有机与化学施肥对可可农林系统土壤有机碳库稳定性及土壤质量的差异化影响

本研究针对可可农林系统中长期施用有机(ORG)与化学(CON)肥料对土壤有机碳(SOC)动态的影响展开深入探究。通过分析20个农场0-30 cm土层的氧化性SOC组分、稳定性指标及土壤质量指数(SQI)，发现ORG处理显著提升SOC储量(60.2-69.8 Mg C ha-1)和活性碳库占比(54-68%)，而CON处理促进被动碳库积累(73-74%)。研究创新性揭示施肥类型在碳封存与土壤健康间的权衡机制，为热带农林系统可持续管理提供理论依据。

　　

在热带农业生态系统中，可可(Theobroma cacao)作为重要的经济作物，其生产系统的可持续性正面临严峻挑战。长期单一化种植和不当施肥管理导致土壤有机碳(SOC)持续流失，这不仅威胁作物产量，更削弱了土壤作为全球碳汇的关键功能。尤其值得注意的是，加纳作为全球第二大可可生产国，其典型种植区的铁质淋溶土(Ferric Lixisol)具有高度风化特性，SOC本底值低且易受管理措施影响。当前农业生产中并存的有机(ORG)与化学(CON)施肥模式，对SOC组分动态和土壤功能产生截然不同的影响，但关于这两种管理模式在长期尺度上如何调控碳库稳定性与土壤质量的机制仍存在认知空白。

针对这一科学问题，加纳可可研究所等机构的研究人员开展了一项系统研究。通过对苏胡姆市20个有机管理和20个化学管理可可农场进行分层采样(0-15 cm和15-30 cm)，结合未开垦地(UNC)对照，采用氧化分级法测定SOC活性与被动组分，构建碳管理指数(CMI)和基于主成分分析的土壤质量指数(SQI)。该研究成果发表在《Soil》期刊上，首次揭示了热带可可农林系统中有机与化学施肥对碳库分配的差异化调控机制。

研究采用的核心技术方法包括：(1)改进Walkley-Black氧化法分级SOC组分；(2)通过主成分分析(PCA)从27项指标中筛选微生物量碳(MBC)、SOC、容重、脱氢酶活性和pH构成最小数据集(MDS)；(3)建立标准评分函数计算SQI；(4)采用碳库指数与活性度加权计算CMI；(5)通过方差分析和相关性检验评估管理措施效应。

研究结果部分：

3.1 容重、总孔隙度与SOC储量
化学施肥导致容重显著增加(1.44 Mg m^-3)，比有机管理高5.1%，总孔隙度降低至43%。有机管理维持了与未开垦地相当的SOC储量(65.0 vs 59.0 Mg C ha^-1)，而化学管理使碳储量降低22%。深度分析显示表层土壤(0-15 cm)活性碳库占比达64%，证实有机输入对表层碳积累的关键作用。

3.2 碳稳定性指标
化学管理显著提高顽固性指数(RI=3.03)但降低活性度指数(LI=1.01)，形成鲜明对比的是有机管理的LI值达1.82。相关性分析揭示pH与被动碳库呈负相关(r=-0.642)，表明化学施肥引起的酸化可能通过增强有机质-矿物相互作用促进碳稳定。

3.3 土壤质量评估
基于MDS的SQI评估显示，有机管理(0.753-0.821)达到高质量等级(II级)，显著优于化学管理(0.169-0.235)。SOC对SQI的贡献率达25%，证实其作为核心质量指标的可靠性。脱氢酶活性与MBC的协同变化，反映了有机管理下微生物功能的显著改善。

研究结论与讨论部分强调了三方面科学价值：首先，有机施肥通过提升活性碳库占比(68%)和微生物量碳(458 μg C g^-1)，构建了"高周转-高供给"的碳循环模式，这为维持土壤肥力提供了物质基础，但可能限制长期碳封存潜力。其次，化学施肥尽管导致SOC储量下降28%，却通过降低pH(6.13)和增加矿物结合态碳(74%)形成了稳定碳库，这一发现为权衡土壤生产力与气候变化减缓提供了新视角。尤为重要的是，研究建立的SQI评估体系证实SOC、MBC和脱氢酶活性可作为热带农林系统土壤健康诊断的敏感指标。

该研究对实践指导意义显著：对于以产量为导向的可可种植区，建议采用有机-化学配施策略，既通过有机肥维持活性碳库供给养分，又利用化学肥促进稳定碳库形成。研究结果也为热带国家制定"4 per 1000"土壤增碳倡议提供了区域特异性数据支持。未来研究需重点关注有机物料品质(如木质素/N比)对碳库稳定化效率的影响，以及不同施肥模式对深层土壤(>30 cm)碳动态的长期效应。