喬鑫鑫，李乾云，王艷芳，尹 飛，焦念元，付國占，劉 領(lǐng)

(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023)

河南省是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，中低產(chǎn)地區(qū)耕地面積約占全省耕地面積的70%[1]。研究表明，我國中低產(chǎn)田的增產(chǎn)潛能是現(xiàn)實(shí)產(chǎn)能的2.97倍，中低產(chǎn)地區(qū)土壤肥力的提升，在改善土壤質(zhì)量、調(diào)節(jié)養(yǎng)分失調(diào)、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、增加糧食產(chǎn)量、提高作物生產(chǎn)力和增加農(nóng)民收入等方面發(fā)揮著重要的作用[2]。豫西丘陵地區(qū)是河南省中低產(chǎn)田的主要分布區(qū)，是影響糧食產(chǎn)量的關(guān)鍵地區(qū)。夏玉米-冬小麥復(fù)種模式是該地區(qū)農(nóng)民長期普遍采用的種植模式，由于多年來種植模式單一、種養(yǎng)結(jié)合不平衡和化肥農(nóng)藥的過量使用導(dǎo)致土壤板結(jié)、通透性變差、農(nóng)藥殘留嚴(yán)重和生產(chǎn)成本增加等一系列問題日益突出，對當(dāng)?shù)赝寥蕾Y源的保護(hù)形成了嚴(yán)重的威脅[3-4]。因此，構(gòu)建適合當(dāng)?shù)氐膹?fù)種模式、改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤肥力是該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題。

土壤團(tuán)聚體是構(gòu)成土壤結(jié)構(gòu)的基本單位[5]，是土壤結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)和肥力的重要載體，其數(shù)量和分布在一定程度上反映了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗侵蝕性和肥力高低的能力[6]。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是一項(xiàng)重要的土壤特性，影響土壤的可持續(xù)性、生產(chǎn)力及農(nóng)作物生長[7]。土壤團(tuán)聚體形成及穩(wěn)定性受眾多因素的影響，如土地利用方式[8]、耕作方式[9]、施肥措施[10]、種植模式等。研究表明豆科-禾本科種植模式可促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體與大團(tuán)聚體之間的轉(zhuǎn)化，提高土壤大團(tuán)聚體的比例，增強(qiáng)土壤微生物活性，有利于土壤良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[11-12]。如白錄順等[13]研究表明，玉米和大豆間作模式可顯著提高土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，增強(qiáng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性，降低團(tuán)聚體破壞率。王飛等[14]在冷浸田研究發(fā)現(xiàn)，蠶豆-水稻輪作模式提高了土壤肥力和作物產(chǎn)量，增加了土壤微團(tuán)聚體的含量。土壤有機(jī)碳是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，是土壤肥力的核心，同時土壤團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的重要貯存場所，兩者互相依存，密不可分[15]。一方面土壤有機(jī)碳是形成團(tuán)聚體的重要膠結(jié)物質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，另一方面土壤團(tuán)聚體通過“物理保護(hù)”作用將有機(jī)碳吸附于土壤結(jié)構(gòu)中，免受微生物對有機(jī)碳的分解，起到土壤固碳的作用[16]。綜合來看，當(dāng)前關(guān)于豆科-禾本科種植模式下土壤團(tuán)聚體特征及其養(yǎng)分分布特性的研究已取得一些重要認(rèn)識，但在中低產(chǎn)地區(qū)土壤團(tuán)聚體組成及碳、氮分布對豆科-禾本科種植模式的響應(yīng)研究還較少，缺乏長期研究，因此，研究長期豆-麥復(fù)種模式下農(nóng)田土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及C、N分布特征對中低產(chǎn)田肥力的改造和提升具有重要的意義。鑒于此，本研究以5年的田間試驗(yàn)，對土壤團(tuán)聚體及相關(guān)C、N含量進(jìn)行分析，深入探究了長期豆-麥復(fù)種模式下土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及C、N含量在不同粒徑中分布的差異，旨在為科學(xué)評價豆-麥復(fù)種模式在實(shí)際應(yīng)用中的長期可行性及指導(dǎo)豫西丘陵區(qū)中低產(chǎn)田可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在河南省洛陽市洛龍區(qū)河南科技大學(xué)農(nóng)場(33°42″N，110°50″'E)，此地區(qū)位于河南省西部，屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.7℃，年均降雨量650 mm，年均蒸發(fā)量2 110.3 mm，年均輻射量485.3 kJ·cm-2，10℃以上積溫3 300℃～3 400℃，年平均無霜期210 d。試驗(yàn)地土壤屬黃潮土，黏壤土質(zhì)，基本理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)建立前該地區(qū)即采用玉米-小麥復(fù)種模式。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年6月至2019年10月進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)玉米-小麥周年復(fù)種(CK)、花生-小麥周年復(fù)種(PW)以及大豆-小麥周年復(fù)種(SW)3個處理，每個處理重復(fù)3次，共9個小區(qū)，小區(qū)面積為120 m2(12 m×10 m)，隨機(jī)區(qū)組排列。供試玉米品種為‘鄭單958’，花生品種為‘白沙1016’，大豆品種為‘豫豆22號’，小麥品種為‘洛旱6號’。夏季作物玉米、花生和大豆于每年6月上旬播種，玉米行距60 cm，株距25 cm，每穴一株，密度6.6萬株·hm-2；花生行距30 cm，株距20 cm，每穴2株，密度33.3萬株·hm-2；大豆行距45 cm，株距20 cm，每穴2株，密度22.2萬株·hm-2。底肥結(jié)合整地一次性施入土壤，氮、磷、鉀施用量分別為100、100、120 kg·hm-2，玉米大口期再追施氮90 kg·hm-2，大豆、花生不追肥。夏季作物收獲后于每年10月中旬播種小麥，行距20 cm，播量160 kg·hm-2，施肥量為氮肥(N)180 kg·hm-2，磷肥(P2O5)80 kg·hm-2，鉀肥(K)70 kg·hm-2，將60%的氮肥和全部的磷肥、鉀肥作為基肥施入耕層，在小麥返青至拔節(jié)期追施剩余40%的氮肥。每季作物通過人工方式收獲，收獲后使用秸稈粉碎還田機(jī)將地上部秸稈粉碎還田，施入基肥，通過旋耕(深度0～20 cm)的方式翻入土壤，期間試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了一次深翻，試驗(yàn)區(qū)田間管理模式同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 樣品采集 于2019年10月夏季作物收獲后，采用“S”型5點(diǎn)取樣法，使用定制的取樣環(huán)刀(直徑為10 cm、高度為10 cm)分別采集每個小區(qū)0～20 cm和20～40 cm 兩個土層的原狀土樣，剔除肉眼可見的植物殘體、根系和石礫等雜質(zhì)，將5個取樣點(diǎn)混合的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室(盡量保持原狀土壤結(jié)構(gòu))，沿土塊天然斷裂面輕輕掰開，然后在通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干、過10 mm篩，用于土壤團(tuán)聚體組成的測定。

1.3.2 土壤團(tuán)聚體和各粒級碳氮含量測定 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法[17]:使用振動篩對土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分級，共分4級(>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm)。稱取200 g土樣平鋪于2 mm篩面上，加入去離子水(水剛好淹沒2 mm篩面上的團(tuán)聚體)，浸潤10 min后以30次·min-1的頻率上下振蕩，振蕩幅度為3 cm，振蕩結(jié)束后將各層篩面上的水穩(wěn)性團(tuán)聚體分別沖洗到事先已稱重的鋁盒中，60℃下烘干至恒重、稱重。將各粒級團(tuán)聚體磨細(xì)過0.25 mm篩，室溫下保存，分別采用H2SO4-K2CrO7外加熱法[18]和半微量凱氏定氮法[18]測定其有機(jī)碳和全氮含量。

1.3.3 計(jì)算方法

(1)>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(WR0.25)、平均質(zhì)量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)(ELT)和分形維數(shù)(D)，具體計(jì)算公式如下[19-21]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，WR0.25為>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(%)；Mr>0.25為粒徑>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量(g)；MT為水穩(wěn)性團(tuán)聚體總質(zhì)量(g)；Wi為某粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(%)；Xi為某粒級團(tuán)聚體的平均直徑(mm)；M(r

(2)不同粒級團(tuán)聚體對土壤C、N的貢獻(xiàn)率計(jì)算公式[22]：

團(tuán)聚體的養(yǎng)分貢獻(xiàn)率=

×100%

(6)

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 9.0軟件繪圖，采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性檢驗(yàn)與分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，圖表中數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值±標(biāo)椎誤(Mean±SE)。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆-麥復(fù)種模式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級分布的影響

由表2可知，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布主要集中在0.25～2 mm粒級，其次為0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級，>2 mm粒級含量最少。3種復(fù)種模式下0～20 cm和20～40 cm兩個土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體WR0.25值均表現(xiàn)為SW>PW>CK。在0～20 cm土層，PW和SW處理下>2 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK增加77.0%和228.1%，0.25～2 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK增加7.6%和4.2%，0.053～0.25 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK減少23.5%和14.3%，<0.053 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK顯著減少15.6%和35.9%；在20～40 cm土層，PW處理>2 mm粒級團(tuán)聚體含量較CK減少21.4%，SW處理>2 mm粒級團(tuán)聚體含量較CK增加42.9%，PW和SW處理下0.25～2 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK增加32.2%和36.6%，0.053～0.25 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK減少2.2%和28.7%，<0.053 mm粒級團(tuán)聚體含量分別較CK減少35.2%和41.1%?？傊?，與CK相比，PW和SW處理下均顯著提高兩個土層>2 mm和0.25～2 mm粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，降低0.053～0.25 cm和<0.053 mm粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。

表2 不同處理下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的組成/%

2.2 豆-麥復(fù)種模式對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

由圖1(a)和圖1(b)可知，在0～20 cm和20～40 cm土層中，PW和SW處理與CK相比均顯著提高土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD和GMD值。在0～20 cm土層，PW和SW處理下的MWD分別較CK增加7.7%、20.4%，GMD分別較CK增加25.5%、42.4%；在20～40 cm土層，PW和SW處理下的MWD分別較CK增加26.7%、31.9%，GMD分別較CK增加63.4%、103.5%。

由圖1(c)和圖1(d)可知，在0～20 cm土層，PW和SW處理下土壤不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)(ELT)和分形維數(shù)(D)均顯著降低，ELT分別較CK降低20.7%、34.2%，D值分別較CK降低10.2%、14.5%；在20～40 cm土層，PW和SW處理下ELT較CK分別降低16.9%和19.1%，3種復(fù)種模式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體D值差異不顯著(P>0.05)?？傊?，在0～20 cm和20～40 cm土層中，PW和SW處理較CK提高了土壤團(tuán)聚體平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)，降低了土壤團(tuán)聚體不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)(ELT)和分形維數(shù)(D)。

2.3 豆-麥復(fù)種模式對水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳及貢獻(xiàn)率的影響

2.3.1 土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量 由表3可知，在0～20 cm和20～40 cm土層，3種復(fù)種模式下土壤總有機(jī)碳(SOC)含量呈現(xiàn)出SW>PW>CK的規(guī)律。各粒級土壤有機(jī)碳含量主要集中在0.25～2 mm粒級，0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級次之，>2 mm粒級最低，隨著土層深度的增加，各粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量減少。在0～20 cm土層，PW和SW處理下土壤總有機(jī)碳含量分別較CK增加12.9%和19.4%，>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量分別較CK增加18.1%和51.2%，0.25～2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量分別較CK增加20.1%和29.9%，0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量分別較CK增加8.3%和24.9%，<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量分別較CK顯著減少16.6%和24.1%；在20～40 cm土層，PW和SW處理下土壤總有機(jī)碳含量分別較CK增加2.0%和3.5%，PW處理>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量較CK減少3.9%，SW處理>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量較CK增加4.4%，PW和SW處理下0.25～2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量分別較CK增加23.3%和33.6%，0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量分別較CK減少13.8%和23.4%，<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量差異不顯著(P>0.05)?？傊?，與CK相比，PW和SW處理均增加兩個土層>2 mm和0.25～2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量，減少<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量，其中SW處理下各粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量最高。

表3 不同處理下各粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量/(g·kg-1)

2.3.2 各粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率 由圖2可知，各粒級土壤團(tuán)聚體對土壤總碳的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為0.25～2 mm粒級最高，0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級次之，>2 mm粒級最低；隨著土層的增加，>2 mm和<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率減少，0.25～2 mm和0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率增加。在0～20 cm土層，PW處理顯著提高>2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率分別比CK高90.3%、58.0%和21.0%，SW處理顯著提高各粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率，>2 mm粒級比CK高143.1%，

0.25～2 mm粒級比CK高14.6%，0.053～0.25 mm粒級比CK高128.4%，<0.053 mm粒級比CK高39.2%；在20～40 cm土層，與CK相比，SW處理下>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著增加45.6%，0.25～2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率增加11.6%，0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率均顯著增加84.8%和42.7%；PW處理下0.25～2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率顯著提高，各粒級分別較CK增加18.2%、46.8%和37.2%，>2 mm粒級有機(jī)碳貢獻(xiàn)率差異不顯著(P>0.05)。

2.4 豆-麥復(fù)種模式對水穩(wěn)性團(tuán)聚體全氮及貢獻(xiàn)率的影響

2.4.1 土壤團(tuán)聚體的全氮含量 由表3可知，與CK相比，PW和SW處理下土壤總?cè)?TN)含量顯著增加，土壤團(tuán)聚體全氮含量的分布也呈現(xiàn)出與有機(jī)碳含量分布一致的趨勢，兩個土層中各處理全氮含量主要以0.25～2 mm粒級為主，其次為0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級，>2 mm粒級最低；隨著土層深度的增加，各粒級團(tuán)聚體全氮含量減少。在0～20 cm土層，PW和SW處理下土壤總?cè)?TN)含量分別較CK增加6.3%和32.6%，>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK增加24.5%和81.6%，0.25～2 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK增加21.2%和24.6%，0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK增加1.8%和27.7%，<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK顯著增加27.7%和38.3%；在20～40 cm土層，PW和SW處理下土壤總?cè)?TN)含量分別較CK增加8.6%和38.3%，>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK增加22.5%和28.6%，0.25～2 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK增加9.8%和29.5%，<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量分別較CK增加27.1%和28.2%，SW處理0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量較CK增加24.3%，PW與CK處理0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮含量差異不顯著(P>0.05)?？傊?，在0～20 cm和20～40 cm土層中，PW和SW處理與CK相比，均增加各粒級土壤團(tuán)聚體的全氮含量，其中SW處理下各粒級土壤團(tuán)聚體的全氮含量最高。

表3 不同處理下各粒級土壤團(tuán)聚體的全氮含量/(g·kg-1)

2.4.2 各粒級土壤團(tuán)聚體的全氮貢獻(xiàn)率 由圖3可知，各粒級土壤團(tuán)聚體對土壤全氮的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：0.25～2 mm粒級最高，0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級次之，>2 mm粒級最低；隨著土層深度的增加，>2 mm和<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的全氮貢獻(xiàn)率減少，0.25～2 mm和0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的全氮貢獻(xiàn)率增加。在0～20 cm土層，PW處理顯著增加<0.053 mm粒級團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率，較CK處理增加25.9%，0.053～0.25 mm粒級團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率較CK減少25.6%，>2 mm和0.25～2 mm粒級團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率差異不顯著(P>0.05)，SW處理顯著增加>2 mm、0.25～2 mm和<0.053 mm粒級團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率，較CK處理分別增加105.6%、13.9%和53.2%，0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率較CK處理分別減少8.3%；在20～40 cm土層，3種復(fù)種模式下>2 mm粒級土壤團(tuán)聚體的全氮獻(xiàn)率差異不顯著(P>0.05)，SW處理顯著增加<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率，較CK處理增加45.8%，0.25～2 mm和0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率較CK分別減少13.2%和3.6%，PW處理顯著增加0.25～2 mm和<0.053 mm粒級團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率，較CK處理分別增加10.1%和36.4%，0.053～0.25 mm粒級團(tuán)聚體全氮貢獻(xiàn)率較CK處理減少18.4%?？傊cCK相比，PW和SW處理提高了>2 mm、0.25～2 mm(除20～40 cm土層)、<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的全氮貢獻(xiàn)率，降低0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的全氮貢獻(xiàn)率。

3 討 論

土壤團(tuán)聚體根據(jù)其粒徑的大小可劃分為大團(tuán)聚體(>0.25 mm)和微團(tuán)聚體(<0.25 mm)，通常認(rèn)為大團(tuán)聚體(>0.25 mm)是土壤結(jié)構(gòu)中最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，其含量越高，說明土壤結(jié)構(gòu)越好[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，3種復(fù)種模式下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體WR0.25值大小表現(xiàn)為大豆-小麥復(fù)種模式(SW)>花生-小麥復(fù)種模式(PW)>玉米-小麥復(fù)種模式(CK)。相較于玉米-小麥復(fù)種模式，大豆-小麥復(fù)種模式和花生-小麥復(fù)種模式在0～20 cm和20～40 cm兩個土層均顯著增加>2 mm和0.25～2 mm粒級大團(tuán)聚體的比例，減少0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒級微團(tuán)聚體的比例，其中大豆-小麥復(fù)種模式效果最優(yōu)。張鳳華等[11]研究發(fā)現(xiàn)在短期大豆輪作模式下土壤大團(tuán)聚體含量顯著增加，土壤不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)明顯降低，有利于土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定。張旭輝等[24]對淮北白漿土5年研究也表明花生輪作種植模式增加了土壤0.25～2 mm粒級大團(tuán)聚體的含量，提高土壤團(tuán)聚體各粒級有機(jī)碳含量，加快土壤大團(tuán)聚體的形成，這與我們的研究結(jié)果相似。豆-麥復(fù)種模式(PW和SW處理)能夠提高耕層土壤大團(tuán)聚體的比例可能是因?yàn)椋阂环矫嫦噍^于玉米-小麥復(fù)種模式，豆-麥復(fù)種模式下有豆科植物的參與，豆科植物發(fā)達(dá)的根系系統(tǒng)與土壤微生物相互作用加快土壤中真菌菌絲體生長和其他微生物產(chǎn)生胞外多糖的分解活動，導(dǎo)致大量根系分泌物(如總糖、總有機(jī)酸等)的形成，同時在微生物的驅(qū)動下加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解，產(chǎn)生了大量的多糖、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等，從而使土壤團(tuán)聚體、真菌菌絲體與礦物質(zhì)三者更易結(jié)合在一起，有利于耕層土壤大團(tuán)聚體的形成[25]；另一方面，土壤中投入的枯枝落葉、根茬和植株秸稈等可作為有機(jī)質(zhì)為微生物生產(chǎn)土壤粘合劑提供了活性碳源，加快作物的生長代謝，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體中菌根的生長和顆粒POM的形成，在微生物的作用下，促使新團(tuán)聚體核心的形成[26]。大豆-小麥復(fù)種模式較花生-小麥復(fù)種模式能夠有效提高土壤大團(tuán)聚體的含量主要是因?yàn)榇蠖怪仓旮叽?、枝葉茂盛，光能利用率高，導(dǎo)致植株根系代謝旺盛，根系較為發(fā)達(dá)，根長更長、含根量更多、根表面積更大，通過其纏繞和固結(jié)作用使土壤結(jié)構(gòu)更緊實(shí)，更易于大團(tuán)聚體的形成[27]。但這一結(jié)果與蔡立群等[28]的研究結(jié)果不一致，其原因可能是土壤團(tuán)聚體的形成往往是一個漸進(jìn)的過程，在該過程中試驗(yàn)實(shí)施年限、土壤樣品類型、氣候條件等因素均會對研究結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，或者與試驗(yàn)時的振蕩力度強(qiáng)弱有關(guān)，導(dǎo)致結(jié)果的差異性。

土壤平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)(ELT)和分形維數(shù)(D)常被作為衡量土壤團(tuán)聚體大小分布和評價土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，土壤MWD和GMD值越大，表示土壤團(tuán)聚體的平均粒徑團(tuán)聚性越高，穩(wěn)定性和抗侵蝕能力越強(qiáng)，土壤ELT和D值越小，表明土壤中大團(tuán)聚體的數(shù)量越多，土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)越好、結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[29-30]。本研究發(fā)現(xiàn)，與玉米-小麥復(fù)種模式相比，花生-小麥復(fù)種模式和大豆-小麥復(fù)種模式均顯著提高兩個土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD和GMD值，降低兩個土層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體ELT值和D值(除20～40 cm土層)。說明豆-麥復(fù)種模式對于提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有積極的作用，這是因?yàn)橥寥繫WD和GMD與WR0.25之間呈顯著正相關(guān)，與ELT和D呈顯著負(fù)相關(guān)[31]。相比玉米-小麥復(fù)種模式，花生-小麥復(fù)種模式和大豆-小麥復(fù)種模式顯著提高了土壤大團(tuán)聚體含量，因此，土壤MWD和GMD值越大，ELT和D值越小。

團(tuán)聚體與土壤有機(jī)碳密切相關(guān)，團(tuán)聚體的形成和周轉(zhuǎn)是影響土壤有機(jī)碳動態(tài)變化的主要過程，土壤有機(jī)碳也是促進(jìn)團(tuán)聚體形成的重要膠結(jié)物質(zhì)，兩者互相依存，密不可分[32]。本試驗(yàn)中，土壤有機(jī)碳和全氮含量對豆-麥復(fù)種模式具有良好的響應(yīng)(見表2和表3)。在0～20 cm和20～40 cm土層，豆-麥復(fù)種模式較玉米-小麥復(fù)種模式顯著提高>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳和全氮含量，其中大豆-小麥復(fù)種模式增加有機(jī)炭、全氮優(yōu)勢最大，3 種復(fù)種模式下0～20 cm土層的有機(jī)碳、全氮含量高于20～40 cm土層，這與王彩霞等[33]的研究結(jié)果相似。大豆-小麥復(fù)種模式較花生-小麥復(fù)種模式能夠有效提高土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳、全氮含量主要是由于大豆植株地上生物量和凋落物量較多，大量的枯枝落葉分解可作為有機(jī)質(zhì)投入土壤[34]，為土壤微生物提供了碳源，加快土壤養(yǎng)分的積累[35]；再者，大豆植物根系擁有較多的根瘤菌，根瘤固氮能力更強(qiáng)，可以有效固定空氣中的游離態(tài)氮從而增加根際土壤中的全氮含量，促進(jìn)作物生長和光合作用的增強(qiáng)，從而使更多的有機(jī)物質(zhì)通過根系儲存在土壤團(tuán)聚體中[36]。另外，隨著土層深度的增加，不同處理下各粒級有機(jī)碳、全氮含量顯著減少，主要是因?yàn)橹参锔?、落葉殘體和土壤微生物多數(shù)分布在表層土壤(0～20 cm)，加快表層土壤碳氮循環(huán)的積累，從而提高表層土壤有機(jī)碳和全氮的含量[37]。最后，本研究還發(fā)現(xiàn)，與玉米-小麥復(fù)種模式相比，花生-小麥復(fù)種模式和大豆-小麥復(fù)種模式提高了>2 mm、0.25～2 mm、<0.053 mm粒級團(tuán)聚體的有機(jī)碳和全氮貢獻(xiàn)率，降低了0.053～0.25 mm粒級團(tuán)聚體有機(jī)碳和全氮貢獻(xiàn)率，這表明豆-麥復(fù)種模式下土壤養(yǎng)分隨著團(tuán)聚體的形成逐漸向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移，改變了農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)，提高了大團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮的含量。

4 結(jié) 論

1)通過5 a田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比玉米-小麥復(fù)種模式，豆-麥復(fù)種模式(PW和SW)可以顯著增加土壤>0.25 mm粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、土壤平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)，降低土壤不穩(wěn)定團(tuán)粒指數(shù)(ELT)和分形維數(shù)(D)，促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定，對改善0～20 cm 表層土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有顯著的效果。

2)與CK處理相比，PW、SW處理顯著增加了0～20 cm和20～40 cm土層>0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳、全氮含量，有機(jī)碳含量分別提高19.3%、38.9%和11.7%、21.2%，全氮含量分別提高22.2%、41.3%和13.7%、29.2%；提高>2 mm、0.25～2 mm、<0.053 mm粒級土壤團(tuán)聚體的有機(jī)碳和全氮貢獻(xiàn)率，其中大豆-小麥復(fù)種模式效果最佳。因此，在正常田間管理的條件下，大豆-小麥復(fù)種模式可有效改善農(nóng)田土壤質(zhì)量，對提高土壤肥力及作物增產(chǎn)具有積極的作用，是改善土壤退化的一種優(yōu)良復(fù)種模式。