長(zhǎng)期施肥棕壤有機(jī)硫礦化特征及其驅(qū)動(dòng)力

韓 萌，楊勁峰*，謝 芳，李 娜，戴 健，王 月，魯 豫，韓曉日*

（1 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/土壤肥料資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北玉米營(yíng)養(yǎng)與科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，遼寧沈陽(yáng) 110866；2 鶴崗市農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，黑龍江鶴崗 154101）

硫是所有植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素之一，其含量影響著土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)以及植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育[1]。表層土壤中的硫大部分以有機(jī)硫的形態(tài)存在，無機(jī)硫占的比例很小，而多數(shù)有機(jī)硫必須礦化為SO42–的形態(tài)才能被作物吸收利用[2]。有機(jī)硫可以分為碳鍵硫、酯鍵硫以及未知態(tài)硫，碳鍵硫和酯鍵硫?qū)χ参锸怯行У?，且?duì)當(dāng)季作物來說，碳鍵硫的有效性低于酯鍵硫，未知態(tài)硫?qū)χ参锏挠行赃€不明確[3-6]。也有研究表明，土壤有機(jī)硫含量影響著土壤有效硫的有效性，植物吸收的土壤有機(jī)硫占其吸收所有土壤硫的45%[7-8]。因此有機(jī)硫是土壤中硫的重要組成部分之一，其有效性評(píng)價(jià)與土壤微生物活動(dòng)和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程以及土壤硫元素循環(huán)均有密切相關(guān)性[9-10]。

土壤硫的礦化主要取決于土壤的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特性，而物理性質(zhì)對(duì)土壤硫的影響很小[11]。有機(jī)硫礦化過程會(huì)發(fā)生一系列的生物學(xué)以及生物化學(xué)反應(yīng)，受土壤性質(zhì)、微生物活性、微生物及作物根系分泌物質(zhì)等因素的影響[12]。而酶是土壤硫礦化的催化劑，Riffaldi等[13]研究發(fā)現(xiàn)潛性礦化硫與硫酸鹽水解酶、芳基硫酸酯酶、蛋白酶和脫氫酶的活性顯著相關(guān)。國(guó)內(nèi)外許多研究結(jié)果均表明，植物有效硫的來源主要是土壤有機(jī)硫。有試驗(yàn)表明作物的生長(zhǎng)期越長(zhǎng)，有效硫的地位就越重要[14]。Freney等[15]的研究表明，在土壤中施用適量硫肥的處理有機(jī)硫的礦化更為劇烈，而有機(jī)硫礦化劇烈，礦化形成的無機(jī)硫酸鹽含量提高，更有利于植物的吸收。有研究表明種植作物也許會(huì)刺激土壤有機(jī)硫的礦化，種植作物后比種植作物前土壤有機(jī)硫的礦化量提高[16-17]。

長(zhǎng)期施肥有機(jī)硫轉(zhuǎn)化的研究在紅壤、潮土、黑土、褐土、草甸土等土壤類型的報(bào)道較集中[18-22]，而棕壤長(zhǎng)期定位施肥有機(jī)硫變化研究比較少，并且長(zhǎng)期定位施肥有機(jī)硫研究方面的種植制度多為短期或連作制度，對(duì)于輪作的研究較少，但很多試驗(yàn)證明土壤有機(jī)硫的礦化過程與地上作物的種植有密切關(guān)系。棕壤是我國(guó)重要的土壤類型，更是遼寧省主要土壤類型，目前對(duì)于長(zhǎng)期施肥條件下，采用玉米–玉米–大豆輪作方式棕壤有機(jī)硫礦化特征有待深入研究，外界因子如溫度、pH、有機(jī)碳、酶活性等是否會(huì)對(duì)有機(jī)硫礦化產(chǎn)生明顯驅(qū)動(dòng)均不十分清楚。關(guān)于長(zhǎng)期定位試驗(yàn)對(duì)土壤硫的影響研究大多是側(cè)重于硫元素的有效性，而對(duì)土壤供硫潛力等的研究不多。國(guó)內(nèi)外關(guān)于長(zhǎng)期定位施肥的土壤研究比短期肥料試驗(yàn)或盆栽試驗(yàn)少得多，對(duì)于影響有機(jī)硫礦化的因素的研究也不夠詳細(xì)[23-26]。故依托沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)于1979年建立的棕壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究長(zhǎng)期(36年) 不同處理玉米–大豆輪作體系中土壤有機(jī)硫礦化特征及其主要驅(qū)動(dòng)因子。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)棕壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基地，試驗(yàn)始建于1979年，持續(xù)有36年?；匚挥谒蛇|平原南部的中心地帶，屬于溫帶濕潤(rùn)–半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均降雨量為574～684 mm，平均氣溫7.0℃～8.1℃，無霜期為148～180天。試驗(yàn)從1979年開始，采用有機(jī)肥和無機(jī)肥不同處理配合及玉米–玉米–大豆輪作種植體系。土壤是發(fā)育在第四紀(jì)黃土性母質(zhì)上的簡(jiǎn)育濕潤(rùn)淋溶土，1979年試驗(yàn)前土壤的基本化學(xué)性質(zhì)為pH 6.5、有機(jī)碳9.18 g/kg、全氮 0.80 g/kg、堿解氮 105.5 mg/kg、全磷 0.38 g/kg、有效磷 6.5 mg/kg、全鉀 21.1 g/kg、速效鉀97.9 mg/kg[27-28]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，分為化肥、低量有機(jī)肥和高量有機(jī)肥3個(gè)區(qū)組，共15個(gè)施肥處理，小區(qū)面積為 160 m2。本研究選用其中的 7 個(gè)處理：1) 不施肥(CK)；2) 低量化學(xué)氮肥 (N1)；3) 高量化學(xué)氮肥(N2)；4) 低量化學(xué)氮+磷肥 (N1P)；5) 低量化學(xué)氮+磷鉀肥 (N1PK)；6) 低量有機(jī)肥 (M1)；7) 低量有機(jī)肥+低量化學(xué)氮+磷鉀肥 (M1N1PK)。具體養(yǎng)分投入量見表1。

表 1 玉米和大豆季有機(jī)肥和化肥投入量 (kg/hm2)Table 1 Manure and chemical fertilizer inputs in maize and soybean season

有機(jī)肥采用腐熟的豬廄肥 (干重，平均養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì) 119.6 g/kg、N 5.6 g/kg、P2O58.3 g/kg、K2O 10.9 g/kg)，供試氮磷鉀肥為尿素 (N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%、S 1.87%) 和硫酸鉀 (K2O 50%、S 8.79%)，所有肥料均作為基肥在播種前一次施入。種植制度為玉米–玉米–大豆輪作，一年一熟。1992年起，種植大豆不再施有機(jī)肥。2014年大豆品種為沈農(nóng)16號(hào)，密度150000株/hm2；2015年玉米品種為東單6531，密度60000株/hm2。

1.3 試驗(yàn)樣品采集

定位試驗(yàn)每年作物收獲后，每個(gè)小區(qū)分設(shè)3個(gè)次級(jí)小區(qū)，每個(gè)次級(jí)小區(qū)面積30 m2，作為每個(gè)處理的重復(fù)。每個(gè)次級(jí)小區(qū)隨機(jī)選取5點(diǎn)，采集不同層次土壤樣本，組成混合樣，風(fēng)干，保存于專用定位樣本室，用于各項(xiàng)指標(biāo)分析。本研究選取2014和2015 年耕層土壤 (0—20 cm) 樣本進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)分析，土壤常規(guī)化學(xué)指標(biāo)見表2。

表 2 長(zhǎng)期施肥條件下大豆季和玉米季土壤化學(xué)指標(biāo)Table 2 Soil chemical properties in soybean and maize seasons under long-term fertilization

1.4 測(cè)定項(xiàng)目

1.4.1 土壤基本理化指標(biāo)的測(cè)定 pH采用水土比2.5∶1浸提，pH計(jì) (PHS-3C型，上海雷磁) 測(cè)定；有機(jī)碳、全氮采用元素分析儀 (Vario EL III，Germany) 測(cè)定。

1.4.2 有機(jī)硫礦化試驗(yàn) 礦化培養(yǎng)試驗(yàn)參照Pirela等[29]方法進(jìn)行。稱取風(fēng)干土樣30 g，石英砂30 g，將兩者充分混合后置于淋濾管內(nèi)，盡量保證淋濾管內(nèi)的土樣與石英砂均勻且松緊度一致。同一土樣分別設(shè)置3次重復(fù)。為去除土壤之前礦化的硫酸鹽，我們采用0.01 mol/L的CaCl2溶液浸潤(rùn)土壤平衡12 h后，再用0.01 mol/L的CaCl2溶液徹底的淋洗試驗(yàn)土壤，直至土壤再無SO42–被淋洗出來即可開始淋濾試驗(yàn)。為防止在添加溶液時(shí)會(huì)使淋濾管內(nèi)土壤濺起，在傾倒溶液時(shí)在土壤表面覆蓋一層濾紙，并且為淋濾管配置蓋子以防止其中水分蒸發(fā)。將準(zhǔn)備好的淋濾管分別放入20℃和30℃培養(yǎng)箱中，分別于培養(yǎng)第 2、4、6、8、10、12、14 周后，采用 75 mL CaCl2溶液淋洗，淋洗出的液體定容至100 mL容量瓶中后過濾，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 (ICP-AES) 測(cè)定其中硫酸鹽的含量。

1.4.3 芳基硫酸酯酶 (S-ASF) 與中性蛋白酶 (S-NPT)的測(cè)定 土壤芳基硫酸酯酶和中性蛋白酶分別采用S-ASF和S-NPT活性檢測(cè)試劑盒，處理風(fēng)干土壤樣本，按照試劑盒標(biāo)準(zhǔn)說明進(jìn)行各項(xiàng)操作，最后采用酶標(biāo)儀 (Epoch，Bio Tek，USA)分別在 410和680 nm處比色測(cè)定。

1.4.4 土壤有機(jī)硫礦化動(dòng)力學(xué)模型及其參數(shù)計(jì)算根據(jù)礦化淋濾試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，通過一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算得出有機(jī)硫的礦化潛力、礦化速率常數(shù)以及礦化半衰期。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程為：

St=S0[1?exp(?kt)]

式中，S0為潛在礦化勢(shì)；St為一定時(shí)間土壤硫累積礦化量；k為一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)；t為培養(yǎng)時(shí)間 (周)；t0.5為常數(shù)，代表礦化半衰期，潛在礦化勢(shì)S0被礦化50%所需的時(shí)間 (周)。參數(shù)S0和k用下述方法求得。先將上式轉(zhuǎn)化為：

S0?St=S0exp(?kt)

等式兩端同時(shí)取對(duì)數(shù)，得：

ln(S0?St)=lnS0?kt

變形后的公式雖然是一直線型公式，但由于等式兩端均含有欲求參數(shù)S0，所以需要先估算—S0代入公式左端后，以最小二乘法計(jì)算出公式右端的兩參數(shù)S0和k；然后再將這一剛剛求出的S0代回等式左端進(jìn)行第二次計(jì)算，以最小二乘法求得新的等式右端的S0和k，如此反復(fù)迭代計(jì)算，直至前后兩次求出的S0相對(duì)誤差小于0.0001，此時(shí)求得S0和k即為一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程式中的兩參數(shù)。根據(jù)S0和k即可計(jì)算出t0.5(t0.5=0.693/k)[30]。

1.4.5 芳基硫酸酯酶及中性蛋白酶活力計(jì)算 1) 芳基硫酸酯酶：

每天每克土樣中產(chǎn)生1 μmol對(duì)-硝基苯酚定義為一個(gè)酶活力單位。

式中：T—反應(yīng)時(shí)間，1 h=1/24 天；V反總—反應(yīng)體系總體積，2.625×10–4L；W—樣本質(zhì)量，0.05 g。

2) 中性蛋白酶：每天每g土樣中產(chǎn)生1 mg酪氨酸為一個(gè)S-NPT活力單位。

式中：C標(biāo)準(zhǔn)管—標(biāo)準(zhǔn)管濃度，0.05 mg/mL；V反總—反應(yīng)體系總體積，0.2 mL；T—反應(yīng)時(shí)間，30 min 為 1/48 天；W—樣本質(zhì)量，0.01 g。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016作圖和SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)，采用單因素方差分析和鄧肯法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度和作物對(duì)土壤有機(jī)硫礦化量的影響

由圖1可以看出，20℃條件下，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，有機(jī)硫礦化量逐漸增加；前4周礦化速率較快，土壤中有機(jī)硫大量進(jìn)行礦化分解，分解量占總分解量的37.26%～56.01%，此后礦化量增幅變緩。不同施肥處理對(duì)有機(jī)硫礦化量的影響各不相同，7 個(gè)處理的總體變化趨勢(shì)為 M1N1PK > M1>N1PK、N1、N2> N1P > CK。與 CK 相比，施用氮肥后，有機(jī)硫礦化量明顯增加，但隨著化學(xué)氮肥施用量的增加，有機(jī)硫礦化量沒有明顯變化。在只施用化肥的處理中，N1、N2和N1PK有機(jī)硫礦化量沒有明顯差別，但N1P處理的土壤有機(jī)硫礦化量卻比其它處理降低了11.27%～12.70%。M1處理有機(jī)硫礦化量明顯增加，較CK處理增加了47.92%，較單施化肥處理增加了3.78%～18.87%。M1N1PK處理有機(jī)硫礦化量在所有處理中最高，比CK處理提高了57.30%，比其它處理提高了6.34%～26.41%。30℃條件下，有機(jī)硫礦化總體趨勢(shì)與20℃條件下相同，但有機(jī)硫礦化量整體都高于20℃條件下，平均增加幅度在6.20%～9.62%，溫度升高有利于有機(jī)硫的礦化。玉米季有機(jī)硫礦化量總體趨勢(shì)與大豆季相同，但有機(jī)硫礦化量總體比大豆年份高出6.17%～9.61%，玉米種植季有機(jī)硫礦化量高于大豆種植季。

圖 1 礦化培養(yǎng)試驗(yàn)不同溫度和作物下各處理土壤有機(jī)硫礦化量的變化Fig.1 Mineralization amount of soil organic sulfur in each treatment under different temperatures and crops in the laboratory culture test

2.2 有機(jī)硫礦化的動(dòng)力學(xué)特征

一般土壤有機(jī)硫的累計(jì)礦化量與礦化時(shí)間之間符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[30-31]，用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)土壤有機(jī)硫累計(jì)礦化量和培養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行擬合，得到土壤有機(jī)硫潛在的礦化量，即土壤有機(jī)硫礦化勢(shì) (S0) 和礦化常數(shù) (k)[17]。

由表3可以看出，不同處理有機(jī)硫礦化采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合效果比較好 (r> 0.938)[17]。在20℃的條件下，施肥處理的土壤有機(jī)硫礦化勢(shì)均高于CK。隨著化學(xué)氮肥施用量的增加，有機(jī)硫礦化勢(shì)有所提高，但僅提高了0.03%。采用氮磷配合施用時(shí)，土壤礦化勢(shì)有所降低，與單施氮肥相比降低了1.71%～2.01%；采用氮磷鉀配合施用時(shí)，土壤有機(jī)硫礦化勢(shì)與單施氮肥或氮磷配施相比均有所提高。M1處理的土壤有機(jī)硫礦化勢(shì)明顯高于其它所有施肥處理，提高了13.55%～45.27%。M1N1PK處理的有機(jī)硫礦化勢(shì)低于單施有機(jī)肥的處理，但高于單施化肥的處理，盡管有機(jī)肥配施氮磷鉀處理土壤礦化量最高(圖1)，但其礦化勢(shì)卻低于單施有機(jī)肥處理，有可能是添加了氮磷鉀化肥后，作物根系生長(zhǎng)旺盛，促進(jìn)了根系分泌物增多，提高了土壤中微生物活性，從而提高了其礦化量。在30℃的條件下，土壤有機(jī)硫礦化勢(shì)總體變化規(guī)律與20℃條件下相同，但30℃下的土壤有機(jī)硫礦化勢(shì)整體高出1.29%～6.61%。可以看出，溫度的升高有利于土壤中有機(jī)硫的礦化。

表 3 大豆年份不同溫度下有機(jī)硫礦化動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)Table 3 Kinetic equation parameters of organic sulfur mineralization under different temperatures in soybean season

由表4可以看出，玉米年份土壤礦化勢(shì)在不同培養(yǎng)溫度與處理之間的規(guī)律與大豆年份基本相同。對(duì)比表3、表4，土壤的有機(jī)硫礦化勢(shì)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，20℃條件下，種植玉米的年份有機(jī)硫礦化勢(shì)比種植大豆的年份提高了3.27%～6.19%，30℃條件下提高了0.23%～8.01%。

表 4 玉米年份不同溫度下有機(jī)硫礦化動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)Table 4 Kinetic equation parameters of organic sulfur mineralization under different temperatures in maize season

2.3 有機(jī)硫礦化關(guān)鍵酶活性變化

由圖2可知，在種植大豆的年份，與CK相比，除M1處理外，其余各施肥處理均顯著提高了土壤中性蛋白酶的活性。單施化肥各處理 (N1、N2、N1P) 之間差異不顯著，但N1PK處理的土壤中性蛋白酶活性顯著高于其它單施化肥處理。M1N1PK處理的土壤中性蛋白酶活性顯著高于單施化肥處理96%～220%；但單施有機(jī)肥處理中性蛋白酶活性卻顯著低于其它施肥處理34.78%～79.59%。在玉米種植季，中性蛋白酶活性大體趨勢(shì)與種植大豆的年份相似，但單施化肥的各個(gè)處理 (N1、N2、N1P、N1PK) 之間差異不顯著，且中性蛋白酶活性整體高于種植大豆的年份2.16%～60.69%。

圖 2 棕壤有機(jī)硫礦化關(guān)鍵酶活性變化Fig.2 Changes of key enzyme activities of organic S mineralization in brown soil

在種植大豆的年份，除N2處理外，其它施肥處理均顯著提高了土壤芳基硫酸酯酶活性。隨著化學(xué)氮肥施用量的增加，土壤芳基硫酸酯酶活性沒有顯著變化。在單施化肥的處理中，N1和N2之間差異不顯著，N1P和N1PK處理的土壤芳基硫酸酯酶活性顯著高于N1和N2兩個(gè)處理，其中N1PK處理的土壤芳基硫酸酯酶活性最高。M1處理土壤芳基硫酸酯酶活性顯著高于除N1PK處理外單施化肥的各個(gè)處理，M1N1PK處理的土壤芳基硫酸酯酶活性最高，遠(yuǎn)高于其它任何一個(gè)處理，提高了264%～986%。在種植玉米的年份，與CK相比，各施肥處理均顯著提高了土壤芳基硫酸酯酶活性；其變化趨勢(shì)與種植大豆的年份相同。

2.4 有機(jī)硫累積礦化總量與土壤性質(zhì)的關(guān)系

由表5可以看出，種植大豆的年份有機(jī)硫累積礦化總量盡管受溫度影響較大，隨著溫度增高有機(jī)硫礦化量增加，但與土壤pH、有機(jī)碳以及全氮含量相關(guān)性均不顯著。種植玉米的年份有機(jī)硫累積總礦化量與土壤有機(jī)碳含量和全氮含量呈顯著正相關(guān)，其礦化總量受土壤有機(jī)碳和全氮含量影響較大；與土壤pH沒有顯著相關(guān)性。利用7個(gè)處理不同年份的作物籽粒產(chǎn)量與不同溫度下有機(jī)硫礦化總量進(jìn)行線性擬合發(fā)現(xiàn)，r值在0.39～0.70，盡管隨著有機(jī)硫礦化總量的增加，作物產(chǎn)量有增加趨勢(shì)，但均未達(dá)到顯著差異水平。

表 5 大豆和玉米季土壤pH、有機(jī)碳、全氮含量與有機(jī)硫累積礦化總量的關(guān)系Table 5 Relationship between soil pH, organic carbon, total nitrogen and cumulative total mineralization of organic sulfur in soybean and maize seasons

3 討論

土壤有機(jī)硫礦化是土壤有效硫的重要來源，在土壤中有機(jī)硫的礦化與有效硫的固定是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)過程。在這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡中土壤微生物發(fā)揮著重要作用，影響微生物活性的因素，如溫度、水分、可利用碳源等都影響著平衡點(diǎn)的變化[32]。本研究結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，有機(jī)硫累積礦化量與時(shí)間呈直線關(guān)系，溫度升高使有機(jī)硫累積礦化量增加，這與Pirela等[29]的研究結(jié)果基本一致。不同的是本研究中的土壤有機(jī)硫礦化較快，在第4周時(shí)就達(dá)到了礦化總量的50%左右，而Pirela等[29]的研究中，20℃和30℃下14周的礦化量分別占有機(jī)硫總量的1.2%～9.8%和2.4%～17.5%，這可能由于土壤類型、作物種類、試驗(yàn)?zāi)晗薏煌瑢?dǎo)致的。Pirela等[29]培養(yǎng)研究表明，20℃和30℃下開放培養(yǎng)土壤有機(jī)硫累積礦化量與時(shí)間也呈直線關(guān)系。一般認(rèn)為溫度在10℃時(shí)，礦化作用明顯受阻礙，在20℃～40℃，礦化量隨溫度升高而增加，40℃以上又降低。本研究中未設(shè)定10℃和40℃，因?yàn)楦鶕?jù)當(dāng)?shù)刈魑锷L(zhǎng)氣候條件，一般5月初種植，9月末收獲，溫度一般極少會(huì)出現(xiàn)低于10℃或高于40℃。

不同施肥措施對(duì)棕壤有機(jī)硫的礦化特征有明顯的影響。對(duì)照處理由于長(zhǎng)期 (36年) 不施肥，作物吸收的硫主要是土壤中原有的硫素，使土壤硫的儲(chǔ)量下降，土壤有機(jī)硫礦化能力下降。單獨(dú)施加有機(jī)肥和有機(jī)肥配施氮磷鉀肥的處理土壤有機(jī)硫礦化量高于其它處理，主要原因是有機(jī)肥本身攜帶一部分有機(jī)硫，致使土壤有機(jī)硫庫(kù)增大；其次有機(jī)肥在礦化分解和腐殖化過程中均需要微生物的參與，土壤微生物活力增高，有機(jī)硫礦化加快[30]。本研究中，有機(jī)硫礦化勢(shì)最高的是單獨(dú)施加有機(jī)肥的M1處理，其次才是M1N1PK處理，這與遲鳳琴等[30]研究結(jié)果一致，黑土的有機(jī)硫礦化勢(shì)在20℃和30℃時(shí)以施用有機(jī)肥的M處理為最大，其次為MNPK處理，再次為NPK處理，而以未施肥處理CK為最小?？梢?，棕壤有機(jī)硫礦化規(guī)律與黑土較為類似，施用有機(jī)肥使土壤中有機(jī)硫含量增高，其礦化勢(shì)也會(huì)變大，即供硫潛力越大。

蛋白酶是影響土壤中氮元素的主要酶之一，其生物活性會(huì)影響土壤中氮的轉(zhuǎn)化過程，而土壤中的碳、氮含量對(duì)土壤硫均有很大的影響，并且蛋白酶的活性與其它硫轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的活性之間存在一定程度的相互關(guān)系，也會(huì)對(duì)有機(jī)硫的礦化過程產(chǎn)生影響[33]。在本試驗(yàn)條件下，兩種酶的變化規(guī)律各有不同，從整體來看，長(zhǎng)期施肥處理均可提高中性蛋白酶和芳基硫酸酯酶的活性，說明施肥對(duì)提高兩種酶的活性有促進(jìn)作用，效果最好的為有機(jī)肥配合化肥處理。

大部分研究表明，土壤硫的礦化與土壤pH相關(guān)性不顯著[10, 13, 29, 34]，也有研究發(fā)現(xiàn)不同土壤硫礦化與pH既呈正相關(guān)，也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[35]。Ghani等[31]發(fā)現(xiàn)在10周的培養(yǎng)期間14%～54%的新形成的有機(jī)硫被礦化。有機(jī)物質(zhì)的C/S值也會(huì)影響硫的釋放或固定，C/S值為200時(shí)礦質(zhì)化占優(yōu)勢(shì)，土壤凈獲得SO42–；C/S值大于400時(shí)，以固定作用為主，發(fā)生SO42–的凈丟失；C/S 值在 200～400，SO42–既不丟失也不獲得。所以土壤有機(jī)碳可通過影響土壤中的C/S值來促進(jìn)土壤有機(jī)硫的礦化。有機(jī)碳可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成[36-39]。有研究發(fā)現(xiàn)，全氮對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成有很大影響[40]，并且土壤中95%的全氮以有機(jī)態(tài)存在，這有利于有機(jī)–無機(jī)膠結(jié)作用，土壤團(tuán)聚體有利于養(yǎng)分的保存，可以改善土壤不良物理性狀。因此有利于土壤微生物的活動(dòng)，提高土壤微生物的活性，使有機(jī)硫礦化加快。本研究結(jié)果表明，在30℃時(shí)長(zhǎng)期施肥棕壤有機(jī)硫礦化量主要受土壤有機(jī)碳含量和土壤全氮含量影響，而與土壤pH無關(guān)。這也有可能是受土壤C/S值或土壤全氮含量影響團(tuán)聚體而導(dǎo)致的直接或間接效果。通過了解長(zhǎng)期施肥土壤有機(jī)硫礦化的主要驅(qū)動(dòng)力，提高硫素生物效應(yīng)，發(fā)揮C、N、S協(xié)同效應(yīng)，有效提高棕壤土壤肥力，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

土壤中有機(jī)碳和全氮是棕壤有機(jī)硫礦化的主要驅(qū)動(dòng)力。只施用無機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)硫的礦化沒有明顯影響，而有機(jī)無機(jī)肥配合施用可顯著提高土壤芳基硫酸酯酶、中性蛋白酶活性，進(jìn)而提高有機(jī)硫礦化勢(shì)和礦化量。玉米因其較高的生物量也成為有機(jī)硫礦化的主要驅(qū)動(dòng)力。