.35g/kg。

40～60cm土層中，各施肥處理團聚體全磷含量隨粒徑的減小均呈現先增加后降低再增加的變化趨勢。CK土壤0.25～0.053mm團聚體全磷含量低于其他粒級，為0.39g/kg，lt;0.053mm團聚體最高，為0.54g/kg;H和HS處理下gt;2mm團聚體中全磷含量均為最低，顯著低于其他粒級，lt;0.053mm團聚體最高，分別為0.43、0.42g/kg；S處理下lt;0.053mm團聚體全磷含量最高，達到0.50g/kg，0.25～0.053mm團聚體全磷含量最低，為0.32g/kg。

綜上看來，隨著土層加深各處理不同粒徑團聚體全磷含量均為降低趨勢。

2.2.3對梨園土壤全鉀含量的影響由圖3看出，不同施肥處理對梨園土壤團聚體全鉀含量影響顯著。0～20cm土層中，CK、H、HS處理下lt;0.053mm團聚體全鉀含量分別較gt;2mm團聚體顯著高出40.50%、26.14%、13.18%，較2～0.25mm團聚體顯著高出20.33%、31.29%、35.17%，較0.25～0.053mm團聚體顯著高出86.99%、57.55%、68.80%。S處理下2～0.25mm和lt;0.053mm團聚體全鉀含量差異不顯著，但均顯著高于gt;2mm、0.25～0.053mm團聚體。

20～40cm土層中，CK土壤各粒級團聚體全鉀含量差異顯著，其中lt;0.053mm團聚體全鉀含量最高，0.25～0.053mm團聚體最低：H處理下gt;2mm和lt;0.053mm團聚體全鉀含量較高，二者差異不顯著但均顯著高于其他粒級：HS處理下gt;2mm團聚體全鉀含量最高，較CK提高66.54%，顯著高于其他粒級，其次是2～0.25mm和lt;0.053mm團聚體，0.25～0.053mm團聚體全鉀含量最低，顯著低于其他粒級：S處理下gt;2mm和2～0.25mm團聚體全鉀含量較高，二者差異不顯著但均顯著高于其他粒級，gt;2mm團聚體中全鉀含量最高，為4.89g/kg．0.25～0.053mm團聚體中含量最低，為2.62g/kg。

40～60cm土層中，CK、H處理土壤全鉀含量在lt;0.053mm團聚體中最高，分別為4.20、3.74g/kg，最低在0.25～0.053mm團聚體中，分別為2.09、2.35g/kg;HS、S處理gt;2mm團聚體全鉀含量最高，分別為3.49、4.12g/kg，0.25～0.053mm團聚體最低，分別為2.28、2.01g/kg，HS處理較CK顯著增加了gt;2mm團聚體中全鉀含量，增幅為20.34%。綜上，CK和H處理團聚體全鉀含量主要集中在lt;0.053mm團聚體中，而HS和S處理團聚體全鉀含量主要集中在gt;2 mm團聚體中，但4個處理全鉀含量最低均出現在0.25～0.053mm團聚體中。

3討論

團聚體是土壤有機碳的主要儲存場所，有機碳是團聚體形成過程中的重要膠結物質，是土壤養分最主要的來源，也是評價土壤質量的重要指標。它能改善土壤物理性質，從而使土壤疏松，形成穩定的土壤結構。

劉恩科研究表明，lt;0.25mm團聚體有機碳含量顯著高于其他粒級團聚體，從gt;5mm至0.25～0.5mm．團聚體粒徑減小，有機碳含量增加，以0.25～0.5mm團聚體有機碳含量較高。本研究結果與之相似，在0～20、20～40cm土層中，HS處理下lt;0.053mm團聚體有機碳含量顯著高于其他粒級團聚體，團聚體粒徑越小有機碳含量越高。Li等研究得出，有機碳含量隨團聚體粒徑的增大而增加，大團聚體較微團聚體高，表明土壤有機碳庫與水穩性團聚體之間關系密切。本研究中0～20cm土層CK與40～60cm土層HS處理下gt;2mm團聚體有機碳含量變化與上述結論一致。李輝信等通過對不同施肥處理下紅壤團聚體有機碳分布研究發現，團聚體粒徑越大，有機碳含量越低，這可能與土壤本身特性有關，不同土壤中團聚體形成的膠結物質數量和種類有很大差異。綜上，施肥可以增加各粒級團聚體土壤有機碳含量，但由于不同肥料在不同土壤中的分解速率和殘留量上的差異，導致不同施肥處理下同一粒級團聚體中有機碳含量不同。

土壤全氮是衡量土壤肥力水平的重要指標之一，可以反映土壤氮儲量。土壤全氮含量受多種因素影響，本研究中不同施肥處理對不同粒級團聚體全氮含量影響顯著，0～20cm土層HS與S處理和20～40、40～60cm土層H處理下gt;2mm團聚體全氮含量均最高，這與高強等的研究結果一致，表明大團聚體對于土壤全氮具有一定的富集和保護作用。土壤團聚體全氮含量分布除受施肥影響外，還受土壤深度的影響。本研究中，HS處理下，0～20cm土層gt;2mm團聚體全氮含量高于其他粒級，而在20～40、40～60cm土層恰好相反，原因可能是由于有機肥進入土壤，通過破碎和分解先與大粒級團聚體結合。邢旭明研究表明，不同施肥處理的全氮含量與gt;2mm和gt;0.05mm粒級團聚體含量呈正相關，本研究中0～20cm土層HS處理與該研究結果一致，無機肥+生物有機肥可以顯著提高0～20cm土層gt;2mm團聚體全氮含量。施肥影響土壤團聚體的形成和穩定性，從而影響土壤團聚體養分分布：隨土壤穩定性降低，土壤全氮含量也會降低。

本研究表明，各處理不同土層土壤團聚體全磷含量均在lt;0.053mm團聚體中最高，團聚體粒徑愈小全磷含量愈高。這與李戀卿等研究的全磷含量在小粒徑微團聚體中較高，隨著粒徑的增大全磷含量呈下降趨勢的結論一致。隨著土層的加深不同粒級團聚體全磷含量隨之減少，表明團聚體全磷含量受土層深度影響，該結果與張建軍等的研究結果一致。

何瑞清、梁愛珍等研究表明，不同粒級土壤團聚體的分布會影響鉀含量的分布，隨著粒徑增大，全鉀含量在各粒級團聚體中的分布有所不同。本研究得出，在不同土層中，HS處理對gt;2mm團聚體全鉀含量影響顯著，大團聚體鉀含量高可能是由于在有機膠結劑作用下形成的膠結物質中包含富含鉀的植物根系和殘體等有關。王晟強在研究植茶年限對土壤團聚體氮、磷、鉀含量變化上也得出相似的結論。本研究中HS處理除0～20cm土層中lt;0.053mm團聚體全鉀含量最高外，20～40、40～60cm土層gt;2mm團聚體全鉀含量均顯著高于CK和H處理。其主要原因可能是由于土壤大團聚體所占比例較高有關。

4結論

隨著土壤團聚體穩定性的提高，有機碳含量也相應增加，無機肥+生物有機肥處理（HS）較不施肥對照（CK）、單施無機肥（H）、單施生物有機肥（S）顯著提高了20～40cm土層lt;0.053mm團聚體有機碳含量，增幅分別為18.60%、67.74%、53.91%。0～20cm土層．HS處理全氮含量在gt;2mm和0.25～0.053mm團聚體中居多．隨著土層加深，全氮含量在lt;0.053mm團聚體中較高：不同施肥處理全磷含量主要集中在lt;0.053mm團聚體中，隨著土層加深全磷含量降低，各處理間無顯著差異：0～20cm土層中，CK、H、HS處理下全鉀含量均在lt;0.053mm團聚體中最高，隨著土層加深HS處理下全鉀含量在gt;2mm團聚體中較高，HS較CK提高了20～40cm和40～60cm土層gt;2mm團聚體中全鉀含量，增幅為66.54%和20.34%。綜上，無機肥配施生物有機肥可提高梨園土壤團聚體有機碳含量和全量養分含量，改善土壤養分狀況，該結論可為庫爾勒梨園土壤科學施肥提供參考依據。