长期施肥下旱地红壤不同保护态有机碳库变化特征

李文军，黄庆海，李大明，柳开楼，张文菊，徐明岗*

（1.江西省红壤研究所，江西省红壤耕地保育重点实验室，南昌 330046；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，耕地培育技术国家工程实验室，北京 100081；3.湖南文理学院，洞庭湖生态经济区建设与发展湖南省协同创新中心，湖南 常德 415000）

土壤有机碳（Soil organic carbon，SOC）是土壤肥力和质量的核心，促进土壤固碳是提升土壤生态服务价值的重要基础[1-2]。土壤总有机碳由一系列相互间存在高度异质性的分组分构成，不同组分对土壤总有机碳的积累与稳定具有相应的作用[3]。Six等[4]提出土壤有机碳稳定的概念模型，指出土壤固持的有机碳存在未保护、物理保护、化学保护、生物化学保护等多种稳定机制，该碳库模型从机理上较好地解释了土壤固碳的动态变化特征[5]。Stewart 等[6]据此提出土壤有机碳的物理-化学联合分组方法，该法将土壤总有机碳分离为未保护及受物理、化学、生物化学等作用保护的多种有机碳组分，可更全面地研究土壤不同有机碳组分的变化特征[7]。施肥是调控农田土壤有机碳动态的重要措施，不同保护态有机碳组分对施肥的响应有明显差异。一些研究显示长期施有机肥可提高土壤各有机碳组分的含量，其中未保护有机碳和物理保护有机碳组分含量提高最为明显[3，8]，Ding 等[9]的研究结果则表明施有机肥后惰性有机碳（受化学作用和生物化学作用保护的有机碳）含量的增幅相较活性有机碳更为明显。除此之外，长期施肥下土壤不同保护态有机碳组分的含量变化也受到施肥模式的明显影响[8]。针对长期施肥后土壤不同保护机制的有机碳库对总有机碳固存的相对贡献，当前的研究结果也不尽相同[10-11]。由于受试验条件及土壤特性等差异的影响，土壤不同保护态有机碳库对施肥的响应及其与总有机碳变化间的关系尚存在明显的不确定性，加强施肥影响下特定类型土壤有机碳组分变化的研究仍是土壤固碳学的重要课题[3，11]。

红壤是南方地区极为重要的土壤资源，旱地是红壤重要的利用方式，长期试验结果表明不同培肥措施对旱地红壤总有机碳的积累具有重要影响[12]。土壤不同保护态的有机碳库具有不同的肥力效应和生物有效性[13]，当前针对施肥影响下旱地红壤有机碳组分特征的研究，大多是根据土壤总有机碳周转速率的快慢及控制转化的因素将其分为易氧化有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳等组分[14-15]，这些离散、独立的有机碳组分只能反映土壤总有机碳库中某组分量的变化[16]，未能与土壤有机碳的稳定机制充分联系，更难以真实地反映土壤有机碳的固存和转化过程[11]。因此，本研究以旱地红壤长期施肥试验为基础，采用物理-化学联合分组方法，分析不同施肥下土壤不同保护态有机碳组分的含量变化及其与总有机碳含量间的关系，探究土壤不同保护态有机碳库储量对累积碳投入的响应，旨在为旱地红壤优化培肥及增碳管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

长期施肥试验在江西省红壤研究所（116°20′24″E，28°15′30″N）进行，该地属亚热带季风性气候区，年均降雨量1 537 mm，多年平均气温18.1 ℃。供试土壤为第四纪红黏土发育的红壤。长期施肥定位试验开始于1986年，种植制度为春玉米-秋玉米-冬闲。1986 年0～20 cm 土壤基本理化性质为：总有机碳9.39 g·kg-1，全氮0.98 g·kg-1，全磷1.42 g·kg-1，全钾15.83 g·kg-1，pH 6.0。

1.2 试验设计

本研究选取长期施肥试验的不施肥（CK）、单施氮肥（N）、施常量氮磷钾肥（NPK）、施2倍量氮磷钾肥（HNPK）、氮磷钾肥配施有机肥（NPKM）、单施有机肥（M）6 个处理。每个处理均设3 个重复，小区面积为22.2 m2，随机区组排列，各小区之间用深60 cm 水泥埂隔开。春玉米与秋玉米季的施肥制度保持一致，每季施肥量见表1。氮肥、磷肥、钾肥和有机肥的种类分别为尿素、钙镁磷肥、氯化钾和鲜猪粪。磷肥、钾肥和有机肥在玉米种植前作基肥一次性施用，氮肥分基肥（70%）和追肥（30%）施用。烘干基猪粪的总有机碳及养分含量为：总有机碳340 g·kg-1，全氮12.0 g·kg-1，全磷9.0 g·kg-1，全钾10.0 g·kg-1。不同处理间其他管理措施保持一致。

表1 不同处理每季施肥量（kg·hm-2）Table 1 Amount of fertilizers for each crop season in different treatments（kg·hm-2）

1.3 样品采集与分析

1.3.1 样品采集及预处理

2017 年秋玉米收获后，每个小区按“S”形采集耕层（0～20 cm）10 个样点的混合土样，去除动、植物残体及石砾后风干，过2 mm 筛备用。同时，用环刀按“S”形采集耕层原状土壤样品，并测定其容重。

1.3.2 土壤有机碳物理-化学联合分组

采用改进的物理-化学联合分组方法对土壤有机碳进行分组，其操作步骤如下[6]：

第一步为团聚体分组：称取20 g过筛风干土样置于微团聚体分离器的250 μm+53 μm 套筛上，放入50颗玻璃珠，在恒定水流下摆动套筛直至分离器排出的水流为澄清状态，残留在上层250 μm 筛上的组分为游离粗颗粒有机质（cPOM），留在53 μm 筛上的组分是微团聚体（μAgg），通过53 μm 筛的组分为游离粉黏粒（dsilt+clay）。该步所分离的物质组分在60 ℃下烘干至恒质量并测定。

第二步为密度分组：称取8.0 g 第一步分离得到的微团聚体与35 mL 1.8 g·cm-3的碘化钠混匀，静置20 min 后，4 000 r·min-1离心20 min，离心后的悬液过0.45 μm 滤膜，重复操作2～3次，留在滤膜上的组分为游离细颗粒有机质（fPOM）；剩余的土壤经清洗离心后，加入60 mL 5 g·L-1的六偏磷酸钠溶液（加12 颗玻璃珠），以180 r·min-1的速率振荡18 h 后过53 μm 筛，留在筛上的组分为微团聚体闭蓄的颗粒物质（iPM），通过53 μm 筛的组分为闭蓄粉黏粒（μsilt+clay）。该步所分离的物质组分在60 ℃下烘干至恒质量并测定。

第三步为化学酸解：称取0.5 g 游离粉黏粒、闭蓄粉黏粒与25 mL 6 mol·L-1HCl 混匀后，在95 ℃下回流16 h，过0.45 μm 滤膜滤去酸解液，残留物质为含非酸解碳的粉黏粒组分（NH-dsilt+clay、NH-μsilt+clay），将其在60 ℃下烘干至恒质量并测定。

全土样品及上述各烘干的土壤物质组分过0.15 mm 筛后，采用重铬酸钾容量法-外加热法测定其中的有机碳含量。

土壤固持的有机碳具多重稳定机制，不同有机碳库的保护方式有所差异[4，7]：未保护有机碳是颗粒有机碳，呈游离状态；物理保护有机碳是指被土壤微团聚体闭蓄包裹的颗粒有机碳，其与分解者和酶存在空间隔离；化学保护有机碳是指高价铁铝氧化物和黏土矿物通过配位体置换、络合作用等结合的有机碳，其生物有效性较低；生物化学保护有机碳指依靠有机碳自身抗降解性形成的稳定难降解物质，其抗降解性主要受输入的碳的类型及有机质自身结构的生化抗性影响。物理-化学联合分组方法根据Six 等[4]提出的有机碳稳定性模型，考虑有机碳在土壤中存在的空间位置及其与土壤颗粒、粉黏粒结合方式的差异，将总有机碳划分为6个不同保护态有机碳库[6]，分别为：未保护有机碳[游离粗颗粒有机碳（cPOC）、游离细颗粒有机碳（fPOC）]、物理保护有机碳[闭蓄颗粒有机碳（iPOC）]、物理-化学保护有机碳[酸解闭蓄粉黏粒有机碳（HC-μsilt+clay）]、物理-生物化学保护有机碳[非酸解闭蓄粉黏粒有机碳（NHC-μsilt+clay）]、化学保护有机碳[酸解游离粉黏粒有机碳（HC-dsilt+clay）]、生物化学保护有机碳[非酸解游离粉黏粒有机碳（NHC-dsilt+clay）]。其中，物理-化学保护有机碳同时受微团聚体的物理保护和闭蓄粉黏粒的化学保护，物理-生物化学保护有机碳则同时受微团聚体的物理保护和闭蓄粉黏粒的生物化学保护。

1.3.3 计算方法与统计分析

土壤物理-化学保护有机碳的含量由土壤中闭蓄粉黏粒有机碳含量减去物理-生物化学保护有机碳含量计算得到；土壤化学保护有机碳含量由土壤中游离粉黏粒有机碳含量减去生物化学保护有机碳含量计算得到。除此之外，土壤其他有机碳组分的含量均采用公式（1）计算：

式中：SOC（iF）content为土壤i有机碳组分的含量，g·kg-1；MP（iF）为土壤中i物质组分的含量，%；OC（iF）content为土壤i物质组分中有机碳含量，g·kg-1。

土壤各有机碳库含量占总有机碳的比例采用公式（2）计算：

式中：AP为土壤i有机碳库的含量占总有机碳的比例，%；TOCcontent为土壤总有机碳含量，g·kg-1。

式中：SOC（iF）stock为土壤i有机碳库储量，t·hm-2；B为土壤容重，g·cm-3；H为土层深度，cm。

累积碳投入量估算：各处理的累积碳投入量是其各试验年份的碳投入量之和。本试验每季作物收获后秸秆全部移除，土壤的有机碳投入仅包括作物根茬碳和有机肥碳。

各处理下各试验年份作物根茬碳投入量采用公式（4）计算：

式中：OCinput-crop为作物根茬碳投入量，t·hm-2；Yg和Ys分别为作物籽粒产量和秸秆风干生物量，kg·hm-2；Rr为光合碳进入地下部分的比例，%；Dr为作物根系生物量平均分布在0～20 cm土层的比例，%；Rs为作物收割留茬占秸秆的比例，%；W和OCcontent-crop分别为玉米作物地上部分风干样的含水量（%）和有机碳含量（g·kg-1）。

各处理下各试验年份有机肥碳投入量采用公式（5）计算：

式中：OCinput-manure为有机肥碳投入量，t·hm-2；Am为每年施用有机肥的鲜质量，kg·hm-2；Wo为有机肥含水量，%；OCcontent-manure为有机肥的有机碳含量，g·kg-1。

式（4）、式（5）中相关参数取值通过实测或相关研究[17]获得。

式中：γsr为系统对外散热损失比例，取0.5%；Qp为给水泵加入系统的能量，kJ/h；hBFP,in、hBFP,out分别为给水泵进、出口给水的焓，kJ/kg。

用SPSS 16.0 软件对试验数据进行统计分析，采用单因素方差分析比较不同处理间测定结果的差异（α=0.05）；采用线性回归分析土壤各有机碳组分与总有机碳含量之间的关系。采用线性方程函数和米氏方程函数对当前土壤各保护态有机碳库的储量与累积碳投入量间的关系进行拟合，选取最佳函数模型。

2 结果与分析

2.1 长期施肥下土壤总有机碳及各保护态有机碳组分含量

1986—2017 年连续施肥31 年后，除N 处理外，其他施肥处理的土壤总有机碳含量均显著高于CK 处理，增幅为13.3%～48.0%（P＜0.05，表2）。NPK和HNPK处理间的土壤总有机碳含量差异不显著（P＞0.05），但均显著低于M和NPKM处理（P＜0.05）。

经物理-化学联合分组后，不同处理下土壤总有机碳的回收率为95.4%～101.2%，说明该分组方法准确可靠。表2 显示，各处理土壤中生物化学保护有机碳（NHC-dsilt+clay）的含量均最高，变幅为2.50～2.75 g·kg-1，未保护游离细颗粒有机碳（fPOC）的含量最低，变幅仅为0.04～0.09 g·kg-1；不施肥（CK）、施化肥（N、NPK、HNPK）、施有机肥（M、NPKM）处理下，土壤其他有机碳组分含量的变幅则分别为0.75～1.68、0.81～1.79、1.31～2.45 g·kg-1。

由表2 可知，与不施肥相比，长期不同施肥处理对土壤各保护态有机碳组分含量的影响不同。N 处理土壤各有机碳组分含量均与CK 处理无显著差异（P＞0.05）。施氮磷钾肥与有机肥各处理的土壤未保护态有机碳与物理保护态有机碳组分的含量均显著高于CK 处理（P＜0.05），其中，土壤未保护有机碳含量（cPOC 和fPOC 含量之和）提高39.2%～221.5%，物理保护有机碳（iPOC）的含量提高41.9%～132.3%。与CK 和N 处理相比，M 和NPKM 处理亦显著提高土壤物理-化学保护有机碳组分（HC-μsilt+clay）、物理-生物化学保护有机碳组分（NHC-μsilt+clay）、化学保护有机碳组分（HC-dsilt+clay）的含量，升幅分别为1.25～1.34、1.31～1.51 倍和1.13～1.23 倍，而NPK 和HNPK 处理对这三个有机碳组分的含量无显著影响（P＞0.05）。对于生物化学保护有机碳组分（NHCdsilt+clay），不同施肥处理间的含量均无显著差异（P＞0.05），但HNPK 和M 处理的含量显著高于CK 处理（P＜0.05）。表2 显示，与施化肥各处理（N、NPK、HNPK）相比，M 和NPKM 处理亦显著提高了土壤游离粗颗粒有机碳和物理保护有机碳（iPOC）的含量（P＜0.05）。

表2 长期施肥下土壤总有机碳及其各保护态组分含量（g·kg-1）Table 2 Content of total soil organic carbon and its fractions with varying protection mechanisms under long-term fertilization（g·kg-1）

2.2 长期施肥下土壤各保护态有机碳含量占总有机碳的比例

由各保护态有机碳库的含量占总有机碳的比例（图1）可见，不同处理间土壤未保护有机碳、物理保护有机碳、物理-化学保护有机碳、物理-生物化学保护有机碳、化学保护有机碳和生物化学保护有机碳含量占总有机碳的比例分别为9.6%～19.6%、11.2%～16.8%、10.3%～12.1%、16.0%～17.7%、15.7%～20.3%和21.1%～30.8%。各处理中生物化学保护有机碳含量占总有机碳的比例均最高，CK 和N 处理下未保护有机碳含量占总有机碳的比例最低，其他处理则是物理-化学保护有机碳含量占总有机碳的比例最低。

图1 显示，CK 和N 处理间的各保护态有机碳库含量占总有机碳的比例均无显著差异（P＞0.05），说明单施氮肥对土壤总有机碳中各保护态有机碳库的数量分配无明显影响。与不施肥相比，施氮磷钾肥及有机肥（NPK、HNPK、NPKM、M）处理的土壤未保护有机碳和物理保护有机碳的含量占总有机碳的比例分别增加1.9～10.0 个百分点和2.5～5.5 个百分点，增幅均达显著水平（P＜0.05），但土壤化学保护有机碳和生物化学保护有机碳的含量占总有机碳的比例却有显著降低（P＜0.05）。不同处理间，土壤物理-化学保护有机碳和物理-生物化学保护有机碳的含量占总有机碳的比例差异均不显著（P＞0.05）。与施化肥各处理相比，NPKM、M处理土壤未保护有机碳含量占总有机碳的比例分别增加7.5～9.7、7.2～9.4 个百分点，其增幅亦达显著水平（P＜0.05）。

图1 长期施肥下土壤各有机碳库含量占总有机碳的比例Figure 1 Content proportions of soil organic carbon pools with varying protection mechanisms to TOC under long-term fertilization

2.3 土壤不同保护态有机碳组分与总有机碳含量之间的关系

利用线性回归方程（y=ax+b）拟合土壤不同保护态有机碳组分与总有机碳含量之间的关系，结果如表3 所示，土壤各保护态有机碳组分与总有机碳含量均呈正相关关系，其中cPOC、物理保护有机碳的含量与总有机碳含量的相关性最好，在P＜0.001 水平达极显著水平。线性回归方程的斜率表示随土壤总有机碳含量变化的各保护态有机碳组分含量变化量，由表3可知，随总有机碳含量的增加，cPOC 含量的增加最为明显，其次是iPOC。总有机碳含量每提升一个单位（g·kg-1），cPOC、iPOC 含量的变化率分别达44.3%、28.0%。物理-化学保护有机碳、物理-生物化学保护有机碳、化学保护有机碳的含量与总有机碳含量呈极显著正相关（P＜0.01），其变化率仅为8.4%～15.3%。生物化学保护有机碳含量与总有机碳含量无显著正相关性（P＞0.05）。

表3 土壤不同保护态有机碳组分与总有机碳含量之间的相关关系（n=6）Table 3 Correlations between the contents of TOC and SOC fractions with varying protection mechanisms（n=6）

2.4 累积碳投入量及其与土壤不同保护态有机碳库储量间的关系

不同处理间土壤的有机碳投入量存在明显差异（图2），与不施肥相比，施肥处理由于增加了玉米生物量，作物根茬碳累积投入量显著提高（P＜0.05），增幅为1.3～4.4 倍。施肥处理中，N 处理的作物根茬碳累积投入量最少，仅相当于其他施肥处理作物根茬碳累积投入量的29.6%～45.7%。NPKM 和M 处理投入的碳包括作物根茬碳和有机肥碳，其总碳累积投入量是其他处理的2.4～10.2倍。

图2 长期施肥下土壤累积碳投入量Figure 2 Soil accumulated organic carbon input during the experiment period under long-term fertilization

土壤各保护态有机碳库的储量与试验期间土壤累积碳投入量间的关系表明，除生物化学保护有机碳外，土壤其他各保护态有机碳库的储量均与土壤累积碳投入量存在极显著的线性正相关关系（R2=0.788～0.994，P＜0.01）（图3a～图3e）。线性回归方程的斜率表示土壤各保护态有机碳库的积累速率，其变幅为0.006～0.032 t·hm-2，其中土壤未保护有机碳库的斜率最高，是其他有机碳库斜率的1.6～5.3 倍。土壤生物化学保护有机碳储量与累积碳投入量间的关系可用米氏函数拟合（R2=0.476，P＞0.05）（图3f），表明土壤生物化学保护态有机碳当前处于近平衡状态。

图3 长期施肥下累积碳投入量与土壤不同保护态有机碳库储量间的关系Figure 3 Relationships between accumulated total carbon input and storages of soil organic carbon pools with varying protection mechanisms under long-term fertilization

3 讨论

3.1 长期施肥对土壤不同保护态有机碳组分的影响

本研究中，与不施肥相比，NPKM 和M 处理均显著提高土壤总有机碳及除化学保护有机碳和生物化学保护有机碳外的其他各有机碳组分的含量，且效果好于施氮磷钾肥处理。这主要归因于施有机肥可直接向土壤输入有机碳，且有机无机肥配施提高作物根茬碳投入量及增强微生物固碳活性的综合效应也明显强于化肥单施[8，10]。单施氮肥对土壤各保护态有机碳组分含量无明显影响，这可能是由于长期单施化肥加速旱地红壤酸化，进而对作物根茬碳的输入及其固定产生不利影响[18]。施氮磷钾肥及有机肥均显著提高土壤未保护有机碳的含量及其占总有机碳的比例，这与以往一些研究[10，19]结果相似。土壤未保护有机碳主要由植物残茬及真菌菌丝、孢子所组成[4，20]，输入土壤的外源碳在分解后会首先向游离活性有机碳和物理保护有机碳转化[3，8]。平衡施肥尤其是有机无机肥配施会增加外源碳输入量，促进土壤小粒径团聚体胶结为大团聚体[21]，有机碳投入水平越高越有利于土壤总有机碳中未保护态组分的积累[20]。研究表明，土壤颗粒有机碳等活性碳组分对不同施肥响应敏感，能够作为总有机碳变化的良好指示组分[3，8]。本研究显示土壤总有机碳含量变化引起的游离粗颗粒有机碳含量的变化率达44.3%（表3），说明游离粗颗粒有机碳对施肥后旱地红壤总有机碳的固存有重要贡献。

微团聚体对颗粒有机碳的物理保护是土壤固持有机碳长期稳定的重要机制[4]，Six 等[22]的研究表明，不同土壤类型和气候条件下，团聚体闭蓄颗粒有机碳含量的变化特征是判断土壤管理对总有机碳影响的重要指标，本研究也表明土壤物理保护有机碳与总有机碳含量间关系密切。长期施氮磷钾肥及有机肥均显著增加旱地红壤物理保护有机碳的含量及其占总有机碳的比例，这与王朔林等[8]在栗褐土上的研究结果一致，但与曹寒冰等[20]在矿区复垦土壤上的研究结果明显不同。这种差异可能是因为曹寒冰等[20]的研究中供试土壤仅培肥6 年，且其闭蓄颗粒有机碳组分是从大团聚体中分离得到的，而本研究和王朔林等[8]的研究中供试土壤则是从原土中获取的。单施有机肥特别是与化学氮磷钾肥配施提升旱地红壤总有机碳中物理保护有机碳的含量及其分配比例的效果优于单施化肥（表2、图1），其原因可能在于：与施化肥相比，长期施有机肥一方面增强了土壤中微生物的活性，加快大团聚体中多糖物质的破碎及其向土壤物理保护有机碳组分的转化[4]，另一方面则促进作物根系生长及其分泌物的增加，增强了土壤微团聚体的稳定性及其对土壤有机碳的物理保护作用[10]。

土壤化学保护有机碳和生物化学保护有机碳是土壤粉黏粒与有机物质分解的最终产物相结合的部分，主要由腐殖质组成[23]。施化肥对供试土壤游离粉黏粒和闭蓄粉黏粒中各有机碳组分的含量无明显影响，这表明化肥投入的有机碳经微生物分解合成的腐殖质尚不足以显著提高粉黏粒结合态有机碳含量，这与曹寒冰等[20]的研究结果一致。施有机肥条件下，与化学保护有机碳、生物化学保护有机碳组分相比，供试土壤物理-化学保护有机碳、物理-生物化学保护有机碳组分含量的提升更为明显，这可能是由于土壤游离粉黏粒直接与外源碳接触，其碳含量更容易达到平衡，而闭蓄粉黏粒因受微团聚体的物理保护，其结合态有机碳含量在达到平衡时存在时间上的滞后性[6，19]。

3.2 长期施肥下土壤不同保护态有机碳库饱和特性

碳饱和理论认为，土壤对有机碳的固持并非随碳投入的增加而无限度增加，而是存在一个最大的保持容量，即饱和水平[4]。土壤有机碳的稳定机制决定着土壤不同有机碳库的固存容量，因而不同保护态有机碳库的饱和特性也可能存在较大差异[5-6，24]。本研究结果显示，土壤未保护有机碳和物理保护有机碳的储量均与累积碳投入量呈极显著线性正相关（图3a、图3b），说明这些有机碳库目前尚处于快速积累阶段，尚未达平衡或出现饱和限制，这与以往的一些研究[6，20，24]结果一致。土壤未保护和物理保护的有机碳具有较高的生物活性[4]，但土壤未保护有机碳的周转更快[4，6]，其饱和行为甚至不受土壤总有机碳饱和限制的影响[24]，其饱和与否主要取决于受土壤温度、湿度及底物的生物可利用性等因子调控的碳输入与输出之间的平衡[6，25]。相反，物理保护有机碳依赖于微团聚体的闭蓄作用而存在，其固存潜力变化受到微团聚体数量变化的制约[26]。有研究[27]发现土壤团聚体有机碳存在饱和现象，因此土壤物理保护有机碳的固存饱和或平衡特征受到团聚体结合碳动态变化的明显影响。

已有研究[25，27]发现，土壤可能存在碳饱和的等级性。即随碳投入量的不断增加，粉黏粒结合碳会先达到饱和[27-28]，进一步的碳积累将发生在团聚体和颗粒有机质中[28]。Stewart 等[25]认为不同保护机制下的粉黏粒结合态碳也可能存在明显的分级饱和现象，与闭蓄粉黏粒结合态碳相比，游离粉黏粒结合碳可更快地达到平衡或饱和状态。本研究中，生物化学保护有机碳储量与累积碳投入量间呈现米氏方程关系，这与Xu 等[19]在东北棕壤上的研究结果一致，这可能与土壤生物化学保护有机碳的稳定性较高及本研究供试土壤中1∶1 型黏土矿物的固碳容量较低有关[4，25，27]。外源碳的投入是土壤碳库发生积累的源动力，土壤各有机碳库在达饱和之前，可能经历多次平衡或稳定过程，土壤有机碳库发生平衡及最终实现饱和的过程均与其饱和亏缺特征及外源有机碳投入水平关系密切[25，29]。土壤不同保护态有机碳库间存在着密切联系，其稳定机制与稳定过程也大不相同，今后除需加强长期动态监测外，也需结合历史土样分析与同位素标记技术深化认识土壤不同保护态有机碳库的周转及饱和特征。

4 结论

（1）长期施氮磷钾肥及有机肥均显著提高旱地红壤未保护有机碳和物理保护有机碳的含量及其占总有机碳的比例，有机培肥提升土壤有机碳的固存、活性及物理保护作用的效果均优于施氮磷钾肥。施肥后旱地红壤新增有机碳优先固存在未保护游离粗颗粒有机碳和物理保护有机碳组分中。

（2）在当前碳投入水平下，旱地红壤的生物化学保护有机碳已接近平衡状态，而未保护有机碳和其他保护态有机碳则仍有较明显的固存潜力。