無害化污泥堆肥施用量對(duì)沙質(zhì)潮土土壤活性有機(jī)碳組分的影響

郭康莉，冀拯宇，劉 曉，朱興娟，姜慧敏，楊俊誠，李桂花*，張建峰*

（1.中國農(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)國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070）

土壤有機(jī)碳可用于表征土壤肥力高低和評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量好壞，在調(diào)節(jié)土壤環(huán)境條件、改善土壤結(jié)構(gòu)、提供植物養(yǎng)分及減少環(huán)境負(fù)面影響等方面具有重要作用。有學(xué)者指出，土壤有機(jī)碳（SOC）具有高度異質(zhì)性，不同活性組分有機(jī)碳因存在方式和化學(xué)性質(zhì)不同，其生物有效性和肥力功能存在差異，能反映不同的穩(wěn)定機(jī)制[1]。當(dāng)前活性指標(biāo)已發(fā)展了輕組有機(jī)碳（LFOC）、顆粒態(tài)有機(jī)碳（POC）、易氧化有機(jī)碳（ROC）、微生物量碳（SMBC）和可溶性有機(jī)碳（DOC）多項(xiàng)指標(biāo)[2-3]。由于短時(shí)間內(nèi)，土壤有機(jī)碳對(duì)人為活動(dòng)和環(huán)境因子的變化響應(yīng)不靈敏，而土壤活性碳指標(biāo)能反映土壤質(zhì)量和土壤總有機(jī)碳含量變化，且其容易受土壤管理措施的影響[4]，可用作指示不同農(nóng)業(yè)管理方式的響應(yīng)指標(biāo)；同時(shí)，學(xué)者指出土壤活性碳占總有機(jī)碳的比值對(duì)土壤碳庫質(zhì)量的變化非常敏感，可用來指示土壤質(zhì)量的變化[5]。

經(jīng)過無害化處理最終符合相關(guān)土地利用標(biāo)準(zhǔn)的污泥堆肥是一種新型有機(jī)物料（簡稱污泥堆肥）。城市生活污泥中重金屬的含量越來越低，有利于城市生活污泥的土地利用[6]，大量研究表明，污泥土地利用能提升土壤肥力[7-9]、提高土壤物理結(jié)構(gòu)特征[10]以及微生物活性[11-12]。施入無害化污泥直接或間接地調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)輸入與轉(zhuǎn)化，一定程度上影響土壤有機(jī)碳庫存和轉(zhuǎn)化，因此，研究污泥堆肥施用條件下土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于提升土壤質(zhì)量具有重要意義。當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)無害化污泥堆肥的研究主要集中在土壤總有機(jī)碳的變化上，如Tian等指出[13]，污泥堆肥含有大量難降解的有機(jī)物組分，土壤殘留時(shí)間長達(dá)20年，能夠促進(jìn)土壤顆粒對(duì)碳的固存，可用于提升土壤質(zhì)量[14-15]。Zoghlami等[16]通過向突尼斯沙質(zhì)土壤施用城市污泥發(fā)現(xiàn)，污泥年施入量達(dá)80 t·hm-2時(shí)沙質(zhì)土壤C/N值降低至15，促進(jìn)土壤有機(jī)碳固定，減少有機(jī)碳的損失。然而對(duì)土壤活性碳組分及各組分在土壤總有機(jī)碳中的分配比例的影響尚未進(jìn)行深入研究，尤其是典型的沙質(zhì)潮土。

河南省作為我國重要的糧食生產(chǎn)核心區(qū)域，當(dāng)前沙質(zhì)潮土面積已達(dá)到66.7萬hm2，沙質(zhì)土壤有機(jī)碳含量低，物理結(jié)構(gòu)遭到破壞，土壤保肥蓄水能力下降，養(yǎng)分供應(yīng)能力弱，直接影響了國家農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[17]。因此，本文采用田間連續(xù)定位試驗(yàn)，以施用不同量污泥堆肥的河南省沙質(zhì)潮土為研究對(duì)象，通過研究多組分活性有機(jī)碳含量及其在土壤有機(jī)碳中的分配特征，以期為污泥堆肥培肥沙質(zhì)潮土、提高土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

本試驗(yàn)地設(shè)在河南省開封市農(nóng)林科學(xué)研究院試驗(yàn)基地（114°27′E，34°77′N），無霜期年均 221 d，2012—2015年當(dāng)?shù)亟涤昙皻鉁貫椋?012年平均氣溫15.38℃，平均降雨467.1 mm；2013年平均氣溫15.66℃，平均降雨335.3 mm；2014年平均氣溫15.87℃，平均降雨508.1 mm；2015年平均氣溫15.42℃，平均降雨583.6 mm。降雨主要集中在夏季7—8月，屬于典型溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。土壤類型為沙質(zhì)潮土[18]。試驗(yàn)前土壤耕層0~20 cm基本理化性質(zhì)測定結(jié)果為：含水率5.87%，pH 8.42，SOC12.10g·kg-1，全氮 0.44g·kg-1，C/N=27.50，速效磷（AP）13.25 mg·kg-1，速效鉀（AK）40.32 mg·kg-1，土壤重金屬本底含量如表1所示。

1.2 無害化污泥堆肥

試驗(yàn)所用無害化污泥堆肥由鄭州市污水凈化有限公司提供，以鄭州市污水管網(wǎng)分開后單獨(dú)處理生活污水產(chǎn)生的污泥與秸稈及花生殼等輔料按照一定的比例進(jìn)行混合，接入枯草芽孢桿菌、黑曲霉和嗜熱側(cè)胞酶等混合菌劑，通過好氧發(fā)酵、高溫堆肥等工藝處理后制成。所得污泥堆肥基本理化特性為：含水率33.08%，pH 8.05，SOC 223.92 g·kg-1，全氮（TN）17.6 g·kg-1，C/N=12.72，AP 559.43 mg·kg-1，AK 4 562.50 mg·kg-1。污泥堆肥中主要重金屬和有機(jī)污染物含量如表1所示，符合《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284—1984）中的農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)開始于2012年10月，到2016年10月已連續(xù)種植4年8季作物。試驗(yàn)采用冬小麥-夏玉米輪作制度，供試作物小麥品種選用“開麥18”，玉米品種選用“開玉15”，均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：（1）單施化肥，CK；（2）化肥配施 15 t·hm-2污泥堆肥，SW1；（3）化肥配施 30 t·hm-2污泥堆肥，SW2；（4）化肥配施 45 t·hm-2污泥堆肥，SW3。污泥堆肥施入量以濕重形式計(jì)算。每個(gè)試驗(yàn)處理設(shè)置3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)小區(qū)之間用水泥墻隔斷，每個(gè)小區(qū)面積為5 m2。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民施肥習(xí)慣，在小麥、玉米種植前分別施入N 225 kg·hm-2，P2O586 kg·hm-2，K2O 113 kg·hm-2，供試化肥分別為商品尿素、磷酸一銨和氯化鉀。小麥和玉米種植前，污泥堆肥與化肥同時(shí)以基肥的形式施入，采用撒施法均勻施入到0~20 cm耕層土壤。其他大田管理措施均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。

1.4 樣品采集、測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤樣品采集

土壤樣品于2016年9月26日（第8季玉米收獲期）用四分法采自耕層0~20 cm土壤，混合均勻的土樣分為三份：一份送往開封市農(nóng)林科學(xué)研究院試驗(yàn)室測定土壤含水率；一份帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后分別過2 mm和0.149 mm篩；一份置-20℃保存供土壤微生物量碳及土壤水溶性有機(jī)碳測定。

1.4.2 測定項(xiàng)目及方法

（1）土壤含水率、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀等理化指標(biāo)采用土壤農(nóng)化分析常量分析法測定[19]。

（2）土壤活性有機(jī)碳庫測定

輕組有機(jī)碳（Light fraction organic matter carbon，LFOC）[20]：采用相對(duì)密度 ρ=1.7 g·cm-3NaI溶液進(jìn)行提取，用元素分析儀（EuroEA3000）測定輕組有機(jī)物中碳含量。

顆粒態(tài)有機(jī)碳（Particulate organic matter carbon，POC）[21]：采用 5 g·L-1六偏磷酸鈉（HMP）溶液分散法，采用重鉻酸鉀-外加熱法測定顆粒態(tài)土壤中的有機(jī)碳，即土壤顆粒態(tài)有機(jī)碳。

土壤微生物量碳（Soil microbial biomass nitrogen，SMBN）[22]：采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法，用TOC儀測定熏蒸、未熏蒸浸提液中土壤提取碳含量，兩者差值乘以轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算土壤微生物量碳。

土壤水溶性有機(jī)碳（Dissolved organic carbon，DOC）[23]：稱取25.00 g過2 mm篩新鮮土，放入250 mL塑料瓶中，加入50 mL高純水，在往復(fù)式振蕩器（200 r·min-1）上振蕩 2 h，高速離心機(jī)（10 000 r·min-1）離心15 min，用真空泵抽濾過0.45 μm膜，用Multi 2100 N/C TOC分析儀測定水溶性有機(jī)碳含量。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算

LFOC 含量（g·kg-1）=輕組物質(zhì)中有機(jī)碳含量×輕組物質(zhì)占全土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

POC 含量（g·kg-1）=顆粒態(tài)土壤中有機(jī)質(zhì)含量×顆粒態(tài)土壤占全土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

SMBC 含量（mg·kg-1）=（熏蒸測定值-未熏蒸測定值）×稀釋倍數(shù)×浸提液體積×水分系數(shù)/（土壤質(zhì)量×0.38）

表1 土壤和污泥堆肥重金屬和有機(jī)污染物含量Table 1 Content of heavy metals and organic pollutants in the soil（initial values）and non-hazardous composted sewage sludge

土壤綜合肥力指數(shù)（Soil integrated fertility index，IFI）采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)各處理下土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)（參照張雪凌等[24]計(jì)算方法），本文選用土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀作為分肥力指標(biāo)，計(jì)算分肥力系數(shù)，利用修正的內(nèi)梅羅公式計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊次性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過后（P>0.05），采用均值間最小差異顯著性（LSD）檢驗(yàn)，用F統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行多因素方差分析，采用Person進(jìn)行相關(guān)性分析；Canoco 5.0做主成分分析（PCA）、冗余分析（RDA）以及相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析；采用O－rigin 8.0進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 污泥堆肥對(duì)沙質(zhì)潮土總氮、土壤有機(jī)碳及土壤綜合肥力指數(shù)的影響

由表2可知，與CK相比，施用污泥堆肥顯著增加了土壤全氮（TN）含量，SW1、SW2和 SW3處理顯著增加了93.12%、148.73%和284.31%（P<0.05）。土壤有機(jī)碳（SOC）含量隨污泥堆肥施入量增加而上升，分別增加了121.23%、163.18%和265.83%（P<0.05）。TN增幅高于SOC，導(dǎo)致土壤C/N隨污泥堆肥施入量增加而降低，這有利于土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的礦化代謝，為植物生長提供養(yǎng)分。較CK處理，堆肥產(chǎn)品施入促進(jìn)土壤田間持水作用，土壤含水率增加了51.62%~233.04%，SW2、SW3處理與CK處理差異達(dá)顯著水平（P<0.05），降低土壤 pH（P<0.05），增加土壤速效養(yǎng)分含量，在SW3處理時(shí)，速效磷（AP）和速效鉀（AK）分別顯著增加了190.92%和373.82%（P<0.05）。由表2可知，污泥堆肥能顯著提高土壤綜合肥力，較CK 處理，SW1、SW2和 SW3土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）分別增加了25.31%、38.23%和55.51%，均達(dá)顯著性水平（P<0.05）。

2.2 污泥堆肥對(duì)沙質(zhì)潮土活性碳庫各組分的影響

2.2.1 土壤活性有機(jī)碳庫各組分變化特征

由圖1可知，土壤活性有機(jī)碳各組分含量：POC>LFOC>DOC>SMBC。較CK處理，SW1、SW2和SW3處理LFOC分別增加了 12.29%、36.72%和246.17%；POC分別增加了109.26%、137.73%和176.69%；SMBC增加了1.82、10.19倍和12.11倍；DOC增加了51.64%、83.78%和160.71%。各活性碳組分均隨污泥堆肥施入量的增加而提高，活性有機(jī)碳各組分增加幅度呈現(xiàn)：SMBC>LFOC>POC>DOC，說明各活性碳組分中，SMBC受污泥堆肥影響最為顯著，DOC所受影響最小。

2.2.2 土壤活性碳組分與土壤有機(jī)碳之間的相關(guān)性分析

由圖2可知，土壤POC、SMBC和DOC活性碳組分與SOC呈極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.839、0.776和0.780（P<0.01），LFOC與SOC呈顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.619（P<0.05），各活性碳組分與SOC的相關(guān)性依次為POC>DOC>SMBC>LFOC，說明活性碳組分與SOC的依存關(guān)系存在差異性。

2.2.3 活性有機(jī)碳各組分在SOC中的分配比例

由表 3可知，LFOC/SOC、POC/SOC和 DOC/SOC分配比例在SW1、SW2和SW3處理下均較CK有所降低，LFOC/SOC分配于SW1和SW2處理下顯著低于CK，分別降低了49.78%和47.75%（P<0.05），其余各分配比例與CK不存在顯著性差異；從SW1、SW2和SW3處理間活性有機(jī)碳分配比例變化特征可發(fā)現(xiàn)，污泥堆肥促進(jìn)LFOC/SOC分配（P<0.05），對(duì)DOC/SOC分配特征影響不顯著，而POC/SOC分配比例隨污泥堆肥施入量增加而降低，各處理間差異不顯著；污泥堆肥促進(jìn)SMBC/SOC分配，SW2和SW3較CK顯著增加了3.22倍和2.57倍（P<0.05）。

表2 污泥堆肥對(duì)土壤理化特性及肥力水平的影響Table 2 Soil physical，chemical properties and soil integrated fertility index under the treatments of composted sewage sludge

圖1 施用污泥堆肥對(duì)土壤各活性有機(jī)碳庫的影響Figure 1 Contents of different forms of soil active organic carbon under the treatments of composted sewage sludge

圖2 土壤各活性碳組分與土壤有機(jī)碳相關(guān)性分析Figure 2 Correlation of the different forms of soil active organic carbon with soil organic carbon

2.3 土壤活性有機(jī)碳各組分之間及與IFI肥力指數(shù)、分配比例之間的相關(guān)性

由表4可知，土壤活性有機(jī)碳各組分之間均存在顯著相關(guān)性（P<0.05），說明各活性碳組分含量受污泥堆肥影響一致；土壤活性碳庫（LFOC除外）與土壤綜合肥力因子相關(guān)性達(dá)極顯著水平（P<0.01），說明活性碳庫與IFI肥力綜合指數(shù)變化一致，活性有機(jī)碳庫不僅能夠指示土壤有機(jī)碳的組成特征，同時(shí)可以表征污泥堆肥對(duì)土壤肥力的影響特征。表4相關(guān)性分析表明，土壤活性有機(jī)碳組分與碳組分分配比例的相關(guān)性存在差異。LFOC/SOC分配比例與各活性碳組分含量不存在相關(guān)性；POC/SOC分配比例與LFOC、SMBC和DOC呈顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05）；SMBC/SOC分配比例與LFOC不相關(guān)，與其余碳組分呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）；DOC/SOC僅與POC存在顯著負(fù)相關(guān)性（P<0.05）。

表3 施用污泥堆肥對(duì)土壤各活性碳組分分配比例影響情況（%）Table 3 Proportion of different forms of soil active organic carbon account for the soil organic carbon（%）

表4 土壤活性有機(jī)碳組分、IFI肥力因子及活性碳組分分配比例間相關(guān)性分析Table 4 Correlation coefficient between different forms of soil active organic carbon，IFI index and allocation efficiency of soil active organic carbon

2.4 土壤活性碳組分及其分配比例主成分分析

將收獲期4個(gè)處理12個(gè)樣本活性有機(jī)碳組分含量及其在SOC中的分配比例進(jìn)行PCA排序（圖3）。PCA排序圖第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的方差貢獻(xiàn)率分別為58.57%和36.42%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到94.99%，其中PC1主要與活性碳組分（SMBC、DOC和POC）、SMBC/SOC和DOC/SOC分配比例相關(guān)，PC2主要與LFOC和LFOC/SOC相關(guān)?？梢奝CA前兩個(gè)排序軸涵蓋樣本絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息；由樣本和活性碳組分及其分配比例分布特征可知，LFOC/SOC、POC/SOC和DOC/SOC分配比例在CK處理時(shí)最高，遠(yuǎn)高于平均分配比例；SW1和SW2處理時(shí)活性碳組分含量及其分配比例均較低，僅達(dá)到平均水平；活性有機(jī)碳各組分及SMBC/SOC分配比例在SW3處理點(diǎn)上具有最高載荷。PCA圖中，從右到左能較好地將CK、SW1、SW2和SW3處理點(diǎn)區(qū)分開，其中，SW3處理點(diǎn)與CK處理點(diǎn)分隔最遠(yuǎn)，反映了污泥堆肥不同施用量對(duì)土壤活性有機(jī)碳及其分配比例的影響特征，說明高施入量污泥堆肥顯著改變了土壤肥力水平。

圖3 污泥堆肥處理土壤活性有機(jī)碳指標(biāo)的主成分分析Figure 3 Principal component analyses（PCA）of different forms of soil active organic nitrogen and allocation efficiency of soil active organic nitrogen under composted sewage sludge treatments

2.5 土壤理化因子與土壤活性碳組分及分配比例的冗余分析

冗余分析表明（圖4），第一排序軸（PC1）能解釋60.07%，第二排序軸（PC2）解釋8.90%，前兩個(gè)排序軸累積解釋68.97%的活性碳組分及分配比例與環(huán)境因子的關(guān)系，其中，分配比例LFOC/SOC、POC/SOC和DOC/SOC均與土壤pH呈正相關(guān)，土壤各活性碳組分及SMBC/SOC分配比例與其余土壤環(huán)境因子呈正相關(guān)，與pH負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步利用RDA內(nèi)置偏蒙特卡羅置換檢驗(yàn)可知每個(gè)環(huán)境指標(biāo)所能解釋的變化量，土壤環(huán)境因子IFI、AK、pH、AP和土壤水分單獨(dú)解釋土壤活性碳組分及其分配比例變化的64.3%、63.3%、61.8%、53.1%和47.4%（P<0.05），其中IFI單獨(dú)解釋能力最強(qiáng)，說明污泥堆肥改變了土壤肥力特征及土壤環(huán)境條件，進(jìn)而能顯著影響土壤活性碳的組成及其分配特征。

圖4 土壤活性有機(jī)碳與土壤理化指標(biāo)的冗余分析Figure 4 Redundancy analyses（RDA）between soil biochemical index and different forms of soil active organic nitrogen，allocation efficiency of soil active organic nitrogen under the composted sewage sludge treatments

3 討論

3.1 施用污泥堆肥對(duì)土壤理化特性和肥力水平的影響

污泥堆肥顯著增加土壤田間持水量，降低土壤pH，提高土壤養(yǎng)分含量，在施入量45 t·hm-2時(shí)沙質(zhì)潮土質(zhì)量提升效果最為顯著。土壤肥力是眾多物理、化學(xué)和生物學(xué)因子等基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，是土壤質(zhì)量的重要組成部分，選用pH、氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)計(jì)算土壤肥力指數(shù)（IFI）可綜合表征污泥堆肥對(duì)土壤肥力的影響特征[25]。本研究表明，污泥堆肥施入水平為45 t·hm-2時(shí)IFI指數(shù)最佳，說明污泥堆肥在該施入量下土壤肥力提高顯著，可為植物生長提供豐富的養(yǎng)分。土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)的分析結(jié)果表明，連續(xù)施用污泥堆肥4年后，土壤TN和SOC均顯著提升，在施入量為45 t·hm-2時(shí)達(dá)到最高水平，這是由于污泥堆肥含有豐富的有機(jī)物，施入量增加顯著提升養(yǎng)分水平，說明增加農(nóng)田的系統(tǒng)投入量是提高土壤肥力的有效途徑[7，17]。本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，施用污泥堆肥降低土壤C/N值，主要因?yàn)槲勰喽逊首陨鞢/N值低，可有效降低土壤C/N值，土壤C/N值是影響有機(jī)物礦化速率進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)供肥能力的重要因素，是土壤微生物活性和土壤有機(jī)質(zhì)礦化程度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究指出，土壤有機(jī)質(zhì)的C/N值與其分解速度成反比關(guān)系，污泥堆肥施入降低土壤C/N值，多余的土壤氮素受土壤微生物調(diào)控作用而礦化釋放氮，為作物提供養(yǎng)分[13，26]。

3.2 污泥堆肥對(duì)土壤活性碳組分和分配比例的影響

宋震震等[27]通過連續(xù)26年長期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長期施用有機(jī)肥顯著增加黑土活性有機(jī)物各組分含量，50%有機(jī)肥和50%無機(jī)肥配施處理各活性有機(jī)物組分含量與全量施入有機(jī)肥處理效果相當(dāng)，說明有機(jī)肥和化肥對(duì)活性有機(jī)物各組分的形成均發(fā)揮著重要作用。本研究結(jié)果表明，污泥堆肥施入提高沙質(zhì)潮土土壤LFOC、POC、DOC和SMBC含量，與土壤有機(jī)碳變化趨勢保持一致，主要因?yàn)槲勰嘟?jīng)堆肥處理后自身富含大量與活性有機(jī)物相似組分，施入土壤后直接以輕組和顆粒態(tài)有機(jī)物形式包裹在土壤大團(tuán)聚體上，以一種非保護(hù)性有機(jī)碳組分形式存在，或以DOC形式溶出進(jìn)入到土壤溶液中；另外，污泥堆肥為植物提供大量速效養(yǎng)分，可增加植物根系生物量，配施化肥可促進(jìn)植物根茬和脫落物以輕組有機(jī)物的形式返還于土壤耕層，從而增加活性有機(jī)物含量。本研究土壤類型為沙質(zhì)潮土，經(jīng)污泥堆肥培肥后顯著增加土壤有機(jī)物含量和土壤含水率，提高沙質(zhì)潮土保水保肥能力可降低土壤對(duì)DOC的淋溶作用，從而提高土壤DOC組分含量[17]。有學(xué)者指出，土壤微生物對(duì)土壤碳和氮循環(huán)發(fā)揮著重要作用，在有機(jī)質(zhì)分解過程中發(fā)揮約70%的作用，施用有機(jī)物可增加土壤活性有機(jī)物含量，進(jìn)而影響土壤生物量及微生物群落結(jié)構(gòu)組成[27]。Tian等[13]通過長期定位試驗(yàn)，借助13N穩(wěn)定性同位素標(biāo)記技術(shù)發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田土壤中施入無害化污泥可降低土壤微生物代謝熵（SMBC/SMBN），可有效減輕微生物生長壓力，提高土壤微生物對(duì)碳和氮的代謝能力。本研究發(fā)現(xiàn)，污泥堆肥于 30 t·hm-2和 45 t·hm-2施入水平時(shí)顯著增加SMBC含量，究其原因，污泥堆肥增加DOC含量，可供微生物直接吸收利用，從而增加微生物的生物量和代謝活性。

Leifeld等[5]指出土壤活性有機(jī)碳組分含量占總有機(jī)物含量的百分率可消除SOC含量差異對(duì)活性有機(jī)碳組分的影響，比各活性組分的絕對(duì)值更能體現(xiàn)土壤養(yǎng)分的儲(chǔ)存情況。其中，顆粒態(tài)有機(jī)碳分配比例（POC/SOC）和輕組有機(jī)氮分配比例（LFOC/SOC）能反映土壤過渡態(tài)有機(jī)碳庫儲(chǔ)存情況，是其他活性有機(jī)碳庫、微生物代謝主要物質(zhì)和能量來源；土壤可溶性有機(jī)碳分配比例（DOC/SOC）反映了土壤中最為活躍碳組分占土壤有機(jī)碳的比例，其值大小對(duì)土壤生物化學(xué)反應(yīng)影響較大。本研究發(fā)現(xiàn)，較CK處理，施用污泥堆肥降低LFOC/SOC、POC/SOC和DOC/SOC分配，隨著污泥堆肥施入量增加，LFOC/SOC和DOC/SOC分配比例逐漸升高，但總體仍低于CK處理，這是因?yàn)槭┤胛勰喽逊蕛H提高了土壤活性碳絕對(duì)含量，隨著施入量增加，有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為活性有機(jī)碳的效率降低，Powleson等[15]指出，無害化污泥堆肥腐殖化程度較高，主要以穩(wěn)定碳組分形式存在，進(jìn)入土壤后短期分解量較少，從而降低活性有機(jī)碳組分的分配比例，同時(shí)，土壤顆粒態(tài)有機(jī)物和輕組有機(jī)物組分有機(jī)物中的C/N值含量較全土C/N值高，外源施入氮肥促進(jìn)微生物對(duì)POC和LFOC代謝利用，從而降低POC和LFOC在SOC中的分配比例[28-30]。污泥堆肥處理顯著增加微生物代謝活性并促進(jìn)SMBC/SOC分配，主要因?yàn)槲勰喽逊逝喾释寥肋^程中土壤環(huán)境條件的改變?yōu)槲⑸锷L代謝提供有利條件，從而促進(jìn)土壤碳素整合到微生物碳庫中[31]，McDowell等[32]和駱坤等[28]研究也發(fā)現(xiàn)，施入有機(jī)物可提高土壤微生物的生物量，刺激微生物對(duì)DOC的消耗，從而降低DOC在SOC中的分配比例。

通過主成分分析結(jié)果可知，施用無害化污泥堆肥處理明顯改變土壤活性碳各組分含量及其分配比例，從培肥土壤角度出發(fā)，污泥堆肥施入量達(dá)45 t·hm-2時(shí)顯著增加土壤各活性碳組分含量，提高土壤有機(jī)物中碳的質(zhì)量；從分配比例出發(fā)，污泥堆肥高施入量降低活性有機(jī)碳的分配比例，說明污泥堆肥培肥土壤過程中，土壤有機(jī)碳主要以惰性有機(jī)碳形式存在，從另一個(gè)角度而言，增大污泥堆肥的施入量可以使土壤碳庫更穩(wěn)定，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的儲(chǔ)存[17]。

3.3 土壤活性有機(jī)碳組分及其分配比例與環(huán)境因子的冗余分析

無害化污泥堆肥增加土壤速效養(yǎng)分，改善土壤物理環(huán)境條件，對(duì)土壤理化條件和肥力質(zhì)量影響顯著。冗余分析結(jié)果表明，提高土壤含水率可促進(jìn)活性有機(jī)碳組分的形成，污泥堆肥降低土壤pH提高SMBC組分含量并促進(jìn)SMBC/SOC分配，Liu等[31]研究指出，連續(xù)施用城市生活污泥可通過降低土壤pH從而影響土壤微生物的豐富度和均勻度，增加土壤碳循環(huán)優(yōu)勢物種的豐度。土壤IFI綜合指數(shù)對(duì)土壤各活性碳組分具有較高的解釋率，說明土壤活性碳含量不僅可以指示土壤質(zhì)量受土壤管理措施的影響情況，而且可表征土壤肥力高低程度[4，33]。因此，合理施用無害化污泥堆肥能顯著培肥與改良沙質(zhì)潮土，提高土壤質(zhì)量。

4 結(jié)論

（1）施用無害化污泥堆肥能改善土壤環(huán)境條件，提高沙質(zhì)潮土TN、SOC含量和IFI綜合肥力指數(shù)，培肥效果受施入量影響顯著，于45 t·hm-2施入量下效果最佳。

（2）施用無害化污泥堆肥顯著增加土壤活性有機(jī)碳含量；施入無害化污泥堆肥降低輕組有機(jī)碳、顆粒態(tài)有機(jī)碳以及溶解性有機(jī)碳在土壤有機(jī)碳中的分配比例，而顯著增加土壤微生物量碳分配比例，主成分分析結(jié)果進(jìn)一步表明，堆肥產(chǎn)品高施用量有利于提高土壤活性碳組分含量，并且增加施入量降低活性碳組分在土壤有機(jī)碳中的占比，有利于沙質(zhì)潮土有機(jī)碳的積累。

（3）冗余分析表明，施用無害化污泥堆肥可改善土壤環(huán)境條件，從而影響土壤活性碳組分及其分配比例，其中土壤肥力因子綜合指數(shù)（IFI）對(duì)活性碳組分變化解釋率較高，說明堆肥產(chǎn)品施入改變了土壤活性有機(jī)碳各組分含量及其分配，是提升土壤肥力的一個(gè)重要原因。

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