全 文 ：收稿日期：!""#$"%$!& 接受日期：!""#$"’$!(
基金项目：国家自然科学基金项目（&"()%%")和 *"*)"#&*）；国家科技支撑项目（!""#+,-,&+".）；公益性行业（农业）科研专项（!""#"*"*"）资
助。
作者简介：李利利（%.#*—），女，甘肃静宁人，硕士研究生，主要从事土壤碳氮方面的研究。/01234：53460!""#47896:%(*; 8<1
! 通讯作者 /01234：=0>?2不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、
无机碳和轻质有机碳的影响
李利利，王朝辉!，王西娜，张文伟，李小涵，李生秀
（西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 )%!%""）
摘要：通过田间长期定位试验，分层采集冬小麦—休闲种植体系 "—&" 81土层的土样，研究了常规、地表覆膜和覆
草栽培对土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响。结果表明，覆膜或覆草可以显著增加地上部小麦生物量和子
粒产量。不同地表覆盖对 "—&" 81土层的无机碳含量和分布无显著影响，但与常规栽培相比，地表覆膜使 "—’ 81
土层的有机碳含量显著降低，"—&" 81各土层轻质有机碳表现出明显降低趋势，平均降低 C (;%!)&;’ 1D E 9D；地
表覆草却表现出明显增加土壤轻质有机碳的趋势，"—’、’—%"、%"—!" 81 土层的轻质有机碳含量分别增加 C
!*’;!、%.";"和 %&&;. 1D E 9D，相当于常规的 *#;)F、*!;.F和 *&;’F。同时，覆草栽培还表现出降低 "—%" 81土层
轻质有机质含碳量的趋势，并使 "—!" 81土层轻质有机碳占有机碳的比例显著高于常规栽培和地表覆膜处理。可
见，地表长期覆膜不利于旱地土壤有机碳累积，覆草不仅可以增加表层土壤的轻质有机碳累积，还可改善土壤碳氮
组成。
关键词：覆盖栽培；旱地土壤；有机碳；无机碳；轻质有机碳
中图分类号：G%’*;( 文献标识码：, 文章编号：%""#$’"’H（!"".）"!$"&)#$"(
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土壤有机质包括进入土壤的植物、动物及微生
物残体、排泄物、分泌物及其部分分解产物和土壤腐
殖质［!］，存在于土壤有机质中的碳称为土壤有机碳。
土壤碳库包括有机碳库和无机碳库，土壤有机碳库
是陆地生物圈中最大的有机碳库［"］，约占陆地生态
系统总碳储量的三分之二［#］。$%&%& 和 ’(%)［*］根据
有机碳的不同分解速率把土壤有机碳库分为活跃碳
库、非活跃碳库和惰性碳库。农田土壤中的有机碳
主要来自于植物的根、茎、叶的死亡组织及人为施入
土壤的有机肥。土地利用、耕作、作物种类、种植密
度、灌溉、施肥等农业生产措施对土壤有机碳库的变
化均能产生影响［!］。对黄土高原不同开垦年限土壤
的对比研究发现，黄绵土开垦 +年后 ,—", -.土壤
有机碳损失了 //0，损失速率为 "1!+ 2 3（(."·%），其
主要原因为水蚀和耕作侵蚀［+］。在免耕 4年的麦田
土壤上实行播前翻耕，#年后 ,—!+ -.表层土壤有
机碳比持续保持免耕的降低 +150［5］。在我国东北
棕壤区的田间试验表明，经过 !/年地膜覆盖导致玉
米田块土壤有机质消耗，有机碳含量降低［/］。
轻质有机质是指土壤经过分散之后，采用一定
密度的液体浮选分离得到的有机物质部分［67!,］，由
可识别的处于不同分解阶段的植物残体，真菌的菌
丝和孢子、种子、动物残体、微生物残骸以及一些吸
附在有机碎屑上的矿质颗粒组成［!!］。其化学成分
主要是碳水化合物、蛋白、多酚（如木质素）和烷基化
合物组成［!"7!#］。土壤轻质有机质的腐殖化程度低，
与土壤粘粒结合松散，主要分散在团粒结构外部或
团粒之间，不受粘粒矿物或其他机制保护［!*7!+］，是
微生物的一个重要碳和能量来源；极易被土壤微生
物利用，参与土壤碳氮循环［!5］，是土壤有机质的活
跃或活性较强的部分［!/］。轻质有机质虽然仅占总
有机质的一小部分，但在土壤养分循环中起着重要
作用［!6］，是土壤有机质周转和作物有效养分的暂时
存贮库，可以敏感地反映外界环境或人为因素变化
对土壤有机质或有机碳库的影响［!#，!4］。这部分有
机质的性质、数量和组成，反映了土壤中动植物残体
物质的投入、固持与分解之间的平衡程度与水平。
明确这部分有机碳的固定、矿化特性及其与土壤有
机碳库的关系，正确评价其在土壤 7植物体系物质
循环中的作用，对改进作物栽培和水肥管理，增加土
壤对大气碳素的固定，减少 ’8" 等温室效应气体的
排放有重要意义。这一方面的研究正受到越来越广
泛的关注［",7""］。
目前，在我国西北旱地，地表覆膜、覆草等已成
为普遍采用的集水保水栽培模式，在促进水分、养分
吸收利用，提高作物产量方面有着明显的优势。然
而关于地表覆盖栽培对农田土壤碳库影响的研究较
少，已有的一些工作也多集中于土壤总有机碳的变
化，而对轻质有机碳、无机碳关注甚少。为此，通过
长期定位试验，研究了地表覆膜和覆草农田土壤有
机碳、无机碳和轻质有机碳的变化，为优化旱地作物
栽培，不断培肥和提高土壤肥力提供理论依据。
! 材料与方法
!"! 试验设计
试验于 ",," 年 !, 月设在黄土高原南部，陕西
杨凌西北农林科技大学农作一站。该地海拔 +", .
左右，年均气温 !"149，年均降水量 5#" ..左右，降
水主要集中在 /!4月，年均蒸发量 !*,, ..左右，
属半湿润易干旱地区。土壤为土垫旱耕人为土，种
植方式为冬小麦—休闲一年一作，每年 !, 月初播
种，次年 5 月初收获。试验设：常规（裸地无灌溉，
当地农民常用方式，’:）；地膜覆盖（全区覆膜，按 ",
-.行距、穴距 / -.打孔播种，;<）；覆草覆盖（将小
麦秸秆切碎成 + -.左右，出苗后以 *+,, => 3 (." 均
匀覆盖于行间，?<）# 个处理，重复 * 次，共 !" 个小
区，每小区面积为 "616 ."。以 @ "*,、;"8+ !,,
=> 3 (."为底肥，肥料撒施并翻入耕层土壤，小麦生育
期间不追施肥料。其他管理按常规进行。
!"# 采样与测定
于 ",,/年 5月小麦收获后，在小区内按 ?形分
别采取 ,—+、+—!,、!,—",、",—#,、#,—*, -. 土
样。,—+ -.和 +—!, -.土层采 !,钻（土钻钻头直
径为 " -.），其余各层采 +钻，同一小区同一层次土
壤混匀作为 !个样品，共 5,个样品。部分鲜样采用
!,+9烘干法测定水分，其余于室内风干，过 " ..和
,1!+ ..筛，贮存备用。
土壤有机碳和无机碳的测定：称取 ,1!+,!
,1",, >和 ,1,#,!,1,+, >过 ,1!+ ..筛的土样，采
用岛津 :8’7??<7+,,,A碳分析仪，分别于 4,,9和
",,9燃烧测定总碳（:’）和无机碳（B’），有机碳通过
:’减去 B’而获得。
土壤轻质有机质的提取：称取过 " ..筛的土
样 "+ >于 !,, .C离心管中，加入比重为 !1/ > 3 -.#
的 @%B 溶液，于 ",, D 3 .E)条件下振荡 ! (。然后以
!,,, F >离心 ", .E)，将浮在 @%B表面的轻质部分倾
倒于装有 ,1*+!.纤维滤膜的容器过滤器中进行抽
滤。把滤膜上的轻质部分先用 /+ .C ,1,! .G& 3 C的
4/*"期 李利利，等：不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响
!"!#$溶液洗涤，再用至少 %& ’(蒸馏水洗涤，然后
将滤纸上的轻质部分水洗转移到烧杯中。再向该离
心管加入 )*% + , -’. /"0溶液使液面达到第一次离
心后的液面，用同样方法进行第二次提取，两次提取
后的轻质部分在 123下烘干、称重。烘干的轻质有
机质用玛瑙研钵研细过 2*$& ’’筛后保存备用。
轻质有机质含碳量测定：称取 2*2$&2!2*2.2 +
研细的轻质有机质在岛津 45!67786&2229碳分析
仪上测定其含碳量［&，:］。其计算式：
土壤轻质有机碳含量（’+ , ;+）< 轻质有机质重
量 =轻质有机质含碳量> = )2 ,干土重 $& + = )26.
式中轻质有机质重量为 $& +称取量干土中的质量。
! 结果与分析
!"# 地表覆盖对地上部生物量和子粒产量的影响
与常规栽培模式相比，覆膜和覆草栽培可以显
著增加地上部冬小麦生物量（图 )）。覆膜栽培时，
冬小麦生物量为 ):&$& ;+ , ?’$，覆膜时为 )%:@2
;+ , ?’$，分别比常规高 $1*$>和 $)*1>。覆膜和覆
草栽培时子粒产量也显著高于常规，分别为 :).@和
1A1$ ;+ , ?’$，高出常规 @2*A>和 $2*1>。与覆草栽
培相比，覆膜冬小麦生物量和子粒产量均表现出增
趋势。可见，覆草和覆膜都可以显著提高冬小麦的
生物量和子粒产量，覆膜栽培的提高效果更为明显。
!"! 不同地表覆盖土壤的有机碳和无机碳
对不同地表覆盖条件下土壤有机碳的测定结果
（表 )）表明，其含量随土层深度增加而降低，在 .2—
@2 -’土层达到最低。常规栽培 2—.2 -’各层土壤
的有机碳含量无显著差异；覆膜栽培 2—$2 -’、覆
图 # 不同地表覆盖对冬小麦生物量和子粒产量的影响
$%&’# ())*+,- .) -.%/ -01)2+* 30/+4%5& .5 6%5,*1
64*2, 7%.32-- 258 &12%5 9%*/8
（!4—常规耕作 !BCDECFGBC"# FG##"+E；H8—地膜覆盖 H#"IFG-JKG#’ ’L#-?GC+；
78—秸秆覆盖 M?E"F IFN"O ’L#-?GC+）
草栽培 2—)2 -’各层土壤间的有机碳含量亦无显
著差异，但均显著高于 .2—@2 -’土层的有机碳含
量。. 种栽培模式，2—& 和 .2—@2 -’土层有机碳
含量差值分别为：! $*%、$*)、.*. + , ;+。在 2—.2 -’
的土壤中，覆草与常规栽培相同土层比较，有机碳含
量无显著差异，介于 ! %*A!A*$ + , ;+；但覆膜却使
2—& -’的有机碳含量比常规显著降低 ! 2*1 + , ;+。
可见，覆草增大了表层与下层土壤有机碳含量的差
异，而覆膜显著降低了 2—& -’表层土壤的有机碳
含量。
土壤无机碳库包括土壤溶液中 P!5.6、土壤空
气中 !5$及土壤中淀积的 !"!5.，后者多以结核状、
菌丝状存在于土壤剖面［$.］。由无机碳的剖面分布
看出（表 )），在 2—@2 -’土层，同一地表覆盖模式
表 # 不同地表覆盖土壤有机碳和无机碳
:27/* # :4* +.5,*5, .) -.%/ .1&25%+ ; 258 %5.1&25%+ ; 058*1 8%))*1*5, -.%/ -01)2+* 30/+4%5&
项目 地表覆盖 土层 ("QENI（-’）
0FE’ 7BG# ILNK"-E ’L#-?GC+ 2—& &—)2 )2—$2 $2—.2 .2—@2 (7R2*2&
有机碳
4BF"# BN+"CG- !
（! + , ;+）
常规 !4 A*$ :*: :*A :*1 1*& 2*A
覆膜 H8 :*1 :*% :*) %*: 1*& 2*%
覆草 78 A*2 A*$ :*& %*A &*% 2*&
(7R2*2& 2*1 2*: 2*% )*. 2*%
无机碳
0CBN+"CG- !
（! + , ;+）
常规 !4 %*@ %*@ %*& %*% %*1 2*&
覆膜 H8 %*: %*: :*. :*@ :*2 2*1
覆草 78 %*$ %*. %*1 %*1 %*@ 2*@
(7R2*2& )*@ )*@ )*& )*: $*2
注：两个处理间或两个土层间的差值小于 (7R2*2&值，则差异不显著，下同。
/BFE：RGKKENEC-EI SEFOEEC FOB FNE"F’ECFI BN FOB #"QENI #BOEN F?"C (7R2*2& D"#LE "NE CBF IG+CGKG-"CF T 4?E I"’E SE#BOT
2:@ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 )&卷
各土层的无机碳含量无显著差异，常规栽培、覆膜和
覆草分别介于 ! "#$!"#"、"#%!%#$ 和 "#&!"#’
( ) *(。虽然地表覆膜有增加土壤中无机碳的趋势，但
同一土层各栽培模式间无显著差异。
!"# 不同地表覆盖土壤的轻质有机碳
对不同地表覆盖栽培土壤轻质有机碳测定（表
&）看出，土壤轻质有机碳含量随土层深度增加而迅
速降低，+—,和 ,—-+ ./土层中轻质有机碳含量最
高，但无显著差异；0+—$+ ./ 土层含量最低。常
规、覆膜、覆草栽培 +—-+ ./土层的轻质有机碳含
量平均分别为 ! ,10#-、,’,#- 和 %+,#" /( ) *(，比
0+—$+ ./土层高出 &#&、$#& 和 $#+ 倍。与常规栽
培相比，覆膜栽培不同土层的轻质有机碳含量表现
出明显的降低趋势，平均降低 ! ’#-!"$#, /( ) *(；
覆草栽培却表现出轻质有机碳含量明显增加的趋
势，+—,、,—-+、-+—&+ ./土层的轻质有机碳含量
分别比常规栽培高出 ! &0,#&、-1+#+ 和 -$$#1
/( ) *(，相当于增加 0%#"2、0和 0$#,2。
表 ! 不同地表覆盖土壤轻质有机碳（$ %& ’ (&）
)*+,- ! ./0, ,0&12 34*520/6 /4&*605 $ 768-4 8033-4-62
9/0, 9743*5- %7,5106&
处理 土层 345678（./）
9764: ; +—, ,—-+ -+—&+ &+—0+ 0+—$+ 3<=+#+,
常规 !9 ’+%#+ ,"%#& $&+#- 00$#0 -%0#1 1"#1
覆膜 >? ,,%#+ ,"&#- 0%&#& &%0#0 -+1#$ 1&#"
覆草 3<=+#+, -$"#, -"%#+ ---#& -+$#- -+1#0
!": 不同地表覆盖土壤轻质有机碳占有机碳的比
例
土壤轻质有机碳占有机碳的比例，反映了轻质
有机质在有机质组成中的比重和土壤有机质的活
性。表 0表明，土壤轻质有机碳占有机碳的比例随
土层深度增加而显著降低，+—,和 ,—-+ ./土层的
比值最高，且无显著差异，介于 ’#,!1#$；-+—&+、
&+—0+、0+—$+ ./土层的比值依次显著降低。与常
规无覆盖栽培相比，地表覆膜土壤的比值无显著变
化，而覆草土壤 +—,、,—-+、-+—&+ ./土层的显著
高于常规栽培，也高于地表覆膜土壤 &,#%2!
$&#’2。
!"; 不同地表覆盖土壤的轻质有机质含碳量
土壤轻质有机质的含碳量是评价其性质的重要
指标，碳含量越高，则这部分有机质被土壤微生物矿
化的难度就越大。对土壤轻质有机质含碳量的测定
（表 $）表明，+—$+ ./土层中轻质有机质含碳量介
于 1#$2!-,#%2，同一地表覆盖土壤 +—0+ ./各土
层的轻质有机质含碳含量无显著差异，但均显著高
于 0+—$+ ./土层的轻质有机质含碳量，两者相差
&,#"2!$+#,2。同一土层不同地表覆盖土壤的轻
质有机质含碳量亦没有显著差异，但覆草有降低
+—,和 ,—-+ ./土层轻质有机质碳含量的趋势。
表 # 不同覆盖土壤轻质有机碳占土壤总有机碳的比例（<）
)*+,- # )1- =4/=/420/69 /3 >?@$ 2/ )@$ 768-4 8033-4-62
9/0, 9743*5- %7,5106&
处理 土层 345678（./）
9764: ; +—, ,—-+ -+—&+ &+—0+ 0+—$+ 3<=+#+,
常规 !9 ’#’ ’#’ $#" 0#1 &#% +#%
覆膜 >? ’#, ’#’ $#" 0#’ -#% +#1
覆草 3<=+#+, -#1 -#% -#& -#& -#’
表 : 不同地表覆盖下轻质有机质的含碳量（<）
)*+,- : )1- $ 5/62-62 06 ,0&12 34*520/6 /4&*605 %*22-4 768-4
8033-4-62 9/0, 9743*5- %7,5106&
处理 土层 345678（./）
9764: ; +—, ,—-+ -+—&+ &+—0+ 0+—$+ 3<=+#+,
常规 !9 -,#- -,#+ -$#0 -0#% 1#’ &#$
覆膜 >? -,#& -,#$ -0#’ -0#" 1#$ &#’
覆草 3<=+#+, &#+ -#, 0#0 &#& &#+
# 讨论
田间定位试验开始于 &++&年，迄今虽然已经过
了 ,个冬小麦生长年季，地表覆膜或覆草栽培可以
显著增加地上部小麦的生物量和子粒产量，但并没
有显著影响 +—$+ ./各土层的无机碳含量与分布。
有机碳的情况与此不同，覆膜栽培显著降低了 +—,
./表层土壤的有机碳含量，覆草栽培增大了表层与
下层土壤有机碳的差异。此外，与常规栽培相比，覆
膜栽培 +—$+ ./各土层轻质有机碳含量表现出明
显的降低趋势，平均降低 ! ’#-!"$#, /( ) *(；而覆
草栽培却表现出明显增加的趋势，+—,、,—-+ 和
-+—&+ ./土层的轻质有机碳含量分别比常规栽培
高出 ! &0,#&、-1+#+ 和 -$$#1 /( ) *(，相当于增加
0%#"2、0和 0$#,2。进一步分析发现，不同地
表覆盖模式虽没有显著影响 +—$+ ./土层中轻质
有机质的含碳量，但地表覆草表现出降低 +—, 和
-%$&期 李利利，等：不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响
!—"# $%土层轻质有机质碳含量的趋势。而且，与
常规栽培相比，地表覆膜土壤轻质有机碳占有机碳
的比例无显著变化；覆草却使 #—!、!—"#、"#—&#
$%土层的这一比值显著高于常规栽培，也高于地表
覆膜土壤。
不少研究表明，覆膜栽培可以提高作物子粒产
量和生物量［&’(&!］，从而增加回归土壤的植物残体。
然而，本研究却发现，覆膜栽培显著降低了 #—! $%
表层土壤的有机碳含量。产生这一结果的原因可能
是地膜改善了表层土壤的水热条件［&)］，特别是在北
方旱地土壤水分的增加和温度的提高，有利于增强
土壤微生物的活性，从而促进微生物对土壤有机碳
的降解［&)］。本研究看出，覆膜栽培降低了表层土壤
的轻质有机碳含量，进一步证明了覆膜促进土壤有
机质降解、降低土壤有机质含量的作用，而且这种作
用主要发生在土壤有机质的轻质部分。
与覆膜栽培不同，经过 !个冬小麦生长年季后，
覆草栽培虽然没有能使土壤有机碳含量增加，却增
大了表层与下层土壤有机碳含量的差异（表 "），增
加了表层土壤的轻质有机碳（表 &），轻质有机碳占
有机碳的比例也相应显著高于常规栽培和地表覆膜
土壤（表 *）。但逄蕾等［&+］在黄土高原半干旱区的研
究认为，由于作物收获后经过耕耱，表层土壤已混合
均匀，传统耕作结合秸秆还田并没有增加 #—*# $%
土壤有机碳含量，有机碳含量的土壤剖面垂直分布
也不明显。郑立臣等［&,］报道，在我国东北连续 )年
玉米秸秆还田增加了土壤有机质含量，并提高了
#—&# $%土壤有机碳含量。在我国南方荔园进行
的试验看出，覆草后土壤有机碳和轻质有机碳显著
提高［&-］。可见，土壤有机碳的增加受耕作、气候等
多种条件的影响，覆草或秸秆还田增加土壤有机碳
的效应需要一定时间才能表现出来。
在本研究中，地表覆草虽然增加了 #—!和 !—
"# $%土壤轻质有机质，却同时使其含碳量降低（表
’）。这一现象还未见有类似报道。其原因可能是由
于作物秸秆覆盖地表后，为表层土壤微生物提供了
充足的碳源，提高了微生物活性，增了微生物对氮的
固定，从而使轻质有机质中碳的相对含量减少。究
竟是否如此，还需要进一步的试验研究证明。
参 考 文 献：
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因子［/］. 生态学杂志，&##+，&)（&）：&+,(&,!0
/1234 5，678234 9 :，:1234 ; /. <=1> =?4231$ $2?@=3 A==> 23B 1CD 2EF
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