2025, Vol. 46
2. 西北大学碳中和学院，陕西省碳中和技术重点实验室，西安 710127
, FENG Jiang-ru1 , CHEN Jin-fa1 , PU Jin-lin1 , YANG Cai-di1 , LIU Yang1 , ZHAO Fa-zhu1,2 , WANG Jun1,2
2. Shaanxi Key Laboratory of Carbon Neutralization Technology, College of Carbon Neutralization, Northwestern University, Xi'an 710127, China
土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）在土壤物理、化学和生物过程中发挥着重要作用[1，2]，对提高农田生产力至关重要[3]. SOC可用于评估土壤碳储量，但由于其库存相对较大且变化缓慢，因此测定SOC往往无法快速地反映土壤质量和养分状况[4]. 而有机碳组分包括土壤颗粒有机碳（particulate organic carbon，POC）、微生物生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）和潜在可矿化碳（potential carbon mineralization，PCM），能更迅速地反映土壤肥力和生产力的变化[5~7]，可以作为评估土壤肥力和质量的指标[8，9].
在小麦和玉米等主粮作物生长的休闲期间种植豆科或非豆科绿肥，能够增加有机质输入，有效促进土壤固碳[10]. 全球Meta分析表明，绿肥种植可使SOC平均增加15.5%，年固碳速率可达0.32~0.56 Mg·hm-2[11]. 绿肥种植的固碳效应主要与绿肥种类有关[12，13]. 例如，Xiang等[14]报道豆科绿肥比非豆科绿肥更有利于SOC固存，但也有研究发现非豆科绿肥比豆科绿肥更有利于碳积累[15，16]. 而Sainju[17]和Beehler[18]的研究发现将豆科和非豆科绿肥进行混播能够产生互惠效应，促进更多的生物量积累和土壤碳固存，因此在不同条件下，需要进一步探讨不同绿肥作物的固碳效应及其机制差异.
黄土高原是我国主要的旱作农业区. 由于天然降水匮乏，绿肥种植可能会导致土壤水分和养分的过度消耗，进而影响后茬作物生产[19]. 为了弥补绿肥生长过程中养分固持，往往在种植经济作物之前增施化肥来提高土壤养分供应能力，进而维持后茬作物产量[20]. Yang等[4]报道豆科绿肥配施60 kg·hm-2氮肥可以显著提高小麦产量. 然而不同绿肥种类与氮肥二者如何影响SOC及其组分尚待进一步深入探讨[21，22]. 本文基于一个为期6 a的冬小麦夏季绿肥田间定位试验，系统观测了不同绿肥种类及施氮量对SOC及其组分的影响，旨在为旱地绿肥合理化种植和农田土壤质量提升提供科学依据.
1 材料与方法 1.1 研究区概况本试验田位于陕西省西安市西北大学长安校区（北纬33°49′，东经107°38′，海拔428 m）. 该地属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.5~15.6℃，年平均降水量784 mm. 供试土壤为粉壤土质塿土，ω（砂粒）为256 g·kg-1，ω（壤土）为518 g·kg-1，ω（黏土）为226 g·kg-1，土质疏松，土壤肥力中等. 本试验前0~20 cm土层的ω（SOC）为10.5 g·kg-1，ω（全氮）为0.95 g·kg-1，ω（速效磷）为5.84 mg·kg-1，ω（速效钾）为197 mg·kg-1，土壤容重为1.40 g·cm-3，土壤pH为8.3.
1.2 试验设计冬小麦-绿肥系统田间定位试验于2017年6月开始. 本试验采用绿肥和氮肥双因素处理设计，其中绿肥在夏季休闲期种植，包括怀豆（SB）、苏丹草（SG）、怀豆和苏丹草混播（SS）以及裸地休闲对照（CK），氮肥在冬小麦播种时施入，设计0、60和120 kg·hm-2共3个氮水平，共12个处理，各处理重复3次，随机区组设计共36个小区，每个小区面积28 m2（4 m×7 m）.
小麦品种为“长武134”，每年10月中旬人工开沟播种，播量为150 kg·hm-2，次年6月下旬收获. 小麦收获后按处理设计分区播种绿肥，其中SB处理怀豆播量为70 kg·hm-2，SG处理苏丹草播量为35 kg·hm-2，SS处理怀豆和苏丹草播量分别为35 kg·hm-2和17.5 kg·hm-2. 每年9月中旬用旋耕机将绿肥翻压埋入土壤20 cm深. 绿肥腐解两周后播种小麦，小麦播种前将尿素（含N 46%）按氮肥试验设计量施加，同时所有小区施入磷肥90 kg·hm-2（含P2O5 16%）作为基肥. 作物生长期间无灌溉，杂草由人工清除，必要时使用杀虫剂，其他田间管理与当地保持一致.
1.3 样品采集与测定2023年6月小麦收割后，采用“S”形取样法采集了每个小区0~10、10~20和20~40 cm土层的土样5钻，将同深度土样混匀，用无菌自封袋带回实验室自然风干，除去土样中的植物残体和砾石，过2 mm筛备用.
SOC测定时首先用HCl（0.1 mol·L-1）预处理土样，去除无机碳，离心4次后烘干，用元素分析仪（EA3000，意大利EURO公司）进行测定[23]. POC采用六偏磷酸钠分离法测定[24]，取10 g土样置于小白瓶中，加入30 mL六偏磷酸钠溶液（5 g·L-1）在摇床（HWY⁃111，上海ZHICHENG公司）上振荡分散16 h. 振荡后的溶液过筛（直径0.053 cm），用清水冲洗直至沥滤液澄清. 将过筛后的土壤样品用水冲洗至烧杯中，在55℃下烘干至恒重，使用元素分析仪测定烘干样品，计算POC含量. PCM测定采用密闭培养碱液吸收法[25]，取10 g土样置于小白瓶中，用小滴管加入1~1.5 mL蒸馏水调节土壤湿度至50%的田间持水量，将4 mL NaOH溶液（4 g·L-1）加入另外一个小白瓶中，两个小白瓶置于盛有20 mL蒸馏水的广口瓶中，25℃下密闭培养10 d. 10 d后将NaOH溶液移到50 mL容量瓶定容至标线，倒入锥形瓶中加入3滴酚酞试剂，用HCl溶液滴定，直到颜色从粉红色变为白色，记录HCl的消耗量，计算PCM含量. MBC采用氯仿熏蒸培养法测定[26]，取10 g土样置于小白瓶中，用小滴管加入1~1.5 mL蒸馏水调节土壤湿度至50%的田间持水量，密闭培养10 d后用氯仿熏蒸，将氯仿熏蒸的土样和盛有2 mL NaOH的小白瓶放在广口瓶中，继续密闭培养10 d，培养结束后将NaOH溶液移到50 mL容量瓶定容至标线，倒入锥形瓶中加入3滴酚酞试剂，用HCl溶液滴定，直到颜色从粉红色变为白色，记录HCl的消耗量，计算MBC含量.
碳库管理指数（carbon pool management index，CPMI）用于表征不同农田管理措施对土壤碳库状况的影响，其值越大表示农田管理措施对提高土壤肥力效果越好[27]. 其计算公式如下[28]：
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式中，CPMI为碳库管理指数，CPI为碳库指数，SOCCK为对照组土壤有机碳含量，LI为碳库活度指数，L为样本的碳库活度，LCK为对照组的碳库活度，LOC为活性有机碳含量，NLOC为非活性有机碳含量，其中活性有机碳以PCM和MBC总和为指标，所有对照均为CK处理.
1.4 数据分析使用Microsoft Excel 2021进行数据处理. 采用双因素方差分析方法（Two-way ANOVA）检验绿肥和施氮对SOC及其组分的影响及其交互作用，最小显著差异法（LSD）检验差异显著性，上述计算和统计分析均采用SPSS 27软件完成. 采用Origin 2021软件作图.
2 结果与分析 2.1 土壤有机碳绿肥和施氮对各土层SOC均具有显著影响，且二者在0~10 cm土层有显著交互作用（表 1）. 在0~10 cm土层，与CK相比，SG、SB和SS处理SOC含量平均分别提高了14.7%、22.5%和30.2%（P < 0.05），且SS与SG差异显著[图 1（a）]. 在10~20 cm土层，SS和SB处理较CK均显著增加了SOC的含量，增幅分别为23.9%和13.8%（P < 0.05），且二者之间差异显著. 在20~40 cm土层，绿肥处理间差异不显著. SG处理在10~20 cm和20~40 cm与CK差异均不显著.
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表 1 绿肥与施氮对土壤有机碳（SOC）组分和相对含量的方差分析1） Table 1 Analysis of variance of green manure and nitrogen application on soil organic carbon (SOC) fractions and relative content |
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（a）绿肥处理对SOC的影响，（b）施氮处理对SOC的影响，（c）绿肥和施氮交互作用对SOC的影响；CK：裸地休闲对照；SG：苏丹草；SB：怀豆；SS：怀豆和苏丹草混播；误差条表示标准误差，不同小写字母表示处理间差异显著（P < 0.05，LSD检验），下同 图 1 绿肥、施氮和二者交互作用对土壤有机碳（SOC）的影响 Fig. 1 Effects of green manure, nitrogen application, and their interaction on soil organic carbon (SOC) |
与不施氮相比，施氮显著影响了0~10 cm土层SOC含量[图 1（b）]，施氮60 kg·hm-2和120 kg·hm-2平均分别使SOC提高了17.4%和22.3%（P < 0.05），施氮120 kg·hm-2还较CK显著提高了10~20 cm土层SOC含量，增幅为11.6%. 而在20~40 cm土层，施氮水平间均无显著差异.
在0~10 cm土层，不施氮时绿肥对SOC含量无显著影响，但在施氮60 kg·hm-2和120 kg·hm-2时，SS处理SOC较CK提高了22.1%和24.5%[P < 0.05，图 1（c）].
2.2 土壤颗粒有机碳绿肥和施氮对0~10 cm和10~20 cm土层POC均具有显著影响，且二者在0~10 cm土层有显著交互作用（表 1）. 在0~10 cm土层，与CK相比，SG、SB和SS处理POC含量平均分别提高了34.2%、57.3%和66.0%（P < 0.05），且SS与SG差异显著[图 2（a）]. 在10~20 cm土层，SS和SB处理较CK均显著增加了POC的含量，增幅分别为44.1%和33.2%（P < 0.05），且二者较SG处理差异显著. 在20~40 cm土层，绿肥处理间差异不显著. 而SG处理在10~20 cm和20~40 cm与CK差异均不显著. 与CK相比，SS和SB处理显著提高了0~10 cm和10~20 cm土层POC的相对含量[图 2（d）]，分别提高了20.5%、24.9%和16.8%、17.5%（P < 0.05）. 在20~40 cm土层，绿肥处理的POC相对含量均低于CK处理.
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（a）绿肥处理对POC的影响，（b）施氮处理对POC的影响，（c）绿肥和施氮的交互作用对POC的影响，（d）POC占比在不同土层的变化 图 2 绿肥、施氮和二者交互作用对土壤颗粒有机碳（POC）的影响及绿肥对土壤颗粒有机碳占比（POC/SOC）的影响 Fig. 2 Effects of green manure, nitrogen application, and their interaction on soil particulate organic carbon (POC) and effect of green manure on soil particulate organic carbon percentage (POC/SOC) |
与不施氮相比，施氮显著影响了0~10 cm土层POC含量[图 2（b）]，施氮60 kg·hm-2和120 kg·hm-2分别使POC平均提高了14.8%和16.1%（P < 0.05）. 而在10~20 cm和20~40 cm土层，施氮水平间均无显著差异.
在0~10 cm土层，不施氮时，SS处理较CK处理POC含量差异显著（P < 0.05），在施氮60 kg·hm-2时，SS处理POC较CK显著提高了36.6%（P < 0.05）. 而在施氮120 kg·hm-2时，SS、SB和SG处理POC均显著高于CK，分别提高了27.4%、22.4%和13.8%[P < 0.05，图 2（c）].
2.3 微生物生物量碳绿肥和施氮对0~10 cm和10~20 cm土层MBC均具有显著影响，且二者在0~10 cm土层有显著交互作用（表 1）. 在0~10 cm土层，与CK相比，SG、SB和SS处理MBC含量平均分别提高了28.2%、41.7%和56.3%（P < 0.05），且SS与SG差异显著[图 3（a）]. 在10~20 cm土层，SS和SB处理较CK均显著增加了MBC的含量，增幅分别为36.3%和27.3%（P < 0.05），且SS较SG差异显著. 在20~40 cm土层，SS和SB处理的MBC较CK分别增加了11.6%和9.5%，但绿肥处理间差异不显著. SG处理MBC在10~20 cm和20~40 cm与SB差异均不显著. 与CK相比，绿肥种植显著提高了0~10 cm土层MBC的相对含量[图 3（d）]，SS、SB和SG处理分别提高了20.0%、16.3%和12.5%. 在10~20 cm和20~40 cm土层，绿肥处理POC相对含量均与CK差异不显著.
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（a）绿肥处理对MBC的影响，（b）施氮处理对MBC的影响，（c）绿肥和施氮交互作用对MBC的影响，（d）MBC占比在不同土层的变化 图 3 绿肥、施氮和二者交互作用对微生物生物量碳（MBC）的影响及绿肥对微生物生物量碳占比（MBC/SOC）的影响 Fig. 3 Effects of green manure, nitrogen application, and their interaction on microbial biomass carbon (MBC) and effect of green manure on microbial biomass carbon percentage (MBC/SOC) |
与不施氮相比，施氮显著影响了0~10 cm和10~20 cm土层MBC含量[图 3（b）]，施氮60 kg·hm-2和120 kg·hm-2平均分别使MBC提高了17.5%、7.6%和27.9%、16.8%（P < 0.05）. 而在20~40 cm土层，施氮水平间均无显著差异.
在不施氮情况下，SS较CK处理POC含量差异显著（P < 0.05），在施氮60 kg·hm-2时，SS和SB处理MBC较CK显著提高了33.9%和31.2%（P < 0.05）. 在施氮120 kg·hm-2时，SS、SB和SG处理MBC较CK显著提高了36.6%、30.1%和29.4%[P < 0.05，图 3（c）].
2.4 潜在可矿化碳绿肥和施氮对0~10 cm和10~20 cm土层PCM均具有显著影响，但二者在0~10 cm土层没有显著交互作用（表 1）. 在0~10 cm土层，与CK相比，SG、SB和SS处理PCM含量平均分别显著提高了28.6%、32.8%和41.0%[图 4（a）]. 在10~20 cm土层，SS和SB处理较CK均显著增加了PCM的含量，增幅分别为31.4%和30.9%（P < 0.05），且二者与SG处理差异也达到显著性水平. 在20~40 cm土层，SS、SB和SG处理PCM较CK分别增加了4.6%、3.0%和1.2%，但绿肥处理间差异不显著. 与CK相比，SS、SB和SG处理显著提高了0~10 cm土层PCM的相对含量[图 4（d）]，增幅分别为8.3%、8.3%和13.0%（P < 0.05）. 在10~20 cm土层，SB处理PCM相对含量与SG差异显著，而在20~40 cm土层，绿肥种植对PCM含量无显著影响.
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（a）绿肥处理对PCM的影响，（b）施氮处理对PCM的影响，（c）绿肥和施氮交互作用对PCM的影响，（d）PCM占比在不同土层的变化 图 4 绿肥、施氮和二者交互作用对潜在可矿化碳（PCM）的影响及绿肥对潜在可矿化碳占比（PCM/SOC）的影响 Fig. 4 Effects of green manure, nitrogen application, and their interaction on potential carbon mineralization (PCM) and effect of green manure on potential carbon mineralization percentage (PCM/SOC) |
与不施氮相比，施氮显著提高了各土层PCM含量[图 4（b）]，施氮60 kg·hm-2平均分别使0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层PCM提高了8.3%、13.3%和9.4%，而施氮120 kg·hm-2则提高了17.8%、23.1%和17.8%（P < 0.05），且施氮120 kg·hm-2与不施氮处理差异显著.
2.5 碳库管理指数与CK相比，绿肥种植显著提高了0~10 cm和10~20 cm土层CPMI（图 5）. 与CK相比，SG、SB和SS处理CPMI在0~10 cm土层分别提高了29.1%、38.5%和50.6%（P < 0.05），且各绿肥处理之间差异显著，而在10~20 cm土层，分别提高了15.4%、30.4%和34.7%（P < 0.05），且SS、SB处理与SG处理差异显著. 在20~40 cm土层，分别提高了6.3%、12.7%和19.2%（P < 0.05），且SS处理与SG处理CPMI差异显著.
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图 5 绿肥处理下碳库管理指数 Fig. 5 Carbon pool management index under green manure treatments |
由表 2可知，绿肥处理下SOC及其组分之间有显著的相关关系. POC、MBC和PCM与SOC有极显著的正相关性，相关系数分别为0.90、0.88和0.89. 这说明POC、MBC和PCM的含量在很大程度上依赖于SOC的储量. 另外POC与MBC和PCM两两之间也存在极显著相关性，相关系数分别为0.87和0.86. 而MBC和PCM相关系数也达到0.92.
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表 2 土壤有机碳及其组分的相关性分析1） Table 2 Correlation analysis of soil organic carbon and its fractions |
3 讨论 3.1 绿肥和施氮对土壤有机碳的影响
SOC是影响农田生产力的重要因子，提高SOC对生态功能和植物生长至关重要[16]. 本研究表明，长期种植绿肥对0~10 cm和10~20 cm土层SOC有显著影响. SOC增加幅度最高可达30.2%[图 1（a）]. 长期绿肥处理能更好地固碳，提高SOC含量[29]. 先前的研究也报道了绿肥种植能提高SOC的含量[10，30，31]，这与本文研究结果一致. 这是因为绿肥还田后增加了土壤有机质的输入，为微生物提供了一个适宜的生活环境，加速了土壤养分的周转[31]. 本试验结果发现在不同土层中SOC含量不同，随着土壤深度的增加SOC含量逐渐降低，绿肥处理在20~40 cm土层中差异不显著[图 1（a）]. 这是因为绿肥地上部分多，其枯败后覆盖于地表，且表层土壤水分、温度等条件比较适合微生物活动和生长，以及植物根系大部分生长在土壤表层，所以表层土壤的SOC含量更丰富，随着土壤深度的增加微生物数量减少，SOC周转速率降低[32，33]，因此绿肥处理在20~40 cm土层SOC含量差异不显著. 本研究发现在0~10 cm土层中SG、SB处理SOC含量差异不显著，这可能是因为绿肥翻压后增加的底物输入已经满足了微生物代谢活动所需的碳源，绿肥种类优势表现不明显，当底物供给过量时，SOC含量不会再提高[34]. 在本研究中SS处理固碳效果最显著，这是因为混播处理对氮素产生了互惠效应使得氮素累计率更高[35]，抵消了豆科与非豆科绿肥竞争造成的养分消耗[36].
随着小麦播前施氮量的增加，SOC含量表现为增加的趋势，当施氮60 kg·hm-2时，0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层的SOC较不施氮处理分别提高了17.4%、7.2%和2.5%[图 1（b）]. 施氮120 kg·hm-2时，0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层的SOC较不施氮处理分别增加了22.3%、11.6%和4.1%. 本试验结果说明氮肥可以有效提高SOC含量，这与先前报道的研究结果一致[37，38]. 氮肥的施用增加了土壤中氮素，而氮素的增加会促进植物生物量的增加，有利于提高作物产量[39].
本研究发现绿肥和氮肥对0~10 cm土层SOC有交互作用（表 1）. 在施氮60 kg·hm-2和120 kg·hm-2下，SS、SB和SG处理较CK处理的SOC显著增加，且在施氮120 kg·hm-2时，SS、SB和SG处理与CK处理SOC差异显著[图 1（c）]. 这是因为绿肥还田带入了大量的有机质，提供了碳源，而氮肥的施入提供了充足的氮养分，改变了土壤碳氮平衡，使土壤处于有利于微生物生存的环境，提高了微生物的活性，增加了SOC的周转速率[4].
3.2 绿肥和施氮对土壤颗粒有机碳的影响POC是与土壤砂粒组分结合的有机碳，其周转速度较SOC更快，对表层土壤植物残体的积累和根系分布变化非常敏感[40]. 本研究POC与SOC存在着显著的正相关，相关系数达0.90（表 2）. 表明POC在一定程度上能够较快地反映土壤碳库的变化，可以作为评价土壤质量的重要指标[27]. 绿肥种植显著影响了0~10 cm和10~20 cm土层POC的含量[图 2（a）]. 这是因为绿肥生物量大多在土壤表层，且土层越深微生物数量越少，限制了POC周转. 因此绿肥处理对20~40 cm土层POC影响不显著，这一结果与SOC变化一致. SB和SS处理较SG处理均显著提高了POC含量，这是因为豆科绿肥不仅向土壤中添加了植物残体，还通过生物固氮提供了氮源，而豆科绿肥和非豆科绿肥混播产生丰富的生物量在还田后被微生物分解释放出大量养分[41~43]，增加了POC含量.
本研究发现POC占比最多[图 2（d）]，说明绿肥中的碳主要以颗粒形式输入土壤[10]. 这一观察结果与Liu等[44]报道的结果一致. 土壤活性有机碳的相对含量在一定程度上表征了SOC的稳定性[45]. 土壤活性有机碳含量越高，SOC越容易被微生物分化，稳定性就越差[46]. SS、SB和SG处理POC占比在0~10 cm和10~20 cm土层较CK处理显著增加，在20~40 cm土层，POC占比下降. 这是因为绿肥处理对表层土壤起到一定的保护作用，可以促进土壤的团聚作用，而20~40 cm土层微生物活性下降，POC周转速率下降[4].
此外，氮是植物生长发育所必需的营养元素，合理施用氮肥可以改善土壤质量[47]. 本研究发现较高的氮肥施用量会导致土壤产生过多的POC，随着施氮量的增加POC含量逐渐增加[图 2（b）]，这是因为大量的氮素输入土壤，促进微生物繁殖，加快了绿肥的分解速率[48]，从而提高了POC含量. 绿肥和氮肥对0~10 cm土层POC具有交互作用[表 1，图 2（c）]，二者共同作用使土壤达到新的碳氮平衡，促进POC积累.
3.3 绿肥和施氮对微生物生物量碳的影响MBC是反映土壤环境变化及供应养分能力的指标之一[49，50]，是土壤有机质中最活跃的部分，对管理措施反映极为灵敏[27]. 本研究中MBC与SOC存在着显著的正相关，相关系数达0.88（表 2）. 表明MBC可以较快地反映土壤碳库的变化，是评价土壤质量的重要指标[27]. 本研究发现，绿肥种植显著提高了0~10 cm和10~20 cm土层MBC含量[图 3（a）]，对20~40 cm土层MBC影响不显著，这与SOC、POC变化趋势一致. 已有研究表明，增加外源有机物质，会促进土壤微生物的生长，从而促进土壤原有机碳的分解，产生正激发效应[51]. 因此，绿肥种植增加了大量有机质，加速了微生物对有机质的分解，微生物活性提高，繁殖加快，导致MBC含量增加. 此外，本研究发现SS处理更有利MBC储存，这一结果与Ma等[31]报道的结果一致. 其变化趋势与SOC和POC相似.
本研究发现MBC占比在不同土层均有显著变化，表明不同处理对MBC占比均有增加效应，尤其显著增加了0~10 cm土层的MBC占比[图 3（d）]，这说明不管哪种绿肥处理都能改变土壤中微生物的活性和数量，有利于非活性有机碳向活性有机碳的转变，提高SOC的有效性[52]. 而10~20 cm和20~40 cm土层MBC占比虽然表现为增加趋势，但差异不显著，说明尽管绿肥改变了土壤总有机碳库，但并未影响到10~20 cm和20~40 cm土层MBC所占比例，可能是种植绿肥后土壤有机质的矿化速率较快而影响MBC周转[53].
另外，氮肥对0~10 cm和10~20 cm土层MBC也具有显著影响[图 3（b）]，这是因为施氮增加了土壤中的氮素，促进微生物繁殖，加速绿肥的分解[4]. 本研究发现绿肥和氮肥对0~10 cm土层MBC具有交互作用[表 1和图 3（c）]，二者都可以为微生物提供养分，增加了微生物数量和活性，从而使得MBC含量的增加[47].
3.4 绿肥和施氮对潜在可矿化碳的影响PCM是土壤微生物分解有机物质过程中每单位微生物量所产生的CO2量，其可以有效反映SOC的分解程度和土壤微生物活性[40]. 本研究PCM与SOC存在着显著的正相关，相关系数达0.89（表 2），表明PCM可以较快地反映土壤碳库的变化，是评价土壤质量的重要指标[27]. 而PCM和MBC的相关性达到了极显著水平，相关系数达0.92（P < 0.01），说明PCM受微生物活动的影响. 已有研究表明，PCM与MBC呈正相关，可能是由于微生物生物量可以作为碳矿化的底物，而土壤微生物只是矿化的媒介，所以PCM可以用来评价土壤微生物活性[54，55]. 绿肥种植显著提高了PCM含量[图 4（a）]，这是因为绿肥还田后增加了有机碳的输入，提高了土壤微生物的呼吸活性，在一定程度上减少了SOC的矿化分解[40].
本研究发现PCM占比在各土层变化幅度小[图 4（d）]，这与先前研究报道相似[45，52]. 在0~10 cm土层中，SG、SB和SS处理的PCM占比较CK有显著提高，由此可以看出PCM可更加敏感地反映土壤碳库的动态变化. 绿肥处理PCM含量均有不同程度地提高，说明绿肥种植可以提高土壤微生物的活性，加速土壤碳的矿化速率.
另外，施氮对PCM也有显著影响[图 4（b）]，施氮促进植物根系的生长，提高了微生物的活性，加速土壤原有的和新鲜的有机物质的分解、矿化[52]，从而导致PCM含量的增加.
3.5 绿肥及施氮处理对碳库管理指数的影响Blair等[56]指出碳库管理指数（CPMI）不仅能够反映外界干扰引起的总有机碳的变化，还可以反映活性有机碳的变化，能够更全面地反映管理措施引起的SOC的变化情况. CPMI > 100%，表示土壤肥力上升；CPMI < 100%，表示土壤肥力下降[45]. 本研究发现，较CK处理，SS、SB和SG处理CPMI均高于100（图 5），这与梁贻仓[52]的研究结果一致，表明绿肥处理均显著提高了土壤质量. 而SS高于其他处理，说明混播绿肥产生的互惠效应更有利于土壤固碳[35].
4 结论基于为期6 a的田间定位试验，绿肥种植增加了SOC及其组分含量，施氮也增加了SOC及其组分含量，二者在0~10 cm土层对SOC、POC和MBC具有交互作用. 不同绿肥和氮肥处理下SOC及其组分都随土层的增加而减少，且土层越深动态变化越趋于缓慢. 绿肥处理均显著增加了表层土壤CPMI、SOC、POC、MBC、PCM和SOC组分相对含量，且SOC与其组分间存在显著正相关性. 怀豆和苏丹草混播处理相比于单播处理对提高SOC及其组分含量更显著. 在小麦播前添加氮肥能显著提高SOC及其组分含量，施氮120 kg·hm-2处理对SOC及其组分影响最显著. 因此，夏闲期种植绿肥及小麦播前添加氮肥能够提高SOC及其组分含量，有效改善土壤质量.
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