施磷對紫花苜蓿土壤呼吸速率及活性有機碳組分的影響

魏孔欽，趙俊威，張前兵

（石河子大學動物科技學院，新疆 石河子 832003）

紫花苜蓿（Medicago sativa）是一種主要分布在我國干旱和半干旱區的多年生優質豆科牧草，具有營養豐富、產量高、粗蛋白含量高和適應性強等特點［1］，其中在新疆的種植面積約占全國種植面積的1/5［2］。磷是限制紫花苜蓿生長發育最主要的礦物質元素之一［3］，在人工草地管理措施中，常通過施磷提高苜蓿產量和利用年限，但不合理的施肥會導致土壤質量下降［4］。土壤有機碳（soil organic carbon，SOC）不僅是土壤健康與肥力的重要指標［5］，也在土壤碳循環過程中發揮碳源和碳匯雙重效應［6］。施磷對土壤有機碳固存的影響主要表現為正效應［7］和負效應［8］兩種作用形式。研究表明，施磷可提高土壤養分有效性及微生物數量，促進土壤有機碳的積累［9］。同時，施磷對土壤有機碳礦化具有正激發效應，從而降低土壤有機碳固存［10］。也有研究表明，施磷影響了土壤有機碳降解基因的豐度，從而改變土壤有機碳的分解速率［11］。但也有研究發現，施磷可以改變土壤有機碳含量，但不改變土壤有機碳向土壤深處的遷移［12］。土壤活性有機碳在土壤有機碳庫中占比較低，但對土壤質量的早期變化更為敏感［13］。有研究發現，施磷提高土壤活性有機碳含量，降低土壤有機碳含量，進而影響土壤碳庫功能［14］。目前關于養分輸入對土壤有機碳及活性有機碳組分影響的研究結果并不一致，且以往研究多關注施氮對土壤有機碳的影響，關于施磷條件下土壤有機碳及其活性有機碳的變化規律尚不明確，因此，本研究探究施磷對紫花苜蓿土壤有機碳及其活性有機碳含量的影響。

土壤呼吸是土壤碳排放的主要途徑，土壤呼吸速率（soil respiration rate，RS）的高低影響土壤碳的固存，其主要包括異養呼吸和自養呼吸兩個生態學過程［15］。土壤呼吸速率受生態類型［16］、施磷水平［17］和環境因子［18］等的多重影響。研究表明，施磷可促進草地生態系統土壤呼吸速率，但施磷對異養呼吸速率的正向效應弱于自養呼吸速率［19］。施磷可提高凋落物分解速率，增加光合產物向植物地下部分運輸，進而提高土壤呼吸速率［20］。了解不同施磷量對紫花苜蓿土壤呼吸速率的影響，對提高土壤碳庫穩定性具有重要意義。因此，本試驗通過測定不同磷素水平下紫花苜蓿土壤呼吸速率、土壤有機碳及活性碳組分的變化趨勢，明確施磷對土壤呼吸速率及土壤碳固存的影響，以期為人工草地生態系統固碳減排和可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于新疆石河子市石河子大學節水灌溉試驗站（44°20′ N，88°30′ E），屬于溫帶大陸性干旱氣候。2021 年紫花苜蓿生長季節平均氣溫25 ℃，年均氣溫為8 ℃，年均日照時間為2770 h，全年無霜期為168～171 d，年降水量113～170 mm，紫花苜蓿生長季節平均降水量50 mm（多集中于6-8 月下旬）。試驗田土壤類型為灰漠土，0～20 cm 耕層土壤理化性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，設0（P0）、50（P1）、100（P2）和150 kg·hm-2（P3）4 種施磷水平，重復3 次。所用磷肥為磷酸一銨（含P2O5≥52%）。于2019-2021 年進行連續等量定位施肥試驗。磷肥在苜蓿返青后的分枝期及前3 茬刈割后5 d 左右隨水滴施，全年施肥4 次。

供試紫花苜蓿品種為WL366HQ，于2019 年4 月29 日進行人工條播，行間距為20 cm，播種深度為2 cm，播種量為1.8 g·m-2，小區面積為24 m2，每個小區之間均設置1 m 寬的人行通道，可有效隔絕小區間磷肥及水分的滲透。整個試驗期采用地下滴灌技術，按照苜蓿條播方向將內鑲式滴灌帶埋于地表10 cm 處，滴灌帶滴頭間距為20 cm，每個滴灌帶間距60 cm。在苜蓿返青后的分枝期和前3 茬刈割前8～10 d 和刈割后3～5 d 左右進行充分灌溉。各小區田間管理除施磷水平不一致外，其余均保持一致。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤呼吸速率測定 于2021 年紫花苜蓿生長季節，采用SRS—1000 便攜式土壤呼吸儀（LCi Portable Photosynthesis Systern，英國）測定土壤呼吸速率。將外徑為15 cm 和高度為7 cm 的2 個PVC 環小心插入每個小區地下5 cm 處，操作過程最大程度避免對紫花苜蓿地的破壞，保證PVC 環離地面高度2 cm。安裝完成后將PVC環內清理干凈，同時保證各樣地PVC 環高度和深度一致。在每茬刈割前后3 d 左右進行土壤呼吸速率測定。在測量前24 h，清理試驗地所有PVC 環內雜物，選擇在上午11：00 到下午14：00 進行測定，該時段土壤呼吸速率測量值能夠代表日平均值［21］。測量時，為降低表層土壤干擾，用玻璃膠在PVC 基座上涂一圈，達到密封效果。各小區每個采樣點記錄15 次重復，每次間隔為25 s。同時采用輪回測量來減少誤差。采用儀器自帶的靈敏溫度儀測量土壤5 cm 處溫度。同時在PVC 環附近采用5 點取樣法，用便攜式土壤濕度儀測量土壤水分。具體測定時間為2021 年5 月21 日、5 月28 日、6 月26 日、7 月3 日、7 月28 日、8 月4 日、9 月22 日 及10 月1 日。

1.3.2 樣品采集 于2021 年5-9 月采集土壤樣本，選擇每個小區內長勢一致的紫花苜蓿周圍土壤，同時避免靠近人行通道。每10 cm 為取樣深度，取0～60 cm 土層土樣，共6 個土層樣本。每個小區內設5 個采樣點，用直徑3 cm 的土鉆采集各土層的土壤樣本進行充分混合后分裝在2 個密封袋中，1 份立即放入裝有干冰的保溫箱中，用于測定土壤微生物生物量碳和溶解性有機碳；另1 份則直接裝入箱中，在實驗室中進行風干，去除枯枝和石礫后研磨，用于測定土壤有機碳、顆粒有機碳和易氧化有機碳。具體采樣時間為5 月23 日、6 月27 日、7 月30 日及9 月24 日。

1.3.3 土壤樣品測定 土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定［22］。土壤溶解性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）采用重鉻酸鉀法測定，土壤微生物生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）采用氯仿熏蒸-浸提法測定，土壤易氧化有機碳（easily oxidized organic carbon，EOC）采用KMnO4氧化法測定，顆粒有機碳含量（particulate organic carbon，POC）采用六偏磷酸鈉分離法測定［23］。

土壤活性有機碳組分有效率計算公式分別為［24］：

土壤活性有機碳組分敏感指數計算公式為［25］：

式中：以P0處理下土壤活性有機碳含量作為參考活性有機碳含量。

1.4 數據處理分析

苜蓿田土壤呼吸速率與土壤溫度的關系模型為［16］：

苜蓿田土壤呼吸的溫度敏感性系數（Q10）的計算公式為［16］：

式中：RS表示土壤呼吸速率（μmol·m-2·s-1），T 表示土壤溫度（℃），a、b為系數。

利用Microsoft Excel 2021 進行數據整理，利用SPSS 26.0 進行數據顯著性分析。用三因素方差分析（Threeway ANOVA）分析施磷水平、土層深度及茬次對土壤有機碳及其活性有機碳組分的影響。用單因素方差分析（One-way ANOVA）分析不同施磷處理對同一土層下土壤呼吸速率、土壤有機碳和土壤微生物生物量碳、溶解性有機碳、顆粒有機碳、易氧化有機碳含量的影響（P<0.05），采用Origin 2022 進行繪圖和相關性分析。利用Amos 24.0 軟件對施磷水平、土層深度及茬次對土壤有機碳、微生物生物量碳、溶解性有機碳、顆粒有機碳、易氧化有機碳的影響進行結構方程模型擬合分析。采用隸屬函數法，選取不同施磷處理下土壤有機碳及活性有機碳組分、土壤溫濕度及土壤呼吸速率共8 個指標進行最優處理評價，具體公式為：

式中：Xij表示第i個處理中第j項指標測定值；UX（+）和UX（-）分別表示正向和負向指標隸屬函數值；Ximax和Ximin分別為不同施磷處理下第j項指標的最大值和最小值。

2 結果與分析

2.1 不同施磷處理下土壤有機碳含量

施磷顯著影響土壤有機碳的變化，且隨土層深度和茬次變化（P<0.01，表2，圖1）。在同一土層中隨施磷量的增加，土壤有機碳含量呈增加趨勢，P3處理含量最高，且顯著大于P0處理（P<0.05）。與P0處理相比，P1、P2和P3處理下土壤有機碳平均含量分別提高了10.02%、16.99%和21.04%（圖1A）。各施磷處理下紫花苜蓿0～60 cm土層土壤有機碳含量隨深度增加而降低，均在0～10 cm 土層達到最大值，分別為13.56、14.16、14.95 和15.16 g·kg-1。各施磷處理下土壤有機碳在0～20 cm 土層含量占0～60 cm 土層土壤總有機碳含量的41.58%、39.54%、38.89%和38.35%。在0～20 cm 土層中，P2和P3處理下土壤有機碳含量顯著大于P0處理（P<0.05），但P0和P1處理間差異不顯著（P>0.05）。在20～40 cm 土層中，P3處理下土壤有機碳含量顯著大于P0處理（P<0.05），P0、P1和P2處理之間差異不顯著（P>0.05）。在40～60 cm 土層中，P1、P2和P3處理下土壤有機碳含量均顯著大于P0處理（P<0.05）。施磷處理下各茬次土壤有機碳含量大小依次為P3>P2>P1>P0處理。P0、P1和P2處理下土壤有機碳含量均在第4 茬達到最大值，在P3處理下土壤有機碳含量在第3 茬達到最大值（圖1B）。

圖1 不同施磷處理下土壤有機碳含量Fig.1 Soil organic carbon content under different phosphorus treatments

2.2 不同施磷處理下土壤活性有機碳組分含量

2.2.1 土壤顆粒有機碳含量 施磷顯著影響土壤顆粒有機碳含量，且隨土層深度和茬次變化（P<0.01，表2，圖2）。與P0處理相比，P1、P2和P3處理下土壤顆粒有機碳平均含量分別增加了11.52%、19.82%和31.24%（圖2A）。在0～40 cm 及50～60 cm 土層中，土壤顆粒有機碳含量隨施磷量的增加呈上升趨勢，在P3處理下達到最大值，在40～50 cm 土層中，土壤顆粒有機碳含量呈先增后減的趨勢，在P2處理下達到最大值。在0～40 cm 土層中，P3處理下土壤顆粒有機碳含量顯著大于P0、P1和P2處理（P<0.05）。在40～60 cm 土層中，P2和P3處理下土壤顆粒有機碳含量顯著大于P0和P1處理（P<0.05），但P2和P3處理之間差異不顯著（P>0.05）。施磷處理下各茬次土壤顆粒有機碳含量大小依次為P3>P2>P1>P0處理（圖2B）。其中P0和P3處理下土壤顆粒有機碳含量在第1 茬達到最大值，P1和P2處理下土壤顆粒有機碳含量在第2 茬達到最大。

圖2 不同施磷處理下土壤顆粒有機碳含量Fig.2 Soil particulate organic carbon content under different phosphorus treatments

2.2.2 土壤易氧化有機碳含量 土壤易氧化有機碳受施磷處理、土層深度、茬次及其交互作用的影響（P<0.01，表2，圖3）。隨施磷量的增加苜蓿田土壤易氧化有機碳含量呈增加趨勢，不同土層中均在P3處理下含量最高（圖3A）。各土層中P2和P3處理下土壤易氧化有機碳含量顯著大于P0處理（P<0.05）。在0～40 cm 土層中，P1處理下土壤易氧化有機碳含量與P0處理之間差異不顯著（P>0.05），同樣，P2和P3處理之間差異不顯著（除0～10 cm 外）。但在40～60 cm 土層中P1處理顯著大于P0處理（P<0.05），P3處理顯著大于P2處理（P<0.05）。在0～10 cm 及20～60 cm 土層中，P3處理下土壤易氧化有機碳含量顯著大于P1處理（P<0.05）。各茬次土壤易氧化有機碳含量均為P3>P2>P1>P0處理，P0、P1和P3處理下各茬次土壤易氧化有機碳含量呈先減后增的趨勢，在第1 茬土壤易氧化有機碳含量最高，在第3 茬時最低。P2處理下各茬次土壤易氧化有機碳含量呈先增后減的趨勢，在第2 茬達到最大值，在第4 茬含量最低（圖3B）。

圖3 不同施磷處理下易氧化有機碳含量Fig.3 Easily oxidized organic carbon content under different phosphorus treatments

2.2.3 土壤溶解性有機碳含量 施磷顯著影響土壤溶解性有機碳，且隨土層深度和茬次變化（P<0.01，表2，圖4）。施磷處理提高了紫花苜蓿0～60 cm 土層土壤溶解性有機碳含量（圖4A）。在0～20 cm 及40～60 cm 土層，土壤溶解性有機碳含量隨施磷量的增加呈上升趨勢，在P3處理下達到最大，且P1、P2和P3處理與P0處理差異不顯著（P>0.05）（除0～10 cm 土層外）。在20～40 cm 土層中，土壤溶解性有機碳含量隨施磷量的增加呈先增后減的趨勢，在P2處理達到最大。第1、2 和4 茬中土壤溶解性有機碳含量均為P3>P2>P1>P0處理。P0、P2和P3處理下各茬次土壤溶解性有機碳含量呈增加趨勢，在第4 茬含量最高，P2處理下各茬次土壤溶解性有機碳含量呈先增后減的趨勢，在第3 茬含量最高，第1 茬含量最低（圖4B）。

2.2.4 土壤微生物量碳含量 土壤微生物量碳受施磷處理、土層深度、茬次及其交互作用的顯著影響（P<0.01，表2，圖5）。施磷處理提高了紫花苜蓿田土壤微生物量碳含量（圖5A）。在0～10 cm 和40～60 cm 土層中土壤微生物量碳隨施磷量的增加而增加，在P3處理下達到最大。其中P2和P3處理顯著大于P0處理（P<0.05），但P1和P0處理之間差異不顯著（P>0.05）。在10～40 cm 土層中土壤微生物量碳隨施磷量的增加呈先增后減的趨勢，在P2處理下含量最高，P0處理含量最低。其中P2和P3處理顯著大于P0處理（P<0.05），但P1、P2和P3處理之間及P1和P0處理之間差異不顯著（P>0.05）。施磷處理下第1 和3 茬土壤微生物量碳含量大小順序為P3>P2>P1>P0處理，第2 和4 茬土壤微生物量碳含量高低為P2>P3>P1>P0處理。P0、P1和P3處理下各茬次土壤微生物量碳含量呈先增后減的趨勢，在第1 茬含量最低，第3 茬含量最高。P2處理下各茬次土壤微生物量碳含量呈增加趨勢，在第4 茬達到最大值（圖5B）。

2.3 不同施磷處理下土壤活性有機碳組分敏感指數及有效率的變化

紫花苜蓿0～60 cm 土層土壤微生物量碳、易氧化有機碳、溶解性有機碳和顆粒有機碳敏感指數均隨施磷量的增加而升高，在P3處理下活性有機碳敏感指數最高。不同施磷處理下，土壤微生物量碳、易氧化有機碳、溶解性有機碳和顆粒有機碳敏感指數的范圍分別為8.45%～55.90%、7.58%～61.04%、6.60%～24.26%、6.38%～45.05%。與P0處理相比，0～30 cm 土層敏感指數的整體變化表現為微生物量碳>易氧化有機碳>顆粒有機碳>溶解性有機碳，在30～60 cm 土層敏感指數的整體變化表現為易氧化有機碳>顆粒有機碳>微生物量碳>溶解性有機碳（圖6）。

圖6 不同施磷處理下土壤活性有機碳有效率及敏感指數Fig.6 Efficiency and sensitivity index of soil active organic carbon under different phosphorus treatments

施磷處理下土壤活性有機碳有效率在0～60 cm 土層變化規律并不一致，0～40 cm 土層顆粒有機碳有效率呈先增后減再增的趨勢，在P1處理下最大，在40～60 cm 土層中呈降低趨勢，在P0處理下最高。易氧化有機碳有效率在0～40 cm 土層也呈先增后減再增的趨勢，40～60 cm 土層呈先減后增的趨勢，0～30 cm 及40～60 cm 土層中P2處理下易氧化有機碳有效率最低，在30～40 cm 土層中P0處理下有效率最低。各施磷處理下溶解性有機碳有效率為1.46%～2.51%，在0～20 cm 土層中P2處理下溶解性有機碳有效率最低，20～40 cm 土層中P0處理下有效率最低，40～60 cm 土層中P3處理下有效率最低。微生物量碳有效率在0～40 cm 土層中呈先增后減趨勢，在40～50 cm 土層呈降低趨勢，在50～60 cm 土層呈先減后增趨勢，施磷處理下微生物量碳有效率為1.41%～2.67%。

2.4 不同施磷處理下土壤呼吸速率的變化

第1 和2 茬刈割前苜蓿田土壤呼吸速率隨施磷量增加而升高，均在P3處理下最高，其中P2和P3處理顯著高于P0處理（P<0.05）。在第3 茬，土壤呼吸速率呈先減后增再減的趨勢，僅P2處理下土壤呼吸速率高于P0處理，但差異不顯著（P>0.05）。P1和P3處理土壤呼吸速率顯著低于P0和P2處理（P<0.05）。第4 茬土壤呼吸速率呈先增后減的趨勢，在P2處理下達到最大值且P2處理顯著大于P0、P1和P3處理（P<0.05）。隨施磷量的增加，紫花苜蓿第1 和3 茬刈割后土壤呼吸速率呈先增后減的趨勢，在P2處理下最高且顯著大于P0和P3處理（P<0.05），第2 和4 茬刈割后呈先減后增再減的趨勢，在P2處理下最高且顯著大于P1和P3處理（P<0.05）。相同施磷條件下，各茬次苜蓿田刈割前后土壤呼吸速率差異顯著（除第1 茬P3處理外）（P<0.05）（圖7）。

圖7 不同施磷處理下土壤呼吸速率Fig.7 Soil respiration rate under different phosphorus treatments

2.5 不同施磷處理下土壤溫度敏感指數的變化

通過擬合土壤呼吸速率與土壤溫度指數模型可知，各施磷處理下擬合系數為0.715～0.996，擬合度較好。P0、P1、P2和P3處理下土壤呼吸速率的敏感性指數分別為2.096、1.916、1.973 和2.510（表3）。與P0處理相比，P1和P2處理降低了土壤呼吸的敏感性，P3處理提高了土壤呼吸的敏感性。

表3 土壤呼吸速率與溫度的擬合方程及溫度敏感性系數Table 3 Fitting equation of soil respiration rate and temperature and temperature sensitivity coefficient

2.6 土壤呼吸速率與土壤溫濕度的相關性分析

土壤呼吸速率和土壤溫度呈極顯著正相關（P<0.01），紫花苜蓿地土壤呼吸速率隨土壤溫度的升高而增加。用二次函數擬合土壤呼吸速率與土壤濕度的關系，結果表明，土壤呼吸速率與土壤濕度呈極顯著負相關（P<0.01），當土壤濕度較高時，土壤呼吸速率較低（圖8）。

圖8 土壤呼吸速率與土壤溫濕度相關性分析Fig.8 Correlation analyse between soil respiration and soil temperature and moisture

2.7 測定指標隸屬函數分析

各施磷處理下不同指標隸屬度、隸屬度平均值及排序如表4 所示，P3處理下的隸屬度平均值最大，為0.948，其次是P2和P1處理，隸屬度平均值分別為0.751 和0.360，P0處理下隸屬度平均值最小，為0.003。

表4 測定指標隸屬函數分析Table 4 Analysis of membership function of measurement index

2.8 土壤有機碳及活性有機碳組分變化的路徑分析

結構方程分析顯示，施磷對土壤有機碳的影響除直接效應外，也可通過對土壤易氧化有機碳、溶解性有機碳、顆粒有機碳和微生物量碳的間接效應而發揮作用。其中，土壤有機碳的積累主要受到施磷處理的直接效應，間接效應中主要受土壤微生物量碳的影響（圖9）。

圖9 土壤活性有機碳與土壤有機碳的結構方程模型Fig.9 Structural equation model of soil active organic carbon and soil organic carbon

3 討論

3.1 施磷對苜蓿田土壤有機碳含量的影響

植物碳輸入輸出過程影響土壤有機碳的動態變化，合理的施磷量可提高土壤有機碳含量，但高磷降低了土壤有機碳含量［26］。研究表明，磷肥提高了華北平原土壤有機碳含量，且0～20 cm 土層占總有機碳的34%～48%［7］，本研究中這一比例達到了38%～42%，表明施磷可有效提升土壤表層有機碳積累。本研究發現，施磷處理可提高苜蓿土壤有機碳含量，且在同一施磷條件下，土壤有機碳含量隨土層深度的增加而逐漸降低。這主要是由于施磷提高了土壤表層凋落物的質量和數量，使土壤獲得更多的碳源輸入［27］，進而增加土壤微生物生物量，提高土壤有機碳的固存［28］。但深層土壤的養分主要來源于上層土壤，從而使土壤出現明顯的表聚現象，土壤有機碳含量低于表層［29］。研究表明，施磷提高了紫花苜蓿光合速率，使紫花苜蓿根際光合產物含量增多［30］，進而使根系碳輸入增多，提高了土壤碳含量［31］。同時，施磷加劇了土壤微生物氮限制，改變了微生物群落結構，加速微生物對活性有機碳轉化，使土壤有機碳含量增加［32］。但也有研究發現，施磷可提高土壤真菌數量，加速土壤有機碳分解［13］。可能是由于氣候條件及凋落物輸入水平的差異性造成。相同施磷處理下，各茬次間土壤有機碳含量變化并不相同，這主要是由于氣候等自然條件及苜蓿刈割后產生較多落葉殘留［33］，進而影響碳輸出和輸入的動態變化。

3.2 施磷對苜蓿田土壤活性有機碳組分的影響

研究表明，施磷可促進微生物生長和提高胞外酶活性，進而使土壤活性有機碳含量增高［34］。本研究發現，施磷提高了紫花苜蓿各土層土壤溶解性有機碳、易氧化有機碳、微生物量碳和顆粒有機碳含量，且各活性有機碳組分含量在0～60 cm 土層中隨土層深度的增加而逐漸降低，這與施磷后草原生態系統土壤活性有機碳變化趨勢一致［35］。施磷提高了植物凋落物分解速率和根系對土壤的底物輸入量，為微生物提供了更多碳源，加速了土壤活性有機碳的積累［33］。土壤溶解性有機碳和易氧化有機碳極不穩定，在土壤中周轉速率快，易礦化流失［14］。本研究發現，施磷條件下各土層溶解性有機碳和易氧化有機碳含量分別提高了3.19%～24.26%及7.51%～61.04%。表明施磷條件下溶解性有機碳和易氧化有機碳的積累量大于分解量，進而提升碳存量［35］。土壤微生物量碳是土壤有機碳庫和微生物群落重要成分，更是土壤碳和養分循環的核心，其含量僅占土壤有機碳總量的1%，這一數值在土壤表層中可能略高［36］。本研究中，土壤微生物碳含量占土壤有機碳總量的1.41%～2.90%，說明施磷有益于苜蓿田土壤微生物量碳的積累。土壤顆粒有機碳受根系生物量和微生物殘體碳的共同影響［23］，本研究發現，顆粒有機碳含量隨施磷量增加而升高，在P3處理下達到最大。研究表明，高磷量可降低紫花苜蓿根系生物量［37］，但會提高土壤有效養分，進而產生更多的微生物殘體量［38］，說明在苜蓿人工草地生態系統中微生物殘體碳對土壤活性有機碳含量的貢獻大于根系生物量［39］。也有研究發現，施磷會降低殘體量對土壤有機碳的貢獻，這主要是由于施磷提高了分解酶活性和微生物豐度，加速殘體物的利用［40］。

3.3 施磷對苜蓿田土壤活性有機碳敏感指數及有效率的影響

土壤活性碳敏感指數反映不同活性有機碳組分對施磷水平響應程度。本研究中，土壤微生物量碳、易氧化有機碳、溶解性有機碳和顆粒有機碳敏感指數均隨施磷量的增加而呈上升趨勢。0～30 cm 土層微生物量碳對施磷的響應程度最高，因此土壤微生物量碳敏感指數可以用來指示新疆綠洲區紫花苜蓿土壤活性有機碳庫變化。土壤活性碳有效率表征土壤有機碳的穩定性［41］。土壤微生物量碳有效率在0～10 cm 土層呈增加趨勢，表明施磷提高了土壤有機碳的活性，但在10～20 cm 土層結果不一致［24］。顆粒有機碳及易氧化有機碳有效率在0～30 cm 土層呈先增后減趨勢。這是由于施磷提高了土壤有機碳及活性有機碳組分含量，但土壤活性有機碳在土壤有機碳庫中占比較低，降低了土壤活性有機碳對土壤有機碳庫的貢獻［42］，從而降低活性有機碳有效率。在40～60 cm 土層中，P1、P2和P3處理下活性有機碳組分有效率均低于P0處理，表明施磷提高了底層土壤有機碳的穩定性，提升了土壤固碳潛力［41］。

3.4 施磷對苜蓿田土壤呼吸速率的影響

施磷通過不同的植物-土壤環境作用影響土壤呼吸速率且不同的呼吸速率組分貢獻不同。隨施磷量增加，苜蓿凈光合速率升高，根系可利用資源增多，進而提高了根系發育和呼吸速率，但高磷脅迫會抑制苜蓿生長和光合產物的合成［30］。在本研究中，P2處理可提高苜蓿刈割前后的土壤呼吸速率。這可能是由于外源磷的輸入會與土壤吸附的有機質發生交換，使更多有機質被土壤微生物利用，提高微生物呼吸速率［43］，進而促進土壤呼吸速率。本研究發現，各施磷處理下，紫花苜蓿第2 和3 茬土壤呼吸速率較高，第4 茬呼吸速率最低。這主要是受到環境溫度的影響，在植物生長季節中，土壤呼吸速率在7 月達到峰值，在9 月時呼吸速率較低［17］。因此，土壤呼吸速率受生態系統、溫濕度、管理措施等的多重調控。

4 結論

1）施磷使苜蓿田0～60 cm 土層土壤有機碳、微生物量碳、易氧化有機碳、溶解性有機碳和顆粒有機碳含量分別提高16.02%、54.02%、26.90%、14.44%和0.86%，且均隨土層深度的增加而趨于減少。

2）施磷處理下0～30 cm 土層微生物量碳敏感指數最高，在30～60 cm 土層易氧化有機碳敏感指數最高，說明在施磷處理下，微生物量碳可指示表層土壤有機碳的變化，而易氧化有機碳可指示深層土壤有機碳的變化。

3）施磷使土壤呼吸速率提高了6.03%，但總體表現為土壤有機碳的積累，說明施磷對提升苜蓿田固碳潛力及土壤肥力的效果顯著。