我国是世界上稀土储量最为丰富的国家之一^[1]，自20世纪70年代以来，稀土肥料在我国农业生产中得到广泛应用^[2]。研究表明，适量的稀土元素对促进植物生长发育，提高作物产量和品质等方面具有显著的效果^{[3, 4, 5, 6]}。但长期施用稀土微肥所引发的土壤生态环境风险受到了国内外学者的广泛关注^{[7, 8, 9, 10, 11]}。土壤有机碳（SOC）是土壤碳库中最活跃的部分，对陆地生态系统碳平衡具有重要影响，也是表征土壤生物学特性、土壤肥力和土壤健康质量的重要指标^{[12, 13]}。易氧化有机碳（ROC）、水溶性有机碳（WSOC）、微生物量碳（MBC）等土壤活性有机碳组分是土壤有机碳中最为活跃的部分^{[13, 14]}，其对土壤环境变化的响应更为快速和敏感^{[16, 17, 18]}，可作为土壤生态环境变化的早期敏感指标^{[19, 20]}。因此，探讨稀土元素进入土壤后，土壤有机碳及其活性组分的变化特征，对于揭示外源稀土对土壤有机碳库和土壤生态环境的影响具有重要意义。目前，关于外源稀土镧（La）对土壤氮、磷养分及酶活性影响的研究已多见报道，如褚海燕等^{[21, 22]}通过盆栽实验研究了在红壤中外源稀土La对土壤氮、土壤磷的有效性以及酶活性的影响，鲁鹏等^[23]通过盆栽实验研究了在砂质黏壤土中外源稀土La对土壤氮磷养分的影响。但关于外源稀土对土壤有机碳及其活性组分影响的研究还未见报道。

茶树是我国主要的经济作物之一，长期以来，稀土肥料广泛应用于茶树种植以提高茶叶产量^[24]。近年来，我国已出现茶叶稀土含量超标的问题并引起了关注^[25]，但对于外源稀土进入茶园土壤后带来的土壤环境风险还未引起足够的重视。La是地壳中含量仅次于铈（Ce）的稀土元素，也是稀土农用最多的元素之一^[26]。本研究以茶园土壤为研究对象，通过土培实验研究了不同浓度La处理下，茶园土壤SOC、ROC、WSOC及MBC的变化特征，以期为稀土元素农用的土壤生态环境风险评估提供科学依据。

供试土壤采自四川省雅安市名山县（103°11′~103°13′E，30°12′~30°14′N）蒙顶山植茶土壤，土壤类型为酸性紫色土，基本理化性质见表 1。采用美国热电公司ICP-AES（IRIS In-trepidⅡ）光谱仪测定供试土壤La含量为41.28 mg·kg^-1。供试稀土为北京泛德辰科技有限公司生产的纯度为99.9%的硝酸镧；供试盆钵为20 cm×20 cm×15 cm塑料盆。

表 1 供试土壤基本理化性质 Table 1 Physiochemical properties of soil

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试验地位于四川农业大学成都校区（四川，温江30° 44′ N，103° 48′ E），称取过2 mm筛的2 kg风干土样于塑料盆中，每盆加入不同浓度的La（NO₃）₃溶液，并加入尿素使每盆土样中的N含量相同，将一定浓度La的水溶液与土壤充分搅拌，混匀，使土壤La浓度分别为0、100、300、600、800、1000 mg·kg^-1，加入去离子水，调整土壤含水量为田间最大持水量的60%，每隔2~3 d，定期喷洒去离子水，用称重法保持60%的田间持水量。5个浓度水平，另加1个空白对照（CK），共计6个处理，每个处理3个重复，共计18个培养样品。试验于2014年5月上旬开展，在25 ℃恒温恒湿状态下培养56 d，分别在培养第14、28、42、56 d取样测定。

土壤SOC含量采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定^[27]；土壤ROC含量采用0.333 mol·L^-1的高锰酸钾氧化-比色法测定^[28]；土壤WSOC含量采用重铬酸钾容量法-水合热法测定^[29]；土壤MBC含量采用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法测定^{[30, 31, 32]}。

运用SPSS12.0和Excel2007统计软件进行单因子方差分析，当P<0.05时认为各处理数据差异显著。

研究结果表明，实验第14 d，各浓度La处理下茶园土壤SOC含量存在显著差异（P<0.05），随着La处理浓度提高，SOC含量呈先升后降的趋势（图 1）。在100 mg·kg^-1浓度La处理下SOC含量达最大值，为 25.75 mg·kg^-1，相对于CK升高了18.55%（P<0.05）；在La处理浓度为1000 mg·kg^-1时，SOC含量达最低值，为20.58 mg·kg^-1，相对于CK降低了5.25%（P<0.05），说明1000 mg·kg^-1浓度La处理对土壤SOC具有显著的抑制作用。在实验第28、42、56 d，土壤SOC含量随La处理浓度的增加，呈现出与14 d相同的变化趋势，表明低浓度La处理对SOC含量具有显著促进作用，而高浓度La处理对SOC含量具有显著抑制作用（P<0.05）。

图 1 不同浓度La 对茶园紫色土有机碳的影响 Figure 1 Effects of different concentrations of La on SOC in purple soil from tea garden

图选项

随着培养时间的延长，各La处理浓度下茶园SOC含量呈逐步降低趋势，在实验第56 d含量达最低值，100、300、600、800、1000 mg·kg^-1处理较第14 d分别降低了11.15%、13.55%、10.49%、9.96%和8.21%。可见随着培养时间的延长，La对SOC含量刺激作用减弱，抑制作用增强。

实验第14 d，各浓度La处理下茶园紫色土ROC含量存在显著差异（P<0.05），随着La处理浓度的提高，ROC含量呈先增加后降低的趋势（图 2）。ROC含量在100 mg·kg^-1浓度La处理下达到最大值，为14.48 mg·kg^-1，相对于CK升高了1.83%（P<0.05）；当La浓度为1000 mg·kg^-1时，ROC含量达最低值，为10.12 mg·kg^-1，相对于CK降低了28.83%，说明1000 mg·kg^-1 La处理对ROC具有显著的抑制作用。在实验第28、42 d和56 d，ROC含量均在100 mg·kg^-1浓度La处理下达到最大值，相对于CK分别升高了8.14%、5.64%和2.01%。300 mg·kg^-1 La处理下，ROC含量在培养第56 d显著低于CK。其余各浓度处理下，在实验第28、42 d和56 d，ROC含量均显著低于CK。这表明，低浓度La处理对ROC含量具有显著促进作用，而高浓度La处理对ROC含量具有显著抑制作用。

图 2 不同浓度La 对茶园紫色土易氧化有机碳的影响 Figure 2 Effects of different concentrations of La on ROC content in purple soil from tea garden

图选项

随着培养时间的延长，各La处理浓度下茶园土壤ROC整体呈先升后降的趋势，在实验第28 d，ROC相对于第14 d分别提高了8.29%、9.61%、13.72%、25.38%和12.55%，在实验第56 d，较第14 d分别提高了5.18%、3.95%、7.38%、25.67%和17.00%。可见随着培养时间的延长，各La处理对ROC的刺激作用减弱，抑制作用增强。

实验第14 d，各浓度La处理下茶园土壤WSOC含量存在显著差异（P<0.05），随着La浓度的提高，WSOC含量呈现先增加后降低的趋势（图 3）。在100 mg·kg^-1浓度La处理下WSOC达最大值，为49.32 mg·kg^-1，相对于CK升高了2.54%，在La处理浓度为1000 mg·kg^-1时，WSOC含量达最低值，为31.2 mg·kg^-1，相对于CK降低了35.14%。这表明，低浓度La处理对WSOC含量具有显著促进作用，而高浓度La处理对WSOC含量具有显著抑制作用。

图 3 不同浓度La 对茶园紫色土水溶性有机碳的影响 Figure 3 Effects of different concentrations of La on WSOC in purple soil from tea garden

图选项

随着培养时间的延长，各La处理浓度下茶园土壤WSOC含量均呈上升趋势，并均在实验第56 d达到最大值，较实验第14 d分别上升了20.15%、26.40%、19.12%、11.49%和1.25%。表明随着培养时间的延长，各浓度La处理对WSOC含量的刺激作用增强，抑制作用减弱。

实验第14 d，各浓度La处理下茶园土壤MBC含量存在显著差异（P<0.05），随着La浓度的提高，MBC含量呈降低的趋势（图 4）。在100 mg·kg^-1浓度La处理下MBC含量为101.54 mg·kg^-1，较CK降低了12.00%（P<0.05）；在La处理浓度为1000 mg·kg^-1时MBC含量达最小值，为83.72 mg·kg^-1，较CK降低了27.44%。表明随着La浓度升高，La对MBC的抑制作用增强。

图 4 不同浓度La 对茶园紫色土微生物量碳的影响 Figure 4 Effects of different concentrations of La on MBC in purple soil from tea garden

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随着培养时间的延长，除100 mg·kg^-1浓度La处理下对MBC有少量刺激作用，在实验第42 d和56 d较CK分别上升7.05%和2.60%外，其余各处理浓度La在培养期内均对MBC含量呈现抑制作用。在600、800、1000 mg·kg^-1 La浓度处理下对MBC的抑制作用逐步增强，均在培养第56 d达到最小值。这说明随着培养时间的增加，低浓度La处理表现出对生物量碳具有少量的刺激作用，而高浓度La处理下抑制作用不断增强。

土壤有机碳、氮是表征土壤生物特性的重要指标，其转化与迁移又直接影响到温室气体的组成与含量，对生态系统碳氮平衡具有重要影响。目前关于外源稀土元素对土壤氮影响的研究已见报道，如鲁鹏等^[23]的盆栽实验研究表明，低浓度稀土元素可促进砂质黏壤土土壤有效氮含量，而高浓度稀土元素则抑制土壤有效氮，且随着处理浓度增加，土壤有效氮含量明显降低；褚海燕等^[21]盆栽实验研究表明，外源稀土La积累会降低红壤氮的有效性，且有效氮含量随着La处理浓度的增加而减少。但目前关于外源稀土对土壤有机碳及其活性组分影响的研究还鲜见报道，仅见褚海燕等^[33]关于土壤微生物量碳的研究报道，其通过盆栽实验研究指出，外源稀土La对红壤MBC具有显著的抑制作用，且随着浓度的增加，抑制作用呈现不断增强的趋势。本文研究结果表明，外源稀土元素La对茶园土壤有机碳具有显著影响，随着La处理浓度的增加，SOC、ROC和WSOC含量呈现出先增加后下降的趋势。这与鲁鹏等和褚海燕等关于土壤有效氮的研究结果基本一致，说明低浓度外源稀土La对土壤有机碳具有明显促进作用，而高浓度的外源稀土元素La对土壤有机碳具有明显抑制作用。其原因是外源稀土进入土壤生态系统影响并改变了土壤理化性质^{[7, 34]}，进而影响土壤有机碳。鲁鹏等^[23]研究表明，稀土对土壤中养分及离子均存在影响，褚海燕等^[33]研究表明稀土进入土壤后会导致土壤pH降低。另一方面，过量的外源稀土元素进入土壤可能对土壤微生物具有毒害作用，降低了土壤微生物量及其活性，进而导致微生物量碳和土壤有机碳的减少^[35]。有研究指出，大剂量稀土进入土壤后会抑制土壤微生物的生长^[36]。本研究表明，外源稀土元素澜对土壤微生物量碳具有显著的抑制作用，且随着处理浓度的增加抑制作用不断增强，与褚海燕等关于土壤微生物量碳的研究结果一致。这正好说明外源稀土元素对土壤微生物具有毒害作用，进而导致微生物量碳的减少，也说明土壤微生物对外源稀土是比较敏感的。本研究结果初步表明，微生物量碳可作为外源稀土元素对土壤有机碳影响监测和评价的敏感指标。

随着处理浓度的增加，La对SOC、ROC和WSOC含量的影响呈现出低促高抑的趋势，而对MBC含量的抑制作用不断增强。随处理时间延长，各浓度La处理明显降低SOC和MBC含量，同时增加ROC和WSOC含量，说明低浓度的外源稀土元素La对土壤有机碳具有明显促进作用，而高浓度具有明显抑制作用。研究结果初步表明，MBC可作为外源稀土对土壤有机碳影响监测和评价的敏感指标。