2023, Vol. 60
2. 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所, 南昌 330200
2. National Engineering Research Center for Red Soil Improvement/Institute of Soil, Fertilizer and Resources and Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China
稻田农业是保证我国粮食安全的重要支撑，稻田有机碳含量较高、固碳潜力较大[1]，其表层碳储量达47 Mg·hm–2（以C计），是旱地表层碳储量的1.5倍~2.1倍[2]。因此，稻田土壤碳库对于农田土壤碳的固定具有重要意义。土壤有机碳库又可分为活性和惰性碳库，活性碳通过调节能源物质供应和微生物活性影响土壤碳库的有效性[3]，而惰性碳较难分解，表示土壤长期积累和固碳的能力，对土壤固碳保肥尤为重要[4-5]。因此，稻田土壤活性、惰性碳库对农田生态系统中有机碳的迁移、转化、固持和缓解全球气候变暖意义重大。
有机肥替代化肥对稻田土壤活性、惰性碳库影响深远。与不施肥处理（CK）相比，不同比例有机肥替代化肥处理均提高了稻田活性碳含量[6]，但是对惰性碳含量的影响差异较大[7]。有机肥替代化肥的比例为50%~100%时，稻田活性碳可增加15.38%~305.93%（替代比例以100%时最佳），惰性碳可增加–4.50%~33.67%（替代比例以60%最佳）；替代比例为30%~50%时，稻田活性碳可增加43.62%~177.97%，惰性碳可增加0.35%~31.63%（替代比例均以50%最佳）[6-8]。此外，有机碳组分还受外源碳投入（作物根系、残茬及有机肥）和土壤理化性质（pH、全量养分、速效养分等）影响显著[5，9-12]。然而，目前多数有关有机肥替代比例对稻田活性、惰性碳库影响的田间试验研究主要为短期（≤5a）试验，缺乏长期不同有机肥替代比例下活性、惰性碳库含量和百分比变化的对比研究。
土壤有机碳的稳定性与其结构的稳定性密切相关，其中烷氧碳是易分解的结构，烷基碳和芳香碳则较为稳定[13]。脂族碳/芳香碳比值能反映腐殖物质分子结构的复杂程度；而烷基碳/烷氧碳比值可反映有机碳的分解程度[14]。施肥通过影响土壤有机碳的化学结构影响有机碳的稳定性。与CK相比，施化肥使水稻土脂族碳/芳香碳比值升高0.46%~16.79%，使烷基碳/烷氧碳比值、芳香度分别降低4.48%~20.26%、0.21%~11.60%，有机碳的稳定性减弱[15-17]；化肥配施有机肥使水稻土脂族碳/芳香碳比值降低7.17%~32.94%，使烷基碳/烷氧碳比值、芳香度分别升高6.30%~12.08%、6.01%~34.90%，有机碳稳定性增强[15]。然而，目前不同有机肥替代比例对稻田土壤有机碳化学结构及稳定性的影响尚不明确。
因此，本研究选取水稻土长期定位试验的5个有机肥替代化肥处理，明确长期不同有机肥替代化肥比例下水稻土活性、惰性碳库的含量及碳库稳定程度；通过傅里叶红外光谱分析（Fourier Transform Infrared spectroscopy，FTIR）和X射线光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS），明确有机碳的化学结构及其稳定机制；并探讨土壤性质和外源碳投入对活性碳、惰性碳含量的影响。本研究将为研究第四纪红色黏土发育的水稻土有机碳的稳定机制及优化培肥措施提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 研究区概况试验点位于江西省农业科学院试验农场内（28°57′N，115°94′E），属于中亚热带，试验始于1984年。该区域年均温17.5℃，年均降雨量1 600 mm，年均蒸发量1 800 mm，无霜期约280 d。供试土壤为第四纪红色黏土母质发育的中潴黄泥田。试验前耕层（0~20 cm）土壤性质为：pH 6.50，有机质25.6 g·kg–1，全氮1.36 g·kg–1，全磷0.49 g·kg–1，碱解氮81.6 mg·kg–1，有效磷20.8 mg·kg–1，速效钾35.0 mg·kg–1[18]。
1.2 试验设计试验共设置8个处理，本研究选取其中5个处理，分别是：不施肥处理（CK）、化肥处理（100F0M）、化肥处理中30%、50%及70%的氮量被有机肥替代，分别记为70F30M、50F50M、30F70M。每个处理设三次重复，随机区组排列，小区面积33.3 m2，小区间以0.45 m深和0.5 m宽的水泥田埂隔开，独立排灌。种植制度为一年两熟制（早稻-晚稻）。早稻在每年的4月中下旬移栽，7月中旬收获，晚稻在7月下旬移栽，10月下旬收获。
早稻N、P2O5、K2O施用量分别为150、60、150 kg·hm–2；晚稻N、P2O5和K2O施用量分别为180、60和150 kg·hm–2。早晚稻化肥施用种类相同，均为尿素（N 46.7%）、过磷酸钙（P2O5 12%）和氯化钾（K2O 60%），有机肥为紫云英和腐熟猪粪，紫云英N、P2O5和K2O含量分别为0.30%、0.08%和0.23%，腐熟猪粪分别为0.45%、0.19%和0.60%。磷肥和有机肥全部作基肥；化学氮肥50%作基肥，25%作分蘖肥，25%作幼穗分化肥；钾肥50%作分蘖肥，50%作幼穗分化肥。各处理具体肥料施用量见表 1。
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表 1 长期不同比例有机肥替代化肥处理的肥料施用量 Table 1 Fertilizer application rate of long-term treatment with different proportions of organic fertilizer instead of chemical fertilizer/(kg·hm–2) |
2018年10月，晚稻收获后采用直径为5 cm的土钻采集水稻耕层土（0~20 cm），每个小区随机采集3个土钻样品混合成一个土壤样品，放入保温箱保存带回实验室。土样在自然条件下风干，剔除石块及植物残体，研磨过20目和100目筛后备用。
土壤样品测定指标及方法如下[19]：pH（电位法，土水比1∶5）；土壤有机碳（SOC，重铬酸钾容量法）；土壤阳离子交换量（CEC，中性乙酸铵交换法）；碱解氮（AN，碱解扩散法）。
活性、惰性碳组分采用KMnO4氧化法[20]。活性碳为333 mmol·L–1 KMnO4氧化的有机碳含量；惰性碳为总有机碳含量与333 mmol·L–1 KMnO4氧化的有机碳含量之差。
采用傅里叶红外光谱分析（Fourier Transform Infrared spectroscopy，FTIR）及X射线光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）测定有机碳的官能团及相对含量。其中FTIR：采用傅里叶红外光谱仪（Burker Invenio S，德国）进行样品测定，具体方法如下：将样品与干燥的溴化钾（光谱纯）按1︰100的比例在玛瑙研钵中充分研磨混匀后，在75 KPa下压片，通过傅里叶变换红外光谱仪扫描并记录光谱图。光谱测定范围为4000 ~ 400 cm–1，分辨率为4 cm–1，扫描频次64次。XPS：采用X射线光电子能谱仪（Thermo Scientific K-Alpha，美国）进行样品测定，X射线源为单色Al Kα（hv =1 486.6 eV），束斑面积为400 μm。在扫描C1s的高分辨率图谱时，步长设为0.05 eV，以C1s峰（284.80 eV）为标准进行能量校正。
1.4 计算方法碳库指数（CPI）=样品总有机碳含量（g·kg–1）/对照土壤总有机碳含量（g·kg–1）；
活度指数（LI）=样本的碳库活度（L）/对照的碳库活度（L0）；
碳库活度（L）=样本中的活性碳（LOC）/样本中的非活性碳（NLOC）；
有机肥碳投入（t ·hm–2）=有机肥的有机碳含量（g·kg–1）×（1–有机肥含水量（%））×有机肥鲜重（kg·hm–2）/1 000；
水稻根茬碳投入（t·hm–2）=（（籽粒+秸秆）×（30%+5.6%））×（1–14%）×0.418；
对照土壤为不施肥处理；30%—水稻地下部分占地上部分的比例；5.6%—水稻所有处理残茬占地上部分的比例；14%—风干地上部分含水量；418 g·kg–1—水稻地上部分平均有机碳含量[21-22]。
1.5 数理统计方法采用单因素方差分析（One-way ANOVA）（SPSS 22.0软件）明确不同处理之间土壤有机碳组分含量及比例、碳库指数、碳库活度的显著性差异（P < 0.05）；采用Origin 2019对红外光谱图像进行吸光度转化图像光滑和基线校准；采用Avantage软件拟合XPS光谱；采用相关性分析（Correlation analysis）明确pH、CEC、AN及碳投入对活性、惰性碳含量的影响，并用Origin 2019进行相关性热图绘制（P < 0.05）。
2 结果 2.1 长期不同有机肥替代比例对土壤有机碳含量的影响CK、100F0M、70F30M、50F50M、30F70M施肥处理下有机碳的含量分别为13.27、16.16、18.00、17.79、20.57 g·kg–1（图 1）。单因素方差分析结果表明不同有机肥替代比例下有机碳含量为30F70M > 70F30M、50F50M > 100F0M > CK，其中以30F70M处理增幅最大，而70F30M与50F50M两处理之间无显著差异（P < 0.05）。与CK处理相比，100F0M、70F30M、50F50M、30F70M处理分别使土壤有机碳含量提高了21.78%、35.64%、34.06%、55.01%。与100F0M处理相比，70F30M、50F50M、30F70M处理分别使土壤有机碳含量提高了11.39%、10.09%、27.29%。
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注：图中不同字母表示差异显著（P < 0.05）。Note：Different letters represent significant differences（P < 0.05）. 图 1 长期不同比例有机肥替代化肥下土壤有机碳含量 Fig. 1 Soil organic carbon content under long-term replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers in different proportions |
不同有机肥替代比例下活性碳的含量在4.02~5.08 g·kg–1之间，且70F30M、30F70M > CK、50F50M处理；惰性碳的含量介于9.25~15.49 g·kg–1之间，且30F70M > 70F30M、50F50M > 100F0M > CK（表 2）。相较于CK处理，70F30M、30F70M使活性碳分别提高了19.90%、26.37%，但50F50M活性碳含量影响较小。100F0M、70F30M、50F50M、30F70M处理分别使惰性碳含量提高了24.65%、42.49%、48.86%、67.46%。相较于100F0M处理，不同有机肥替代化肥比例对活性碳的影响均较小；70F30M、50F50M、30F70M处理分别使惰性碳含量提高了14.31%、19.43%、34.35%。
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表 2 长期不同比例有机肥替代化肥下土壤有机碳组分含量、比例及碳库指数 Table 2 The content and proportion of soil organic carbon components and the carbon pool index under long-term replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers in different proportions |
由表 2可知，活性碳占总有机碳的比例在22.74%~30.33%之间，且CK > 50F50M、30F70M，而100F0M、70F30M与CK之间无显著性差异；惰性碳占总有机碳的比例在69.67%~77.26%之间，且50F50M、30F70M > CK，而100F0M、70F30M与30F70M之间无显著性差异。相较于CK处理，50F50M、30F70M使活性碳的占比分别降低25.02%、18.27%，使惰性碳的占比升高10.89%、7.95%；相较于100F0M处理，50F50M使活性碳的占比分别降低20.55%，使惰性碳的占比升高8.24%。
不同有机肥替代比例下土壤碳库活度指数在0.69~1之间，表现为CK、100F0M > 50F50M、30F70M，而70F30M与CK、100F0M及30F70M之间无显著差异；土壤碳库指数在1~1.55之间，表现为30F70M > 70F30M、50F50M > 100F0M > CK。与CK处理相比，50F50M、30F70M使碳库活度指数分别降低了0.31及0.23个单位；与100F0M处理相比，50F50M、30F70M使碳库活度指数分别降低了0.25及0.17个单位。相较于CK处理，100F0M、70F30M、50F50M、30F70M的碳库指数升高了0.22、0.36、0.34和0.55个单位；相较于100F0M处理，70F30M、50F50M、30F70M的碳库指数升高了0.14、0.12和0.33个单位。
2.3 长期不同有机肥替代化肥比例下有机碳傅里叶红外光谱特征由图 2可知，CK、100F0M、70F30M、50F50M、30F70M等施肥处理的红外吸收光谱的特征峰形态基本一致，红外吸收光谱区均在4 000~500 cm–1之间，几个主要的吸收峰分别为O-H和N-H伸缩振动（3 700 cm–1、3 624 cm–1）；芳香族的C=C、酰胺C=O和COO–伸缩振动（1 642 cm–1）；糖类C-OH和有机硅化物中Si-O伸缩振动（1 080 cm–1）；多糖中C-O和有机硅化物中Si-O-Al伸缩振动（1 031 cm–1）；多糖中C-O和有机硅化物中Si-O-Si伸缩振动（1 009 cm–1）；烯烃中的C-H的顺式变形振动（690 cm–1）[23-24]。
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图 2 长期不同比例有机肥替代化肥下土壤红外光谱特征 Fig. 2 Soil infrared spectroscopy characteristics under long-term replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers in different proportions |
XPS的结果表明，5种施肥处理土壤样品的化学结构主要为芳香碳（Aromatic C）、烷基碳（C-H/C-C）、烷氧碳（C-O）、羰基碳（C=O）、羧基碳（O-C=O）等（表 3）。从XPS的C1s分峰拟合结果来看，5种施肥处理土壤中不同类型碳的相对含量百分比表现出相同的趋势，芳香碳（33.28%~37.79%）、烷基碳（27.81%~31.19%）最高，烷氧碳（16.19%~20.10%）、羰基碳（10.35%~12.07%）居中，羧基碳（2.52%~5.75%）最低。
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表 3 长期不同比例有机肥替代化肥下土壤样品表面吸附碳的官能团含量百分比 Table 3 Percentage of functional groups of adsorbed carbon on the surface of soil samples under long-term replacement of chemical fertilizer with different proportions of organic fertilizer /% |
从表 4的结果可知，脂族碳/芳香碳的比值在1.27~1.50之间，且CK最高；烷基碳/烷氧碳的比值在1.38~1.93之间，且100F0M最高。随着有机肥替代化肥比例的增加，脂族碳/芳香碳和烷基碳/烷氧碳的比值分别降低至1.27和1.38，表明有机肥替代化肥的比例越高，脂族中的烷基化程度越低，芳香性越强，分子结构复杂，有机碳稳定性增强。芳香度的范围介于0.40~0.44之间，CK最低，随着有机肥替代化肥比例的增加，芳香度增加至0.44，有机碳矿化的稳定性增加。
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表 4 长期不同比例有机肥替代化肥下有机碳稳定性指标 Table 4 Organic carbon stability index under long-term replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers in different proportions |
碳投入（水稻根系、水稻留茬、有机肥）可直接影响土壤活性、惰性碳的含量；土壤性质可通过影响微生物的数量和活性影响有机碳的转化分解，进而影响活性、惰性碳的含量。相关性分析结果表明，活性碳含量与pH呈显著正相关（P < 0.05）、与CEC呈极显著正相关（P < 0.01），相关系数分别为0.344和0.440，惰性碳含量与pH、AN、CEC、碳投入（水稻根系、水稻留茬、有机肥）均呈极显著正相关（P < 0.01），相关系数分别为0.469、0.906、0.648、0.766、0.763和0.821。
3 讨论 3.1 不同有机肥替代化肥比例对土壤有机碳组分的影响本研究的结果表明，长期有机肥替代化肥增加了稻田土壤有机碳和活性、惰性碳的含量，且30F70M的配施比例下三者含量相对较高。有机无机配施能通过增加外源碳（有机肥、根系、残茬）的投入，进而提高土壤有机碳和活性、惰性碳的含量[25-27]。因此，外源碳投入越多，土壤有机碳和活性、惰性碳含量越高。当外源碳增加时，活性及惰性有机碳均增加，且惰性碳的增加幅度大于或等于活性碳的增加幅度[26-27]，有机碳的稳定性增加。外源碳中部分可固定为土壤中稳定态有机碳，其中水田中有机肥可固定73%[28]、植物源、微生物源碳可分别固定32.89%~54.49%、28.24%~37.21%；就江西省而言，植物源、微生物源碳可分别固定35.88%、54.49%[29]。外源碳投入中的惰性成分进入土壤后一部分碳直接形成了难分解有机碳或被团聚体保护的有机碳[30]，另一部分分解成小分子的活性碳或CO2，分解后的活性碳也可参与惰性碳的形成[31]；而对于活性组分而言，一部分被微生物分解为活性更高的有机碳或CO2，另一部分成为了微生物生物量碳及稳定的有机碳[32]，从长远角度考虑更有利于固碳潜力及耕地质量的提升。
同时本研究还表明当有机肥替代比例为30%和50%时，有机碳含量无显著性差异。该试验2012年结果显示70F30M和50F50M处理的有机碳含量无显著性差异[18]，而2017年有机碳含量结果显示50F50M > 70F30M（P < 0.05）[33]。研究表明，长期定位试验的年限超过15~20 a后，土壤肥力会处于相对稳定的状态，同一处理的有机碳在某一均值附近波动（本研究近10年70F30M、50F50M处理的有机碳含量分别在17~20、18~22 g·kg–1之间）[34]；而2018年70F30M、50F50M两个处理的有机碳含量均在该波动范围内，导致同一试验不同处理的有机碳含量在不同年份之间显著性差异不一致。且同一试验的肥料效应还受试验年限、采样点位的影响[35]。70F30M和50F50M惰性碳含量无显著差异，但均显著低于30F70M。首先，70F30M和50F50M处理下碳投入的种类（水稻根系、残茬、有机肥包括紫云英和猪粪）相同，但碳投入的数量（70F30M 5.67 t·hm–2，50F50M 7.49 t·hm–2）不同。在一定范围内，碳投入增加会促进土壤中原有有机碳的矿化分解，产生正向激发效应[36]，且激发效应大小随碳投入的增加呈上升趋势[37]，导致50F50M有机碳分解较70F30M多，故70F30M和50F50M惰性碳含量无显著差异。另一方面，微生物对外源碳的利用存在一个饱和阈值，在一定范围之内，当外源碳量增加时，有机质的转化速率与添加量成正比；超出一定范围，有机质的转化速率变慢[38]。因此，在本试验条件下，微生物对外源碳利用的饱和阈值可能在7.49 t·hm–2（50F50M）~ 8.81 t·hm–2（30F70M）之间。此外，惰性碳在有机碳中占比高达69.67%~77.26%，同时有研究表明有机碳的含量与惰性碳含量呈正相关[5]，故70F30M和50F50M处理下惰性碳含量无显著差异的原因同有机碳的一致，与试验年份、采样点位等有关。因此，30F70M配施比例下，更有利于土壤质量的提升。
3.2 不同有机肥替代化肥比例对土壤有机碳稳定性的影响本研究中红外光谱的分析结果表明，不同有机肥替代比例下土壤有机碳的化学结构种类相同（芳香碳、烷基碳、烷氧碳、羰基碳、羧基碳）。本研究不同有机肥替代化肥比例下涉及的外源碳种类均相同。研究表明，有机肥和植物残体中含有单宁、木质素等芳香性物质[39]。腐熟猪粪较堆肥前脂肪类物质减少、芳香结构成分增加，腐殖化程度高[40]。紫云英中木质素含量占比（14.7%）略高于半纤维素（5.81%）和纤维素（11.5%）[41]。水稻秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的含量占比分别为28.89%~29.40%、39.86%~43.88%、10.81%~14.48%[42]。而单宁、木质素、纤维素和半纤维中含有芳香碳、烷基碳和烷氧碳等化学结构[13]。因此，稻田生态系统外源碳投入的种类对有机碳化学结构的种类影响较大。
此外，本研究的结果表明：70F30M、50F50M、30F70M三种施肥处理均提高了有机碳自身结构的稳定性，其中30F70M的稳定性最强。这是由外源碳投入的数量、土壤微生物和酶活性以及土壤性质的差异导致的。首先，不同有机肥替代比例下外源碳投入的量存在较大差异（CK 1.98 t·hm–2，100F0M 2.82 t·hm–2，70F30M 5.67 t·hm–2，50F50M 7.49 t·hm–2，30F70M 8.81t·hm–2），进入土壤中的木质素、纤维素等含量不同，导致芳香碳、烷基碳和烷氧碳等化学结构的含量存在差异。其次，微生物（细菌在红壤性水稻土中约为微生物总量的70%~80%）[43]率先分解利用有机肥中较易分解的烷氧碳组分（氨基酸、半纤维素等），而芳香碳（木质素、单宁）、烷基碳（角质、木栓质、蜡质）等相对稳定碳组分会在分解初期被选择性保留下来[13]，因此芳香碳和烷基碳的含量百分比会高于烷氧碳。有机肥施用量的增加为土壤提供了大量可直接利用的有机碳源，从而也提高了土壤中微生物、碳转化酶（多酚氧化酶、过氧化物酶、纤维素酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶）的数量和活度，促进有机碳库的周转[44-45]。因此，随着有机肥替代比例的增加，有机碳的稳定性逐渐增强。
此外，某些土壤性质也会通过影响微生物的数量和活性间接影响有机碳的转化分解，如pH降低，微生物活性会降低并且微生物群落组成也会发生变化[46]，此时土壤有机质与矿物结合增强，从而导致微生物对有机碳的分解效率低[47]。土壤中氮可通过影响微生物与酶的活性，进而影响有机碳的分解：（1）氮含量增高，微生物呼吸作用减弱、对碳的利用率增加，促进有机碳积累[48]。（2）氮含量增高间接导致了土壤中水解酶和氧化还原酶的活性降低，加速有机碳中的活性部分分解，抑制稳定态碳的分解，从而影响有机碳组分的含量[49]。（3）氮含量增高可促进其与较难分解的凋落物残体（如木质素等）结合形成更难降解的杂环类物质（如吲哚等）和酚类[50]。CEC含量越高越容易形成水稳性团聚体，有利于有机碳的固存[51]。
4 结论通过对江西省水稻土长期定位试验的5个有机肥替代化肥处理的有机碳组分及碳化学结构的研究表明，不同有机肥替代化肥处理可以增加稻田土壤有机碳和活性、惰性碳的含量，且30F70M的配施比例下三者含量相对较高。不同有机肥替代比例下土壤有机碳的化学结构种类相同，不同类型碳的相对含量百分比变化趋势相同：芳香碳（33.28%~37.79%）、烷基碳（27.81%~31.19%）最高，烷氧碳（16.19%~20.10%）、羰基碳（10.35%~12.07%）居中，羧基碳（2.52%~5.75%）最低。本研究中30F70M处理脂族中的烷基化程度最低、难分解有机碳比例少，芳香性强，分子结构复杂，有机碳稳定性最好。pH（P < 0.05）和CEC（P < 0.01）是影响活性碳含量的主要因素，pH、CEC、AN、碳投入（有机肥、水稻根系、水稻留茬）（P < 0.01）是影响惰性碳含量的主要因素。因此，本研究长期定位试验条件下30F70M施肥处理更有利于土壤有机碳的固持。
| [1] |
Pan G X, Li L Q, Zheng J F, et al. Perspectives on cycling and sequestration of organic carbon in paddy soils of China (In Chinese)[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 901-914. DOI:10.3321/j.issn:0564-3929.2008.05.017 [潘根兴, 李恋卿, 郑聚锋, 等. 土壤碳循环研究及中国稻田土壤固碳研究的进展与问题[J]. 土壤学报, 2008, 45(5): 901-914.]
(  0) |
| [2] |
Wei L, Ge T D, Zhu Z K, et al. Comparing carbon and nitrogen stocks in paddy and upland soils: Accumulation, stabilization mechanisms, and environmental drivers[J]. Geoderma, 2021, 398: 115121. DOI:10.1016/j.geoderma.2021.115121
( 0) |
| [3] |
Tang Z Z, Zhu Z K, Shen B J, et al. Effect of stoichiometric ratio of soil nutrients on mineralization and priming effect of glucose in paddy soil (In Chinese)[J]. Acta Pedologica Sinica, 2017, 54(1): 246-254. [汤珍珠, 祝贞科, 沈冰洁, 等. 养分化学计量比对稻田土壤葡萄糖矿化及其激发效应的影响[J]. 土壤学报, 2017, 54(1): 246-254.]
( 0) |
| [4] |
Cao P, Zhu J, Zhu B, et al. Short-term effects of paddy-upland rotation systems on soil organic carbon and yield (In Chinese)[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2019, 47(4): 81-85. DOI:10.3969/j.issn.0517-6611.2019.04.022 [曹培, 朱杰, 朱波, 等. 稻田水旱轮作系统对土壤有机碳及产量的短期影响[J]. 安徽农业科学, 2019, 47(4): 81-85.]
( 0) |
| [5] |
Wang X Y, Yu D S, Liao D, et al. Characteristics of typical paddy soil organic carbon fractions and their main control factors in the Yangtze River Delta (In Chinese)[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(15): 4729-4738. [王玺洋, 于东升, 廖丹, 等. 长三角典型水稻土有机碳组分构成及其主控因子[J]. 生态学报, 2016, 36(15): 4729-4738.]
( 0) |
| [6] |
Li Z Q, Zhang X, Wang J H, et al. Effect of chemical fertilizer reduction with return of Chinese milk vetch(Astragalus sinicus L.)on soil labile organic carbon and carbon conversion enzyme activities (In Chinese)[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(4): 525-534. [李增强, 张贤, 王建红, 等. 化肥减施对紫云英还田土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(4): 525-534.]
( 0) |
| [7] |
Tang H M, Xiao X P, Li C, et al. Short-term responses of soil organic carbon and its labile fractions to different manure Nitrogen input in a double-cropping rice field[J]. The Journal of Agricultural Science, 2020, 158(1/2): 119-127.
( 0) |
| [8] |
Wang J D, Zhang H, Zhang Y C, et al. Effect of different ratios of chicken manure N on organic matter accumulation and acidification of paddy soils (In Chinese)[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(5): 1178-1185. [汪吉东, 张辉, 张永春, 等. 连续施用不同比例鸡粪氮对水稻土有机质积累及土壤酸化的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(5): 1178-1185.]
( 0) |
| [9] |
Wu P P, Wang J J, Li L J. Responses of labile organic carbon components to different fertilization practices in white soil (In Chinese)[J]. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(12): 3474-3479. [吴萍萍, 王家嘉, 李录久. 白土活性有机碳组分对不同施肥措施的响应[J]. 生态学杂志, 2015, 34(12): 3474-3479.]
( 0) |
| [10] |
莫汝静. 岷江上游土壤活性有机碳组分研究[D]. 四川雅安: 四川农业大学, 2012. Mo R J. The study on soil labile organic carbon in the upper reaches of Minjiang River[D]. Yaan, Sichuan: Sichuan Agricultural University, 2012. ( 0) |
| [11] |
An S Q, Gong L, Li Y M, et al. Soil organic carbon components and their correlation with soil physicochemical factors in four different land use types of the northern Tarim Basin (In Chinese)[J]. Environmental Science, 2018, 39(7): 3382-3390. [安申群, 贡璐, 李杨梅, 等. 塔里木盆地北缘绿洲4种土地利用方式土壤有机碳组分分布特征及其与土壤环境因子的关系[J]. 环境科学, 2018, 39(7): 3382-3390.]
( 0) |
| [12] |
Wang X Y, Yu D S, Xu Z C, et al. Regional patterns and controls of soil organic carbon pools of croplands in China[J]. Plant and Soil, 2017, 421(1/2): 525-539.
( 0) |
| [13] |
Li N, Sheng M, You M Y, et al. Advancement in research on application of 13C NMR techniques to exploration of chemical structure of soil organic matter (In Chinese)[J]. Acta Pedologica Sinica, 2019, 56(4): 796-812. [李娜, 盛明, 尤孟阳, 等. 应用13C核磁共振技术研究土壤有机质化学结构进展[J]. 土壤学报, 2019, 56(4): 796-812.]
( 0) |
| [14] |
Zhang J J, Dou S, Zhu P, et al. Effect of long-term application of organic fertilizer on structural characteristics of humin in black soil—A solid-state 13C NMR study (In Chinese)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(6): 2223-2228. [张晋京, 窦森, 朱平, 等. 长期施用有机肥对黑土胡敏素结构特征的影响——固态13C核磁共振研究[J]. 中国农业科学, 2009, 42(6): 2223-2228.]
( 0) |
| [15] |
周萍. 南方典型稻田土壤有机碳固定机制研究——基于长期试验及跨地域统计分析[D]. 南京: 南京农业大学, 2009. Zhou P. A study on soil carbon sequestration fate in typical paddy soils from South China—Based on long-term agro-ecosystem experiments and cross-site analysis[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2009. ( 0) |
| [16] |
Wang Q J, Zhang L, Zhang J C, et al. Effects of compost on the chemical composition of SOM in density and aggregate fractions from rice–wheat cropping systems as shown by solid-state 13C-NMR spectroscopy[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2012, 175(6): 920-930.
( 0) |
| [17] |
Mao X L, Lu K P, Sun T, et al. Effect of long-term fertilizer application on the stability of organic carbon in particle size fractions of a paddy soil in Zhejiang Province, China (In Chinese)[J]. Environmental Science, 2015, 36(5): 1827-1835. [毛霞丽, 陆扣萍, 孙涛, 等. 长期施肥下浙江稻田不同颗粒组分有机碳的稳定特征[J]. 环境科学, 2015, 36(5): 1827-1835.]
( 0) |
| [18] |
Lü Z Z, Wu X D, Hou H Q, et al. Effect of different application ratios of chemical and organic fertilizers on soil quality in double cropping paddy fields (In Chinese)[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(4): 904-913. [吕真真, 吴向东, 侯红乾, 等. 有机–无机肥配施比例对双季稻田土壤质量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(4): 904-913.]
( 0) |
| [19] |
Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis (In Chinese). 3rd ed[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000. [鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.]
( 0) |
| [20] |
He C C, Wang L G, Wang Y C, et al. Effect of long-term fertilization on labile organic matter in and carbon pool management index of black soil (In Chinese)[J]. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(1): 194-202. [何翠翠, 王立刚, 王迎春, 等. 长期施肥下黑土活性有机质和碳库管理指数研究[J]. 土壤学报, 2015, 52(1): 194-202.]
( 0) |
| [21] |
National Agricultural Technology Extension Service Center. China organic fertilizer nutrients (In Chinese). Beijing: China Agriculture Press, 1999. [全国农业技术推广服务中心. 中国有机肥料养分志[M]. 北京: 中国农业出版社, 1999.]
( 0) |
| [22] |
梁丰. 我国典型农田土壤固碳效率的时空差异特征及驱动因素[D]. 北京: 中国农业科学院, 2018. Liang F. Spatiotemporal variation and driving factors of carbon sequestration efficiency in typical upland agricultural soils of China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2018. ( 0) |
| [23] |
Luo L, Zhou P, Tong C L, et al. Study on mechanism of SOM stabilization of paddy soils under long-term fertilizations (In Chinese)[J]. Environmental Science, 2013, 34(2): 692-697. [罗璐, 周萍, 童成立, 等. 长期施肥措施下稻田土壤有机质稳定性研究[J]. 环境科学, 2013, 34(2): 692-697.]
( 0) |
| [24] |
Chang H D, Wang J, Zhang F H. Change in soil organic matter structure before and after reclamation for the abandoned farmland based on Fourier transform infrared spectrometer (In Chinese)[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2019, 50(2): 333-340. [常汉达, 王晶, 张凤华. 基于傅里叶红外光谱弃耕地开垦前后土壤有机质结构变化分析[J]. 土壤通报, 2019, 50(2): 333-340.]
( 0) |
| [25] |
Yang Y H, Su Y, He Z C, et al. Transformation and distribution of straw-derived carbon in soil and the effects on soil organic carbon pool: A review (In Chinese)[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(2): 668-676. [杨艳华, 苏瑶, 何振超, 等. 还田秸秆碳在土壤中的转化分配及对土壤有机碳库影响的研究进展[J]. 应用生态学报, 2019, 30(2): 668-676.]
( 0) |
| [26] |
Li J, Wen Y C, Li X H, et al. Soil labile organic carbon fractions and soil organic carbon stocks as affected by long-term organic and mineral fertilization regimes in the North China Plain[J]. Soil and Tillage Research, 2018, 175: 281-290.
( 0) |
| [27] |
Chaudhary S, Dheri G S, Brar B S. Long-term effects of NPK fertilizers and organic manures on carbon stabilization and management index under rice-wheat cropping system[J]. Soil and Tillage Research, 2017, 166: 59-66.
( 0) |
| [28] |
Mandal B, Majumder B, Adhya T K, et al. Potential of double-cropped rice ecology to conserve organic carbon under subtropical climate[J]. Global Change Biology, 2008, 14(9): 2139-2151.
( 0) |
| [29] |
Chen X B, Hu Y J, Xia Y H, et al. Contrasting pathways of carbon sequestration in paddy and upland soils[J]. Global Change Biology, 2021, 27(11): 2478-2490.
( 0) |
| [30] |
Singh Brar B, Singh J, Singh G, et al. Effects of long term application of inorganic and organic fertilizers on soil organic carbon and physical properties in maize–wheat rotation[J]. Agronomy, 2015, 5(2): 220-238.
( 0) |
| [31] |
Lehmann J, Kleber M. The contentious nature of soil organic matter[J]. Nature, 2015, 528(7580): 60-68.
( 0) |
| [32] |
Yu H Y, Ding W X, Luo J F, et al. Effects of long-term compost and fertilizer application on stability of aggregate-associated organic carbon in an intensively cultivated sandy loam soil[J]. Biology and Fertility of Soils, 2012, 48(3): 325-336.
( 0) |
| [33] |
Lü Z Z, Liu X M, Zhong J F, et al. Effects of long-term fertilization on mineralization of soil organic carbon in red paddy soil (In Chinese)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(15): 2636-2645. [吕真真, 刘秀梅, 仲金凤, 等. 长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(15): 2636-2645.]
( 0) |
| [34] |
Liang F, Li J, Yang X, et al. Three-decade long fertilization-induced soil organic carbon sequestration depends on edaphic characteristics in six typical croplands[J]. Scientific Reports, 2016, 6(1): 30350.
( 0) |
| [35] |
Hou H Q, Ji J H, Liu X M, et al. Effect of long-term combined application of organic and inorganic fertilizers on rice yield, nitrogen uptake and utilization in red soil area of China (In Chinese)[J]. Soils, 2020, 52(4): 758-765. [侯红乾, 冀建华, 刘秀梅, 等. 不同比例有机肥替代化肥对水稻产量和氮素利用率的影响[J]. 土壤, 2020, 52(4): 758-765.]
( 0) |
| [36] |
Chen C M, Xie Z B, Zhu J G. Advances in research on priming effect of soil organic carbon (In Chinese)[J]. Soils, 2006, 38(4): 359-365. [陈春梅, 谢祖彬, 朱建国. 土壤有机碳激发效应研究进展[J]. 土壤, 2006, 38(4): 359-365.]
( 0) |
| [37] |
Wang H, Xu W H, Hu G Q, et al. The priming effect of soluble carbon inputs in organic and mineral soils from a temperate forest[J]. Oecologia, 2015, 178(4): 1239-1250.
( 0) |
| [38] |
Wang J F, Tong Y Y, Zhu Z K, et al. Transformation and distribution of soil organic carbon and the microbial characteristics in response to different exogenous carbon input levels in paddy soil (In Chinese)[J]. Environmental Science, 2019, 40(2): 970-977. [王季斐, 童瑶瑶, 祝贞科, 等. 不同水平外源碳在稻田土壤中转化与分配的微生物响应特征[J]. 环境科学, 2019, 40(2): 970-977.]
( 0) |
| [39] |
Lan X J, Liu Y R, Hou H Q, et al. Effect of long-term organic manure application combined with chemical fertilizers on soil microbial biomass and organic matter structure in red paddy (In Chinese)[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2021, 38(5): 810-819. [蓝贤瑾, 刘益仁, 侯红乾, 等. 长期有机无机肥配施对红壤性水稻土微生物生物量和有机质结构的影响[J]. 农业资源与环境学报, 2021, 38(5): 810-819.]
( 0) |
| [40] |
Yu Z X, Yang J J, Wang Y Y, et al. Physical and chemical maturity indexes and Fourier transform infrared(FTIR)spectroscopy of animal manures during composting (In Chinese)[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(6): 2015-2023. [于子旋, 杨静静, 王语嫣, 等. 畜禽粪便堆肥的理化腐熟指标及其红外光谱[J]. 应用生态学报, 2016, 27(6): 2015-2023.]
( 0) |
| [41] |
Dai J Y, Zhou J M, Qin S P. Dynamic changes of chemical composition of dissolved organic matter during decomposition of organic materials (In Chinese)[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2004, 35(6): 724-727. [代静玉, 周江敏, 秦淑平. 几种有机物料分解过程中溶解性有机物质化学成分的变化[J]. 土壤通报, 2004, 35(6): 724-727.]
( 0) |
| [42] |
Zhao M M, Jiang M, Zhou Z W. The components analysis of several kinds of agricultural residues (In Chinese)[J]. Materials Review, 2011, 25(16): 122-125. [赵蒙蒙, 姜曼, 周祚万. 几种农作物秸秆的成分分析[J]. 材料导报, 2011, 25(16): 122-125.]
( 0) |
| [43] |
Xia X, Shi K, Huang Q R, et al. The changes of microbial community structure in red paddy soil under long-term fertilization (In Chinese)[J]. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(3): 697-705. [夏昕, 石坤, 黄欠如, 等. 长期不同施肥条件下红壤性水稻土微生物群落结构的变化[J]. 土壤学报, 2015, 52(3): 697-705.]
( 0) |
| [44] |
Wang P, Zheng X B, Liang H B, et al. Effects of different fertilization models on active organic carbon components and enzyme activities of tobacco-growing brown soil (In Chinese)[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2021, 36(1): 187-196. [王鹏, 郑学博, 梁洪波, 等. 不同施肥模式对植烟棕壤活性有机碳组分和酶活性的影响[J]. 华北农学报, 2021, 36(1): 187-196.]
( 0) |
| [45] |
Ge T D, Wu X H, Chen X J, et al. Microbial phototrophic fixation of atmospheric CO2 in China subtropical upland and paddy soils[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2013, 113: 70-78.
( 0) |
| [46] |
Liu J, Liu M, Wu M, et al. Soil pH rather than nutrients drive changes in microbial community following long-term fertilization in acidic Ultisols of Southern China[J]. Journal of Soils and Sediments, 2018, 18(5): 1853-1864.
( 0) |
| [47] |
Zhang X M, Guo J H, Vogt R D, et al. Soil acidification as an additional driver to organic carbon accumulation in major Chinese croplands[J]. Geoderma, 2020, 366: 114234.
( 0) |
| [48] |
Wang J S, Zhao X H, Zhang C Y, et al. Effects of simulated nitrogen deposition on soil organic carbon and total nitrogen content in plantation and natural forests of Pinus tabuliformis (In Chinese)[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(10): 88-94. [汪金松, 赵秀海, 张春雨, 等. 模拟氮沉降对油松林土壤有机碳和全氮的影响[J]. 北京林业大学学报, 2016, 38(10): 88-94.]
( 0) |
| [49] |
Ramirez K S, Craine J M, Fierer N. Consistent effects of nitrogen amendments on soil microbial communities and processes across biomes[J]. Global Change Biology, 2012, 18(6): 1918-1927.
( 0) |
| [50] |
Xu J H, Sun Y, Gao L, et al. A review of the factors influencing soil organic carbon stability (In Chinese)[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(2): 222-230. [徐嘉晖, 孙颖, 高雷, 等. 土壤有机碳稳定性影响因素的研究进展[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(2): 222-230.]
( 0) |
| [51] |
Liu G Q, Zhang M K. Effects of land-use patterns and parent material types on accumulation and stability of soil organic carbon in jinqu basin (In Chinese)[J]. Acta Agriculturae Jiangxi, 2020, 32(10): 29-34. [刘国群, 章明奎. 利用方式与成土母质对金衢盆地土壤有机碳积累及其稳定性影响的研究[J]. 江西农业学报, 2020, 32(10): 29-34.]
( 0) |