馬想，徐明崗，趙惠麗，段英華

（中國(guó)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(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

0 引言

【研究意義】秸稈和糞肥是農(nóng)田土壤有機(jī)碳的重要來(lái)源[1］。我國(guó)農(nóng)作物秸稈和糞肥資源豐富，2015年秸稈資源量達(dá) 7.2億噸，其中玉米秸稈和小麥秸稈占比達(dá)49%[2］；糞肥資源量達(dá)38億噸，其中豬糞和牛糞占比達(dá) 84%[3］。若能將這些有機(jī)物料充分利用，則可以有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，培肥土壤，改善土壤物理及生物性狀，提高作物產(chǎn)量，并且能夠緩解我國(guó)土壤氮、磷、鉀比例失調(diào)的問(wèn)題，減少化肥的施用量，緩解秸稈焚燒造成的環(huán)境污染等問(wèn)題[4-5］。因此，了解主要有機(jī)物料還田后的腐解過(guò)程及驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)有機(jī)資源的合理利用、培肥土壤和減緩溫室效應(yīng)具有重要的指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】有機(jī)物料在土壤中的腐解是復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，受氣候、有機(jī)物料性質(zhì)、土壤和管理措施等要素的綜合調(diào)控[6］。其中，氣候被認(rèn)為是有機(jī)物料分解的決定性因素[7］，平均氣溫與有機(jī)物料腐解速率常數(shù)呈線性正相關(guān)[8-10］。另外，物料性質(zhì)（碳氮比和木質(zhì)素含量等）也是決定腐解速率的重要因素[9］，如張紅等[11］在土上的研究表現(xiàn)大豆秸稈（C/N=15）在90 d腐解殘留率為64%，而玉米秸稈（C/N=36）為79%。同位素標(biāo)記試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素等難分解物質(zhì)較糖類周轉(zhuǎn)時(shí)間更長(zhǎng)[12］。此外，有研究結(jié)果表明腐解速率與土壤養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，即養(yǎng)分含量豐富的土壤腐解速率較快[13］，因此土壤理化性狀也會(huì)影響腐解速率。這些研究在有機(jī)物料腐解的驅(qū)動(dòng)機(jī)制上取得了一定的進(jìn)展，但單一影響因子并不能很好的解釋物料腐解殘留率在區(qū)域間的差異，如玉米秸稈在廣州赤紅壤中一年的分解率為68.1%[14］，在鄭州砂土中一年的分解率為 80.1%[15］，而在哈爾濱黑土中的一年分解率為 65.8%[16］，其中赤紅壤有機(jī)碳（SOC）含量為 2.9 g·kg-1，砂土為 4.4 g·kg-1，黑土為21.3 g·kg-1[14-16］。因此，需要綜合分析氣候、土壤養(yǎng)分等因子對(duì)有機(jī)物料腐解殘留率的貢獻(xiàn)及其在區(qū)域間的差異，進(jìn)而全面揭示有機(jī)物料腐解的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。【本研究切入點(diǎn)】WANG等[9］采用方差分解法（VPA）研究了秸稈在不同土壤中的腐解情況，發(fā)現(xiàn)氣候和秸稈類型在前期對(duì)腐解速度的影響明顯，后期逐漸減弱。然而，作為農(nóng)田有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源，碳氮比小但木質(zhì)素含量較高的糞肥，其腐解特征與主控因素和秸稈是不是相同，對(duì)于因地制宜地合理施用糞肥和實(shí)行秸稈還田具有重要意義，亟需進(jìn)行深入分析。且土壤溫度較氣溫對(duì)微生物的影響更大[17］，通過(guò)地積溫方程可更好擬合腐解過(guò)程?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究在黑土、潮土和紅壤上開(kāi)展為期一年的有機(jī)物料腐解試驗(yàn)，分析了小麥秸稈、玉米秸稈、豬糞和牛糞腐解殘留率及周圍土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合試驗(yàn)過(guò)程中地積溫和累積降水量等氣候因子，旨在：（1）闡明不同有機(jī)物料腐解殘留率在區(qū)域間的差異，及其與地積溫的關(guān)系；（2）評(píng)價(jià)氣候、物料性質(zhì)和土壤因子對(duì)有機(jī)物料腐解的相對(duì)貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

于2012年11月至2013年11月，分別在吉林省公主嶺“國(guó)家黑土肥力肥效監(jiān)測(cè)基地”（124°48′ E、43°30′ N），河南省鄭州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)基地“國(guó)家潮土肥力肥效監(jiān)測(cè)基地”（113°40′ E、35°50′ N）和湖南省祁陽(yáng)縣“國(guó)家紅壤肥力肥效監(jiān)測(cè)基地”（111°52′E、26°45′ N）進(jìn)行。吉林公主嶺試驗(yàn)點(diǎn)土壤為第四紀(jì)黃土狀沉降物母質(zhì)發(fā)育的黑土，海拔高度為150—222 m，年平均溫度5—6℃，有效積溫2 600—3 000℃，年降雨量450—600 mm，年蒸發(fā)量1 200—1 600 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 500—2 700 h，屬溫帶季風(fēng)氣候。河南鄭州試驗(yàn)點(diǎn)土壤為黃河沖積物母至發(fā)育的輕質(zhì)壤土，海拔高度約為125 m，年平均溫度14.5℃，≥10.0℃的積溫5 169℃，年均降雨量615.1 mm，年蒸發(fā)量1 450 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 324 h，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候。湖南祁陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)土壤為第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的普通紅壤，海拔高度約為120 m，年平均溫度18.0℃，≥10.0℃的積溫5 600℃，年均降雨量1 250 mm，年蒸發(fā)量1 470 mm，無(wú)霜期約為300 d，年日照時(shí)數(shù)1 610—1 620 h，屬大陸性中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)性質(zhì)Table 1 Soil properties at field experiment sites

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用尼龍袋填埋法。有機(jī)物料分別為：小麥秸稈（WS）、玉米秸稈（MS）、豬糞（PM）和牛糞（CM），各試驗(yàn)點(diǎn)物料相同，均采自鄭州試驗(yàn)點(diǎn)，其中糞肥未堆腐，由新鮮畜禽糞便直接風(fēng)干。各物料在60℃下烘干，過(guò)2 mm篩，均稱取20 g，裝入長(zhǎng)25 cm，寬15 cm，孔徑為48 μm的尼龍袋中。尼龍袋分別于2012年11月11—14日在各試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行填埋；填埋深度約15 cm，各處理均24袋。尼龍袋填埋后，根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)位土壤質(zhì)地等物理性狀，計(jì)算澆水量使20 cm深度土層土壤含水量達(dá)到最大田間持水量的80%，其他時(shí)間無(wú)灌溉，試驗(yàn)地承受自然降水。填埋區(qū)不種植作物，試驗(yàn)期間為撂荒狀態(tài)。有機(jī)物料的碳氮含量見(jiàn)表2。

表2 供試有機(jī)物料碳氮含量Table 2 Carbon and nitrogen content in various organic matter

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在填埋區(qū)內(nèi)隨機(jī)埋兩個(gè)地溫儀（HOBO S-TMB-M006），地溫儀填埋深度與尼龍袋一致，地溫儀每小時(shí)記錄一次土壤溫度（T1··T24），日平均溫度為24 h氣溫平均值。每3個(gè)月收集一次地溫儀，導(dǎo)出溫度數(shù)據(jù)后再次埋入土壤。

1.3 樣品采集與分析

各試驗(yàn)點(diǎn)均為6次破壞性取樣。由于尼龍袋填埋后黑土地區(qū)溫度較低，因此其第一次采樣時(shí)間較晚。根據(jù)各地積溫累積速率，黑土在129、181、222、256、300和365 d采樣；潮土在49、120、186、227、300和365 d采樣；紅壤在49、151、212、255、304和365 d采樣。最后一次采樣時(shí)間分別為：黑土2013年11月14號(hào)、潮土2013年11月11號(hào)、紅壤2013年11月11號(hào)。

采樣時(shí)，每個(gè)處理均取出4袋。采樣后，將尼龍袋外面的泥土擦拭干凈后稱重，測(cè)定含水率，然后將樣品風(fēng)干、研磨備用。含水率采用烘干法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，全氮采用硫酸-雙氧水消煮，凱氏定氮法測(cè)定[18］。

1.4 計(jì)算方法及公式

各有機(jī)物料在不同時(shí)期的殘留率計(jì)算方法如下：

式中，Rt為腐解t天殘留率（%）；Ct和Wt分別表示腐解 t 天時(shí)物料的有機(jī)碳含量（g·kg-1）和剩余物料重量（kg）；C0和W0為初始加入的物料有機(jī)碳量（g·kg-1）和物料重量（kg）。

有機(jī)物料在一年內(nèi)經(jīng)微生物分解合成作用，形成腐殖質(zhì)的多少，可反映當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥拉h(huán)境條件下，有機(jī)肥施用后土壤有機(jī)質(zhì)的累積速率和土壤培肥的效果[19］。腐殖化系數(shù)通常用來(lái)表征有機(jī)物的腐解程度，式（1）中，t=365時(shí)即為腐殖化系數(shù)。

日平均土壤溫度：

式中，Tm為土壤每天的平均溫度（℃），tn分別為一天內(nèi)24時(shí)刻的土壤溫度（℃）。

地積溫的計(jì)算方法：

式中，AT為地積溫，n為腐解天數(shù)，Tm為土壤日平均溫度（℃），其中僅計(jì)算大于0℃的土壤溫度。

一般有機(jī)物料腐解殘留率在一年內(nèi)的變化可由單指數(shù)積溫方程模型來(lái)模擬[17］：

式中，X為試驗(yàn)開(kāi)始至各取樣時(shí)間的土壤積溫（℃），Rt為腐解殘留率，R0和 R1可分別表征穩(wěn)定有機(jī)碳庫(kù)和易分解有機(jī)碳庫(kù)占總有機(jī)碳庫(kù)的比例。k為腐解速率常數(shù)，則1/k為易分解碳庫(kù)的平均周轉(zhuǎn)積溫。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22和R軟件分析，作圖采用Sigmaplot 12.5。

2 結(jié)果

2.1 有機(jī)物料腐解殘留率動(dòng)態(tài)變化

小麥秸稈（WS）、玉米秸稈（MS）、豬糞（PM）和牛糞（CM）四種有機(jī)物料在黑土、潮土和紅壤的腐解殘留率隨時(shí)間的變化如圖1所示。各有機(jī)物料腐解殘留率均隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低。在黑土上，腐解的前180 d有機(jī)物料的腐解殘留率變化不大，約為90%。180—300 d秸稈腐解殘留率從90%降至40%，糞肥腐解殘留率從95%降至55%，300—360 d各有機(jī)物料腐解殘留率基本保持穩(wěn)定。在前180 d內(nèi)各有機(jī)物料之間腐解殘留率均未表現(xiàn)出顯著的差異，但180 d后秸稈類腐解率顯著高于糞肥；在180—212 d腐解速率表現(xiàn)為CM＞PM，WS＞MS。

在潮土上，有機(jī)物料腐解50 d時(shí)殘留率變化不大，約為85%，至300 d時(shí)秸稈腐解殘留率為30%左右，糞肥腐解殘留率為45%左右，之后各有機(jī)物料腐解殘留率均保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。在腐解過(guò)程中秸稈腐解速率顯著高于糞肥；但在糞肥之間，PM與CM在360 d內(nèi)均無(wú)顯著性差異；秸稈之間，WS腐解速率在150 d之前顯著低于MS，150 d后無(wú)顯著差異。

在紅壤上，WS和MS表現(xiàn)為前150 d快速腐解，150—360 d緩慢腐解，其在50 d時(shí)腐解殘留率為60%，至150 d時(shí)殘留率為25%左右，360 d殘留率為11%。PM和CM在50 d時(shí)腐解殘留率為80%—90%，至255 d時(shí)腐解殘留率為 45%—50%，之后基本保持穩(wěn)定。秸稈和糞肥在紅壤的腐解速率表現(xiàn)出明顯的差異，整個(gè)腐解時(shí)期秸稈腐解速率均顯著高于糞肥。

2.2 有機(jī)物料腐殖化系數(shù)

由表3可知，秸稈的腐殖化系數(shù)為11%—39%，糞肥的腐殖化系數(shù)顯著高于秸稈，為50%—57%。黑土和潮土中，無(wú)論是秸稈之間還是糞肥之間，其腐殖化系數(shù)均無(wú)顯著差異；而在紅壤上4種物料之間均有顯著性差異，表現(xiàn)為：CM＞PM＞MS＞W(wǎng)S?？偟膩?lái)說(shuō)，秸稈的腐殖化系數(shù)均在黑土上最高，潮土其次，紅壤最低。牛糞腐殖化系數(shù)則在3種土壤間無(wú)顯著差異；豬糞腐殖化系數(shù)表現(xiàn)為黑土上顯著高于紅壤。

圖1 不同腐解時(shí)間有機(jī)物料殘留變化Fig. 1 Dynamic change of organic matter residual under different decay time

表3 有機(jī)物料腐殖化系數(shù)Table 3 Humification coefficient of organic materials (%)

2.3 有機(jī)物料腐解殘留率與積溫的定量關(guān)系

由圖2可知，積溫（地積溫）方程能較好的擬合腐解過(guò)程，決定系數(shù)達(dá)90%以上，且均達(dá)顯著水平（P＜0.01）。由該圖可見(jiàn)，至地積溫7 500℃（祁陽(yáng)年積溫）時(shí)，秸稈殘留率約為20%，糞肥約為50%。平均來(lái)說(shuō)，地積溫每增加1 000℃秸稈和糞肥腐解殘留率分別降低約 11%和 7%?？梢?jiàn)，與糞肥相比，秸稈腐解對(duì)積溫的響應(yīng)更靈敏。

由積溫和腐解殘留的擬合方程（圖 2）Rt=R0+R1e-kx可知，添加小麥秸稈、玉米秸稈、豬糞和牛糞的土壤中，穩(wěn)定碳庫(kù)的比例(R0)分別為16.1%、17.8%、51.6%和 54.4%，易分解碳庫(kù)比例（R1）分別為77.7%、74.3%、43.4%和42.5%。秸稈易分解有機(jī)碳庫(kù)腐解速率常數(shù)k（平均為0.00065℃-1）與糞肥（平均為0.00060℃-1）差異不大。4種有機(jī)物料易分解碳庫(kù)的平均周轉(zhuǎn)積溫（1/k）為1 400—2 000℃，即易分解碳庫(kù)在積溫達(dá)1 400—2 000℃時(shí)即可完成轉(zhuǎn)化。

圖2 有機(jī)物料腐解殘留率地積溫?cái)M合曲線Fig. 2 The cumulative soil temperature fitting curve of organic material decay rate

地積溫方程將不同區(qū)域的有機(jī)物料腐解殘留率動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行較好的擬合，所以通過(guò)該方程可以得到有機(jī)物料的積溫殘留率，并在一定程度上消除區(qū)域的差異，用以表征物料性質(zhì)對(duì)殘留率的影響。當(dāng)大于0℃積溫達(dá)3 652.5℃即為一個(gè)積溫年[8］。本文將3 652.5℃代入圖2中各物料的積溫方程，可得到各有機(jī)物料的積溫年腐殖化系數(shù)，WS、MS、CM和PM的積溫年腐殖化系數(shù)分別為25.5%、24.0%、57.4%和57.8%（表3）。

2.4 腐解殘留率影響因素貢獻(xiàn)率

2.4.1 氣候、物料性質(zhì)和土壤因子對(duì)有機(jī)物腐解的影響 通過(guò)方差分解分析（VPA）進(jìn)一步分析有機(jī)物料腐解的驅(qū)動(dòng)因子。將秸稈和糞肥綜合分析，結(jié)果表明各因子及其交互作用對(duì)有機(jī)物料腐解的總貢獻(xiàn)率達(dá) 76.4%（圖 3），其中氣候因子，物料性質(zhì)和土壤因子對(duì)有機(jī)物料腐解的貢獻(xiàn)率分別為20.2%、27.9%和1.89%。氣候因子與土壤因子的交互作用（C×S）貢獻(xiàn)率較高，為24.1%；氣候因子和物料性質(zhì)的交互作用（C×O）和物料性質(zhì)與土壤因子的交互作用（S×O）貢獻(xiàn)率分別為1.66%和1.40%。

圖3 各因子對(duì)有機(jī)物料腐解的貢獻(xiàn)率Fig. 3 The relative contribution of different types of factors to organic materials decomposition

2.4.2 各因素對(duì)不同類型物料腐解的貢獻(xiàn)率 將 4種有機(jī)物料按性質(zhì)分為秸稈和糞肥后，對(duì)腐解殘留率進(jìn)行方差分解分析，分別闡明了各因子對(duì)秸稈和糞肥腐解速率的貢獻(xiàn)。氣候、物料和土壤因子對(duì)秸稈和糞肥腐解殘留率變化總解釋率分別為88.2%和82.1%。

對(duì)于秸稈腐解來(lái)說(shuō)，3個(gè)因子的交互作用（C×S×O）貢獻(xiàn)率最高，為 42.3%；其次是氣候與物料性質(zhì)的交互作用（C×O），為20.4%；再者是氣候和土壤性質(zhì)的交互作用（C×S），為12.1%；單一因子貢獻(xiàn)率均較低。對(duì)于糞肥腐解來(lái)說(shuō)，氣候因子的貢獻(xiàn)率最高，為 38.3%；其次是氣候與物料性質(zhì)的交互作用（C×O），為15.7%；再者是土壤性質(zhì)，其貢獻(xiàn)率為12.9%（表4）。

3 討論

3.1 有機(jī)物料腐解速率的區(qū)域差異

從圖1可見(jiàn)，秸稈的腐解速率明顯高于糞肥，且差異在溫度較高的紅壤地區(qū)更為明顯。但是，玉米秸稈和小麥秸稈之間、豬糞和牛糞之間的腐解速率差異不大。從表3可以看出，秸稈的腐殖化系數(shù)為10%—39%，而糞肥的為50%以上，說(shuō)明秸稈較糞肥更容易腐解，且在我國(guó)南方較北方腐解更快。王金洲等[6］的研究也發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈在華南地區(qū)腐解一年殘留率為 26%，而在東北地區(qū)為 39%；豬糞在華南地區(qū)腐解一年的殘留率為 36%，在東北地區(qū)為38%。不同物料之間腐解速率不同，主要是由于秸稈和糞肥之間物料性質(zhì)存在巨大差異。本試驗(yàn)中秸稈木質(zhì)素含量（平均為 5.9%）約為糞肥木質(zhì)素含量（平均為10.4%）的 1/2；而不同區(qū)域腐解速率的差異則與積溫存在較大差異有關(guān)，紅壤區(qū)和黑土區(qū)土壤年積溫約為7 500℃和3 500℃。

表4 氣候、物料和土壤因子對(duì)秸稈和糞肥腐解貢獻(xiàn)率Table 4 The contribution rate of climate, organic matter properties and soil characters to the decomposition of straw and manure

有機(jī)物料腐解殘留率隨腐解時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，但腐解殘留率并不是呈直線下降趨勢(shì)。除黑土外，其他土壤均呈現(xiàn)前期分解快，后期分解慢的趨勢(shì)。張麗娟等[19］發(fā)現(xiàn)有機(jī)物料在栗鈣土中前 3個(gè)月分解較快，之后分解速率逐漸變慢?？锒骺〉萚20］研究發(fā)現(xiàn)大豆秸稈在東北黑土還田后前 2個(gè)月平均分解率為26.4%，3—5月平均分解率為1.7%。本研究中，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)上，快速腐解過(guò)渡到緩慢腐解的時(shí)間差異較大。這主要是由于試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)溫度有較大差異，還田后2個(gè)月內(nèi)紅壤地溫約為10℃，潮土地溫約為6℃，黑土地溫低于0℃。土壤溫度會(huì)減弱微生物活性，進(jìn)而降低腐解速率[21］，故紅壤有機(jī)物料快速腐解階段迅速出現(xiàn)，而黑土有機(jī)物料前期腐解率低，快速腐解階段滯后。

3.2 不同有機(jī)物料間的腐解速率差異

前人研究表明，同一物料腐殖化系數(shù)在區(qū)域間差異顯著，由低到高依次為華北≈華南＜西北≈東北，分布區(qū)域與區(qū)域的熱量梯度基本一致[6］。CAI等[17］的研究表明利用積溫代替腐解時(shí)間，可消除區(qū)域間氣候的差異，綜合不同區(qū)域的有機(jī)物料腐解殘留率變化，研究物料性質(zhì)對(duì)腐解殘留率變化的影響。本研究通過(guò)分析地積溫與腐解速率的關(guān)系，一定程度上消除了不同區(qū)域間氣溫的差異，綜合得出了小麥秸稈、玉米秸稈、豬糞和牛糞的腐殖化系數(shù)分別為25.5%、24%、57.4%和 57.8%（表 3），說(shuō)明豬糞和牛糞在土壤培肥上優(yōu)于玉米秸稈和小麥秸稈。

在有機(jī)物料短期腐解過(guò)程中（小于5年），單指數(shù)積溫方程可很好的擬合腐解殘留率變化[9,22］，且其系數(shù)可分別表征易分解有機(jī)碳庫(kù)和穩(wěn)定碳庫(kù)的占比及易分解有機(jī)碳庫(kù)的轉(zhuǎn)化積溫。本研究結(jié)果表明，秸稈和糞肥易分解碳庫(kù)占比分別為76%和43%，穩(wěn)定碳庫(kù)分別為17%和53%。由于秸稈的易分解碳庫(kù)含量較高，而易分解碳庫(kù)主要包括多糖、有機(jī)酸、氨基酸等易分解有機(jī)化合物，可被微生物優(yōu)先分解，且碳源和養(yǎng)分充足可刺激微生物活性和數(shù)量，進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)物料腐解[23-24］。這就從碳庫(kù)活性角度解釋了為何秸稈腐解較有機(jī)肥更快。

有研究表明，物料化學(xué)組成中，木質(zhì)素和芳香碳含量高的低質(zhì)量有機(jī)物料，與難分解化合物含量低的高質(zhì)量有機(jī)物料相比，其腐解殘留率更高[25-26］，且木質(zhì)素等穩(wěn)定化合物，需要數(shù)十年才可被分解[12］。難分解化合物的含量與有機(jī)物料在一年后的腐解殘留率相關(guān)。本試驗(yàn)中秸稈木質(zhì)素含量（平均為5.9%）約為糞肥的（平均為10.4%）的1/2。與積溫方程得到小麥秸稈和玉米秸稈穩(wěn)定碳庫(kù)占比呈正相關(guān)，但單指數(shù)模型并不能給出穩(wěn)定碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)積溫，這是因?yàn)楦鈺r(shí)間較短，不能觀察到穩(wěn)定碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)過(guò)程，這也是我們要進(jìn)行長(zhǎng)期有機(jī)物料腐解監(jiān)測(cè)的原因之一。

3.3 有機(jī)物料腐解的驅(qū)動(dòng)因素

前人研究表明，在華東地區(qū)腐解殘留率大致為綠肥＜秸稈＜根茬≈有機(jī)肥[27］，在東北地區(qū)秸稈和有機(jī)肥腐解殘留率接近[28］，而在西北不同物料類型間腐解殘留率差異不顯著[6］。本研究也發(fā)現(xiàn)，秸稈較糞肥腐解更快，且各物料在南方紅壤上腐解速率明顯高于北方黑土（表 3），說(shuō)明有機(jī)物料腐解受物料類型、氣候和土壤等多因素的影響。王宏燕等[29］在黑土上的研究表明地積溫和降水均可有效預(yù)測(cè)腐解殘留率，因此可將土壤積溫和累積降雨作為氣候因子的表征。本研究通過(guò)綜合氣候因子、土壤和物料性質(zhì)進(jìn)行方差分解分析（VPA），計(jì)算氣候、土壤和物料性質(zhì)對(duì)腐解的貢獻(xiàn)率，其中物料性質(zhì)是影響有機(jī)物料腐解的主要因子，貢獻(xiàn)率達(dá) 28%。王金洲等[6］對(duì)秸稈、根茬和綠肥等多種物料綜合分析也表明，物料性質(zhì)（Lignin/N）是影響腐解的主要因子，但該研究中物料性質(zhì)的貢獻(xiàn)率僅12%，遠(yuǎn)低于本研究的28%。這可能是由于其結(jié)果基于大量文獻(xiàn)收集，包括了耕作類型、物料類型、氣候區(qū)域等因素，且均為腐解一年后的數(shù)據(jù)，而本結(jié)果基于3個(gè)氣候及土壤類型區(qū)的填埋試驗(yàn)，一年內(nèi)6次采樣獲得的物料腐解率。

有研究表明將不同有機(jī)物料腐解過(guò)程綜合分析和各物料單獨(dú)分析時(shí)，主控因子不一致[6］。本研究中，從單因子來(lái)看，主控秸稈腐解的是氣候，其貢獻(xiàn)率為6.5%，但是其仍低于氣候與土壤、物料的交互作用及3者之間的交互作用（12%、20%和42%），說(shuō)明氣候因子雖然是秸稈腐解的主控因子，但其腐解是各因子協(xié)同作用的過(guò)程，秸稈腐解在不同土壤及生態(tài)氣候區(qū)差異非常大，因此在各地實(shí)行秸稈還田時(shí)需因地制宜，結(jié)合土壤因子及水熱條件來(lái)確定還田時(shí)間和秸稈還田量，研制推廣適宜該地區(qū)秸稈腐解的還田技術(shù)措施。對(duì)于糞肥來(lái)說(shuō)，其氣候因素的貢獻(xiàn)率非常高，達(dá)到了 38%，表明糞肥腐解過(guò)程中首要考慮的是氣候條件，這可能是因?yàn)榧S肥中難分解化合物含量較高，腐解過(guò)程需較長(zhǎng)的積溫累積過(guò)程，于是溫度成為糞肥腐解的主要限制因素。因此在糞肥還田時(shí)建議先進(jìn)行堆腐，一方面可以通過(guò)堆腐過(guò)程的高溫殺滅病原菌；另一方面也可以通過(guò)堆腐形成一個(gè)積溫的快速累積過(guò)程，加快糞肥的腐解，減少糞肥還田后對(duì)土壤熵情的影響。

本研究中，土壤因素對(duì)秸稈和糞肥腐解貢獻(xiàn)率均不高，這主要是因?yàn)橥寥啦⑽磁c物料直接接觸，土壤養(yǎng)分對(duì)微生物腐解過(guò)程中養(yǎng)分的補(bǔ)償作用受到限制，秸稈殘茬與土壤形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體的保護(hù)機(jī)制也被忽略，這在一定程度上降低了土壤對(duì)腐解的貢獻(xiàn)率。另外，尼龍袋在一定程度上降低了植物和土壤動(dòng)物對(duì)有機(jī)物料腐解的影響，這也是土壤貢獻(xiàn)率較低的原因之一。如果將有機(jī)物料與土壤充分混勻，土壤物理組成、微生物群落結(jié)構(gòu)等均會(huì)影響有機(jī)物料的分解，其對(duì)不同物料腐解的貢獻(xiàn)率如何，將會(huì)是我們接下來(lái)的研究重點(diǎn)。

4 結(jié)論

秸稈較糞肥腐解更快，且在紅壤上最快，黑土上最慢。秸稈的腐殖化系數(shù)在區(qū)域間差異較大，為11%—39%；而糞肥差異不大，為 50%—57%。土壤積溫方程可較好擬合黑土、潮土和紅壤中有機(jī)物料的腐解過(guò)程，方程可將有機(jī)物料分為易分解碳庫(kù)和穩(wěn)定碳庫(kù)，秸稈和糞肥易分解碳庫(kù)占比約為76%和43%，難分解碳庫(kù)占比分別約為17%和53%，難分解物質(zhì)決定了物料腐解一年的殘留率?？偟膩?lái)說(shuō)，物料性質(zhì)是有機(jī)物料腐解的主要影響因子。對(duì)秸稈來(lái)說(shuō)，其腐解主要由氣候、土壤和物料性質(zhì)協(xié)同驅(qū)動(dòng)；而糞肥則主要受氣候條件影響。