王富華 黃 容 高 明 王子芳 田 冬

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

土壤團(tuán)聚體和有機(jī)碳是評(píng)價(jià)土壤地力的重要指標(biāo)［1］。土壤團(tuán)聚體能協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱，穩(wěn)定土壤疏松熟化層，作為農(nóng)田土壤的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)組成和形態(tài)穩(wěn)定（尤其是水穩(wěn)定性）對(duì)土壤肥力、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面有顯著影響［2］。土壤有機(jī)碳是團(tuán)聚體的膠結(jié)物質(zhì)，對(duì)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定有重要影響，同時(shí)土壤團(tuán)聚體為有機(jī)碳提供了保護(hù)場(chǎng)所減緩微生物分解，促進(jìn)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定和累積，因此，土壤團(tuán)聚體的形成、轉(zhuǎn)化與土壤固碳過程密不可分［3-4］。人類的耕作活動(dòng)會(huì)降低水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的含量和有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量［5］，而施用秸稈、生物質(zhì)炭能增加土壤團(tuán)聚化過程，可在一定程度上減少耕作活動(dòng)對(duì)團(tuán)聚體的破壞作用，提高土壤大團(tuán)聚體的含量［6］。毛霞麗等［7］對(duì)浙江省稻田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，秸稈還田顯著提高了大團(tuán)聚體水穩(wěn)定性，同時(shí)強(qiáng)化團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)碳的保護(hù)作用。張鵬等［8］的研究也表明不同秸稈還田處理下＞0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量（R0.25）、平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）均顯著高于CK處理。但是關(guān)于生物質(zhì)炭施入土壤對(duì)土壤團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的研究結(jié)果仍存在著爭(zhēng)議。付琳琳等［9］研究表明，生物質(zhì)炭施入土壤后可以顯著提高土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，但也有研究表明單施生物質(zhì)炭對(duì)土壤大團(tuán)聚體含量和穩(wěn)定性的影響不顯著，甚至降低了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，而生物質(zhì)炭與秸稈配合的效果比較明顯［10-11］。紫色土的抗侵蝕能力弱，其團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)也易破壞。以往的研究多集中單施秸稈或生物質(zhì)炭對(duì)土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳的研究，尤其是在黃土丘陵區(qū)和南方紅壤上研究頗多，而對(duì)生物質(zhì)炭與秸稈配合施用的研究較少，且它們的不同施用量對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及其有機(jī)碳的分布特征影響尚不清楚，尤其是在西南紫色土丘陵區(qū)還鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過田間微區(qū)試驗(yàn)，研究了油菜/玉米輪作下單施秸稈、生物質(zhì)炭以及它們的配施對(duì)紫色土團(tuán)聚體和有機(jī)碳的影響，旨在為改善四川盆地紫色土壤結(jié)構(gòu)特征及團(tuán)聚體中有機(jī)碳的分布提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)布置于重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)，該地屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨量充沛，年降雨量為1 087 mm，有春早、夏熱、秋短、冬遲特征，最高氣溫44.3℃，最低氣溫-3.1℃，年平均氣溫18.2℃，≥10℃的積溫6 006℃，年日照時(shí)數(shù)1 277 h，海拔高度266.3 m。

1.2 供試材料

供試土壤為侏羅紀(jì)沙溪廟組紫色泥頁(yè)巖發(fā)育形成的紫色土，中性紫色土亞類，灰棕紫泥土屬，是重慶、四川紫色土區(qū)分布最廣的一種土壤。其基本理化性質(zhì)為：有機(jī)碳9.98 g·kg-1，堿解氮135.7 mg·kg-1，有效磷17.38 mg·kg-1，速效鉀206.3 mg·kg-1，pH 為6.7。

試驗(yàn)中所用生物質(zhì)炭由四川省久晟農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司提供，以油菜秸稈為原料在500℃高溫厭氧條件下熱解2 h燒制，其碳含量為62.58%，C/N 為45.52，pH 為 8.9。油菜秸稈的有機(jī)碳含量為392.1 g·kg-1，C/N為 41.56，玉米秸稈的有機(jī)碳含量為 412.5 g·kg-1，C/N為 47.74。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地種植模式為油菜/玉米輪作種植。本試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列在18個(gè)微區(qū)中，微區(qū)大小為2 m×1 m，能獨(dú)立排灌，各個(gè)微區(qū)的水肥管理均相同。六個(gè)處理分別為CK（單施化肥，無(wú)物料還田）、BC（8 000 kg·hm-2生物質(zhì)炭配施化肥還田）、0.5BC（4 000 kg·hm-2生物質(zhì)炭配施化肥還田）、CS（8 000 kg·hm-2秸稈配施化肥還田）、0.5CS（4 000 kg·hm-2秸稈配施化肥還田）、BC+CS（4 000 kg·hm-2生物質(zhì)炭+4 000 kg·hm-2秸稈配施化肥還田）。本試驗(yàn)以“等碳量”的原則施用秸稈或生物質(zhì)炭，施入的具體措施為在油菜季還玉米秸稈，在玉米季還油菜秸稈；生物質(zhì)炭由油菜秸稈而制成；將秸稈通過粉碎機(jī)粉碎成2 cm左右，生物質(zhì)炭過10 mm篩，移栽作物前3 d將秸稈或生物質(zhì)炭均勻覆蓋于地表，然后進(jìn)行10 cm深翻耕。

試驗(yàn)于2015年10月11日開始，2016年8月1日結(jié)束，各作物的氮、磷、鉀、硼養(yǎng)分用量根據(jù)《中國(guó)主要作物施肥指南》來(lái)確定，各季作物栽培方式和田間管理措施按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。其中油菜（96V44，密度 8萬(wàn)株·hm-2）于2015年10月11日育苗， 2015年11 月3日移栽，2016年4月19日收獲。玉米（中豪9號(hào)，密度 4萬(wàn)株·hm-2）于2016年4月9日育苗，4 月20日移栽，8月1日收獲。油菜季的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)肥和硼肥用量分別為150、90、90和15 kg·hm-2。氮肥分基肥和薹肥兩次施用(基肥占70%)，磷鉀硼肥做基肥一次性施用。基肥和薹肥分別于2015年11月1日和2016年2月20日施用，施用方法為小雨前后撒施。玉米季各處理的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)肥分別為180、60、90 kg·hm-2，全部作為基肥在玉米移栽時(shí)施入。氮、磷、鉀和硼肥品種分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%、硫酸鉀(K2O 51%)、硼砂(含B 12%)，所有處理田間管理技術(shù)與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一樣。

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

于2016年8月收獲玉米，隨后再采集土壤樣品。在每一個(gè)小區(qū)內(nèi)采集0～20 cm的原狀土壤，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集5個(gè)樣點(diǎn)，將5個(gè)點(diǎn)采集的土壤混合為一個(gè)土壤樣品，然后裝入自封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤樣品去除雜物，將大土塊沿土體自然裂隙輕輕掰開，過10 mm篩，用于土壤團(tuán)聚體的測(cè)定。

團(tuán)聚體根據(jù)Elliott［12］的土壤團(tuán)聚體濕篩法測(cè)定：先將測(cè)定土壤團(tuán)聚體的篩子依次套好（從上到下的順序依次為2 mm、0.25 mm、0.053 mm），然后稱取50 g風(fēng)干土樣（過10 mm的篩）平鋪于2 mm的篩子上，將套篩放入木桶中浸泡5 min后，手動(dòng)上下振蕩2 min（振幅3 cm，頻率為30次·min-1），然后按次序收集不同粒級(jí)孔篩中及木桶中的土樣于鋁盒中，依次分別為粒徑＞2 mm的大團(tuán)聚體、粒徑為0.25～2 mm的較大團(tuán)聚體、粒徑為0.053～0.25 mm的微團(tuán)聚體、粒徑＜0.053 mm的黏粉粒組分，然后將鋁盒放置于烘箱，60℃烘干稱重，計(jì)算各級(jí)團(tuán)聚體的質(zhì)量百分比。然后將各粒級(jí)土研磨過0.25 mm的篩，分別放置于自封袋中于室溫下保存，用于測(cè)定不同粒級(jí)團(tuán)聚體的有機(jī)質(zhì)（采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)采用平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）和＞0.25 mm團(tuán)聚體含量（R0.25）描述。其計(jì)算公式如下：式中，為某級(jí)團(tuán)聚體平均直徑（本研究各級(jí)團(tuán)聚體平均直徑取值分別為大團(tuán)聚體（6 mm）、較大團(tuán)聚體（1.125 mm）、微團(tuán)聚體（0.1515 mm）、黏粉粒組分（0.0265 mm）），Wi為第i級(jí)團(tuán)聚體的質(zhì)量。式中，MX＜0.25為粒徑＜0.25 mm團(tuán)聚體的質(zhì)量，MT為團(tuán)聚體總質(zhì)量。

某粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳對(duì)土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率

通過此公式可以計(jì)算出各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳對(duì)土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率。

利用SPASS version20軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，顯著性分析采用LSD（Duncan）法進(jìn)行，本試驗(yàn)作圖采用Origin 9.0，表格采用Excel 2016。

2 結(jié) 果

2.1 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)紫色土團(tuán)聚體含量的影響

從表1 可以看出，除0.5 B C 外，各處理的土壤團(tuán)聚體的優(yōu)勢(shì)粒徑為0.0 5 3 ～0.2 5 m m（29.45%～34.44%），其次為0.25～2 mm和＜0.053 mm，而＞2 mm（7.17%～18.56%）粒級(jí)土壤團(tuán)聚體含量最少。除0.5 B C 處理，各處理較CK均能提高＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量，其中CS處理效果最顯著，提高了117.8%，且CS處理較BC、CS+BC、0.5CS處理也均能顯著提高＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量，分別提高了70.90%、84.68%、52.63%。在0.25～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中， BC、CS+BC、0.5CS處理較CK均有不同程度的提高，其中CS+BC處理最顯著，提高了13.31%，而CS、0.5BC處理卻降低了0.25～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量。各處理的0.053～0.25 mm團(tuán)聚體含量較CK處理均有所下降，但差異不顯著。在粒徑＜0.053 mm土壤團(tuán)聚體中，僅0.5BC處理較CK顯著提高了26.14%，其他各處理均降低了＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量?？傮w上，單施秸稈、秸稈與生物質(zhì)炭配施對(duì)團(tuán)聚體含量的影響效果較單施生物質(zhì)炭好。

2.2 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)紫色土團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

不同處理對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響從表2可以看出，與CK相比，除0.5BC處理，各處理的水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD、GMD、R0.25均有不同程度的提高，其中CS處理的MWD、GMD、R0.25最高，分別較CK顯著提高了65.52%、57.14%、22.13%，其次為0.5CS處理，且CS+BC和BC處理的R0.25較CK分別提高了14.47%和9.29%。而0.5BC處理的MWD、GMD、R0.25較CK均有所降低。總體上單施秸稈效果較佳，且秸稈施用量越多，效果越顯著，而秸稈與生物質(zhì)炭配施的效果優(yōu)于單施生物質(zhì)炭。

表1 不同處理對(duì)各粒級(jí)團(tuán)聚體含量的影響Table 1 Effects of the treatments on content of soil aggregates relative to fraction

2.3 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)紫色土總有機(jī)碳及團(tuán)聚體有機(jī)碳分配的影響

秸稈與生物質(zhì)炭還田對(duì)土壤總有機(jī)碳含量的影響如圖1所示，與CK相比，各處理均不同程度地提高了土壤總有機(jī)碳的含量，其中BC 處理的土壤總有機(jī)碳含量最高，較CK顯著提高了45.55%，其次為CS+BC，較CK顯著提高了44.45%，而CS處理較CK僅提高了15.30%，沒有達(dá)到顯著水平。而BC、CS+BC處理較CS處理分別顯著提高了26.24%、25.28%，同時(shí)BC處理較0.5BC處理顯著提高了17.87%。這表明單施生物質(zhì)炭、秸稈與生物質(zhì)炭配施對(duì)提高土壤總有機(jī)碳的效果要優(yōu)于單施秸稈，且隨著生物質(zhì)炭施用量增多，土壤總有機(jī)碳含量呈增加趨勢(shì)。

除CK處理外，各處理的不同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量從大到小依次為 ＜0.053 mm、0.25～2 mm、＞2 mm、0.053～0.25 mm團(tuán)聚體（表3）。與CK相比，BC處理顯著增加了各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量。CS+BC和0.5CS處理較CK處理顯著增加了0.25～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，分別增加了9.48%和9.67%。CS和CS+BC處理顯著增加了＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，較CK處理分別增加了60.12%、117.3%。除0.5CS處理稍微降低了＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量外，其他各處理均能增加各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，其中提高幅度最大的是＜0.053 mm，增幅為41.04%～117.3%，＞2 mm和0.25～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體提高的幅度比較小。

秸稈與生物質(zhì)炭還田對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率的影響如表4所示，各處理對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率主要分布在0.25～2 mm和＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中，而對(duì)＞2 mm和0.053～0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較小。與CK相比，CS處理顯著提高了＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率，達(dá)到了53.53%，其他各處理對(duì)＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率影響不顯著。各處理對(duì)＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率均有所提高，表現(xiàn)為0.5BC＞CS+BC＞0.5CS＞BC＞CS，其中CS+BC、0.5BC處理分別較CK顯著提高了26.20%、48.63%。與CK相比，除BC處理提高了0.053～0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率外，其他處理均降低了該粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率。

圖1 不同處理對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響Fig. 1 Effects of the treatments on soil total organic carbon

表3 不同處理對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響Table 3 Effects of the treatments on soil aggregate organic carbon

表4 不同處理對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率Table 4 Contribution rate of soil aggregates by fraction to soil organic carbon relative to treatment

2.4 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)作物產(chǎn)量的影響

從表5可以看出秸稈與生物質(zhì)炭還田可以明顯提高作物產(chǎn)量。除0.5BC處理，各處理均能提高玉米和油菜的生物產(chǎn)量。各處理的玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量大小依次為BC＞CS＞CS+BC＞CK＞0.5CS＞0.5BC，與CK（8.42 t·hm-2）相比，BC、CS、CS+BC處理分別提高了2.38%、2.14%、1.43%。與CK處理相比，CS、0.5CS處理的油菜經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均提高了5.59%，達(dá)到了顯著水平；CS+BC、BC處理分別提高了4.47%、3.35%，但不顯著?？梢钥闯?，與常規(guī)施肥相比，秸稈與生物質(zhì)炭還田均能提高作物產(chǎn)量。

表5 不同處理對(duì)作物產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of the treatments on crop yield

3 討 論

3.1 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)紫色土團(tuán)聚體分布和穩(wěn)定性的影響

通常用＞0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量來(lái)判斷土壤結(jié)構(gòu)的好壞，其含量越高，表明土壤結(jié)構(gòu)越好［13］。本研究表明，較對(duì)照CK而言，秸稈全量還田（CS）處理能顯著提高土壤中＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量，且降低＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體的含量。這與關(guān)松等［14］的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)榻斩捵鳛樾迈r有機(jī)殘茬施入土壤會(huì)釋放養(yǎng)分，提高土壤中微生物的活性且促進(jìn)土壤中真菌菌絲的生長(zhǎng)和微生物的分泌液［13］，微生物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸、腐殖物質(zhì)和秸稈中的多糖、木質(zhì)素等這些土壤中重要的有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)與菌絲發(fā)生纏繞作用將土壤小顆粒膠結(jié)成微團(tuán)聚體，進(jìn)一步膠結(jié)成大團(tuán)聚體［15］。但本研究中生物質(zhì)炭處理（BC）卻未能顯著提高土壤中＞0.25 mm粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量和土壤MWD、GMD、R0.25的值，生物質(zhì)炭減半處理(0.5BC)處理甚至降低了大團(tuán)聚體的含量和土壤MWD、GMD、R0.25的值。雖然生物質(zhì)炭本身作為膠結(jié)物質(zhì)能將較小粒級(jí)的團(tuán)聚體膠結(jié)成大團(tuán)聚體，且其表面具有的特殊理化性質(zhì)（CEC、巨大比表面積等）如同土壤黏粒一樣吸附微生物，促進(jìn)團(tuán)聚體形成［16］。但是與秸稈不同，生物質(zhì)炭是在高溫條件下制備的（本研究中為500℃），屬惰性固體材料，具有高度羧酸酯化和穩(wěn)定的芳香化結(jié)構(gòu)，較秸稈難以被微生物分解利用［17］；還可能是生物質(zhì)炭由于自身分解能力小，在施入土壤初期并不能產(chǎn)生足夠多的團(tuán)聚體膠結(jié)黏液，因此對(duì)大團(tuán)聚體的結(jié)合能力并不顯著［10］。所以生物質(zhì)炭對(duì)提高土壤團(tuán)聚體含量方面沒有秸稈效果好。但李江舟等［18］的研究則表明，不同用量的生物質(zhì)炭處理（B15、B30）的土壤團(tuán)聚體MWD、GMD、R0.25的值較常規(guī)施肥處理顯著增加。這主要是由于土壤類型和生物質(zhì)炭施用水平等條件的差異［19］，以及生物質(zhì)炭制備的原料、溫度、培養(yǎng)時(shí)間的不同［20］，會(huì)使不同來(lái)源的生物質(zhì)炭處理對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響效果不同。單施秸稈、生物質(zhì)炭處理中，隨施用量增加土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性也逐漸增加，這可能是因?yàn)橥寥乐杏袡C(jī)物增加對(duì)土壤微生物活性有激活作用，達(dá)到提高微生物生物量的作用，進(jìn)而分泌更多的土壤膠結(jié)物促進(jìn)大團(tuán)聚體形成［21］。目前關(guān)于秸稈與生物質(zhì)炭配施的研究很少，其中侯曉娜等［11］研究表明秸稈與生物質(zhì)炭配施處理較對(duì)照能顯著提高1～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量；本研究中的秸稈與生物質(zhì)炭配施處理較CK顯著提高了0.25～2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量，且秸稈與生物質(zhì)炭配施處理的R0.25提高了14.47%。這是因?yàn)榻斩捙c生物質(zhì)炭結(jié)合施入土壤中，不僅有秸稈這種新鮮有機(jī)物料能促進(jìn)土壤真菌菌絲生長(zhǎng)和微生物分泌的膠結(jié)物質(zhì)，還有生物質(zhì)炭其本身就可以作為土壤膠結(jié)物質(zhì)，這些均可以將小粒級(jí)團(tuán)聚體膠結(jié)成大團(tuán)聚體，從而有利于大團(tuán)聚體的形成，因此秸稈與生物質(zhì)炭配施較生物質(zhì)炭單獨(dú)施用能顯著提高大團(tuán)聚體含量，改善土壤結(jié)構(gòu)。

3.2 生物質(zhì)炭與秸稈配施對(duì)紫色土總有機(jī)碳以及團(tuán)聚體有機(jī)碳分配的影響

秸稈還田后經(jīng)過分解可以提高土壤總有機(jī)碳含量，減少土壤有機(jī)碳礦化分解［22］。而生物質(zhì)炭本身含碳量非常高，施入農(nóng)田土壤后，不僅可以促進(jìn)腐殖酸、富里酸等土壤腐殖質(zhì)的形成，而且有助于土壤中碳水化合物、酯族、芳烴等有機(jī)大分子的形成，從而提高土壤有機(jī)碳含量［23］。本研究中，各處理較CK均能提高土壤總有機(jī)碳含量。一方面，有機(jī)碳作為團(tuán)聚體重要的膠結(jié)物，有利于土壤中礦物和黏粒膠結(jié)形成水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，這符合本研究中各處理（除0.5BC處理）均能提高土壤＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量和各項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)。另一方面，土壤有機(jī)碳是土壤肥力和作物產(chǎn)量高低的決定性因子。隨著秸稈、生物質(zhì)炭還田，本研究各處理（除0.5BC處理）的玉米和油菜的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也均有所增加，尤其是秸稈全量還田、單施生物質(zhì)炭及秸稈與生物質(zhì)炭配施處理效果比較明顯，這與邱建軍等［24］的模擬研究結(jié)果類似，即在常規(guī)施肥的條件下，全國(guó)各地區(qū)均存在通過提高耕地有機(jī)碳含量增加產(chǎn)量的潛力。其中本研究中生物質(zhì)炭處理（BC）和秸稈與生物質(zhì)炭配施處理較對(duì)照分別顯著提高了45.55%、44.45%（P＜0.05），效果較單施秸稈處理顯著，這與侯曉娜等［11］研究結(jié)果一致。這是因?yàn)橐环矫嫔镔|(zhì)炭其自身穩(wěn)定性較高，難以被土壤微生物降解利用，且能降低土壤呼吸［25］。另一方面生物質(zhì)炭自身的孔隙結(jié)構(gòu)和大的比表面積，能將土壤有機(jī)碳吸附在其表面或孔隙內(nèi)，降低有機(jī)碳的生物活性或起到一定的隔離作用，這都會(huì)抑制土壤中被吸附的有機(jī)碳的分解［26］。而秸稈會(huì)促進(jìn)土壤脫氫酶活性和土壤β-糖苷酶活性，加強(qiáng)土壤的呼吸作用，導(dǎo)致土壤碳素的損失［25］，因此秸稈與生物質(zhì)炭配施處理的土壤總有機(jī)碳含量高于單施生物質(zhì)炭處理。

團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的重要儲(chǔ)存場(chǎng)所。安艷等［27］研究表明，土壤中添加生物質(zhì)炭可以顯著提高團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，且隨著施用量的增加而增加。本研究也發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭處理較對(duì)照顯著提高團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，且隨著施用量的增加，有機(jī)碳含量呈增加趨勢(shì)，單施秸稈、秸稈與生物質(zhì)炭配施同樣能提高團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，但效果沒有生物質(zhì)炭顯著。這是因?yàn)樯镔|(zhì)炭和秸稈這兩種有機(jī)物料作為外加碳源，還田后能提高土壤碳庫(kù)。本研究中，有機(jī)碳主要分布在＞0.25 mm和＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中，而粒徑為0.053～0.25 mm中有機(jī)碳含量分布最少，這與Huang等［28］研究結(jié)果一致。主要原因是有機(jī)碳本身作為膠結(jié)物質(zhì)能將0.053～0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體膠結(jié)成大團(tuán)聚體，同時(shí)大團(tuán)聚體中一般較其他粒級(jí)團(tuán)聚體含有較多的菌絲，而處于分解狀態(tài)的菌絲可以提高大團(tuán)聚中有機(jī)碳濃度［29］，因此＞0.25 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中的有機(jī)碳含量較高。此外，＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中分布較多的＜0.2 μm孔徑孔隙，其孔隙小于細(xì)菌所能通過的限度（3 μm），使該粒級(jí)有利于胡敏酸的形成和積累［30］，從而增加了＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量。但是由于大團(tuán)聚體有機(jī)碳易受耕作方式等外界因素的影響，而粉粘粒包裹的有機(jī)碳受到了更強(qiáng)的物理保護(hù)，不易受到外界的影響［31］。所以本研究得出＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量提高幅度最大，而＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體提高幅度最小。

劉滿強(qiáng)等［30］研究指出＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體中粉粒和黏粒具有較大的比表面積和表面電荷，能夠與有機(jī)碳緊密結(jié)合形成極為穩(wěn)定的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，因此該粒級(jí)的團(tuán)聚體有機(jī)碳極為穩(wěn)定。本研究中＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率相對(duì)較高，其貢獻(xiàn)率為31.34%～46.58%，其次為0.25～2 mm，而＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較低。一方面是由于粉黏粒對(duì)有機(jī)碳庫(kù)有較好的保護(hù)，另一方面是因?yàn)閳F(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率實(shí)際上是團(tuán)聚體比例和團(tuán)聚體有機(jī)碳含量共同決定的。雖然＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量相對(duì)較高，但是該粒級(jí)團(tuán)聚體所占比例較少。而＜0.053 mm粒級(jí)團(tuán)聚體不僅有機(jī)碳含量相對(duì)較高，其團(tuán)聚體含量也相對(duì)較高，所以其團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率相對(duì)較高。新鮮有機(jī)質(zhì)如秸稈進(jìn)入土壤時(shí)，碳元素更傾向于或優(yōu)先被大團(tuán)聚體所固定［32］，因此本試驗(yàn)條件下單施秸稈處理能顯著提高＞2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率，而其他粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率較對(duì)照均有所下降，這與孫漢印等［33］研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

單施秸稈對(duì)紫色土團(tuán)聚體穩(wěn)定性有較大的改善作用，但并未對(duì)土壤碳水平的提升有顯著的影響，相反，單施生物質(zhì)炭對(duì)紫色土總有機(jī)碳和各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量均有顯著提高，但對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響較小，且單施秸稈和生物質(zhì)炭均隨著施用量的增加，效果越好。此外，單施秸稈和單施生物質(zhì)炭均能有效提高玉米和油菜的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。秸稈與生物質(zhì)炭配施不僅對(duì)紫色土團(tuán)聚體穩(wěn)定性方面有明顯的改善作用，且能顯著提高土壤有機(jī)碳和各粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，同時(shí)能有效提高玉米和油菜的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。綜合考慮，秸稈與生物質(zhì)炭配施顯著提高了水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量、土壤有機(jī)碳和團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，這不僅是增強(qiáng)紫色土抗侵蝕能力的重要途徑，也是提升土壤碳水平的較佳培肥措施。