四川是中国柑橘优势产区之一^[1]，种植面积主要集中在盆地丘陵及平坝紫色土区域，其成土母质以侏罗系和白垩系砂泥岩为主，土壤有机质含量低，水土流失严重^[2]。常规的柑橘园管理方式多以清耕为主，长期过量使用化肥、农药导致土壤质量严重退化，土壤团聚体含量逐渐减少，土壤养分低下，不利于柑橘生长^[3-4]。因此，提高紫色土柑橘园土壤质量，改善土壤物理化学性状，提升地力是建设高产、稳产、优质柑橘园的重要前提^[5-6]。土壤团聚体的含量及分布对土壤质量有着重要的影响，是土壤结构稳定性的指标之一^[7]，而土壤肥力直接影响果品的产量和品质，其中土壤有机碳、氮是影响果园产量的关键因子^[8-9]。大量研究表明，绿肥作为一种优良的生物肥料，不仅能够丰富和平衡土壤养分，改善土壤物理性能，还具有蓄水保墒、调节地温、保持水土等功能，同时可提高水果产量和品质^[10-11]。白三叶草是一种常见的多年生绿肥品种，在 pH 值为 4.5～8.5 的土壤均可生长，根系发达，固氮能力强，喜湿、耐荫^[12]，适宜在成熟柑橘园间作。目前我国对果园种植绿肥的研究多是关于土壤理化性状、果园生态环境及果实品质等方面^[13-16]，对土壤碳、氮库影响的研究较少，已有的研究工作也多集中在土壤总碳和全氮的变化，而对团聚体碳、氮的关注甚少。本文以传统的柑橘园土壤管理方式（清耕）为对照，研究了长期种植绿肥白三叶对四川紫色土区柑橘园不同土层土壤团聚体碳、氮的影响，旨在摸清柑橘园间作白三叶后土壤有机碳、氮的变化规律，为紫色土区柑橘园土壤管理提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于四川省南充市西充县义兴镇百科柑橘园，为 10 年生柑橘园，栽植密度 4 m×2 m，柑橘品种为奈维林娜橙，地处 105°51′ E、31°9′ N，属中亚热带湿润季风气候，平均海拔 286 m 左右，土壤为紫色土，土层深厚，质地均匀，多年平均气温 16.9℃，多年平均降水量 980 mm，日照充足，光热资源丰富，无霜期 300 d。试验前土壤基本状况：pH 7.6，有机质 10.12 g/kg，全氮 0.76 g/kg，有效磷 9.57 mg/kg，速效钾 81.97 mg/kg。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组试验设计，设置柑橘园清耕单作和柑橘园 / 白三叶间作 2 个处理，每个处理 3 次重复，共 6 个小区，每个小区面积为 20 m² （4 m×5 m）。2014 年 9 月行间播种白三叶，已生草 5 年，播前浅旋耕整地，人工撒播，供试白三叶品种为海法，播种密度为 30.00 kg/hm²，各处理的生态条件及柑橘的田间管理措施一致。

1.3 土壤团聚体分级及有机碳和全氮含量测定

2020 年 3 月，在各处理小区随机布设 5 个采样点，每个采样点选取一个 1 m×1 m 样方，用修枝剪清除地上生物量之后，挖取长约 80 cm、宽约 60 cm、深约 80 cm 的土壤剖面，采集 0～10、10～20 和 20～40 cm 土层原状土样，然后将采集的混合土样带回实验室。团聚体分级采用湿筛法^[17]，称取风干土样 100 g，将其放置在团粒分析仪套筛的最上层（套筛由孔径分别为 2、1、0.5、0.25 mm 共 4 个筛子组成），调整桶内水面高度，使筛子移动到最高位置时最上层筛子中的土壤刚好淹没在水面以下，待土壤在水面下浸泡 5 min 后开动仪器，以30 次/min 的速度筛分 3 min。湿筛后，将每一层筛上的团聚体分别洗入铝盒，60℃烘干称重，精确至 0.01 g，并计算其在土样中的百分含量，烘干后的各级水稳性团聚体磨碎过 0.15 mm 筛。土壤有机碳采用外加热-重铬酸钾氧化法^[18]测定；土壤全氮采用半微量凯氏定氮法^[19]测定。

1.4 数据处理

试验结果采用最小显著性差异（LSD）法和 T 检验进行差异显著性分析，显著性水平为 P<0.05。所有统计分析利用 Excel 2016 和 SPSS 19.0 软件完成。

2 结果与分析

2.1 白三叶对不同土层土壤水稳性团聚体分布的影响

从表1 可见，同一土层不同处理间土壤团聚体粒级分布基本一致，均以 <0.25 mm 小粒级团聚体为主，0.5～0.25 及 >2 mm 粒级团聚体次之，2～1 mm 粒级团聚体含量最低，由此可见种植白三叶不会对同一土层土壤团聚体粒级分布趋势产生影响。不同土层同一处理各粒级团聚体含量表现出一定差异，随土层加深，<2 mm 粒级水稳性团聚体含量呈增加趋势，而 >2 mm 大粒级团聚体含量呈降低趋势。同一土层中，种植绿肥白三叶对不同粒级团聚体影响趋势不一，表现为种植绿肥白三叶较清耕对照增加了 2～0.25 mm 粒级团聚体含量，减少了 >2、<0.25 mm 粒级团聚体含量，但差异均未达显著水平，且不同土层之间均表现出这一趋势。

注：同一土层中同一列不同字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 白三叶对土壤有机碳在团聚体中分布的影响

2.2.1 不同土层有机碳含量

种植绿肥白三叶对不同土层中有机碳含量的影响如图1 所示，种植白三叶能有效提高 0～10 及 10～20 cm 土层土壤有机碳含量。与清耕相比，种植白三叶有机碳含量在 0～10 cm 土层中显著增加 24.15%，在 10～20 cm 土层中显著增加 20.63%。 20～40 cm 土层，种植白三叶对土壤有机碳含量无显著影响。从空间分布上可见，随土层加深土壤有机碳含量呈降低趋势。

注：不同小写字母表示同一土层不同种植模式之间有显著差异 （P<0.05），下同。

2.2.2 不同粒级土壤团聚体有机碳含量

从表2 可见，不同处理下各土层土壤有机碳含量均表现为随着粒级减小而逐渐增加的趋势。随土层加深，不同粒级团聚体有机碳含量均表现为 0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm 土层。与清耕相比，种植白三叶显著增加了 0～10 和 10～20 cm 土层中不同粒级团聚体有机碳含量，种植白三叶对 20～40 cm 土层不同粒级团聚体有机碳含量无显著影响。其中 0～10 cm 土层中 >2、2～1、1～0.5、0.5～0.25 和 <0.25 mm 粒级团聚体中有机碳含量增幅最大，种植白三叶较清耕处理分别增加 17.23%、19.58%、25.34%、 26.13% 和 26.03%。

2.3 白三叶对土壤全氮在团聚体中分布的影响

2.3.1 不同土层全氮含量

种植绿肥白三叶对不同土层中全氮含量的影响如图2 所示，种植白三叶能有效提高 0～10 及 10～20 cm 土壤土层全氮含量，与清耕相比，种植白三叶全氮含量在 0～10 cm 土层中显著增加2 1.25%，在 10～20 cm 土层中显著增加 17.39%。 20～40 cm 土层，种植白三叶对土壤全氮含量无显著影响。从空间分布上可见，随土层加深土壤全氮含量呈降低趋势。

2.3.2 不同粒级土壤团聚体全氮含量

在不同土层土壤团聚体全氮含量的分布规律与有机碳含量一致（表3），均表现出随粒级的减小而增加的趋势。随土层加深，不同粒级团聚体中全氮含量总体表现为 0～10 cm>10～20 cm>20～40 cm 土层。与清耕相比，种植白三叶增加了 0～10、 10～20 cm 土层不同粒级团聚体全氮含量，但种植白三叶对 20～40 cm 土层不同粒级团聚体全氮含量无显著影响。其中 0～10 cm 土层中 >2、 2～1、1～0.5、0.5～0.25 和 <0.25 mm 粒级团聚体中全氮含量增幅最大，种植白三叶较清耕分别增加 21.62%、19.48%、20.51%、19.75% 和 20.48%。

2.4 白三叶对土壤碳氮比的影响

对不同处理土壤碳氮比进行分析，结果如图3 所示，种植白三叶处理 0～10 cm 土层中 >2 及 2～1 mm 粒级团聚体碳氮比小于清耕处理，随土层加深，种植白三叶处理增加了 >2、2～1 mm 粒级团聚体碳氮比，使得种植白三叶处理 10～20、20～40 cm 土层中 >2 及 2～1 mm 粒级团聚体碳氮比大于清耕处理。其余粒级团聚体碳氮比在各土层中均表现为种植白三叶处理大于清耕处理，且种植白三叶处理各粒级团聚体碳氮比随土层加深而有所增加。清耕处理各粒级团聚体碳氮比表现为随土层加深先减少后增加的趋势。

3 讨论

3.1 白三叶对土壤中水稳性团聚体含量的影响

土壤团粒结构是土壤肥力的物质基础，是作物高产稳产的必需土壤条件之一^[20]。大量的研究表明，果园种植绿肥作物可降低土壤容重，增加孔隙度，提高水稳性团聚体含量。本研究发现，长期种植白三叶增加了紫色土柑橘园中 >0.25 mm 粒级的水稳性大团聚体总量。这个结果与王义祥等^[21]和王英俊等^[22]的研究结果一致。王义祥等^[21]通过果园定位试验发现，顺坡和梯台果园种植绿肥后， 0～20 cm 土壤团聚体中 >0.25 mm 水稳性团聚体分别比清耕处理的高 3.78% 和 5.90%；王英俊等^[22] 在渭北黄土高原苹果园间作白三叶的研究结果表明，间作白三叶提高了苹果园土壤水稳性团聚体含量，主要集中在 0～20 cm 土层，显著地提高了该土层 >0.25 mm 的水稳性团聚体。这主要是由于在水稳性团聚体的形成过程中，柑橘园长期种植白三叶增加了新鲜有机物质的输入，柑橘根系土壤微生物及代谢产物增多，土壤中有机胶结物质和载体介质的量增多，有机物料在团聚体中富集的同时也促进了大团聚体的形成^[23]，但本试验中白三叶促进土壤水稳性团聚体的形成机制还有待进一步深入研究。

3.2 白三叶对碳、氮在土壤团聚体中分布的影响

团聚体是土壤有机碳的重要储存场所^[24]，果园间作绿肥可显著提高果园土壤有机质含量，增加团聚体有机碳的含量^[25]。本研究发现，柑橘园种植白三叶显著增加了紫色土中 0～10 和 10～20 cm 两个土层土壤团聚体有机碳含量，这与相关文献的报道一致^[26]。张钦等^[26]研究表明，连续种植绿肥，土壤总有机碳的积累随着各粒级土壤团聚体有机碳含量的增加而增加，总有机碳与 5～0.5 mm 粒级的团聚体碳含量显著相关，且 5～1 mm 粒级土壤团聚体的增加对土壤总有机碳积累的影响较为突出。分析发现，其原因在于白三叶输入的有机物主要集中在土壤表层，且橘园间作白三叶使土壤受扰动影响较小，从而利于有机碳富集^[22]。但本研究中，土壤有机碳主要分布在 <0.25 mm 粒级的微团聚体中，且不同处理微团聚体中有机碳含量均高于大团聚体中的有机碳含量，这与陈晓芬等^[27]在红壤中的研究结果存在一定差异，这可能与紫色土的成土特性有关^[2]，此外，由于微团聚体通常是大团聚体分解或者由粘粒与有机物胶结以后形成的产物，储存在其中的有机碳不易被微生物分解和利用^[28]，从而使有机碳富集在微团聚体中，这与武均等^[29]得到的结果相对一致。

目前有关绿肥对果园土壤团聚体中全氮含量影响的研究较少。相关文献多集中于绿肥对稻田土壤全氮的研究^[30-31]，如：高菊生等^[32]研究发现，绿肥还田可促进水稻增产，提升土壤有机质含量，维持土壤氮素供应，这与本研究结果较一致。在本研究条件下，与柑橘园清耕处理相比，种植白三叶增加了紫色土各粒级土壤团聚体中全氮含量，以 0～20 cm 尤为显著，且均表现出随粒级的减小而增加的趋势。分析发现，除白三叶自身所含的氮素外，白三叶可能会通过改变土壤通气状况、水分含量等微生态环境，抑制土壤反硝化作用，从而减少氮氧化物的排放，降低了氮素的淋失，进而增加土壤中全氮储量^[33-34]。因此，长期种植白三叶在一定程度上能改变柑橘园土壤结构，补充土壤有机碳库和氮养分含量，提高土壤肥力。但种植白三叶对表层土壤碳、氮库及其贡献率的长期动态影响，对柑橘园根系土壤微生物环境的作用，以及是否可以作柑橘园地力提升的主要土壤改良剂等，还需进一步的试验验证。

4 结论

四川紫色土区柑橘园长期种植白三叶后，土壤 >0.25 mm 水稳性大团聚体含量呈现出增加趋势。各土层中不同粒级团聚体中有机碳和全氮的含量也显著提高，土壤肥力条件得到明显改善，因此，四川紫色土区柑橘园种植绿肥白三叶有利于柑橘园地力提升，是一种值得推广应用的技术模式。

参考文献