有机改良剂通过改变微生物残体和植物凋落物来影响土壤中的有机碳含量

　　土壤有机碳（SOC）的形成与不同有机改良剂及化肥的交互作用研究。通过氨基酸糖和木质素酚作为生物标志物，对比化学肥（F）、牛粪+化肥（FM）、猪粪+化肥（FC）、玉米秸秆+化肥（FS）及空白对照（CK）五种处理下SOC的积累差异。结果表明：与CK相比，F处理使SOC降低7.9%，而有机改良剂处理（FM/FC/FS）显著提高SOC 42.4%-55.6%；氨基酸糖（C_AS）占比下降9.6%-19.1%，木质素酚（C_LP）占比提升5.5%-28.5%。木质素酚来源的碳贡献率显著高于微生物残体碳，其中FS处理木质素酚含量最高（84.1%），FC处理氨基酸糖/木质素酚比值最低（1.67），显示有机改良剂类型显著影响SOC组分分配。

　　
该研究聚焦于不同有机改良剂对土壤有机碳（SOC）形成机制的影响，通过五年田间试验揭示了微生物残体与植物残体在SOC积累中的动态差异。研究采用山西农业大学生态观测站0-20厘米耕层土壤样本，对比了未施肥对照（CK）、纯化肥（F）、牛粪+化肥（FM）、猪粪+化肥（FC）、玉米秸秆+化肥（FS）五种处理组合，结合氨基酸糖和木质素酚的定量分析，解析了不同有机改良剂对微生物残体与植物残体在SOC中贡献比例的调控机制。

**核心发现与机制解析：**
1. **施肥显著改变SOC组分构成**
化学肥料单独施用（F处理）导致SOC总量下降7.9%，且氨基酸糖（C_AS）和木质素酚（C_LP）的绝对含量均显著低于CK（P<0.05）。这与化肥处理下土壤微生物活性增强、有机质分解加速有关。有机改良剂与化肥协同施用（FM/FC/FS）则使SOC总量提升42.4%-55.6%，其中木质素酚贡献率（C_LP）达22.48-28.89 mg/g SOC，较CK提高5.5%-28.5%，表明有机改良剂显著增强了植物残体向SOC的稳定转化。

2. **微生物残体与植物残体的竞争性转化**
化学肥料处理（F）使真菌残体（FNC）占比降低8.7%，而细菌残体（BNC）保持稳定，导致微生物总残体（MNC）下降7.7%。这与化肥施用后土壤pH从8.09（CK）升至8.15（F），抑制真菌活性相关。而有机改良剂处理（FM/FC/FS）通过提供碳源和改善微环境，使MNC总量提升27.6%-30.0%，其中BNC增幅达19.4%-34.8%。值得注意的是，植物残体中的木质素酚类物质（C_LP）与氨基酸糖（C_AS）呈现负相关：当C_LP含量提升时，C_AS相对比例下降9.6%-19.1%，说明有机改良剂改变了微生物分解途径——植物残体中难降解的木质素酚更易进入稳定SOC库，而微生物残体中的氨基酸糖因快速矿化而占比降低。

3. **有机改良剂类型对SOC的贡献差异**
不同有机改良剂导致木质素酚亚型分布显著分化：FS处理（玉米秸秆）中S型木质素酚占比最高（58.8-118.9 mg/kg），FC处理（猪粪）C型占比突出（69.1 mg/kg），而FM处理（牛粪）的V型木质素酚（Ac/Al）比例最低（17.3%）。这可能与有机改良剂的化学结构差异有关：秸秆作为直接碳源富含S型木质素，而动物粪便经消化后释放的简单酚类更易转化为C型结构。此外，FS处理中氨基酸糖/木质素酚（AS/LP）比值最低（1.67），表明秸秆还田更易促进木质素酚的稳定储存。

**关键科学启示：**
- **植物残体优先转化为稳定碳库**：有机改良剂通过增加土壤有机质输入，改变了微生物分解策略。木质素酚因三维网状结构和酚羟基的疏水性，在土壤矿物表面吸附能力（如铁铝氧化物）、聚集体形成（>2微米颗粒）及化学键合（如木质素-Fe3?络合）显著优于微生物残体中的氨基酸糖。
- **有机-无机协同增效机制**：化学肥料提供的矿质营养（N/P/K）与有机改良剂中的碳源形成协同效应。例如，FS处理中玉米秸秆的碳输入（12000 kg/ha）与化肥的氮磷钾配比（225 kg N/ha）匹配，使根系分泌物（含多酚类物质）与秸秆残体共同构建物理屏障，延缓微生物分解进程。
- **动物粪便的潜在风险**：FC处理中猪粪的C/N比（10.2:1）显著低于牛粪（13.4:1）和秸秆（14.2:1），导致更高的氨挥发强度（估算超出CK 18.5%），加速木质素酚的氧化降解。这提示在半干旱地区，高C/N比的有机肥（如牛粪）更适合与化肥配施。

**应用建议与局限性：**
- **精准有机肥配施策略**：针对山西旱作区Calcarie-Fluvie Cambisol特性，推荐采用FS（秸秆+化肥）或FM（牛粪+化肥）组合，其S/V（木质素酚结构比）分别为1.67和1.81，显著低于FC处理（2.36），表明有机肥类型选择直接影响碳库稳定性。
- **长期监测必要性**：研究仅采集五年后数据，而SOC积累具有滞后性（如秸秆分解需2-3年才能形成稳定腐殖质）。建议后续研究延长至10年以上，并引入δ13C标记追踪不同碳源的贡献动态。
- **区域适应性差异**：试验发现猪粪（FC）虽能提升短期作物产量（较CK增41.6%），但木质素酚氧化率（Ac/Al）达1.05，可能加剧土壤酸化风险。需结合当地土壤pH（CK为8.09，FC降至7.92）和作物特性综合评估。

该研究为华北旱作区农田碳汇管理提供了理论依据，证实有机改良剂类型选择需兼顾碳输入形态与土壤微生物群落响应，其中秸秆还田（FS）在维持SOC稳定性方面表现最优，而动物粪便（FC）可能更适合短期产量提升与土壤改良结合的复合目标。