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摘要：【目的】以40年紅壤长期有机培肥试验为研究平台，探究长期施用紫云英、猪粪及秸秆还田对稻田土壤有机碳组分、土壤微生物量及水稻产量的影响。【方法】设置6个处理：小施肥处理（ CK）、化肥处理（NPK）、早稻施绿肥紫云英处理（MI）、早稻施绿肥紫云英和早稻施猪粪处理（M2）、早稻施绿肥紫云英和晚稻施猪粪处理（ M3）、早稻施绿肥紫云英和晚稻秸秆还田处理（M4）。于2020年晚稻收获前采集耕作层（0～20 cm）土壤样品，测定土壤有机碳组分、微生物量碳氮等肥力指标。【结果】（l）长期有机培肥处理提高了水稻产量，较小施肥处理CK相比，绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理早稻产量，分别提高1.4、1.25倍，晚稻产量则分别提高0.59、0.65倍;绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理早稻产量，较化肥NPK处理分别提升18.1%、10.6%，晚稻产量分别提升15 .7%、20.0%。（2）长期有机培肥处理提高了各形态土壤有机碳组分含量，早稻绿肥紫云英+猪粪的M2处理较小施肥CK处理显著提高易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳、可溶性有机碳含量（P<0.05），且有机碳各组分含量均高于化肥NPK处理，其中游离态颗粒有机碳含量M2处理（0.97 g·kg-l）显著高于NPK处理（0.68g·kg-l）（P<0.05）;化肥NPK处理和有机培肥处理（M1、M2、M3、M4）土壤微生物量碳较小施肥CK处理相比提高了22.1%- 58.9%，早稻绿肥紫云英+猪粪的M2处理土壤微生物量碳含量（231.2 mg·kg-1）最高且提升最为明显（P<0 05）。（3）长期有机培肥提高了游离态颗粒有机碳和可溶性有机碳的分配比例，且早稻施绿肥紫云英+猪粪M2处理效果明显;易氧化性有机碳是红壤有机碳的主要存在形式;土壤有机碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳呈极显著止相关关系（P<0.01）。（4）长期有机培肥提高了全氮、碱解氮等养分指标，产量与速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳极显著相关（P<0.01），与全磷、游离态颗粒有机碳、易氧化性有机碳显著相关（P<0 05）。【结论】长期有机培肥通过提升红壤肥力水平，调增可溶性有机碳含量，促进水稻稳产增产，尤其是紫云英添加猪粪处理模式具有较好的应用潜力。
关键词：红壤;长期有机培肥;有机碳组分;微生物量碳氮;产量
中图分类号：S 144.9;Q 939.96
文献标志码：A
文章编号：1008-03 84（ 2021）08-0867-11
Effects of Long-term Organic Fertilization on Organic Carbon and Microbial
Community in Red Soil and Rice Yield
ZHOUDan 1.2. WANGXin 1.2，GUOXiaojun 1.2， SUNJie 2， HUANGQinghaj 3，
YE Huicai 3. XIE Kaizhi 1.2. LIU Yifeng 4*. XU Peizhi 1.2*
（I.College of Resources and Environmental Science， Gansu Agricultural Universty， Lanzhou. Gansu 730070， China;
2.Institute of Agricultural Resources and Environment. Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong510640， China; 3. Jiangxi Institute of Red Soil. Nanchang， Jiangxi 331717. China; 4. Guangdong AgriculturalEnvironment and Cultivated Land Ouality Protection Center， Guangzhou， Guangdong 510500， China）
Abstract： 【Objective】 Effects of long-term application of organic waste. such as Chinese milk vetch. pig manure. and/orstraws. on the organic carbon components and microbial biomass in the soil. as well as the yield of rice cultivated twoconsecutive seasons in a year on the land were studied with the aid of a 40-year research project on red soil of rice paddyfields.【Methods】 Six treatments designed for the study included （1） CK of no added fertilizer. （2） NPK of chemical fertilizerapplication， （3） M1 0f Chinese milk vetch fertilization on early rice， （4） M2 0f Chinese milk vetch plus pig manure applications onearly rice， （5） M3 0f Chinese milk vetch applied on early rice and pig manure on late rice. and （6） M4 0f Chinese milk vetchapplication on early rice and straw retuming on late rice. Soil samples were collected at a depth of 020 cm before the late rice wasbarvested in 2020 for fertility determinations on organic carbons. microbial biomass， nitrogen， etc.【Result】 （1） Long-termorganic fertilization could increase rice yield. As shown in the study， the yields of the early rice under M2 and M3 increased I .4and l.25 times， respectively， and those of the late rice 0.59 and 0.65 times， respectively， over CK. In comparison with NPK， M2and M3 raised the early rice yield by 18.1% and 10.6%， respectively， and the late rice yield by 15.7% and 20.0%， respectively.（2） Long-term organic fertilization could enhance the organic carbon content in soil. As compared to CK. the contents ofpermanganate oxidative organic carbon， free particulate organic carbon， and dissolved organic carbon on the early rice fieldunder M2 significantly increased （P<0.05）. The free particulate organic carbon content of 0.97g . kg-l was significantly higherthan that under NPK treatment at 0.68 g·kg-1. The microbial biomass carbon in the soil under NPK. M1. M2. M3， or M4 was22.1% t0 58.9% higher than CK with the early rice field rendering the most significant effect at 231.2 mg·kg-l （P<0.05）.（3） Long-term organic fertilization could heighten the ratio of free particulate carbon and dissolved organic carbon distributionsin soil. The most significant results were observed on the early rice lots under M2. and the main form of carbon waspermanganate oxidative organic carbon. In the soil， organic carbon correlated with permanganate oxidative organic carbon， freeparticulate carbon. and dissolved organic carbon （P< 0.01）. And （4） long-term organic fertilization could also increase the totalnitrogen， alkali-hydrolyzed nitrogen， and other nutrients in the soil. The rice yield was found significantly correlate with theavailable phosphorus， organic carbon， total nitrogen， available nitrogen， and dissolved organic carbon in soil at P Key words： Red soil; long-term organic fertilization; organic carbons; microbial biomass carbon and nitrogen; yield
0 引言
【研究意义】红壤性水稻土是我国进行水稻种植的重要土壤类型[1]，但因其氧化势高、淋溶作用强，可供生物利用的有机质和养分含量相對较低[2]，易对水稻生长构成胁迫[3]。加之农业生产中长期大量施用化肥，尤其是氮肥，一方面会造成土壤酸化，土壤团粒结构遭到破坏，土壤板结、透气性差等，导致土壤质量严重下降，制约农田生态可持续发展[4-5];另一方面，化肥施用也导致土壤中的有益微生物减少，微生物活性降低[6]。有机培肥是改良和提升红壤肥力水平、提高耕地内在质量、保障粮食安全的主要举措。土壤肥力与土壤有机碳密切相关[7]，土壤肥力可通过土壤有机碳组分、微生物量碳氮来表征。有机物质施入土壤后对原有土壤有机质产生激发效应，土壤有机质矿化速率发生改变，释放营养元素供植物吸收利用，矿化过程受有机碳输入量、土壤呼吸与淋溶等综合环境条件制约，矿化的快慢势必会影响到作物产量[8]。有机物料投入土壤相当于向土壤添加大量碳源，会改变土壤有机碳及其组分活性，而土壤有机碳组分间因存在高度异质性，较土壤有机碳能更灵敏地显示土地利用方式的变化[9]。同时，土壤微生物学特性可表征土壤健康状况[10]。土壤微生物生物量周转快，较其他环境因子能更快速响应土壤耕作制度和土壤肥力的差异[11]。土壤微生物量碳的消长反映了微生物利用土壤碳源进行自身细胞繁殖代谢和微生物解体有机碳矿化的过程[12]。土壤微生物量氮消长水平反映了土壤微生物利用土壤碳氮源合成自身物质并大量繁殖的程度[13]。【前人研究进展】研究表明，向土壤中添加有机物料（猪粪、紫云英、秸秆等）能够培肥红壤，提升地力，促进作物对养分的吸收，增强农作物抗逆性、增产提质[14-15]。郑亮等[12]研究表明猪粪化肥配施可以提高土壤微生物量碳氮，培肥土壤，提升作物产量。陈贵等[16]通过5年田间定位试验研究发现，较化肥处理，添加猪粪处理可以使土壤有机质、全氮等养分指标均有不同程度增加。王晓娇等[17]研究表明添加有机物料能显著提升土壤活性有机碳组分，增加土壤碳库稳定性。臧逸飞等[l8]经26年长期定位试验结果表明长期有机肥、有机无机肥合理配施能够提升土壤养分含量，增加土壤微生物量碳氮含量。徐一兰等[19]研究也表明长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮及其衍生指数，发现有机肥配施化肥对提高土壤肥力效果最好。【本研究切入点】长期定位试验能够反映有机碳组分、土壤微生物数量、活性及土壤肥力的稳定变化，对土壤合理施肥极具参考价值。但关于长期有机培肥条件下有机碳组分、微生物量碳氮与产量间的关系还有待进一步开展。【拟解决的关键问题】本研究拟通过长达40年的红壤长期有机培肥试验，分析不同施肥下水稻产量、有机碳组分含量及微生物量碳氮含量，探讨提升红壤肥力水平及水稻产量的有机培肥模式，为科学施肥及培肥地力提供科学依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
长期有机培肥定位试验开始于1981年，地点位于江西省红壤研究所红壤生态站（ 28°21'N，116°10'E）。该地区属于亚热带季风气候，夏热冬温，四季分明，季风发达，年平均降水量为1727 mm，海拔为25—30 m;土壤为潴育型红壤水稻土。初始耕层（ 0～20 cm）土壤理化指标[20]：pH 6.90、有机碳（ Organic carbon. SOC） 16.30 g·kg-l、全氮（ Totalnitrogen， TN） 1.49 g·kg-l、 全磷（ Total phosphorus.TP） 0.48 g·kg-l、 全钾 （Total potassium， TK） 10.40g·kg-l、碱解氮（ Available nitrogen，AN） 144 mg·kg-l、有效磷（ Available phosphorus，AP） 4.15 mg·kg-l和速效钾（ Available potassium， AK） 80.50 mg·kg-l。
1.2试验设计
试验共设6个施肥处理（表1），每个处理3个重复;试验小区采用随机区组排列，每个小区面积64 m2;为防止不同小区之间养分流动，各小区间筑水泥梗。试验水稻为当地主栽品种，5年更换1次。绿肥为紫云英，品种为江西地方品种余江大叶籽。此外，为满足水稻正常生长的需要，在施用有机肥的基础上，有机处理（M1、M2、M3和M4）每季额外施用化肥尿素（N 69 kg·hm-2）、钙镁磷肥（ P20530 kg·hm-2）和氯化钾（ K2067.5 kg·hm-2）。
1.3土壤样品采集
于2020年10月在晚稻收获前，采用“五点法”采集新鲜土壤样品，剔除土壤中石砾及植物残茬等杂物后将土壤混合均匀分为两部分：一部分储存于4℃冰箱，作为测定土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸样品;另一部分土壤经自然风干混匀后过I mm及0.15 mm筛用于测定土壤理化性质。
1.4理化性状测定方法
土壤基础理化指标参考鲍士旦土壤农化分析[21];土壤易氧化有机碳（Permanganate oxidative organic carbon，POXC）采用333 mmol·L-l高锰酸钾氧化法;游离态颗粒有机碳（ Free particulate organic carbon，FPOC）和闭蓄态颗粒有机碳（ OPOC）采用碘化钠（Nal）溶液浸提法[22];土壤可溶性有机碳（ Dissolved organiccarbon，DOC）采用TOC 3100分析仪测定[22];土壤微生物量碳（ Soilmicrobialbiomass carbon，SMBC）、氮（ Soil microbial biomass nitrogen，SMBN）采用氯仿熏蒸浸提法[20]。 1.5水稻测产
各小区全部实收测产并折算为每公顷产量。
1.6数据分析与处理
采用Excel 2016进行数据整理、SPSS 24.0进行统计分析，Tukey's B多重检验法进行显著性检验，Origin 2017进行作图;相关性分析采用Pearson双尾检验;R语言randomforest安装包进行Random Forest分析。
产量稳定指数[17]：
CV= YSD/ YAVE
（1）
SYI= （YAVE- YSD）/ Ymax
（2）
式中，CV指变异系数，某处理在年际间产量波动性，数值越小表示不同年际产量波动性越小。SYI指稳定性指数，表征某一处理是否可持续管理措施的指标，数值越大，可持续性越高。YSD、YAVE指产量标准差和平均产量，Ymax为处理中产量最高值。
2 结果与分析
2.1不同施肥处理下的土壤理化性状
由表2可知，经40年施肥管理后，红壤理化性质发生了明显变化。M3处理pH值（5.46）显著高于其他处理，有机培肥处理（ M1、M2、M3、M4）较化肥NPK处理有一定程度提高。M2、M3处理有机碳含量显著高于M1、NPK及CK处理（P<0.05），较不施肥CK处理（13.98 g·kg-1）分别提升48.3%和44.2%，较NPK处理（16.05 g·kg-l）分别提升29.2%和25 .6%;全氮、全磷、碱解氮、速效磷均表现为添加猪粪处理（ M2、M3）显著高于包含化肥NPK处理在内的其他处理（P <0.05），其中全氮含量表现为M2处理（2.78g·kg-l）、M3处理（2.70g·kg-l）较化肥NPK处理（2.09 g·kg-l）分别提升33%和29.2%;全磷含量表现为M2处理（1.81 g·kg-l）、M3处理（ 1.78 g·kg-1）较化肥NPK处理（1.32 g·kg-1）分别提升37.1%和34.8%;碱解氮含量表现为M2处理（216.38 mg·kg-l）、M3处理（208.64 mg·kg-l）较化肥NPK处理（164.92 mg·kg-l）分别提升31.2%和26.5%;速效磷含量表现为M2处理（73.53 mg·kg-l）、M3处理（69.97 mg·kg-I）较化肥NPK处理（18.43 mg·kg-l）分别提升299%和280%;全钾、速效钾、碳氮比在各处理间无显著性差异。
2.2不同施肥处理下有机碳组分含量、分配比例及相关性分析
由图1可知，较不施肥处理CK，施肥处理提高或显著提高了各形态有机碳组分含量。易氧化性有机碳（ POXC）含量表现为M2处理（8.98 g·kg-l）显著高于CK处理（6.46 g·kg-l） （P<0.05），其余各施肥处理间无显著性差异。游离态颗粒有机碳（ FPOC）表现为M2处理（0.97 g·kg-l）显著高于其处理（P<0.05），所有施肥处理显著高于对照CK处理（P<0.05）。闭蓄态颗粒有机碳（OPOC）含量M2处理（1.56 g·kg-l）显著高于M4处理（0.78 g.kg-l）（ P<0.05），较NPK处理（0.83 g·kg-l）有一定提升，但差异不显著。可溶性有机碳（ DOC）含量表现为M2处理（ 0.60 g·kg-l）显著高于CK处理（0.34 g·kg-l）和NPK处理（0.47 g·kg-l），NPK处理显著高于CK处理，各有机培肥处理之间差异不显著。
由图2可知，土壤易氧化性有机碳（ POXC）占土壤有机碳（ SOC）的39%～46%，占比最高，各处理间POXC的占比差异不显著（P>0.05）。土壤游离态颗粒有机碳（ FPOC）占SOC的比例为3%～5%，化肥NPK处理和有机培肥处理（M1、M2、M4）较不施肥CK处理显著提高了游离态颗粒有机碳分配比例（P<0.05），早稻施绿肥紫云英+猪粪的M2处理分配比例最高，但与化肥NPK处理差异不显著。土壤闭蓄态颗粒有机碳（ OPOC）占SOC的比例为4%～8%，化肥NPK处理较不施肥CK处理闭蓄态颗粒有机碳的比例有所降低，有机培肥处理（ M1、M2）较不施肥CK处理升高约2%，高于化肥NPK处理约3%，但差异均不显著。土壤可溶性有机碳（ DOC）占SOC的比例为2%～3%，有机培肥处理（ M1、M2、M3、M4）较不施肥CK处理可溶性有机碳的分配比例显著提高（P<0.05），但与NPK处理差异不显著。
由表3可知，土壤有机碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳呈极显著正相关关系（P<0.01），与闭蓄态颗粒有机碳相关性不显著;游离态颗粒有机碳与易氧化性有机碳呈显著相关（P<0.05）;可溶性有機碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳呈极显著正相关（P<0.01）。土壤活性有机碳组分间关系密切，且在一定程度上受土壤有机碳影响;闭蓄态颗粒有机碳受有机碳的影响较弱。
2.3不同施肥处理下土壤微生物量碳氮
由表4可知，化肥NPK处理和有机培肥处理（ M1、M2、M3、M4）均提高了微生物量碳（SMBC）含量，较CK处理提升22.1%—58.9%，早稻施绿肥+猪粪的M2处理（231.16 mg·kg-l）显著高于CK处理（P<0.05），与NPK及其他有机培肥处理差异不显著。M1处理微生物量氮（SMBN）含量（10.91mg·kg-l）最高，化肥NPK处理含量（8.75 mg·kg-l）最低，但各处理间差异不显著。M2处理土壤基础呼吸（ Soil base respiration， SBR）（2.34 mg·kg-l·h-l）显著高于CK处理和NPK处理（P<0.05），较CK处理（ 1.30 mg·kg-l·h-l）和NPK处理（1.56 mg·kg-l·h-l）分别提高80%、50%。 SMBC/SMBN、微生物熵（ Microbial quotient，qMB）在各处理间无显著性差异。 2.4不同施肥处理下水稻产量及其稳定性
由图3可知，NPK处理和有机培肥（M1、M2、M3、M4）处理均较CK处理产量显著增加（P<0.05）。早稻产量中，添加猪粪的M2（5 344 kg·hm-2）处理与M3（5010 kg·hm-2）处理产量较CK处理分别增长1.4倍、1.25倍，差异显著（P<0.05）;较NPK处理分别提高18.1%、10.6%，差异不显著（P>0.05）。晚稻产量中，M2（5232 kg·hm-2）处理、M3（5426kg·hm-2）处理产量依然处于较高水平，较CK处理分别增长0.59、0.65倍，差异显著（P<0.05）;较NPK处理分别提高15.7%、20.0%，差异不显著（P>0.05）。全年产量与早晚稻产量趋势相同，添加猪粪（ M2、M3）处理产量提升明显，优于NPK处理，但差异不显著（P>0.05）。变异系数和稳定性系数可以反映水稻产量的稳定性。由表5双季稻（ 2006--2020年）变异及稳定性系数可知，就早稻产量而言，NPK处理和有机培肥（M1、M2、M3、M4）处理的变异系数低于CK处理，而稳定系数高于CK处理;晚稻产量中，NPK处理和有机培肥（MI、M2、M3、M4）处理变异系数高于CK处理，稳定性系数高于CK处理;M3处理的产量稳定性系数最高，M2次之，绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理的早晚稻产量稳定性均高于化肥NPK处理，说明添加猪粪的有机培肥模式更利于水稻产量的稳定提升。
2.5长期有机培肥措施下水稻产量的影响因素
采用Random Forest分析以进一步阐明各因素对产量影响的显著性差异，发现产量与速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳呈极显著相关（ P<0.01），与全磷、游离态颗粒有机碳、易氧化性有机碳显著相关（ P<0.05）（图4）.
3讨论
3.1不同施肥处理对土壤理化性状的影响
施用有机肥可改善土壤理化性状，培肥土壤[23]。本研究结果显示，有机培肥（ M1、M2、M3、M4）处理对土壤的肥力的改善效果优于单施化肥，且绿肥紫云英+猪粪处理对土壤养分的改善效果表现突出。其原因在于施肥导致的碳投入增加可能对水稻土原有机碳产生负激发效应，抑制其分解损失[24]。绿肥紫云英+猪粪处理向土壤中输入大量有机碳，增加了土壤养分，改良并培肥了土壤[25]。本研究中，NPK处理也提高了土壤有机碳的含量，可能是水稻的良好生长增加了还田作物根系残茬量，这与石丽红等[26]研究一致。长期施用化肥会引起土壤氮的硝化作用及NO 3-的淋洗进而导致土壤酸化，pH值降低[27]，绿肥紫云英+猪粪处理提升了pH值，能有效缓解土壤酸化。一方面，长期施用有机肥可以提升土壤有机质含量，提升土壤缓冲酸和抗酸化的能力;另一方面，作物秸秆、有机粪肥向土壤补充了碱性物质，有机氮的矿化作用协同提升土壤pH进而改善土壤理化性质，提高土壤肥力[28-29]。添加猪粪处理的碳氮比值相对较低，同化作用强，利于土壤细菌的生长繁衍[29]。
3.2不同施肥处理对土壤有机碳组分的影响
土壤有机碳组分尽管只占有机碳总量的一小部分，却是土壤质量和养分循环的敏感指标，对施肥方式等因子变化响应更明显[30]。研究表明，有机物料还田显著影响土壤有机碳组分，其原因是农田有机物料投入后土壤活性有机碳库和土壤微生物活性均发生了变化，增加了植物残渣碳转化为活性有机碳的含量[26]。本研究结果显示，添加猪粪的施肥处理提高了土壤活性有机碳含量，猪粪分解过程中产生可利用的碳、氮及其他营养元素促进了水稻的生长，同时增加了根系分泌物，为微生物活动提供了碳源和良好的生物环境。易氧化性有机碳POXC作为土壤有机碳中周转最快的组分、土壤有机质动态变化的敏感指标[31]，包括氨基酸、简单碳水化合物、一部分土壤微生物生物量和其他简单有机化合物，既是土壤养分的潜在来源又是土壤微生物活动的重要能源。早稻施绿肥紫云英+猪粪的M2处理增加土壤活性，因此具有较快的土壤有机碳周转速率而POXC含量较高。本研究中，土壤POXC分配比例整体较高，说明养分循环速率快，土壤碳的活性大，易于分解矿化，对植物养分供应起直接效应。游离态颗粒有机碳FPOC是高活性有机碳，包括作物根系残茬和动植物残体，变化敏感[32]。本研究中，化肥NPK处理和有机培肥处理均较不施肥CK处理显著提高了FPOC含量及其分配比例。其原因可能是化肥投入会增加可供生物利用氮源，促进其活动，提高作物生物量，进而增加作物根系分泌归还量，而外源有机碳源的投入会增加动植物残茬及其分泌量[32]。本研究中化肥NPK处理闭蓄态颗粒有机碳OPOC含量及分配比例较不施肥CK处理有所下降，这与王玲莉等[33]研究具有相似性，长期单施化肥因促进土壤微生物活动、破坏土壤团聚体结构而对闭蓄态颗粒有机碳具有负效应。有机培肥处理OPOC有所上升，究其原因在于有机肥的胶结作用可以促进团聚体的形成，将闭蓄态颗粒碳包裹其中，避免微生物接触、降解，起到物理保护作用[34]。微生物代谢所需碳的重要来源之一是土壤可溶性碳DOC，具有一定的溶解性，可供土壤微生物直接利用[35]。猪粪还田会提高土壤可溶性有机碳含量，进而为微生物生长提供碳源，提升微生物活性[12]，本研究结果与此一致。土壤DOC占有机碳的比例为2%～3%，可能原因是红壤性水稻田因长期淹水与脱水循环交替，利于土壤DOC释放，故其分配比例较高。
3.3不同施肥处理对土壤微生物量的影响
研究结果显示，施用有机物料（添加猪粪或秸秆还田）提高了土壤微生物量碳氮，其原因是有机物料为土壤微生物提供了较多的碳源和养分，利于土壤微生物繁殖，改善土壤中微生物群落结构，提高微生物分解有机碳源速度，强化同化作用，提高土壤微生物量[11]。早稻施綠肥紫云英和猪粪的M2处理微生物量碳含量显著高于CK处理，并较NPK处理和其他有机物培肥处理有所提高，可能是猪粪的养分、有机碳和活性有机碳组分含量高于其他物料，土壤微生物吸收利用后，促进土壤微生物活性，微生物多样性更为丰富，进而提高了土壤微生物量碳。早稻施绿肥的M1处理微生物量氮含量最高，但各处理间微生物氮含量无显著差异，原因是豆科绿肥紫云英氮素含量高[36]，为微生物生长提供了更多氮源，促进了微生物的生长，提高了微生物生物量，这与高嵩涓等[37]的研究结果一致。单施化肥NPK处理微生物量氮含量有所下降，长期施用化肥会致使土壤酸化，影响微生物生存繁殖，降低微生物活性，微生物量降低[38]。土壤微生物熵从微生物学角度揭示土壤肥力差异，可有效指示有机物质施入土壤后微生物生物量碳转化的效率、土壤碳损失等[39]，其值越高，表明土壤有机碳的活性越强。本研究熵值为0.98%～1.1 3%，与郭乾坤等[20]的研究结果一致。土壤微生物群落结构也可通过土壤微生物量碳氮比来反映[40]，本研究中微生物量碳氮比值大于10，这可能是有机物料投入补充了碳源和氮源，增加了微生物分解底物来源，提高了微生物活性，促进了土壤微生物分解[41]。土壤微生物基础活性可通过土壤基础呼吸来表征，施肥能够促进土壤呼吸，且有机培肥变化更为明显。添加猪粪处理较不施肥处理显著提升，原因是有机物料投入增加了土壤有机质和微生物生物量，相应的呼吸量也随之升高[42]。 3.4不同施肥處理对水稻产量的影响
有机物料可为作物提供所需的养分，改善作物品质，提高作物产量。本研究结果显示，添加猪粪处理（ M2、M3）较其他有机培肥处理（M1、M4）和NPK处理能显著提升水稻产量，这与郭乾坤等[20]的研究一致。已有长期定位试验表明，增施有机物料可显著提升作物产量[43]。绿肥紫云英翻压还田向土壤补充了大量氮源，猪粪投入施用向土壤添加了大量碳源，土壤有机质产生激发效应，矿化速率发生改变，增加了可供水稻生长的缓效的养分[8]，利于水稻吸收生长。单施化肥的产量升高是因为化肥能短期内为水稻生长提供速效养分。绿肥紫云英添加猪粪有机培肥模式利于水稻产量稳定提升，是有机培肥模式的优选。双季稻产量提高的关键是基础地力的提高，王慧等[44]研究表明全氮是影响水稻产量的关键因素，其次是有机质、速效磷和速效钾，本试验结果具有相似之处，速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳是影响水稻产量的重要环境因子。
4结论
（1）长期有机培肥处理改善了红壤理化性质，增加了有机碳含量。其中有机物料添加猪粪处理能显著提高红壤有机碳组分、微生物量碳氮含量，绿肥紫云英添加猪粪处理对提升红壤肥力多个指标更显著，是培肥红壤肥力、提升红壤耕地质量的优选模式。
（2）长期有机培肥改变了红壤各形态有机碳组分的分配比例，提高了游离态颗粒有机碳和可溶性有机碳的分配比例，早稻施绿肥紫云英+猪粪处理效果更为明显;易氧化性有机碳是红壤有机碳的主要存在形式;土壤易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳关系密切。
（3）绿肥紫云英添加猪粪有机培肥模式对红壤水稻产量提升更显著，速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳是影响水稻产量的极显著环境因子。
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（责任编辑：张梅）
收稿日期：2021-0425初稿：2021-0625修改稿
作者简介：周旦（1996-）女，硕士，主要从事上壤碳循环方而研究（E-mail： elthdl23@163.com）
*通信作者：刘‘锋（ 1985-），男，农艺师，主要从事耕地上壤质量保护提升研究（E-mail： 109279800@qq.com）：徐培智（1963-），
男，研究员，主要从事植物营养与高效施肥研究（E-mail： pzxu007@163.com）
基金项目：广东省科技计划项日（2016A030313776、20178020233002）：广州市珠江科技新星专项（201710010182）：广东省农业科学院“十三五”学
科团队建设项目（20180IXX）：江西省红壤研究所博士启动基金项目（HRBS04）
关键词：红壤;长期有机培肥;有机碳组分;微生物量碳氮;产量
中图分类号：S 144.9;Q 939.96
文献标志码：A
文章编号：1008-03 84（ 2021）08-0867-11
Effects of Long-term Organic Fertilization on Organic Carbon and Microbial
Community in Red Soil and Rice Yield
ZHOUDan 1.2. WANGXin 1.2，GUOXiaojun 1.2， SUNJie 2， HUANGQinghaj 3，
YE Huicai 3. XIE Kaizhi 1.2. LIU Yifeng 4*. XU Peizhi 1.2*
（I.College of Resources and Environmental Science， Gansu Agricultural Universty， Lanzhou. Gansu 730070， China;
2.Institute of Agricultural Resources and Environment. Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong510640， China; 3. Jiangxi Institute of Red Soil. Nanchang， Jiangxi 331717. China; 4. Guangdong AgriculturalEnvironment and Cultivated Land Ouality Protection Center， Guangzhou， Guangdong 510500， China）
Abstract： 【Objective】 Effects of long-term application of organic waste. such as Chinese milk vetch. pig manure. and/orstraws. on the organic carbon components and microbial biomass in the soil. as well as the yield of rice cultivated twoconsecutive seasons in a year on the land were studied with the aid of a 40-year research project on red soil of rice paddyfields.【Methods】 Six treatments designed for the study included （1） CK of no added fertilizer. （2） NPK of chemical fertilizerapplication， （3） M1 0f Chinese milk vetch fertilization on early rice， （4） M2 0f Chinese milk vetch plus pig manure applications onearly rice， （5） M3 0f Chinese milk vetch applied on early rice and pig manure on late rice. and （6） M4 0f Chinese milk vetchapplication on early rice and straw retuming on late rice. Soil samples were collected at a depth of 020 cm before the late rice wasbarvested in 2020 for fertility determinations on organic carbons. microbial biomass， nitrogen， etc.【Result】 （1） Long-termorganic fertilization could increase rice yield. As shown in the study， the yields of the early rice under M2 and M3 increased I .4and l.25 times， respectively， and those of the late rice 0.59 and 0.65 times， respectively， over CK. In comparison with NPK， M2and M3 raised the early rice yield by 18.1% and 10.6%， respectively， and the late rice yield by 15.7% and 20.0%， respectively.（2） Long-term organic fertilization could enhance the organic carbon content in soil. As compared to CK. the contents ofpermanganate oxidative organic carbon， free particulate organic carbon， and dissolved organic carbon on the early rice fieldunder M2 significantly increased （P<0.05）. The free particulate organic carbon content of 0.97g . kg-l was significantly higherthan that under NPK treatment at 0.68 g·kg-1. The microbial biomass carbon in the soil under NPK. M1. M2. M3， or M4 was22.1% t0 58.9% higher than CK with the early rice field rendering the most significant effect at 231.2 mg·kg-l （P<0.05）.（3） Long-term organic fertilization could heighten the ratio of free particulate carbon and dissolved organic carbon distributionsin soil. The most significant results were observed on the early rice lots under M2. and the main form of carbon waspermanganate oxidative organic carbon. In the soil， organic carbon correlated with permanganate oxidative organic carbon， freeparticulate carbon. and dissolved organic carbon （P< 0.01）. And （4） long-term organic fertilization could also increase the totalnitrogen， alkali-hydrolyzed nitrogen， and other nutrients in the soil. The rice yield was found significantly correlate with theavailable phosphorus， organic carbon， total nitrogen， available nitrogen， and dissolved organic carbon in soil at P Key words： Red soil; long-term organic fertilization; organic carbons; microbial biomass carbon and nitrogen; yield
0 引言
【研究意义】红壤性水稻土是我国进行水稻种植的重要土壤类型[1]，但因其氧化势高、淋溶作用强，可供生物利用的有机质和养分含量相對较低[2]，易对水稻生长构成胁迫[3]。加之农业生产中长期大量施用化肥，尤其是氮肥，一方面会造成土壤酸化，土壤团粒结构遭到破坏，土壤板结、透气性差等，导致土壤质量严重下降，制约农田生态可持续发展[4-5];另一方面，化肥施用也导致土壤中的有益微生物减少，微生物活性降低[6]。有机培肥是改良和提升红壤肥力水平、提高耕地内在质量、保障粮食安全的主要举措。土壤肥力与土壤有机碳密切相关[7]，土壤肥力可通过土壤有机碳组分、微生物量碳氮来表征。有机物质施入土壤后对原有土壤有机质产生激发效应，土壤有机质矿化速率发生改变，释放营养元素供植物吸收利用，矿化过程受有机碳输入量、土壤呼吸与淋溶等综合环境条件制约，矿化的快慢势必会影响到作物产量[8]。有机物料投入土壤相当于向土壤添加大量碳源，会改变土壤有机碳及其组分活性，而土壤有机碳组分间因存在高度异质性，较土壤有机碳能更灵敏地显示土地利用方式的变化[9]。同时，土壤微生物学特性可表征土壤健康状况[10]。土壤微生物生物量周转快，较其他环境因子能更快速响应土壤耕作制度和土壤肥力的差异[11]。土壤微生物量碳的消长反映了微生物利用土壤碳源进行自身细胞繁殖代谢和微生物解体有机碳矿化的过程[12]。土壤微生物量氮消长水平反映了土壤微生物利用土壤碳氮源合成自身物质并大量繁殖的程度[13]。【前人研究进展】研究表明，向土壤中添加有机物料（猪粪、紫云英、秸秆等）能够培肥红壤，提升地力，促进作物对养分的吸收，增强农作物抗逆性、增产提质[14-15]。郑亮等[12]研究表明猪粪化肥配施可以提高土壤微生物量碳氮，培肥土壤，提升作物产量。陈贵等[16]通过5年田间定位试验研究发现，较化肥处理，添加猪粪处理可以使土壤有机质、全氮等养分指标均有不同程度增加。王晓娇等[17]研究表明添加有机物料能显著提升土壤活性有机碳组分，增加土壤碳库稳定性。臧逸飞等[l8]经26年长期定位试验结果表明长期有机肥、有机无机肥合理配施能够提升土壤养分含量，增加土壤微生物量碳氮含量。徐一兰等[19]研究也表明长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮及其衍生指数，发现有机肥配施化肥对提高土壤肥力效果最好。【本研究切入点】长期定位试验能够反映有机碳组分、土壤微生物数量、活性及土壤肥力的稳定变化，对土壤合理施肥极具参考价值。但关于长期有机培肥条件下有机碳组分、微生物量碳氮与产量间的关系还有待进一步开展。【拟解决的关键问题】本研究拟通过长达40年的红壤长期有机培肥试验，分析不同施肥下水稻产量、有机碳组分含量及微生物量碳氮含量，探讨提升红壤肥力水平及水稻产量的有机培肥模式，为科学施肥及培肥地力提供科学依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
长期有机培肥定位试验开始于1981年，地点位于江西省红壤研究所红壤生态站（ 28°21'N，116°10'E）。该地区属于亚热带季风气候，夏热冬温，四季分明，季风发达，年平均降水量为1727 mm，海拔为25—30 m;土壤为潴育型红壤水稻土。初始耕层（ 0～20 cm）土壤理化指标[20]：pH 6.90、有机碳（ Organic carbon. SOC） 16.30 g·kg-l、全氮（ Totalnitrogen， TN） 1.49 g·kg-l、 全磷（ Total phosphorus.TP） 0.48 g·kg-l、 全钾 （Total potassium， TK） 10.40g·kg-l、碱解氮（ Available nitrogen，AN） 144 mg·kg-l、有效磷（ Available phosphorus，AP） 4.15 mg·kg-l和速效钾（ Available potassium， AK） 80.50 mg·kg-l。
1.2试验设计
试验共设6个施肥处理（表1），每个处理3个重复;试验小区采用随机区组排列，每个小区面积64 m2;为防止不同小区之间养分流动，各小区间筑水泥梗。试验水稻为当地主栽品种，5年更换1次。绿肥为紫云英，品种为江西地方品种余江大叶籽。此外，为满足水稻正常生长的需要，在施用有机肥的基础上，有机处理（M1、M2、M3和M4）每季额外施用化肥尿素（N 69 kg·hm-2）、钙镁磷肥（ P20530 kg·hm-2）和氯化钾（ K2067.5 kg·hm-2）。
1.3土壤样品采集
于2020年10月在晚稻收获前，采用“五点法”采集新鲜土壤样品，剔除土壤中石砾及植物残茬等杂物后将土壤混合均匀分为两部分：一部分储存于4℃冰箱，作为测定土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸样品;另一部分土壤经自然风干混匀后过I mm及0.15 mm筛用于测定土壤理化性质。
1.4理化性状测定方法
土壤基础理化指标参考鲍士旦土壤农化分析[21];土壤易氧化有机碳（Permanganate oxidative organic carbon，POXC）采用333 mmol·L-l高锰酸钾氧化法;游离态颗粒有机碳（ Free particulate organic carbon，FPOC）和闭蓄态颗粒有机碳（ OPOC）采用碘化钠（Nal）溶液浸提法[22];土壤可溶性有机碳（ Dissolved organiccarbon，DOC）采用TOC 3100分析仪测定[22];土壤微生物量碳（ Soilmicrobialbiomass carbon，SMBC）、氮（ Soil microbial biomass nitrogen，SMBN）采用氯仿熏蒸浸提法[20]。 1.5水稻测产
各小区全部实收测产并折算为每公顷产量。
1.6数据分析与处理
采用Excel 2016进行数据整理、SPSS 24.0进行统计分析，Tukey's B多重检验法进行显著性检验，Origin 2017进行作图;相关性分析采用Pearson双尾检验;R语言randomforest安装包进行Random Forest分析。
产量稳定指数[17]：
CV= YSD/ YAVE
（1）
SYI= （YAVE- YSD）/ Ymax
（2）
式中，CV指变异系数，某处理在年际间产量波动性，数值越小表示不同年际产量波动性越小。SYI指稳定性指数，表征某一处理是否可持续管理措施的指标，数值越大，可持续性越高。YSD、YAVE指产量标准差和平均产量，Ymax为处理中产量最高值。
2 结果与分析
2.1不同施肥处理下的土壤理化性状
由表2可知，经40年施肥管理后，红壤理化性质发生了明显变化。M3处理pH值（5.46）显著高于其他处理，有机培肥处理（ M1、M2、M3、M4）较化肥NPK处理有一定程度提高。M2、M3处理有机碳含量显著高于M1、NPK及CK处理（P<0.05），较不施肥CK处理（13.98 g·kg-1）分别提升48.3%和44.2%，较NPK处理（16.05 g·kg-l）分别提升29.2%和25 .6%;全氮、全磷、碱解氮、速效磷均表现为添加猪粪处理（ M2、M3）显著高于包含化肥NPK处理在内的其他处理（P <0.05），其中全氮含量表现为M2处理（2.78g·kg-l）、M3处理（2.70g·kg-l）较化肥NPK处理（2.09 g·kg-l）分别提升33%和29.2%;全磷含量表现为M2处理（1.81 g·kg-l）、M3处理（ 1.78 g·kg-1）较化肥NPK处理（1.32 g·kg-1）分别提升37.1%和34.8%;碱解氮含量表现为M2处理（216.38 mg·kg-l）、M3处理（208.64 mg·kg-l）较化肥NPK处理（164.92 mg·kg-l）分别提升31.2%和26.5%;速效磷含量表现为M2处理（73.53 mg·kg-l）、M3处理（69.97 mg·kg-I）较化肥NPK处理（18.43 mg·kg-l）分别提升299%和280%;全钾、速效钾、碳氮比在各处理间无显著性差异。
2.2不同施肥处理下有机碳组分含量、分配比例及相关性分析
由图1可知，较不施肥处理CK，施肥处理提高或显著提高了各形态有机碳组分含量。易氧化性有机碳（ POXC）含量表现为M2处理（8.98 g·kg-l）显著高于CK处理（6.46 g·kg-l） （P<0.05），其余各施肥处理间无显著性差异。游离态颗粒有机碳（ FPOC）表现为M2处理（0.97 g·kg-l）显著高于其处理（P<0.05），所有施肥处理显著高于对照CK处理（P<0.05）。闭蓄态颗粒有机碳（OPOC）含量M2处理（1.56 g·kg-l）显著高于M4处理（0.78 g.kg-l）（ P<0.05），较NPK处理（0.83 g·kg-l）有一定提升，但差异不显著。可溶性有机碳（ DOC）含量表现为M2处理（ 0.60 g·kg-l）显著高于CK处理（0.34 g·kg-l）和NPK处理（0.47 g·kg-l），NPK处理显著高于CK处理，各有机培肥处理之间差异不显著。
由图2可知，土壤易氧化性有机碳（ POXC）占土壤有机碳（ SOC）的39%～46%，占比最高，各处理间POXC的占比差异不显著（P>0.05）。土壤游离态颗粒有机碳（ FPOC）占SOC的比例为3%～5%，化肥NPK处理和有机培肥处理（M1、M2、M4）较不施肥CK处理显著提高了游离态颗粒有机碳分配比例（P<0.05），早稻施绿肥紫云英+猪粪的M2处理分配比例最高，但与化肥NPK处理差异不显著。土壤闭蓄态颗粒有机碳（ OPOC）占SOC的比例为4%～8%，化肥NPK处理较不施肥CK处理闭蓄态颗粒有机碳的比例有所降低，有机培肥处理（ M1、M2）较不施肥CK处理升高约2%，高于化肥NPK处理约3%，但差异均不显著。土壤可溶性有机碳（ DOC）占SOC的比例为2%～3%，有机培肥处理（ M1、M2、M3、M4）较不施肥CK处理可溶性有机碳的分配比例显著提高（P<0.05），但与NPK处理差异不显著。
由表3可知，土壤有机碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳呈极显著正相关关系（P<0.01），与闭蓄态颗粒有机碳相关性不显著;游离态颗粒有机碳与易氧化性有机碳呈显著相关（P<0.05）;可溶性有機碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳呈极显著正相关（P<0.01）。土壤活性有机碳组分间关系密切，且在一定程度上受土壤有机碳影响;闭蓄态颗粒有机碳受有机碳的影响较弱。
2.3不同施肥处理下土壤微生物量碳氮
由表4可知，化肥NPK处理和有机培肥处理（ M1、M2、M3、M4）均提高了微生物量碳（SMBC）含量，较CK处理提升22.1%—58.9%，早稻施绿肥+猪粪的M2处理（231.16 mg·kg-l）显著高于CK处理（P<0.05），与NPK及其他有机培肥处理差异不显著。M1处理微生物量氮（SMBN）含量（10.91mg·kg-l）最高，化肥NPK处理含量（8.75 mg·kg-l）最低，但各处理间差异不显著。M2处理土壤基础呼吸（ Soil base respiration， SBR）（2.34 mg·kg-l·h-l）显著高于CK处理和NPK处理（P<0.05），较CK处理（ 1.30 mg·kg-l·h-l）和NPK处理（1.56 mg·kg-l·h-l）分别提高80%、50%。 SMBC/SMBN、微生物熵（ Microbial quotient，qMB）在各处理间无显著性差异。 2.4不同施肥处理下水稻产量及其稳定性
由图3可知，NPK处理和有机培肥（M1、M2、M3、M4）处理均较CK处理产量显著增加（P<0.05）。早稻产量中，添加猪粪的M2（5 344 kg·hm-2）处理与M3（5010 kg·hm-2）处理产量较CK处理分别增长1.4倍、1.25倍，差异显著（P<0.05）;较NPK处理分别提高18.1%、10.6%，差异不显著（P>0.05）。晚稻产量中，M2（5232 kg·hm-2）处理、M3（5426kg·hm-2）处理产量依然处于较高水平，较CK处理分别增长0.59、0.65倍，差异显著（P<0.05）;较NPK处理分别提高15.7%、20.0%，差异不显著（P>0.05）。全年产量与早晚稻产量趋势相同，添加猪粪（ M2、M3）处理产量提升明显，优于NPK处理，但差异不显著（P>0.05）。变异系数和稳定性系数可以反映水稻产量的稳定性。由表5双季稻（ 2006--2020年）变异及稳定性系数可知，就早稻产量而言，NPK处理和有机培肥（M1、M2、M3、M4）处理的变异系数低于CK处理，而稳定系数高于CK处理;晚稻产量中，NPK处理和有机培肥（MI、M2、M3、M4）处理变异系数高于CK处理，稳定性系数高于CK处理;M3处理的产量稳定性系数最高，M2次之，绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理的早晚稻产量稳定性均高于化肥NPK处理，说明添加猪粪的有机培肥模式更利于水稻产量的稳定提升。
2.5长期有机培肥措施下水稻产量的影响因素
采用Random Forest分析以进一步阐明各因素对产量影响的显著性差异，发现产量与速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳呈极显著相关（ P<0.01），与全磷、游离态颗粒有机碳、易氧化性有机碳显著相关（ P<0.05）（图4）.
3讨论
3.1不同施肥处理对土壤理化性状的影响
施用有机肥可改善土壤理化性状，培肥土壤[23]。本研究结果显示，有机培肥（ M1、M2、M3、M4）处理对土壤的肥力的改善效果优于单施化肥，且绿肥紫云英+猪粪处理对土壤养分的改善效果表现突出。其原因在于施肥导致的碳投入增加可能对水稻土原有机碳产生负激发效应，抑制其分解损失[24]。绿肥紫云英+猪粪处理向土壤中输入大量有机碳，增加了土壤养分，改良并培肥了土壤[25]。本研究中，NPK处理也提高了土壤有机碳的含量，可能是水稻的良好生长增加了还田作物根系残茬量，这与石丽红等[26]研究一致。长期施用化肥会引起土壤氮的硝化作用及NO 3-的淋洗进而导致土壤酸化，pH值降低[27]，绿肥紫云英+猪粪处理提升了pH值，能有效缓解土壤酸化。一方面，长期施用有机肥可以提升土壤有机质含量，提升土壤缓冲酸和抗酸化的能力;另一方面，作物秸秆、有机粪肥向土壤补充了碱性物质，有机氮的矿化作用协同提升土壤pH进而改善土壤理化性质，提高土壤肥力[28-29]。添加猪粪处理的碳氮比值相对较低，同化作用强，利于土壤细菌的生长繁衍[29]。
3.2不同施肥处理对土壤有机碳组分的影响
土壤有机碳组分尽管只占有机碳总量的一小部分，却是土壤质量和养分循环的敏感指标，对施肥方式等因子变化响应更明显[30]。研究表明，有机物料还田显著影响土壤有机碳组分，其原因是农田有机物料投入后土壤活性有机碳库和土壤微生物活性均发生了变化，增加了植物残渣碳转化为活性有机碳的含量[26]。本研究结果显示，添加猪粪的施肥处理提高了土壤活性有机碳含量，猪粪分解过程中产生可利用的碳、氮及其他营养元素促进了水稻的生长，同时增加了根系分泌物，为微生物活动提供了碳源和良好的生物环境。易氧化性有机碳POXC作为土壤有机碳中周转最快的组分、土壤有机质动态变化的敏感指标[31]，包括氨基酸、简单碳水化合物、一部分土壤微生物生物量和其他简单有机化合物，既是土壤养分的潜在来源又是土壤微生物活动的重要能源。早稻施绿肥紫云英+猪粪的M2处理增加土壤活性，因此具有较快的土壤有机碳周转速率而POXC含量较高。本研究中，土壤POXC分配比例整体较高，说明养分循环速率快，土壤碳的活性大，易于分解矿化，对植物养分供应起直接效应。游离态颗粒有机碳FPOC是高活性有机碳，包括作物根系残茬和动植物残体，变化敏感[32]。本研究中，化肥NPK处理和有机培肥处理均较不施肥CK处理显著提高了FPOC含量及其分配比例。其原因可能是化肥投入会增加可供生物利用氮源，促进其活动，提高作物生物量，进而增加作物根系分泌归还量，而外源有机碳源的投入会增加动植物残茬及其分泌量[32]。本研究中化肥NPK处理闭蓄态颗粒有机碳OPOC含量及分配比例较不施肥CK处理有所下降，这与王玲莉等[33]研究具有相似性，长期单施化肥因促进土壤微生物活动、破坏土壤团聚体结构而对闭蓄态颗粒有机碳具有负效应。有机培肥处理OPOC有所上升，究其原因在于有机肥的胶结作用可以促进团聚体的形成，将闭蓄态颗粒碳包裹其中，避免微生物接触、降解，起到物理保护作用[34]。微生物代谢所需碳的重要来源之一是土壤可溶性碳DOC，具有一定的溶解性，可供土壤微生物直接利用[35]。猪粪还田会提高土壤可溶性有机碳含量，进而为微生物生长提供碳源，提升微生物活性[12]，本研究结果与此一致。土壤DOC占有机碳的比例为2%～3%，可能原因是红壤性水稻田因长期淹水与脱水循环交替，利于土壤DOC释放，故其分配比例较高。
3.3不同施肥处理对土壤微生物量的影响
研究结果显示，施用有机物料（添加猪粪或秸秆还田）提高了土壤微生物量碳氮，其原因是有机物料为土壤微生物提供了较多的碳源和养分，利于土壤微生物繁殖，改善土壤中微生物群落结构，提高微生物分解有机碳源速度，强化同化作用，提高土壤微生物量[11]。早稻施綠肥紫云英和猪粪的M2处理微生物量碳含量显著高于CK处理，并较NPK处理和其他有机物培肥处理有所提高，可能是猪粪的养分、有机碳和活性有机碳组分含量高于其他物料，土壤微生物吸收利用后，促进土壤微生物活性，微生物多样性更为丰富，进而提高了土壤微生物量碳。早稻施绿肥的M1处理微生物量氮含量最高，但各处理间微生物氮含量无显著差异，原因是豆科绿肥紫云英氮素含量高[36]，为微生物生长提供了更多氮源，促进了微生物的生长，提高了微生物生物量，这与高嵩涓等[37]的研究结果一致。单施化肥NPK处理微生物量氮含量有所下降，长期施用化肥会致使土壤酸化，影响微生物生存繁殖，降低微生物活性，微生物量降低[38]。土壤微生物熵从微生物学角度揭示土壤肥力差异，可有效指示有机物质施入土壤后微生物生物量碳转化的效率、土壤碳损失等[39]，其值越高，表明土壤有机碳的活性越强。本研究熵值为0.98%～1.1 3%，与郭乾坤等[20]的研究结果一致。土壤微生物群落结构也可通过土壤微生物量碳氮比来反映[40]，本研究中微生物量碳氮比值大于10，这可能是有机物料投入补充了碳源和氮源，增加了微生物分解底物来源，提高了微生物活性，促进了土壤微生物分解[41]。土壤微生物基础活性可通过土壤基础呼吸来表征，施肥能够促进土壤呼吸，且有机培肥变化更为明显。添加猪粪处理较不施肥处理显著提升，原因是有机物料投入增加了土壤有机质和微生物生物量，相应的呼吸量也随之升高[42]。 3.4不同施肥處理对水稻产量的影响
有机物料可为作物提供所需的养分，改善作物品质，提高作物产量。本研究结果显示，添加猪粪处理（ M2、M3）较其他有机培肥处理（M1、M4）和NPK处理能显著提升水稻产量，这与郭乾坤等[20]的研究一致。已有长期定位试验表明，增施有机物料可显著提升作物产量[43]。绿肥紫云英翻压还田向土壤补充了大量氮源，猪粪投入施用向土壤添加了大量碳源，土壤有机质产生激发效应，矿化速率发生改变，增加了可供水稻生长的缓效的养分[8]，利于水稻吸收生长。单施化肥的产量升高是因为化肥能短期内为水稻生长提供速效养分。绿肥紫云英添加猪粪有机培肥模式利于水稻产量稳定提升，是有机培肥模式的优选。双季稻产量提高的关键是基础地力的提高，王慧等[44]研究表明全氮是影响水稻产量的关键因素，其次是有机质、速效磷和速效钾，本试验结果具有相似之处，速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳是影响水稻产量的重要环境因子。
4结论
（1）长期有机培肥处理改善了红壤理化性质，增加了有机碳含量。其中有机物料添加猪粪处理能显著提高红壤有机碳组分、微生物量碳氮含量，绿肥紫云英添加猪粪处理对提升红壤肥力多个指标更显著，是培肥红壤肥力、提升红壤耕地质量的优选模式。
（2）长期有机培肥改变了红壤各形态有机碳组分的分配比例，提高了游离态颗粒有机碳和可溶性有机碳的分配比例，早稻施绿肥紫云英+猪粪处理效果更为明显;易氧化性有机碳是红壤有机碳的主要存在形式;土壤易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳关系密切。
（3）绿肥紫云英添加猪粪有机培肥模式对红壤水稻产量提升更显著，速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳是影响水稻产量的极显著环境因子。
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（责任编辑：张梅）
收稿日期：2021-0425初稿：2021-0625修改稿
作者简介：周旦（1996-）女，硕士，主要从事上壤碳循环方而研究（E-mail： elthdl23@163.com）
*通信作者：刘‘锋（ 1985-），男，农艺师，主要从事耕地上壤质量保护提升研究（E-mail： 109279800@qq.com）：徐培智（1963-），
男，研究员，主要从事植物营养与高效施肥研究（E-mail： pzxu007@163.com）
基金项目：广东省科技计划项日（2016A030313776、20178020233002）：广州市珠江科技新星专项（201710010182）：广东省农业科学院“十三五”学
科团队建设项目（20180IXX）：江西省红壤研究所博士启动基金项目（HRBS04）