有机物料添加对黑垆土和黄绵土有机碳组分的影响

Effects of organic material addition on organic carbon fractions in black loessial and loessial soils

摘要

目的 研究12种不同外源有机物料，包括烟杆生物炭、果木枝条生物炭、小麦秸秆、油菜秸秆、鸡粪、牛粪、葡萄糖、纤维素、LB培养基、聚丙烯酰胺（PAM）、腐植酸肥、壳聚糖，对典型黄土（黑垆土与黄绵土）理化特性及土壤有机碳组分的影响，为农田土壤质量提升过程中有机改良剂的选择与应用提供理论依据。 方法 将有机物料与风干土壤以3%的质量比混合，并进行100 d的室内培养试验，同时设置不添加有机物料为对照组（CK）。利用密度浮选结合湿筛的方法分离并计算土壤游离态颗粒有机碳（FPOC）、闭蓄态颗粒有机碳（OPOC）、颗粒态有机碳（POC）和矿质结合态有机碳（MOC）4个有机碳组分，通过冗余分析（RDA）对土壤理化性质与有机碳组分之间的关系进行解析。 结果 ①与CK相比，有机物料添加能够有效降低两种典型黄土的碳酸钙含量，提高土壤电导率、TOC以及全氮（纤维素添加除外）含量。 ②与CK相比，土壤中FPOC，OPOC，POC和MOC含量均有所提高，其中以果木枝条生物炭、烟杆生物炭、小麦秸秆添加处理下的FPOC增量最大，黑垆土中相应各指标分别提高了2 158.5%，1 545.3%，907.5%，黄绵土中各指标含量分别提高了2 971.8%，1 717.9%，1 730.8%。 ③FPOC，OPOC，POC和MOC含量与TOC呈极显著的正相关关系（p<0.01）。C/N及全氮含量是影响土壤各组分有机碳含量的主要原因，其解释率在黑垆土和黄绵土中分别达到了76.1%和76.3%。 结论 有机物料添加使TOC含量升高，有效地改善了土壤理化性质，使土壤FPOC，OPOC，POC和MOC含量与CK相比均有所提高。C/N及全氮含量是影响土壤各组分有机碳含量的主控因素。

Abstract

Objective The effects of 12 different exogenous organic materials， including tobacco stalk biochar， fruit tree branch biochar， wheat straw， rapeseed straw， chicken manure， cow manure， glucose， cellulose， LB medium， polyacrylamide （PAM）， humic acid fertilizer and chitosan， on the physicochemical properties and soil organic carbon fractions of typical loess （black loessial and loessial soils） were studied to provide a theoretical basis for selecting and applying organic soil conditioners to improve the quality of cultivated soil. Methods Organic materials were mixed with air-dried soil at a mass ratio of 3%， and a 100-day indoor incubation experiment was conducted using a control group （CK） without organic material addition. Density flotation combined with wet sieving was used to separate and quantify four organic carbon fractions： free particulate organic carbon （FPOC）， occluded particulate organic carbon （OPOC）， particulate organic carbon （POC）， and mineral-associated organic carbon （MOC）. Redundancy analysis was performed to analyze the relationships between soil physicochemical properties and organic carbon fractions. Results ① Compared with CK， the addition of organic materials effectively reduced the calcium carbonate content of the two typical loess soils and increased the soil electrical conductivity， TOC and total nitrogen （except for cellulose addition）. ② Compared with CK， the contents of FPOC， OPOC， POC， and MOC in the soil increased， with the largest increments in FPOC observed under treatments with fruit tree branch biochar， tobacco stalk biochar and wheat straw. In black loessial soil， the corresponding indicators increased by 2 158.5%， 1 545.3%， and 907.5%， respectively， whereas in loessial soil， the increases were 2 971.8%， 1 717.9% and 1 730.8%， respectively. ③ A highly significant positive correlation was noted between FPOC， OPOC， POC， MOC contents and TOC （p<0.01）. The C/N ratio and total nitrogen content were the primary factors influencing the organic carbon content of the soil components， with explanation rates reaching 76.1% and 76.3% in black loessial and loessial soils， respectively. Conclusion The addition of organic materials increased TOC content， and effectively improved soil physicochemical properties. Compared with CK， the contents of FPOC， OPOC， POC， and MOC in the soil increased. The C/N ratio and total nitrogen content were the dominant factors influencing the organic carbon content of the soil components.

Graphical abstract

关键词

秸秆 / 生物炭 / 颗粒态有机碳 / 有机碳组分 / 矿质结合态有机碳 / 黑垆土 / 黄绵土

Key words

straw / biochar / particulate organic carbon / organic carbon fractions / mineral-associated organic carbon / black loessial soil / loessial soil

文献参数： 王丹丹， 赵欢欢， 许晨阳， 等.有机物料添加对黑垆土和黄绵土有机碳组分的影响［J］.水土保持通报，2025，45（4）：267-276. Citation:Wang Dandan， Zhao Huanhuan， Xu Chenyang， et al. Effects of organic material addition on organic carbon fractions in black loessial and loessial soils ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation，2025，45（4）：267-276.

土壤有机质（soil organic matter， SOM）作为土壤中不可或缺的重要组分，深刻影响着其物理结构、化学特性及生物活性，在农业生态系统中扮演着多重关键角色。它不仅是土壤养分储存库，还驱动着微生物群落的活动与养分循环过程，有效促进土壤结构优化和保水能力提升，显著降低土壤侵蚀风险^［1-2］。SOM的数量与质量，直接关系到土壤的整体肥力及农业生产水平^［3］。

外源有机物料添加长期被视为改良土壤质量的有效策略，通过增加土壤有机输入，显著改变SOM的数量与质量，进而优化土壤环境。然而，单纯依赖土壤总有机碳（total organic carbon， TOC）含量作为评估指标存在局限性，它仅能反映有机碳的总体变化，难以全面揭示土壤质量内在的动态变化过程^［4］。因此，深入探索SOM功能性组分及其动态变化，是解析土壤质量提升原理的关键。土壤有机碳物理分组方法对土壤颗粒和有机碳的破坏性低，直接反映土壤结构与功能特性，因而受到广泛关注。该方法将土壤有机碳分为颗粒态有机碳（particulate organic carbon， POC）及矿质结合态有机碳（mineral-associated organic carbon， MOC）两大类，其中POC又可细分为游离态颗粒有机碳（free particulate organic carbon， FPOC）和闭蓄态颗粒有机碳（occluded particulate organic carbon， OPOC），每一类均承载着特定的土壤功能与稳定性特征^［5-6］。

在全球范围内，因外源有机物料的输入对土壤环境改善、功能提升及作物产量增加的显著贡献，正逐步成为替代传统无机肥料与短效肥料的重要选择^［7-8］。目前，关于添加外源有机物料对土壤理化性质和土壤有机碳组分的影响，国内外学者已经进行了大量的相关研究^［9-10］，明确了有机物料添加对土壤理化性质和有机碳组分影响的直接和间接作用^［11］。然而，不同类型有机物料的添加效果受物料自身性质、添加量及试验条件等多种因素影响，展现出高度的复杂性与差异性^［12］。因此，系统评估多种有机物料对土壤理化性质和有机碳组分影响的差异，对于科学指导有机改良剂在土壤管理中的应用至关重要。

本研究通过室内短期培养试验，选择生物炭、农作物秸秆、畜禽粪便、简单有机物、微生物培养基、合成高分子以及特殊有机肥料共7类代表性有机物料，深入探究其对黑垆土与黄绵土理化性质及不同形态有机碳组分（FPOC， OPOC， POC， MOC）的影响。通过定量与定性分析，旨在全面揭示SOM对外源有机物料添加的响应机制，为农田土壤质量提升过程中有机改良剂的科学选择与合理应用提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验供试土壤为黄绵土和黑垆土，于2023年4月采集，分别采自陕西延安安塞水土保持野外试验站和陕西咸阳长武农田生态系统野外试验站，且均为耕层土壤（0—20 cm），土样风干后去除动植物残体、石块、结核等，并全部过2 mm筛。于2023年7月进行室内培养，2023年10月培养结束取出，共培养100 d并开始进行试验。

采用常规分析方法分析其基本理化性质^［13］，采用环刀法测得黑垆土和黄绵土的田间持水量分别为21.4%和19.9%。有机碳采用重铬酸钾外加热法测定；全氮采用凯氏定氮仪测定（KDY-9 830，KETUO）；土壤pH值采用电极法进行测定（土水比为1︰2.5）；土壤碳酸钙含量采用气量法测定；电导率利用电导率仪（DDSJ-308 F）进行测定；土壤颗粒分析采用英国马尔文公司生产的MS2000激光粒度仪测定，并按照国际制标准划分为砂粒（2~0.02 mm）、粉粒（0.02~0.002 mm）和黏粒（<0.002 mm）3个粒级，结果如表1所示。

本试验共选择了7类12种外源有机物料包括：生物炭（烟杆、果木枝条生物炭）、农作物秸秆（小麦、油菜秸秆）、畜禽粪便（鸡粪、牛粪）、简单有机物（葡萄糖、纤维素）、微生物培养基（LB培养基）、合成高分子（聚丙烯酰胺（polyacrylamide， PAM））以及特殊有机肥料（腐植酸肥、壳聚糖）。使用元素分析仪（Elementar Vario EL Ⅲ，德国）对外源有机物料元素含量进行测定（表2）。

1.2 试验设计

本试验为100 d的室内土壤培养试验。将外源有机物料与风干土壤以3%的质量比（每个试验单元加入30 g有机物料和1 000 g土）充分混合均匀，放入带盖塑料盒中，加水至田间持水量，使土壤充分湿润，盖上盖子（盖子上打有数量一致的小孔，保证一定的空气和水气交换），然后置于温室，在自然温度下培养，试验期间采用恒重法定期加水以保持水分含量为田间持水量的70%，以不添加外源有机物作为对照（CK），设3组重复试验，共计78个试验单元。

1.3 测定方法

土壤理化性质采用常规分析方法测定^［13］。

通过密度浮选结合湿筛的方法将土壤有机碳分为FPOC，OPOC，MOC 3个组分，POC含量则通过FPOC和OPOC二者之和计算得到。具体操作步骤如下^［5-6］：

称取10.00 g过2 mm筛的风干土壤样品于100 ml的离心管中，加入密度为1.7 g/cm³的碘化钠50 ml，用手摇动1 min后放入摇床振荡（60 r/min）30 min，震荡完成后以3 500 r/min离心15 min，收集上清液并进行抽滤（过0.45 μm滤膜），用蒸馏水洗涤滤膜上的样品，以此洗掉碘化钠，收集滤膜上的残渣即可测得FPOC的含量。

对离心管内的土壤残渣进一步进行OPOC和MOC的分离。具体操作方法如下：向土壤残渣中加入50 ml 0.5%的六偏磷酸钠溶液，以200 r/min的频率振荡18 h，将振荡后的土壤溶液过53 μm筛子，通过筛子的为MOC，残留在筛子中的为OPOC。然后用蒸馏水洗涤上述MOC和OPOC数次，烘干（60 ℃）后称重。

所有不同组分的有机碳含量用重铬酸钾外加热法进行测定。最后通过公式（1）分别计算土壤FPOC，OPOC，MOC含量。

C_x=\frac{F_x{W}_x}{W_t}（1）

式中：C_x为土壤各组分有机碳含量（g/kg）； F_x为各组分样品中有机碳含量（g/kg）； W_x为土壤各组分样品质量（g）； W_t为土壤总质量（g）； x为FPOC，OPOC，MOC各组分。

1.4 数据处理

用SPSS 25.0软件对土壤理化性质和有机碳组分含量进行单因素方差分析（one-way ANOVA）及多重检验（least significant difference， LSD）。

显著性概率设为p<0.05；利用Origin 2021软件中的皮尔逊（Pearson）相关分析研究土壤各有机碳组分间的相关性；通过Canoco 5.0软件进行土壤理化性质与有机碳组分间的冗余分析（RDA）。

2 结果与分析

2.1 有机物料添加对土壤理化性质的影响

由表3—4可知，与CK相比，添加烟杆生物炭、果木枝条生物炭、纤维素、LB培养基和PAM后，黑垆土与黄绵土pH值显著提高，其余处理pH值则降低，并且黑垆土与黄绵土pH值变化表现出相同的规律，其按从大到小排序为：纤维素>烟杆生物炭>果木枝条生物炭>LB培养基>PAM>CK>小麦秸秆>腐植酸肥>葡萄糖>牛粪>油菜秸秆>鸡粪>壳聚糖。黑垆土与黄绵土电导率在有机物料添加后与CK相比均有所提高，且PAM、纤维素和LB培养基添加后电导率显著高于其他处理，黑垆土显著提高了4 553.3%，2 133.3%，2 080.0%，黄绵土显著提高了5 600.0%，2 900.0%，2 618.2%。与CK相比，有机物料添加使黑垆土和黄绵土碳酸钙含量降低，全氮含量升高（纤维素添加除外），其中壳聚糖、腐植酸肥、LB培养基添加使全氮含量显著高于其他处理，黑垆土显著提高了113.2%，109.4%，94.3%，黄绵土显著提高了476.2%，195.2%，157.1%。总有机碳含量与CK相比显著提高，并且按总有机碳含量从高到低排列顺序为：果木枝条生物炭>烟杆生物炭>壳聚糖>小麦秸秆>牛粪>纤维素>PAM>腐植酸肥>油菜秸秆>葡萄糖>鸡粪>LB培养基>CK（黄绵土为油菜秸秆>腐植酸肥）。黑垆土和黄绵土C/N除LB培养基、腐植酸肥、壳聚糖添加后与CK相比显著降低外，其余有机物料添加则表现为降低不显著或有所提高。

2.2 有机物料添加对土壤有机碳组分含量的影响

由图1可知，黑垆土与黄绵土FPOC，OPOC，POC和MOC含量与CK相比均有所提高。黑垆土的FPOC含量除LB培养基、PAM和壳聚糖添加后与CK相比提高不显著外，其余有机物料添加均使FPOC含量显著提高；黄绵土则在有机物料添加后均显著提高。与CK相比，果木枝条生物炭、烟杆生物炭、小麦秸秆、纤维素和油菜秸秆添加使FPOC增量高于其他处理，其中黑垆土提高了2 158.5%，1 545.3%，907.5%，888.7%，447.2%；黄绵土提高了2 971.8%，1 717.9%，1 730.8%，948.7%，907.7%，而其他有机物料添加则使黑垆土提高了50.9%~377.4%，使黄绵土提高了300.0%~705.1%（p<0.05）（图1a），并且FPOC占TOC的比例除黑垆土PAM添加没有增加外，其余处理均有所增加，其中烟杆生物炭、果木枝条生物炭、小麦秸秆、油菜秸秆和纤维素添加使FPOC占TOC的比例高于其他处理（图2）。

有机物料添加对土壤OPOC含量的影响如图1b所示，与CK相比，有机物料添加使黑垆土OPOC含量显著提高，黄绵土则除纤维素、LB培养基和腐植酸肥添加后提高不显著外，其余有机物料添加均使OPOC含量显著提高。按OPOC含量与CK相比的增量排序黑垆土为：PAM（469.9%）>壳聚糖（449.5%）>烟杆生物炭（443.7%）>小麦秸秆（290.3%）>牛粪（281.6%）>果木枝条生物炭（276.7%）>鸡粪（200.0%）；黄绵土为：烟杆生物炭（549.4%）>壳聚糖（461.4%）>牛粪（321.7%）> PAM（274.7%）>果木枝条生物炭（268.7%）>鸡粪（159.0%）>小麦秸秆（155.4%），其余处理在黑垆土和黄绵土中均增量较低，且其顺序均为：油菜秸秆>葡萄糖>纤维素>LB培养基>腐植酸肥（黑垆土：35.9%~146.6%；黄绵土：3.6%~114.5%），并且黑垆土的OPOC含量在所有处理中均高于黄绵土（p<0.05）。由图2可知，因有机物料的加入使OPOC占总有机碳的比例增加（添加腐植酸肥除外），其中牛粪、PAM和壳聚糖添加使OPOC占总有机碳的比例较大。

有机物料添加后土壤POC含量与CK相比显著提高（p<0.05），其中，果木枝条生物炭、烟杆生物炭和小麦秸秆添加使土壤POC含量显著高于其他处理，且其与CK相比，黑垆土显著提高了915.4%，817.9%，500.0%，黄绵土显著提高了1 143.0%，931.4%，665.3%，其余处理黑垆土提高了44.2%~364.7%，黄绵土提高了101.7%~446.3%，并且LB培养基和腐植酸肥添加使土壤POC含量提高较少（图1c）。

有机物料添加对土壤MOC含量的影响如图1d所示，与CK相比，除小麦秸秆、油菜秸秆、鸡粪、纤维素和PAM添加处理外，其余有机物料添加均显著提高了黑垆土中的MOC含量。按黑垆土MOC含量与CK相比的增量排序为：壳聚糖（43.1%）>腐植酸肥（42.1%）>果木枝条生物炭（31.3%）>烟杆生物炭（29.5%）>葡萄糖（21.3%） >牛粪（21.1%）>LB培养基（17.5%）>小麦秸秆（7.7%）>纤维素（5.1%）>油菜秸秆（5.0%）>鸡粪（2.7%）>PAM（0.7%）（p<0.05）。黄绵土各处理MOC占土壤TOC的含量均低于黑垆土，并且因有机物料的加入使黑垆土与黄绵土的MOC占总有机碳的比例降低，在果木枝条生物炭、烟杆生物炭和小麦秸秆添加后，MOC占总有机碳的比例与其他处理相比较小（图2）。与CK相比，除添加油菜秸秆、LB培养基和PAM后MOC含量提高不显著外，其余有机物料添加均使黄绵土MOC含量显著提高。按黄绵土MOC含量与CK相比的增量排序为：壳聚糖（131.4%）>烟杆生物炭（95.6%）>腐植酸肥（79.4%）>纤维素（52.8%）>果木枝条生物炭（36.1%）>鸡粪（24.7%）>牛粪（22.2%）>葡萄糖（22.2%）>小麦秸秆（21.1%）>LB培养基（11.7%）>油菜秸秆（2.5%）>PAM（1.1%）（p<0.05）。

2.3 土壤理化性质与有机碳组分间的相关性分析

由有机物料化学性质与土壤总有机碳的Pearson相关性分析可知（表5），黑垆土与黄绵土的TOC含量与有机物料的含碳量之间呈显著正相关（p<0.05），相关系数分别为0.707^*和0.698^*，与C/N之间呈极显著正相关（p<0.01），相关系数分别为0.871^**和0.822^**，说明土壤有机碳的变化不只与有机物料自身碳含量有关，更受有机物料C/N的影响。

土壤有机碳是衡量土壤质量的重要指标，土壤TOC及不同有机碳组分（FPOC，OPOC，POC，MOC）的相关关系如表6所示。在黑垆土中，FPOC，OPOC，POC，MOC与土壤TOC间呈极显著相关（相关系数分别为0.890^**，0.620^**，0.967^**，0.499^**，n=39），并且POC与FPOC和OPOC间也呈极显著相关（相关系数分别为0.926^**和0.631^**，n=39）。黄绵土的FPOC，OPOC，POC，MOC与土壤TOC间也呈极显著相关（相关系数分别为：0.833^**，0.755^**，0.950^**，0.532^**，n=39），并且不仅POC与FPOC和OPOC间呈极显著相关（相关系数分别为0.938^**和0.665^**，n=39），同时OPOC与FPOC和MOC间也呈显著/极显著相关（相关系数分别为0.364^*和0.544^**，n=39），其中黑垆土与黄绵土的TOC与POC和FPOC组分的相关系数均相对较高。

为了进一步分析土壤理化性质与土壤有机碳组分的相关程度，将TOC，FPOC，OPOC，POC和MOC作为响应变量，5个土壤理化性质（pH、电导率、碳酸钙、全氮、C/N）作为解释变量进行冗余分析。由图3a可知，对于黑垆土，第一轴能够解释土壤有机碳组分含量变异量的66.27%，第二轴可解释土壤有机碳组分含量变异量的14.74%，两轴累计解释量为81.01%。影响MOC含量的主要因素是全氮，且全氮和MOC之间呈显著正相关（p<0.05），影响TOC，FPOC，OPOC，POC含量的主要因素是C/N，且TOC，FPOC，POC和C/N之间呈极显著正相关（p<0.01）。土壤因素的影响大小排序为C/N、全氮、pH值、电导率、碳酸钙，其中C/N可解释土壤有机碳组分含量变异的52.2%（F=12，p=0.002），全氮含量可解释土壤有机碳组分含量变异的23.9%（F=10，p=0.002），二者共同解释率达76.1%。

由图3b可知，第一轴能够解释黄绵土有机碳组分含量变异量的63.60%，第二轴可解释黄绵土有机碳组分含量变异量的16.55%，两轴累计解释量为80.15%。影响MOC和OPOC含量的主要因素是碳酸钙和全氮，且全氮和MOC之间呈显著正相关（p<0.05），影响TOC，FPOC，POC含量的主要因素是C/N，且与C/N之间呈极显著正相关（p<0.01）。土壤因素的影响大小排序为C/N、全氮、电导率、碳酸钙、pH值，其中C/N可解释土壤有机碳组分含量变异的46.3%（F=9.5，p=0.006），全氮含量可解释土壤有机碳组分含量变异的30.0%（F=12.6，p=0.002），二者共同解释率达76.3%。整体来看，无论是黄绵土还是黑垆土，C/N和全氮都是影响土壤有机碳组分的主控因素。

3 讨 论

3.1 有机物料添加对土壤理化性质的影响

土壤pH值是影响土壤微生物生命活动的关键因素，其中，大多数微生物在pH值介于6.5至7.5的范围内表现出最佳活性^［14］。本研究中，黑垆土与黄绵土自身呈碱性，各类有机物料添加后黑垆土与黄绵土pH变化表现出相同的规律，与CK相比，小麦秸秆、腐植酸肥、葡萄糖、牛粪、油菜秸秆、鸡粪及壳聚糖等有机物的添加均有效降低了土壤pH值，其中壳聚糖的效果尤为显著，使土壤pH调节至大多数土壤微生物的最适范围内（黑垆土pH值为7.25，黄绵土pH值为7.39），为微生物的繁衍生息创造了理想环境。土壤电导率是衡量土壤水溶性盐含量的重要指标，在一定程度上可以指示土壤中钾、钠、钙、镁等主要盐基离子的含量变化^［15］，一般来说土壤中水溶性盐的含量越高，其电导率值就越大。在生物炭的制备过程中，生物质原料中部分养分得以高度浓缩与富集，所以制备的生物炭中含有较高含量的K⁺，Na⁺，Ca²⁺，Mg²⁺等盐基离子^［16］，因此，生物炭的施入不仅提升了土壤的盐基饱和度，增加了电导率，还通过降低交换性H⁺和Al³⁺的比例，促进了土壤pH值的升高^［17］。农作物秸秆与畜禽粪便的添加也因其自身富含多种养分元素，增加了土壤阳离子含量，进而提升了电导率^［18］，而其他处理也使电导率升高，说明有机物料加入可使土壤中的盐基离子含量增加。有机物料添加使土壤碳酸钙含量降低，一方面可能是有机物料在分解过程中会释放腐植酸等有机酸，这些酸性物质可直接与土壤中的碳酸钙发生反应，导致其溶解^［19］。另一方面可能是SOC含量增加会提高土壤中二氧化碳浓度，HCO₃^-和H⁺含量从而提高，在土壤中形成酸性环境，促进碳酸钙溶解^［20］。此外，本研究中有机物料添加不仅提高了全氮含量，还显著提高了土壤有机碳的含量，这一显著增长主要得益于所添加有机物料自身碳、氮含量较高。果木枝条生物炭、烟杆生物炭、壳聚糖自身碳含量与其他有机物料相比明显较高，所以这可能是以上3种有机物料添加进土壤后有机碳含量增加最多的原因之一，另外还可能是因为生物炭本身富含性质更加稳定的有机碳^［16］。壳聚糖添加可使土壤达到了大多数微生物的最适pH，因此可能促进了土壤有机碳的形成与积累。

3.2 有机物料添加对土壤有机碳组分的影响

土壤POC按照在土壤结构中的位置及受保护程度不同可以分为FPOC和OPOC^［21］。FPOC填充在团聚体与团聚体之间的大孔隙中，主要是颗粒较大的未分解或半分解的动植物和根系残体；而OPOC是分布在团聚体内部的动植物残体^［22］。本研究发现，有机物料添加后土壤POC占TOC的比例升高，表明有机物料的加入使土壤活性有机碳比例升高，同时在黄绵土中除壳聚糖添加以及黑垆土中除壳聚糖和PAM添加外，其余处理与CK相比，FPOC的增量均大于OPOC的增量，说明本研究大部分有机物料添加对FPOC的影响大于OPOC。韩晓日等^［21］的研究结果也表明土壤施用有机肥料等物质后POC含量升高，FPOC的增长率大于OPOC的增长率，这与本研究结果基本一致。同时，本研究结果表明生物炭类和壳聚糖添加使TOC含量提高最显著，并且生物炭类添加主要影响的是POC，尤其是其中的FPOC含量。此外，研究土壤各组分有机碳占总有机碳的比例随不同有机物的加入表现出不同的变化规律。武均等^［23］研究表明，秸秆等有机物料施入黄绵土后，POC占TOC比例升高，且OPOC/TOC高于FPOC/TOC，王朔林等^［24］研究发现栗褐土中施加有机肥等物质，POC/TOC比例上升，并且OPOC成为POC的主要存在形式。但是，也有研究表明施用有机肥等有机物料能够降低OPOC含量，提高FPOC含量，使FPOC/TOC高于OPOC/TOC^［25］，说明有机物料添加提高了POC占TOC的比例，但对土壤FPOC和OPOC的影响不总是一致的，其可能与土壤类型、有机物料种类和性质不同表现出一定的差异。FPOC，OPOC和POC与C/N之间呈显著正相关（图3），说明较大的C/N可以相应的提高土壤FPOC，OPOC和POC的含量，可能是较高的C/N能够增强土壤微生物活性和胞外酶的分泌，从而产生正激发效应促进了土壤有机质分解，有利于活性有机碳的积累^［26］。

MOC是指黏附在土壤矿物颗粒表面的有机碳，它主要由微生物衍生的低分子量化合物组成，是有机物分解的最终产物，其稳定性较强^［27］。本研究发现，虽然MOC占TOC的比例在有机物料添加后有所减少，但其含量均有所提高，究其原因可能是由于有机物料添加为微生物的生存提供了大量的能源物质，促进了微生物代谢活动的增强，进而使微生物代谢分泌物增加，而这些分泌物可以直接转移至细黏粒，致使土壤MOC积累^［28］。本研究结果表明在壳聚糖添加处理下，MOC含量提升最为显著，黑垆土的MOC含量普遍高于黄绵土，其原因可能是因为黑垆土的黏粉粒含量高于黄绵土，而黏粉粒上的有机碳高度腐殖化，极难分解^［29］，因此黑垆土能够保留更多的MOC，这也与佟小刚等^［30］的研究结果一致。

本研究作为短期室内培养试验，在人工调控条件下虽具备变量控制优势，但也存在一定的局限性。一方面，高度均质化的环境条件与自然系统的时空异质性存在本质差异，可能导致机理研究向田间应用的转化出现偏差；另一方面，受限的培养周期仅能捕捉有机物料输入的即时响应特征，未能对有机物料添加对土壤理化性质和有机碳含量的长期影响进行研究。因此，未来研究应构建长期野外定位监测体系，通过连续多年跟踪观测，以此来更准确评估有机物料添加对土壤有机碳各组分含量的长期改良效应。

4 结 论

（1） 有机物料添加使黑垆土与黄绵土碳酸钙含量降低，电导率和总有机碳含量提高，全氮含量提高（纤维素添加除外），C/N在果木枝条生物炭、烟杆生物炭、小麦秸秆添加后显著提高，且显著高于其他处理（p<0.05）。

（2） 有机物料添加后，黑垆土与黄绵土的TOC，FPOC，OPOC，POC和MOC含量均提高，并且有机物料添加后改变了各组分有机碳的分配比例，提高了POC并降低了MOC的分配比例。

（3） 黑垆土与黄绵土FPOC，OPOC，POC，MOC含量与TOC之间呈极显著正相关（p<0.01）。C/N和全氮是影响土壤各组分有机碳含量的最主要原因，其解释率黑垆土和黄绵土分别达到了76.1%和76.3%。

（4） 生物炭类（烟杆生物炭和果木枝条生物炭）和壳聚糖添加使土壤TOC含量与CK相比显著增加且高于其他处理，生物炭类添加后土壤POC含量，尤其是FPOC含量显著高于其他处理，而壳聚糖添加则对MOC的影响尤为显著（p<0.05）。

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基金资助

国家自然科学基金项目“有机物质影响黄土区土壤结构稳定性的介尺度调控机理”(42277311)