王永鵬，張廣宇，陳 兵，劉 敏，覃姜薇，胡 聃，張永北

（1.海南省農(nóng)墾科學(xué)院，海南 海口 570100；2.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085）

【研究意義】有機(jī)碳氮是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是表征土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，其豐缺度直接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及穩(wěn)定性［1-2］。通過外源養(yǎng)分有效增加土壤碳氮儲(chǔ)量，延緩園林地力衰退，通過立體復(fù)合栽培，充分利用林下空間，改善環(huán)境生態(tài)，是現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)措施。【前人研究進(jìn)展】生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳氮的儲(chǔ)存量受土地管理方式，地表植被覆蓋等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的影響［3］。土地管理方式對(duì)土壤碳氮的影響主要是通過外源養(yǎng)分的輸入［4］、土壤物理和生物化學(xué)屬性的變化決定的［5］。長(zhǎng)期施用外源有機(jī)物質(zhì)能夠提升土壤碳、氮庫(kù)容，增強(qiáng)土壤肥力，促進(jìn)作物增產(chǎn)，是土壤固碳的有效途徑［6］，原因在于外源有機(jī)物質(zhì)自身帶入的碳、氮量增加，既可滿足作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，又可調(diào)節(jié)土壤腐殖質(zhì)分解速率，其緩效特點(diǎn)可將肥力延后一段時(shí)期后釋放［7-8］。同時(shí)，通過土壤氮素固定可以降低氮肥施用量和施肥成本，提高土壤供氮潛力，保護(hù)環(huán)境免受氮素流失的負(fù)面影響［9］。此外，氮素的添加可通過增加土壤碳素的輸入和（在高N率下）通過減少土壤老碳的分解來促進(jìn)土壤碳的儲(chǔ)存［10］。夏海勇等［11］對(duì)黃潮土和砂姜黑土的研究發(fā)現(xiàn)，隨有機(jī)物料用量的增加，有機(jī)物質(zhì)在土壤中的分解率越快，碳庫(kù)活度越高，而腐殖化系數(shù)則越低。蓋霞普等［12］總結(jié)北京昌平27 年潮褐土定點(diǎn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在施NPK 的基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥可提升土壤累積碳、氮庫(kù)容分別為26.3%～41.1%和26.2%～44.9%。陽春砂為我國(guó)“四大南藥”植物之一，藥食同源［13］，藥用記載距今有1 300 多年歷史［14］。近幾十年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)陽春砂進(jìn)行了深入的研究，內(nèi)容涉及資源、栽培、化學(xué)成分與藥理、藥材鑒別、品質(zhì)評(píng)價(jià)等多個(gè)方面。陽春砂仁味辛性溫，具有溫脾止瀉、化濕開胃、理氣安胎、降脂降糖、抗氧化等作用［15-16］，臨床應(yīng)用廣，市場(chǎng)需求量大，但生產(chǎn)量一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)［17］。當(dāng)前，海南省積極推進(jìn)南藥產(chǎn)業(yè)化化全島發(fā)展，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)南藥、黎藥、中成藥產(chǎn)值占醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值的17%以上，已建成東昌農(nóng)場(chǎng)陽春砂仁栽培基地26.67 hm2，其他市縣也有零星種植，但規(guī)模較小?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】要提高陽春砂區(qū)域產(chǎn)出，利用好外源養(yǎng)分投入是一個(gè)重要途徑。外源養(yǎng)分對(duì)長(zhǎng)期林下種植陽春砂的膠園地力維持和生態(tài)修復(fù)方面鮮有報(bào)道，值得深入研究。尤其是熱帶膠園土壤碳氮固存能力、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率方面更受到了極大關(guān)注。【擬解決的關(guān)鍵問題】由于陽春砂對(duì)50%～70%郁閉度的生長(zhǎng)要求，主要選擇原始林或人工林林下栽培。海南是全國(guó)橡膠種植最為豐富的地區(qū)，膠園空間適宜陽春砂種植。本研究通過膠-砂復(fù)合系統(tǒng)條件下外源養(yǎng)分輸入試驗(yàn)，分析外源性養(yǎng)分對(duì)土壤碳氮固存及養(yǎng)分吸收效率的影響，找出一條既能保護(hù)生態(tài)效益又能維持地力的可持續(xù)性種植模式，為土地利用和覆蓋變化對(duì)改善熱帶林土壤生態(tài)環(huán)境的研究提供理論基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)將林下陽春砂栽培納入園林生態(tài)建設(shè)體系的可行性，以推動(dòng)陽春砂在海南全省的大面積推廣。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于海南省國(guó)營(yíng)東昌農(nóng)場(chǎng)橡膠林下陽春砂栽培示范基地（110.37′50″E，19.38′10″N），海拔58 m，屬熱帶北緣沿海地帶半濕潤(rùn)區(qū)，具有熱帶和亞熱帶氣候特點(diǎn)，年均氣溫23.9 ℃，年蒸發(fā)量1 981 mm，年均相對(duì)濕度87%，年均降雨量1 735 mm；受強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)影響嚴(yán)重，年平均發(fā)生2.6個(gè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“低而不穩(wěn)”。該區(qū)域?qū)儆诘颓鹋_(tái)地平原地帶，土壤類型主要為玄武巖發(fā)育而成的鐵質(zhì)磚紅壤。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，其中含砂粒（2～0.02 mm）58.8%、粉粒（0.02～0.002 mm）26.2%、粘粒（＜0.002 mm）15.0%，容重1.34 g/cm；土壤有機(jī)質(zhì)18.6 g/kg，全氮1.19 g/kg，速效磷4.3 mg/kg，速效鉀32.5 mg/kg，堿解氮59.2 mg/kg，pH 4.9。

1.2 試驗(yàn)材料

供試肥料：（1）農(nóng)家肥：N-P2O5-K2O=0.5-0.5-0.4，有機(jī)質(zhì)≥15%。（2）化肥：尿素（N ≥46%），過磷酸鈣（P2O5≥16%），鉀肥（KCL ≥17%）。（3）有機(jī)肥：生物有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)≥45，總養(yǎng)分（N-P2O5-K2O）≥5%，有效活菌數(shù)≥0.2 億/g；硅鈣鎂鉀復(fù)混肥（N-P2O5-K2O=5-5-8 ≥18%，CaO-SiO2-MgO=14-13-3 ≥30%）。

供試作物：陽春砂品種為圓果型廣東陽春道地品種，植齡4 年，植株高度1.5～2 m。橡膠樹為海南省農(nóng)墾橡膠研究所選育的大規(guī)模推廣橡膠品種文昌217，樹齡32 年，停止割膠。

1.3 試驗(yàn)方法

在示范基地基礎(chǔ)上，設(shè)立不同類別外源養(yǎng)分投入試驗(yàn)。小區(qū)分布為單因素隨機(jī)區(qū)組排列，試驗(yàn)設(shè)不施肥（CK）、施農(nóng)家肥（M）、施化肥（F）、施有機(jī)肥+無機(jī)肥（O+C）4 個(gè)處理，3 次重復(fù)，小區(qū)面積48 m2（6 m×8 m），小區(qū)間距2 m。2017 年9 月布置試驗(yàn)，2017、2018 年越冬前分別以基肥的方式進(jìn)行一次性施肥，2018、2019 年陽春砂收獲后（8 月）分別進(jìn)行樣品采集，土層采樣深度20 cm，植物樣采集面積20 cm×20 cm，檢測(cè)作物生物量、土壤質(zhì)地、容重、總有機(jī)碳、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH 等指標(biāo)。

施肥量：M 處理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量，施入農(nóng)家肥22.5 t/hm2；F 處理按當(dāng)?shù)啬z園測(cè)土配方施肥量，施入尿素570 kg/hm2、過磷酸鈣910 kg/hm2、硫酸鉀500 kg/hm2；O+C 處理借鑒本研究前期已完成的有機(jī)肥梯度施肥試驗(yàn)最佳施肥量，施入有機(jī)肥3 t/hm2、硅鈣鎂鉀復(fù)混肥0.75 t/hm2。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤有機(jī)碳采用Walkley and Black 重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，土壤全氮采用半微量開氏法測(cè)定，植物全氮采用濃H2SO4-H2O2法測(cè)定［18］。土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；作物生物量采用105 ℃殺青2 h，60 ℃烘干測(cè)含水量；土壤pH 采用電極法測(cè)定（水土比為2.5 ∶1）；土壤質(zhì)地采用吸管法測(cè)定［19］。吸收效率指作物體內(nèi)碳、氮吸收總量與其供給量的比值。

土壤碳儲(chǔ)量指單位土壤體積內(nèi)容納的土壤有機(jī)碳含量，計(jì)算公式為：

式中，TC 為土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量（g/m2），ρb 為土壤容重（g/cm3），h為土層深度（cm），S為土地面積（m2），TOC 為土壤總有機(jī)碳含量（g/kg）。

土壤碳固化量為通過微生物固化存留于土壤中的部分養(yǎng)分，即試驗(yàn)始末土壤碳、儲(chǔ)量的增加量，計(jì)算公式為：

式中，ΔTC 為土壤碳固化量（kg/hm2），TC1為初期土壤碳固化量（kg/hm2），TC2為終期土壤碳固化量（kg/hm2）。

養(yǎng)分吸收效率=作物總生物量（地上部分+地下部分）養(yǎng)分積累量/施入養(yǎng)分量

試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS19.0 進(jìn)行處理，用單因素方差分析（One-way ANOVA），不同處理差異顯著性采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源養(yǎng)分輸入條件下陽春砂生物量、覆蓋度以及土壤容重的變化

由表1 可知，輸入外源性養(yǎng)分2 年后，陽春砂生物量及其覆蓋度增加顯著，CK 地上生物量和根生物量2019年比2017年分別增加1.10倍和1.15倍，覆蓋度增加1.12 倍，其生物量在自然條件下仍有小幅度增長(zhǎng)，說明植齡5～6 年的陽春砂仍處于生長(zhǎng)上升階段；M、F、O+C 處理地上生物量和根生物量2019 年比2017 年分別增加1.20～1.35倍和1.26～1.46 倍，覆蓋度增加1.21～1.25 倍，以O(shè)+C 處理增幅最大。2019 年，M、F、O+C 處理陽春砂地上生物量比CK 分別高8.35%、22.04%和21.09%，根生物量比CK 分別高20.94%、11.02%和27.67%，表明外源性養(yǎng)分對(duì)陽春砂生物量的影響均達(dá)到顯著效果；O+C 處理土壤容重比CK 低2.39%，差異顯著，表明有機(jī)肥+無機(jī)肥搭配施肥模式，改善了膠園表層土壤的疏松度和空隙度，降低膠園土壤的容重，提高了土壤的可耕性及通氣性，有利于陽春砂長(zhǎng)期復(fù)合栽培。

表1 不同外源性養(yǎng)分對(duì)陽春砂生物量、覆蓋度及土壤容重的影響Table 1 Effects of different exogenous nutrients on biomass and coverage of Amomum villosum and soil density

2.2 外源養(yǎng)分輸入條件下土壤有機(jī)碳、全氮及其儲(chǔ)量的變化

由表2 可知，2017 年到2019 年試驗(yàn)期間，M、O+C 處理土壤有機(jī)碳、全氮含量顯著增加，土壤有機(jī)碳含量分別提高9.32%和13.16%，土壤全氮含量分別提高5.82%和8.40%。2019 年，M、F、O+C 處理土壤有機(jī)碳含量比CK 分別高11.99%、3.70%和15.54%，全氮含量比CK 分別高7.74%、4.13%和9.91%。其中，M、O+C 處理與CK 差異顯著，F(xiàn) 處理全氮含量顯著高于CK，但有機(jī)碳含量沒有顯著變化，這一定程度上說明土壤有機(jī)碳含量的提高主要來自于有機(jī)性外源養(yǎng)分的輸入，而全氮含量的提高主要來自于無機(jī)性外源養(yǎng)分的輸入。

表2 不同外源養(yǎng)分對(duì)土壤總有機(jī)碳（TOC）和全氮（TN）含量的影響Table 2 Effects of different exogenous nutrients on soil total organic carbon（TOC）and total nitrogen（TN）content

由表3 可知，CK、M、O+C 處理土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量2019 年比2017 年增幅分別為-4.08%、6.16%和8.63%，全氮儲(chǔ)量增幅分別為-3.57%、2.75%和4.09%，F(xiàn) 處理沒有顯著變化。2019 年，M、O+C 處理土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量比CK 分別高9.90%和12.72%，土壤全氮儲(chǔ)量分別高5.76%和7.27%，差異均達(dá)顯著水平，說明陽春砂長(zhǎng)期復(fù)合栽培會(huì)造成膠園土壤碳氮儲(chǔ)量下降，外源性養(yǎng)分輸入有機(jī)肥對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量增益顯著，而化肥輸入則影響不明顯。

表3 不同外源性養(yǎng)分對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量的影響Table 3 Effects of different exogenous nutrients on soil organic carbon storage and soil nitrogen storage

2.3 外源養(yǎng)分輸入條件下土壤碳、氮輸出量的變化

由圖1 可知，CK 處理陽春砂地上部分和地下部分生物量的碳、氮儲(chǔ)量2019 年顯著高于2017年，其中，地上部分碳、氮儲(chǔ)量分別高32.03%和40.20%，地下部分碳、氮儲(chǔ)量分別高35.47%和42.58%，說明自然生長(zhǎng)條件下，5～6 年陽春砂生長(zhǎng)旺盛，在無外源養(yǎng)分輸入的情況下，植物生物量碳氮儲(chǔ)量以消耗土壤固有碳氮儲(chǔ)量為主。

圖1 不同外源養(yǎng)分條件下陽春砂地上、地下生物量的變化Fig.1 Changes of aboveground and underground biomass of Amomum villosum under different exogenous nutrients

2019 年陽春砂收獲時(shí)，M、F、O+C 處理地上部分碳儲(chǔ)量分別比CK 高7.80%、8.13%和22.79%，地下部分碳儲(chǔ)量分別比CK 高14.60%、15.19%和28.38%；M、F、O+C 處理地上部分氮儲(chǔ)量分別比CK 高5.77%、15.45%和21.20%，地下部分氮儲(chǔ)量分別比CK 高11.95%、23.56%和26.89%?？梢姡? 個(gè)處理總的碳、氮儲(chǔ)量（地上+地下）均高于CK，且差異顯著，說明外源輸入對(duì)植物生物量碳氮儲(chǔ)量的增加起到了顯著效應(yīng)。

2.4 外源養(yǎng)分輸入條件下土壤碳氮固化及作物養(yǎng)分吸收的變化

由表4 可知，土壤碳、氮含量的變化因外源輸入不同表現(xiàn)出較大的差異，其中土壤總有機(jī)碳輸入量表現(xiàn)為O+C ＞M ＞F ＞CK，土壤全氮輸入量則表現(xiàn)為O+C ＞F ＞M ＞CK；土壤碳、氮輸出量均表現(xiàn)為O+C ＞F ＞M ＞CK；碳吸收效率以F處理最高（18.6%），O+C 處理次之（10.0%），M 處理最低（8.5%）；氮吸收效率F 和O+C 處理（6.4%）高于M 處理（5.8%）。土壤碳、氮固化量為通過微生物固化存留于土壤中的部分養(yǎng)分，即試驗(yàn)始末土壤碳、氮儲(chǔ)量的增加量，均表現(xiàn)為O+C ＞M ＞F ＞CK。

表4 不同外源養(yǎng)分對(duì)土壤碳氮輸入、輸出、固化量及養(yǎng)分吸收效率的影響Table 4 Effects of different exogenous nutrients on input,output,solidification and absorption efficiency of soil carbon and nitrogen

2.5 外源養(yǎng)分輸入條件下陽春砂根生物量與地上生物量及生物量碳氮儲(chǔ)量的相關(guān)性

由圖2 可知，陽春砂根生物量與地上生物量呈顯著正相關(guān)，根系生物量的增加反映不同處理間地上生物量的變化，其中CK、M、F 和O+C 處理根生物量與地上生物量占比分別為21.40%、23.88%、19.47%和22.56%；根生物量與地上、地下生物量氮儲(chǔ)量也呈顯著正相關(guān)，根系生物量的增加反映陽春砂生長(zhǎng)過程中對(duì)氮素吸收量的變化。

圖2 陽春砂根系生物量、地上生物量與生物量氮儲(chǔ)量的相關(guān)性Fig.2 Correlation between root biomass and aboveground biomass and biomass nitrogen storage of Amomum villosum

3 討論

3.1 外源養(yǎng)分輸入對(duì)陽春砂生物量的影響

陽春砂為淺根作物，根系主要分布在0～15 cm土層。由于陽春砂的不定根和支持根較少，匍匐莖對(duì)植株的支撐和固定作用很大，因此本試驗(yàn)將根和匍匐莖合并采集統(tǒng)一為根生物量，地下部分只取0～20 cm 土層植物樣。另外，陽春砂生理結(jié)構(gòu)特殊，自然結(jié)實(shí)率極低，沒有人工授粉的情況下，收集到的干果平均每667 m2僅有8.7 kg，果實(shí)生物量占比0.02，莖生物量占比0.82，這與王憲東等［20］、彭建明等［21］、馮志立等［22］的研究結(jié)果相似，因此本試驗(yàn)將砂仁與地上莖葉合并統(tǒng)一為地上生物量。有研究表明，陽春砂種植后3～5 年為生長(zhǎng)高峰期，8～10 年后，由于營(yíng)養(yǎng)繁殖減弱和衰老株的不斷死亡，生物量會(huì)隨之降低［23-25］。本研究中，不施肥對(duì)照在2017—2019 年生長(zhǎng)期間陽春砂總生物量顯著增加10.97%（表1），說明陽春砂在5～6 年種植期生長(zhǎng)速度仍然較快，同時(shí)也說明海南熱帶沿海區(qū)高溫濕潤(rùn)的自然條件完全適合陽春砂的引進(jìn)和長(zhǎng)期栽培。

本研究中，CK、M、F、O+C 處理陽春砂總生物量2019 年比2017 年分別增加10.97%、23.68%、33.38% 和35.87%；2019 年，M、F、O+C 處理總生物量顯著高于CK 11.18%、20.10%和22.25%，且以O(shè)+C 處理最理想，即有機(jī)、無機(jī)外源養(yǎng)分搭配施用對(duì)陽春砂生物量增長(zhǎng)的效果最優(yōu)。說明外源性養(yǎng)分輸入能有效加快作物生長(zhǎng)，顯著提高作物生物量，但養(yǎng)分輸入量及單一元素影響方式目前尚不明確，還需做進(jìn)一步研究。

優(yōu)良的根系性狀是作物氮素高效吸收和提高產(chǎn)量的重要基礎(chǔ)。本研究中，陽春砂根生物量與地上生物量、根生物量氮儲(chǔ)量、地上生物量氮儲(chǔ)量之間均呈顯著正相關(guān)，說明陽春砂發(fā)達(dá)的根系對(duì)養(yǎng)分吸收利用及優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)至關(guān)重要。研究表明，植物根系易受植物種類和環(huán)境條件等多種因素的影響，在土壤逆境脅迫下，植物通過調(diào)節(jié)根系形態(tài)、生理可塑性來適應(yīng)土壤環(huán)境的變化，而根系大小、空間分布及其活性強(qiáng)弱等決定了植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用及其在群落中的豐富度［26-27］。

3.2 外源養(yǎng)分輸入對(duì)土壤有機(jī)碳、氮及其儲(chǔ)量的影響

土壤有機(jī)碳是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的核心，對(duì)提高土壤養(yǎng)分的速效性和維持土壤養(yǎng)分的穩(wěn)定性非常重要［28］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，無機(jī)性外源養(yǎng)分（F處理）對(duì)土壤碳、氮儲(chǔ)量影響不顯著，有機(jī)性外源養(yǎng)分（M、O+C 處理）則顯著促進(jìn)了土壤碳、氮積累?？梢钥闯?，F(xiàn) 處理土壤全氮含量顯著提高4.13%，土壤全氮儲(chǔ)量增加4.35%，說明無機(jī)性外源養(yǎng)分的施入增加了氮源，提高了土壤微生物活性和養(yǎng)分的有效性，其利用率較低的原因可能是大量的無機(jī)氮在土壤中除了供給當(dāng)季作物吸收利用外，部分氮素以N2O、N2或其他形式進(jìn)入大氣或淋溶下滲而損失，在土壤中的凈殘留量很少，因此對(duì)土壤的供氮能力影響不大，其中氮吸收效率最大僅為6.4%；同時(shí)，土壤中無外源有機(jī)物質(zhì)的投入，碳源不足可能限制了微生物的生長(zhǎng)繁殖，使得被微生物進(jìn)行生物固持作用而固定的氮大大減少。M、O+C 處理相較于CK，土壤有機(jī)碳含量提高11.99%～15.54%，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量增加9.90%～12.72%，說明有機(jī)外源養(yǎng)分的輸入直接增加了土壤中碳源的投入。有研究表明，微生物活動(dòng)需要保持相應(yīng)的C/N 平衡，因此只能從土壤中吸取部分氮素以補(bǔ)不足，出現(xiàn)與植物爭(zhēng)氮的現(xiàn)象，同時(shí)，較低的氮輸入量使土壤微生物所需的有效氮含量不足而延緩?fù)寥烙袡C(jī)碳的周轉(zhuǎn)［29-30］。本研究中，F(xiàn) 處理土壤C/N 比CK 低0.05，M、O+C 處理土壤C/N 分別比CK 高0.39 和0.50，說明不同施肥處理對(duì)土壤碳、氮含量的相對(duì)影響。O+C 處理中，有機(jī)外源養(yǎng)分和無機(jī)外源養(yǎng)分配施使養(yǎng)分供應(yīng)協(xié)調(diào)，引進(jìn)外源有機(jī)質(zhì)的同時(shí)增加氮素的投入，生物固持作用加強(qiáng)，使養(yǎng)分供應(yīng)與作物的吸收轉(zhuǎn)化相協(xié)調(diào)，減少了化肥在土壤中的損失，從而使C/N 相對(duì)趨于穩(wěn)定。因此，有機(jī)無機(jī)肥配合施用對(duì)于加強(qiáng)土壤固碳、固氮能力具有重要意義。

土壤有機(jī)碳庫(kù)、氮庫(kù)受以植物地上殘?bào)w、根系沉積、外源投入為主的碳、氮輸入和微生物分解、侵蝕、淋失等過程中碳、氮輸出的影響。土壤碳、氮含量并不能直接反映土壤碳、氮儲(chǔ)量的變化，而單位面積碳、氮儲(chǔ)量是反映不同施肥條件下土壤生態(tài)系統(tǒng)碳、氮蓄積量變化的理想指標(biāo)［31-32］。本研究中，輸入外源養(yǎng)分2 年后，不同處理間土壤碳、氮儲(chǔ)量大小均表現(xiàn)為O+C ＞M＞F ＞CK。自然條件下，CK 的土壤碳、氮儲(chǔ)量分別下降4.08%和3.57%，減少的養(yǎng)分除部分損失外，主要供作物吸收利用，外源輸入只有橡膠凋落物，降解很慢，短期內(nèi)難以回補(bǔ)土壤輸出的有機(jī)質(zhì)；M、O+C 處理的土壤碳、氮儲(chǔ)量分別增加0.30～0.38 kg/m2和0.18～0.23 kg/m2，明顯高于CK，說明有機(jī)性外源養(yǎng)分能有效維持土壤碳庫(kù)、氮庫(kù)平衡，在提升地力方面可以彌補(bǔ)無機(jī)性外源養(yǎng)分的不足，這與王伯仁等［33］、顏雄等［34］研究結(jié)果相似。

3.3 外源養(yǎng)分輸入對(duì)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響

外源養(yǎng)分利用是為了提高作物產(chǎn)出，在通過養(yǎng)分輸入實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的同時(shí)，還需兼顧養(yǎng)分資源的優(yōu)化管理及養(yǎng)分高效利用［35-36］。相關(guān)研究表明，有機(jī)物料可以向土壤輸入有機(jī)質(zhì)，而無機(jī)物料則可以通過影響土壤微生物活性及作物生長(zhǎng)而影響土壤有機(jī)質(zhì)含量及其結(jié)構(gòu)［6,37-38］。本研究中，養(yǎng)分輸入2 年后，F(xiàn) 處理陽春砂總生物量碳、氮儲(chǔ)量提高44.72%、65.93%，說明輸入無機(jī)性肥料時(shí)，在微生物活動(dòng)的作用下養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率加快，促進(jìn)作物碳氮積累。作物養(yǎng)分加快吸收的同時(shí)，土壤中可能會(huì)出現(xiàn)另一種結(jié)果，即隨著微生物活動(dòng)增加，土壤中原有的有機(jī)質(zhì)降解增多，因無外源碳輸入，土壤有機(jī)碳、氮含量降低，有機(jī)質(zhì)腐殖化程度下降，關(guān)于微生物在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化中所起的具體作用還沒有取得明確的數(shù)據(jù)，有待下一步繼續(xù)研究。輸入有機(jī)性肥料時(shí)，對(duì)應(yīng)處理（M、O+C）的陽春砂總生物量碳儲(chǔ)量提高45.54%～65.44%，增加的有機(jī)質(zhì)經(jīng)降解產(chǎn)生的N容易被作物吸收利用，因此土壤氮素含量不高，而有機(jī)碳含量較高，即土壤有機(jī)質(zhì)腐殖化程度增強(qiáng)。有機(jī)與無機(jī)性肥料配合施用時(shí)，微生物及作物首先利用施入的無機(jī)養(yǎng)分，在加快作物養(yǎng)分吸收利用的同時(shí)，減緩微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解作用，增加土壤有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)量。

土壤有機(jī)質(zhì)輸入和輸出之間的平衡決定土壤碳、氮儲(chǔ)量的大小。土壤碳、氮固化量為一定時(shí)期內(nèi)碳、氮儲(chǔ)量的變化值，反映了土壤截留養(yǎng)分的能力，土壤碳、氮固定和積累關(guān)系著土壤肥力的保持與提高，從而影響作物的產(chǎn)量與質(zhì)量［39］。本試驗(yàn)中，CK 的土壤碳、氮固化量（-261 kg/hm2、-14 kg/hm2）均為負(fù)值，說明自然條件下，陽春砂生長(zhǎng)需要消耗土壤固有養(yǎng)分，易造成地力虧缺。M、F、O+C 處理的氮固化量為28～87 kg/hm2，表明土壤中氮素主要來源于外源輸入；碳固化量則主要來源于外源有機(jī)物料的輸入，F(xiàn) 處理碳固化量只有23 kg/hm2，說明施用無機(jī)性肥料對(duì)土壤碳素轉(zhuǎn)化的影響不明顯；M、O+C 處理的碳固化量分別為1 873 kg/hm2和2 188 kg/hm2，遠(yuǎn)高于投入量，說明施用有機(jī)肥料或有機(jī)無機(jī)肥料配合施用情況下土壤有機(jī)碳除了外源有機(jī)質(zhì)的降解產(chǎn)生外，還來源于土壤微生物活動(dòng)，具有較強(qiáng)的自生性，對(duì)土壤碳氮平衡有較強(qiáng)的維持力，大大提升復(fù)合栽培地力的可持續(xù)性。

碳、氮吸收效率指作物體內(nèi)碳、氮吸收總量與其供給量的比值，反映作物根系從土壤中吸收養(yǎng)分的能力［40-41］。本試驗(yàn)中，氮素吸收效率僅為5.8%～6.4%，其主要原因可能是所有肥料均為地表撒施，沒有覆土，海南地區(qū)高溫多雨，尿素在轉(zhuǎn)化前是分子態(tài)，不能被土壤吸附，易隨水流失，轉(zhuǎn)化后形成的氨也極易揮發(fā)，造成大量氮素流失。同時(shí)，氮肥在土壤中轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，淋溶作用下極易下移，陽春砂根系淺，很難吸收到深層土壤中的養(yǎng)分。研究表明，氨揮發(fā)是田間氮損失的重要途徑之一，因表面撒施造成的氨揮發(fā)損失占氮肥投入量的10%～40%，嚴(yán)重時(shí)氨揮發(fā)損失超過氮總損失量的80%［42-43］。綜合國(guó)內(nèi)部分地區(qū)主要作物上進(jìn)行的田間原位觀測(cè)結(jié)果，無機(jī)肥料中的氮除去作物吸收利用和氨揮發(fā)損失外，其中硝化-反硝化損失34%，淋洗損失2%，徑流損失5%［44］。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，自然條件下陽春砂生長(zhǎng)良好，適宜大面積種植，但長(zhǎng)期林下栽培會(huì)造成土壤碳氮儲(chǔ)量下降。外源性養(yǎng)分輸入對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量及作物養(yǎng)分吸收效率有一定的輔助作用，有助于維持土壤碳氮庫(kù)容平衡以及土地生產(chǎn)的穩(wěn)定性，影響程度因外源性養(yǎng)分的不同而異。

無機(jī)性外源養(yǎng)分在短期內(nèi)的生產(chǎn)效果明顯，可以快速提高養(yǎng)分吸收效率，增加陽春砂生物量。但其增加值是以消耗土壤固有養(yǎng)分為代價(jià)，對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量貢獻(xiàn)不顯著，碳氮庫(kù)容平衡需要不斷的外源投入才能得以維持。

有機(jī)性外源養(yǎng)分輸入在短期內(nèi)對(duì)土壤氮儲(chǔ)量沒有顯著影響，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，有機(jī)性外源養(yǎng)分對(duì)土壤固碳、固氮能力高于無機(jī)性外源養(yǎng)分，一定程度上可以彌補(bǔ)由于人為或自然因素造成土壤有機(jī)質(zhì)下降帶來的負(fù)面影響，有利于土壤肥力的提升。

在有機(jī)和無機(jī)兩種外源性養(yǎng)分配合使用情況下，既可以加快有機(jī)質(zhì)礦化，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，也可以增加土壤陸源性碳氮儲(chǔ)量，無論是提高陽春砂產(chǎn)出效益，還是維持土壤地力持續(xù)性，都是最佳的外源養(yǎng)分利用方式。