張洋，劉月嬌，倪九派，謝德體

(西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400716)

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柑橘/大球蓋菇間作對三峽庫區(qū)紫色土活性有機碳庫的影響

張洋，劉月嬌，倪九派*，謝德體

(西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400716)

分析柑橘園間作大球蓋菇模式對紫色土活性有機碳庫的影響，以期為土壤碳循環(huán)及緩解氣候變化的研究提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。通過在紫色土柑橘園中間作大球蓋菇，對比分析密植間作(HD)、正常間作(TC)、稀疏間作(SP)和裸地對照(BT)及輔料對照(ST)等5組處理對紫色土柑橘園上下層(0～10 cm，30～50 cm)土壤中總有機碳(TOC)、可溶性有機碳(DOC)、易氧化有機碳(ROC)、輕組有機碳(LFOC)及土壤微生物量碳(SMBC)等指標的影響。在大球蓋菇整個生長期中，柑橘/大球蓋菇間作密度顯著影響上、下層土壤中活性有機碳(DOC、ROC、LFOC、SMBC)的含量，且上層(0～10 cm)土壤中總有機碳和活性有機碳的含量顯著高于下層(30～50 cm)土壤。此外，各處理在不同土壤層次中對不同活性有機碳組分的影響存在顯著性差異，其中在上層(0～10 cm)土壤中，密植間作(HD)處理中活性有機碳(DOC、ROC、LFOC及SMBC)含量顯著高于其他處理(P<0.05)，而在下層(30～50 cm)土壤中，稀疏間作(SP)處理中可溶性有機碳(DOC)、輕組有機碳(LFOC)及微生物量碳(SMBC)的含量均高于其他處理(P<0.05)。柑橘/大球蓋菇間作系統(tǒng)中，間作密度與總有機碳(TOC)、易氧化有機碳(ROC)存在顯著負相關關系，與可溶性有機碳(DOC)、輕組有機碳(LFOC)和土壤微生物量碳(SMBC)存在極顯著負相關關系，且不同活性有機碳組分間存在顯著或極顯著正相關關系。柑橘/大球蓋菇間作能夠顯著提高上層(0～10 cm)土壤中碳庫管理指數(shù)，卻不利于下層(30～50 cm)土壤碳的累積。柑橘/大球蓋菇間作在一定程度上能夠提高紫色土土壤中活性有機碳的形成和累積，增加紫色土土壤碳儲量。

果菇間作；活性有機碳庫；碳庫管理指數(shù)；紫色土；三峽庫區(qū)

紫色土是由紫色砂頁巖發(fā)育形成的一種巖性土，極易發(fā)生侵蝕[1]。紫色土分布于我國南方地區(qū)，總面積大約為1889.12萬hm2[1]，其中三峽庫區(qū)紫色土由于土層薄，土壤肥力差，土壤侵蝕嚴重而備受關注[2]。柑橘是三峽庫區(qū)主要的經(jīng)濟果樹[3]，柑橘園土壤碳的豐缺成為影響三峽庫區(qū)紫色土生產(chǎn)力及固碳潛力的重要因素。

土壤有機碳是土壤有機質的重要組成部分，對改善土壤物理特性，提高土壤質量，降低土壤養(yǎng)分流失，增加土壤有效養(yǎng)分含量具有重要意義[4]。土壤活性有機碳庫是指土壤中有效性較高、易被土壤微生物分解利用，對植物養(yǎng)分供應具有最直接作用的那部分有機碳[5]?；钚杂袡C碳庫一般占總有機碳庫的7%～32%，比非活性有機碳和全量有機碳更靈敏，更能反映土壤的理化性質，可作為土壤肥力和土壤質量及其持續(xù)性評價的有效參數(shù)，是土壤潛在生產(chǎn)力和土壤管理措施變化引起土壤有機質變化的早期預警指標[6-7]。土壤活性有機碳庫主要包括水溶性有機碳(dissolved organic carbon, DOC)、易氧化有機碳(rapidly oxidized organic carbon, ROC)、土壤微生物量碳(soil microbial biomass carbon, SMBC)和輕組有機碳(light fraction organic carbon, LFOC)[8]。水溶性有機碳是反映土壤碳庫短期狀態(tài)的指標，與微生物的活性、團聚體的形成息息相關[9]; 易氧化有機碳是指易被高錳酸鉀氧化的那部分有機碳，是活性有機碳庫重要的組成部分，其含量及其與土壤總有機碳的比值是反映土壤碳穩(wěn)定性的指標，土壤全碳中易氧化有機碳所占比例越高，說明土壤碳的活性越大，穩(wěn)定性越差[10]；土壤微生物量碳能反映參與調控土壤中能量和養(yǎng)分循環(huán)以及有機物質轉化的對應微生物數(shù)量，被認為是土壤活性養(yǎng)分的儲庫，是植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源[11]； 輕組有機碳能夠對外界環(huán)境變化做出快速響應，在土壤養(yǎng)分的短期轉換中起著至關重要的作用[12]。

大球蓋菇(Strophariamushrooms)又名皺環(huán)球蓋菇、皺球蓋菇、酒紅球蓋菇,是國際菇類交易市場上的十大菇類之一，也是聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)向發(fā)展中國家推薦栽培的蕈菌之一[13]。果園間作大球蓋菇是生態(tài)果園建設的重要組成部分，對其套種技術的研究也一直是學術研究的熱點，廖家艷和雷干農(nóng)[14]提出了梨園套種大球蓋菇的技術，顏淑婉和蘇詩垂[15]也結合柑桔園的種植特點及其生態(tài)環(huán)境，提出了大球蓋菇立體高效栽培模式。張傳利等[16]通過在小粒咖啡種植園進行的咖啡與大球蓋菇間作試驗表明，大球蓋菇能為咖啡園持續(xù)提供良好的田面覆蓋和優(yōu)質的有機肥料，增進土壤肥力，具有較好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。

目前關于土壤活性有機碳庫的研究主要集中在土地利用變化及施肥、耕作等管理方式對其影響等方面[7,17-21]，而對于果菇間作系統(tǒng)對紫色土活性有機碳庫變化的影響機理尚未闡明。本試驗通過測定土壤活性有機碳庫的組分，分析柑橘園套種大球蓋菇模式對紫色土活性有機碳庫的影響，以期為土壤碳循環(huán)及緩解氣候變化的研究提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于重慶市江津區(qū)慈云鎮(zhèn)柑橘園試驗基地(E 106°12′2.62″，N 29°04′51.85″)，地形南高北低，平均海拔265.6 m。氣候屬典型的亞熱帶季風氣候，全年氣候較溫和，四季分明，年均氣溫18.4℃，夏季均溫28.5℃，冬季均溫7.7℃；云霧多，日照少，全年太陽總輻射量約362076.18 J/cm2，年日照時數(shù)1273 h；雨量充沛，無霜期長，年均降水量1030.7 mm，主要集中于5-9月，占全年降水量70%左右，無霜期341 d。柑橘園總長100 m，寬6.8 m，分為上下兩坡，坡度為10°左右。柑橘樹行株距為4 m×3 m，且兩行柑橘樹之間具有寬80 cm的排水溝，土壤類型為發(fā)育在紫色砂頁巖上的酸性紫色土，土壤基本理化性狀為：土壤容重為1.45 g/cm3，pH 5.4，有機質14.7 g/kg，全氮1.04 g/kg，全磷0.77 g/kg，全鉀19.7 g/kg，堿解氮91.1 mg/kg，有效磷27.2 mg/kg，有效鉀93.5 mg/kg。

1.2 試驗設計與材料

1.2.1 試驗設計 試驗設置了3組間作方式和2組對照，分別為正常間作(TC)、密植間作(HD)、稀疏間作(SP)和裸地對照(BT)及輔料對照(ST)。3種處理大球蓋菇的栽培均采用地坑式栽培，即在距柑橘樹50 cm的行間開挖高30 cm，寬90 cm，長度220 cm的地坑，將地坑整平，并填入厚度為20 cm，寬度為45 cm，長度與地坑長度一致的培養(yǎng)料基床(培養(yǎng)料事先經(jīng)過發(fā)酵堆熟，詳見“培養(yǎng)基料制備”)，形成料壟，然后采用穴播法進行接種菌種，最后菌種用培養(yǎng)料覆蓋壓實并覆土。其中正常間作(TC)的行株距為13 cm×13 cm，每個料壟接種3行；密植間作(HD)的行株距為5 cm×5 cm，每個料壟接種4行；稀疏間作(SP)的行株距為20 cm×20 cm，每個料壟接種2行；輔料對照(ST)只鋪蓋培養(yǎng)基料，不進行大球蓋菇種植；裸地對照(BT)為常規(guī)柑橘園裸地種植，具體設計要求如表1。試驗采用隨機區(qū)組設計，將柑橘園劃分為15個小區(qū)，每個處理均由3個重復小區(qū)組成，每個小區(qū)長10 m，寬9 m，包含15個相同處理的料壟，且每個料壟下方均有寬80 cm的排水溝，3種間作除播種方式和大球蓋菇行株距不同外，其他管理措施均相同，出菇后的菇渣還田。

表1 實驗設計不同處理

TC為正常間作，HD為密植間作，SP為稀疏間作，ST為輔料對照，BT為裸地對照。

TC：Traditional cultivation; HD: High density intercropping; SP: Sparse intercropping; ST: Straw mulching tillage; BT: Bare ground tillage.

1.2.2 培養(yǎng)基料制備 1)三峽庫區(qū)柑橘園套種大球蓋菇中培養(yǎng)基料配方為水稻秸稈85%、尿素14%、生石灰1%;2)培養(yǎng)基料的制備：①將水稻秸稈粉碎，與谷殼、尿素等材料混勻，將混勻料平攤地面上，向其噴水，直到混勻料全面濕透為止；②將生石灰溶于水中，均勻的潑灑到混勻料表面；③將混勻料堆成寬1.5～2.0 m，高1.0～1.5 m，長度不限的培養(yǎng)基料堆，要堆結實；④用塑料薄膜將培養(yǎng)基料堆蓋嚴實，用石塊壓邊，防止被風吹起；⑤每隔3～4 d翻堆1次，將上層料翻到底層, 底層料翻到上層, 如堆中混勻料過干必須噴濕，如此翻堆3～4次。最后1次需將混勻料在地面攤平，去掉塑料薄膜，在地面露天散溫2～3 d，就可將培養(yǎng)基料移入柑橘園中進行播種。

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 樣品采集 采用土鉆法，按照隨機、多點采樣原則，分別對料壟上層(0～10 cm)和料壟下層(30～50 cm)土層進行采集土樣，將所取樣品分開，一部分土樣自然風干，過2 mm篩，用于土壤總有機碳、輕組有機碳、易氧化有機碳的測定；另一部分鮮土放于4℃的冰箱中用于可溶性有機碳、土壤微生物量碳的分析。在大球蓋菇成熟之前，每30 d用土鉆法采集1次土樣；成熟后，每次出菇取1次土樣(約15 d)，收菇30 d后再集中采1次土樣，共計8次。

1.3.2 樣品分析 總有機碳(TOC)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法[22]。

可溶性有機碳(DOC)采用水溶液提取法[23]：稱取烘干基約為3 g的新鮮土壤樣品置于50 mL離心管中，加入去離子水30 mL，振蕩30 min(30 r/min,20℃)后離心10 min(3500 r/min),用0.45 μm的玻璃纖維濾膜過濾，濾液中的有機碳用Multi N/C2100分析儀測定。

易氧化有機碳(ROC)采用333 mmol/L高錳酸鉀氧化法[24]: 稱取含有15～30 mg碳過0.15 mm篩的風干土樣于50 mL離心管中，加入濃度為333 mmol/L KMnO425 mL，以25 r/min振蕩1 h，振蕩后的樣品在轉速為4000 r/min下離心5 min，取上清液，用去離子水按1∶250的比例稀釋，將稀釋液在565 nm波長處比色，同時配制標準系列濃度的KMnO4溶液在565 nm波長處比色，根據(jù)KMnO4濃度的變化求出樣品中ROC含量。

輕組有機碳(LFOC)采用密度分級法[25]：稱取過2 mm篩的風干土樣10 g，放入100 mL離心試管中，加入比重為1.70 g/cm3的NaI溶液50 mL，將試管用手搖動5 min(避免強烈振蕩)后，將試管用超聲波粉碎儀振蕩15 min(400 W/m2)，然后將懸浮物離心(1200 r/min，10 min)后收回(抽吸方式)，再將抽吸的懸浮液倒入裝有尼龍濾紙(0.45 μm)的濾斗中抽氣過濾，將濾紙上的物質先用0.01 mol/L的CaCl2沖洗3次，再用蒸餾水沖洗3次后，將濾紙上的物質水洗到提前稱重的50 mL燒杯中。之后，再向離心管加50 mL比重為1.70 g/cm3的NaI溶液，重復上述過程，將2次的提取物混合，靜置24 h，在60℃烘48 h后稱重，該組分即為輕組有機碳。

土壤微生物量碳(SMBC)采用氯仿熏蒸法[26]：稱取相當于烘干土重20 g的濕土，放入100 mL小燒杯中，連同盛有60 mL左右無酒精氯仿的小燒杯(里面放入少量抗暴沸物質)一起放入真空干燥器內，真空干燥器底部加入少量水和稀堿(1 mol/L NaOH)。用真空泵抽成真空，使氯仿沸騰，并持續(xù)3 min，關閉真空干燥器的閥門，將真空干燥器放入25℃的培養(yǎng)箱中，保持24 h。取出氯仿(倒回瓶中重復使用)，除盡干燥器底部的堿，再用真空泵反復抽氣，直到土壤聞不到氯仿味為止。加入0.5 mol/L K2SO4溶液80 mL，振蕩30 min(300 r/min，25℃)后離心(3000 r/min，5 min)，然后迅速用中速濾紙過濾，濾液中的碳濃度立即用Multi N/C2100分析儀測定。在熏蒸開始的時候，另取等量的土樣，同上述方法用0.5 mol/L K2SO4溶液浸提，同時做空白。土壤微生物量碳為：SMBC=EC/KEC, 式中,EC為熏蒸和未熏蒸樣品浸提液測定的有機碳差值;KEC為轉換系數(shù)，一般取值為0.45[27]。

土壤碳庫管理指數(shù)(carbon pool management index,CPMI)計算：采取Blair等[24]的計算方法獲得，其中，碳庫活度(L)=樣品的活性有機碳/樣品的非活性有機碳；活度指數(shù)(activity index,LI)=樣品的碳庫活度/對照的碳庫活度；碳庫指數(shù)(carbon pool index,CPI)=樣品有機碳總含量/對照土壤有機碳總含量；土壤碳庫管理指數(shù)(CPMI)=CPI×AI×100。本文以裸地對照(BT)土壤為對照土壤，活性有機碳為333 mmol/L KMnO4氧化法測得的易氧化有機碳(ROC)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析，并用LSD法進行統(tǒng)計分析和多重比較，差異顯著性采用不同大寫、小寫字母表示，相關性分析采用AMOS多元統(tǒng)計典型相關分析法分析，相關系數(shù)采用Pearson簡單相關系數(shù)表示。

2 結果與分析

2.1 間作密度對土壤總有機碳(TOC)的影響

在大球蓋菇生長期內，基料上下兩層土壤有機碳增減規(guī)律差異顯著。在上層土(0～10 cm)中，各處理土壤中全部有機碳(TOC)含量在大球蓋菇生長期內均呈先降低后增高的趨勢，且不同時期差異顯著。其中，正常間作(TC)和輔料對照(ST)均在大球蓋菇種植120 d后，上層土(0～10 cm)中TOC含量最低，分別為17.4和15.3 g/kg，而密植間作(HD)和稀疏間作(SP)均在大球蓋菇種植90 d后，上層土(0～10 cm)中TOC含量最低，分別為15.4和14.1 g/kg。在大球蓋菇整個生長期內，各處理上層土(0～10 cm)中TOC平均含量表現(xiàn)為：正常間作(TC，21.3 g/kg)、輔料對照(ST，20.6 g/kg)>稀疏間作(SP，19.8 g/kg)和密植間作(HD，19.5 g/kg)>裸地對照(BT，14.8 g/kg)。各處理在大球蓋菇整個生長期內均可增加上層土(0～10 cm)中TOC含量，但在不同生長階段，各處理上層土(0～10 cm)中TOC增幅差異顯著，在大球蓋菇生長前期(即出菇之前，種植天數(shù)≤120 d)，與裸地對照(BT)相比，各處理上層土(0～10 cm)中TOC的增加幅度表現(xiàn)為：正常間作(TC，41.2%)>輔料對照(ST，30.7%)>密植間作(HD，23.5%)>稀疏間作(SP，16.1%)；在大球蓋菇生長后期(即出菇之后，種植天數(shù)>120 d)，相比裸地對照(BT)，各處理上層土(0～10 cm)中TOC的增幅表現(xiàn)為稀疏間作(SP，47.4%)、正常間作(TC，45.5%)和輔料對照(ST，45.4%)均顯著大于密植間作(HD，38.1%)。

各處理下層土(30～50 cm)中全部有機碳(TOC)含量顯著低于上層土(0～10 cm)，且變化幅度較小。在大球蓋菇出菇之前(種植天數(shù)<120 d)，各處理下層土(30～50 cm)中TOC呈微量增加趨勢，且增加幅度較小；在大球蓋菇出菇期(種植天數(shù)120～165 d)，此階段下層土(30～50 cm)中TOC含量變化劇烈，尤其以輔料對照(ST，12.1～18.5 g/kg)和密植間作(HD，9.84～15.5 g/kg)處理變化幅度最大。就大球蓋菇整個生長期而言，大球蓋菇出菇前、后期下層土(30～50 cm)中TOC含量差異顯著，出菇后期下層土(30～50 cm)中TOC含量顯著大于出菇前期。此外，各處理下層土(30～50 cm)中TOC在大球蓋菇整個生長期內的平均含量差異顯著，具體表現(xiàn)為：輔料對照(ST，14.7 g/kg)>正常間作(TC,13.7 g/kg)>稀疏間作(SP，12.5 g/kg)、密植間作(HD，12.5 g/kg)>裸地對照(BT，9.28 g/kg)。

表2 不同間作方式對土壤上下層全部有機碳的影響

注： 表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤(n=3)，不同小寫字母為相同天數(shù)下不同處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母為相同處理不同天數(shù)間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Mean±standard deviation (n=3). Different lowercase letters indicated significant differences(P<0.05)under different treatments on the same day, different capital letters indicated significant differences(P<0.05)during different times under the same treatment.

2.2 間作密度對土壤可溶性有機碳(DOC)的影響

輔料上層土(0～10 cm)中可溶性有機碳(DOC)受大球蓋菇生長狀況、柑橘樹長勢及光照、降雨等環(huán)境因素影響較大，從圖1可以看出，各處理上層土(0～10 cm)中DOC含量在大球蓋菇整個生長期內變化幅度較大，但在不同生長期則表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。在大球蓋菇生長前期(種植天數(shù)<120 d)，除輔料對照(ST)處理外，其他處理上層土(0～10 cm)中DOC含量均呈增長的趨勢；在出菇期(種植天數(shù)120～165 d)，各處理上層土(0～10 cm)中DOC由于出菇狀況的差異而變化，此階段上層土(0～10 cm)中DOC平均含量表現(xiàn)為：密植間作(HD，72.3 mg/kg)>稀疏間作(SP，68.1 mg/kg)、裸地對照(BT，64.2 mg/kg)、輔料對照(ST，63.8 mg/kg)>正常間作(TC，51.2 mg/kg)；在大球蓋菇生長后期(種植天數(shù)>165 d),除輔料對照(ST)處理外，其他處理上層土(0～10 cm)中DOC含量均呈下降或者穩(wěn)定的趨勢。此外，正常間作(TC)處理上層土(0～10 cm)中DOC在大球蓋菇整個生理期內的平均含量低于裸地對照(BT)處理，而其他處理上層土(0～10 cm)中DOC的平均含量卻與此相反，其中密植間作(HD)土壤中DOC含量比裸地對照(BT)高213%，輔料對照(ST)土壤中DOC含量比裸地對照(BT)高18.4%，并且稀疏間作(SP)土壤中DOC含量比裸地對照(BT)高15.3%。

輔料下層土(30～50 cm)中DOC易受降雨、微生物活動及根系等因素的影響。圖2表明在大球蓋菇整個生長期內，各處理均可提高下層土(30～50 cm)中DOC含量。與裸地對照(BT)下層土(30～50 cm)中DOC在大球蓋菇整個生長期內的平均含量相比，各處理下層土(30～50 cm)中DOC平均含量分別提高了：稀疏間作(SP)136%、正常間作(TC)130%、輔料對照(ST)84.0%、密植間作(HD)71.6%。在大球蓋菇不同生長期內，各處理下層土(30～50 cm)中DOC變化差異顯著。在大球蓋菇生長前期(種植天數(shù)<102 d)，除裸地對照(BT)和輔料對照(ST)外，其他處理下層土(30～50 cm)中DOC呈增長的趨勢；在大球蓋菇生長后期(種植天數(shù)>165 d)除密植間作(HD)和裸地對照(BT)外，其他處理下層土(30～50 cm)中DOC含量也呈增長的趨勢。在出菇期(種植天數(shù)120～165 d)，各處理下層土(30～50 cm)中DOC變化呈現(xiàn)多樣性的特征，其中正常間作(TC)下層土(30～50 cm)中DOC呈現(xiàn)先降低后增高的特點，減幅(-26.4 mg/kg)與增幅(21.2 mg/kg)均較大，此階段DOC平均含量為67.2 mg/kg；密植間作(HD)下層土(30～50 cm)中DOC呈現(xiàn)持續(xù)降低的趨勢，減幅(-41.1 mg/kg)較大，此階段DOC平均含量為57.7 mg/kg；稀疏間作(SP)下層土(30～50 cm)中DOC的走勢為先增高后降低，增幅(28.9 mg/kg)較大，減幅(11.2 mg/kg)較小，此階段DOC平均含量為69.5 mg/kg；裸地對照(BT)下層土(30～50 cm)中DOC含量的變化為穩(wěn)步增長，增幅(7.82 mg/kg)較小，此階段DOC平均含量為29.5 mg/kg；輔料對照(ST)下層土(30～50 cm)中DOC表現(xiàn)為升降升的特點，此階段DOC平均含量為54.2 mg/kg。

圖1 不同間作下土壤上層(0～10 cm)可溶性有機碳的變化Fig.1 Changes of dissolved organic carbon in soil depth of 0-10 cm under different intercropping patterns

圖2 不同間作下土壤下層(30～50 cm)可溶性有機碳的變化Fig.2 Changes of dissolved organic carbon in soil depth of 30-50 cm under different intercropping patterns

圖中誤差線為標準誤差線(n=3), 不同小寫字母為相同天數(shù)下不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。Bars represent the standard deviation of the mean (n=3), different lowercase letters indicated significant differences(P<0.05)under different treatments on the same day, the same below.

2.3 間作密度對土壤易氧化有機碳(ROC)的影響

圖3表明，各處理在輔料上層土壤(0～10 cm)中易氧化有機碳(ROC)的含量隨著大球蓋菇種植天數(shù)的增加呈遞增趨勢。各處理土壤中ROC在大球蓋菇整個生長期內的平均含量表現(xiàn)為：正常間作(TC，5.56 g/kg)、稀疏間作(SP，5.48 g/kg)及密植間作(HD，5.32 g/kg)顯著大于輔料對照(ST，4.61 g/kg)和裸地對照(BT，4.30 g/kg)。雖然在整個生長期，大球蓋菇種植處理能夠顯著提升土壤上層(0～10 cm)ROC含量，但在不同的生長階段，各處理對土壤上層(0～10 cm)ROC作用卻表現(xiàn)各異。在大球蓋菇生長前期(種植天數(shù)<120 d)，相比裸地對照(BT)在此階段上層土(0～10 cm)中ROC的平均含量，正常間作(TC)提高了33.6%，密植間作(HD)提高了30.0%，稀疏間作(SP)提高了28.0%，輔料對照提高了11.2%；同時在大球蓋菇生長后期(種植天數(shù)>160 d)，相比裸地對照(BT)在此階段上層土(0～10 cm)中,ROC的平均含量，其他處理均提高了此層次土壤中ROC的含量，具體表現(xiàn)為：稀疏間作(SP，28.8%)、正常間作(TC，28.7%)和密植間作(HD，27.0%)顯著大于輔料對照(ST，11.7%)；在大球蓋菇出菇期(種植天數(shù)120～165 d)，除正常間作(TC)處理外，其他處理均呈先降低后增高的趨勢，此階段各處理上層土(0～10 cm)中，ROC 的平均含量表現(xiàn)為：稀疏間作(SP，5.70 g/kg)、正常間作(TC，5.65 g/kg)>密植間作(HD，5.28 g/kg)>輔料對照(ST，4.62 g/kg)和裸地對照(BT，4.47 g/kg)。

從圖4可以看出，在大球蓋菇整個生長期內，輔料對照(ST)與稀疏對照(SP)處理中土壤下層(30～50 cm)易氧化有機碳(ROC)始終低于裸地對照(BT)處理，其在大球蓋菇整個生長期內的平均含量分別為2.35和3.25 g/kg；密植間作(HD)和正常間作(TC)處理中土壤下層(30～50 cm)易氧化有機碳(ROC)在大球蓋菇整個生長期內變化幅度較大，最大增幅和減幅分別為1.73，1.72 g/kg和-0.64，-1.10 g/kg。圖4還表明，在大球蓋菇不同生長階段，各處理中土壤下層(30～50 cm)ROC變化存在顯著性差異。在大球蓋菇出菇前期(種植天數(shù)<120 d)，密植間作(HD)和正常間作(TC)處理中土壤下層(30～50 cm)ROC呈先增后減的趨勢，且此階段其ROC含量始終高于裸地對照(BT)處理，在此階段的ROC平均含量分別為3.67和3.55 g/kg；在大球蓋菇出菇期(種植天數(shù)120～165 d)，除輔料對照(ST)外，其他處理下層土(30～50 cm)中ROC在此階段差異不顯著；在大球蓋菇出菇后期(種植天數(shù)>165 d)，裸地對照(BT)在此階段下層土(30～50 cm)中ROC含量顯著高于其他處理，分別較其他處理高0.254～1.33 g/kg。

圖3 不同間作下土壤上層(0～10 cm)易氧化有機碳的變化Fig.3 Changes of rapidly oxidation carbon in soil depth of 0-10 cm under different intercropping patterns

圖4 不同間作下土壤下層(30～50 cm)易氧化有機碳的變化Fig.4 Changes of rapidly oxidation carbon in soil depth of 30-50 cm under different intercropping patterns

2.4 間作密度對土壤輕組有機碳(LFOC)的影響

表3表明輔料上下兩層土(0～10 cm，30～50 cm)中輕組有機碳(LFOC)含量存在顯著差異，上層土(0～10 cm)中LFOC含量顯著高于下層土(30～50 cm)。此外，兩層土(0～10 cm，30～50 cm)中，各處理土壤中LFOC的變化規(guī)律也存在差異性。就上層土(0～10 cm)而言，在大球蓋菇整個生長期，與裸地對照(BT)相比，大球蓋菇間作有利于此層次中LFOC的累積，但各處理土壤中LFOC在大球蓋菇整個生長期內平均累積量存在顯著性差異，具體表現(xiàn)為：密植間作(HD，5.05 g/kg)>稀疏間作(SP，4.70 g/kg)>輔料對照(ST，2.93 g/kg)>正常間作(TC，2.66 g/kg)>裸地對照(BT，1.27 g/kg)。同時表3表明在大球蓋菇生長不同階段，各處理上層土(0～10 cm)中LFOC在相應階段的平均含量存在顯著性差異。在大球蓋菇生長前期(種植天數(shù)<120 d)，各處理上層土(0～10 cm)中LFOC平均含量差異顯著，密植間作(HD)土壤中LFOC平均含量(4.88 g/kg)顯著高于其他處理，依次為稀疏間作(SP，4.02 g/kg)，輔料對照(ST，3.11 g/kg)和正常間作(TC，2.74 g/kg)，而裸地對照(BT)土壤中LFOC平均含量最小，為1.23 g/kg；在大球蓋菇生長中后期(種植天數(shù)>120 d)，密植間作(HD)和稀疏間作(SP)上層土(0～10 cm)中LFOC在此階段的平均含量顯著高于其他處理，而兩者之間差異不顯著，此外輔料對照(SP)和正常間作(TC)上層土(0～10 cm)中LFOC在此階段的平均含量差異也不顯著，但同時顯著高于裸地對照(BT)土壤中LFOC平均含量。

各處理下層土(30～50 cm)中輕組有機碳(LFOC)在大球蓋菇生長期內的變化與上層土(0～10 cm)存在顯著性差異。下層土(30～50 cm)中LFOC變化幅度顯著小于上層土(0～10 cm)，且在大球蓋菇整個生長期內，密植間作(HD)與裸地對照(BT)土壤中LFOC平均含量顯著小于其他處理，而稀疏間作(SP)與輔料對照(ST)土壤中LFOC含量顯著高于其他處理。通過表3可以發(fā)現(xiàn)各處理下層土(30～50 cm)中LFOC在大球蓋菇不同生長階段存在顯著性差異。在大球蓋菇生長前期(種植天數(shù)<120 d)，各處理土壤中LFOC均呈小幅變化，其中密植間作(HD)和裸地對照(BT)為小幅下降，而其他處理均呈小幅上漲；在出菇期(種植天數(shù)120～165 d)，除裸地對照(BT)外，其他處理下層土(30～50 cm)中LFOC均呈先升后降的趨勢，并且均在大球蓋菇種植天數(shù)135 d左右達到最大值，分別為：輔料對照(ST，3.03 g/kg)>稀疏對照(SP，2.87 g/kg)>正常間作(TC，2.57 g/kg)>密植間作(HD，1.47 g/kg)，而此時裸地對照(BT)土壤中LFOC最小，為0.95 g/kg；在出菇后期(種植天數(shù)>165 d),除輔料對照(SP)外，其他處理均呈小幅上漲的趨勢，且各處理土壤中LFOC含量差異顯著。

表3 不同間作方式對土壤上下層輕組有機碳的影響

2.5 間作密度對土壤微生物量碳(SMBC)的影響

上層土(0～10 cm)中土壤微生物量碳((SMBC)受柑橘、大球蓋菇長勢及光照、溫濕度等環(huán)境因素影響較大。就整個大球蓋菇生長期而言，正常間作(TC)上層土(0～10 cm)中SMBC平均含量與裸地對照(BT)相比差異不顯著；而其他處理上層土(0～10 cm)中SMBC平均含量卻顯著高于裸地對照(BT)，其中密植間作(HD)與稀疏間作(SP)上層土(0～10 cm)中SMBC平均含量最大，分別為511和534 mg/kg。圖5表明，各處理上層土(0～10 cm)中SMBC在大球蓋菇不同生長階段變化表現(xiàn)出顯著性差異。在大球蓋菇出菇前期及中期(種植天數(shù)<165 d)，除輔料對照(ST)和密植間作(HD)上層土(0～10 cm)中SMBC呈穩(wěn)定增長的趨勢外，其他處理上層土(0～10 cm)中SMBC變化呈現(xiàn)多樣性，其中輔料對照(ST)和裸地對照(BT)土壤中SMBC呈先升后降的趨勢，分別在大球蓋菇種植120和90 d左右達到最大值579和481 mg/kg，然后都急速下降；而正常間作(TC)卻呈先降后升再降的趨勢，在大球蓋菇種植90 d左右達到最低值371 mg/kg，而在種植135 d左右，達到最大值446 mg/kg。在大球蓋菇生長后期(種植天數(shù)>165 d)，各處理上層土(0～10 cm)中SMBC處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，分別表現(xiàn)為：稀疏間作(SP，580 mg/kg)、密植間作(HD，571 mg/kg)>輔料對照(ST，447 mg/kg)>正常間作(TC，387 mg/kg)>裸地對照(BT，345 mg/kg)。

圖6表明，下層土(30～50 cm)中土壤微生物量碳(SMBC)受大球蓋菇間作密度影響較大。在大球蓋菇整個生長期內，大球蓋菇間作處理下層土(30～50 cm)中SMBC平均含量顯著高于裸地對照(BT)和輔料對照(ST)，具體表現(xiàn)為：正常間作(TC，376 mg/kg)、稀疏間作(SP，363 mg/kg)>密植間作(HD，337 mg/kg)>輔料對照(ST,186 mg/kg)>裸地對照(BT，175 mg/kg)。但在大球蓋菇不同的生長階段，各處理下層土(30～50 cm)中SMBC存在顯著性差異。在大球蓋菇生長前期(種植天數(shù)<120 d)，除輔料對照(ST)外，其他處理下層土(30～50 cm)中SMBC均呈先降后升的趨勢，且彼此間SMBC存在顯著性差異，其中正常間作(TC)和稀疏間作(SP)下層土(30～50 cm)中SMBC均在大球蓋菇種植90 d左右達到最小值，分別為326和335 mg/kg，而密植間作(HD)和裸地對照(BT)下層土(30～50 cm)中SMBC最小值均出現(xiàn)在大球蓋菇種植60 d左右，分別為248和149 mg/kg；在大球蓋菇生長中后期(種植天數(shù)>120 d)，相比于裸地對照(BT)下層土(30～50 cm)中，其他處理土壤中SMBC變化幅度較大，且在此階段的平均含量顯著高于裸地對照(BT)處理，具體表現(xiàn)為：正常間作(TC，372 mg/kg)、密植間作(HD，371 mg/kg)>稀疏間作(SP，347 mg/kg)>輔料對照(ST，183 mg/kg)>裸地對照(BT，163 mg/kg)。

圖5 不同間作方式下土壤上層(0～10 cm)土中微生物量碳變化Fig.5 Changes of microbial biomass carbon in soil depth of 0-10 cm under different intercropping patterns

2.6 活性有機碳庫相關性分析

采用AMOS多元統(tǒng)計典型相關分析法對大球蓋菇生長期的活性有機碳庫進行相關分析，結果如圖7所示。其中，間作密度(Exp)與總有機碳(TOC)、易氧化有機碳(ROC)存在顯著負相關，與可溶性有機碳(DOC)、輕組有機碳(LFOC)和土壤微生物量碳(SMBC)存在極顯著負相關，表明大球蓋菇間作密度越稀疏越不利于土壤活性有機碳庫的累積；取樣時間(Sam)與可溶性有機碳(DOC)存在顯著正相關，而與其他活性有機碳組分無顯著相關性，表明取樣時間是影響可溶性有機碳(DOC)的重要因素，而對其他活性有機碳組分影響不大；除了可溶性有機碳(DOC)與土壤層次(Lay)無顯著相關性外，其他活性有機碳組分與土壤層次均呈極顯著負相關，表明土壤上層更有利于土壤活性有機碳庫(DOC除外)的累積；總有機碳(TOC)與土壤活性有機碳組分間均存在極顯著正相關，表明增加有機碳全量有利于土壤活性有機碳組分間的積累；活性有機碳組分間除了可溶性有機碳(DOC)與易氧化有機碳(ROC)不存在顯著性關系外，其他組分間均存在顯著正相關。

2.7 不同間作密度下土壤碳庫管理指數(shù)

本文以裸地對照(BT)為基礎對照，對大球蓋菇不同間作方式下土壤碳庫指數(shù)進行了統(tǒng)計，結果見表4。由表4可知，上層土(0～10 cm)中，輔料對照(ST)的碳庫活度(L)和活度指數(shù)(LI)均顯著小于其他處理(P<0.05)；稀疏間作(SP)的碳庫活度(L)和活度指數(shù)(LI)略低于裸地對照(BT)處理，但無顯著性差異；正常間作(TC)和密植間作(HD)的碳庫活度(L)和活度指數(shù)(LI)均顯著小于裸地對照(BT)處理(P<0.05)；大球蓋菇間作處理組(TC、HD及SP)中的碳庫指數(shù)(CPI)和碳庫管理指數(shù)(CPMI)均顯著高于裸地對照(BT)處理(P<0.05)，而輔料對照(ST)中的碳庫管理指數(shù)(CPMI)與裸地對照(BT)處理無顯著性差異。下層土(30～50 cm)中，大球蓋菇間作處理組(TC、HD及SP)及輔料對照(ST)中的碳庫活度(L)、活度指數(shù)(LI)及土壤碳庫管理指數(shù)(CPMI)均顯著小于裸地對照(BT)處理，且彼此間除正常間作(TC)與稀疏間作(SP)外，其他處理均存在顯著性差異(P<0.05)；大球蓋菇間作處理組(TC、HD及SP)及輔料對照(ST)中的碳庫指數(shù)(CPI)顯著大于裸地對照(BT)處理，并且正常間作(TC)與輔料對照(ST)中的碳庫指數(shù)(CPI)顯著大于其他兩個處理組(HD、SP)。

圖7 大球蓋菇生長期內不同間作方式下土壤活性有機碳庫間的相關系數(shù)

Exp：間作密度由大到??；Sam:取樣時間；Lay:土壤上下兩層；TOC：有機碳全量；DOC：可溶性有機碳；ROC：易氧化有機碳；LFOC：輕組有機碳；SMBC：土壤微生物量碳；**和*分別表示極顯著相關(P<0.01)和顯著相關(P<0.05)。

Exp represents the intercropping density (from high density to sparse).Sam represents sampling time. Lay represents upper and lower layer of soil. TOC represents total organic carbon. DOC represents dissolved organic carbon. ROC represents rapidly oxidized organic carbon. LFOC represents light fraction organic carbon. SMBC represents soil microbial biomass carbon. ** and* respectively represent extremely significant correlation (P<0.01) and significant correlation atP<0.05.

表4 不同間作方式下土壤碳庫管理指數(shù)

3 討論

土壤活性有機碳庫通過增加微生物活性、團聚體數(shù)量及碳的封存能力來改善土壤質量，而活性有機碳組分的變化更是表征土壤碳庫的敏感指標[28]。土壤中活性有機碳庫受多重因素影響，本研究指出大球蓋菇間作密度、種植天數(shù)及土層深度等都影響土壤活性有機碳庫的變化，其中間作密度與活性有機碳庫組分存在負相關(顯著或極顯著，圖7)，趙海超等[29]認為產(chǎn)生這種結果的原因是高密度的間作方式能夠為土壤提供豐富的外源碳，且有利于微生物對這些外源碳的分解，有助于增加土壤中活性有機碳含量。此外，輔料上層土(0～10 cm)中活性有機碳組分普遍高于下層土(30～50 cm)，這主要是因為柑橘凋落物及大球蓋菇根系分泌物為上層土(0～10 cm)提供大量的有機碳，而且上層土(0～10 cm)中具有較高的養(yǎng)分濃度和較好的水分條件，為微生物活動提供了適宜的環(huán)境，因而增加了上層土(0～10 cm)中活性有機碳的含量[30]?；钚杂袡C碳為大球蓋菇、柑橘的正常生長及微生物活動提供豐富的碳源和能源，其各組分在土壤中的含量除了與土壤有機碳存在顯著正相關外，彼此間也存在顯著或者極顯著正相關(圖7)。

活性有機碳不同組分間對土壤碳庫的表征具有差異性。其中，可溶性有機碳是微生物分解有機質的重要能量來源[31]，研究表明輔料的存在(包括間作大球蓋菇和輔料對照)能顯著提升土壤中可溶性有機碳的含量，這主要是由于輔料作為外源碳，增加了土壤中碳的輸入，添加外源碳會促進土壤有機碳的礦化，增加可溶性有機碳的含量[32]；易氧化有機碳不僅是反映農(nóng)業(yè)管理措施對土壤質量影響的敏感指標，同時也是評價土壤潛在生產(chǎn)力的重要指標[33]，研究發(fā)現(xiàn)間作大球蓋菇的土壤中ROC含量普遍高于輔料對照(ST)處理，這表明柑橘園中間作大球蓋菇加速了輔料的分解，有利于土壤中易氧化有機碳的累積；輕組有機碳與微生物量碳都是土壤有機碳中最活躍和最易變化的部分，兩者具有顯著相關性，其中輕組有機碳由未完全分解的動植物殘體和微生物殘骸等組成，是微生物量碳的重要來源，顯著影響微生物的活性[34]。研究發(fā)現(xiàn)，與裸地對照(BT)相比，柑橘園間作大球蓋菇處理中輕組有機碳與微生物量碳的含量在整個大球蓋菇生長周期內變幅較大，且彼此差異顯著?？傊?，柑橘/大球蓋菇間作方式能在一定程度提高土壤中活性有機碳的量，表明果菇間作系統(tǒng)有利于提高土壤活性有機碳庫的累積，這與前人的研究結果相似[35-36]。

土壤有機碳庫的累積取決于輸入和輸出的平衡過程，而此過程受多重因素影響，比如農(nóng)業(yè)管理措施就是影響有機碳庫累積的重要因素，Blair 等[24]指出，農(nóng)業(yè)管理措施能夠顯著影響有機碳的轉化速率，進而影響有機碳的累積量。碳庫管理指數(shù)(CPMI)能夠依據(jù)處理間碳動態(tài)的變化來評價處理間土壤質量的差異性[24]。研究表明，果菇間作有利于上層土壤(0～10 cm)有機碳的累積和土壤質量的改善,而對下層土壤(30～50 cm)有機碳庫的累積和土壤質量的改善效果不明顯。

4 結論

土壤活性有機碳易受柑橘長勢、大球蓋菇生長周期和濕度、溫度等環(huán)境因素的影響，能夠作為表征柑橘/大球蓋菇間作系統(tǒng)中土壤質量的早期指標，并且上層土壤(0～10 cm)中活性有機碳的含量顯著大于下層土壤(30～50 cm)。同時柑橘/大球蓋菇間作密度能在一定程度上提高土壤活性有機碳庫的累積，但間作密度越稀疏越不利于土壤活性有機碳庫的累積。此外，不同間作密度對活性有機碳組分(DOC、ROC、LFOC和SMBC)的累積效果存在顯著性差異，其中密植間作(HD)能夠顯著增加上層土壤(0～10 cm)中活性有機碳組分(DOC、ROC、LFOC和SMBC)的累積，但對下層土壤(30～50 cm)中輕組有機碳(LFOC)的累積影響較小，而稀疏間作(SP)能夠顯著提高下層土壤中部分活性有機碳(DOC、LFOC和SMBC)的含量，但不利于下層土壤(30～50 cm)中易氧化有機碳(ROC)的累積?？傊涕?大球蓋菇間作有利于提升紫色土土壤活性有機碳含量，增加紫色土土壤碳儲量。

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Effect ofCitrustree/Strophariamushrooms intercropping on “purple soil” labile organic carbon in the Three Gorges Reservoir region

ZHANG Yang, LIU Yue-Jiao, NI Jiu-Pai*, XIE De-Ti

CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China

In order to provide basic data and a theoretical basis for soil carbon cycle and climate change mitigation research, the effect ofCitrustree/Strophariamushrooms intercropping on “purple soil” labile organic carbon was analyzed. Five tillage practices: high density intercropping (HD), traditional cultivation (TC), sparse intercropping (SP), bare ground tillage (BT) and straw mulching tillage (ST) were examined to analyze the soil total organic carbon (TOC), dissolved organic carbon (DOC), rapidly oxidized organic carbon (ROC), light fraction organic carbon (LFOC) and soil microbial biomass carbon (SMBC) in citrus groves. During the growing season ofStrophariamushrooms, the density ofCitrustree/Strophariamushrooms intercropping significantly affected the labile carbon (including DOC, ROC, LFOC, SMBC). As expected, the content of total organic carbon and labile carbon in the upper layer (0-10 cm soil depth) was significantly higher than in the lower layer (30-50 cm soil depth). The content of labile carbon (including DOC, ROC, LFOC, SMBC) in the upper soil layer under high density intercropping (HD) practice was significantly higher than under the other treatments (P<0.05), while the contents of dissolved organic carbon (DOC), light fraction organic carbon (LFOC) and soil microbial biomass carbon (SMBC) in lower soil layer under sparse intercropping (SP) were higher than under the other treatments. Intercropping density was significantly negatively correlated with total organic carbon (TOC) and rapidly oxidized organic carbon (ROC). There was a significant negative correlation between the intercropping density and dissolved organic carbon (DOC), light fraction organic carbon (LFOC) and soil microbial biomass carbon (SMBC). In addition, there was a significant positive correlation among different fractions of labile carbon.Citrustree/Strophariamushrooms intercropping enhanced the soil carbon pool management index in the upper soil layer, but decreased the same index in the lower soil layer.Citrustree/Strophariamushrooms intercropping enhanced formation and accumulation of soil labile carbon and increased soil carbon storage in this soil type in the Three Gorges Reservoir region.

fruit/mushrooms intercropping; labile carbon pool; carbon pool management index; purple soil; Three Gorges Reservoir

10.11686/cyxb20150507

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-11-26；改回日期：2014-12-19

國家自然科學基金項目(41371301)和中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目(XDJK2013A016)資助。

張洋(1988-)，男，山東棗莊人，在讀博士。E-mail: zhy2198@163.com *通訊作者Corresponding author. E-mail：nijiupai@163.com

張洋， 劉月嬌， 倪九派， 謝德體. 柑橘/大球蓋菇間作對三峽庫區(qū)紫色土活性有機碳庫的影響. 草業(yè)學報, 2015, 24(5): 53-65.

Zhang Y, Liu Y J, Ni J P, Xie D T. Effect ofCitrustree/Strophariamushrooms intercropping on “purple soil” labile organic carbon in the Three Gorges Reservoir region. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 53-65.