施用有機(jī)肥提升不同土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的差異性

陸太偉，蔡岸冬，徐明崗*，高 強(qiáng)，孫 楠，張文菊

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

土壤有機(jī)碳（SOC）是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，其含量約為大氣的兩倍，植被的三倍[1-3]；土壤有機(jī)碳的微小變化會(huì)對(duì)大氣中碳的濃度產(chǎn)生重要影響，土壤作為碳匯或碳源，已成為全球氣候變化研究的主要關(guān)注點(diǎn)[4-6]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的重要組成單元，有機(jī)碳作為團(tuán)聚體的主要膠結(jié)物質(zhì)，兩者相互影響，且穩(wěn)定的團(tuán)聚體對(duì)提升SOC固存和土壤抗侵蝕能力起著非常重要的作用[7-10]。而土壤中不同大小顆粒由于其表面化學(xué)性質(zhì)不同，其結(jié)合有機(jī)碳量及抗分解能力也存在本質(zhì)區(qū)別，對(duì)農(nóng)業(yè)管理措施的響應(yīng)也存在顯著差異[11-13]。

近30年來，許多學(xué)者在長(zhǎng)期試驗(yàn)區(qū)域研究了不同管理措施對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量及其穩(wěn)定性的影響。國(guó)內(nèi)外眾多研究表明，施用有機(jī)肥的影響一般首先體現(xiàn)在大團(tuán)聚體上，施入肥料后其分解殘?bào)w可以激發(fā)微生物活性，形成真菌和糖，土壤顆粒由這些物質(zhì)膠結(jié)形成大團(tuán)聚體[14-18]。樊紅柱等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與不施肥相比，施肥（化肥、有機(jī)肥）對(duì)＞2 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的增加幅度最為顯著；邸佳穎等[20]研究表明，2～0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量對(duì)SOC的貢獻(xiàn)率最大，同時(shí)＞2和2～0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量均與累積碳投入量呈顯著正相關(guān)。對(duì)于不同土壤而言，與不施肥相比，施肥（有機(jī)肥或化肥）對(duì)各粒徑（＞2、2～0.25、0.25～0.053、＜0.053 mm）團(tuán)聚體有機(jī)碳含量或均顯著提升，或均未顯著提升，甚至顯著降低了各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量[21-24]。說明不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量對(duì)施肥的響應(yīng)程度是不同的。金琳等[25]研究表明，施用有機(jī)肥能顯著提升SOC，且水田土壤有機(jī)碳含量顯著高于旱地；而蔡岸冬等[26]利用數(shù)據(jù)整合分析發(fā)現(xiàn)，與不施肥相比，施用有機(jī)肥和化肥均能顯著提升SOC，且不同土壤質(zhì)地條件下，施肥（有機(jī)肥或化肥）對(duì)SOC及礦物結(jié)合態(tài)組分（MOC：＜0.053 mm）含量的提升幅度均存在顯著差異。

團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是形成良好土壤結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)。明確不同條件下施肥對(duì)不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升效果之間的差異性，對(duì)提升土壤有機(jī)碳及土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常重要。到目前為止，團(tuán)聚體有機(jī)碳含量變化研究多數(shù)集中在單個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)位，而大尺度多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)位的綜合研究相對(duì)較少。因此，本研究通過系統(tǒng)搜集我國(guó)長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)下的團(tuán)聚體有機(jī)碳含量變化的研究文獻(xiàn)，采用Meta分析方法，定量估算施肥對(duì)不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度，分析探討不同條件下提升幅度之間的差異性，為合理培肥土壤、改善土壤結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫(kù)建立

本研究數(shù)據(jù)來自中國(guó)知網(wǎng)、百度學(xué)術(shù)、ScienceDi?rect和Springer Link這4個(gè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過設(shè)置檢索“中國(guó)農(nóng)田”、“水穩(wěn)性團(tuán)聚體”、“長(zhǎng)期施肥”、“有機(jī)碳”這4個(gè)關(guān)鍵詞，文獻(xiàn)篩選條件：（1）試驗(yàn)中必須包含對(duì)照（如：不施肥）和處理（如：化肥、有機(jī)肥和/或秸稈還田等），其他試驗(yàn)條件均與對(duì)照和處理一致；（2）采樣層次范圍為0～30 cm；（3）團(tuán)聚體分組方法為濕篩法；（4）若同一試驗(yàn)點(diǎn)位有多年數(shù)據(jù)，只取最新一年數(shù)據(jù)；采用Excel 2007軟件建立不同條件下長(zhǎng)期施肥與團(tuán)聚體有機(jī)碳含量關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容包括：作者、題目、試驗(yàn)地基本情況及初始理化性質(zhì)、施肥處理、種植制度、土壤質(zhì)地、土地耕地類型及不同施肥條件下的土壤有機(jī)碳及各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量等。所有數(shù)據(jù)均來自文獻(xiàn)中的正文、圖和表，而圖中數(shù)據(jù)采用GetData Graph Digitizer 2.24提取。土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）乘以有機(jī)碳轉(zhuǎn)換系數(shù)0.58轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)碳（SOC）。每組數(shù)據(jù)均包含平均值（M）、標(biāo)準(zhǔn)差（SD）及樣本數(shù)（n），若文獻(xiàn)中是標(biāo)準(zhǔn)誤（SE），則SD如下式進(jìn)行換算：

若收集的數(shù)據(jù)中，SD缺失，則使用整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的變異系數(shù)來換算[27]。

根據(jù)以上條件共獲得43篇有效文獻(xiàn)，319組有效數(shù)據(jù)（表1）。其中，種植制度分布結(jié)果與蔡岸冬等[26]結(jié)果基本一致，另外，不施肥（對(duì)照）時(shí)TSOC和各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量在砂土中平均范圍分別為2.8～11.2 g·kg-1和1.7～3.1 g·kg-1，在壤土中平均范圍分別為 4.1～28.3 g·kg-1和 3.0～3.4 g·kg-1，在黏土中平均范圍分別為5.4～28.8 g·kg-1和1.3～4.3 g·kg-1。

1.2 數(shù)據(jù)分析

本文收集的數(shù)據(jù)均是相互獨(dú)立的多個(gè)研究結(jié)果，因此，可利用MetaWin 2.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整合分析。試驗(yàn)中有機(jī)碳含量采用自然對(duì)數(shù)的響應(yīng)比（Response ratios，RR）作為效應(yīng)值，則有機(jī)碳含量的增加效應(yīng)[28]：

式中，SOCT和SOCCK分別代表處理組和對(duì)照組的平均值。

效應(yīng)值的變異系數(shù)可利用處理組和對(duì)照組的標(biāo)準(zhǔn)偏差及試驗(yàn)重復(fù)數(shù)計(jì)算，其權(quán)重可利用變異系數(shù)的倒數(shù)表示[30]。用 MetaWin 2.1軟件對(duì)權(quán)重響應(yīng)比（Weighted response ration，RR++）（處理相對(duì)于對(duì)照增減的百分?jǐn)?shù)）以及其95%的置信區(qū)間（95%CI）進(jìn)行計(jì)算[30-31]；數(shù)據(jù)處理時(shí)，納入的各研究結(jié)果須要進(jìn)行異質(zhì)性檢驗(yàn)，若 P≥0.1、I2＜50%，表明多個(gè)研究結(jié)果無異質(zhì)性，則采用固定效應(yīng)模型（Fixed effect model，F(xiàn)EM）進(jìn)行分析，若P＜0.1、I2≥50%，表明多個(gè)研究結(jié)果有異質(zhì)性，則采用隨機(jī)效應(yīng)模型（Random effect model，REM）。效應(yīng)值的標(biāo)準(zhǔn)差越小，分配的權(quán)重就越大。若95%CI包含零值，表明該變量中處理與對(duì)照差異不顯著（P＞0.05）[32]。

本研究采用SPSS 17進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、Excel 2007和SigmaPlot 10.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果

2.1 土壤有機(jī)碳對(duì)有機(jī)肥和化肥的響應(yīng)

與不施肥處理相比，施用有機(jī)肥的響應(yīng)比（lnRR）遠(yuǎn)高于施用化肥（圖1）。與不施肥相比，施用有機(jī)肥顯著提升了TSOC及各粒徑（＞2、2～0.25、0.25～0.053、＜0.053 mm）團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，其均值分別為 0.322 1±0.017 6（均值±95%CI，下同）、0.387 0±0.054 1、0.567 9±0.039 7、0.341 0±0.028 6、0.146 6±0.034 6（圖 1a、圖1c、圖 1e、圖1g、圖 1i），分別提升了38%、45.6%、72.3%、39.7%、15.9%（圖2）；同時(shí)，施用化肥顯著提升了TSOC及＞2、2～0.25、0.25～0.053 mm有機(jī)碳含量，其均值分別為0.089 9±0.010 2、0.050 3±0.047 0、0.164 1±0.024 3、0.044 4±0.024 5（圖 1b、圖1d、圖1f、圖1h），分別提升了8.8%、8.9%、15.8%、4.3%（圖2），施用化肥并沒有顯著提升＜0.053 mm有機(jī)碳含量（0.030 6±0.032 4，圖1j）。其中，施用有機(jī)肥和化肥對(duì)2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升效果均最為顯著（圖1）。

2.2 有機(jī)碳含量Meta-analysis結(jié)果

2.2.1 施肥對(duì)TSOC及團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響

整體而言，與不施肥相比，施用有機(jī)肥及化肥均能顯著提升TSOC含量（P＜0.05），且有機(jī)肥的提升幅度（38.0%）顯著高于化肥（8.8%），是施用化肥的4.3倍（圖2）。在不同種植制度、耕地類型和土壤質(zhì)地條件下，除施用化肥沒有顯著提升水旱輪作中TSOC含量外，施用有機(jī)肥和化肥均能顯著提升TSOC含量（圖2）。而與不施肥相比，施用有機(jī)肥及化肥均顯著提升了＞2（45.6%和8.9%）、2～0.25（72.3%和15.8%）、0.25～0.053 mm（39.7%和4.3%）團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，提升幅度上有機(jī)肥處理分別是化肥處理的5.1、4.6和9.2倍（圖2），對(duì)＜0.053 mm團(tuán)聚體雖然化肥沒有顯著提升，但有機(jī)肥提升作用達(dá)到顯著（圖2）。

表1 施肥對(duì)土壤總有機(jī)碳及水穩(wěn)性團(tuán)聚體組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)樣本數(shù)分布Table 1 Sample numbers for the meta-analysis on the effect of fertilization practices on TSOC and water-stable-aggregate fraction

圖1 相對(duì)于不施肥，施用有機(jī)肥和化肥總有機(jī)碳（a，b）、＞2（c，d）、2～0.25（e，f）、0.25～0.053（g，h）、＜0.053 mm（i，j）有機(jī)碳含量響應(yīng)比（lnRR）的頻率分布（實(shí)曲線是與頻率數(shù)據(jù)相適應(yīng)的高斯分布）Figure 1 Frequency distributions of response ratios（lnRR）for TSOC（a，b），＞2（c，d），2～0.25（e，f），0.25～0.053（g，h），＜0.053 mm（i，j）responses to Org-M and Min-F in comparison with the control group Non-F，respectively（The solid curve is a Gaussian distribution fitted to frequency data）

續(xù)圖1 相對(duì)于不施肥，施用有機(jī)肥和化肥總有機(jī)碳（a，b）、＞2（c，d）、2～0.25（e，f）、0.25～0.053（g，h）、＜0.053 mm（i，j）有機(jī)碳含量響應(yīng)比（lnRR）的頻率分布（實(shí)曲線是與頻率數(shù)據(jù)相適應(yīng)的高斯分布）Continued figure 1 Frequency distributions of response ratios（lnRR）for TSOC（a，b），＞2（c，d），2～0.25（e，f），0.25～0.053（g，h），＜0.053 mm（i，j）responses to Org-M and Min-F in comparison with the control group Non-F，respectively（The solid curve is a Gaussian distribution fitted to frequency data）

2.2.2 不同種植制度下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量之間的差異

不同種植制度下，不同施肥對(duì)各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響存在顯著差異。同一種植制度不同粒徑之間，與不施肥相比，一年一熟下，施用有機(jī)肥各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均有顯著提升；施用化肥＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量雖然沒有顯著提升，但其他粒徑均顯著提升；一年兩熟下，施用有機(jī)肥顯著提升了2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量（71.2%），且顯著高于其他粒徑；施用化肥僅顯著提升了＞2和2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量（分別為6.8%和13.6%）（表2、圖2）。在同一粒徑不同種植制度下，與不施肥相比，施用有機(jī)肥對(duì)一年一熟下0.25～0.053和＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度均顯著高于一年兩熟（表2）。

2.2.3 不同耕地類型下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量之間的差異

不同的水熱條件對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響也存在顯著差異。同一耕地類型不同粒徑下，與不施肥相比，水田和水旱輪作下，施用有機(jī)肥和化肥均顯著提升了＞2 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，其提升幅度分別為53.0%、17.8%（水田）和84.0%、25.6%（水旱輪作），且有機(jī)肥的提升效果尤為顯著；水田條件下，施用化肥＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量卻降低了16.4%；而旱地條件下，施用有機(jī)肥和化肥對(duì)2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度（100.0%和23.6%）均顯著高于其他粒徑（圖2）。同一粒徑不同耕地類型下，與不施肥相比，施用有機(jī)肥對(duì)2～0.25、0.25～0.053、＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度為：旱地顯著高于水田和水旱輪作，施用化肥也具有相同趨勢(shì)，但差異并不顯著（表2）。

2.2.4 不同土壤質(zhì)地下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量之間的差異

在同一土壤質(zhì)地不同粒徑下，砂土中，施用有機(jī)肥相對(duì)于CK處理顯著提升了各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，且2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度顯著高于其他粒徑，施用化肥僅顯著提升了2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量；壤土中，施用有機(jī)肥和化肥相對(duì)于CK處理僅＜0.053 mm粒徑有機(jī)碳含量沒有顯著提升；黏土中，施用有機(jī)肥相對(duì)于CK處理各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均有顯著提升，其中2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度（64.8%）最為顯著，施用化肥僅顯著提升了＞2、2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量（圖2）；同一粒徑不同土壤質(zhì)地下，與不施肥相比，施用有機(jī)肥對(duì)壤土中＞2 mm粒徑有機(jī)碳含量的提升幅度（59.3%）顯著高于砂土（26.7%）和黏土（34.0%），施用有機(jī)肥對(duì)砂土中2～0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量的提升幅度（140.4%）顯著高于壤土（65.2%）和黏土（64.8%），施用化肥也具有相同趨勢(shì)，但差異并不顯著（表2）。

2.2.5 ＞0.25和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量與TSOC的相互關(guān)系

圖2 不同種植制度、耕地類型和土壤質(zhì)地下施用有機(jī)肥（左）和化肥（右）對(duì)各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳的權(quán)重響應(yīng)比（RR++）Figure 2 Different particle size aggregate-associated organic carbon affected by Org-M（left panel）and Min-F（right panel）compared to Non-F in different cropping systems and soil texture

表2 不同種植制度、耕地類型和土壤質(zhì)地下同一施肥方式對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳含量提升幅度（%）的差異性比較Table 2 Difference of the similar fertilization practices in the increments（%）of water-stable-aggregate organic carbon in different cropping systems and soil textures

由圖3可知，＞0.25和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量均與TSOC呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，線性擬合的斜率分別為0.61和0.23，表明當(dāng)有機(jī)碳含量每增加1.00 g·kg-1時(shí)，＞0.25和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量分別增加0.61 g·kg-1和 0.23 g·kg-1。

3 討論

土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化主要取決于系統(tǒng)碳的輸入與輸出水平[33]，而農(nóng)田土壤有機(jī)碳的輸入主要來源是根分泌物、根茬、秸稈和有機(jī)肥等[34]。整合分析結(jié)果表明，與不施肥相比，施用有機(jī)肥及化肥均能顯著提升TSOC、＞2、2～0.25、0.25～0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，且提升幅度上有機(jī)肥顯著高于化肥。在不施肥條件下，根分泌物與根茬是碳輸入土壤的主要途徑[35]。由于根際分泌物的激發(fā)作用促進(jìn)原有土壤有機(jī)碳的分解，其分解可能會(huì)抵消分泌物對(duì)土壤碳的輸入，因此，根茬是導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量變化的主要碳源因素[36]。與不施肥相比，施用化肥在增加了作物產(chǎn)量的同時(shí)，還增加了作物殘茬量，同時(shí)促進(jìn)根的周轉(zhuǎn)和根分泌物的增多，從而增加土壤有機(jī)碳的輸入量[26，37]。而施用有機(jī)肥不僅可向土壤直接輸入有機(jī)碳，且能夠改善土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境狀況，增強(qiáng)土壤酶的活力和提升土壤生物多樣性，進(jìn)而極大程度地提升土壤有機(jī)碳的含量[34，38-40]。＞0.25和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量均與TSOC呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)TSOC含量每增加 1.00 g·kg-1時(shí)，＞0.25和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量分別增加0.61 g·kg-1和 0.23 g·kg-1，施肥對(duì)＞0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度要高于＜0.25 mm粒徑。說明＞0.25 mm粒徑團(tuán)聚體對(duì)施肥管理措施最為敏感，且是農(nóng)業(yè)管理措施下有機(jī)碳變化的良好指標(biāo)。這說明了通過有機(jī)培肥措施，可以顯著提高土壤有機(jī)碳含量，使土壤營(yíng)養(yǎng)狀況得到改善，同時(shí)隨著有機(jī)碳的提高，土壤團(tuán)聚顆粒含量也有了提升，土壤物理性質(zhì)得到改善，能提高土壤對(duì)作物養(yǎng)分供給能力、增加作物產(chǎn)量[41-42]，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的有效施肥模式。

3.1 種植制度對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響

圖3 土壤總有機(jī)碳含量與＞0.25和＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的關(guān)系Figure 3 The relationship of TSOC with＞0.25 and＜0.25 mm aggregate-associated organic carbon（Agg-OC）

本研究表明，同一種植制度不同粒徑之間，與不施肥相比，一年兩熟下，施用有機(jī)肥有利于提升＞0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量，而＜0.053 mm粒徑有機(jī)碳含量并未顯著提升。其原因可能是施肥對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響往往作用于大團(tuán)聚體，而對(duì)微團(tuán)聚體的影響較小，且施用有機(jī)肥碳投入量往往顯著大于當(dāng)季根茬投入量，外源碳輸入對(duì)土壤有機(jī)碳的增加量可能以顆粒有機(jī)碳為主[39]。微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳由于物理保護(hù)作用卻維持在較穩(wěn)定的水平[43-45]，因此，施用有機(jī)肥對(duì)大團(tuán)聚體的提升效果顯著高于微團(tuán)聚體。

同一粒徑不同種植制度下，與不施肥相比，施用有機(jī)肥對(duì)一年一熟下0.25～0.053和＜0.053 mm粒徑有機(jī)碳含量的提升幅度均顯著高于一年兩熟（表2）。其原因可能是人為擾動(dòng)對(duì)土壤團(tuán)聚體造成破裂和分散，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳物理保護(hù)作用破壞，使微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳暴露于微生物的分解之下，還可能導(dǎo)致土壤的呼吸作用加強(qiáng)，從而增加微團(tuán)聚體中有機(jī)碳的礦化[46-47]。

3.2 耕地類型對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響

同一耕地類型不同粒徑下，與不施肥相比，水田條件下，施用化肥＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量降低了16.4%，其原因可能是施用化肥外源碳的投入量較低，且施用化肥（尤其是單施N肥）會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，加速土壤團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)速率，引起土壤有機(jī)碳的礦化分解和損失[48-49]。而旱地條件下，施用有機(jī)肥和化肥均顯著提升了2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，且顯著高于其他粒徑（圖2）。眾多研究表明，有機(jī)碳積累伴隨著粗團(tuán)聚體（＞0.25 mm）的形成和增多，細(xì)團(tuán)聚體（＜0.25 mm）相應(yīng)減少，新積累的碳主要儲(chǔ)存于＞0.25 mm團(tuán)聚體中[50-51]，尤其是活性顆粒有機(jī)碳主要存在于較大的團(tuán)聚體中[52-53]。

同一粒徑不同耕地類型下，與不施肥相比，施用有機(jī)肥對(duì)2～0.25、0.25～0.053、＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度為旱地顯著高于水田和水旱輪作。大量研究表明，在干旱的條件下，土壤有機(jī)碳礦化速率都比較低，干濕交替能促進(jìn)土壤有機(jī)碳的分解[54-56]，水田和水旱輪作耕地類型屬于好氧與厭氧交替的環(huán)境[57]，且主要分布在南方地區(qū)（表1），其積溫高于旱地，同時(shí)高溫易于加速有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)。

3.3 土壤質(zhì)地對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響

同一土壤質(zhì)地不同粒徑下，與不施肥相比，砂土中，施用有機(jī)肥顯著提升了各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，且2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度顯著高于其他粒徑，施用化肥趨勢(shì)相近，但并不顯著，其原因可能是有機(jī)肥的化學(xué)組成較易與砂粒有機(jī)碳結(jié)合，較易存在于砂粒之間的孔隙中，因此投入后直接增大了砂土中砂粒結(jié)合有機(jī)碳的含量，而砂土主要分布在西北地區(qū)（表1），氣候干旱，早晚溫差較大，作物根茬分解極為緩慢，腐熟程度很低，因此施用化肥對(duì)增加砂粒結(jié)合有機(jī)碳含量貢獻(xiàn)較小[8]。壤土中，施用有機(jī)肥和化肥僅＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量沒有顯著提升。Kool等[58]和Gulde等[59]發(fā)現(xiàn)不同碳庫(kù)可能存在著飽和等級(jí)現(xiàn)象，即團(tuán)聚體粒徑越小，固碳潛力越低，會(huì)優(yōu)先達(dá)到碳飽和，新進(jìn)入的有機(jī)碳主要先積累于大團(tuán)聚體中，而壤土本身有機(jī)碳含量相對(duì)較高，＜0.053 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量可能已經(jīng)接近飽和，因此施肥效果不顯著。土壤礦質(zhì)結(jié)合態(tài)有機(jī)碳（MOC）是指粉粒和黏粒通過配位體交換、氫鍵及疏水鍵等作用吸附有機(jī)碳，屬于惰性有機(jī)碳庫(kù)；土壤中礦物顆粒對(duì)有機(jī)碳的吸附作用被認(rèn)為是土壤固持有機(jī)碳的重要機(jī)制之一[60]。因此，＜0.053 mm團(tuán)聚體可作為土壤固碳水平的可靠指標(biāo)。今后需要進(jìn)一步從有機(jī)碳組分水平探討長(zhǎng)期施肥下土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及固碳潛力差異機(jī)制，從而揭示有機(jī)肥及化肥對(duì)提升土壤肥力的作用。

同一粒徑不同土壤質(zhì)地下，施用有機(jī)肥對(duì)砂土中2～0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量的提升幅度（140.4%）顯著高于壤土（65.2%）和黏土（64.8%）。對(duì)于不同土壤而言，自身有機(jī)碳含量越低，則越有利于外源碳的輸入，即碳素的固定[61]，其原因可能是砂土透氣透水性好，根系生長(zhǎng)范圍大、活力高，各種微生物活性高，從而有利于地下生物量的提高[62]。朱毅等[63]認(rèn)為砂土結(jié)構(gòu)松散，地下生物量能夠直接影響POC含量。而孫中林等[64]研究表明砂壤土的固碳能力要高于黏壤土。同時(shí)，不施肥時(shí)2～0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量壤土（3.4 g·kg-1）和黏土（3.3 g·kg-1）約為砂土（1.9 g·kg-1）的1.8倍（表1），因此，施肥（尤其是施用有機(jī)肥）更有利于砂土中有機(jī)碳的累積。施用化肥與施用有機(jī)肥具有類似趨勢(shì)，但差異并不顯著（表2）。

4 結(jié)論

通過利用Meta-analysis綜合分析不同條件下施肥對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥的施用對(duì)各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提高幅度顯著高于化肥，而在不同管理措施、質(zhì)地等條件下，有機(jī)肥的提升幅度存在顯著差異。

（1）在同一條件不同粒徑下，與不施肥相比，一年兩熟、旱地、砂土及黏土下施用有機(jī)肥對(duì)2～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度顯著高于其他粒徑。

（2）在同一粒徑不同條件下，與不施肥相比，施用有機(jī)肥對(duì)不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提升幅度（P＜0.05）存在顯著差異，分別為：2～0.25 mm，砂土＞壤土、黏土，旱地＞水田、水旱輪作，0.25～0.053 mm和＜0.053 mm，一年一熟＞一年兩熟，旱地＞水田、水旱輪作。

（3）＞0.25和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量均與TSOC呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，經(jīng)相關(guān)分析推測(cè)，當(dāng)有機(jī)碳含量每增加 1.00 g·kg-1時(shí)，＞0.25 mm和＜0.25 mm粒徑有機(jī)碳含量分別增加0.61 g·kg-1和 0.23 g·kg-1。

本研究未探討不同理化性質(zhì)、氣候等因素對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響，需進(jìn)一步探討不同pH、初始SOC、全氮、氣候等因素對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的綜合影響，同時(shí)綜合分析不同團(tuán)聚體質(zhì)量比與其有機(jī)碳含量之間的關(guān)系等。