多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响

周国朋，曹卫东，白金顺，聂 军，徐昌旭，曾闹华，高嵩涓，王艳秋,6，志水胜好



多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响

周国朋1,2，曹卫东1,3，白金顺1，聂 军4，徐昌旭5，曾闹华1，高嵩涓1,2，王艳秋1,6，志水胜好7

（1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，中国北京100081；2中国农业科学院研究生院，中国北京100081；3青海大学/青海省农林科学院土壤肥料研究所，中国西宁810016；4湖南省土壤肥料研究所，中国长沙410125；5内蒙古师范大学生命科学与技术学院，中国呼和浩特 010022；6江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，中国南昌330200；7鹿儿岛大学农学部，鹿儿岛，890-8580，日本）

【目的】综合评价中国南方不同水稻土多年冬种紫云英配施化肥的培肥效应。【方法】在湖南紫潮泥、江西黄泥田双季稻区设置了连续7年的田间定位试验，比较冬闲（CK）、紫云英（MV）、紫云英+40%化肥（MV+40F）、紫云英+60%化肥（MV+60F）、紫云英+80%化肥（MV+80F）、紫云英+全量100%化肥（MV+100F）、单施全量100%化肥（100F）共7个处理的稻田土壤有机质（OM）、可溶性有机质（DOM）含量及其光谱学特性。【结果】湖南紫潮泥土壤OM和可溶性有机碳（DOC）含量、DOM的荧光吸光强度明显高于江西黄泥田，可溶性有机氮（DON）含量、DOM的紫外-可见吸收峰值则相反。土壤OM在两地均表现为MV处理显著高于其他多数处理（黄泥田MV+100F处理除外）；同100F相比，MV+100F处理降低了湖南紫潮泥、但增加了江西黄泥田的土壤有机质；而绿肥种植体系下随着配施化肥量的增加，绿肥对两类土壤OM的贡献降低。种植绿肥配施80%—100%化肥，土壤DOC含量较100F高（黄泥田MV+100F除外），但单种绿肥（MV）以及绿肥配施40%—60%化肥对两地土壤DOC影响不尽一致。单种植绿肥能够降低两类土壤DOC/SOC，其中，在江西黄泥田上显著低于100F处理；两类土壤上种植翻压绿肥，随着配施化肥量的增加，土壤DOC/SOC随之增加（黄泥田MV+100F除外），表明配施化肥量越高其活化土壤碳库的作用越强。种植绿肥较100F能够有效降低土壤DON含量（黄泥田MV+100F处理除外），且在湖南紫潮泥上更为显著。紫外-可见光谱分析发现，绿肥及绿肥配施40%—60%化肥下，两类土壤DOM的紫外-可见吸收峰值较100F低，且E250/E365值随配施化肥量的增加而降低，表明随着配施化肥量的增加，土壤DOM分子量增大，分子结构越稳定。荧光光谱分析发现，两类土壤可溶性有机质均以类富里酸为主；与100F相比，单种绿肥（MV）以及绿肥配施化肥（黄泥田配施40%—60%化肥）能够增加土壤DOM的荧光强度，降低DOM的腐殖化指数（HIX）。【结论】种植紫云英能有效促进稻田土壤有机质积累，配施化肥降低紫云英对土壤有机质积累的贡献。绿肥配施化肥能够提高土壤碳库活性，并且增加可溶性有机质的分子量及腐殖化程度，进一步解释了配施化肥降低紫云英对土壤碳库贡献。

紫云英；水稻；化肥；土壤有机质；可溶性有机质；光谱学特性

0 引言

【研究意义】水稻是中国的重要粮食作物之一，土壤培肥对水稻持续高产稳产起着至关重要的作用。紫云英（）作为一种主要的水田豆科绿肥，翻压还田能够促进土壤有机碳的积累；由于其自身具有生物固氮、活化土壤养分的作用，研究表明其可以替代20%—60%的无机肥[1]。土壤可溶性有机质（dissolved organic matter，DOM）在土壤形成、养分迁移与释放中起着重要作用，其动态变化能灵敏地反应土壤有机碳的循环与平衡趋势。有研究认为芳香化和腐殖化指数高的DOM更稳定，生物可利用性低、容易被吸附，更有利于土壤有机质的积累[2-3]，但来源于土壤有机质活化降解的DOM增多意味着土壤有机质稳定性降低。【前人研究进展】长期定位试验表明翻压绿肥能够培肥土壤，改善土壤理化特性，提高作物产量[4-6]。DOM作为土壤有机质中较活跃的组分，其能够迅速反映绿肥还田后的生产及生态效应[7]。施用有机肥在短期内能够迅速提高土壤DOM含量，随着施肥时间的延长DOM含量不断减少，但始终高于无机肥处理[8-9]；而增施氮肥能够增加土壤对碳的固持进而引起可溶性有机碳（dissolved organic carbon, DOC）含量下降[10]。随着光谱学在农业学科领域运用，更有较多科研工作者开始关注DOM的结构分析，借此以探索土壤有机碳的转化[11-12]。【本研究切入点】施肥能够引起土壤DOM含量及组分的变化[10]，但有关不同施肥水平对土壤DOM含量变化的研究较少；且对于土壤DOM结构影响的研究多集中于室内培养及施肥水平单一的田间试验[13-14]，不同施肥水平对土壤DOM结构的影响更鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究借助湖南、江西两地区紫云英-双季稻定位试验，分析两类水稻土有机质与DOM含量、DOM组成以及紫外-可见、荧光光谱特征，了解多年绿肥利用下不同化肥水平对两种水稻土的培肥效应，为南方双季稻区耕作及施肥方式提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验区自然状况

在湖南、江西两地分别设置试验。湖南试验区位于湖南省南县三仙湖乡万元桥村（北纬29°13′，东经112°28′，海拔高度30 m），属中亚热带到北亚热带的过渡区，季风湿润气候，年平均气温16.6℃，年平均降水量1 237.7 mm，年日照时间1 775.7 h。江西试验区位于江西省丰城市张巷镇范桥村（北纬28°07′，东经115°56′，海拔高度25.4 m），属中亚热带季风气候区，年平均气温15.3—17.7℃，年平均降水量 1 552.1 mm，年日照时间1 935.7 h。两地供试土壤性状见表1。

表1 土壤基本性质

1.2 试验设计

试验设7个处理：（1）冬闲且不施化肥（CK）；（2）紫云英（MV）；（3）紫云英+40%化肥（MV+40F）；（4）紫云英+60%化肥（MV+60F）；（5）紫云英+80%化肥（MV+80F）；（6）紫云英+100%化肥（MV+100F）；（7）100%化肥（冬闲、当地优化推荐施肥量，100F）。小区面积20 m2，重复3次，随机区组排列。

肥料施用：供试氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。两地早稻全量化肥用量一致（优化推荐施肥量：N150 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2O 120 kg·hm-2）；减施化肥处理按比例减少后施用，其中湖南只减量氮钾肥，江西为氮磷钾同时减量。施肥时，磷、钾肥全部作基肥，氮肥按基肥﹕分蘖肥﹕穗肥=4﹕3﹕3分3次施用。基肥在插秧前1 d施用，分蘖肥在移栽后5—7 d撒施；穗肥在主茎幼穗长1—2 cm时施用。紫云英播种量30 kg·hm-2，于每年9 月下旬采用稻底套播。紫云英翻压前测定各小区鲜草产量，在早稻移栽前10—15 d 按22 500 kg·hm-2用量就地翻压作绿肥，并将多余的紫云英移作他用。湖南晚稻除不翻压紫云英外肥料施用量和施肥方法同早稻相同；江西晚稻同湖南晚稻施肥方法一致，但施肥量为N180 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2。在水稻整个生育期内，各处理农田管理措施完全一致。

湖南、江西均为连续7年（2008—2014年）种植翻压紫云英。每年3月底播种早稻，4月中、下旬移栽。晚稻于6月中旬播种，7月中、下旬移栽。

1.3 样品采集及项目测定

2014年11月4日、11月5日分别收获江西、湖南晚稻并取样，采集0—20 cm的耕层土，每小区随机采5点，混匀后根据四分法取土壤样品1 kg左右，分取一半放入冰箱4℃保存以提取土壤DOM与测定土壤含水量，另一半在室内风干，磨细过2 mm和0.25 mm筛以备分析之用。

土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定。DOM浸提：称取60 g新鲜土样，土水比1﹕2（鲜土重量（g）﹕液体体积（mL）），室温下200 r/min振荡5 h后，4℃、12 000 r/min离心15 min，并过0.45 μm滤膜，滤液4℃冷藏保存用于化学指标及紫外-可见、荧光光谱的分析测定。DOM化学组成测定：采用TOC/N仪（德国耶拿multi N/C2100）测定DOC、可溶性总氮（total nitrogen，TN），连续流动分析仪（德国，SEAL AutoAnalyzer3）测定无机氮，DON为TN减去无机氮。DOM光谱分析：上述含DOM溶液调整DOM浓度至同一浓度（2 mg·L-1）进行光谱分析。紫外-可见光谱利用紫外-可见分光光度计（北京瑞利，UV2100）进行扫描，波长范围190—400 nm，选取在253和365 nm波长处的吸光值进行分析。采用荧光分光光度计（天津港东，F-380）进行荧光光谱扫描，固定激发波长350 nm，发射光谱从370—600 nm进行扫描；利用发射波长在435—480 nm与300—345 nm波段内的荧光强度积分值的比率（固定激发波长Ex=254 nm）计算DOM腐殖化指数（Humic index，HIX）[15]。

1.4 数据分析

数据采用SAS 8.1统计软件进行方差分析，采用Origin Pro8.5作图。

2 结果

2.1 多年翻压绿肥配施不同用量化肥对土壤有机质的影响

不同处理对2种类型水稻土土壤有机质（OM）含量具有一定的影响（图1），但因土壤类型的不同而表现出一定的差异：湖南紫潮泥土壤OM含量显著高于江西黄泥田，但两地均以MV处理的土壤OM最高。同100F相比，湖南紫潮泥MV处理土壤OM显著增加了8.3 g·kg-1，增幅为17.1%；其余配施化肥处理与100F没有统计性差异，但绿肥配施化肥各处理，随着化肥量增加土壤OM呈现下降的趋势。而在江西黄泥田上，MV显著高100F 6.4 g·kg-1，增幅为18.6%，明显大于湖南的增幅；此外，与湖南明显不同的是，MV+100F有增加土壤OM的趋势，而其余绿肥配施化肥处理同样呈现与湖南一致的趋势。

综上，土壤OM在两地均表现出MV处理显著高于其他多数处理（黄泥田MV+100F处理除外）。同100F相比，MV+100F处理降低了湖南紫潮泥、但增加了江西黄泥田的OM。可见绿肥在OM较低的土壤上培肥效果更为明显；且随着化肥量的增加会降低绿肥对两类土壤OM的贡献。

2.2 多年翻压绿肥配施不同用量化肥对土壤可溶性有机质含量的影响

不同处理对两种类型水稻土土壤可溶性有机质（DOC）含量具有一定的影响（图2），但因土壤类型的不同而表现出一定的差异。其中湖南紫潮泥土壤DOC平均高于江西黄泥田1倍以上，但两地分别以MV+100F和MV+80F处理的土壤DOC最高。同100F相比，湖南紫潮泥上种植翻压绿肥各处理土壤DOC含量较高，其中MV+100F、MV+80F、MV+40F达到显著水平，且MV+100F处理较100F高61.5%。而在江西黄泥田上，绿肥及绿肥配施40%化肥较100F能显著降低土壤DOC含量，这与湖南土壤明显不同；与湖南类似，MV+80F能够显著提高土壤DOC含量，较100F高16.7%。整体上看，引入种植绿肥后，两类土壤DOC含量均呈现随着配施化肥量的增加而提高（江西MV+100F处理除外）。综上，绿肥配施80%—100%化肥能够显著提高两地土壤DOC含量（江西MV+100F除外），而绿肥配施40%—60%化肥在两地表现差异较大，两类土壤上种植绿肥后增加配施化肥量均有提高DOC含量的趋势。

不同字母表示不同处理间在5%水平差异显著；图中CK、MV、MV+40F、 MV+60F、MV+80F、MV+100F、100F依次代表冬闲不施化肥、紫云英、紫云英+40%化肥、紫云英+60%化肥、紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥、100%化肥。下同

图2 不同处理土壤DOM含量

土壤可溶性有机碳与总有机碳的比值（DOC/ SOC）显示SOC的溶解能力，反映SOC的流失水平，与SOC的矿化量具有较好的正相关关系[14]。表2表明，湖南紫潮泥上MV+100F、MV+80F处理土壤DOC/SOC显著高于100F；而绿肥配施化肥各处理，随着化肥量增加土壤DOC/SOC呈现上升的趋势。在江西黄泥田，同100F相比，单种绿肥及绿肥配施40%量化肥能够显著降低土壤DOC/SOC值；与湖南类似，MV处理DOC/SOC最低，且随着配施化肥量的增加，土壤DOC/SOC（MV+100F处理除外）随之增加。综上，单独种植绿肥（MV）能够降低两类土壤DOC/SOC，其中在江西黄泥田上显著低于100F处理；两类土壤上种植翻压绿肥，随着配施化肥量的增加土壤DOC/SOC随之增加（江西MV+100F除外）。

与DOC不同，江西黄泥田上各处理土壤DON含量高于湖南紫潮泥，但两地分别以100F和MV+100F处理的土壤DON最高（图2）。在湖南紫潮泥，种植绿肥各处理土壤DON含量没有显著性差异；而在江西黄泥田，MV+100F处理较100F大幅增加了土壤DON含量，且绿肥种植体系下的其余各处理同样有降低土壤DON的趋势（较100F）。综上，在两类土壤上，绿肥引入种植体系后，能够降低土壤DON含量（江西MV+100F除外），说明种植利用绿肥有可能减少土壤氮以有机分子形式损失，减少环境压力。

表2 不同处理土壤DOC/SOC

同一行不同的字母表示不同处理间在5%水平差异显著。图中CK、MV、MV+40F、MV+60F、 MV+80F、MV+100F、100F依次代表冬闲不施化肥、紫云英、紫云英+40%化肥、紫云英+60%化肥、紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥、100%化肥。下同

Different letters within the same column indicated significant differences among treatments (＜0.05). Winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), pure incorporation of milk vetch (MV), and MV combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The same below

2.3 多年翻压绿肥配施不同用量化肥对土壤可溶性有机质光学特性的影响

2.3.1 对土壤DOM紫外-可见光学特性的影响 DOM的紫外吸收主要与有机分子结构中不饱和共扼双键有关，其中DOM所含有的芳香族和不饱和共扼双键结构越多，单位物质量的紫外吸收强度越高[15]。由图3可知，江西黄泥田DOM的紫外-可见吸收峰值稍高于湖南紫潮泥，各处理土壤DOM的紫外-可见吸光值均随着波长减少而增加，并都在波长200 nm附近有一个吸收峰，在260 nm左右有一吸收平台。同一地区，各处理土壤DOM吸收峰值亦存在较大差异。在湖南，MV+100F和100F处理的紫外-可见吸收峰较高，各处理土壤DOM紫外-可见吸收峰高低顺序依次为MV+100F＞100F＞MV+80F＞MV+60F＞MV＞CK＞MV+40F，其大小顺序，大体与化肥的施用量一致，说明化肥的用量是影响土壤DOM结构的主要因素。在江西，各处理吸收峰值高低顺（100F＞MV+100F＞MV+80F＞CK＞MV+60F＞MV+40F＞MV）更能体现与化肥施用量的关系；且种植绿肥各处理土壤DOM的吸收峰值低于100F处理。综上，化肥用量是影响土壤DOM结构的主要因数，说明两地区种植利用绿肥（湖南MV+100F除外）会降低土壤DOM分子中不饱和共轭双键的含量。

图3 不同处理土壤DOM紫外-可见光谱特征

由于土壤提取液中的硝态氮在203 nm波长处具有最大吸收峰值，将会干扰各处理DOM的真实吸收峰值[16]，通过紫外-可见吸收峰值直接判断各处理DOM的结构特性缺乏严谨性。本文另采用特征吸收比（E250/E365）进一步分析，紫外吸收比E250/E365值与有机质腐殖化程度密切相关，其值越大，有机质分子量越小[17]。由表3可知，在湖南紫潮泥上，MV、MV+40F处理的E250/E365显著高于100F处理；绿肥配施化肥各处理土壤DOM的E250/E365值随着配施化肥量的升高而降低。在江西黄泥田，MV处理的E250/E365值显著高于100F处理，绿肥配施化肥各处理E250/E365值变化趋势与湖南一致。

综上，绿肥及绿肥配施40%—60%化肥较100F的土壤DOM分子不饱和共轭双键的含量低；且在两类土壤上均呈现出，随配施化肥量的增加，土壤DOM分子量增大，腐殖化程度提高，分子结构越稳定。

表3 不同处理土壤DOM紫外-可见吸光值比（E250/E365）

2.3.2 对土壤DOM荧光特性的影响 荧光发射光谱图通常表现为宽而无特征的荧光峰，是DOM中具有相似来源的一类基团总体荧光性质的反应，一般在相同条件下，待测有机物不饱和结构（主要是含苯环类物质）的多聚化或联合程度越大，波峰强度越小[18]。由图4可知，整体上看，湖南紫潮泥土壤DOM的荧光峰值要稍高于江西黄泥田，表明紫潮泥土壤DOM的多聚化或联合程度较大；两地土壤DOM荧光发射光谱均表现为宽而单一的荧光峰，最大波峰位置靠近Provenzano等[19]报道的土壤富里酸特征波峰（450—460 nm），且与占新华等[20]报道的波峰位置一致，表明土壤DOM主要由类富里酸物质组成。而DOM荧光峰值对不同处理的响应表明：湖南紫潮泥上种植绿肥各处理DOM荧光峰值较100F高；江西黄泥田上，MV+80F、MV+100F处理土壤DOM荧光峰值低于100F处理。同一地区不同处理土壤DOM荧光强度，均大致呈现出随着配施化肥量的增加而降低。

与荧光发射光谱不同，腐殖化指数（HIX）能够进一步量化DOM腐殖化程度，高HIX表明DOM腐殖化程度较高，结构更复杂[21-23]。在湖南紫潮泥上，土壤DOM的HIX以100F处理最高，显著高于MV处理；种植绿肥各处理土壤DOM的HIX值差异不显著，但土壤DOM的HIX表现出随着配施化肥量的增加而提高的趋势（表4）。在江西黄泥田上，土壤DOM的HIX以MV+100F处理最高，显著高于种植绿肥下的其他各处理，而与100F没有显著性差异（表4）。

综上可知，与冬闲推荐施肥（100F）相比，在两类土壤上引入种植绿肥有降低土壤DOM腐殖化指数的趋势（江西黄泥田MV+100F除外），且配施化肥量越低，效应越显著。

图4 不同处理土壤DOM荧光发射光谱图（固定激发波长350 nm）

表4 不同处理土壤DOM腐殖化指数

3 讨论

3.1 绿肥配施化肥对稻田土壤有机质的影响

长期翻压绿肥对稻田土壤有机质的影响，因绿肥种类、土壤类型、轮作方式等而异[4-5,24]。本研究的7年定位试验表明，在湖南、江西两类水稻土上单种绿肥（MV）土壤OM均高于冬闲推荐施肥（100F）处理，这与杨曾平[6]的28年长期定位试验研究结果类似；而相同的绿肥翻压量，对两类土壤OM的贡献不尽相同，主要表现为土壤OM含量低的土壤增幅大，这与李忠佩等[25]的研究结果一致。本研究发现，引入种植绿肥后，随着配施化肥量的增加不利于土壤OM的积累，这与不同处理间种试作物的生物量建成以及投入物料的C/N比有关[26-28]。

地上部生物量建成需从土壤中汲取养分，建成生物量越高其消耗的土壤养分越多，而当土壤无机养分供应不足时，植物根系主动或被动分泌酸类物质，进而促进土壤有机质的矿化分解，释放更多的养分被作物吸收利用[26]。而先前有关两试验地的报道表明，随着配施化肥量的增加，早、晚稻的产量也随之增加[29-30]，这正与本研究中不同处理土壤OM变化趋势相反。绿肥翻压还田，新鲜的有机成分迅速转化，其转化方向与其自身碳氮组成密切相关[6,27]。低质量的有机物料，如高C/N比、高木质素、高多酚类物质对土壤OM的贡献更大[28]，杨曾平[6]对连续28年翻压3种绿肥的研究表明，长期翻压油菜、黑麦和紫云英处理的土壤OM分别较冬闲高8.0%、6.7%和4.8%，其中翻压黑麦和油菜处理（高C/N比）的土壤OM显著高于翻压紫云英（低C/N比）。而本研究发现，绿肥种植体系下，随着配施化肥量的增加，两类土壤OM随之降低（黄泥田MV+100F处理除外），由于绿肥的C/N比较绿肥与化肥的混合物高，且随着配施化肥量增加，混合物C/N比随之减小，便更利于土壤微生物的利用并建成较大的微生物群落[4]，进而易引起“起爆效应”从而造成土壤原OM的分解[31]，不利于碳库的积累。江西黄泥田上，配施全量化肥（MV+100F）较单施化肥能够显著提高土壤OM含量，可能与该处理下形成较大的根茬量有关。

综合两地各处理的生产培肥效应发现，最利于土壤碳库积累的处理与生产效益最佳的处理互相矛盾，两地均以MV处理土壤OM最高，而在MV+80F与MV+100F处理下稻谷产量最大[29-30]。为进一步发掘和提升冬绿肥的生产培肥效应，可尝试化肥（氮肥）的时空错位效应，减少或避免豆科绿肥与氮肥同期翻压还田，后茬作物基肥减少甚至不施氮肥，氮肥后移，降低正激发效应带来的风险。

3.2 绿肥配施化肥对稻田土壤可溶性有机质含量的影响

土壤可溶性有机质作为植物直接或间接利用的碳源，其对作物具有一定的养分作用，有研究报道DOM还能促进水稳性团聚体的形成, 促使被保护的有机碳含量增加[32]，但可溶性有机质作为土壤活性物质易溶于水移动，其同样具有潜在生态威胁[33]。对比两类土壤DOC含量发现，土壤有机质较高的土壤DOC也高，这与盛浩等[34]在几种亚热带水稻土上的研究结果一致。常单娜等[12]对翻压3种绿肥的培养试验研究发现，绿肥增加土壤DOC含量的能力与绿肥的C/N比成负相关。本研究同样发现，混合翻压物（绿肥与化肥配合）碳氮比越低，提高土壤DOC的能力越强（江西黄泥田MV+100F除外）。由于翻压新鲜绿肥以及配施化肥能够使土壤活性碳氮迅速增加，进而改变土壤微生物特征，加速土壤有机化合物的转化和利用，引起微生物量、作物凋落物和根系分泌物增加，利于土壤DOC含量提升[4,9]。

DOC /SOC 常作为土壤有机碳活性的指标，比值越大表示有机碳活性越大、质量越高，越利于微生物分解利用。研究表明有机无机配施能够显著提高土壤DOC/SOC[35]。本研究发现，绿肥配施80%—100%化肥较100F显著提高土壤DOC/SOC（江西黄泥田MV+100F处理除外），而配施40%—60%化肥对两类土壤DOC/SOC的影响不尽一致，表明氮素的施用水平是造成处理间差异的主要原因。Sinsabaugh等[36]研究发现，森林系统施用氮肥后，土壤DOC含量显著提高，推测原因是氮肥施入后氧化酶活性降低所致。而McDowell等[37]推测森林土壤施氮肥会刺激微生物对DOC的消耗，降解新近凋落物、根系分泌物及微生物产物，造成各研究结果不一致。

与DOC相比，江西黄泥田DON含量较湖南紫潮泥高，这与江西晚稻较大施肥量有关，有关研究表明土壤DON含量随氮肥的施用量增加而增加[38]。本研究发现，同100F相比，种植绿肥能够降低两类土壤DON含量（除江西MV+100F外），其中湖南各处理达显著水平。由于大量翻压绿肥短时期内提升了土壤C/N比（两类土壤C/N为8.1—8.5），而土壤C/N比的增加会提高土壤对活性氮的固定潜能[27]，进而造成种植绿肥下的各处理（江西MV+100F除外）土壤DON较单施化肥（100F）低。绿肥配施全量化肥（MV+100F）使黄泥田土壤DON含量提高，这与张宏威等[39]报道结果一致，其原因可能是较高的化肥与有机肥投入量突破土壤环境容量值，促使该投入量的情况下，迅速积累。

3.3 绿肥配施化肥对稻田土壤可溶性有机质光学特性的影响

光学分析干扰因素较多，如温度、酸碱度，色度等，都将会影响各光谱参数的灵敏程度。本试验所涉及两类水稻土理化性质截然不同，对DOM提取液光谱分析时的干扰因素也较难一致，单一光谱指标较难全面地表征DOM的特征信息，因此，本研究采取两种光谱分析方法综合运用。

有关研究表明，氮肥能明显增加土壤DOM中类腐植酸和类富里酸的含量，氮肥与不同肥料配施通过对可溶性有机质中的类腐殖酸有机物、类富里酸有机物、类色氨酸蛋白质以及类酪氨酸蛋白质等结构产生不同的影响，引起DOM腐殖化程度的差异[40]。本研究发现绿肥种植体系下，随着配施化肥量的增加，土壤DOM的腐殖化程度随之增加（表3和表4），若折合为氮素投入量，这与常单娜等[41]报道的结果一致。综合两类光谱分析发现，两类土壤DOM的腐殖化程度与化肥的投入量有密切的联系，较大的化肥投入量促使土壤DOM结构趋于稳定。

DOM结构越稳定，表明不易被微生物利用，但不代表更利于土壤有机质的积累，这还与DOM的来源有关[42]。赵满兴等[43]对几种黄土区土壤的培养试验发现，在培养过程中土壤有机质不断降低，土壤DOM的HIX值增加，其认为与随着培养过程的进行，土壤DOM中易降解的组分发生分解，而较难分解组分含量的比例相对增加有关。本研究中，随着配施化肥量的增加土壤DOM的腐殖化程度增加的同时含量也在增加，这与结构更复杂的土壤有机质活化降解有关。

综合各处理对土壤有机质、土壤活性有机质含量以及土壤活性有机质光学特性的影响发现，三者存在间接的关联性：配施化肥量的增加促使土壤中稳定性较高的有机质活化降解，导致各处理土壤DOM含量升高，而土壤活性有机质含量越高土壤有机质的损失风险愈大，以至于化肥配施量越高越不利于土壤有机质积累（江西MV+100F除外），且来源于土壤稳定有机质的DOM具有较高的腐殖化程度，但三者之间存在的关联性还需进一步研究证明。

4 结论

种植紫云英能有效促进稻田土壤有机质积累，配施化肥降低紫云英对土壤有机质积累的贡献。绿肥配施化肥能够提高土壤碳库活性及可溶性有机质的分子量和腐殖化程度。土壤碳库活性提高增加了土壤碳库损失的风险，而本试验中，可溶性有机质分子量及腐殖化程度的提高表明土壤中稳定性较高的有机质的活化降解，进一步解释了配施化肥降低紫云英对土壤碳库贡献。

References：

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（责任编辑 李莉）

Effects of different fertilization levels on soil organic matter and dissolved organic matter in two paddy soils after multi-years’ rotation of Chinese milk vetch and double-Cropping rice

ZHOU Guo-peng1,2, CAO Wei-dong1,3, BAI Jin-shun1, NIE jun4, XU Chang-xu5, ZENG Nao-hua1, GAO Song-juan1,2, WANG Yan-qiu1,6,Shimizu Katsuyoshi7

(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences /Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;2Graduate School, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3Soil and Fertilizer Institute, Qinghai Academy of Agricultural and Forestry Sciences/Qinghai University, Xining 810016, China;4Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province, Changsha 410125, China;5Institute of Life Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China;6Institute of Soil & Fertilizer and Resource & Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;7Faculty of Agriculture, Kagoshima University, Kagoshima, 890-0065, Japan)

【Objective】The objective of this study was to evaluate the integrative effects of Chinese milk vetch in corporation and its combination with different rates of fertilizer on soil fertilityof paddy field in Southern China. 【Method】Soil samples were collected from the 6-7 years’ experiments located in Hunan (purple alluvial soil, PA soil) and Jiangxi (yellow clayey soil, YC soil). Seven treatments were designed: winter fallow (CK), 100% fertilizer rate (100F), sole incorporation of milk vetch (MV), and MV combined with different rates of fertilizer (MV+40F, MV+60F, MV+80F, MV+100F). The soil organic matter (OM), dissolved organic matter (DOM) and their spectroscopy characteristics were investigated.【Result】The OM content, dissolved organic carbon (DOC) content and DOM’s fluorescence intensity were significantly higher in the PA soil than those in the YC soil, but the content of dissolved organic nitrogen (DON) and the UV-Vis absorption peaks of DOM appeared opposite trends. The OM content of MVtreatment was higher than those in other treatments in both the two soils, except for MV+100F in the YC soil. Compared with 100F, MV+100F reduced the OM content in the PAsoil, while increased it in the YC soil. The accumulation of OM tended to decrease with the increase of fertilizer application after the MV being incorporated. The DOC content was increased in MV+80F and MV+100F treated soil (except for MV+100F in YC soil) when compared to 100F, while the MV, MV+40F and MV+60F treatments showed different effects in the two soils. The MV treatment increased the DOC/SOC ratio in two types of soils, and the ratio was significantly lower than 100F’s in YC soil. The DOC/SOC ratio tended to increase with the increase of fertilizer application after the MV being incorporated (except for MV+100F YC soil), it showed that combination with more fertilizer would be more beneficial to activation of the soil carbon pool. The MV treatment had lower DON content than 100F (except for MV+100F YC soil), especially in the PAsoil. The UV-Vis spectrometric analysis indicated that the UV-Vis absorption peak of DOM in the treatments of green manure and its combination with 40%-60% fertilizer was lower than that in 100F treatment, and the E250/E365 value decreased with the increase of fertilizer addition, it indicated that DOM had the higher molecular weight and more stable molecular structure with the increase of fertilizer application. The fluorescence spectrometric analysis indicated thatthe fulvic-like humic was the main component of DOM in the two types of soils.Higher fluorescence intensity of DOM than 100F was found in most treatments with MV except for MV+80F and MV+100F in the YC soil, while the humic index was reduced.【Conclusion】OM content was improved by the green manure incorporation, green manure combination with fertilizer could reduce MV’scontribution to OM.After the green manure incorporated, the activity of soil carbon pool and DOM’s humic index increased with the increase of fertilizer, and these could be the reasons why green manure combination with fertilizer reduced MV’s contribution to OM.

; rice; chemical fertilizer; soil organic matter; dissolved organic matter; spectroscopy characteristics

2016-04-11；接受日期：2016-06-01

国家公益性行业（农业）科研专项（201103005）、英国牛顿基金（BB/N013484/1）、中国农业科学院科技创新工程

联系方式：周国朋，E-mail：zhouguopeng29@163.com。通信作者曹卫东，E-mail：caoweidong@caas.cn