減量化肥配施紫云英對稻田土壤碳、氮的影響

程會丹，魯艷紅，聶 軍，朱啟東，聶 鑫，曹衛(wèi)東，高雅潔，廖育林，3*

（1.湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，長沙 410125；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部湖南耕地保育科學(xué)觀測實驗站，長沙 410125；4.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，北京 100081）

土壤碳、氮是土壤肥力重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，反映土壤的肥力狀況和生產(chǎn)力水平[1]。土壤微生物量是土壤有機質(zhì)礦化和養(yǎng)分循環(huán)的動力，雖然土壤微生物量碳、氮（MBC、MBN）和可溶性有機碳、氮（DOC、DON）占土壤有機碳（SOC）和全氮（TN）的比例僅為1%～5%[2]，但卻是土壤碳氮庫中最為重要和活躍的組分[3]，反映土壤同化和礦化能力，是土壤活性大小的標(biāo)志。土壤MBC、MBN、DOC、DON對外界條件變化響應(yīng)敏感[4]，尤其是外源有機物料的添加能夠顯著影響其含量的變化[5]。

紫云英作為一種養(yǎng)分豐富的有機物料還田，具有替代部分化肥，培肥土壤、改善生態(tài)環(huán)境等作用[6]，且對土壤MBC和MBN的影響明顯。大量研究表明，翻壓綠肥能夠提高土壤MBC、MBN、DOC、DON含量。如：Yu等[7]研究表明施用綠肥紫云英有助于提高土壤MBC、MBN、DOC、DON含量。高嵩涓等[8]和楊曾平等[9]認(rèn)為長期冬種綠肥能夠提高土壤MBC、MBN含量，其中紫云英效果最顯著。黃威等[10]研究表明化肥與紫云英長期配合施用提高了土壤MBC、MBN、DOC、DON含量。

目前，關(guān)于種植紫云英及翻壓等量紫云英下不同化肥施用量對稻田土壤MBC、MBN影響的研究報道較多[7-11]，減量化肥與不同量紫云英配施對土壤微生物量特性影響的研究也有一些報道[12]，但是，不同紫云英翻壓量對土壤活性有機碳、氮（DOC+MBC、DON+MBN）及土壤各形態(tài)活性碳、氮占SOC和TN的比例的研究較少。因此，本研究利用11 a田間定位試驗（2008—2018年），研究了長期化肥減施下，紫云英不同翻壓量對雙季稻產(chǎn)量及活性有機碳、氮的影響，及土壤各形態(tài)活性有機碳、氮占SOC、TN的比例與相關(guān)關(guān)系，為南方雙季稻田合理施用紫云英，提高土壤質(zhì)量、保證水稻增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2008—2018年在湖南省南縣三仙湖鄉(xiāng)萬元橋村（112°18′20″E、29°11′29″N）進(jìn)行。該地處于洞庭湖雙季稻區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，海拔30 m，年均氣溫約16.6℃，年日照時數(shù)約1 775 h，年降水量約1 238 mm。土壤類型為河湖沉積物發(fā)育的紫潮泥。供試土壤的基本理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗設(shè)計

定位試驗共設(shè)7個處理：（1）CK（稻-稻-冬閑，不施紫云英和化肥）；（2）GM22.5（稻-稻-紫云英，單施紫云英，紫云英還田量為22.5 t·hm-2）；（3）100%CF（稻-稻-冬閑，常規(guī)施肥，不施紫云英）；（4）60%CF+GM15（稻-稻-紫云英，紫云英還田量為15 t·hm-2，氮、鉀肥均減量40%）；（5）60%CF+GM22.5（稻-稻-紫云英，紫云英還田量為22.5 t·hm-2，氮、鉀肥均減量 40%）；（6）60%CF+GM30（稻-稻-紫云英，紫云英還田量為30 t·hm-2，氮、鉀肥均減量 40%）；（7）60%CF+GM37.5（稻-稻-紫云英，紫云英還田量為37.5 t·hm-2，氮、鉀肥均減量40%）。100%CF指當(dāng)?shù)氐某Ｒ?guī)施肥量，早、晚稻均為 N 150 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2O 120 kg·hm-2。施用的氮、磷、鉀肥的種類分別為尿素（N含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量12%）、氯化鉀（K2O含量60%）。由于紫云英中氮、鉀含量豐富，磷含量較少，本試驗紫云英與化肥配施處理的磷肥施用量與常規(guī)施肥一致，氮、鉀肥減施40%。早、晚稻不同處理養(yǎng)分投入量見表2。磷肥和鉀肥均在移栽前作基肥施入；氮肥50%作基肥施入，50%追肥在分蘗盛期施入；基肥于早、晚稻移栽前1 d施入，施入后立即用鐵耙耖入5 cm深的土層中。小區(qū)面積20 m2（4 m×5 m），3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。小區(qū)之間用泥埂隔開，泥埂寬30 cm、高20 cm，小區(qū)的四周和泥埂上用塑料薄膜覆蓋，至地表下20 cm深，防止小區(qū)間串水串肥，區(qū)組之間設(shè)30 cm寬排水溝，每小區(qū)在排灌溝一端設(shè)灌排水口。

于每年晚稻收獲后，設(shè)置翻壓紫云英處理的各小區(qū)按22.5 kg·hm-2撒播紫云英種子（品種為“湘紫1號”）。每年早稻移栽前10 d（4月中旬），割取各小區(qū)紫云英地上部，將其全部混勻后按照各小區(qū)設(shè)置的翻壓量還田，用小型旋耕機耕地后，堵住排水口，各小區(qū)單獨灌水。翻壓紫云英鮮草含水量為88.9%，紫云英干基養(yǎng)分含量為 N 37.5 g·kg-1、P 3.5 g·kg-1、K 37.2g·kg-1，紫云英鮮草含水量和干基養(yǎng)分含量均為多年平均值。早稻品種為湘早秈45號，晚稻品種為黃華占。

1.3 樣品采集及測定方法

定位試驗各小區(qū)于每年早、晚稻成熟期單打單曬，分別稱質(zhì)量計產(chǎn)。土壤樣品于2018年晚稻收獲后從每個小區(qū)按“S”形取7點小樣（0～20 cm），組成一個混合樣，剔除石礫和植物殘體，分成2份，一份立即裝入塑料袋，帶回實驗室保存于4℃冰箱，用于測定土壤MBC、MBN、DOC、DON。另一份土壤經(jīng)風(fēng)干磨碎過篩，用于測定SOC和TN。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

表2 不同處理早晚稻氮、磷、鉀養(yǎng)分投入量（kg·hm-2）Table 2 Nutrient input rates of N,Pand K for different treatments（kg·hm-2）

土壤MBC、MBN采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定[13]，土壤浸提液TN采用開氏法測定[14]。稱取經(jīng)前處理的土樣6份，每份土壤10 g（烘干基），其中3份置于真空干燥器內(nèi)用氯仿熏蒸24 h，熏蒸后的土樣反復(fù)抽真空去除殘存氯仿，另3份做未熏蒸空白試驗，熏蒸和未熏蒸土樣用 0.5 mol·L-1K2SO4浸提（180 r·min-1，振蕩1 h）。過濾后取15 mL提取液，加入15 mL 2%六偏磷酸鈉后用碳自動分析儀（島津Vwp，日本）測定。熏蒸與未熏蒸土樣提取的有機碳差值除以轉(zhuǎn)換系數(shù)KC（0.45）得到MBC，未熏蒸土樣提取的有機碳即為DOC。另取3 mL提取液，加硫酸銅和濃硫酸消化，消化后使用流動注射儀（Fiastar5000，瑞典福斯）測定樣品，熏蒸與未熏蒸土樣浸提液TN的差值除以轉(zhuǎn)換系數(shù)KN（0.45）得到MBN。同時未熏蒸土樣浸提液測定NH+4-N的含量，DON為未熏蒸土樣浸提液中的TN與NH+4-N含量的差值。

SOC測定采用重鉻酸鉀容量法外加熱法，TN采用濃硫酸消煮-凱氏定氮法測定[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS19.0軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫云英不同翻壓量對雙季稻產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，連續(xù)11 a不同處理早、晚稻及全年產(chǎn)量呈鋸齒狀波動。不施肥處理隨耕種年限推移，地力消耗，產(chǎn)量呈下降的趨勢。不同年份各施肥處理早、晚稻及全年產(chǎn)量均顯著高于不施肥處理，表明本試驗中各施肥處理均能增加水稻產(chǎn)量，且相同年份不同施肥處理之間的變化趨勢基本一致，但同一處理不同年度間稻谷產(chǎn)量均有較大波動，這可能與年度間自然因素差異有關(guān)。

2008—2018年不同處理早、晚稻及全年兩季稻谷平均產(chǎn)量如表3所示?？梢钥闯觯┓誓茉黾铀井a(chǎn)量，施肥處理早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量均顯著高于CK和GM22.5處理（P＜0.05）。與CK相比，施肥處理早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量增長幅度分別為69.9%～84.9%、36.3%～42.3% 和 49.2%～57.6%。 與GM22.5相比，施肥處理早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量增長幅度分別為36.2%～48.3%、23.6%～29.1%和28.8%～36.1%。單施紫云英可顯著增加水稻產(chǎn)量（P＜0.05），GM22.5處理早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量分別比CK處理增產(chǎn)24.7%、10.3%和15.8%?；蕼p施40%條件下各紫云英不同翻壓量處理早稻和全年兩季稻谷產(chǎn)量較100%CF差異不顯著。由圖2可知，早稻及全年稻谷產(chǎn)量在本試驗4個翻壓量水平下隨著紫云英翻壓量增加而增加，均在60%CF+GM37.5處理達(dá)到最高；晚稻稻谷產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨紫云英翻壓量增多而提高，超過一定量時產(chǎn)量呈下降趨勢，擬合方程表明，其最高點為 30.4 t·hm-2。除翻壓紫云英 15 t·hm-2外，其他紫云英與化肥配施處理晚稻稻谷產(chǎn)量與常規(guī)施肥相比無顯著差異?？梢姡诨蕼p量40%條件下，除60%CF+GM15處理外，其他紫云英與化肥配施處理對早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量均無顯著影響，原因主要由于雙季稻是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，同時本試驗為連續(xù)11 a長期定位試驗，紫云英與化肥的長期配合施用既能滿足水稻對速效養(yǎng)分的吸收利用，又利用了紫云英氮、磷、鉀和有機質(zhì)等養(yǎng)分緩慢釋放的特點，能夠長效提供水稻所需的養(yǎng)分。

圖1 不同施肥處理早稻、晚稻及全年產(chǎn)量動態(tài)變化Figure 1 Dynamic change of early rice yield,late rice yield and annual rice yield under different treatments

表3 不同施肥處理11 a早、晚稻平均產(chǎn)量及增長率Table 3 The average rice yields and yield increment of different fertilizer treatments in 11 years

2.2 紫云英不同翻壓量對土壤肥力的影響

由表4可知，100%CF處理和化肥減施40%下各紫云英不同翻壓量處理SOC、TN、堿解氮、有效磷及速效鉀含量均顯著高于CK（P＜0.05），且高于GM22.5處理。與CK相比，GM22.5處理顯著增加SOC、TN及有效磷含量（P＜0.05），且土壤TN含量與100%CF處理基本持平?；蕼p量下各紫云英還田處理SOC含量均高于100%CF處理，除60%CF+GM15處理外，其他3個處理與100%CF相比差異顯著（P＜0.05），其中以紫云英翻壓量30 t·hm-2最高。與100%CF相比，除60%CF+GM15處理外，其他紫云英還田量顯著增加堿解氮和TN含量，其中均以紫云英還田量為22.5 t·hm-2時最高?；蕼p量并翻壓紫云英處理土壤有效磷含量均顯著高于100%CF處理，增幅為16.3%～39.1%，同樣以紫云英翻壓22.5 t·hm-2最高。60%CF+GM30處理土壤有效磷含量較其他紫云英還田量顯著降低。紫云英翻壓37.5 t·hm-2時土壤速效鉀含量最高，翻壓15 t·hm-2紫云英土壤速效鉀含量與100%CF相比差異不顯著，而翻壓 22.5 t·hm-2和 30 t·hm-2紫云英時，土壤速效鉀含量與100%CF相比顯著降低（P＜0.05）。

2.3 紫云英不同翻壓量對土壤活性有機碳、氮的影響

圖3表明，各處理土壤MBC、MBN、DOC、DON含量分別為 662～1187、68～143、76～115、11.8～17.5 mg·kg-1。各施肥處理均不同程度地提高了土壤MBC、MBN、DOC、DON含量。100%CF處理和化肥減施40%下各紫云英不同翻壓量處理土壤MBC、MBN、DOC、DON含量較CK提高幅度分別為48.3%～79.3%、73.9%～111.8%、30.0%～51.5%、29.6%～47.9%。與CK相比，GM22.5處理顯著增加了土壤MBC、MBN含量（P＜0.05），增長幅度分別為37.0%、44.8%。GM22.5處理土壤DOC、DON含量較CK顯著增加，且均高于100%CF處理。在減施40%化肥下各紫云英不同翻壓量處理土壤MBC、MBN、DOC、DON含量均高于100%CF處理。

土壤MBC、MBN與DOC、DON密切相關(guān)，且存在一定消長動態(tài)關(guān)系。本研究以DOC+MBC、DON+MBN作為土壤活性有機碳、氮成分進(jìn)行分析。土壤MBC、MBN占土壤活性有機碳、氮的比例較大，分別達(dá)到90.6%、87.7%，而土壤DOC、DON占土壤活性有機碳、氮的比例較低，僅為9.4%、12.3%。說明土壤MBC、MBN是土壤活性有機碳、氮的主要成分，與土壤活性有機碳、氮的總量更為密切。

由圖4可知，在減施40%化肥下各紫云英不同翻壓量處理土壤 MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN含量隨紫云英翻壓量增加的變化趨勢基本一致，在一定范圍內(nèi)均隨紫云英翻壓量的增加而升高，超過一定量后呈下降趨勢。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN隨紫云英翻壓量的變化趨勢及擬合方程表明，翻壓量最高點不同，變化范圍為21.1～28.5 t·hm-2。

2.4 紫云英不同翻壓量對土壤碳氮比的影響

圖2紫云英翻壓量與早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量的關(guān)系Figure 2 Relationship between incorporation of Chinese milk vetch with early rice,late rice and double-rice

圖5 表明，MBC/SOC、DOC/SOC和（MBC+DOC）/SOC分別為 2.62%～3.83%、0.30%～0.40%和 2.91%～4.21%。與CK相比，紫云英與化肥配施處理顯著提高了 MBC/SOC、DOC/SOC和（MBC+DOC）/SOC（P＜0.05）。減施40%化肥下各紫云英翻壓量處理MBC/SOC與100%CF相比差異不顯著，隨著紫云英翻壓量增加先增加至3.83%后降低為3.48%，以60%CF+GM22.5處理為最高。紫云英翻壓量為15～22.5 t·hm-2時，DOC/SOC顯著高于100%CF處理，當(dāng)翻壓量為37.5 t·hm-2時，則下降至0.34%，以60%CF+GM15處理為最高（0.40%）。（MBC+DOC）/SOC隨著紫云英翻壓量增加的變化趨勢與MBC/SOC相一致。

圖3 紫云英不同翻壓量對土壤活性有機碳、氮的影響Figure 3 Effect of different incorporation rates of Chinese milk vetch on soil active organic carbon and nitrogen

表4 2018年晚稻后不同施肥處理土壤養(yǎng)分含量Table 4 Soil nutrient content in different treatments after later rice harvesting in 2018

圖4 紫云英翻壓量與土壤各形態(tài)活性有機碳、氮的關(guān)系Figure 4 Relationship between incorporation of Chinese milk vetch with different active organic carbon and nitrogen

圖5 表明，MBN/TN、DON/TN和（MBN+DON）/TN分別為2.24%～4.12%、0.39%～0.53%和2.64%～4.61%。與CK相比，紫云英與化肥配施處理顯著提高了MBN/TN、DON/TN和（MBN+DON）/TN（P＜0.05）。減施40%化肥下各紫云英翻壓量處理MBN/TN與MBC/SOC的變化趨勢類似，同樣與100%CF處理相比差異不顯著，但最高點不同，MBN/TN以60%CF+GM30處理為最高（4.12%）。DON/TN與DOC/SOC的變化趨勢類似，均以60%CF+GM15處理最高（0.52%）。（MBN+DON）/TN隨紫云英翻壓量增加的變化趨勢與MBN/TN相一致。

土壤微生物量碳氮比（MBC/MBN）可用于表征微生物群落結(jié)構(gòu)特征。據(jù)研究報道[2]，土壤中細(xì)菌的碳氮比為3～5，放線菌為5～7，真菌為4.5～15。從圖5可以看出，與CK相比，施肥處理的MBC/MBN普遍降低。各處理土壤MBC/MBN均在7以上，表明土壤中細(xì)菌、真菌以及放線菌均占有一定的比例，而冬閑無肥區(qū)以真菌為主。

2.5 土壤不同形態(tài)碳、氮及雙季稻產(chǎn)量間的相關(guān)性分析

由表5可以看出，MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。MBC、MBN、DOC、DON與SOC、TN均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），從相關(guān)程度看，MBC、MBN與SOC、TN的相關(guān)程度較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.86、0.75、0.92、0.81。DOC+MBC、DON+MBN與土壤中其他形態(tài)碳、氮的相關(guān)程度最高，說明DOC+MBC、DON+MBN比DOC、DON更能準(zhǔn)確反映土壤活性有機碳、氮的變化，是表征土壤活性有機碳、氮變化的穩(wěn)定指標(biāo)。因此，DOC+MBC、DON+MBN可作為評價土壤肥力及質(zhì)量的預(yù)測指標(biāo)。

土壤碳、氮與多年早、晚稻及兩季平均產(chǎn)量間的相關(guān)性分析（表5）表明，土壤MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN與早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）?？梢钥闯觯cDOC和DON相比，MBC和MBN與早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量的相關(guān)性更強。另外，除了土壤MBC和MBN可以作為水稻產(chǎn)量的靈敏性指標(biāo)外，從相關(guān)系數(shù)來看，SOC對產(chǎn)量的影響也較大，說明本研究中SOC也可作為水稻產(chǎn)量的靈敏性指標(biāo)。

3 討論

3.1 紫云英不同翻壓量對SOC和TN的影響

圖5 紫云英不同翻壓量對土壤碳氮比的影響Figure 5 Effect of different incorporation rates of Chinese milk vetch on soil Cand N

表5 土壤不同形態(tài)碳、氮及雙季稻產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation between different forms C,Nand rice yield

SOC是表征土壤地力和衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，它在提供作物生長所需養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤保水保肥能力等方面具有重要作用[11]。綠肥中有機物的含量占15%～20%[9]，其翻壓后由于直接向土壤中輸入了外源有機質(zhì)，為微生物活動提供了豐富的碳源和氮源，在促進(jìn)土壤有機質(zhì)分解礦化、土壤養(yǎng)分循環(huán)和難溶性養(yǎng)分轉(zhuǎn)化方面有積極作用，從而增加SOC含量。然而不同種類的綠肥還田對SOC的貢獻(xiàn)不同。Thomsen等[16]研究結(jié)果表明，每年向土壤中分別施入8、12 t·hm-2的黑麥草時，SOC含量分別提高了21%、30%。Yu等[7]研究表明，施用紫云英綠肥SOC提高了24.5%。高菊生等[17]對連續(xù)26 a翻壓3種綠肥的研究表明，不同種類的綠肥還田均有利于SOC含量的積累，尤其是種植紫云英效果最顯著，年增加0.31 g·kg-1，高于雙季稻與油菜及雙季稻與黑麥草輪作。本研究中化肥減施40%條件下紫云英各翻壓量處理均不同程度地提高了SOC含量，提高幅度為11.6%～24.4%，同時由于紫云英氮含量豐富，翻壓后增加了土壤TN含量，增幅為6.7%～22.2%。紫云英與化肥配施能增加土壤有效氮含量，這可能是由于紫云英是豆科綠肥，其根部聚集大量的根瘤菌，具有很強的生物固氮作用，翻壓還田后在微生物的作用下釋放大量的有機無機養(yǎng)分，進(jìn)而增加了土壤中氮含量。

呂玉虎等[18]研究顯示，翻壓不同量紫云英配施減量化肥均顯著提高了SOC含量，在一定范圍內(nèi)隨紫云英翻壓量增加而增加，當(dāng)超過一定量時增加幅度顯著降低。Ghimire等[19]長期研究結(jié)果表明，有機物料碳投入量與SOC呈正相關(guān)關(guān)系。在本研究中，在化肥減量40%條件下，紫云英翻壓15～30 t·hm-2時SOC含量隨著紫云英翻壓量增加而增加，當(dāng)紫云英翻壓量增加至37.5 t·hm-2時SOC含量增加幅度卻顯著降低，這與上述呂玉虎等[18]研究結(jié)果類似，但與Ghimire等[19]研究結(jié)果有差異，這可能是由于紫云英是C/N較低的有機物料，投入量較大時更有利于土壤微生物的利用并建成較大的微生物群落[8]，進(jìn)而引起“起爆效應(yīng)”，從而加速了土壤中原有機碳的損失所致[20]。

3.2 紫云英與化肥配施提高土壤MBC、MBN和DOC、DON含量

土壤MBC、MBN、DOC、DON是土壤有機質(zhì)中最活躍的組分，其對環(huán)境因子的變化非常敏感，是揭示土壤肥力和質(zhì)量變化的重要指標(biāo)[21]。有研究表明，與單施化肥相比，施用有機肥能有效提高土壤MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN含量[9，22]。

Sekhon等[23]研究表明，稻麥輪作制度下化肥與有機肥配合施用均能提高土壤中MBC和DOC含量，其中配施綠肥處理土壤中MBC和DOC含量分別提高了30.2%和56.5%。陳春蘭等[5]研究表明，長期化肥與綠肥及秸稈配施土壤活性碳、氮含量較單施化肥顯著提高，單施化肥未能顯著提高土壤中活性碳、氮含量。本研究中減施40%化肥下各紫云英翻壓量處理土壤MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN含量均高于常規(guī)施肥處理，這與上述前人的研究結(jié)果一致，但本研究中土壤MBC和MBN含量顯著高于上述陳春蘭等[5]研究結(jié)果，可能主要是由于本研究的土壤肥力較高所致。紫云英與化肥配施能提高土壤活性碳、氮含量，這一方面可能與長期紫云英與化肥配合施用向土壤輸入的大量活性有機物質(zhì)顯著提高SOC和TN含量有關(guān)[7]，并且相關(guān)分析表明土壤MBC、MBN、DOC、DON含量與SOC、TN呈顯著正相關(guān)關(guān)系（表5）。另一方面，有機物料的大量輸入，既補充了碳源，將紫云英中的碳同化為微生物體碳[24]，提高了土壤中微生物的數(shù)量和活性[25]，同時又改善了土壤理化性狀，促進(jìn)了無機氮轉(zhuǎn)化為MBN和其他有機氮形式[26]。

萬水霞等[12]研究表明，化肥減施30%條件下翻壓紫云英7.5～30 t·hm-2時土壤MBC和MBN含量顯著高于單施化肥處理，且隨紫云英施用量的增加而提高。在本研究中，紫云英翻壓量超過22.5 t·hm-2時，土壤MBC、MBN、DOC、DON含量有降低的趨勢，原因一方面可能是由于過量的紫云英翻壓，其腐解過程會產(chǎn)生較多的還原性氣體，同時還會積累一些有害離子，使微生物數(shù)量下降[22]；另一方面可能是由于高量紫云英的添加加劇作物根系與土壤微生物對養(yǎng)分吸收競爭，這與周鳳等[27]研究的不同生物炭用量對土壤微生物量影響的試驗結(jié)果類似，但與萬水霞等[12]研究的MBC和MBN對紫云英翻壓量的響應(yīng)程度及陳安強等[2]研究的土壤DOC與有機肥使用量呈正相關(guān)關(guān)系有差異，可能與施用有機物料的種類、有機無機肥配施比例不同有關(guān)。常規(guī)施肥處理的土壤MBC、MBN、DOC、DON含量較不施肥處理顯著提高，這是因為施用無機肥后，作物產(chǎn)量增加，歸還土壤的作物殘體量也相應(yīng)增多，提供了土壤中微生物可利用的碳源，進(jìn)而增強了微生物活性[28]。

單施紫云英處理顯著增加土壤DOC和DON含量，且略高于常規(guī)施肥處理。DOC與土壤含水量密切相關(guān)，稻田淹水的狀態(tài)更有利于土壤有機質(zhì)分解過程中溶出大量的DOC，且稻田淹水條件下施入紫云英對DOC溶出的影響時間更長[2]。DON含量增加一方面可能是由于紫云英綠肥參與土壤養(yǎng)分循環(huán)及固氮作用，大量的氮素通過紫云英還田回到土壤中，導(dǎo)致土壤DON含量增加；另一方面可能是由于翻壓新鮮綠肥增加了土壤活性有機碳、氮，進(jìn)而改變土壤微生物特征，促進(jìn)了紫云英有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)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DON含量提升[9]。周國朋等[29]研究表明，紫云英與化肥配施處理較單施紫云英處理顯著增加土壤DOC含量。本研究中，單施紫云英處理土壤DOC和DON含量和紫云英與化肥配施處理均無明顯差異，這與上述周國朋等[29]研究結(jié)果有差異，可能與土壤類型、施肥量以及田間管理措施等不同有關(guān)。

3.3 MBC、MBN和DOC、DON與SOC和TN的比值關(guān)系

土壤微生物熵（MBC/SOC）是反映土壤碳動態(tài)的靈敏指標(biāo)，能有效指示有機物輸入后土壤MBC轉(zhuǎn)化的效率和碳素?fù)p失[30]。而土壤中DOC與SOC的比值可反映土壤微生物量的活性[31]。有研究表明，施用綠肥可提高M(jìn)BC/SOC和DOC/SOC[30]。本研究中，紫云英與化肥配施提高了MBC/SOC，主要可能是由于有機無機配施改善了土壤化學(xué)和生物環(huán)境，增強了土壤微生物活性，有利于土壤碳的“源”和“匯”[11]。土壤中MBC/SOC一般為1%～4%[30]，本研究中各處理MBC/SOC平均值為3.42%。楊曾平等[9]研究的稻-稻-綠肥耕作制度中土壤MBC/SOC介于3.67%～4.55%，與本研究結(jié)果基本一致，表明長期施用綠肥加快了雙季稻田SOC周轉(zhuǎn)速率。徐陽春等[32]研究的稻麥輪作下麥季土壤微生物熵為0.22%～0.33%，遠(yuǎn)低于本研究結(jié)果，這可能與麥季土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變有關(guān)。DOC/SOC比值隨著紫云英翻壓量增加而減小，說明紫云英翻壓量增加能顯著增加SOC的含量，但微生物量活性卻可能會降低[1]。這可能是因為雖然施用有機物料增加了DOC的溶出，但其增加幅度卻低于SOC的增加幅度，從而導(dǎo)致DOC/SOC有所降低。

土壤MBN和DON與TN的比值（MBN/TN、DON/TN）是反映土壤氮素可利用性的指標(biāo)[33]。汪文霞等[34]研究了黃土區(qū)不同土壤類型土壤MBC、MBN和DOC、DON的含量及其關(guān)系，結(jié)果表明MBN/TN大于DON/TN。陳安強等[2]報道了施用有機物料可提高土壤MBC、MBN和DOC、DON含量，MBN/TN小于DON/TN。本研究中MBN/TN大于DON/TN，與上述的研究結(jié)果有差異，可能與氣候條件、供試土壤類型及種植制度不同有關(guān)。韓曉日等[35]研究發(fā)現(xiàn)，有機無機肥配施比單施有機肥可提高M(jìn)BN/TN，較常規(guī)施肥可降低MBN/TN。在本研究中，紫云英與化肥配施處理MBN/TN顯著高于單施紫云英，也高于常規(guī)施肥，這與上述韓曉日等[35]研究結(jié)果有差異，可能是由于本研究中紫云英與化肥配施處理施氮總量高于單施化肥（表1），且紫云英C/N低，較易分解和被固定。石思博等[1]研究表明，高量菌渣化肥配施降低了MBN/TN和DON/TN。本研究發(fā)現(xiàn)，減施40%化肥下紫云英翻壓15～30 t·hm-2提高了MBN/TN和DON/TN，當(dāng)紫云英翻壓量超過30 t·hm-2時呈降低趨勢，這與上述石思博等[1]研究結(jié)果類似。說明過量施用紫云英雖然增加土壤TN的含量，但土壤氮素的可利用性可能會降低。這可能是由于施用綠肥紫云英提高了微生物的數(shù)量及活性，進(jìn)而抑制土壤氮素的礦化，增加對氮素的同化，使更多的銨態(tài)氮進(jìn)入土壤活性有機氮庫中[36-37]?？梢?，適量的翻壓紫云英對提高氮素可利用性具有重要意義。

4 結(jié)論

（1）在減施40%化肥條件下，早稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量隨紫云英翻壓量的增加而增加，紫云英翻壓量為15～30 t·hm-2時，晚稻稻谷產(chǎn)量隨紫云英翻壓量的增加而增加，當(dāng)翻壓量多于30 t·hm-2時呈下降趨勢。紫云英翻壓量為22.5～37.5 t·hm-2時，早、晚稻及全年兩季稻谷產(chǎn)量較常規(guī)施肥相比基本持平。

（2）長期化肥減施條件下，翻壓適量紫云英不僅能提高土壤MBC、MBN和DOC、DON含量，同時有利于提高土壤MBC的轉(zhuǎn)化效率、微生物量活性及氮素可利用性。

（3）綜合考慮雙季稻的產(chǎn)量效應(yīng)及土壤肥力的維持和提高，在本試驗條件下或與該試驗區(qū)域生態(tài)條件類似的雙季稻種植區(qū)，在減施40%化肥條件下，紫云英施用量以22.5～30 t·hm-2的效果較好。