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施用有机肥是提高红壤有机碳和肥力的重要措施。然而施用不同种类有机肥提升土壤有机碳的效果存在差异，而潜在的机制尚不明确。为了阐明长期施用有机无机肥对红壤有机碳累积的影响及其内在机制，以中国科学院鹰潭红壤生态实验站的典型红壤为研究对象，分析了长期施用有机无机肥对土壤有机碳含量、孔隙特征、氧气扩散和团聚体结构的影响;利用核磁共振技术，研究了有机肥的有机碳结构特征;利用高通量测序技术，研究了施用有机无机肥对土壤细菌和真菌群落的影响及其主要驱动因素;利用生物标志物技术，研究了土壤微生物残留物组成及其对土壤有机碳的相对贡献。
有机无机肥长期定位实验开始于1988年，包括7个处理:不施肥(Control)、化学氮磷钾肥(NPK)、化学氮磷钾肥配施石灰（NPK+Lime）和化学氮肥配施花生秸秆(NPK+PeanStraw)、水稻秸秆（NPK+RiceStraw）、萝卜菜(NPK+RadResidue)或者猪粪(NPK+PigManure)。有机无机肥配施处理中，无机氮占70％，有机氮占30％，化学磷钾肥用量随有机肥带入磷钾量而变化，总用量与无机肥处理相同。
与Control处理相比，27年的无机肥、作物残留物和猪粪施用均显著增加了土壤有机碳含量，增幅分别为11.0-13.2％、16.3-25.3％和44.3％。有机肥处理中土壤有机碳含量与外源输入物质的酯化度和顽固度呈显著正相关，猪粪的酯化度和顽固度指数分别为0.32和0.47，显著高于作物残留物的0.06-0.18和0.12-0.23。因此，粪肥中高比例的顽固（难分解）有机碳更易促进土壤有机碳的累积。与Control处理相比，NPK+PigManure处理显著增加了大团聚体的质量比例，增幅为2.9倍;相反，除NPK+RiceStraw，作物残留物处理对土壤团聚体分布没有显著影响。施用粪肥显著增加了土壤＜4μm孔隙比例，降低了氧气有效扩散速率，可能是由于有机物质填充了孔隙所致。因此，NPK+PigManure处理可能会抑制好氧微生物的生长和活性，同时降低了微生物和酶与土壤有机碳接触的机会，有利于土壤有机碳的累积。
红壤细菌多样性主要受土壤养分含量和团聚体结构影响。与Control处理相比，施用粪肥增加了土壤有机碳、速效磷和可溶性有机碳含量以及大团聚体质量比例，显著增加了土壤细菌多样性。土壤pH是影响红壤细菌群落结构最主要的因素。与Control处理相比，NPK+Lime和NPK+PigManure处理均显著改变细菌群落结构，单施化肥和作物残留物处理则没有。在粪肥处理的指示物种中，47.5％属于芽孢杆菌目，21.4％属于梭菌目，芽孢杆菌目和梭菌目的相对丰度显著高于其它处理。芽孢杆菌目和梭菌目的相对丰度与土壤有机碳、全氮、速效磷和可溶性有机碳显著正相关，而与土壤氧气有效扩散速率呈显著负相关关系。
长期施肥对酸性红壤（原始pH=4.96）真菌多样性没有显著影响。Meta分析了全球60组测定结果表明，施肥降低真菌多样性主要发生在原始pH＞6的土壤，是由于施肥降低了土壤pH;在pH＜6的土壤中，施肥对真菌多样性并无显著影响。本研究结果表明，子囊菌门是旱地红壤最主要的真菌门，占全部真菌的75-90％，其次是担子菌门(5.9-11％)，与文献整合分析结果一致。与Control处理相比，NPK+Lime和NPK+PigManure处理均显著改变了土壤真菌群落结构，分别增加了肉座菌目和盘菌目的相对丰度。但是，化肥单施以及化肥与作物残留物配施则不影响红壤真菌群落结构。土壤有机碳、氧气有效扩散系数和pH是影响真菌群落结构的3个主要因素。
长期施用无机肥、作物残留物和猪粪均显著增加了土壤微生物残留物含量，从Control处理的2.63g C kg-1分别增加至2.85-3.03、3.21-3.45和3.62 g C kg-1。与作物残留物处理相比，施用粪肥对土壤细菌残留物含量没有显著影响，真菌残留物含量则从2.19-2.39 g C kg-1增加至2.58 g C kg-1，提高了土壤有机碳的稳定性。但是，粪肥处理微生物残留物对土壤有机碳的相对贡献显著低于作物残留物处理。主要原因是粪肥抑制细菌的繁殖与生长，降低了细菌呼吸作用，表明粪肥处理更有效地保护了输入有机肥和活着植物来源的碳。因此，粪肥处理增加的土壤有机碳，较少部分来源于微生物残留物，更多地通过土壤团聚化和厌氧微域的形成，有效地保存外源输入的有机碳（包含高比例的顽固碳）。
与Control处理相比，粪肥施用提高了各粒级团聚体中有机碳含量，增加幅度为17.9-62.6％，作物残留物处理的增幅则较低(9.7-32.6％)。各粒级团聚体中总氨基糖含量大小顺序为:大团聚体＞小团聚体＞微团聚体＞粉粘粒组分。真菌来源氨基葡萄糖含量随着团聚体粒径的减小而降低，细菌来源胞壁酸则相反。施肥对土壤总氨基糖含量的影响大于团聚体粒径的作用。与Control处理相比，粪肥施用显著增加了土壤各粒级团聚体中总氨基糖含量，增幅为40.4-54.8％，作物残留物处理则为16.2-38.8％。施用有机肥显著增加了大团聚体和小团聚体中胞壁酸的含量，增幅分别为19.2-36.9％和16.5-29.8％，有机肥处理间无显著差异，但是施肥对微团聚体和粉粘粒组分中胞壁酸的含量没有影响。与Control处理相比，施用有机肥增加了各粒级团聚体中真菌来源氨基葡萄糖的含量，增幅为15.5-46.3％，最高值均出现在粪肥处理。
综上所述，与作物残留物处理相比，施用粪肥（包含高比例的顽固/难分解有机碳）更加有效地提高了土壤pH和有机碳含量，促进团聚体形成;增加土壤细菌多样性，改变细菌和真菌群落组成;提高了土壤微生物残留物（主要是真菌残留物），但是降低了微生物残留物对土壤有机碳的相对贡献。施用粪肥有效促进红壤有机碳累积和稳定，主要通过3个路径实现:①直接通过输入顽固度高的外源碳;间接②通过形成大团聚体来保护有机碳和③较少部分通过增加真菌残留物。
有机无机肥长期定位实验开始于1988年，包括7个处理:不施肥(Control)、化学氮磷钾肥(NPK)、化学氮磷钾肥配施石灰（NPK+Lime）和化学氮肥配施花生秸秆(NPK+PeanStraw)、水稻秸秆（NPK+RiceStraw）、萝卜菜(NPK+RadResidue)或者猪粪(NPK+PigManure)。有机无机肥配施处理中，无机氮占70％，有机氮占30％，化学磷钾肥用量随有机肥带入磷钾量而变化，总用量与无机肥处理相同。
与Control处理相比，27年的无机肥、作物残留物和猪粪施用均显著增加了土壤有机碳含量，增幅分别为11.0-13.2％、16.3-25.3％和44.3％。有机肥处理中土壤有机碳含量与外源输入物质的酯化度和顽固度呈显著正相关，猪粪的酯化度和顽固度指数分别为0.32和0.47，显著高于作物残留物的0.06-0.18和0.12-0.23。因此，粪肥中高比例的顽固（难分解）有机碳更易促进土壤有机碳的累积。与Control处理相比，NPK+PigManure处理显著增加了大团聚体的质量比例，增幅为2.9倍;相反，除NPK+RiceStraw，作物残留物处理对土壤团聚体分布没有显著影响。施用粪肥显著增加了土壤＜4μm孔隙比例，降低了氧气有效扩散速率，可能是由于有机物质填充了孔隙所致。因此，NPK+PigManure处理可能会抑制好氧微生物的生长和活性，同时降低了微生物和酶与土壤有机碳接触的机会，有利于土壤有机碳的累积。
红壤细菌多样性主要受土壤养分含量和团聚体结构影响。与Control处理相比，施用粪肥增加了土壤有机碳、速效磷和可溶性有机碳含量以及大团聚体质量比例，显著增加了土壤细菌多样性。土壤pH是影响红壤细菌群落结构最主要的因素。与Control处理相比，NPK+Lime和NPK+PigManure处理均显著改变细菌群落结构，单施化肥和作物残留物处理则没有。在粪肥处理的指示物种中，47.5％属于芽孢杆菌目，21.4％属于梭菌目，芽孢杆菌目和梭菌目的相对丰度显著高于其它处理。芽孢杆菌目和梭菌目的相对丰度与土壤有机碳、全氮、速效磷和可溶性有机碳显著正相关，而与土壤氧气有效扩散速率呈显著负相关关系。
长期施肥对酸性红壤（原始pH=4.96）真菌多样性没有显著影响。Meta分析了全球60组测定结果表明，施肥降低真菌多样性主要发生在原始pH＞6的土壤，是由于施肥降低了土壤pH;在pH＜6的土壤中，施肥对真菌多样性并无显著影响。本研究结果表明，子囊菌门是旱地红壤最主要的真菌门，占全部真菌的75-90％，其次是担子菌门(5.9-11％)，与文献整合分析结果一致。与Control处理相比，NPK+Lime和NPK+PigManure处理均显著改变了土壤真菌群落结构，分别增加了肉座菌目和盘菌目的相对丰度。但是，化肥单施以及化肥与作物残留物配施则不影响红壤真菌群落结构。土壤有机碳、氧气有效扩散系数和pH是影响真菌群落结构的3个主要因素。
长期施用无机肥、作物残留物和猪粪均显著增加了土壤微生物残留物含量，从Control处理的2.63g C kg-1分别增加至2.85-3.03、3.21-3.45和3.62 g C kg-1。与作物残留物处理相比，施用粪肥对土壤细菌残留物含量没有显著影响，真菌残留物含量则从2.19-2.39 g C kg-1增加至2.58 g C kg-1，提高了土壤有机碳的稳定性。但是，粪肥处理微生物残留物对土壤有机碳的相对贡献显著低于作物残留物处理。主要原因是粪肥抑制细菌的繁殖与生长，降低了细菌呼吸作用，表明粪肥处理更有效地保护了输入有机肥和活着植物来源的碳。因此，粪肥处理增加的土壤有机碳，较少部分来源于微生物残留物，更多地通过土壤团聚化和厌氧微域的形成，有效地保存外源输入的有机碳（包含高比例的顽固碳）。
与Control处理相比，粪肥施用提高了各粒级团聚体中有机碳含量，增加幅度为17.9-62.6％，作物残留物处理的增幅则较低(9.7-32.6％)。各粒级团聚体中总氨基糖含量大小顺序为:大团聚体＞小团聚体＞微团聚体＞粉粘粒组分。真菌来源氨基葡萄糖含量随着团聚体粒径的减小而降低，细菌来源胞壁酸则相反。施肥对土壤总氨基糖含量的影响大于团聚体粒径的作用。与Control处理相比，粪肥施用显著增加了土壤各粒级团聚体中总氨基糖含量，增幅为40.4-54.8％，作物残留物处理则为16.2-38.8％。施用有机肥显著增加了大团聚体和小团聚体中胞壁酸的含量，增幅分别为19.2-36.9％和16.5-29.8％，有机肥处理间无显著差异，但是施肥对微团聚体和粉粘粒组分中胞壁酸的含量没有影响。与Control处理相比，施用有机肥增加了各粒级团聚体中真菌来源氨基葡萄糖的含量，增幅为15.5-46.3％，最高值均出现在粪肥处理。
综上所述，与作物残留物处理相比，施用粪肥（包含高比例的顽固/难分解有机碳）更加有效地提高了土壤pH和有机碳含量，促进团聚体形成;增加土壤细菌多样性，改变细菌和真菌群落组成;提高了土壤微生物残留物（主要是真菌残留物），但是降低了微生物残留物对土壤有机碳的相对贡献。施用粪肥有效促进红壤有机碳累积和稳定，主要通过3个路径实现:①直接通过输入顽固度高的外源碳;间接②通过形成大团聚体来保护有机碳和③较少部分通过增加真菌残留物。