全 文 ：书犇犗犐：１０．１１６８６／犮狔狓犫２０１５２９２ 犺狋狋狆：／／犮狔狓犫．犾狕狌．犲犱狌．犮狀
赵靖静，罗珠珠，张仁陟，蔡立群，李玲玲，牛伊宁．陇中黄土高原不同草田轮作模式土壤碳组分的差异研究．草业学报，２０１６，２５（２）：５８６７．
ＺＨＡＯＪｉｎｇＪｉｎｇ，ＬＵＯＺｈｕＺｈｕ，ＺＨＡＮＧＲｅｎＺｈｉ，ＣＡＩＬｉＱｕｎ，ＬＩＬｉｎｇＬｉｎｇ，ＮＩＵＹｉＮｉｎｇ．Ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｆｒａｃｔｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｓｓ
ｃｒｏｐｒｏｔａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ，ＣｅｎｔｒａｌＧａｎｓｕ．ＡｃｔａＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｅＳｉｎｉｃａ，２０１６，２５（２）：５８６７．
陇中黄土高原不同草田轮作模式
土壤碳组分的差异研究
赵靖静１，罗珠珠１，２，张仁陟２，蔡立群１，２，李玲玲２，牛伊宁２
（１．甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州７３００７０；２．甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州７３００７０）
摘要：通过田间定位试验，研究黄土高原西部旱农区多年生苜蓿草地（ＬＬ）及苜蓿耕翻轮作处理苜蓿－休闲（ＬＦ）、
苜蓿－小麦（ＬＷ）、苜蓿－玉米（ＬＣ）、苜蓿－马铃薯（ＬＰ）、苜蓿－谷子（ＬＭ）对土壤总有机碳（ＴＯＣ）、易氧化有
机碳（ＲＯＣ）、轻组有机碳（ＬＦＯＣ）及重组有机碳（ＨＦＯＣ）的影响。结果表明，在０～２００ｃｍ土层，不同轮作模式下
土壤总有机碳含量及土壤各有机碳组分均表现为随土层加深呈波动下降趋势，其中ＴＯＣ、ＲＯＣ、ＨＦＯＣ含量最高
值和最低值分别出现在苜蓿连作表层（０～５ｃｍ）和苜蓿轮作（小麦）中层（３０～５０ｃｍ），ＬＦＯＣ最高值和最低值分
别出现在苜蓿轮作（马铃薯）表层（０～５ｃｍ）和苜蓿轮作（玉米）底层（１７０～２００ｃｍ）。与苜蓿连作模式相比，苜蓿轮
作（小麦、玉米、马铃薯、谷子）会降低ＴＯＣ、ＲＯＣ、ＨＦＯＣ含量，增加ＬＦＯＣ含量，其中ＴＯＣ含量分别降低１７．４４％，
９．２５％，１８．４０％和９．３４％；ＲＯＣ含量分别降低２８．１０％，８．５２％，２９．７５％和２３．１７％；ＨＦＯＣ含量分别降低
１８．８０％，１０．０６％，２０．５３％和１２．５０％；ＬＦＯＣ分别增加７．４１％，５．５６％，２２．２２％和５７．４１％。可见，苜蓿种植多年
耕翻轮作粮食作物后降低了土壤总有机碳水平，且对有机碳各组分的影响存在显著差异。
关键词：黄土高原；苜蓿；轮作；土壤有机碳组分　　
犛狅犻犾犮犪狉犫狅狀犳狉犪犮狋犻狅狀犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狊狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狊狊犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狊狅狀狋犺犲犔狅犲狊狊
犘犾犪狋犲犪狌，犆犲狀狋狉犪犾犌犪狀狊狌
ＺＨＡＯＪｉｎｇＪｉｎｇ１，ＬＵＯＺｈｕＺｈｕ１，２，ＺＨＡＮＧＲｅｎＺｈｉ２，ＣＡＩＬｉＱｕｎ１，２，ＬＩＬｉｎｇＬｉｎｇ２，ＮＩＵＹｉＮｉｎｇ２
１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊，犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犔犪狀狕犺狅狌７３００７０，犆犺犻狀犪；２．犌犪狀狊狌犓犲狔犔犪犫狅
狉犪狋狅狉狔狅犳犃狉犻犱犾犪狀犱犆狉狅狆犛犮犻犲狀犮犲，犔犪狀狕犺狅狌７３００７０，犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｕｃｅｒｎｅ（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）（ＬＬ）ａｎｄｆｉｖｅｒｏ
ｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ［ｌｕｃｅｒｎｅｆａｌｏｗ（ＬＦ），ｌｕｃｅｒｎｅｗｈｅａｔ（ＬＷ），ｌｕｃｅｒｎｅｃｏｒｎ（ＬＣ），ｌｕｃｅｒｎｅｐｏｔａｔｏ（ＬＰ），ｌｕ
ｃｅｒｎｅｍｉｌｅｔ（ＬＭ）］ｏｎｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＴＯＣ），ｒｅａｄｉｌｙｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＲＯＣ），ｌｉｇｈｔｆｒａｃｔｉｏｎｏｒ
ｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＬＦＯＣ）ａｎｄｈｅａｖｙｆｒａｃｔｉｏｎｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＨＦＯＣ）ｉｎａｔｙｐｉｃａｌａｒｉｄａｒｅａｏｆｔｈｅＷｅｓｔｅｒｎＬｏｅｓｓ
Ｐｌａｔｅａｕ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓＴＯＣａｎｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｆｒａｃｔｉｏｎｓｄｅ
ｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｏｉｌｄｅｐｔｈ（０－２００ｃｍｓｏｉｌｄｅｐｔｈ）．ＴｈｅｈｉｇｈｅｓｔＴＯＣ，ＲＯＣａｎｄＨＦＯＣｖａｌｕｅｓｗｅｒｅ
ｆｏｕｎｄｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌｌａｙｅｒ（０－５ｃｍ）ｕｎｄｅｒｔｈｅＬＬｒｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔｖａｌｕｅｓａｔｍｉｄｄｅｐｔｈｓ
５８－６７
２０１６年２月
　　　草　业　学　报　　　
　　　ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ　　　
第２５卷　第２期
Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２
收稿日期：２０１５０６０５；改回日期：２０１５０９２８
基金项目：国家科技支撑计划（２０１２ＢＡＤ１４Ｂ０３），国家自然科学基金（３１１７１５１３，４１４６１０６７），甘肃省干旱生境作物学重点实验室－省部共建国家
重点实验室培育基地基金（ＧＳＣＳ２０１２０８），甘肃省科技计划（１４５ＲＪＺＡ２０８），甘肃省财政厅高校基本科研业务费项目（０３７０４１０１４）和
甘肃农业大学青年导师基金项目（ｇａｕｑｎｄｓ２０１４０２）资助。
作者简介：赵靖静（１９９０），女，甘肃泾川人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｓａｒａ＿ｚｈａｏ１２＠１２６．ｃｏｍ
通信作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｒｚ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
（３０－５０ｃｍ）ｕｎｄｅｒｔｈｅＬＷｒｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｈｉｇｈｅｓｔａｎｄｌｏｗｅｓｔｖａｌｕｅｓｆｏｒＬＦＯＣｗｅｒｅｆｏｕｎｄｉｎｔｈｅｓｕｒ
ｆａｃｅｓｏｉｌｌａｙｅｒ（０－５ｃｍ）ｕｎｄｅｒｔｈｅＬＰｒｏｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｂｏｔｔｏｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ（１７０－２００ｃｍ）ｕｎｄｅｒｔｈｅＬＣｒｏｔａ
ｔｉｏｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＬＬｒｏｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅＬＷ，ＬＣ，ＬＰａｎｄＬＭｒｏｔａｔｉｏｎｓｒｅｄｕｃｅｄＴＯＣｂｙ
１７．４％，９．３％，１８．４％ａｎｄ９．３％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｉｍｉｌａｒｌｙ，ＲＯＣｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ２８．１％，８．５％，２８．１％ａｎｄ
２３．２％ａｎｄＨＦＯＣｂｙ１８．８％，１０．１％，２０．５％ａｎｄ１２．５％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＬＦＯＣｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ７．４％，
５．３％，２２．２％ａｎｄ５７．４％ｕｎｄｅｒＬＷ，ＬＣ，ＬＰａｎｄＬＭｒｏｔａｔｉｏｎｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｌｕ
ｃｅｒｎｅｇｒａｉｎｒｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｒｅｄｕｃｅＴＯＣ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ；ｌｕｃｅｒｎｅ；ｒｏｔａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｆｒａｃｔｉｏｎｓ
土壤有机质中所含的碳称为土壤有机碳（ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＳＯＣ），是评价土壤质量的一个重要指标［１］，其
储量取决于输入土壤的生物残体等有机物质的数量与以土壤微生物分解作用为主的有机质损失之间的平衡结
果，受到气候、土壤、植被、人类活动等多种因素的影响。土壤有机碳含量作为一项重要的土壤肥力性质，在很大
的程度上影响着土壤的持水性能、土壤结构的形态和稳定性、土壤的缓冲性能、土壤多样性以及植物营养的生物
有效性，具有缓解和调节与土壤退化以及与土壤生产力有关的一系列土壤过程，是维持农业生态系统稳产高产和
环境安全的基本条件之一［２］。
土壤有机碳是动植物和微生物残体在各个阶段降解物质的混合体，且不同组分的有机碳储存能力不同，生态
服务功能亦有显著差异。研究发现［３７］土壤活性有机碳（ｌａｂｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ＬＯＣ）较总有机碳对农业管理措施
改变导致的变化反应更迅速，故将土壤活性有机碳作为反映土壤质量变化的敏感性指标之一。Ｂｌａｉｒ等［８］研究发
现，被３３３ｍｍｏｌ／Ｌ高锰酸钾氧化的有机质在作物生长期间最易发生变化，被称之为易氧化有机碳（ＲＯＣ），常用
作表征土壤肥力变化的重要指标之一。易氧化有机碳由于其直接参与土壤生物化学转化过程，对碳循环和土壤
生物化学、化学肥力保持具有重要意义，是土壤有机碳中周转最快的组分［９］，也是土壤有机质动态变化的敏感性
指标［１０］和土壤活性有机碳的指示因子［１１］，可用于反映土壤有机质的早期变化［１２］。Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ［１３］认为研究有机
碳不同组分的变化，有利于揭示农业措施对土壤有机碳的影响机制，土壤有机碳的物理分组方法由于破坏性小而
成为近年来研究有机碳组分的主流，密度分组法是其中最常见的一种。有机碳密度分组法是利用一定体积的相
对密度液（相对密度１．６～２．２ｇ／ｃｍ３）将土壤分成轻组和重组［１４］，该方法分离的有机碳组分能反映原状态有机质
的性质与功能，尤其能够反映其周转特征［１３］，土壤轻组有机质主要包括孢子、种子、动植物残体、微生物残体及一
些矿质颗粒，具有相对较快的转化速度，作为活性碳库中最活跃的成分之一。土壤呼吸速率、微生物量等均与轻
组含量呈显著的正相关关系，表明轻组有机碳对土壤的质量存在较显著的影响，从而影响土壤肥力，进而影响作
物产量，在土壤有机碳的研究中受到越来越多的重视。重组有机碳（ＨＦＯＣ）很可能是土壤中重要的稳定碳库，它
是与矿物结合的有机碳，主要成分是腐殖质，分解程度较高，具有较低的Ｃ／Ｎ［１５］，是土壤有机碳的主要储存库，同
时 ＨＦＯＣ反映了有机碳的长期含量水平，研究重组有机碳对于认识土壤碳汇功能具有较为重要的意义［１６］。轻
组主要是游离态的有机质，是土壤中不稳定有机碳库的重要组成部分［１７］，它对农业管理方式较敏感，达到平衡状
态的时间比土壤总有机碳要短［１８］，研究轻组有机碳有利于探明土壤有机碳组分的周转过程。
陇中黄土高原属于半干旱区，以小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿）和玉米（犣犲犪犿犪狔狊）轮作为主的传统农业生产系统
和自然资源过度利用造成土壤有机碳耗竭和土壤侵蚀。一些研究人员［１９２１］认为，草田轮作是一种最完善、最丰
产、最稳定和最容易取得生态平衡的农业系统，有助于形成良好的土壤结构，改善土壤的渗透性能，促进土壤物理
质量的提高。所以，在传统的农业系统中引入豆科牧草，一方面通过豆科牧草的固氮功能，可有效地提高系统氮
素的利用效率，另一方面其根瘤菌和大量的须根给土壤留下的腐殖质可增加土壤有机质，改善土壤结构，降低侵
蚀。目前，国内外对于苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）－作物轮作系统的研究主要集中于土壤水分消耗特征及其水分恢
复效应方面，而针对土壤有机碳的研究相对较少。因此，本研究以定西市安定区李家堡镇土地为例，主要探究黄
土高原半干旱区不同草田轮作模式对土壤有机碳库的影响，通过分析多年生苜蓿草地及耕翻轮作不同粮食作物
９５第２５卷第２期 草业学报２０１６年
后总有机碳和土壤活性碳的变化，以期揭示草田轮作系统土壤肥力的演变规律，为黄土高原半干旱区苜蓿草地的
管理、可持续利用和旱地作物稳产提供科学依据。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
试验设在陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区的定西县李家堡乡麻子川村。试区属中温带偏旱区，平均海拔
２０００ｍ左右，年均太阳辐射５９２．９ｋＪ／ｃｍ２，日照时数２４７６．６ｈ，年均气温６．４℃，≥０℃年积温２９３３．５℃，≥１０℃
年积温２２３９．１℃；无霜期１４０ｄ。多年平均降水３９０．９ｍｍ，年蒸发量１５３１ｍｍ，干燥度２．５３，８０％保证率的降水
量为３６５ｍｍ，变异系数为２４．３％，为典型的雨养农业区。试区农田土壤为典型的黄绵土，土质绵软，土层深厚，
质地均匀，贮水性能良好；试验初期０～２００ｃｍ土壤容重平均为１．１７ｇ／ｃｍ３，凋萎含水率７．３％，饱和含水率
２１．９％。
１．２　试验设计
试验共设６个模式，３次重复，小区面积３．０ｍ×７．０ｍ，随机区组排列。供试作物为紫花苜蓿、春小麦、玉
米、马铃薯（犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿）和谷子（犛犲狋犪狉犻犪犻狋犪犾犻犮犪）。各处理详细描述见表１。
表１　实验处理描述
犜犪犫犾犲１　犜狉犲犪狋犿犲狀狋狊犱犲狊犮狉犻狆狋犻狅狀
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
代码
Ｃｏｄｅ
苜蓿终止时间
Ｌｕｃｅｒｎｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
ｔｉｍｅ
轮作方式描述
Ｒｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ
苜蓿－苜蓿
Ｌｕｃｅｒｎｅｌｕｃｅｒｎｅ
ＬＬ 　　－ ２００３年开始连续种植苜蓿至今。Ａｌｆａｌｆａｂｅｇａｎｔｏｂｅｐｌａｎｔｅｄｉｎ２００３ｕｎｔｉｌｎｏｗ．
苜蓿－休闲
Ｌｕｃｅｒｎｅｆａｌｏｗ
ＬＦ ２０１２年３月
Ｍａｒｃｈ，２０１２
２００３年开始苜蓿连续种植８年。２０１２年３月份（雨季前）挖除苜蓿保持耕地休闲至今。Ａｌｆａｌｆａｂｅ
ｇａｎｔｏｂｅｐｌａｎｔｅｄｉｎ２００３ｆｏｒ８ｙｅａｒｓ．ＴｈｅｎｇｒｕｂｂｅｄｉｔｕｐｉｎＭａｒｃｈ（ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎ），２０１２，
ａｎｄｋｅｅｐｃｕｌｔｉｖａｔｅｄｌａｎｄｂｅｉｎｇｌｅｉｓｕｒｅｕｎｔｉｌｎｏｗ．
苜蓿－小麦
Ｌｕｃｅｒｎｅｗｈｅａｔ
ＬＷ ２０１２年３月
Ｍａｒｃｈ，２０１２
２００３年开始苜蓿连续种植８年，２０１２年３月份（雨季前）挖除苜蓿，一直休闲至２０１３年春季开始种
植春小麦，２０１４年继续种植春小麦。Ａｌｆａｌｆａｂｅｇａｎｔｏｂｅｐｌａｎｔｅｄｉｎ２００３ｆｏｒ８ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｎｇｒｕｂｂｅｄｉｔｕｐ
ｉｎＭａｒｃｈ（ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎ），２０１２，ａｎｄｂｅｇａｎｔｏｐｌａｎｔｓｐｒｉｎｇｗｈｅａｔｉｎｔｈｅｓｐｒｉｎｇｏｆ２０１３ｕｎｔｉｌｎｏｗ．
苜蓿－玉米
Ｌｕｃｅｒｎｅｃｏｒｎ
ＬＣ ２０１２年３月
Ｍａｒｃｈ，２０１２
２００３年开始苜蓿连续种植８年，２０１２年３月份（雨季前）挖除苜蓿，一直休闲至２０１３年春季开始种
植玉米，２０１４年继续种植玉米。Ａｌｆａｌｆａｂｅｇａｎｔｏｂｅｐｌａｎｔｅｄｉｎ２００３ｆｏｒ８ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｎｇｒｕｂｂｅｄｉｔｕｐ
ｉｎＭａｒｃｈ（ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎ），２０１２．Ｔｈｅｎｂｅｇａｎｔｏｐｌａｎｔｃｏｒｎｉｎｔｈｅｓｐｒｉｎｇｏｆ２０１３ｕｎｔｉｌｎｏｗ．
苜蓿－马铃薯
Ｌｕｃｅｒｎｅｐｏｔａｔｏ
ＬＰ ２０１２年３月
Ｍａｒｃｈ，２０１２
２００３年开始苜蓿连续种植８年，２０１２年３月份（雨季前）挖除苜蓿，５月份种植马铃薯，２０１４年继续
种植马铃薯。Ａｌｆａｌｆａｂｅｇａｎｔｏｂｅｐｌａｎｔｅｄｉｎ２００３ｆｏｒ８ｙｅａｒｓ．ＴｈｅｎｇｒｕｂｂｅｄｉｔｕｐｉｎＭａｒｃｈ（ｂｅｆｏｒｅ
ｔｈｅｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎ），２０１２，ａｎｄｂｅｇａｎｔｏｐｌａｎｔｐｏｔａｔｏｉｎＭａｙｆｒｏｍ２０１２ｔｏｎｏｗ．
苜蓿－谷子
Ｌｕｃｅｒｎｅｍｉｌｅｔ
ＬＭ ２０１２年３月
Ｍａｒｃｈ，２０１２
２００３年开始苜蓿连续种植８年，２０１２年３月份（雨季前）挖除苜蓿，４月份种植谷子，２０１４年继续种
植谷子。Ａｌｆａｌｆａｂｅｇａｎｔｏｂｅｐｌａｎｔｅｄｉｎ２００３ｆｏｒ８ｙｅａｒｓ．ＴｈｅｎｇｒｕｂｂｅｄｉｔｕｐｉｎＭａｒｃｈ（ｂｅｆｏｒｅｔｈｅ
ｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎ），２０１２，ａｎｄｂｅｇａｎｔｏｐｌａｎｔｍｉｌｅｔｉｎＡｐｒｉｌｆｒｏｍ２０１２ｔｏｎｏｗ．
其中，除ＬＬ模式外，其他各处理苜蓿均为人工挖除之后耕翻，且耕翻２０ｃｍ以上。在苜蓿耕翻种植不同粮
食作物处理中，ＬＷ、ＬＰ、ＬＭ模式均施纯氮１０５ｋｇ／ｈｍ２（尿素１．８３７５ｋｇ／区），纯过磷酸钙１．８３７５ｋｇ／区；ＬＣ
模式施纯氮２００ｋｇ／ｈｍ２，纯Ｐ２Ｏ５１０５ｋｇ／ｈｍ２，所有肥料均作为基肥在播种的同时施入，生育期没有再追肥。
１．３　土壤样品的采集及测定方法
土壤取样方法及样品保存：在作物收获后（２０１４年１０月）对０～２００ｃｍ土层分９个层次采样，分别为０～５
０６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２
ｃｍ、５～１０ｃｍ、１０～３０ｃｍ、３０～５０ｃｍ、５０～８０ｃｍ、８０～１１０ｃｍ、１１０～１４０ｃｍ、１４０～１７０ｃｍ和１７０～２００ｃｍ，每个
小区的样品均为三点采集混合而成，供试土样带回实验室自然风干后，剔除石砾及植物残茬等杂物，过０．２５ｍｍ
筛，放入密封塑料袋中待测。
土壤总有机碳（ＴＯＣ）的测定［１４］：采用外加热重铬酸钾氧化法。
易氧化有机碳（ＲＯＣ）的测定［２２］：是根据Ｂｌａｉｒ等［８］描述的方法进行测定，称取一定量的待测土壤样品（约含
有机碳１５～３０ｍｇ）与３３３ｍｍｏｌ／Ｌ的ＫＭｎＯ４ 溶液反应１ｈ，土壤中ＲＯＣ的含量利用分光光度计法，由被还原
的ＫＭｎＯ４ 数量所决定。
轻组有机碳（ＬＦＯＣ）和重组有机碳（ＨＦＯＣ）的测定［１７］：取过２ｍｍ筛风干土２０．０ｇ，加入５０ｍＬＮａＩ（密度
１．８ｇ／ｃｍ３）溶液，震荡６０ｍｉｎ。分散后的悬浊液在离心机上（３０００ｒ／ｍｉｎ）离心１０ｍｉｎ，如果悬浊液比较浑浊则加
大离心机的转速或增加离心时间。混合物表面悬浮的轻组有机物包括上清液轻轻倒入抽滤装置，在剩余的悬浮
液中加入３０ｍＬＮａＩ溶液，轻组残留物在离心管中再次悬浮，重复上述过程２～３次，直至无可见轻组有机物。
离心管中所剩物质为土壤重组有机碳，最后将滤膜上的轻组物用０．０１ｍｏｌ／ＬＣａＣｌ２（１．１１ｇ定容１Ｌ）冲洗，当滤
液变成无色再用蒸馏水冲洗数次，直至用ＡｇＮＯ３ 检验无沉淀产生为止。然后将其冲入预先称重的器皿中，于
５５℃ 烘干，测定轻组物中的有机碳含量，乘以它所占土壤的百分比计算出ＬＦＯＣ，而 ＨＦＯＣ为原土壤有机碳含
量减去ＬＦＯＣ。
１．４　数据分析
数据经Ｅｘｃｅｌ２００３整理后，采用ＳＰＳＳ１３．０（ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔａｎｄＳｅｒｖｉｃｅＳｏｌｕｔｉｏｎｓ，ＳＰＳＳ）软件进行统计
分析。
２　结果与分析
２．１　不同草田轮作模式对土壤总有机碳的影响
由表２可知，与苜蓿－苜蓿相比，除苜蓿－休闲之外，苜蓿草地轮作其他作物后土壤有机碳含量均呈下降趋
势。其中０～５ｃｍ土层以苜蓿连作模式ＴＯＣ最高，比苜蓿－小麦、苜蓿－玉米、苜蓿－马铃薯和苜蓿－谷子分
别高出４２．７３％，２０．７９％，５９．１７％和３０．１７％，且达到了显著水平。在５～８０ｃｍ土层以苜蓿－休闲模式ＴＯＣ最
高，其中苜蓿－休闲与苜蓿－小麦、苜蓿－马铃薯、苜蓿－谷子存在显著差异；８０～１４０ｃｍ以苜蓿－苜蓿模式
ＴＯＣ最高，１４０～２００ｃｍ以苜蓿－休闲模式ＴＯＣ最高，且各模式之间存在显著差异。就０～２００ｃｍ土层有机碳
平均含量而言，表现为苜蓿－休闲＞苜蓿－苜蓿＞苜蓿－谷子＞苜蓿－玉米＞苜蓿－小麦＞苜蓿－马铃薯。与
苜蓿连作和苜蓿－休闲相比，苜蓿－小麦、苜蓿－玉米、苜蓿－马铃薯、苜蓿－谷子的 ＴＯＣ含量分别降低了
１７．４４％～１９．１５％，９．２５％～１１．１３％，１８．４０％～２０．０９％和９．３４％～１１．２３％。
土壤总有机碳在０～２００ｃｍ剖面的分布表明，各模式均表现为随着土层深度的增加呈现先降后升再降的趋
势，其中３０～８０ｃｍ土层ＴＯＣ含量达到相对较低的范围，之后呈现上升趋势，在１４０ｃｍ以下土层的ＴＯＣ含量
又开始下降。
２．２　不同草田轮作模式对土壤易氧化有机碳的影响
由表３可以看出，苜蓿草地轮作其他作物后土壤易氧化有机碳含量均呈下降趋势。与苜蓿－苜蓿相比，表层
０～５ｃｍ土壤ＲＯＣ在苜蓿－休闲、苜蓿－小麦、苜蓿－玉米、苜蓿－马铃薯和苜蓿－谷子处理条件下分别降低了
１７．４０％，４０．３１％，１６．３７％，３７．８２％和３７．５１％，且差异达显著水平。在５～８０ｃｍ 土层以苜蓿－休闲模式ＲＯＣ
最高，且与其他轮作模式差异达到显著水平；８０～２００ｃｍ土层以苜蓿－苜蓿模式ＲＯＣ最高，且与苜蓿－休闲以
外的其他处理差异达显著水平。在０～２００ｃｍ土层易氧化有机碳平均含量表现为苜蓿－苜蓿＞苜蓿－休闲＞苜
蓿－玉米＞苜蓿－谷子＞苜蓿－小麦＞苜蓿－马铃薯。与苜蓿－休闲和苜蓿连作相比，苜蓿－小麦、苜蓿－玉
米、苜蓿－马铃薯、苜蓿－谷子ＲＯＣ含量分别降低了２７．５６％～２８．１０％，７．８３％～８．５２％，２９．２１％～２９．７５％和
２２．５９％～２３．１７％。
在０～２００ｃｍ剖面的土壤易氧化有机碳含量介于３．５８～９．６５ｇ／ｋｇ之间，以苜蓿连作含量最高，显著高于苜
１６第２５卷第２期 草业学报２０１６年
蓿作物轮作模式，主要集中在表层（０～３０ｃｍ），呈现由表层向下层逐渐减少的趋势，具体表现为ＲＯＣ在３０～８０
ｃｍ土层中苜蓿小麦含量最低，在１１０～１４０ｃｍ土层呈上升趋势，在１４０ｃｍ以下土层又开始下降。
表２　不同草田轮作模式对土壤总有机碳的影响
犜犪犫犾犲２　犛狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狌狀犱犲狉狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狊狊犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿狊 ｇ／ｋｇ
土层Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ） 苜蓿－苜蓿ＬＬ 苜蓿－休闲ＬＦ 苜蓿－小麦ＬＷ 苜蓿－玉米ＬＣ 苜蓿－马铃薯ＬＰ 苜蓿－谷子ＬＭ
０～５ １４．９３±１．２２ａ １２．８１±１．０６ａｂ １０．４６±０．２１ｂｃ １２．３６±０．４７ａｂ ９．３８±１．４８ｃ １１．４７±０．３９ｂｃ
５～１０ １１．４１±０．８１ａｂ １２．９８±０．７９ａ １０．７４±０．１２ｂ １１．３７±０．５９ａｂ １０．４８±０．６６ｂ １０．５５±０．２１ｂ
１０～３０ １０．４１±１．２０ａｂ １２．０７±１．０３ａ １０．２４±０．３４ａｂ １０．２０±０．８１ａｂ ９．０８±０．６４ｂ ９．５５±０．２６ａｂ
３０～５０ ８．８４±０．８１ａｂ ９．１４±０．９１ａ ６．８０±０．４３ｂ ８．５４±０．６２ａｂ ７．８９±０．５４ａｂ ８．８３±０．７３ａｂ
５０～８０ ８．６９±０．４０ａｂ １０．３５±１．０６ａ ７．５８±０．５４ｂ ９．００±０．５６ａｂ ７．９３±０．７２ｂ ８．４３±０．４５ａｂ
８０～１１０ １０．６５±０．８７ａ ９．３９±０．４６ａｂ ８．５６±０．３８ｂ ８．３１±０．９５ｂ ８．２６±０．５０ｂ ９．０９±０．６１ａｂ
１１０～１４０ １０．６１±１．４６ａ １０．１８±０．２３ａｂ ８．０７±０．４０ｂ ９．９０±０．６６ａｂ ８．４９±０．８０ａｂ ９．９１±０．４５ａｂ
１４０～１７０ ９．１２±１．０６ａｂ ９．５９±０．８３ａ ７．７５±０．４９ａｂ ７．７１±０．７５ａｂ ７．４０±０．３１ｂ ８．８７±０．１９ａｂ
１７０～２００ ８．７９±０．２６ａ ８．８９±０．４０ａ ６．９５±０．５０ｂ ７．４３±０．８５ａｂ ７．３２±０．５５ａｂ ８．０３±０．３８ａｂ
　注：同行不同小写字母表示同一土层不同模式在５％水平上差异显著。下同。
　Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｌｉｎｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔ犘≤０．０５ｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
表３　不同草田轮作模式对土壤易氧化碳的影响
犜犪犫犾犲３　犛狅犻犾狉犲犪犱犻犾狔狅狓犻犱犪狋犻狅狀狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狌狀犱犲狉狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狊狊犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿狊 ｇ／ｋｇ
土层Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ） 苜蓿－苜蓿ＬＬ 苜蓿－休闲ＬＦ 苜蓿－小麦ＬＷ 苜蓿－玉米ＬＣ 苜蓿－马铃薯ＬＰ 苜蓿－谷子ＬＭ
０～５ ９．６５±０．８２ａ ７．９７±０．０２ｂ ５．７６±０．３７ｃ ８．０７±０．１２ｂ ６．００±０．５９ｃ ６．０３±０．１２ｃ
５～１０ ７．３３±０．３１ａ ７．８２±０．５８ａ ６．１１±０．３１ｂ ７．３９±０．２３ａ ５．０７±０．５５ｃ ５．６１±０．４９ｂ
１０～３０ ６．５４±０．８９ａｂ ７．２０±０．３７ａ ６．０９±０．２４ａｂｃ ６．１１±０．４２ａｂｃ ４．８８±０．５２ｃ ５．５６±０．１５ｂｃ
３０～５０ ６．０９±０．５３ａｂ ６．４２±０．３０ａ ３．５８±０．１３ｄ ５．０４±０．４７ｂｃ ４．１６±０．２２ｃｄ ５．２５±０．６７ａｂｃ
５０～８０ ５．９９±０．２６ａ ６．４２±０．５３ａ ３．８１±０．２６ｃ ５．６５±０．５１ａｂ ４．８２±０．４６ｂｃ ４．３８±０．２０ｃ
８０～１１０ ６．４５±０．２３ａ ６．０４±０．４６ａｂ ４．９７±０．５７ｂｃ ６．１１±０．２９ａｂ ４．６３±０．６３ｃ ４．９５±０．１７ｂｃ
１１０～１４０ ６．４７±０．２７ａ ６．３８±０．４０ａ ４．６６±０．１５ｃ ６．１４±０．６４ａｂ ５．３８±０．６２ａｂｃ ４．９１±０．３６ｂｃ
１４０～１７０ ５．８３±０．１８ａ ５．８７±０．５７ａ ４．２８±０．２１ｂ ５．２１±０．６２ａｂ ４．２２±０．６２ｂ ４．９１±０．３４ａｂ
１７０～２００ ５．８９±０．２６ａ ５．６６±０．０４ａ ４．０２±０．１４ｂ ５．３６±０．３４ａ ４．４１±０．３２ｂ ４．３２±０．２５ｂ
２．３　不同草田轮作模式对土壤轻组有机碳的影响
由表４可见，０～５ｃｍ土层以苜蓿－马铃薯模式ＬＦＯＣ最高，比苜蓿－苜蓿、苜蓿－休闲、苜蓿－小麦、苜
蓿－玉米和苜蓿－谷子分别高出了３．５９％，３６．２２％，３６．２２％，４．８５％和４．２９％，统计分析表明苜蓿－马铃薯与
苜蓿－休闲、苜蓿－小麦、苜蓿－苜蓿之间差异达到显著水平。５～１０ｃｍ土层以苜蓿－马铃薯模式ＬＦＯＣ最高，
苜蓿－苜蓿模式ＬＦＯＣ最低，其中苜蓿－马铃薯与苜蓿－苜蓿、苜蓿－小麦、苜蓿－玉米差异达显著水平；１０～
８０ｃｍ以苜蓿－谷子模式ＬＦＯＣ最高，且与其他处理间差异达显著水平；８０～２００ｃｍ苜蓿－休闲模式ＬＦＯＣ最
高，且与其他模式间差异达显著水平。就０～２００ｃｍ土层平均含量而言，表现为苜蓿－谷子＞苜蓿－休闲＞苜
蓿－马铃薯＞苜蓿－小麦＞苜蓿－玉米＞苜蓿－苜蓿，且与苜蓿连作相比，苜蓿－小麦，苜蓿－玉米，苜蓿－马铃
薯，苜蓿－谷子ＬＦＯＣ含量分别提高了７．４１％，５．５６％，２２．２２％和５７．４１％。
在０～２００ｃｍ剖面的土壤轻组有机碳表现为随土层深度增加而呈现逐渐下降趋势，但在１０～８０ｃｍ下降幅
度较大，８０ｃｍ以下土层下降趋势不显著。
２６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２
表４　不同草田轮作模式对土壤轻组有机碳的影响
犜犪犫犾犲４　犛狅犻犾犾犻犵犺狋犳狉犪犮狋犻狅狀狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狌狀犱犲狉狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狊狊犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿狊 ｇ／ｋｇ
土层Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ） 苜蓿－苜蓿ＬＬ 苜蓿－休闲ＬＦ 苜蓿－小麦ＬＷ 苜蓿－玉米ＬＣ 苜蓿－马铃薯ＬＰ 苜蓿－谷子ＬＭ
０～５ １．６７±０．０８ａ １．２７±０．０３ｂ １．２７±０．０６ｂ １．６４±０．０３ａ １．７３±０．０３ａ １．７０±０．０３ａ
５～１０ １．０６±０．１３ｄ １．６１±０．０４ａ １．３６±０．０５ｂｃ １．２９±０．０３ｃ １．６５±０．０３ａ １．５７±０．０３ａｂ
１０～３０ ０．５３±０．０５ｃ １．０３±０．０７ｂ １．４７±０．０６ａ １．１８±０．１６ｂ １．１６±０．０４ｂ １．５１±０．０４ａ
３０～５０ ０．５５±０．０６ｂ ０．５６±０．０５ｂ ０．３６±０．０２ｃ ０．３６±０．０２ｃ ０．５５±０．０７ｂ １．３７±０．０６ａ
５０～８０ ０．３２±０．０３ｂ ０．４２±０．０４ｂ ０．１７±０．０５ｃ ０．１７±０．０２ｃ ０．１８±０．０３ｃ ０．８０±０．０６ａ
８０～１１０ ０．２０±０．０２ｂ ０．３２±０．０４ａ ０．１５±０．０２ｂ ０．１４±０．０２ｂ ０．１５±０．０３ｂ ０．２７±０．０３ａ
１１０～１４０ ０．１９±０．０３ｂｃ ０．４０±０．０２ａ ０．１８±０．０２ｃ ０．１４±０．０１ｃ ０．２５±０．０２ｂ ０．１７±０．０１ｃ
１４０～１７０ ０．１８±０．０１ｂ ０．４４±０．０７ａ ０．１５±０．０１ｂ ０．１３±０．０２ｂ ０．１３±０．０２ｂ ０．１５±０．０２ｂ
１７０～２００ ０．１５±０．０２ｂｃ ０．２８±０．０１ａ ０．１４±０．０１ｂｃ ０．１１±０．０１ｃ ０．１３±０．０２ｂｃ ０．１６±０．０１ｂ
２．４　不同草田轮作模式对土壤重组有机碳的影响
由表５可知，在０～５ｃｍ土层中，以苜蓿连作模式的 ＨＦＯＣ含量最高，苜蓿－休闲、苜蓿－小麦、苜蓿－玉
米、苜蓿－马铃薯、苜蓿－谷子较苜蓿连作模式分别降低了１２．９７％，３０．６２％，１９．２３％，４２．２３％和２３．０８％；５～
８０ｃｍ土层以苜蓿－休闲模式最高，且除３０～５０ｃｍ层次之外，其余土层均与苜蓿连作以外的其他处理差异达显
著水平；８０～２００ｃｍ土层深度以苜蓿连作模式ＨＦＯＣ最高，但仅在８０～１１０ｃｍ，１７０～２００ｃｍ表现为显著差异，
其余土层各模式间差异均未达到显著水平。０～２００ｃｍ土壤平均ＨＦＯＣ含量分别为６．４４～１３．２６ｇ／ｋｇ之间，表
现为苜蓿－休闲＞苜蓿－苜蓿＞苜蓿－玉米＞苜蓿－谷子＞苜蓿－小麦＞苜蓿－马铃薯。与苜蓿连作和苜蓿－
休闲相比，苜蓿－小麦、苜蓿－玉米、苜蓿－马铃薯、苜蓿－谷子的 ＨＦＯＣ含量分别降低１８．８０％～１９．２９％，
１０．０６％～１０．６０％，２０．５３％～２１．０１％和１２．５０％～１３．０３％。
在０～２００ｃｍ剖面的土壤重组有机碳分布表现为随着土层深度的增加其含量逐渐下降，３０～８０ｃｍ土层递
减趋势明显，甚至表现为整个剖面的最低值，５０～１４０ｃｍ出现小范围的上升，１４０ｃｍ以下土层下降趋势不显著。
表５　不同草田轮作模式对土壤重组有机碳的影响
犜犪犫犾犲５　犛狅犻犾犺犻犵犺犳狉犪犮狋犻狅狀狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狌狀犱犲狉狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狊狊犮狉狅狆狉狅狋犪狋犻狅狀狊狔狊狋犲犿狊 ｇ／ｋｇ
土层Ｓｏｉｌｌａｙｅｒ（ｃｍ） 苜蓿－苜蓿ＬＬ 苜蓿－休闲ＬＦ 苜蓿－小麦ＬＷ 苜蓿－玉米ＬＣ 苜蓿－马铃薯ＬＰ 苜蓿－谷子ＬＭ
０～５ １３．２６±１．２３ａ １１．５４±１．０９ａｂ ９．２０±０．２６ｂｃ １０．７１±０．４９ａｂ ７．６６±１．４９ｃ １０．２０±０．３７ｂｃ
５～１０ １０．３５±０．７６ａ １１．３７±０．８２ａｂ ９．３８±０．１５ｂ １０．０８±０．５７ａｂ ８．８３±０．６４ｂ ８．９８±０．２１ｂ
１０～３０ ９．８８±１．１６ａｂ １１．０４±１．０１ａ ８．７７±０．３８ａｂ ９．０２±０．６６ａｂ ７．９３±０．６７ｂ ８．０４±０．２８ｂ
３０～５０ ８．２９±０．８５ａ ８．５８±０．８９ａ ６．４４±０．４２ａ ８．１８±０．６１ａ ７．３５±０．４９ａ ７．４６±０．７１ａ
５０～８０ ８．３８±０．４２ａｂ ９．９３±１．０２ａ ７．４１±０．５４ｂ ８．８４±０．５３ａｂ ７．７５±０．７０ｂ ７．６２±０．３９ｂ
８０～１１０ １０．４５±０．８７ａ ９．０７±０．４８ａｂ ８．４１±０．３７ｂ ８．１７±０．９５ｂ ８．１１±０．４７ｂ ８．８２±０．６４ａｂ
１１０～１４０ １０．４２±１．４９ａ ９．７８±０．２２ａ ７．８９±０．４０ａ ９．７６±０．６６ａ ８．２５±０．８０ａ ９．７４±０．４５ａ
１４０～１７０ ８．９３±１．０７ａ ９．１５±０．９０ａ ７．６０±０．４８ａ ７．５８±０．７３ａ ７．２８±０．３０ａ ８．７２±０．１８ａ
１７０～２００ ８．６４±０．２５ａ ８．６１±０．３９ａ ６．８１±０．４９ｂ ７．３３±０．８６ａｂ ７．１９±０．５６ａｂ ７．８７±０．３８ａｂ
３　讨论
３．１　土壤总有机碳对轮作模式的响应
土壤有机碳含量的提高，主要来源于动植物残体、植物枯落物和根系，一般认为，种植苜蓿可以大幅度提高土
３６第２５卷第２期 草业学报２０１６年
壤的有机碳含量［２３２７］。李文静等［２８］认为与全国水平的土壤碳密度８．５ｋｇＣ／ｍ２ 相比，黄土高原区人工种植紫花
苜蓿期间土壤有机碳含量的各年限单位面积土壤固碳量平均值为１３．０１ｋｇ／ｍ２，说明苜蓿草地土壤具有较高的
固碳能力。本实验分析对比了苜蓿连作、苜蓿－休闲与苜蓿－作物轮作模式条件下土壤有机碳含量的差异。研
究发现，各轮作模式土壤有机碳含量随土层加深变化规律不同，土壤有机碳含量均随土壤深度的增加而降低，这
与崔星和师尚礼［２９］研究一致。对多年种植苜蓿地进行翻耕，轮作小麦、玉米、马铃薯和谷子４种作物后均在一定
程度上降低了土壤有机碳含量，而苜蓿连作模式和苜蓿－休闲在一定程度上维持了较高的土壤有机碳水平，表明
了苜蓿连作模式更能有效地提高土壤有机碳的含量。主要原因是连作苜蓿后，土壤处于免耕状态，土壤免受扰
动，苜蓿表现出明显的碳固存能力，使土壤有机碳储量保持相对稳定状态。虽然与苜蓿连作、苜蓿－作物轮作模
式相比，苜蓿－休闲模式也提高了土壤ＴＯＣ含量，但地表没有附着物，无法降低土壤表层温度，增加了外界对土
壤表层的扰动，使有机碳因长期暴露在空气中而被氧化和风蚀，因此这种休闲的方式也有可能增加ＴＯＣ淋失的
潜在危险［３０］。在不同轮作模式中，种植苜蓿与种植玉米、谷子、小麦和马铃薯对土壤ＴＯＣ含量的影响显著不同，
苜蓿翻耕后种植马铃薯土壤ＴＯＣ含量迅速下降，与轮作其他作物相比，马铃薯生物学产量较高，对土壤养分消
耗相应较大，导致对ＴＯＣ含量消耗较多，种植谷子对土壤ＴＯＣ含量消耗最小。这表明在苜蓿－作物轮作模式
中，轮作谷子为宜，避免种植马铃薯等耗费量较大的作物。从实现农田生态系统自身可持续发展性角度来看，在
陇中黄土高原半干旱区进行苜蓿连作对提高土壤的ＴＯＣ有效性具有积极作用。
３．２　土壤有机碳组分对轮作模式的响应
大量研究表明，易氧化有机碳是土壤有机碳中周转最快的组分［１１］，是土壤有机质动态变化的敏感性指
标［１２］，ＲＯＣ含量可以作为衡量土壤含碳的重要因素。Ｃｈａｎ等［３１］研究了在澳大利亚因耕作而退化的红壤，表明
耕作覆草处理下种植豆科牧草的土壤比种植小麦的土壤中易氧化有机碳高１０．４９％，比免耕覆草高８．３９％，比免
耕高７．３８％，比传统耕作高７．０５％，易氧化有机碳组分可有效地指示土壤质量的变化。罗彩云等［３２］研究认为有
豆科作物（或牧草）参与的轮作系统，土壤养分状况都得到明显的改善，如小麦－豌豆（犘犻狊狌犿狊犪狋犻狏狌犿）轮作系统
的土壤有机质含量比小麦连作高。本研究结果表明，苜蓿连作模式下ＲＯＣ维持较高含量，最大值达９．６５ｇ／ｋｇ，
而轮作其他作物后，ＲＯＣ含量显著减少。与苜蓿连作相比，苜蓿－玉米轮作模式土壤易氧化有机碳含量显著增
加；与苜蓿－作物轮作相比，苜蓿连作与苜蓿－休闲模式更有利于土壤易氧化有机碳的积累，改善土壤结构，同时
ＲＯＣ对轮作模式变化的响应具有较高的敏感性。王晓凌和李凤民［３３］通过大田试验研究了半干旱黄土高原地区
苜蓿草地、苜蓿－作物轮作农田以及常规耕作农田中土壤有机碳与土壤轻组物质的变化规律，结果表明土壤轻组
有机碳含量苜蓿－作物轮作系统高于苜蓿草地，以及它们占土壤有机碳含量在苜蓿－作物轮作系统中高于常规
耕作农田。李小涵等［３４］研究了作物种类和种植模式对土壤不同形态碳的影响，发现轻质有机碳质量分数随土层
深度增加呈下降趋势，苜蓿连作０～５ｃｍ表层土壤轻质有机碳质量分数最高，为８．０ｇ／ｋｇ，比＞３０～４０ｃｍ土层
高出７．６ｇ／ｋｇ，即苜蓿连作土壤轻质有机碳下降幅度最快。与此结果一致，通过本研究表明，与苜蓿－作物轮作
相比，苜蓿连作降低了土壤ＬＦＯＣ含量，苜蓿－谷子在整个轮作模式中ＬＦＯＣ含量最高。产生这种结果的原因
可能是谷子是一年生草本植物，须根粗大，属于耐旱稳产作物，且实验地位于谷子主要产区黄河流域产量高，土壤
有机质含量高，因此苜蓿－谷子模式ＬＦＯＣ含量较高。这与Ｒｉｃｈａｒｄ和Ｂｏｏｎｅ［２３］研究结果基本一致，轻组有机质
主要是由未完全腐解的植物碎片、植物根系和木炭等组成，外界碳源投入量越多，ＬＦＯＣ含量越高，且对ＬＦＯＣ
影响极为显著，同时指出轻组有机碳含量在土壤总有机碳中所占的比例越大，就意味着有机碳中非保护性的碳越
多，土壤有机碳越不稳定，而不利于有机碳的长期积累。在苜蓿作物不同轮作模式中，苜蓿－谷子轻组有机碳含
量最高，将不利于有机碳的长期积累。与之相反，重组有机碳含量在土壤总有机碳中所占的比例越大，就意味着
有机碳中非保护性的碳越少，土壤有机碳越稳定，有利于有机碳的长期积累。本研究表明，与苜蓿连作相比，多年
种植苜蓿地进行翻耕后苜蓿－作物轮作模式降低了重组有机碳的含量，且不同作物轮作处理间，土壤 ＨＦＯＣ含
量呈现基本相同的交替下降趋势，苜蓿连作维持较高的重组有机碳含量，这说明苜蓿连作有利于ＨＦＯＣ的形成，
可以增加土壤有机碳的稳定性。
４６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２
４　结论
在黄土高原半干旱农区，与苜蓿连作模式相比，苜蓿－作物轮作模式不利于土壤总有机碳及土壤各有机碳组
分含量的积累，且苜蓿－作物轮作模式下土壤有机碳下降，而下降的幅度、速率、剖面分布会随着种植不同作物而
变化，在各土层深度内表现出一定的差异性。就整体而言，苜蓿－作物轮作模式对ＴＯＣ含量的影响表现为：ＬＭ
（苜蓿－谷子）＞ＬＣ（苜蓿－玉米）＞ＬＷ（苜蓿－小麦）＞ＬＰ（苜蓿－马铃薯），其中ＬＭ模式在３０～８０ｃｍ土层
ＴＯＣ含量下降明显，ＬＣ、ＬＷ模式在３０～５０ｃｍ土层含量明显降低；与各轮作模式ＴＯＣ最高含量相比，ＬＭ、
ＬＣ、ＬＷ、ＬＰ模式降幅分别为３０％，３９．８９％，３６．６９％，３０．１５％，ＬＣ模式各土层ＴＯＣ含量波动最大。苜蓿－
作物轮作模式对ＲＯＣ含量的影响表现为：ＬＣ（苜蓿－玉米）＞ＬＭ（苜蓿－谷子）＞ＬＷ（苜蓿－小麦）＞ＬＰ（苜
蓿－马铃薯），其中ＬＷ、ＬＣ模式下ＲＯＣ含量在３０～８０ｃｍ土层明显下降，ＬＰ、ＬＭ模式分别在１０～１１０ｃｍ、
５０～８０ｃｍ土层明显下降。苜蓿－作物轮作模式对ＬＦＯＣ含量的影响表现为：ＬＭ（苜蓿－谷子）＞ＬＰ（苜蓿－
马铃薯）＞ＬＷ（苜蓿－小麦）＞ＬＣ（苜蓿－玉米），其中ＬＷ、ＬＣ、ＬＭ模式下ＬＦＯＣ含量在８０ｃｍ以下土层明
显降低，ＬＰ模式在５０ｃｍ以下土层明显降低。苜蓿－作物轮作模式对 ＨＦＯＣ含量的影响表现为：ＬＣ（苜蓿－
玉米）＞ＬＭ（苜蓿－谷子）＞ＬＷ（苜蓿－小麦）＞ＬＰ（苜蓿－马铃薯），其中ＬＷ、ＬＭ模式下 ＨＦＯＣ含量在３０
～８０ｃｍ土层明显降低，ＬＰ、ＬＣ模式分别在１０～８０ｃｍ、３０～１１０ｃｍ土层明显降低。
土壤有机碳含量一方面受外部碳输入（根系、凋落物等），另外也受土壤微生物活动的强烈影响，而这二者均
会受到种植不同作物以及翻耕施肥等管理措施的影响。通过翻耕后种植不同作物，作物生长（扎根深度、土壤环
境改变等）对土壤有机碳库的影响最终反映到土壤各碳组分的含量，与苜蓿－作物轮作相比，苜蓿连作模式能显
著提高土壤各碳组分的含量，苜蓿翻耕后轮作作物的不同，对各碳组分的影响也不同，可见土壤碳组分含量的增
加受轮作后茬作物选择的影响。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊：
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７６第２５卷第２期 草业学报２０１６年