2026, Vol. 47
2. 海南大学南繁学院，三亚 572025;
3. 海南省农业科学院农业环境与土壤研究所，海口 571100
, BAO Xu-jiao1 , LIU Tian-hong1 , DAN Xiao-qian1 , ZHU Qi-lin2 , ZHANG Jin-bo2 , ZHANG Zhi-jun3 , ZHANG Wen3 , TANG Shui-rong2
, MENG Lei2
2. School of Breeding and Multiplication, Hainan University, Sanya 572025, China;
3. Institute of Agricultural Environment and Soil, Hainan Academy of Agricultural Sciences, Haikou 571100, China
橡胶树是热带地区重要的人工经济林，也是我国陆地生态系统中重要的碳（C）库，在陆地C循环中扮演十分重要的角色[1，2]. 为追求橡胶高产导致有机肥与化肥配比失衡，不仅增加农户生产成本、肥料利用率低，还引发胶园土壤养分失衡、酸化等土壤环境问题[3]. 自“化肥与农药减量化”方案实施以来，有机肥替代化肥的可行性及其效果日益引起人们广泛关注[4]. 有机肥能提高土壤有机碳（SOC）含量、改善土壤结构和增强土壤肥力，然而有机肥也会促进原有SOC的分解，造成土壤肥力下降. 因此，寻求最佳的有机肥施用措施以提高胶园土壤肥力是增强热区农业生态系统C汇能力的关键所在.
近年来，关于有机肥替代化肥对土壤理化性质与活性SOC组分已有大量报道[5~8]，均证实有机肥替代化肥是一种有效改善土壤环境、增加全氮（TN）、速效磷（AP）和速效钾（AK）含量，提升SOC及其活性组分含量的施肥措施[5]，但对最佳替代比例未达成共识. 有研究表明，有机肥替代50%化肥对土壤易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）和微生物碳（MBC）提升效果最佳[6]. 也有研究表明，有机肥替代100%化肥对土壤活性SOC组分增加的效果最佳，表现为：单施有机肥 > 有机肥替代化肥 > 单施化肥[7，8]. 土壤酶是土壤微生物为满足自身营养与能量需求而分泌的生物催化剂，其化学计量比可预测土壤中养分的可用性和限制微生物生长代谢的活性元素[9，10]. 矢量长度（VL）及角度（VA）分别反映土壤微生物C和磷（P）素养分限制情况[11，12]. 有机肥替代化肥可以活化土壤P素，防止P素与土壤包被的铁铝氧化物结合、提高土壤P素可利用率，这是由于有机肥释放养分过程中的氢氧根（OH-）发生配位交换反应提升土壤pH，进而对微生物P素利用率进行调控[13，14].
现阶段对胶园土壤活性SOC组分及酶活性的影响虽有报道[3，5，12]，但多集中对表层土壤0~20 cm的研究，对0~40 cm土层活性SOC组分和酶活性的研究甚少，且未阐明有机肥替代化肥条件下土壤理化性质、活性SOC组分和酶活性的协同作用机制. 为此，本文以0~40 cm胶园土壤为研究对象，田间设置6种施肥处理，通过探究有机肥替代化肥影响土壤养分库的同时，介导的pH提升与活性SOC组分及酶活性之间的内在联系，揭示土壤活性SOC组分积累过程中的微生物P养分限制调控机制，以期为明确热区胶园土壤有机肥替代化肥的最佳比例提供理论依据，从而提高土壤肥力和固C能力.
1 材料与方法 1.1 试验地概况本试验地位于海南省儋州市西联农场（109°49′E，20°04′N），毗邻北部湾，属热带湿润季风气候[图 1（a）]. 年均日照时间2 000 h以上，年均气温为24 ℃，年均降水量为1 600 mm，其中2023年年均气温和年均降水量分别为24.4 ℃和2 068.6 mm. 土壤类型为花岗岩发育的砖红壤，主要植被类型为人工橡胶林，林下有少量的飞机草（Eupatorium odoratum）、含羞草（Mimosa pudica）和野牡丹（Melastomacandidum）等伴生植物.
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（a）和（b）分别为试验区地理位置和试验林地实景，（c）为橡胶树行间距及施肥穴和采样点田间示意 图 1 试验区示意 Fig. 1 Schematic of the test area |
本试验地基本理化性质：pH为5.2、BD为1.6 g·cm-3、ω（SOC）为10.2 g·kg-1、ω（TN）为0.7 g·kg-1、ω（AP）为11.0 mg·kg-1和ω（AK）为19.2 mg·kg-1. 供试有机肥为养田有机肥[羊粪发酵而成的商品有机肥，ω（有机质）≥70.0%，ω（氮）为2.4%].
1.2 试验设计2024年1月选择橡胶植株长势均一，试验地平整的林地按随机区组布置田间试验，供试林地橡胶树于2009年定植，品种为“PR107”. 共设置6个施肥处理，只施磷肥（过磷酸钙）和钾肥（氯化钾）作为无氮对照（CK）、单施化肥（NPK）、有机肥替代25%化肥（M25）、有机肥替代50%化肥（M50）、有机肥替代75%化肥（M75）和有机肥替代100%化肥（M100），每个处理重复3次，共18个小区，每个小区有12株长势均一的橡胶树. 根据当地施肥习惯和参考相关研究[15]，本试验氮肥、磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）的施用量分别为231、116和149 kg·hm-2，最终的氮磷钾肥比例为14∶7∶9. 区块之间设置隔离带，橡胶树行间距为7 m×3 m. 施肥方式为穴施，施肥穴长宽高为100 cm×20 cm×20 cm，位于两株橡胶树之间[图 1（c）]，试验遵循等氮替代原则，有机肥配合过磷酸钙和氯化钾于1月施入，尿素于4月和7月按6∶4比例施肥，具体施肥量见表 1.
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表 1 施肥用量 Table 1 Fertilizer dosage |
1.3 样品采集与测定
2024年10月下旬采集土壤样品，在每个样地中随机选取2个肥坑，分别在水平方向距离肥坑约20~30 cm处挖取40 cm深的土壤剖面. 使用尺子和小刀划分土壤层次，并按0~10、10~20、20~30和30~40 cm分层采集土样，2个肥坑相同深度的土样混合均匀，组成一个样地的混合样. 剔除根系及石块后混合均匀收集土样，带回实验室. 一部分自然风干后过2 mm，0.15 mm筛，保存备用. 部分鲜样过2 mm筛置于4 ℃冰箱保存，用于DOC、MBC含量及土壤胞外酶活性测定.
1.4 测定和分析方法土壤理化性质测定参照《土壤农化分析》[16]. pH用酸度计测定（水土比2.5∶1）. 有机碳采用KCr2O7-H2SO4外加热法测定. 全氮采用凯氏定氮法测定. 速效磷采用NH4F-HCl浸提，钼锑抗比色法测定. 速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度计法测定. 土壤POC含量采样用5 g·L-1六偏磷酸钠溶液提取、LFOC采用1.70 g·cm-3碘化钠溶液提取，KCr2O7-H2SO4外加热法测定[17]. ROC含量采用333 mmol·L-1高锰酸钾氧化-比色法测定[18，19]. DOC含量采用K2SO4浸提，MBC含量采用氯仿熏蒸，K2SO4浸提法测定[20]. 采用微孔板荧光-酶标仪法测定β-1，4-葡萄糖苷酶（BG）、β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）、亮氨酸酶（LAP）和酸性磷酸酶（ACP），4种胞外酶活性，单位用nmol·（g·h）-1表示，即单位时间内每g土样转化底物的nmol数[21].
1.5 数据计算土壤有机碳储量按以下公式[22]计算：
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式中，SOCstock为土壤有机碳储量（t·hm-2）；SOC为土壤有机碳含量（g·kg-1）；BD为土壤容重（g·cm-3）；H为土层深度（m）.
土壤胞外酶活性的化学计量比计算公式如下[23]：
| (2) |
| (3) |
| (4) |
式中，EEAC∶N为土壤胞外酶碳氮比；EEAC∶P为土壤胞外酶碳磷比；EEAN∶P为土壤胞外酶氮磷比；BG为β-1，4-葡萄糖苷酶；NAG为β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶；LAP为亮氨酸酶；ACP为酸性磷酸酶.
土壤酶化学计量的矢量长度与角度计算公式如下[24]：
| (5) |
| $\begin{aligned} \mathrm{VA}= & \operatorname{Degrees}\{\operatorname{atan} 2[\ln (\mathrm{BG}) / \ln (\mathrm{ACP}), \\ & \ln (\mathrm{BG}) / \ln (\mathrm{NAG}+\mathrm{LAP})]\} \end{aligned}$ | (6) |
式中，VL表示矢量长度，其值越大表示C限制越强；VA表示矢量角度，VA < 45°和 > 45°分别表示N和P限制，偏离程度越大，限制越强.
1.6 统计分析利用WPS 2023软件计算数据，SPSS 27.0软件统计分析，Origin 2023软件进行绘图和相关性分析（Pearson），使用Canoco 5进行冗余分析. 采用双因素方差分析法分析不同比例有机肥替代化肥对胶园土壤理化性质、活性有机碳组分和土壤酶活性的影响，最小显著差异法（LSD）法进行差异显著性检验（P < 0.05），所有数据均以3次重复的平均值±标准差表示.
2 结果与分析 2.1 胶园土壤理化性质4种有机肥替代化肥处理下每10 cm土层的BD分别为1.5~1.6、1.5~1.6、1.6~1.8和1.7~1.8 g·cm-3. 与CK和NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理除M100处理外，均显著降低0~10 cm的BD. 4种有机肥替代化肥处理中，0~10 cm土层M50处理BD最低，与CK和NPK相比分别降低7.7%和7.0%. 10~20 cm和30~40 cm土层各施肥处理BD无显著差异；20~30 cm土层中，M25处理的BD均显著低于M50、M75和M100处理[图 2（a）]. 4种有机肥替代化肥处理在从上到下每10 cm土层中的pH值分别为5.2~5.4、5.1~5.2、5.0~5.1和4.8~4.9. 4种有机肥替代化肥处理的pH在0~10 cm土层无显著差异. 与CK和NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理的pH均显著增加. 10~20 cm土层中，4种有机肥替代化肥处理的pH均显著高于CK和NPK处理，M25处理的pH最低. 20~40 cm土层中，4种有机肥替代化肥处理的pH均显著高于CK和NPK处理，且处理间无显著差异[图 2（b）]. 4种有机肥替代化肥处理在从上到下每10 cm土层SOC含量分别为10.6~12.6、7.6~9.8、6.6~9.0和6.3~8.2 g·kg-1. 与CK和NPK处理相比，有机肥替代化肥处理均显著增加0~30 cm土层SOC含量，其中以M75处理的SOC增幅最大，其次是M50处理，但两者间无显著差异[图 2（c）]. 与CK和NPK处理相比，M25、M50和M75处理均显著增加0~40 cm土层TN含量，4种有机肥替代化肥处理中，M50处理各土层TN含量均最大[图 2（d）]. 与CK和NPK处理相比，0~30 cm土层M50和M75处理AP含量均显著增加，M50和M75处理无显著差异. 与NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理30~40 cm土层AP含量无显著差异[图 2（e）]. 与CK和NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理0~10 cm土层AK含量均显著增加，M25、M50和M75处理间无显著差异，但均显著高于M100处理. 与CK和NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理10~20 cm土层AK含量均显著增加，其中以M75处理最高，M100处理最低. 与CK和NPK处理相比，除M100处理外，M25、M50和M75处理20~30 cm土层AK含量均显著增加，M25与M50处理间无显著差异，但均显著高于M75和M100处理[图 2（f）]. 除BD随土层增加而增加外，pH、SOC、TN、AP和AK含量均随着土层增加而降低. 施肥方式和土层深度对BD、pH、SOC、TN、AP和AK均有显著影响（P < 0.05）.
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F为施肥方式，L为土层深度，F×L为施肥方式与土层深度的交互作用；不同大写字母表示同一土层不同施肥处理间差异显著，不同小写字母表示同一处理不同土层间差异显著（P < 0.05）；**表示在0.01水平上显著，ns表示在0.05水平上不显著 图 2 不同比例有机肥替代化肥条件下胶园土壤理化性质的变化 Fig. 2 Changes in physicochemical properties of soil in a rubber plantation field under different substitution proportions of chemical fertilizer with organic fertilizer |
0~40 cm土层的SOCstock为4.7~6.6 t·hm-2，大小依次为：M50 > M25 > M75 > M100 > NPK > CK. 与CK和NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理分别增幅为17.6%~40.6%和8.0%~29.0%. SOCstock主要在0~20 cm土层，占0~40 cm土层的52.5%~56.1%. 4种有机肥替代化肥处理中，M25、M50和M75处理显著高于M100处理，但三者间无显著差异[图 3（a）]. 6种施肥处理0~10 cm土层POC含量表现为：M75 > M50 > M100 > M25 > NPK > CK，4种有机肥替代化肥处理与CK和NPK处理相比，增幅分别为54.0%~100.1%和46.0%~89.7%，M50、M75和M100无显著差异. 在10~20 cm土层POC含量表现为M100 > M75 > M50 > M25 > NPK > CK，4种有机肥替代化肥处理与CK和NPK处理相比，增幅分别为24.8%~64.9%和21.4%~37.7%. 4种有机肥替代化肥处理下20~40 cm土层POC含量无显著差异[图 3（b）]. 与CK处理相比，4种有机肥替代化肥处理的LFOC含量在0~10 cm和10~20 cm土层间无显著差异，增幅分别为107.6%~125.6%和70.8%~88.8%. 与NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理的LFOC含量在0~10 cm和10~20 cm土层间差异不显著，增幅分别为53.4%~66.7%和57.6%~74.4%[图 3（c）]. 4种有机肥替代化肥处理下0~10 cm土壤ROC含量表现为M75 > M100 > M50 > M25，但均显著高于CK和NPK处理. 4种有机肥替代化肥处理下10~20 cm土壤ROC含量表现为M75 > M50 > M100 > M25，其中M25、M50和M100处理间差异不显著. 4种有机肥替代化肥处理的ROC含量在20~30 cm土层均显著高于CK和NPK处理，但处理间差异不显著[图 3（d）]. 4种有机肥替代化肥处理下0~10 cm和10~20 cm土层DOC含量表现为：M75 > M100 > M50 > M25，均显著高于CK和NPK处理. M50、M75和M100处理在20~30 cm土层与CK和NPK处理相比均显著增加DOC含量[图 3（e）]. 4种有机肥替代化肥处理下0~10 cm土层MBC含量表现为：M100 > M75 > M50 > M25，M50、M75和M100处理与CK和NPK处理相比显著增加MBC含量[图 3（f）]. 各施肥处理下活性SOC组分在30~40 cm土层间均无显著差异，但均随土层深度的增加而降低. 施肥方式和土层深度的交互作用显著影响SOCstock和活性SOC组分（图 3）.
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F为施肥方式，L为土层深度，F×L为施肥方式与土层深度的交互作用；**和*分别表示在0.01和0.05水平上显著 图 3 不同比例有机肥替代化肥条件下胶园土壤有机碳储量及活性有机碳组分含量 Fig. 3 Soil organic carbon stock and active organic carbon content in rubber plantation field under different substitution proportions of chemical fertilizer with organic fertilizer |
同一施肥处理不同土层中，CK处理下土壤BG和NAG活性在每一土层均无显著差异. CK处理中土壤LAP和ACP活性则表现为0~30 cm土层间无显著差异. NPK处理的BG活性在各土层间均无显著差异，NAG、LAP和ACP活性在0~30 cm土层间无显著差异. 4种有机肥替代化肥处理中，M75和M100处理的BG、NAG、LAP和ACP活性在0~10 cm和10~20 cm土层间无显著差异，20~30 cm和30~40 cm土层间无显著差异. M25处理的BG和NAG活性在0~10 cm和10~20 cm土层间无显著差异，但0~10 cm土层LAP和ACP活性显著低于10~20 cm土层. M25处理的BG、NAG和LAP活性在20~30 cm和30~40 cm土层间无显著差异，ACP活性表现为20~30 cm显著低于30~40 cm土层. M50处理的BG、NAG、LAP和ACP活性在0~10 cm均显著低于10~20 cm土层，但20~30 cm和30~40 cm土层间无显著差异（图 4）.
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F为施肥方式，L为土层深度，F×L为施肥方式与土层深度的交互作用；不同大写字母表示同一土层不同施肥处理间差异显著，不同小写字母表示同一施肥处理不同土层间差异显著（P < 0.05）；**和*分别表示在0.01和0.05水平上显著，ns表示在0.05水平上不显著 图 4 不同比例有机肥替代化肥条件下胶园土壤酶活性 Fig. 4 Soil enzyme activity in a rubber plantation field under different substitution proportions of chemical fertilizer with organic fertilizer |
同一土层不同施肥处理下，0~10 cm土层中，4种有机肥替代化肥处理的BG、NAG、LAP和ACP活性总体表现为：M50 < M25 < M75 < M100. 与CK和NPK处理相比，M25、M75和M100处理间0~10 cm土层BG、NAG、LAP和ACP活性无显著差异. 与CK处理相比，M50处理显著降低0~10 cm土层BG（-27.3%）、LAP（-21.3%）和ACP（-23.2%）活性. 与NPK处理相比，M50处理显著降低0~10 cm土层BG（-34.6%）、LAP（-25.1%）和ACP（-23.5%）活性. 10~20 cm土层中，4种有机肥替代化肥处理的NAG和ACP活性与CK和NPK处理无显著差异. 20~30 cm土层中，与CK处理相比，M25处理降低NAG（-7.94%）和LAP（-28.0%）活性，而与NPK处理相比，M25处理均显著降低NAG（-34.0%）和LAP（-35.8%）活性. 30~40 cm土层中，6种施肥处理的BG、NAG、LAP和ACP活性间均无显著差异. BG和ACP活性受施肥方式和土层深度的交互作用显著（P < 0.05，图 4）.
EEAC∶N为0.4~0.8、EEAC∶P为0.7~1.2和EEAN∶P为1.2~2.9[图5（a）~5（c）]. 从酶化学计量比的矢量长度（VL）上看，与CK处理相比，M50、M75和M100处理的VL在0~10 cm土层无显著差异. NPK处理0~10 cm土层VL（1.2）均分别大于M50（1.0）、M75（1.1）和M100处理（1.1）. 与NPK处理相比，M75和M100处理的VL间无显著差异，仅M50处理的VL显著降低，说明中高（M50、M75和M100）有机肥替代率能降低微生物C养分限制，其中M50处理对微生物C限制的解除效果最佳. 10~20 cm土层，与CK和NPK处理相比，M25、M50和M100处理的VL无显著差异，M75处理的VL显著低于CK处理. 6种施肥处理下20~30 cm土层VL均无显著差异，其中NPK处理的VL（1.2）最大，M75处理的VL（1.0）最小. 30~40 cm土层，与CK和NPK处理相比，M50、M75和M100处理的VL无显著差异，M25处理的VL显著低于CK处理[图 5（d）]. 从酶化学计量比的矢量角度（VA）上看，6种施肥处理0~40 cm土层VA > 45°，且处理间无显著差异，表明试验地块长期受微生物P养分限制严重. 0~40 cm土层，4种有机肥替代化肥处理的VA（59.1°~62.0°）均小于CK（62.1°）和NPK处理（62.3°），即有机肥替代化肥降低微生物P养分限制，NPK处理加剧微生物P养分限制，各施肥处理间无显著差异[图 5（e）].
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F为施肥方式，L为土层深度，F×L为施肥方式与土层深度的交互作用；VL越长，微生物受C限制越强；VA < 45°和 > 45°分别表示微生物受N和P限制；不同大写字母表示同一土层不同施肥处理间差异显著，不同小写字母表示同一施肥处理不同土层间差异显著（P < 0.05）；*表示在0.05水平上显著，ns表示在0.05水平上不显著 图 5 不同比例有机肥替代化肥条件下土壤酶化学计量比及矢量长度和角度 Fig. 5 Stoichiometric ratios, vector lengths and angles of soil enzyme activity under different substitution proportions of chemical fertilizer with organic fertilizer |
如图 6所示，SOC与pH、TN、AP、AK、POC、LFOC、ROC和DOC均显著正相关，但与BD显著负相关. BD与SOC、TN、AP、AK、POC、LFOC、ROC、DOC和MBC显著负相关. BD与LAP显著正相关；BG与NAG和LAP均呈显著正相关. EEAC∶N与VA显著负相关；EEAC∶P与EEAN∶P和VA显著正相关；EEAN∶P与AP显著负相关. VL与ACP显著负相关. SOC与VA显著负相关；VA与AP显著负相关（P < 0.05）.
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红色圆圈（向右倾斜）和蓝色圆圈（向左倾斜）分别表示正相关和负相关，圈的颜色越深（面积越小）相关性越强；*表示0.05水平上显著相关，**表示0.01水平上显著相关，***表示0.001水平上显著相关 图 6 SOC与土壤理化性质、有机碳组分及酶活性的相关性 Fig. 6 Relationship between SOC and soil physicochemical properties, organic carbon composition, and enzyme activity |
冗余分析结果表明，土壤理化性质可解释活性SOC组分及碳储量82.9%变异，其中pH的解释率为69.4%，TN的解释率为5.2%，AK的解释率为3.8%，AP的解释率为2.4%，BD的解释率最低，仅有0.5%. 土壤酶活性和化学计量比解释活性SOC组分及碳储量63.0%变异，其中EEAN∶P的解释率为14.2%，VA的解释率为11.5%，NAG的解释率为10.6%，BG的解释率为8.4%. EEAN∶P、VA和NAG是解释活性SOC组分变异的三大关键因子，占总体变异解释率的57.6%（图 7）.
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黑色箭头表示土壤活性有机碳组分，红色箭头表示土壤理化性质、酶活性和化学计量比 图 7 土壤有机碳组分与理化性质、酶活性及化学计量比的冗余分析 Fig. 7 Redundant analysis of soil organic carbon composition and physicochemical properties, enzyme activities, and their stoichiometric ratios |
土壤BD是表征土壤物理结构的重要指标，其值越小，表明土壤越疏松，通气透水性越强. 土壤pH直接影响养分的形态、转化过程与生物有效性，通过改变土壤环境进而影响土壤微生物活性与植物的生长发育[25]. 本研究发现，与NPK处理相比，4种有机肥替代化肥处理均能在不同程度上降低土壤BD值，改善土壤物理性质，有利于植物根系和微生物生长发育. 有机肥替代化肥显著提升土壤pH值，说明土壤有机质增加能有效缓解胶园土壤酸化，这是由于有机肥中大量的碱性物质能增加土壤的缓冲性能，即有机肥通过分解产生有机阴离子，与土壤表面OH-发生配位交换反应，将部分OH- 释放到土壤中，起到中和土壤酸度的作用，从而促进土壤pH值上升[26，27].
与NPK处理相比，有机肥替代化肥能显著提高胶园土壤养分含量，且在0~20 cm土层中效果最为明显，这与多数研究结果相符[28，29]. 这是由于有机肥施入土壤增加植物根系分泌物和分解物质等碳源向土壤的输入，促使微生物生长旺盛和代谢活跃，土壤本身的速效养分得以快速释放. 另外，有机肥属于高碳聚合物，含有丰富的有机物，作为碳源施人土壤后，能够有效提升土壤肥力[30]. 大量植物根系位于有机层，养分通过根系吸收从地下转移到地表，当根系死亡，其中所含的碳和氮被分解释放到有机层土壤中，从而增加SOC和TN养分含量[31]，此外，有机肥具有较强的吸附性能，使AP和AK等速效养分不易受降雨淋溶流失，养分更好地被植物根系及微生物吸收和利用并存储于土壤中，这与前人研究的结果一致[32].
3.2 有机肥替代化肥对胶园土壤碳储量及活性有机碳组分的影响有机肥替代化肥能显著增加0~40 cm土层中SOCstock、POC、LFOC、ROC、DOC和MBC含量. 随有机肥替代比例的增加，土壤各SOC活性组分及SOCstock出现先增后降的趋势，但都随土层深度增加而降低. 土壤POC是微生物的能量来源和活性SOC库，其含量通常与SOC回流有关，有机肥作为外源物质添加可以加速SOC回流速度，进而增加土壤POC含量[33，34]. 土壤MBC是土壤中的有机活性物质，是评价土壤微生物数量、活性及土壤肥力的重要指标[35]. 有机肥添加可以显著促进MBC含量的增加，这主要与活性有机碳含量提高，微生物能源物质增加有关[36]. 高有机肥替代化肥比例显著增加ROC含量，与李新华等[37]研究结果相似，其原因可解释为由于有机肥的施入给土壤添加外源有机物质，为土壤微生物提供充足的碳源，促进SOC矿化，进而提高土壤中的活性SOC含量，导致土壤ROC含量增加[38]. DOC和MBC对于有机肥替代化肥有更强的响应，其原因可归结于DOC和MBC对比其他活性SOC组分对于土壤微生物和酶活性的变化更为敏感.
有机肥替代化肥提升胶园土壤LFOC含量，且LFOC与SOC显著正相关（图 6），表明有机物质的添加有利于LFOC的积累，本结果与前人研究结果一致[39]. 土壤LFOC能反映SOC的短期动态变化与有效性，极易受环境条件、植物、人为因素的影响而发生变化，是一种高度不稳定的C组分，通过微生物分解有机物质储存在土壤中，受有机物输入量和分解速率影响[40]. 从长远效应来看，有机肥添加有利于LFOC含量的积累，更有利于土壤固C的提升. 有机肥等氮替代化肥能增加胶园SOCstock和活性SOC的积累，M50处理SOCstock含量最高，显著高于CK和NPK处理. 有机肥能使土壤通过增加外源C的投入，进而提高各土层SOCstock和活性SOC的含量[41].
3.3 有机肥替代化肥对土壤酶活性及养分限制的影响有机肥分解过程中，C源的输入打破原有的土壤养分平衡，土壤胞外酶属于诱导类酶，是土壤微生物为满足自身营养与能量需求而分泌的酶，有机肥可以为微生物提供养分，因此微生物不需要大量消耗自身能量以分泌胞外酶的形式从土壤中获取C源，而微生物和植物根系养分的吸收和利用处于相对平衡的状态[42，43]. 本研究中，NPK处理下0~10 cm土层的BG、LAP和ACP活性显著高于M50处理，而在30~40 cm土层各处理酶活性均无显著差异. 根据资源配置理论[44，45]可解释为施用有机肥增加胶园SOC、TN和速效养分含量，充足的养分使微生物或植物根系不需要分泌更多的养分获取酶，故M50处理显著降低0~10 cm土层土壤中BG、LAP和ACP活性，M25处理显著降低20~30 cm土层土壤中NAG和LAP活性. NPK处理下的10~20 cm土层中的BG活性显著低于M100处理，这是因为有机肥作为缓效肥分解周期长，微生物及植物根系为获取这部分C源，只能通过分泌胞外酶获取C源供给自身营养需求，而NPK处理作为速效肥，能够短期内迅速分解并补充给植物根系所需的养分. 20~30 cm土层中，NPK处理的NAG和LAP活性显著高于M25处理，这是因为随着土层深度的增加，深层土壤可供微生物利用的N源少，有机肥能增加化肥的吸附性，减少淋溶损失，并且增加深层土壤N养分含量，使微生物和植物根系无需通过分泌更多获取酶便可获取养分[46，47]. 本研究中，BG和ACP活性受施肥方式和土层深度的交互作用显著（P < 0.05），二者分别为C和P循环酶，说明C和P循环酶受施肥方式和土层深度的共同影响.
土壤酶作为土壤生态系统中生物化学反应的关键生物催化剂，与SOC分解速率紧密相关[48]. 总体而言，本试验中EEAC∶N（0.4~0.8）低于全球平均水平（1.4），EEAC∶P（0.7~1.2）大于全球平均水平（0.6），EEAN∶P（1.2~2.9）大于全球平均水平（0.4），这与陆问等[12]研究的结果一致. 其主要原因可归结于采胶活动导致养分输出量增多，在植物养分需求量高的生长阶段，植物根系会与微生物竞争土壤养分资源，导致微生物可利用养分减少，且微生物生长代谢是一个耗能过程[49]. 与NPK处理相比，M50处理通过增加SOC含量缓解0~10 cm土层微生物C养分限制，利于微生物吸收利用小分子底物形成代谢产物，完成死亡残体的累积与周转. 与NPK处理相比，M50处理的0~10 cm土层VL值显著降低，微生物C养分限制解除. 本研究中，试验区土壤VA均大于45°，表明土壤微生物长期受到P养分限制严重，0~40 cm土层中，4种有机肥替代化肥处理的VA（59.1°~62.0°）均小于CK（62.1°）和NPK处理（62.3°），即有机肥替代化肥降低微生物P养分限制，NPK处理加剧微生物P养分限制. 通过相关性分析表明，SOC与pH和AP显著正相关，与VA显著负相关，VA与AP显著负相关（P < 0.05），可以解释为有机肥替代化肥增加SOC含量，降低VA值，而VA值的降低又显著提升AP可利用率. 众所周知，南方红壤酸度高、淋溶作用强，土壤中的P素易与铁、锰、铝等元素结合形成难溶性化合物而被固定，进而降低土壤P素可利用率[50]. 而土壤P素利用率与pH存在显著正相关性，且当土壤pH值为6.5时P利用率最大[51]. 即有机肥替代化肥增加SOC，所释放的OH- 缓解土壤酸化，提升土壤pH调控P素利用率，从而缓解微生物P养分限制.
4 结论有机肥替代化肥能显著降低海南胶园表层土壤容重，增加土壤pH、TN、速效养分和活性SOC组分含量，提升SOCstock，增强胶园C汇有重要作用. 有机肥替代化肥使微生物消耗自身能量分泌养分获取酶的情况得以缓解，VL与VA值的降低分别反映土壤微生物C和P养分限制解除受有机肥的调控作用，前者与SOC增加有关，后者与pH介导的P素利用率有关. 综合考虑从土壤理化性质、活性SOC组分及酶活性的协同作用上看，海南胶园土壤有机肥替代化肥的比例以50%最佳.
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