2026, Vol. 47
2. 安徽省农业科学院土壤肥料研究所，合肥 230031;
3. 信阳市农业科学院，信阳 464000;
4. 河南省农业农村科技教育中心，郑州 450002
, ZHENG Chun-feng1 , TAO Min1 , LI Min2 , DU Guang-hui3 , ZHANG Lin3 , ZHANG Cheng-lan1 , WANG Gong-qing4
2. Institute of Soil and Fertilizer, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China;
3. Xinyang Academy of Agricultural Sciences, Xinyang 464000, China;
4. Henan Provincial Agricultural and Rural Science and Technology Education Center, Zhengzhou 450002, China
土壤质量是土壤在生态系统界面内维持生产，保障环境质量，促进动植物健康行为的核心，对于保护土壤生态系统服务和确保粮食安全至关重要[1]. 然而，在人口不断增长、耕地面积持续减少及粮食需求日益增加的大背景下，以高投入（如化肥、农药等）和高土地利用强度（如单一的种植模式）为特点的集约化农业生产模式的种植面积不断增加[2]. 虽然这种生产模式提高了作物产量，却也导致了土壤退化和耕地质量下降，势必危及粮食安全[3]. 此外，近年来极端气候（高温、干旱和洪涝等）频发，加速了耕地质量退化的进程，也直接影响了作物生产和产量的稳定性，加剧了保障粮食安全面临的压力[4]. 因此，挖掘耕地资源综合生产能力，全力提升土壤质量，对于实现农业绿色可持续发展具有重要意义.
通过轮作和间作等多样化种植模式可以提高农业生产力和可持续性，尤其是在作物种植系统中引入豆科作物[5，6]. 种植和翻压豆科绿肥作物可以产生大量腐殖质，改善土壤结构，促进农田生态系统有机碳的更新和固存；通过生物固氮作用提高土壤氮素供应，通过根系分泌的有机酸和酶等物质活化、利用和转化土壤难溶性磷和钾，从而提高土壤的供肥能力[7]. 有研究指出，果园行间采用豆科绿肥覆盖显著增加了有机碳组分，促进了有机碳的固持，且矿物结合态有机碳含量随着覆盖时间的增加而增加[8]. 通过全国联网多点试验证明，引入豆科绿肥作物的南方稻田种植系统显著提高了土壤有机碳和全氮含量[9]. 土壤团聚体能够综合反映土壤结构的好坏，其组成和稳定性在促进植物生长和提升耕地产能等方面有重要作用，也是评价土壤质量的重要指标[10]. 有研究者指出，长期的绿肥还田与化肥减量配施改善了土壤团粒结构，提高了团聚体稳定性[11]. 土壤酶对几乎所有生物化学反应至关重要，推动着土壤中的物质转化、元素循环和能量流动，已成为评价土壤质量的敏感指标[12]. 不同的绿肥种类对土壤酶的影响不尽相同，种植毛叶苕子可以提高土壤的磷酸酶活性，而种植紫云英可以提高土壤的亮氨酸氨基肽酶、β-葡萄糖苷酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性[13].
土壤质量指数是土壤质量恢复监测和评价的关键指标，通过整合广泛的土壤质量指标而建立，一般包括土壤物理指标、化学指标和生物指标[14]. 一项13 a的定位试验，通过研究长期豆科绿肥紫云英还田与化肥减量配施对南方双季稻田土壤化学特性的研究，评估了土壤质量指数[15]；也有研究通过比较冬闲-双季稻轮作、辣椒-双季稻轮作、绿肥-水稻轮作制度对土壤理化特性的影响来评估土壤质量指数[16]. 然而，将豆科绿肥纳入种植系统中的土壤质量研究，大多数仅仅侧重考虑特定的土壤理化指标，而对生物学指标不够重视[17].
豫南稻区属于我国北缘单季稻种植区，由于接茬旱作物渍害严重、效益低等原因，致使该地区存在大量的季节性休耕田[18]. 利用季节性休耕田种植豆科绿肥作物或间歇种植豆科绿肥作物的种植模式已成为该地区的主要种植模式，也是提升土壤肥力和粮食产能的一种可持续管理策略[19，20]. 然而，将豆科绿肥纳入豫南稻田种植系统对土壤团聚体稳定性和土壤酶活性的研究有待完善，且鲜有针对这类种植模式进行全面的土壤质量评价的报道. 因此，本研究以豫南地区水稻种植系统多样化为研究对象，比较该地区不同种植模式对土壤团聚体稳定性及土壤质量的影响，旨在为进一步优化稻田种植模式，提升土壤质量和区域农业生产力，实现农业绿色可持续发展提供理论依据和技术支撑.
1 材料与方法 1.1 研究区概况研究区域选择在河南省信阳市罗山县子路镇（北纬32°06′20″，东经114°28′24″），该区域位于河南省南部，大别山北麓，淮河南岸，地处亚热带湿润区的北部边缘，属亚热带向暖温带过渡地带，年均气温和年均降水分别为15.1℃和1 149.7 mm，空气湿润，年均相对湿度75%~80%. 该区域土壤为黄棕壤性潜育型水稻土，主要种植农作物为水稻、小麦、油菜和豆科绿肥（如紫云英）等. 该地区基础土壤特性为：ω[土壤有机碳（SOC）]10.96 g·kg-1，ω[碱解氮（AN）] 54.3 mg·kg-1，ω[有效磷（AP）]8.6 mg·kg-1，ω[速效钾（AK）]75.1 mg·kg-1.
1.2 研究方法以豫南地区信阳市罗山县子路镇为研究区域，子路问津种养殖专业合作社所辖333.3 hm2（约5 000亩）耕地为研究对象. 通过实地调研后，选择了以水稻为基础的5种种植制度：休耕-水稻轮作（F）、小麦-水稻-油菜-水稻轮作（WR）、绿肥-水稻-小麦-水稻-油菜-水稻轮作（GWR）、绿肥-水稻-小麦-水稻轮作（GW）、小麦-水稻-绿肥-水稻-绿肥-水稻轮作（WGG）. 各种种植制度均建立6 a，且所选种植制度地块相邻. 不同种植模式的具体信息见表 1.
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表 1 不同种植模式 Table 1 Different cropping systems |
各作物品种均为当地常规品种，整地方式等均按照当地传统习惯进行. 小麦品种为信麦163，采用机械条播的种植方式，播种量为225 kg·hm-2，每年10月下旬播种，次年5月下旬收获，秸秆采用旋耕机粉碎还田；油菜品种为中油杂19，采用人工撒播种植方式，播种量为6 kg·hm-2，每年10月上旬播种，次年5月下旬收获，秸秆采用旋耕机粉碎还田；绿肥作物品种紫云英（信紫1号），采用人工撒播的种植方式，播种量为22.5 kg·hm-2，每年9月底播种，次年4月中旬盛花期采用旋耕机粉碎还田；水稻品种为玮两优8612，采用移栽的种植方式，移栽密度为16.7 cm×20.0 cm，每年5月下旬移栽，9月下旬收获，秸秆采用旋耕机粉碎还田. 各作物施肥量为，小麦：氮肥216 kg·hm-2（以N计），磷肥90 kg·hm-2（以P2O5计），钾肥90 kg·hm-2（以K2O计）；油菜：氮肥193.5 kg·hm-2（以N计），磷肥90 kg·hm-2（以P2O5计），钾肥90 kg·hm-2（以K2O计）；绿肥作物不施肥；水稻：氮肥159 kg·hm-2（以N计），磷肥90 kg·hm-2（以P2O5计），钾肥90 kg·hm-2（以K2O计）. 冬季种植紫云英时，下一季的水稻施肥为氮肥90 kg·hm-2（以N计），磷肥90 kg·hm-2（以P2O5计），钾肥90 kg·hm-2（以K2O计）. 其他田间管理按照当地传统习惯进行.
1.3 土壤样品采集与分析经过实地调研后，于2023年4月份采集0~20 cm土壤样品. 在相同的种植制度区域分别选择3个相邻地块，每个地块选择3个采样点，然后将3个样点的土壤混合成1个土壤样品，装入保温箱带回实验室，一份样品风干测试土壤养分含量，一份样品保存在4℃冰箱用于测试土壤酶活性.
土壤物理指标[10]：土壤容重采用环刀法测定；土壤团聚体粒径组成采用Elliott团聚体湿筛法，分为 > 5、2~5、0.25~2和 < 0.25 mm这4个粒径. 土壤化学指标[21]：土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）采用碳氮元素分析仪（Elementar，Langenselbold，Germany）进行测试；全磷（TP）采用H2SO4-HClO4消煮和钼锑抗比色法测定；全钾（TK）分别采用NaOH熔融-火焰光度法和1 mol·L-1 NH4OAc浸提-火焰光度法. 土壤酶活性测定[1]：通过4-甲基伞形酮（MUF）和7-氨基-4-甲基香豆素（AMC）的荧光酶标微孔板法测定参与碳氮循环的水解酶，β-葡萄糖苷酶（BG）、1，4-β-纤维二糖水解酶（CE）、β-木糖苷酶（BX）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和L-亮氨酸氨基肽酶（LAP）[12].
1.4 指标计算[16，22]平均质量直径（MWD）：
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式中，Di表示每种尺寸团聚体的平均直径（mm）；Pi表示相应尺寸团聚体占总团聚体质量的百分比例，n表示团聚体的分级数量.
土壤酶活性：将测试的5种酶通过以下公式分别计算碳、氮获取酶活性指标（C-acq和N-acq）.
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| (3) |
土壤指标标准化：将土壤指标使用线性评分函数标准化为0~1之间的值，基于对土壤质量的敏感性，将土壤指标分成了2个公式计算，见公式（4）和公式（5）.
| (4) |
| (5) |
式中，SLi为每种土壤指标标准化后的值，X为每种土壤指标的测试值，Xmax和Xmin分别为每种土壤指标测试值的最大值和最小值.
土壤质量指数（SQI）：采用土壤质量指数面积法计算，即通过比较各土壤参数生成的雷达图上的面积计算土壤质量指数.
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式中，SLi同公式（4）和（5），为每种土壤指标标准化后的值.
1.5 数据统计与分析采用Microsoft Excel 2019软件整理试验数据. 采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和Duncan多重比较法，分析不同种植模式间土壤团聚体特性及团聚体碳氮含量及其他理化性质，还针对不同的理化性质进行各个指标的斯皮尔曼（Spearman）相关性分析. 采用R语言4.1.2版本的“randomforest”包分析了不同土壤指标对土壤质量指数的重要性. 采用Origin 2021软件进行数据作图.
2 结果与分析 2.1 土壤理化性质的影响不同的种植制度下土壤的理化特性如表 2所示. 不同的种植制度显著影响了土壤容重（BD）、有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）和全钾（TK）. 与WR相比，GWR、GW和WGG处理（引入绿肥种植制度）均显著降低了BD13.71%、12.80%和23.68%，却显著提高了SOC 43.87%、89.94%和90.88%，对于BD来说，WR和F处理间无显著差异，而对于SOC来说，F处理显著高于WR处理；GWR、F、GW、WGG处理的TN含量显著高于WR处理18.52%~77.78%，且WGG处理最高；相反地，GWR、F、GW和WGG处理相比于WR处理显著降低了TP含量12.50%~17.39%，且4个处理间无显著差异；对于TK含量来说，F处理最高，显著高于其他4个处理23.11%~61.43%，WR处理显著高于GW处理31.13%和WGG处理16.95%，而与GWR处理的差异未达到显著水平.
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表 2 不同种植制度对土壤理化特性的影响1） Table 2 Effect of different cropping systems on soil physicochemical properties |
2.2 土壤团聚体特性
不同的种植制度对土壤团聚体粒径分布特征及稳定性的影响如表 3所示. WGG处理的 > 5 mm粒径团聚体平均质量分数最高（30.16%），显著高于GW、GWR和WR处理，其中WR处理最低（1.03%）；WGG处理的2~5 mm粒径团聚体平均质量分数也是最高（7.65%），显著高于GW、WR和F处理，与GWR无显著差异；对于0.25~2 mm粒径团聚体来说，F、GW、GWR和WGG处理显著高于WR处理42.63%~64.76%，但这4个处理之间的差异未达到显著水平；WR处理的 < 0.25 mm粒径团聚体平均质量分数最高，为76.86%，显著高于其他4个处理，其中WGG处理的 < 0.25 mm粒径团聚体平均质量分数最低，为35.94%. 与WR相比，其他4个处理的团聚体平均质量直径（MWD）均显著提高，4个处理的排序为：WGG > F > GW > GWR，且处理间均具有显著差异.
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表 3 不同种植制度对土壤团聚体粒径分布特征及稳定性的影响1） Table 3 Effect of different cropping systems on the particle size distribution characteristics and stability of soil aggregates |
不同种植制度下土壤各粒径中SOC和TN含量如图 1所示. 在 > 5 mm粒径团聚体中，F、GWR、GW和WGG处理的SOC和TN含量显著高于WR处理98.76%~153.49%和89.84%~157.51%，其中GW处理的ω（SOC）（11.51 g·kg-1）和ω（TN）（1.16 g·kg-1）最高；在2~5 mm粒径团聚体中，F、GW和WGG处理的SOC和TN含量显著高于WR处理55.57%~89.83%和27.13%~106.32%，其中GW处理的ω（SOC）（12.66 g·kg-1）和ω（TN）（1.45 g·kg-1）最高，WR处理和GWR处理无显著差异；F、GW和WGG处理的SOC在0.25~2 mm粒径团聚体和 < 0.25 mm粒径团聚体中分别显著高于WR处理78.10%~92.02%和50.00%~111.34%，WR处理和GWR处理无显著差异，其中在0.25~2 mm粒径团聚体中，GW处理ω（SOC）最高（12.67 g·kg-1），但是与F和WGG处理无显著差异，在 < 0.25 mm粒径团聚体中，WGG处理的ω（SOC）最高（16.15 g·kg-1），且显著高于F和WGG处理39.22%和40.88%；在0.25~2 mm粒径团聚体和 < 0.25 mm粒径团聚体中，与WR处理相比，其他4个处理的TN含量显著增加32.67%~75.65%和51.28%~91.91%，其中在0.25~2 mm粒径团聚体中，GW处理的ω（TN）最高（1.18 g·kg-1），且显著高于WR、GWR和WGG处理，在 < 0.25 mm粒径团聚体中，F处理的ω（TN）最高（1.30 g·kg-1），显著高于GWR处理，与GW和WGG处理无显著差异.
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不同小写字母表示处理间差异显著（P < 0.05） 图 1 不同种植制度对土壤团聚体粒径中有机碳和全氮含量的影响 Fig. 1 Effect of different cropping systems on the organic carbon and total nitrogen contents in soil aggregate particle size |
不同种植制度对土壤酶活性的影响如表 4所示. β-葡萄糖苷酶（BG）、β-木糖苷酶（BX）、1，4-β-纤维二糖水解酶（CE）、L-亮氨酸氨基肽酶（LAP）和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）是参与碳氮磷循环的水解酶. WGG处理的BG活性最高，显著高于其他4个处理31.80%~96.03%，其次是GWR处理，比F处理BG活性提高了48.73%，而与GW和WR处理无显著差异；GWR处理的BX活性最高，分别比WGG、F和WR处理的BX活性显著提高了36.83%、64.96%和157.94%，而与GW处理的BX活性无显著差异；与WR处理相比，GWR、GW和WGG处理的CE和LAP的活性均显著提高，其中GWR处理的LAP活性最高，WGG处理的CE活性最高；F处理的NAG活性最低，且显著低于其他4个处理，GWR和WGG处理的NAG活性较WR处理分别显著提高55.58%和57.42%，而GW与WR处理之间无显著差异.
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表 4 不同种植制度对土壤酶活性的影响1） Table 4 Effect of different cropping systems on soil enzyme activities |
不同种植制度对土壤碳氮磷获取酶活性的影响如图 2所示. WGG、GW和GWR处理的碳获取酶（C-acq）活性显著高于F处理44.02%~66.66%，而WGG、GW和GWR处理之间无显著差异，F处理显著高于WR处理44.20%；GWR处理的氮获取酶（N-acq）活性最高，显著高于GW处理22.42%，但是与WGG处理无显著差异，GW处理的N-acq活性显著高于WR处理70.99%和F处理54.16%，而WR处理与F处理无显著差异.
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不同小写字母表示处理间差异显著（P < 0.05） 图 2 不同种植制度对土壤碳和氮获取酶活性的影响 Fig. 2 Effect of different cropping systems on soil carbon and nitrogen-acquiring enzyme activity |
基于各项土壤指标进行雷达图绘制，根据各指标将土壤各项指标进行归一化处理后计算得到不同种植制度对土壤质量指数（SQI）的影响，如图 3所示. WR处理的SQI最低，与WR相比，F处理显著提高了58.43%；WGG和GW处理的SQI较F处理显著提高了32.04%和7.90%；GWR处理的SQI与F处理二者无显著差异.
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不同小写字母表示处理间差异显著（P < 0.05） 图 3 不同种植制度对土壤质量的影响 Fig. 3 Effect of soil quality index (SQI) for different cropping systems |
不同种植制度下，团聚体粒径分布及其平均质量直径（MWD）与土壤SOC和TN、不同团聚体粒径中的SOC和TN含量之间的相关性如图 4所示. > 5 mm粒径团聚体的质量分数（P < 0.001）、SOC（P < 0.001）、> 5 mm SOC（P < 0.05）、2~5 mm SOC（P < 0.01）、0.25~2 mm SOC（P < 0.01）和 < 0.25 mm SOC（P < 0.001）与团聚体MWD呈显著正相关；而 < 0.25 mm粒径团聚体的质量分数与团聚体MWD（P < 0.001）、> 5 mm粒径团聚体的质量分数（P < 0.001）、SOC（P < 0.01）、> 5 mm SOC（P < 0.05）、2~5 mm SOC（P < 0.01）、0.25~2 mm SOC（P < 0.01）和 < 0.25 mm SOC（P < 0.01）呈显著负相关；0.25~2 mm粒径团聚体的质量分数与 > 5 mm SOC（P < 0.01）和2~5 mm SOC（P < 0.01）含量均呈显著正相关；2~5 mm粒径团聚体的质量分数与 < 0.25 mm SOC呈显著正相关（P < 0.05）；> 5 mm粒径团聚体的质量分数总SOC和各团聚体粒径SOC含量呈显著正相关（P < 0.05）；各团聚体粒径SOC含量和总SOC之间均呈显著正相关（P < 0.05）.
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a1. SOC，a2. > 5 mm SOC，a3. 2~5 mm SOC，a4. 0.25~2 mm SOC，a5. < 0.25 mm SOC，b1. TN，b2. > 5 mm TN，b3. 2~5 mm TN，b4. 0.25~2 mm TN，b5. < 0.25 mm TN，c1. > 5 mm团聚体质量分数，c2. 2~5 mm团聚体质量分数，c3. 0.25~2 mm团聚体质量分数，c4. < 0.25 mm团聚体质量分数，d.MWD；椭圆的颜色与方向共同表示相关性的性质（正相关为红色/右上倾斜，负相关为蓝色/左上倾斜）；椭圆的扁长程度表示相关系数的绝对值大小（越扁长表示相关系数的绝对值越大）；*、**和***分别表示在0.05、0.01和在0.001水平显著相关 图 4 土壤团聚体粒径分布及其稳定性与有机碳和全氮含量的相关性 Fig. 4 Correlation between particle size distribution and stability of soil aggregates with organic carbon and total nitrogen contents |
TN（P < 0.001）、> 5 mm TN（P < 0.05）、0.25~2 mm TN（P < 0.05）和 < 0.25 mm TN（P < 0.01）与团聚体MWD呈显著正相关；而 < 0.25 mm粒径团聚体的质量分数与TN（P < 0.001）、0.25~2 mm TN（P < 0.05）和 < 0.25 mm TN（P < 0.001）呈显著负相关；0.25~2 mm粒径团聚体的质量分数与各团聚体粒径TN含量均呈显著正相关（P < 0.05）；> 5 mm粒径团聚体的质量分数TN（P < 0.001）、> 5 mm TN（P < 0.05）、0.25~2 mm TN（P < 0.05）和 < 0.25 mm TN（P < 0.01）呈显著正相关；除了 > 5 mm TN和 < 0.25 mm TN之间无显著相关关系之外，各团聚体粒径TN含量均总TN均呈显著正相关（P < 0.05）.
不同种植制度下，土壤各项指标与土壤质量指数（SQI）之间的关系如图 5所示. BD与TP（P < 0.05）和TK（P < 0.05）呈显著正相关，而与TN（P < 0.05）、C-acq（P < 0.001）和N-acq（P < 0.01）呈显著负相关；MWD与C-acq（P < 0.05）呈显著正相关；SOC与TN（P < 0.01）呈显著正相关；TN（P < 0.01）和N-acq（P < 0.001）与C-acq呈显著正相关；而TP（P < 0.01）和TK（P < 0.05）与C-acq呈显著负相关；SQI与MWD（P < 0.001）、SOC（P < 0.01）、TN（P < 0.001）和C-acq（P < 0.001）呈显著正相关，而与BD（P < 0.05）呈显著负相关. 通过随机森林模型中的变量重要性排序发现，MWD是对于SQI最重要的指标，其次是TN、SOC和C-acq.
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1. BD，2. MWD，3. SOC，4. TN，5. TP，6.TK，7. C-acq，8. N-acq，9. SQI；椭圆的颜色与方向共同表示相关性的性质（正相关为红色/右上倾斜，负相关为蓝色/左上倾斜）；椭圆的扁长程度表示相关系数的绝对值大小（越扁长表示相关性系数绝对值越大）；ns、*、**和***分别表示不相关、在0.05水平显著相关、在0.01水平显著相关和在0.001水平显著相关 图 5 土壤指标之间及其与土壤质量指数的相关性分析 Fig. 5 Correlation analysis within soil indicators and between soil indicators with soil quality index |
土壤容重受耕作方式或种植制度的影响较大，较高的土壤容重会阻碍根系生长发育，进而影响作物生产[23]. 本研究发现，引入绿肥的种植制度（GWR、GW和WGG处理）较连续周年轮作种植制度（WR处理）和冬季休耕处理（F处理）具有较低的土壤容重，这与Dai等[24]和Wang等[25]的结果类似. 这可能是由于种植和翻压绿肥作物，微生物在其残体分解过程中分泌的有机酸和多糖等胶结物质促进了土壤颗粒的团聚作用，改善了土壤结构，增加了土壤孔隙度，进而降低土壤容重[26，27]. 本研究中发现，引入豆科绿肥的种植制度和季节性休耕处理提高了土壤有机碳和全氮含量，且较高绿肥种植年限处理（GW和WGG处理）具有更高的有机碳和全氮含量，这与Gao等[9]和Yao等[28]的研究结果类似. 其原因可能是绿肥作物作为新鲜有机物质，随着种植和翻压绿肥年限的延长可以提高土壤有机质含量，促进土壤碳库的扩容，且豆科绿肥紫云英可以通过根瘤菌固定大气中的氮素来补充土壤氮库，调控氮循环[29，30]，而季节性休耕处理可减少土壤扰动和土壤碳氮养分的损失[31]. 而引入豆科绿肥的种植制度的处理却降低了全磷和全钾的含量，这可能是因为种植绿肥通过分泌有机酸，活化土壤难溶性磷和矿物钾，进而增加土壤磷钾的生物有效性，提高作物对磷钾的吸收和利用[7].
3.2 不同种植制度对土壤团聚体稳定性的影响土壤团聚体稳定性是反映土壤结构好坏的重要指标，对土壤质量和生态功能的维持至关重要[32]. 本研究发现，引入绿肥的种植制度（GWR、GW和WGG处理）和冬季休耕处理（F处理）较连续周年轮作种植制度（WR处理）均显著增加了大团聚体（> 0.25 mm）平均质量百分比，降低了微团聚体（< 0.25 mm）平均质量百分比，进而增加了平均质量直径（MWD），提高了团聚体稳定性，且随着绿肥种植年限的增加，效果越明显. 刘伟等[33]和吕奕彤等[34]的研究结果也表明了不同类型绿肥还田和连续多年种植豆科绿肥可提高大团聚体含量，与本研究结果一致. 其原因可能是种植和翻压绿肥，其发达的根系作用（根系分泌物产生的胶结物质）以及还田后的腐殖化作用，可通过胶结和缠绕等作用促进大团聚体形成，进而增加土壤团聚体稳定性[35，36]. 而冬季休耕处理可以通过减少机械等农事操作对土壤团聚体的破坏，间接改变生物化学因素来提高土壤团聚体的稳定性[37]. 本研究中发现，引入豆科绿肥的种植制度和季节性休耕处理能提高大团聚体平均质量百分比和团聚体稳定性，这与Dai等[24]的研究结果类似. 其原因可能是有机质是促进土壤颗粒团聚的重要胶结物质，而种植绿肥和季节性休耕可以提高土壤有机质含量，强化土壤团聚作用，进而提高大团聚体含量和增强团聚体稳定性[38，39]. 而且，较高绿肥种植年限处理较连续周年轮作种植制度提高了各级团聚体的有机碳和全氮含量，这与李超等[40]研究结果类似.
本研究发现，土壤平均质量直径（MWD）与土壤有机碳和全氮，以及各级团聚体碳氮含量存在显著正相关关系，这与Dai等[24]的研究结果类似. 这可能是因为土壤团聚体可以为有机碳和全氮提供物理保护作用，缓解其分解，另外，有机碳可以作为微团聚体黏结形成大团聚体的胶结物质，其含量对于团粒结构的稳定有重要作用[10]. 此外，本研究发现，有机碳氮、各级团聚体碳氮含量以及MWD与大团聚体存在正相关，而与微团聚体存在负相关，这与李可依等[41]和Chen等[42]的结果相似. 这可能是因为土壤大团聚体具有较高的碳氮含量，对维持土壤有机碳和氮固存至关重要，而有机碳含量高可以促进微团聚体胶结成大团聚体从而提高团聚体的稳定性[22，43].
3.3 不同种植制度对土壤酶活性的影响土壤酶活性是评价土壤质量的重要指标，在土壤有机质转化和养分循环中起重要作用[44]. 本研究发现，与冬季休耕处理（F处理）和连续周年轮作种植制度（WR处理）相比，引入绿肥的种植制度（GWR、GW和WGG处理）显著增加了土壤碳获取酶活性，且土壤碳获取酶中β-葡萄糖苷酶活性最高，这与管彤彤等[45]研究结果一致，这可能是因为引入豆科绿肥的种植制度通过豆科绿肥的根系作用释放富含碳源的多种有机底物，如有机酸和低分子量的糖类，进而影响了土壤中微生物群落的组成以及相关酶的活性，且绿肥作为新鲜有机物质，其本身的酶也可直接带入土壤，增加土壤酶的来源[46，47]. 与土壤碳获取酶类似，引入豆科绿肥的种植制度也显著增加了土壤氮获取酶活性，这与Liu等[48]研究结果相符，与单作相比，豆科绿肥-作物轮作制度能提高不同区域表层土壤（0~20 cm）的L-亮氨酸氨基肽酶和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性. 这可能是因为豆科绿肥可以通过固氮细菌将大气中的氮转化为土壤中的有机氮，从而提高土壤氮含量，提升了土壤肥力，进而增强了参与氮素循环的酶的活性[7，13].
3.4 不同种植制度对土壤质量的影响连续的单一的轮作制度会导致多种环境问题，包括温室气体排放增加、硝酸盐淋溶损失和土壤质量退化[49]. 而多元化种植（如引入豆科绿肥），可利用不同作物地下根系形态差异及深浅搭配，也可通过直接还田不同作物种类所带来的不同秸秆类型，进而改善土壤物理结构，优化土壤化学特性，增加土壤生物多样性，重建健康土壤生态系统，提高土壤质量[10，50]. 本研究利用土壤质量指数整合不同土壤理化指标和生物指标揭示不同种植制度对土壤质量影响的综合效应，发现引入绿肥的种植制度（GWR、GW和WGG处理）较连续周年轮作种植制度（WR处理）显著提高了土壤质量指数，这与Liu等[16]研究结果一致，这可能是因为种植和翻压豆科绿肥，其地上部和庞大的地下部根系可以增加碳氮输入，改善土壤碳氮比，促进微生物将活性炭转化为更为稳定的微生物碳，也为微生物生长提供了丰度的营养成分，增加了土壤酶活性和土壤养分，从而促进了代谢潜力和生物多样性，有助于提高土壤质量[6，51]. 冬季休耕处理（F处理）较连续周年轮作种植制度也显著提高了土壤质量指数，这与Yao等[28]的研究结果类似，一方面是因为土壤扰动和养分吸收的降低，另一方面是因为冬季休耕处理增加了有机物质的输入，有助于土壤自我恢复，从而提高土壤肥力[31，52]，而本研究中碳氮营养以及碳获取酶活性的提高也进一步证实了这一点. 相关分析表明，土壤质量指数与MWD、SOC、TN和C-acq呈显著正相关关系，其中MWD和SOC为主要的影响因子，这与张斯佳等[53]研究结果类似，团聚体的平均质量直径和有机质含量对提升土壤质量指数具有显著正效应.
4 结论（1）引入绿肥种植制度（GWR、GW和WGG）降低了土壤容重，提高土壤有机碳和全氮含量，还显著降低了 < 0.25 mm团聚体含量，提高了团聚体稳定性，且种植绿肥年限较高的WGG处理效果最佳；其中GW和WGG处理也显著增加了各级粒径的有机碳和全氮含量；引入绿肥种植制度还显著提高了碳获取酶活性和氮获取酶活性. 这些土壤指标的改善，促使引入绿肥种植制度的土壤质量指数的显著增加，有助于实现豫南稻田土壤质量的提升.
（2）相关性分析表明，除了2~5 mm粒径的团聚体的全氮含量之外，各级粒径的有机碳和全氮含量均与MWD呈显著正相关关系；SQI与MWD、SOC、TN和C-acq呈显著正相关，而与BD呈显著负相关，随机森林分析表明，MWD、TN、SOC和C-acq是显著影响SQI的主要土壤指标.
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