全 文 ：热带亚热带植物学报　2012， 20(4)： 349~355
Journal of Tropical and Subtropical Botany
果园生草栽培是指在果树行间或全园种植多
年生草本植物作为覆盖物的一种果园土壤管理方
法和制度。已有研究认为，生草栽培能降低果园土
壤容重，提高土壤团聚体的含量，亦可有效地提高
土壤酶活性，激活土壤微生物的活动 [1]。生草栽培
同时能增加土壤有机质含量，生草栽培年限越长，
有机质增加量就越多 [2]。目前对生草果园土壤有机
碳积累趋势研究中，涉及稳定容量的土壤机制、固
生草栽培对果园土壤团聚体及其有机碳分布的
影响
王义祥, 翁伯琦*, 黄毅斌, 王成己, 叶菁
(福建省农业科学院农业生态研究所, 福州 350013)
摘要： 以福建尤溪玉池生草果园定位观测点为平台，研究了生草栽培对果园土壤团聚体有机碳分布的影响。结果表明，生
草栽培处理后， 0~20 cm 土壤团聚体中 >0.25 mm 水稳性团聚体的比例(R0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径 (GWD)
分别比顺坡清耕和梯台清耕处理的高 3.78%~5.90%、16.82%~20.94%、5.86%~50.31% 和 3.81%~13.82%、13.33%~19.95%、
7.50%~60.63%，分形维数比顺坡清耕和梯台清耕处理的低 1.54%~2.35% 和 1.09%~9.64%。同时，生草栽培可提高 >2 mm 土壤
团聚体内有机碳贮量和大团聚体有机碳贮量占总有机碳的比例，但其影响主要集中于 0~20 cm 土层。这说明生草栽培处理更
有利于提高土壤团聚体稳定性，增强土壤有机碳的保护和碳汇作用。
关键词： 生草栽培； 果园； 土壤团聚体； 有机碳
doi: 10.3969/j.issn.1005–3395.2012.04.005
Effects of Sod Cultivation in Orchard on Distributions of Soil
Aggregates and Soil Organic Carbon of Aggregates
WANG Yi-xiang, WENG Bo-qi*, HUANG Yi-bin, WANG Cheng-ji, YE Jing
(Institute of Agricultural Ecology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China)
Abstract: The effects of sod cultivation in orchard on distribution of organic carbon in soil aggregates were
investigated, which located in Yuchi Village, Youxi Xian, Fujian Province. The results showed that compared with
downslope and landings clean tillage orchards, the proportion of >0.25 mm water-stable aggregate (R0.25), mean
weight diameter (MWD), and geometric mean diameter (GWD) of soil aggregate at 0–20 cm soil layer in sod
cultivation orchard increased by 3.78%–5.90%, 16.82%–20.94%, 5.86%–50.31% and 3.81%–13.82%, 13.33%–
19.95%, 7.50%–60.63%, and the fractal dimension decreased by 1.54%–2.35% and 1.09%–9.64%, respectively.
The sod cultivation could improve proportion of organic carbon storage in large aggregates (>2 mm) to total
organic carbon at 0–20 cm soil layer. Therefore, the sod cultivation was beneficial to improve stability of soil
aggregate, and could enhance the protection of organic carbon and carbon sink in soil.
Key words: Sod cultivation; Orchard; Soil aggregate; Organic carbon
收稿日期： 2011–09–02　　　　接受日期： 2011–11–23
基金项目： 国家科技支撑计划课题(2008BAD95B08)；福建省科技计划项目(2009R10036-4)；福建省农科院创新团队建设项目资助
作者简介： 王义祥(1978~ )，男，博士，主要从事恢复生态与红壤保育研究。E-mail: sd_wolong@163.com
* 通讯作者 Corresponding author. E-mail: boqiweng@yahoo.com.cn
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碳过程与土壤管理关系的研究还少见报道 [3]。
土壤是一种具有分形特征的分散多孔介质，
土壤结构的形态不仅受颗粒大小的支配，还受到各
粒级土粒数量分布的影响。平均重量直径(Mean
weight diameter，MWD)和几何平均直径(Geometric
mean diameter, GMD)是反映土壤团聚体大小分布
状况的常用指标。MWD 和 GMD 值越大表示团聚
体的平均粒径团聚度越高，稳定性越强 [4]。土壤分
形维数(Fractal dimension, D)是反映土壤结构几何
形体的参数。关于土壤分形特征的研究认为，土壤
粘粒含量越高，质地越细，分形维数越高；团粒结构
越好、结构越稳定则分形维数越小[5]。另外，有研
究认为，土壤团聚体是土壤有机碳稳定和保护的载
体，土壤有机碳的固定效应与团聚体的保护机制密
切相关，土壤有机碳对土壤团聚体的数量和大小分
布具有重要影响，而团聚体的形成反过来影响土壤
有机碳的分解[6]。有机碳的团聚体物理保护对有机
碳的积累有重要的意义，并且土壤有机碳固定中团
聚体的保护机制可以说明土壤有机碳(Soil organic
carbon, SOC)的 固 定 效 应 [7]。 本 研 究 综 合 应 用
>0.25 mm 水稳性团聚体比例(R0.25)、GWD、GMD
和 D 等指标，探讨不同垦殖模式下果园土壤团聚体
的水稳性差异，了解土壤有机碳累积与团聚体稳定
性的关系，为果园生草体制下土壤团聚体稳定的保
护机制研究提供科学依据。
1 试验地概况
试验地位于福建省尤溪县西城镇玉池村，北纬
26°25′，东经 117°57′，属中亚热带季风性湿润气候，
夏季暖热，冬季温凉，春夏多雨，降水丰富。年平均
气温 19.2℃，最冷月(1 月)平均气温为 8.0℃ ~12.0℃，
最热月(7 月)平均气温为 26.6℃ ~28.9℃。光照资
源比较丰富，全年光照时数为 4422.8 h。年平均降
雨量为 1620.6 mm，年均蒸发量为 1346.4 mm，年内
降水分布不均匀 , 10 月至次年 1 月是少雨季 , 仅占
年降雨量的 13% 左右；2–6 月为春雨、梅雨季，大雨、
暴雨较多 , 约占年降雨量的 62%。本研究以尤溪
玉池水土流失定位观测点为平台，试验地坡向为东
南，坡度 15º；成土母质为花岗岩残积坡积物，土壤
类型为红壤。
2 材料和方法
2.1 试验设计
供试果树为 15 年的油桃(Prunus persica var.
nectarina Maxim.)，试验地初始(1996 年)土壤基础
理化性状见表 1。试验采用裂区设计，共 3 个处理，
分别为顺坡开垦＋清耕(T1)，即在 25 m 的小区坡
面顺坡种植 8 株果树，坡面自然长草，每年中耕除
草 3~4 次 ; 梯台开垦＋清耕(T2)，即在 25 m 的小区
坡面修建 8 个梯台，台面宽 4 m，在梯台中间开挖
直径 80 cm、深 80 cm 的坑，种 1 株果树，台面自然
长草，每年中耕除草 3~4 次；梯台开垦＋套种平托
花生(Arachis pintoi)(T3)，即在梯台的埂种植百喜草
(Paspalum natatu)和南非马唐(Digitaria smutsii)，台
面种植平托花生，梯台设计和果树种植方式同 T2。
牧草套种方式为带状，每个处理 3 个重复，每个处
理小区面积为 100 m2，随机排列。本试验自 1996
年开始，试验前各处理小区的立地条件基本一致。
表 1　果园试验地初始土壤基本理化性状
Table 1 The basic physical and chemical properties of experimental orchard soil
理化性质
Physical and chemical property
土层深度 Soil depth (cm)
0~20 20~40
物理性砂粒 Physical sand (>0.01 mm) (%) 45.05 42.01
物理性粘粒 Physical clay (<0.01 mm) (%) 54.95 58.00
pH 4.35 4.39
有机质 Organic matter (g kg-1) 23.10 20.30
阳离子交换量 Cation exchange capacity (cmol kg-1) 7.35 6.09
全氮 Total nitrogen (g kg-1) 0.96 0.79
全磷 Total phosphorus (g kg-1) 0.23 0.23
碱解氮 Alkali-hydrolyzed nitrogen (mg kg-1) 100.85 92.35
速效钾 Rapidly available potassium (mg kg-1) 31.60 19.55
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试验过程中果树的施肥管理相同，每年施肥 2~3
次，肥料为复合肥，每年施肥量根据果树长势和产
果量而定，不施用有机肥。施肥点在每株油桃树冠
滴水线附近，挖条形沟(宽 15 cm，深 10 cm)，均匀撒
入肥料后即覆土。
2.2 土壤取样
于 2009 年 4 月下旬在每个小区按 S 形布设
取样点 5 个，调查土壤剖面特征，用环刀法测定土
壤容重，3 次重复，每个取样点分 0~20 cm 和 20~
40 cm 取原状土样，大小约为 20 cm×20 cm，然后
按四分法取混合土样 1 kg。将取回的原状土样，按
土壤自然裂隙轻轻掰成 10 mm 左右的团粒，在阴
凉处风干。
2.3 团聚体指标测定
土壤团聚体的分离依据 Elliott[8] 的方法，并略
作修改。称取风干土 100 g，把土样放在最大孔径
筛上，在水中浸泡 5 min，用振荡式机械筛分仪(上
下振幅 3 cm，30 次 min-1)筛 5 min，分离出 >2 mm、
1~2 mm、0.5~1 mm、0.25~0.5 mm、0.106~0.25 mm、
<0.106 mm的土壤团聚体，分别在50℃下烘干，称重。
参 照 骆 东 奇 等[4] 的 方 法 计 算 >0.25 mm 团
聚 体 R0.25、平 均 重 量 直 径(Mean weight diameter,
MWD)和几何平均直径(Geometric mean diameter,
GWD)。分形维数(Fractal dimension，D)采用杨培
岭等[5] 的方法计算。
土壤团聚体有机碳贮量按下式计算：SOC =
soc×W×ρ×H，式中：SOC 为土壤团聚体有机碳贮
量(t hm-2)；soc 为土壤团聚体有机碳含量(g kg-1)；W
为团聚体质量比例；ρ 为土壤容重(g cm-3)；H 为土
层厚度(cm)。
2.4 测定方法
土壤样品中的全氮采用开氏蒸馏法、碱解氮采
用碱解扩散法、全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比
色法、速效钾采用乙酸铵提取-火焰光度法 , CEC
测定采用乙酸铵法[9]。不同粒级土壤团聚体总有机
碳含量的测定采用重铬酸钾外加热法[9]。
2.5 数据处理
用 Microsoft Excel 2003 和 DPS7.05 软件进行
数据统计、差异显著性检验和相关性分析，多重比
较采用 LSD 法。
3 结果和分析
3.1 生草栽培对土壤团聚体分布的影响
由图 1 可以看出，T1、T2 和 T3 处理对各粒级
团聚体的分布表现出一定的相似性，但 0~20 cm 土
层 >2 mm 的团聚体含量显著高于 20~40 cm 土层
的。不同垦殖方式在土壤团聚体的数量分布上存
在一定的差异。就 0~20 cm 土层而言，T1 处理
的 >2 mm 团聚体含量比 T2 和 T3 处理的高 8.35%
和 55.30%，其与 T3 处理的差异达显著水平，与 T2
处 理 的 差 异 不 显 著。T3 处 理 的 1~2 mm、0.5~
1 mm 和 0.25~0.5 mm 团聚体含量分别比 T1 和 T2 处
理 的 增 加 46.70% 和 71.10%、53.53% 和 47.54%，
51.92% 和 15.32%，其与 T1 处理的差异均达显著水
平，但 T1 和 T2 处理间的差异不显著。另外，3 种
处理的 0.106~0.25 mm 和＜ 0.106 mm 团聚体含量
亦无显著差异。就 20~40 cm 土层而言，T3 处理
的 >2 mm 团聚体含量显著高于 T1 和 T2 处理的，但
其 0.5~1 mm 和 0.25~0.5 mm 团聚体含量比 T1 和
T2 处理分别降低了 23.52% 和 10.30%，19.12% 和
31.49%。
3.2 生草栽培对桃园土壤团聚体稳定性的影响
由表 2 可知，同一土层，T3 处理的土壤团聚
体 R0.25、MWD 和 GWD 分别比 T1 和 T2 处理的高
3.78%~5.90%、16.82%~20.94%、13.33%~19.95%
和 3.81%~13.82%、5.86%~50.31%、7.50%~60.63%，
且 T3 与 T1 处 理 间 的 差 异 达 显 著 水 平，说 明 T3
处 理 的 土 壤 团 聚 体 结 构 比 T1 和 T2 处 理 的 更 稳
定。 同 一 处 理，0~20 cm 土 层 的 MWD 和 GWD
分 别 比 20~40 cm 土 层 的 高 16.93%~66.04% 和
16.02%~73.37%，且两土层间的差异达显著水平。
由表 2 还可以看出，0~20 cm 土层，不同垦殖方式
的土壤分形维数以 T1 > T2 > T3；20~40 cm 土层为
T2 > T1 > T3；T3 处理的土壤分形维数分别比 T1 和 T2
处理的降低 1.54%~2.35% 和 1.09%~9.64%，亦说明
T3 处理的团聚体稳定性优于 T1 和 T2 处理。
3.3 生草栽培对土壤团聚体有机碳含量的影响
表 3 显示，不同粒级土壤团聚体的有机碳含
量存在差异，表现为大团聚体(>0.25 mm)的有机碳
含量高于微团聚体(<0.25 mm)。就垂直分布来看，
0~20 cm 土层各粒级土壤团聚体有机碳含量均高于
20~40 cm 土层的。果园生草栽培显著增加了土壤
王义祥等：生草栽培对果园土壤团聚体及其有机碳分布的影响
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图 1　不同垦殖方式对土壤团聚体含量的影响。同一粒级柱上不同字母表示差异显著(P<0.05)。
Fig. 1 Effects of tillage method on contents of soil aggregate. Different letters above the same fraction size class column present significant differences
at 0.05 level.
表 2　不同垦殖方式对土壤团聚体 R0.25、MWD、GWD 和分形维数(D)的影响
Table 2 Effects of different tillage method on R0.25, MWD, GWD and fractal dimension (D) of soil aggregate
处理 Treatment 土层深度 Soil depth (cm) R0.25 MWD GWD D
T1 0~20 83.47±1.26b 1.08±0.20b 0.79±0.14b 2.16±0.09b
20~40 83.37±2.03b 0.89±0.18c 0.64±0.11c 2.21±0.05b
T2 0~20 85.15±1.47b 1.19±0.10a 0.83±0.08a 2.15±0.03b
20~40 76.02±2.94c 0.72±0.02d 0.48±0.01d 2.41±0.01a
T3 0~20 88.40±0.25a 1.26±0.19a 0.89±0.17a 2.12±0.08b
20~40 86.53±2.34a 1.08±0.23b 0.77±0.18b 2.18±0.09b
同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。MWD：平均重量直径；GWD：几何平均直径；D：分形维数。
Data followed different letters within column indicate significant differences at 0.05 level. The same is following Tables. MWD: Mean weight
diameter; GWD: Geometric mean diameter; D: Fractal dimension.
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有机碳含量，对土壤不同粒径团聚体的有机碳含量
的影响也非常明显。由表 3 可见，在 0~20 cm 土层，
T3 处理以 >2 mm 和 1~2 mm 团聚体有机碳含量较
高，分 别 比 T1 和 T2 处 理 高 52.53% 和 24.54%，且
差异达显著水平；而 T1 处理以 >2 mm 和 0.5~1 mm
团聚体有机碳含量较高，T2 处理以 1~2 mm 和 0.5~
1 mm 团 聚 体 有 机 碳 含 量 较 高。 在 20~40 cm 土
层，不同垦殖方式下各粒级团聚体的有机碳含量均
为 >2 mm > 1~2 mm > 0.5~1 mm > 0.25~0.5 mm >
0.106~0.25 mm。
3.4 生草栽培对桃园土壤团聚体有机碳分配的影响
不同土层土壤团聚体有机碳贮量在不同垦殖
方式下表现出相似的变化规律(表 4)，大团聚体有
机碳贮量占总有机碳贮量的比例(57.29%~69.78%)
高于微团聚体有机碳贮量所占的比例，且 0~20 cm
土 层 团 聚 体 有 机 碳 贮 量 均 表 现 为 > 2 mm > 1~
2 mm > 0.5~1 mm > 0.25~0.5 mm > 0.106~0.25 mm。
由 表 4 可 见，在 0~20 cm 土 层，T2 和 T3 处 理 以
>2 mm 团聚体有机碳贮量最高，分别占总贮量的
34.46% 和 43.19%，而 T1 处理的 <0.106 mm 团聚体
有机碳贮量最高(占 32.00%)；且 T2 和 T3 处理大团
聚体(>0.25 mm)有机碳贮量显著高于 T1 处理。在
20~40 cm 土层，T1、T2 和 T3 处理均以 <0.106 mm
团聚体有机碳贮量最高，但 T3 处理 >2 mm 团聚体
有机碳贮量和分配比例明显高于 T1 和 T2 处理。
另外，不同处理大团聚体(>0.25 mm)有机碳贮量均
为 T3 > T1 > T2。
表 3　不同粒级土壤团聚体的有机碳含量(g kg-1)
Table 3 Organic carbon contents (g kg-1) of different size water-stable aggregate
处理
Treatment
土层深度
Soil depth (cm)
土壤团聚体粒级 Soil aggregate size (mm)
>2 1~2 0.5~1 0.25~0.5 0.106~0.25
T1 0~20 12.68±1.36bc 10.06±1.20d 11.68±3.84b 8.71±1.57b 8.91±1.43b
20~40 11.55±2.94c 11.08±3.75cd 10.93±2.87b 9.80±2.47b 7.76±1.31b
T2 0~20 15.57±1.72b 16.41±0.27b 16.96±1.26a 12.71±2.435ab 11.94±1.44a
20~40 12.36±0.97c 12.37±0.58c 11.65±1.53b 10.1±0.46b 8.76±0.75b
T3 0~20 19.39±1.36a 17.65±2.59a 15.07±3.13ab 13.06±2.62a 11.61±1.99ab
20~40 14.32±0.46b 13.13±0.28c 12.74±1.97b 10.73±1.62b 8.14±0.58b
表 4　不同粒径团聚体有机碳贮量的分配
Table 4 Allocation of organic carbon in different size water-stable aggregate
土层深度
Soil depth
(cm)
粒级
Fraction size
(mm)
T1 T2 T3
贮量 Stock
(t hm-2)
%
贮量 Stock
(t hm-2)
%
贮量 Stock
(t hm-2)
%
0~20 >2 9.67 25.91 14.99 34.46 19.24 43.19
1~2 3.46 9.27 3.14 7.21 3.39 7.63
0.5~1 6.65 17.84 6.70 15.41 4.81 10.80
0.25~0.5 4.34 11.63 5.33 12.26 3.64 8.16
0.106~0.25 1.25 3.36 3.51 8.06 1.68 3.76
<0.106 11.94 31.99 9.84 22.62 11.78 26.46
总和 Total 37.30 100.00 43.51 100.00 44.54 100.00
20~40 >2 5.93 17.73 3.22 8.72 10.06 26.64
1~2 3.84 11.47 3.07 8.30 3.74 9.91
0.5~1 7.36 21.99 6.86 18.55 5.73 15.18
0.25~0.5 6.56 19.61 8.03 21.72 5.05 13.36
0.106~0.25 1.53 4.56 2.49 6.73 1.17 3.108
<0.106 8.24 24.64 13.29 35.98 12.01 31.80
总和 Total 33.46 100.00 36.96 100.00 37.76 100.00
王义祥等：生草栽培对果园土壤团聚体及其有机碳分布的影响
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4 讨论
长期生草栽培可增加果园土壤有机碳贮量并
明显提高土壤团聚体的稳定性。李会科等 [10]的研
究表明，果园生草可降低土壤容重，增加孔隙度，
提高水稳性团聚体含量，其影响主要集中在 0~
40 cm 土层。本研究也表明，果园生草处理使土壤
团聚体的 R0.25、MWD 和 GWD 均高于顺坡清耕
和梯台清耕处理，说明生草栽培使土壤团聚体的数
量、分布和稳定性均优于清耕处理，可能是由于长
期免耕和连续稳定输入有机物料，减少了人为扰
动的频率和强度，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，进而增强土壤团聚
体的稳定性。Tisdall 等[11]的研究指出，大团聚体
(>250 μm)主要是由土壤根系和菌丝胶结作用而成，
而微团聚体(<250 μm)主要是通过多价阳离子桥和
多糖形成的。生草模式增加了土壤中的根系密度，
由于根系的缠绕作用，使矿物颗粒和有机物胶结而
形成较大的团聚体。此外，土壤中的死亡根系腐解
后的活性有机质的强持水性，以及由此产生的稳定
热容量和颗粒表面电场的相对稳定，使得生草处理
的土壤密度低于清耕处理，土壤孔隙类型和数量更
适宜土壤稳定结构的形成[12]。
长期生草处理使不同粒径团聚体有机碳含量
比顺坡清耕和梯台清耕处理有明显提高，且大团聚
体的有机碳含量显著高于微团聚体，大团聚体对有
机碳具有较高的富集作用[13]。微团聚体有机碳含
量低于大团聚体的，是因为有机质是团聚体形成的
主要黏结介质，有机分子与粘粒和阳离子相互胶结
形成微团聚体，微团聚体与周围基本粒子或微团聚
体之间再相互胶结形成大团聚体[14]。大团聚体的
解体又可形成微团聚体，从而使微团聚体的有机碳
含量更低。但土壤良好的结构状态不仅是存在大
团聚体，而且土壤微团聚体的数量和质量也很重
要。由于土壤团聚体特定的孔隙特征，使得不同粒
径团聚体中的有机碳不仅在数量上存在差异，在稳
定性方面也不尽相同[15]。Buyanovsky 等用 14C 标
记法进行研究，结果表明，在 1~2 mm 粒径团聚体中
新有机碳的平均驻留时间为 1 年，而在 100~250 μm
粒径团聚体中的保留时间为 6 年，即粗微团聚体中
有机碳的生物可利用性较高，细的微团聚体中有
机碳更新周期更长、更稳定[16]。本研究结果表明，
长期生草处理果园土壤微团聚体有机碳含量分别
比顺坡清耕和梯台清耕处理平均提高 40.10% 和
2.72%，这与生草栽培能显著提高土壤有机碳含量
有关。
已有研究认为，土壤团聚体中有机碳的分配与
结合机制反映了其有机碳的固定效应[17]。本研究
结果表明，不同垦殖方式对土壤团聚体有机碳贮量
和分配产生一定的影响。从团聚体有机碳的分配
比例来看，果园生草栽培的大团聚体有机碳分配比
例分别比顺坡清耕和梯台清耕处理提高 7.95% 和
0.65%，而微团聚体有机碳的分配比例分别降低了
14.54% 和 1.48%，说明长期生草处理过程中，外源
有机碳的输入首先出现在大团聚体中，大团聚体的
形成速度比微团聚体快。同时，微团聚体通过有机
质的胶结形成大团聚体而减少了微团聚体有机碳
的比例，从而增加了大团聚体有机碳分配比例，这
与 Gale 等[18] 的研究结果一致。由于大团聚体有机
碳比微团聚体有机碳更易被微生物分解，能在较短
的时间内分解释放部分养分供植物吸收利用[19]。
因此，果园生草栽培使大团聚体有机碳比例增加，
对于果树的生长具有积极意义。另外，与微团聚体
结合的有机质大部分是由高度腐殖化的惰性组分
组成，且受到物理保护，因此增加稳定微团聚体包
裹态有机碳的数量，可降低微生物对其分解和延长
周转时间[20]，从而增加长期的土壤碳汇。本研究结
果表明，果园生草栽培的微团聚体有机碳贮量分别
是清耕处理的 1.01~1.02 倍，说明果园生草处理增
强了土壤有机碳的保护和碳汇作用，但对于果园生
草管理措施下土壤团聚体对有机碳物理保护的饱
和限还有待于进一步研究。
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