果园清耕是以往我国常规的果园管理维护农艺措施，具有防虫害，操作简单等特点，但近年的研究发现长期清耕容易导致土壤板结、有机质下降等一系列土壤退化问题^[1]，对果园的产品品质和产量造成长期的不利影响。果园生草是近年来发展较快的针对清耕果园土壤产生潜在负面危害而采取的重要管理措施^[2]。果园生草不仅显著改善土壤物理性状，降低土壤容重，增加土壤总孔隙度^{[3, 4]}，提高土壤全量养分(N、P和K)含量^[5]，而且对土壤有机质含量也具有重要影响^{[2, 6, 7, 8]}。土壤有机碳是植物营养的重要来源，也是微生物活动物质和能量的源泉^[9]，其含量变化可直接导致土壤养分循环的变化，从而影响土壤肥力和生产力^[10]。然而土壤有机质组成并非单一，而是各种动植物残体和微生物残体不同阶段分解产物的综合体^[11]，是各种有机碳积累和矿化分解平衡后的结果，其并不能较好体现土壤养分的转化速率，更不能反映土壤质量的变化方向^[9]。因此，有研究学者将土壤有机碳划分为微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)、轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)和团聚体有机碳等几种组分^[12]，而不同组分对于反映土壤质量在较大时空尺度上的变化，指示土壤性质的微小变化^[13]以及预测土壤长期变化状况^[14]等方面发挥不同作用。因此，深入研究果园土壤有机碳及其组分的变化规律，对于提高土壤保水保肥能力^[5]从而保证果树持久生长和果质优良具有重要的现实意义。 目前国内外对于果园生草对土壤有机质的影响已有研究，但结果并不完全一致。众多研究表明，果园生草覆盖后能显著提高土壤有机碳^{[7, 8, 15, 16]}。牛自勉^[6]通过试验表明，生草前两年土壤有机质并无变化，到后两年才有明显增加，也有研究发现长期生草并未提高土壤有机质含量^[2]。然而有关桃园生草对土壤有机质不同组分的影响研究鲜见报道，相关工作需要进一步深入开展。本文通过开展田间试验研究桃园生草对土壤有机碳组分的影响，旨在探明果园生草后土壤有机碳及其组分的变化情况，进而为桃园土壤碳库变化的有效管理及桃园土壤质量提高提供理论依据。

试验地点位于浙江省海宁市省农科院杨渡基地桃园试验区，海拔3—4 m，年均气温16—17℃，年降水量1500—1600 mm，年蒸发量1000—1100 mm，无霜期约240—250 d，年日照时数1900—2000 h。供试桃园土壤属潮土类。试验前其耕层土壤基本理化性质如下：pH值(H₂O)为6.84，有机质和全氮分别为12.9 g/kg和8.18 g/kg，有效磷及速效钾含量依次为26.3 mg/kg和53.0 mg/kg。

供试牧草：毛苕子(Vicia villosa Roth)和黑麦草(Lolium perenne L.)，分别为1年生豆科和1年生禾本科草本植物。试验共设3个处理：种植毛苕子(HV)，种植黑麦草(RG)，清耕对照(CK)。每个处理重复3次，采取单因素随机区组设计。每个小区面积36 m²。秋季播种，于2010年10月下旬播种，播种量分别为：毛苕子60 kg/hm²，黑麦草30 kg/hm²，采用全园生草模式，套种牧草从第1年(2010)开始刈割作为绿肥均匀覆盖桃园及生草带，每年5月中旬刈割，同年11月下旬进行再次刈割、翻压，毛苕子和黑麦草的产草生物量分别约为37.5 t/hm²和25.6 t/hm²。在同一桃园中，选择树形一致，株行距3 m × 4 m规格的2009年生的桃树植株为试材，且树冠高和层间距基本一致。桃树、牧草的其它田间管理措施同一般果园。供试桃树品种为：湖景蜜露。播前整理果园土地，结合春播平整土地施有机肥22.5 t/hm²，过磷酸钙450 kg/hm²，硝酸铵150 kg/hm²。

人工种植黑麦草和毛苕子1a后，于2011年11月15日采集土样，在各小区采用S型线路，随机采集5点，每个采样点按在树冠外缘垂直向内30 cm 处用土钻采集表层 0—20 cm原状土壤，混匀作为1个土壤样品，每小区采集3个样品。采集和运输过程中尽量减少对土样的扰动，以免破坏团聚体。田间采集的新鲜土样分成两份，一份鲜土用于TOC和土壤活性有机碳(MBC和WSOC)的测定，另一份再分出一半，轻轻掰成小块，然后通过5 mm筛以打破超大团聚体，最后自然风干，用于测定土壤团聚体有机碳组分库，另一半自然风干后磨碎，过2 mm筛，用于测定LFOC和HFOC。在研磨过程中弃去大于2 mm的有机物和砂砾。

土壤总有机碳(TOC)测定采用重铬酸钾外加热法^[17]。MBC测定采用氯仿熏蒸-K₂SO₄浸提法^[18]。WSOC采用蒸馏水浸提法(土水比为1 ∶ 5)^[19]。LFOC和HFOC采用密度法^[20]测定。水稳性团聚体有机碳采用湿筛法^[21]测定。土壤基本理化性质的测定见参考文献^[17]。

采用Microsoft Excel 2003进行数据整理和绘图；采用DPS 7.0软件进行单因素方差分析，用LSD方法对不同处理之间进行多重比较。

不同生草类型对土壤总有机碳的影响如图 1所示。由图 1可以看出，不同生草栽培处理桃园TOC存在显著差异，黑麦草处理最高，毛苕子处理最低。与CK相比，黑麦草栽培处理的桃园TOC提高了5.13%，而种植毛苕子未对TOC产生显著影响。因此，桃园种草能否增加土壤TOC与生草种类有关。

图 1 不同生草类型对土壤总有机碳的影响 Fig. 1 Effect of grass types on soil TOC 不同小写字母表明差异显著(P<0.05)；TOC：总有机碳Total organic carbon；RG：黑麦草Ryegrass；HV：毛苕子Hair vetch；CK：清耕对照Clean cultivation control

图选项

土壤微生物量碳指在实验室培养下短期内能被微生物分解利用的有机碳，是土壤活性有机碳中最活跃的部分^[22]。它是植物可利用养分重要来源，同时也反映土壤微生物的实际含量^[23]。土壤MBC在桃园地面三种不同管理方式下的情况如图 2所示，其中种植黑麦草的土壤MBC含量最高，为695 mg/kg，CK处理最低，为394 mg/kg。与CK相比，生长黑麦草使桃园MBC显著提高了76.4%，而种植毛苕子的处理未见显著。可见，属于禾本科的黑麦草比属于豆科牧草的毛苕子更有利于MBC含量的增加。

图 2 不同生草类型对土壤微生物量碳和微生物商的影响 Fig. 2 Effect of grass types on soil MBC and MBC/TOC MBC：微生物量碳Microbial biomass carbon；MBC/TOC：微生物量碳/总有机碳Microbial biomass carbon and total organic carbon ratio

图选项

微生物商(MBC/TOC)是土壤MBC与TOC的比值^[24]。不同生草类型对土壤微生物商的影响如图 2所示。由图可以看出，MBC/TOC按照从大到小的顺序排列为：黑麦草>毛苕子>CK，数值分别为6.22%，4.54%和3.70%。MBC/TOC的变化与MBC的变化趋势一致，这说明桃园种植黑麦草和毛苕子不仅可以提高土壤MBC，而且还能提高土壤微生物商，并且禾本科牧草黑麦草优于豆科牧草毛苕子。

土壤水溶性有机碳是微生物在分解有机物时产生的代谢产物，同时又是微生物生长、繁殖所需的碳源，一定程度体现了土壤微生物的周转速率，其含量主要受土壤、气候以及植被等因素的影响^[25]。土壤WSOC的变化如图 3所示，不同牧草种植情况下土壤WSOC含量均表现出增加趋势。其中种植黑麦草土壤WSOC含量最高，达1.28 g/kg；而CK处理WSOC含量最低，为1.09 g/kg。与CK相比，黑麦草使WSOC提高了18.1%，而毛苕子未产生显著差异。这与MBC含量变化趋势表现一致。因此，与豆科毛苕子相比，禾本科黑麦草更有利于提高桃园土壤WSOC含量。

图 3 不同生草类型对土壤水溶性碳和占总有机碳比例的影响 Fig. 3 Effect of grass types on soil WSOC and WSOC/TOC WSOC：水溶性有机碳Water-soluble organic carbon；WSOC/TOC：水溶性有机碳/总有机碳Water-soluble organic carbon and total organic carbon ratio

图选项

WSOC占土壤TOC的比例与土壤WSOC含量表现一致，但在3个处理中，相对于其高WSOC含量，毛苕子种植下WSOC占土壤TOC的比例较黑麦草处理增幅较大。与CK相比，黑麦草和毛苕子分别使WSOC/TOC提高了18.7%和7.57%，说明两种牧草均有利于土壤WSOC的积累。

土壤轻组有机碳作为土壤生物调节的重要基质和肥力指标，具有较高的潜在生物活性，周转快，在土壤碳氮循环中起着重要的作用，可作为土壤有机碳的活性指标^[26]。而重组有机碳则较为稳定，可反映有机碳的总体含量水平。不同生草类型桃园土壤LFOC和HFOC的分布状况如表 1所示。不同牧草经腐解后引起桃园土壤不同组分有机碳变化差异较大，桃园土壤LFOC和HFOC呈现出截然相反的变化规律，且HFOC占总有机碳的比例较高。其中，毛苕子种植下的土壤LFOC含量最高，较CK提高了11.3%；而黑麦草种植下的土壤LFOC含量最低，但两者差异不显著。并且在土壤HFOC占TOC的比例中，也是毛苕子较高，黑麦草较低，且二者差异显著。毛苕子处理较CK处理使土壤HFOC显著降低13.2%，而黑麦草处理未产生显著影响。HFOC/TOC的变化范围在43.0%—46.0%之间，种植黑麦草显著提高了HFOC在土壤TOC的比例，而毛苕子的处理未达到显著，这与HFOC的变化趋势恰好相反。由此说明黑麦草可以起到积累土壤HFOC的作用。

土壤团聚体在土壤保肥蓄水中起到重要作用。采用Six^[21]的湿筛法,将土壤团聚体分为4级：>2000 μm，2000—250 μm，250—74 μm和<74 μm，以研究不同粒级的土壤团聚体的变化。不同生草类型对土壤团聚体及其有机碳的影响如表 2所示，桃园土壤水稳性团聚体含量也不相同。由表 2可以看出，土壤团聚体的主要组成部分是250—74 μm粒级，约占土壤干重的43.6—48.9%，其次为2000—250μm，约占28.6—31.1%，比例最小的是大团聚体(>2000 μm)。种植黑麦草显著提高了除250—74 μm以外各粒级团聚体含量，且黑麦草处理的增幅显著大于毛苕子处理(除微团聚体<74 μm)，而种植毛苕子显著提高了>2000 μm和<74 μm的粒级含量。说明两种牧草的生长都有助于提高大团聚体和微团聚体含量的，且禾本科牧草黑麦草优于豆科毛苕子。

不同粒级团聚体中的有机碳进行分析发现，不同生草物料显著影响团聚体内有机碳的分布，从而导致有机碳含量与团聚体含量变化趋势存在差异。同一处理不同粒级之间土壤水稳性团聚体有机碳含量随着团聚体粒径的增加而减少；与CK相比，黑麦草处理显著提高了土壤各粒级团聚体有机碳含量(除<74 μm外)，而毛苕子处理则显著降低了土壤各粒级团聚体有机碳含量(除>2000 μm外)。因此，禾本科黑麦草有利于提高团聚体中有机碳的含量，豆科毛苕子不利于团聚体内有机碳含量的提高。

桃园生草后，大量的生草根系、刈割后覆盖的草以及桃树枯枝落叶等残体在土壤中有利于有机质的形成，从而得到本试验条件下种植黑麦草可以提高土壤有机碳^{[2, 6]}。这与李华等^[8]研究所得多年生黑麦草使土壤有机质升高的结论一致，但是其平均增幅仅为5.49%，而本实验达到8.84%，主要是由于南北方水分、温度及土壤类型差异导致黑麦草生长状况不同，特别是对牧草的根系及生物量的影响。然而，种植毛苕子1a后土壤有机碳未出现显著差异，这与伊兴凯等^[27]研究梨园人工种植毛苕子3a未提高土壤有机质的结论一致，但是5a后仅提高了表层(0—15 cm)的土壤有机质；这充分证明了人工生草种植能否提高土壤有机质与生草年限有关^[28]。而张先来等^[29]研究证实豆科三叶草提高土壤有机碳的效果强于禾本黑麦草的结果不一致，这可能与牧草种类及生长的环境条件有关。

土壤有机质的增加与否很大程度也与有机质的分解状况密切相关，这与目前免耕措施提高土壤有机质的结果一致^{[30, 31]}，较少的土壤扰动能有效地减少土壤有机质的降解。有长期田间试验研究表明，种草并没有提高土壤有机质的含量，可能是由于草残留物快速分解造成的^[2]。因此，桃园种植黑麦草可提高土壤TOC，而毛苕子是否能够提高土壤TOC含量需根据土壤类型、种草时间和气候条件等进一步研究确定。

土壤MBC占土壤总有机碳的比例很小，但由于其具有较高的敏感性和活性，因而在土壤养分循环方面起着重要作用^[32]。桃园生长黑麦草能提高土壤MBC，与在低肥力的农业生态系统中施用化肥一样可以促进植物生长，促进根系分泌物的升高，从而提高土壤MBC的结果一致^{[33, 34]}。这主要是由于，一方面，生草栽培条件下，牧草及杂草秸秆富含纤维素、水溶性多糖、蛋白质等物质，通过刈割还田能激发土壤微生物的活性，促进微生物的繁殖，增强呼吸作用，从而引起微生物群落组成的变化；另一方面，草本植被主要是通过根系死亡脱落向土壤输入归还有机质，由于草地较严实的覆盖地表，植物生物量大，返回土壤的植物残体多，较多的有机质维持较活跃的微生物群落，同时地表覆盖率大也会提高土壤的温度、增加土壤湿度，这也大大提高了微生物活性，增加了微生物数量，MBC含量也会随之增加^[35]。另外，曹志平等^[36]研究发现，单施化肥可使土壤MBC降低，这可能是由于化肥抑制了土壤微生物的活性，但是施入有机物料后，这种抑制作用会减弱，从而进一步说明桃园生草对提高土壤MBC的重要作用。

土壤MBC/TOC在一定程度上反应了MBC在土壤中累积的状况。桃园人工种植黑麦草和毛苕子后都能提高MBC/TOC，由于生草能增加土壤有机质，并且使土壤碳氮比发生变化，从而为土壤微生物生长提供了营养物质，促进土壤微生物的繁殖^[37]。但是禾本科的黑麦草优于豆科的毛苕子，可能是由于豆科毛苕子的固氮作用，本试验中人工生长黑麦草和毛苕子1a后，土壤C/N分别约为25.4和23.0，一定程度说明了这种变化的原因；然而土壤C/N变化幅度较小，可能与生草时间较短有关。因此，还需要对此进行长期研究，并需加强测定土壤C/N在不同生育期的动态变化，以便更清楚地探明生草对土壤微生物量碳的影响。

WSOC作为土壤有机碳中易矿化的碳组分之一，已被作为判断微生物活动状况的重要指标^[38]。较多研究表明，WSOC与MBC有很好的相关性^{[39, 40]}，这与在本文中的结果基本一致，即两种生草方式对土壤WSOC和MBC的影响具有相似性。两种生草方式都能够提高土壤WSOC，主要是由于土壤覆草为微生物提供了碳源等能源物质，刺激了微生物的生长，从而使微生物可利用的WSOC含量上升^[41]。另外，牧草的根系以及微生物残体也可能提高WSOC^{[42, 43]}。而对于豆科牧草毛苕子，豆科作物的固氮作用使其根部及残渣的C/N降低，使其分解加快，进而提高了WSOC含量^[44]，但是本文毛苕子未能提高了WSOC，可能与种植毛苕子年限有关^[8]。

LFOC主要是由不同分解阶段的植物残体组成，植物凋落物是LFOC的主要来源物质^[45]。本试验结果表明生长毛苕子可显著提高土壤LFOC^[46]，而生长黑麦草并没有显著提高土壤LFOC，可能是由于黑麦草凋落物和枯死细根归还量较少。在LFOC/TOC中，毛苕子种植土壤LFOC/TOC显著高于黑麦草处理和CK；而在HFOC/TOC中刚好相反，这可能是由于毛苕子是豆科绿肥，固氮效果较好，从而促进了二者组分的相互转换，HFOC含量，升高活性组分LFOC。桃园生草后土壤HFOC仍然是TOC的主要部分^[47]，且黑麦草能显著提高HFOC/TOC。因此，种植豆科牧草有利于土壤有机碳中较活跃的LFOC的积累，而对较稳定的HFOC影响不大。

本试验中大团聚体(>250 μm)仅占到TOC不足一半，比例较大的是250—74 μm和2000—250 μm粒级的土壤团聚体，这可能是由于微团聚体是通过较多持久而稳固的有机质固定形成^[48]，而大团聚体主要是根茬、菌丝等较新鲜的有机质并黏合微团聚体而成，大团聚体是由较小的团聚体加上有机质黏合而成，而翻耕使土壤扰动，破坏了大团聚体之间的胶结物质，使大团聚体分散，从而使大团聚体和微团聚体的组分含量较小。因而免耕可以显著提高大团聚的含量^{[30, 31]}，并与免耕时间长短有关。对于250—74 μm和2000—250 μm两种粒级土壤团聚体组分的高低而言，可能是生草类型、土壤状况、施肥以及气候等因素共同作用的结果。

禾本科牧草显著增加了除250—74 μm的粒级含量，且有利于提高团聚体中有机碳的含量；这与土壤有机废物(如绿肥还田、粪肥等)有助于大粒径团聚体颗粒形成的研究结果一致^[49]。豆科牧草能提高土壤各粒级团聚体含量^{[50, 51]}，但不利于团聚体内有机碳含量的提高^[52]，可能与豆科牧草的固氮作用有关，也有可能与土壤类型、气候、施肥量等有关，需要进一步研究。

桃园种植黑麦草可显著提高土壤总有机碳、微生物量碳和水溶性有机碳含量；生长毛苕子能提高轻组有机碳，却降低了重组有机碳。黑麦草能显著提高土壤各粒级(>74 μm)团聚体有机碳含量，而毛苕子则显著降低土壤各粒级(<2000 μm)团聚体有机碳含量。无论何种生草方式，重组有机碳含量高于轻组；相比于轻组有机碳与总有机碳之比，重组有机碳与总有机碳之比占主体部分；土壤团聚体比例最大的是250—74 μm粒级，2000—250 μm次之。土壤微生物量碳、水溶性有机碳和轻组有机碳可作为评价桃园生草后土壤有机碳变化的敏感指标。