摘要：通过田间试验，以单施化肥处理（CF）为对照，研究稻秆全量还田与化肥配施处理（OCF）、猪粪有机肥与化肥配施处理（OF）、水稻专用生物有机肥处理（OMF）对稻田土壤有机碳含量及化学组成的影响，以期为施用有机物料培肥土壤提供理论依据。结果表明：与CF 处理相比，OCF、OF、OMF 处理均提高了土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量，全氮、全磷、全钾含量以及 C/N 值；以 OF 处理全氮、全磷含量显著提高；不同处理间速效钾含量差异显著；显著增加了土壤易氧化有机碳、颗粒有机碳含量；富里酸碳、胡敏酸碳和胡敏素碳含量以及胡敏酸碳/富里酸碳比增加，OMF 处理胡敏酸碳含量显著增加，OF、OMF 处理胡敏素碳含量显著增加；从土壤有机碳的化学组成来看，与CF 相比，OCF、OF、OMF 处理烷基碳含量呈下降趋势，而烷氧碳含量呈增加趋势，烷基碳/烷氧碳、疏水碳/亲水碳比值趋于降低，其中OCF 处理芳香碳含量趋于降低，羧基碳含量、脂族碳/芳香碳比值趋于增加。综上，施用不同有机物料有利于增加土壤养分含量，改善土壤的腐殖化程度，提高土壤的亲水性，本研究施用培肥效果顺序为 OF 处理> OMF 处理> OCF 处理> CF 处理。

稻田土壤作为国家粮食安全的基础，其质量（尤其是肥力水平）直接决定水稻的生长发育和产量[1]。土壤有机碳（SOC）是衡量土壤肥力的核心指标，其含量、活性组分与化学组成等直接影响土壤结构的稳定性、孔隙度和保水保肥性能；还通过调控养分循环与有效性，影响作物生产力；长期耕作导致稻田 SOC 库持续消耗，严重威胁农田生态系统健康与农业可持续性[2]。研究表明，科学施用有机物料被广泛认为是提升稻田 SOC 含量并优化其化学组成的有效途径[3]。长期定位试验证实，秸秆还田、有机肥施用或有机无机肥配施等措施可使稻田 SOC含量提升16%～68%，其中有机肥单独施用表现出显著的提升效果[4]。在化肥减量增效的新形势下，秸秆还田与有机肥施用等增碳措施日益成为提升稻田 SOC 的关键策略[5]。针对不同类型有机物料（如绿肥、粪肥、秸秆等）组合施用对稻田 SOC 含量及其关键化学组分（特别是活性有机碳与难降解有机碳）的系统比较研究仍显不足[6]。本文以典型冷浆草甸型水稻土为研究对象，设置单施化肥、稻秆全量还田配施化肥、猪粪机肥配施化肥及水稻专用生物有机肥4 个处理的田间试验，探究不同有机物料输入对土壤有机碳含量及化学组成的影响，旨在阐明有机物料类型对稻田土壤碳库数量与质量变化的效应，为稻田固碳培肥技术提供理论支撑与实践指导。

1.材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于吉林省集安市头道镇四新村（125°51′56.27′′E， 41°31′58.17′′N），该区域年均气温 6.5℃，年均降水量 550±50mm，≥10℃有效积温 3200℃，无霜期 140±5 d。土壤类型为冷浆草甸型水稻土。试验前土壤表层（0～20cm）化学性质为 pH 值 5.8、土壤有机质 35.4g·kg-1、碱解氮 90.9mg·kg-1、速效磷 21.23mg·kg-1、速效钾 43.71mg·kg-1。

1.2 试验设计

田间试验开始于 2018 年 5 月，种植水稻，设置 4 个处理， 分别为单施化肥 （水稻收割后稻秆离田）处理（CF）、稻秆全量还田与化肥配施处理（OCF）、有机肥与化肥配施处理（OF）、水稻专用生物有机肥处理（ 每个处理试验面积为1.0 hm2，不设重复，单排单灌。CF处理以控释肥料作底肥，每年施肥量一致， hm-2；OCF 处理为每年秋季水稻收获后，将当季稻秆机械粉碎 接抛洒全量 稻秆还田，化肥施用同 CF 处理；OF 处理为第一年（鲜猪粪） 5 施用同 CF 处理；OMF 处理以水稻专用生物有机肥作底肥，施用量 2 试控释肥料为金正大水稻专用肥，N﹕P2O5﹕有机质≥45.0%，由山东金正大生态工程股份有限生产；尿素（含 N46.4%）由山东龙晟泽化工 技有限公 由集安市头道镇综合服务中心提供。

试验结束后于2020 年 11 月 20 日水稻收获后稻秆未还田前采集土壤样本，采用对角线蛇形取样法，每个处理按同样面积划分 5 个样方，每个样方（10m*10m）分别采集5 个点混合成 1 个样本，采样深度为 0-20cm。采集的土壤样品密封运回实验室，将新鲜样品在阴凉处自然风干，过程中，剔除大根茎以及肉眼可见的动植物残体等杂质；并依据样品含水量的变化情况，及时将大土块沿天然裂隙掰开，使土块大小匀称，尺寸大于10mm；风干后的样品采用四分法取出部分样品过 2mm、0.25mm 筛保存备用。

1.3 测试项目与方法

土壤pH 值采用酸度计法（土：水＝1：5）；土壤碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾：醋酸铵浸提-火焰光度法；土壤有机碳：重铬酸钾外加热法；土壤全氮、全磷采用硫酸-双氧水消解法-流动分析仪测定；土壤全钾采用氢氧化钠碱熔-火焰光度法。土壤易氧化有机碳的测定采用高锰酸钾氧化比色法。土壤颗粒有机碳的测定：采用六偏磷酸钠提取法进行测定。土壤腐殖质组成的测定采用土壤腐殖质组成采用腐殖质组成修改法测定。土壤有机碳的化学组成的测定[7]：首先称取过60 目筛的土样 5.00 克于塑料离心管中，加入 50mL10%HF-HCL 混合液，搅拌均匀置于恒温水浴振荡器上震荡，以 3500r·min-1 离心，弃去上层清液，然后水洗至无 Cl⁻离子为止。残余土样冷冻干燥后用玛瑙研钵研磨过 100 目筛，采用固态13C 核磁共振波谱采用固态 13C－交叉极化魔角旋转（CP MAS）技术，在瑞士 BrukerAVANCEIII 400W 型固体超导核磁共振波谱仪上测定。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0 以及Excel 2016 统计分析软件进行数据处理分析。差异显著性分析采用单因素方差分析Duncan 法，相关性分析采用Pearson双侧显著检验；Origin 8.5 软件绘制核磁共振图谱。

2. 结果与分析

2.1 施用有机物料对稻田土壤化学性质的影响

由表 1 可见，施用有机物料影响了稻田土壤的化学性质，OMF 与 CF 处理比较，pH 值升高；而 OCF、OF 处理 pH 值降低，以稻秆全量还田的OCF 处理降低幅度大，OCF 与 OMF 处理差异显著；三种有机物料回田均提高了稻田土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量，以 OF 处理提高幅度最大，与 CF 处理比较，分别提高17.06%、24.75%、86.86%，速效钾含量间差异显著；OCF 处理速效钾含量与 CF 处理比较，增加51.58%；且不同处理间差异显著。OCF、OF、OMF 三种处理与 CF 比较，均提高了全量氮、磷、钾含量，其中 OF 处理全量氮、磷含量显著提高。OCF、OF、OMF 三种处理与 CF 比较均提高了土壤 C：N 值，提高的幅度顺序为OMF 处理>OF 处理>OCF 处理，处理间差异不显著。

2.2.1 施用有机物料对稻田土壤有机碳（SOC）含量的影响

由图 1 可见，与 CF 处理相比，OCF、OF、OMF 处理均提高了稻田土壤的 SOC 含量，其分别提高 5.06%、30.88%、30.34%，OF 与 OMF处理土壤的 SOC 含量显著增加；OF 与OMF 处理间差异不显著（p<0.05）。

I 处过

注：不同小写字母代表每组处理间差异显著（p<0.05），n=5。下图同

2.2.2 施用有机物料对稻田土壤易氧化有机碳（ROC）含量的影响

由图 2 可见，施用不同有机物料处理土壤的 ROC 含量变化存在明显差异。OCF、OF、OMF 与 CF 处理比较，土壤ROC 含量分别提高35.31%、85.11%、61.45%；OCF、OF、OMF 与 CF 处理均差异显著，OCF 与 OF 处理间差异显著，OF 与 OMF 处理间差异不显著（p<0.05）。

施用有机物料对水稻土颗粒有机碳（POC）含量的影响见图 3，由图 3 可见，施用有机物料培肥的土壤 POC 含量变化存在明显差异，其含量的变化顺序为 OF>OMF>OCF>CF，OCF、OF、OMF 与 CF 处理比较，土壤 POC 含量分别显著提高 18.27%、144.31%、105.65%；OF 与OMF 处理间差异不显著 ）。

由表 2 可见，与 CF 相比，OCF、OF、OMF 处理均增加了土壤 HAC、FAC、HMC 含量；HAC 含量分别提高了 20.25%、30.88%、55.62%，CF 与 OMF 处理差异显著，OCF、OF、OMF 处理间差异不显著；FAC 含量分别提高了12.18%、42.13%、17.26%；不同处理间差异不显著；HMC 含量分别提高了 6.50%、74.21%、54.76%；OF、OMF 与 CF 处理差异显著，CF 与 OCF 处理差异不显著。OCF、OF、OMF 与 CF 处理相比，HAC/FAC 分别提高 21.61%、8.84%、32.13%，不同处理间差异不显著。OF、OMF 与 CF 处理比较，（HAC+FAC）/HMC 值分别降低17.54%、7.02%，OF 处理降低显著；而 OCF 处理的（HAC+FAC）/HMC 值增加 8.77%，但 OCF 与 CF 处理差异不显著。施入不同有机物料的土壤PQ 值变化顺序为 OMF>CF>OF>OCF，OMF 处理的土壤腐殖化程度最高，而 OF 处理的土壤腐殖化程度最小。

表2 施用有机物料对稻田土壤腐殖质组分的影响

为探究施用有机物料对稻田 壤有机碳的化学组分进行测定分析，结果见图 4，由图 4 可见， ，即化学位移为 0～50 ppm 的烷基碳、50～110 ppm 的烷氧碳、 分出化学位移为 50～60 ppm 的甲氧基碳、60～95 ppm 的碳水化合物碳和 95～ 45～160 ppm 的酚基碳。通过半定量方法对土壤有机碳的化学组成相对含量进行分 OF、OMF 处理有机碳的非极性烷基碳吸收峰强度减弱；烷氧碳吸 处理芳基碳吸收峰强度增强明显；OF 处理羧基碳吸收峰强度减弱明显。 即烷氧碳（33.86%～41.15%）>芳香碳（27.92%～31.90%）>烷基碳（21.86%%～27. 不同处理对有机碳官能团的影响不同，烷基碳含量的变化是CF>OCF>OMF>OF，而烷氧碳含量的变化是 O 比值降低， 降幅分别为 8.64%、34.57%、20.99%，OF处理降低幅度最大。芳香碳含量的变化是OM 可能主要与芳基碳的减少有关；与CF 处理比较，OCF处理提高了脂族碳/芳香碳的比值；而 OF 降低脂族碳/芳香碳的比值， OMF 处理降幅达 12.62%；羧基碳含量的变化是OCF>CF>OMF>OF；OCF、OF、OMF 处理均降低了疏水碳/亲水碳的比值，OF 处理降幅最大，达 25.47%。OCF 处理降低有机碳的芳香度；而 OF、OMF 处理提高了有机碳的芳香度。

1 □CF OCFOF OMF处理

250化学位移（ppm）

3. 结论与讨论

与单施化肥（CF）相比，稻秆全量还田与化肥配施（OCF），猪粪有机肥与化肥配施（OF），施用生物有机肥（OMF）处理均能提高土壤中速效氮、磷、钾以及全氮、磷、钾的含量，且C：N 与之变化趋势相同，这是因为施入不同有机物料为土壤微生物的生长繁殖提供碳源营养，从而增加微生物活性，促进微生物对土壤养分的活化。已有研究表明：秸秆配施化肥能够影响土壤微生物活性促进土壤中无机氮向有机氮转化，进而提高土壤全氮含量[8]。有机肥是一种以动植物残体为原料经高温发酵无害化处理后的肥料，富含大量有机物质，包括有机酸、肽类和氮、磷、钾等营养元素，增施有机肥有利于平衡土壤养分比例，普通化肥虽然营养成分高且肥效快，但营养单一且持续时间短，有机肥与化肥配施可取长补短，同时因化肥施入土壤后，部分养分被土壤固定，从而降低有效性，而与有机肥混施后，减少了化肥与土壤的接触，进而降低了养分被固定的机率，提高了土壤氮磷钾的有效性[9]。

有机碳是土壤养分的主要来源，其分解和固定 平衡等，而土壤活性有机碳具有较高的有效性与溶解性，容易被微生物氧化、矿化 ）周转速度最快，常用来表征土壤质量变化情况[10]；土壤颗粒有机碳是动植物残 因其周转时间短，也常被作为有机碳动态变化或土壤 易氧化有机碳含量、颗粒有机碳含量，以 OF 壤有机碳含量；而且有机无 ；此外 ，施用有机物料促进土壤微 机碳库以及土壤微生物的活性发 机肥分解过程中能够产生可利用的加易氧化有机碳的含量 ；由于供生物利用氮源增加，促进微生物活动， 增加作物根系分泌归还量， 从而提高颗粒有机碳含量

与 CF 处理相比，OCF 处理、OF 处理以及 OMF 处理均提高了土壤 HAC、FAC 和 HMC 含量及HAC/FAC 值；这主要由于秸秆还田能够改善土壤的物理性状，提供土壤微生物生长繁殖充分的碳源，增加土壤微生物的活性，增加土壤微生物量碳含量，从而改善土壤腐殖质组分碳的含量[14]；猪粪有机肥属于腐熟半分解的物质，含有一定数量的类腐殖组分，施入土壤增加外源腐殖物质含量，同时其分解过程中会形成定数量的腐殖质；生物有机肥既添加腐殖物质，并带入大量有益微生物，直接影响腐殖碳含量的积累。与 CF 处理相比，OCF 处理的（HAC+FAC）/HUC 比值呈增加趋势，而 OF 与 OMF 处理的（HAC+FAC）/HUC 比值却降低，处理间差异不显著；这说明稻秆还田配施化肥有利于可提取腐殖质的形成；而猪粪有机肥配施化肥以及生物有机肥处理则有利于不可提取腐殖质的形成。说明不同有机物料对土壤腐殖物质组成的效应不同。

本研究发现与单施化肥（CF）相比，施入不同有机物料后减少了土壤中烷基碳含量，增加土壤烷氧碳含量，使烷基碳/烷氧碳和疏水碳/亲水碳比值趋于降低，说明施入有机物料降低了土壤有机质的烷基化和疏水性程度，烷基化程度降低表明土壤质量得到提升[15]。与单施化肥（CF）处理比较，秸秆全量还田配施化肥（OCF）处理提高了脂族碳/芳香碳的比值，说明稻秆短期内直接还田使土壤有机碳的结构趋于简单化；而猪粪有机肥配施化肥（OF）和生物有机肥（OMF）处理降低了脂族碳/芳香碳比值，其芳香度比单施化肥（CF）处理比较分别提高 0.19%、9.47%，说明有机碳分子结构趋于复杂；猪粪有机肥配施化肥（OF）处理的羧基碳吸收峰强度减弱明显，产生易被分解的组分丰富。可见不同原料与施入量在土壤微生物与酶复杂的生物化学作用下产生官能团组成差异。

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* 基金项目：吉林省科技厅社会发展项目 “稻秆全量还田高效利用关键技术集成与示范”（ 项目编号： 2022LY427

作者简介：谢修鸿 （ 1972－） ，女，博士，副教授。研究方向： 废弃物资源化利用与土壤培肥。