土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，对土壤中有机碳的储存、积累及转化有着重要意义^[1]。不同粒级团聚体在土壤中适当的比例分布可使有机碳和微生物产生反应的频率与幅度降低，延长土壤的矿化周期^[2]。土壤中大粒级团聚体（>0.25 mm）含量的增加能使有机碳含量相应地提升^[3]，土壤有机碳也会作用于土壤团聚体，有机碳含量的升高能增加土壤大团聚体含量并增强土壤的团聚性^[4]。众多研究表明，大粒级团聚体可储存更多的有机碳，但这种状态是短暂的，因大团聚体较容易被破坏，而微团聚体更利于有机碳的储存和固定，因其内部的胶结物质和各种无机物密度较大，使有机碳不易流失^[5]。机械稳定性 >0.25 mm 团聚体在土壤中的数量多少和土壤的抗物理、机械破坏能力呈正相关关系，水稳定性 >0.25 mm 团聚体的数量则与土壤的抗水侵蚀能力呈正相关关系^[6]。通常情况下，土壤团聚体被破坏从而削弱土壤稳定性主要是由于耕作、降水和灌溉等机械损伤和水蚀造成的^[7]。因此，探究土壤团聚体和不同团聚体粒级内有机碳的联系，对涵养土壤、提高土壤肥力及改善其结构稳定性具有重要意义^[8]。

刘晓东等^[9]在青藏高原高寒草甸的研究发现，土壤大团聚体中全氮和有效氮含量高于小团聚体，从而优化了牧草根系的生长和分布，利于土壤结构的形成。刘晓利等^[10]对旱地土壤有机碳和全氮的研究表示，较大粒级团聚体内所含有机碳和全氮比例最高，且有机碳和全氮含量随团聚体粒级减小而降低。王义祥等^[11]的研究表示，与清耕相比，油桃园生草栽培增强了土壤团聚体的结构稳定性，且对土壤团聚体含量的增效作用受土层深度及有机质含量的影响。Neilsen 等^[12]对于果园间作牧草的研究表明，生草后土壤团聚体的结构稳定性和保护机制得到增强，利于有机碳的固定和分解，同时土壤有机碳也会反向影响团聚体结构和不同粒级分布，使得土壤团聚体能够胶结保存更多的有机质，提高土壤肥力。赖金平等^[13]研究表明，有机液肥促进了脐橙园土壤大团聚体的形成，改善了土壤结构稳定性，提高了土壤总有机碳和大团聚体有机碳含量。一些研究表明，由林地转化为耕地的土壤，其 <0.25 mm 团聚体含量呈迅速增加的趋势，>0.25 mm团聚体含量则显著减少^[14]；毛艳玲等^[15]对水稳定性团聚体的研究中发现，乔木林地改为农田后， >2 mm 团聚体含量显著下降，团聚体稳定性也随之下降。因此，植被类型的不同对土壤团聚体的粒级分布有着显著且深远的影响。但廖洪凯等^[16]的研究结果表明，花椒林地相较于旱地而言，其 >2 mm 水稳定性团聚体含量没有明显上升，耕作活动并没有使大团聚体含量大幅下降。因此，土壤团聚体的改善受到植被类型、农艺措施、土壤属性等因素的影响，其对土壤团聚体的作用原理还需进一步研究。本研究以红枣间作苜蓿为研究对象，设置不同的间距配置，分析红枣间作苜蓿系统土壤团聚体有机碳、全氮及红枣、苜蓿产量的变化特征，以期解决枣园种植苜蓿的间距配置问题，为南疆果草间作种植模式的健康、可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2020 年 5—11 月在塔里木大学园艺试验站（40°32′34″N、81°18′07″E）进行。试验地土壤质地为砂壤土，土壤 pH 7.90，有机质 11.2 g/kg，碱解氮 33.6 mg/kg，全氮 1.51 g/kg，有效磷 58.6 mg/kg，速效钾 107.33 mg/kg。枣园于 2012 年酸枣直播建园，2014 年春嫁接红枣，2019 年平茬，枣树行、株距分别为 3.0、0.5 m。选用的紫花苜蓿品种为阿尔冈金，属豆科苜蓿属多年生草本，对环境有很强的适应性，世界各国广泛种植。

1.2 试验设计

试验设 3 种枣树间作苜蓿种植模式，分别为距离枣树 0.5 m（M1）、1 m（M2）、1.45 m（M3），以枣树单作处理（CK）和苜蓿单作处理（AM）为对照，共 5 个处理，每个处理重复 3 次，小区面积 10 m×3 m，苜蓿播种方式为人工条播，播种深度为 1～2 cm。试验期间，灌溉方式为滴灌，除草、病虫害防治、施肥等田间管理各处理保持一致。

1.3 样品采集与测定

测定苜蓿盛花期土壤团聚体 4 个粒级（>2、 1～2、0.25～1、<0.25 mm）的有机碳、全氮含量。分别于苜蓿出苗期、第 1 茬初花期、第 2 茬初花期和盛花期，在果草间作的中间行、枣树单作及苜蓿单作小区用直径 4 cm 土钻采集 0～20、20～40、 40～60 cm 土层土样，每个处理重复 3 次；土样充分混匀并且自然风干，之后过 1 mm 筛用于测定土壤养分。用于测定土壤团聚体的土样需要内部结构完整的原状土，用铁锹挖 30 cm×30 cm 的土壤剖面，按 0～20、20～40、40～60 cm 土层分别使用铁质盒取土，并带回实验室将其自然风干，之后把每个土层的土样称重，过 2、1、0.5、0.25 mm 4 个孔径的筛子。待土壤完全自然风干后，分别采用萨维诺夫干筛法和湿筛法测定不同粒级土壤机械稳定性团聚体和水稳定性团聚体含量。采用重铬酸钾-外加热法测定团聚体有机碳^[17]，用杜马斯定氮仪测定团聚体全氮。

1.4 土壤团聚体计算方法

团聚体稳定性用团聚体平均质量直径（MWD） 表征^[18]。

$MWD=\frac{\sum _{i=1}^n\left(\overline{R_i}{W}_i\right)}{\sum _{i=1}^n{W}_i}$

式中：Ri 是某粒级团聚体平均直径，mm；Wi 是该粒级团聚体质量，g。

1.5 苜蓿和红枣产量实收

苜蓿产量分别在苜蓿第 1 茬初花期（6 月 25 日）和第 2 茬初花期（9 月 29 日）进行刈割，每次刈割面积为 1 m×1 m，留茬高度为 3～5 cm，每小区重复 3 次。收割后，立即称鲜草重，取 200～500 g 全株，用纸袋装好，置于烘箱中，于 105℃杀青 15 min，在 60～80℃下烘干至恒重，即干物质重。红枣产量在每个小区随机选取 10 株枣树，测定单株产量。

1.6 数据分析方法

试验数据采用 Excel 2019 整理汇总，用 DPS 9.5 进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同间距配置下枣苜间作系统土壤团聚体的组成和稳定性

2.1.1 土壤机械稳定性团聚体组成

按照大团聚体（ ≥ 0.25 mm）和微团聚体 （<0.25 mm） 划分（ 表1），各处理不同土层均以大团聚体为优势团聚体，0.25～1 mm 粒级在大团聚体不同粒级中所占比例最高（ 变幅 23.26%～28.01%）。在 0～20 cm 土层中，较 CK 处理，M2、M3 处理显著增加了 1～2 mm 粒级团聚体含量（P<0.05）、显著减小了 <0.25 mm 粒级团聚体含量，>2、0.25～1 mm 各处理间差异不显著；在 20～40 cm 土层中，M1 处理与 CK 处理相比显著增加了 >2 mm 粒级团聚体含量，<0.25 mm 粒级团聚体含量 CK 处理均显著高于其他处理，分别增加了 18.52%、20.36%、15.45%、14.86%； 在 40～60 cm 土层中，与 CK 处理相比，M2 处理下 1～2 mm 粒级团聚体含量显著增加，<0.25 mm 粒级团聚体含量显著减少。大团聚体机械稳定性团聚体含量均值从大到小表现为 M2>M1>M3>AM>CK，因此 M2 处理对土壤机械稳定性团聚体的改善作用最佳。

注：同一土层同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

2.1.2 土壤机械稳定性团聚体平均质量直径

土壤团聚体平均质量直径（MWD）可直接反映团聚体不同粒级在土壤中的分布情况。其值随大粒级团聚体含量的增加而增加，MWD 越大代表土壤团聚体的平均粒级拥有越高的团聚性，其稳定性就越强。不同处理土壤机械稳定性团聚体 MWD 随土层加深呈现先减小后增大的趋势（图1）。 M1、M2 处理在 0～20 cm 土层中，MWD 显著高于M3、CK 处理，但 M1 与 M2、M3 与 AM、CK 间无显著差异；20～40、40～60 cm 土层中，M2 处理 MWD 显著高于 M3、AM、CK 处理，M1 与 M2、 M3、AM，CK 与 M3、AM 间均无显著差异。

注：同一土层柱上不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

2.1.3 土壤水稳定性团聚体组成

经过湿筛后，不稳定的团聚体分解为 <0.25 mm 的团聚体，≥ 0.25 mm 团聚体含量明显降低（表2）。在不同土层中，较 CK 处理，M1、M2、M3、 AM 处理都不同程度地增加了土壤水稳定性大团聚体（≥ 0.25 mm）含量，且随土层加深而不断下降，水稳定性小团聚体（<0.25 mm）含量各处理随土层加深呈上升的趋势。0～20、40～60 cm 土层，M2 处理≥ 0.25 mm 团聚体含量最高，各处理的土壤水稳定性大团聚体含量从大到小表现为 M2>M1>AM>M3>CK。因此，M2 处理对水稳定性团聚体的改善作用最强。

2.1.4 土壤水稳定性团聚体平均质量直径

除 CK 处理外，其他处理土壤水稳定性团聚体平均质量直径（MWD）随土层加深呈现先增大后减小的趋势（图2）。在 0～20 cm 土层中，M2 处理较 M3、AM、CK 处理 MWD 均显著增加，M3、 AM、CK 处理之间差异不明显；在 20～40 cm 土层中，M1 处理 MWD 显著高于 M3、CK 处理， M1、M3 处理分别与 M2、AM 处理间无显著差异； 40～60 cm 土层中，M1、M2 处理较 M3、AM、CK 处理 MWD 均显著增加。0～40 cm 土层水稳定性团聚体 MWD 表现为 M2 最高，各处理的平均水稳定性团聚体 WMD 大小顺序为 M2>M1>AM>M3>CK。因此，M2 对土壤水稳团聚性的巩固作用最强。

2.2 不同间距配置枣苜间作系统土壤有机碳、全氮分布特征

2.2.1 苜蓿第 1 茬盛花期不同粒级土壤团聚体中有机碳和全氮分布

不同处理对各粒级团聚体中苜蓿第 1 茬盛花期有机碳和全氮含量影响各不相同（表3）。从整体来看，<0.25 mm 微团聚体中有机碳和全氮含量最高，1～2 mm 粒级最低；在 0～20 cm 土层，各处理下 <0.25 mm 粒级有机碳含量均最高，较 CK 处理，1～2、0.25～1 mm 粒级各处理全氮含量均显著增加；在 20～40 cm 土层中，与 CK 处理相比，1～2 mm 粒级团聚体 M2、M3、AM 处理有机碳含量降低，其他不同粒级团聚体各处理有机碳含量均增加，>2、0.25～1 mm 粒级团聚体全氮含量均有显著提升；在 40～60 cm 土层中，与 CK 处理相比，M1、M2 处理显著增加了不同粒级团聚体有机碳含量，但提升有限，同时 M3 处理降低了 0.25～1 mm 粒级团聚体有机碳含量；较 CK 处理， M1、M2 处理提高了各粒级团聚体全氮含量，其中 M2 处理提升较明显，M1 次之。

2.2.2 苜蓿第 2 茬盛花期不同粒级土壤团聚体中有机碳和全氮分布

不同处理对各粒级团聚体中苜蓿第 2 茬盛花期有机碳和全氮含量影响各不相同（表4）。从整体看， <0.25 mm 微团聚体中有机碳含量最高，1～2 mm 粒级有机碳含量最低；除 40～60 cm 土层外，<0.25 mm 微团聚体中全氮含量最高，1～2 mm 粒级全氮含量最低；与 CK 相比，M1、M2 处理显著地增加了不同粒级团聚体有机碳含量，同时 M3、AM 处理降低了不同粒级团聚体有机碳含量，但降低程度不大；较 CK 处理，M1、M2、M3、AM 处理提高了各粒级团聚体全氮含量，其中 M2 处理提升较明显，M1 次之。

2.3 不同间距配置对枣苜间作系统产量的影响

不同处理苜蓿鲜草重差异显著（表5），AM 处理最高，并显著高于其他处理，M2 处理次之，M3 处理产量最低，说明其对苜蓿的增产效果低于其他处理；各处理苜蓿全年总产量表现为 AM>M2>M1>M3。与第 1 茬相比，第 2 茬生草处理的鲜草产量均有不同程度下降，AM 处理下降程度最大，M2 处理下降程度最小。两茬产量显示，M3 第 1 茬产量在全年产量占比最高，说明 M3 第2茬产量的下降幅度最高，增产效果不稳定；M2 第1茬产量在全年产量中的占比最少，说明 M2 第 2 茬产量的下降幅度最小，增产效果更稳定。不同处理红枣产量无显著差异，说明枣园间作苜蓿对红枣产量无影响。

3 讨论

3.1 枣苜间作系统土壤团聚体组成和稳定性对间距的响应

土壤团聚体是土壤结构的基本，也是土壤质量的重要表征^[19]。果草间作系统可以增加土壤孔隙度，提高土壤各粒级团聚体稳定性，对改善土壤物理性质具有明显的优势^[20]。本研究表明，干筛法获得的机械稳定性团聚体均以≥ 0.25 mm 的大团聚体为优势团聚体^[21]，这是由于果草间作系统增加了有机质的输入，促进了植物根系、土壤动物及微生物的活动，使其代谢产物增多，土壤中有机物的胶结物增加，从而有利于机械稳定性大团聚体的形成^[22-23]。苜蓿 4 个生草处理土壤机械稳定性大团聚体（≥ 0.25 mm）含量均高于红枣单作，但不同生草间距间无显著性差异。较红枣单作处理，间作 1 m 处理显著增加了 1～2 mm 粒级团聚体含量，说明适当的果草间距可以显著增加土壤机械稳定性大团聚体。相较于机械稳定性团聚体，水稳定性团聚体对揭示土壤结构稳定性、土壤有机碳演变特征的价值更大^[24]，是由于土壤结构稳定程度和大部分土壤养分的储存、积累过程受到水稳定性团聚体的影响更多。在本研究中，以 0～60 cm 土层为基准，水稳定性≥ 0.25 mm 团聚体含量随土层深度增加而降低，<0.25 mm 团聚体含量随土层深度增加而上升，说明水稳定性大团聚体主要集中于表层土壤^[25]。

土壤团聚体结构的稳定性越高，越有利于牧草与果树的生长发育^[26-27]。本研究发现，果草间作系统可以增加土壤团聚体稳定性，4 种生草处理中，以间作 1、0.5 m 处理对土壤团聚体稳定性的改善最明显，苜蓿单作次之，1.45 m 处理最低，红枣单作对土壤团聚体结构的稳定性效果远小于间作处理，主要原因是间作处理下苜蓿根系密集交错，与土壤中有机质、矿物质等相互胶结，在微生物活动的作用下将微团聚体转化为数量更多的大团聚体^[28-29]，进而利于土壤团聚体稳定性的增加。

3.2 枣苜间作系统土壤团聚体有机碳、全氮对间距的响应

土壤有机碳主要来源于植物凋落物^[30]、有机肥及秸秆等外源输入^[31]，前人的研究表示，果园间作牧草可以增加土壤有机碳含量，因其不仅能拦截雨水、减轻雨滴对土壤的冲击力、保存水分，还能够有效降低土壤中的碳因水侵蚀而造成损失的概率^[32-33]。土壤各粒级团聚体的大小、在土壤中所占含量对有机碳的分布也有较大影响^[34]，研究土壤团聚体有机碳对明确果草间作模式下的土壤有机碳状况具有重要意义^[35]。本研究发现，与红枣单作相比，生草处理 <0.25 mm 微团聚体有机碳含量较高，是由于土壤水稳定性微团聚体含量占比大，且微团聚体表面积较小，吸附能力强，不易被外界干扰，使其包含的有机碳得到了积累^[36-37]。1～2 mm 粒级团聚体中有机碳含量最低；与红枣单作处理比较，间作处理显著提高了各粒级团聚体有机碳含量，其中 1 m 间距处理提升明显，0.5 m 次之。与第 1 茬相比，第 2 茬苜蓿盛花期各处理不同粒级有机碳含量都出现了不同程度的增加，而红枣单作则略微下降，说明生草可显著增加团聚体的有机碳含量。与苜蓿单作相比，间作 0.5、1 m 处理土壤团聚体有机碳含量更高，这与 Cong 等^[38]研究间作处理可以提高土壤有机碳含量的结果一致。

各处理不同粒级团聚体中土壤全氮含量多集中于 <0.25 mm 微团聚体，0.25～1 mm 粒级次之， 1～2 mm 粒级土壤团聚体全氮含量最低，这是小团聚体中有机无机胶体结合的原因^[39]；两茬苜蓿土壤团聚体全氮含量与有机碳含量变化趋势一致，这与李玮等^[40]对不同年限茶园土壤团聚体碳氮磷生态化学计量学特征的研究结果一致，认为有机碳与全氮含量主要集中在微团聚体中；0.5 m 间距的间作处理和红枣单作团聚体全氮含量增加不明显，这是由于间作 0.5 m 处理苜蓿间距最小，与间作枣树存在养分竞争，而红枣单作处理土壤长期裸露，使得氮素易流失。因此，与单作枣树相比，苜蓿覆盖种植可以有效减少土壤中氮素的流失，从而增加团聚体中的全氮含量^[41-42]。

3.3 枣苜间作对不同茬次苜蓿及红枣产量的影响

3 种不同间距处理中，1 m 间距的间作处理鲜草产量保持最高，0.5 m 次之，1.45 m 为最低；较第 1 茬，第 2 茬苜蓿鲜草产量出现了不同程度的下降，这是由于刈割后其生长速度降低影响了单株苜蓿的生长速率^[43]。间作系统中，间距对植株光热资源的利用及土地利用率有着重要的影响，而适宜的间距可以促进两种植物营养互补，抑制养分的竞争^[44]，因此，果草间作应适当调节种植间距，协调地上地下部相互关系，实现资源利用最大化。本研究中，较苜蓿单作处理，间距为 1 m 的间作处理在全年产量最高，考虑到其在改善土壤性质方面的增效效应，是最适的间作种植模式。

4 结论

枣苜间作处理土壤机械稳定性团聚体含量和水稳定性团聚体均有不同程度的增加，其中间距为 1 m 的间作模式对土壤的改善效果最佳；土壤水稳定性团聚体以微团聚体为主，且随土层深度加深不断增加，大团聚体则相反。土壤有机碳和有机氮含量主要集中在 <0.25 mm 粒级团聚体中，1～2 mm 粒级团聚体中有机碳含量最低。苜蓿第 2 茬各生草处理有机碳、全氮含量较第 1 茬均有不同程度的增加，说明生草覆盖可显著增加土壤团聚体中有机碳、全氮含量，且枣苜间距越小效果越明显。适宜的间距不仅能维持较高的土壤团聚体有机碳含量，还能在不影响红枣产量的情况下收获较高的苜蓿鲜草产量。因此，从改善土壤结构、提高土壤有机碳、全氮含量及产量角度考虑，在南疆红枣苜蓿间作生产中，距离枣树 1 m 的间作模式最优。

参考文献