雞糞與化肥不同配施方式對(duì)土壤有機(jī)碳及楊樹幼苗生長(zhǎng)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(jī)碳是植物的養(yǎng)分來(lái)源和土壤微生物生命活動(dòng)的能量來(lái)源，是表征土壤質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一［1］。施肥直接或間接地調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)的輸入，一定程度上影響土壤有機(jī)碳的積累和礦化［2］。因此，研究土壤有機(jī)碳在施肥條件下的動(dòng)態(tài)機(jī)制，對(duì)于實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳庫(kù)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(jī)碳通常在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較小的變化不易被察覺(jué)，而土壤活性有機(jī)碳可以作為有機(jī)碳庫(kù)變化的更為敏感的指標(biāo)［3］。因?yàn)榛钚杂袡C(jī)碳與土壤有效養(yǎng)分、土壤物理性狀、耕作措施等因素之間存在更密切的關(guān)系，近年來(lái)受到土壤肥料研究領(lǐng)域的重視。Lefroy等［4］研究也指出，能夠被333 mmol／l KMnO4氧化的有機(jī)碳稱作活性有機(jī)碳，并首次提出土壤碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）的概念。CPMI由于結(jié)合了土壤碳庫(kù)指標(biāo)和土壤碳庫(kù)活度指標(biāo)，既反映外界管理措施對(duì)土壤有機(jī)碳總量的影響，也反映了土壤有機(jī)碳組分的變化情況。目前，在土壤有機(jī)碳的累積和礦化方面，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，但是多數(shù)研究集中在長(zhǎng)期定位施肥體系下的累積效應(yīng)，而揭示短期施肥對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，更有利于施肥措施的調(diào)整和優(yōu)化。

雞糞是植物生產(chǎn)中優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，富含氮、磷、鉀等植物所必需的養(yǎng)分，較其它家畜家禽糞便其養(yǎng)分含量居于首位［5］。利用雞糞生產(chǎn)制成的有機(jī)肥和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在西瓜、茶葉、大白菜等作物上施用雞糞有機(jī)肥，增產(chǎn)幅度在15%～25%之間［5］。在果蔗上長(zhǎng)期施用雞糞有機(jī)肥，可以改變土壤結(jié)構(gòu)，使板結(jié)的土壤松化，增加透氣性和保肥性［6］。因此，雞糞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，雞糞用于人工林施肥方面的研究報(bào)道還不多見(jiàn)。隨著規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)量已近3.0×109t［7］。據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，2004年我國(guó)雞飼養(yǎng)量已占到全世界的24%［8］，為林業(yè)生產(chǎn)提供了肥源保證。為此，本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)?zāi)M的方法，以山東省林科院試驗(yàn)苗圃的潮土為研究對(duì)象，探討雞糞與化肥不同配施處理對(duì)土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、碳庫(kù)管理指數(shù)及楊樹幼苗生長(zhǎng)的影響，為提高土壤質(zhì)量管理和增強(qiáng)林業(yè)固碳減排潛力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)苗圃內(nèi)，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(jī)質(zhì)含量為6.83g／kg。供試雞糞有機(jī)肥為濟(jì)寧三環(huán)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(jī)碳含量為140.26mg／kg，活性有機(jī)碳含量為75.81 mg／kg；所用化肥為尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀。楊樹扦插苗品種為I－107歐美楊，接穗長(zhǎng)15～16cm，莖粗2cm，重量25～27g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)處理：CK（不施肥）；N100（100%的氮由尿素提供）；M10N90（10%的氮由雞糞有機(jī)肥提供，90%的氮由尿素提供）；M30N70（30%的氮由雞糞有機(jī)肥提供，70%的氮由尿素提供）；M50N50（50%的氮由雞糞有機(jī)肥提供，50%的氮由尿素提供）。每個(gè)處理8盆，共計(jì)40盆。除CK外，各處理均為等養(yǎng)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(guò)磷酸鈣、氯化鉀補(bǔ)足。試驗(yàn)用盆為購(gòu)自市場(chǎng)的棱柱型塑料盆，盆高20cm，邊長(zhǎng)30cm。于2011年4月13日盆栽試驗(yàn)時(shí)，將肥料與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土10.5kg。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在2011年10月16日（落葉前），分別用游標(biāo)卡尺和卷尺測(cè)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(fēng)干過(guò)1mm篩。

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

以試驗(yàn)開(kāi)始前未經(jīng)處理的土樣相互混合作為參考土壤，其總有機(jī)碳含量為14.25g／kg，活性有機(jī)碳含量為4.01g／kg，土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的計(jì)算方法為：

碳庫(kù)指數(shù)（CPI）＝樣品全碳含量／參考土壤全碳含量

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

碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）＝碳庫(kù)指數(shù)×碳庫(kù)活度指數(shù)×100＝CPI·IA×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shè)定為α＝0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配施處理對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響

外源有機(jī)質(zhì)的輸入是土壤有機(jī)碳含量增加的主要途徑之一，不同施肥措施對(duì)土壤有機(jī)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(jī)碳含量分別提高了8.01%，9.72%，16.77%和23.82%，差異均達(dá)到顯著水平，可見(jiàn)各施肥處理均顯著提高了土壤有機(jī)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(jìn)楊樹苗的生長(zhǎng)，提高楊樹苗地上部固碳能力及生物產(chǎn)量，并刺激根系分泌物的生成，增加根茬碳?xì)w還土壤，為有機(jī)碳的積累提供了基礎(chǔ)［12］。而本身作為土壤有機(jī)碳的前身，雞糞有機(jī)肥的施用對(duì)土壤有機(jī)碳的增加效果更好［13］。這與林明月等［14］對(duì)喀斯特地區(qū)牧草固碳的研究結(jié)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(jī)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(dá)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(jī)肥所占比重的增加，土壤有機(jī)碳含量也呈遞增的趨勢(shì)。這一方面可能是由于雞糞有機(jī)肥比例的增加，帶入了更多的有機(jī)質(zhì)；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(dǎo)致有機(jī)碳的礦化分解加快［15］。

圖1 不同處理對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響

2.2 不同配施處理對(duì)土壤活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)碳的影響

不同處理對(duì)土壤活性有機(jī)碳和非活性有機(jī)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(jī)碳含量均顯著高于CK和N100處理，而N100處理的活性有機(jī)碳含量低于CK，但未達(dá)到顯著差異。在配施雞糞處理中，M30N70處理的活性有機(jī)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(dá)到顯著水平。N100處理的非活性有機(jī)碳含量顯著高于M10N90處理，可見(jiàn)，M10N90和N100處理的總有機(jī)碳含量雖然差異不顯著，但N100處理的土壤總有機(jī)碳含量升高主要是由于其提高了土壤非活性有機(jī)碳含量的緣故，而配施雞糞有機(jī)肥處理其總有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量均明顯升高，表明配施有機(jī)肥不僅能提高土壤有機(jī)碳含量，而且能改善土壤有機(jī)碳的質(zhì)量，從而提高土壤的綜合生產(chǎn)力。此外，不同處理間，土壤活性有機(jī)碳含量的變化幅度較總有機(jī)碳大，說(shuō)明活性有機(jī)碳對(duì)施肥措施的響應(yīng)較為敏感，有助于指示或預(yù)警土壤質(zhì)量的變化［16］。

圖2 不同處理對(duì)土壤活性和非活性有機(jī)碳含量的影響

2.3 不同配施處理對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響

由表1所示，不同有機(jī)無(wú)機(jī)配肥對(duì)CPI的影響趨勢(shì)與對(duì)有機(jī)碳含量的影響相似。M30N70處理的碳庫(kù)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(dá)到顯著水平；IA和CPMI的變化趨勢(shì)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(jiàn)，雞糞與化肥配施對(duì)于提高土壤碳庫(kù)指數(shù)、碳庫(kù)活度、碳庫(kù)活度指數(shù)和碳庫(kù)管理指數(shù)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(duì)楊樹幼苗地徑和苗高生長(zhǎng)的影響

不同有機(jī)無(wú)機(jī)配比處理對(duì)楊樹幼苗地徑和苗高生長(zhǎng)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(guī)律基本一致。各施肥處理相比對(duì)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(jī)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(gè)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(dá)到顯著水平。可見(jiàn)，在雞糞有機(jī)肥與化肥的不同配施處理中，隨著雞糞有機(jī)肥所占比例的增加，地徑和苗高呈先升高后降低的趨勢(shì)。因此，楊樹幼苗的生長(zhǎng)取決于雞糞有機(jī)肥與化肥的配施比例。

表1 不同處理對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響

圖3 不同處理對(duì)楊樹幼苗地徑和苗高生長(zhǎng)的影響

2.5 地徑、苗高與有機(jī)碳庫(kù)指標(biāo)的相關(guān)性分析

表2顯示了楊樹幼苗地徑、苗高生長(zhǎng)與有機(jī)碳庫(kù)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系及其相關(guān)系數(shù)。由表2可以得出，土壤總有機(jī)碳與活性有機(jī)碳含量存在顯著的相關(guān)性（p＜0.05），說(shuō)明總有機(jī)碳與活性有機(jī)碳存在轉(zhuǎn)化關(guān)系；活性有機(jī)碳與碳庫(kù)管理指數(shù)呈極顯著相關(guān)（p＜0.01），與苗高、地徑呈顯著相關(guān)（p＜0.05）；碳庫(kù)管理指數(shù)與地徑、苗高呈顯著相關(guān)（p＜0.05）。由此可見(jiàn)，活性有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)與楊樹幼苗生長(zhǎng)存在顯著的相關(guān)性，并且相關(guān)系數(shù)明顯大于總有機(jī)碳，表明活性有機(jī)碳含量變化與楊樹幼苗生長(zhǎng)和碳庫(kù)管理指數(shù)的關(guān)系更為密切，同時(shí)也能說(shuō)明碳庫(kù)管理指數(shù)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(zhǎng)與有機(jī)碳庫(kù)指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 結(jié)果討論

土壤有機(jī)碳是土壤的一個(gè)重要養(yǎng)分庫(kù)和土壤微生物的能量庫(kù)，也是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果認(rèn)為，隨著雞糞有機(jī)肥所占比例的增加，土壤有機(jī)碳含量呈遞增的趨勢(shì)，這與Landgraf等［17］和孫天聰?shù)龋?8］對(duì)不同土壤長(zhǎng)期觀測(cè)的結(jié)果基本一致。一般研究認(rèn)為，少量有機(jī)肥施入也直接向土壤輸入了外源有機(jī)質(zhì)，所以亦能提高土壤有機(jī)碳含量［19］，而本試驗(yàn)中M10N90處理的有機(jī)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(guān)。因此，短期內(nèi)少量施加雞糞有機(jī)肥不能達(dá)到顯著增加土壤有機(jī)碳含量的目的。然而，隨著雞糞施用量的增加，土壤中的有機(jī)碳含量也顯著增加，表明短期內(nèi)適量增施雞糞對(duì)土壤有機(jī)碳含量有明顯的影響，這與趙紅等［20］對(duì)牛糞在黑土上的研究結(jié)果一致。

土壤活性有機(jī)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(jī)碳是植物養(yǎng)分的最直接供應(yīng)者，它在指示土壤質(zhì)量和土壤肥力的變化時(shí)比總有機(jī)碳更靈敏，能夠更準(zhǔn)確、更實(shí)際地反映土壤肥力和土壤物理性質(zhì)的變化。徐明崗等［21］對(duì)土壤活性有機(jī)碳庫(kù)的研究表明，單施有機(jī)糞肥或有機(jī)糞肥和化肥配施都能明顯提高土壤中活性有機(jī)碳的含量。本試驗(yàn)中，M50N50處理的土壤活性有機(jī)碳含量明顯低于M30N70處理，可能是因?yàn)殡u糞施入量過(guò)大，使C／N比增加，導(dǎo)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(jī)碳含量不增反減，該結(jié)果與Gong等［19］的研究結(jié)果不一致，這可能與試驗(yàn)周期、土壤類型和取樣時(shí)間等因素的差異有關(guān)。本試驗(yàn)還得出，N100處理的非活性有機(jī)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(jī)碳含量［22］，增加土壤有機(jī)碳的氧化穩(wěn)定性，但使土壤微生物量碳、水溶性有機(jī)碳和輕組有機(jī)碳等活性有機(jī)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(jié)論。由此可見(jiàn)，適量的配比有機(jī)無(wú)機(jī)肥料有助于土壤總有機(jī)碳和活性有機(jī)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(tài)碳在較短時(shí)期內(nèi)的變化，因此，采用Blair等［25］提出的比較敏感的碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）來(lái)衡量土壤有機(jī)碳的改變。本試驗(yàn)得出，單施化肥處理的CPMI顯著低于配施雞糞有機(jī)肥處理，并且碳庫(kù)指數(shù)和碳庫(kù)活度指數(shù)也較低，這與宇萬(wàn)太等［26］在潮棕壤上的研究結(jié)果一致。同時(shí)，單施化肥處理的CPMI明顯低于對(duì)照和參考土壤，這與前人在潮土上的相關(guān)研究稍有不同，徐明崗等［11］研究結(jié)果表明，單施化肥處理的CPMI低于參考土壤，但顯著高于對(duì)照，造成這些結(jié)果的差異可能與試驗(yàn)地原初有機(jī)質(zhì)含量、施肥水平和施肥持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短等不同因素有關(guān)，具體原因還有待于進(jìn)一步深入研究。本研究還得出，在配施雞糞有機(jī)肥的處理中，M30N70處理的活性有機(jī)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(diào)節(jié)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(zhǎng)創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，從而有利于活性有機(jī)碳的生成，并提高了土壤的CPMI值。相關(guān)性分析表明，土壤活性有機(jī)碳與總有機(jī)碳、碳庫(kù)管理指數(shù)以及楊樹幼苗的地徑、苗高生長(zhǎng)存在極顯著或顯著的相關(guān)關(guān)系，表明活性有機(jī)碳能夠很好地反映土壤肥力特性。吳小丹等［27］研究發(fā)現(xiàn)，在施肥措施的影響下，土壤活性有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)的變化幅度明顯大于土壤總有機(jī)碳，并且作物產(chǎn)量與碳庫(kù)管理指數(shù)的相關(guān)性達(dá)到顯著水平，碳庫(kù)管理指數(shù)能作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的指標(biāo)，邵月紅等［28］的研究也有相似的觀點(diǎn)。

4 結(jié)論

M30N70和M50N50處理的有機(jī)碳含量分別比N100處理提高8.11%和14.64%；M30N70處理的活性有機(jī)碳含量和碳庫(kù)管理指數(shù)均為最高，其中活性有機(jī)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(dá)到顯著水平；同時(shí)，M30N70處理對(duì)楊樹幼苗地徑和苗高生長(zhǎng)的提高幅度最大。土壤活性有機(jī)碳與總有機(jī)碳、楊樹苗的地徑和苗高顯著相關(guān)，與CPMI極顯著相關(guān)；CPMI與地徑、苗高顯著相關(guān)，能夠指示土壤生產(chǎn)力的變化。由此可見(jiàn)，雞糞與化肥的不同配比對(duì)土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、碳庫(kù)管理指數(shù)及楊樹幼苗的生長(zhǎng)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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