不同輪作序列對旱地胡麻土壤有機碳穩定性的影響

，，*，，，，，，,

(1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅農業大學農學院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅農業大學生命科學技術學院，甘肅 蘭州 730070；4.甘肅省農業科學院，甘肅 蘭州 730070)

土壤團聚體是土壤結構的基本單元[1]，不同粒級土壤團聚體在養分的保持、供應及轉化能力等方面發揮著不同的作用[2-3]，良好的土壤結構和穩定的團聚體對于提高土壤孔隙度、改良土壤肥力、降低可蝕性具有重要作用。土壤有機碳的穩定性通常與穩定性團聚體的數量相聯系，而土壤團聚體的穩定性受土地利用方式、耕作方式和施肥水平的影響[4]。田間耕作管理改變了土壤結構，從而改變了土壤水分、溫度等環境因子，影響了微生物數量和活性，繼而影響了作物根系呼吸和有機質的分解作用，表觀上引起了土壤呼吸的變化。干濕交替條件下土壤團聚體破碎，土壤可溶性有機碳含量增加，微生物活性增強，土壤呼吸加快[5]。金雯暉等[6]研究發現，水旱輪作和旱旱輪作均能顯著增加土壤有機碳，在施等量氮肥情況下，水旱輪作0～10 cm 土壤有機碳增長高于旱旱輪作75%，而在不施肥情況下，水旱輪作高出約83%。在水分受限制的土壤中，由微生物參與的有機碳轉化主要受到微生物所利用的有機底物的碳氮比的調控[7]，同時還受到微生物生長效率的影響[8]。長期保護性耕作可顯著提高表層土壤大團聚體含量，降低微團聚體含量，增加土壤團聚體有機碳含量[9]。雖然大團聚體不能直接長期保護土壤有機碳, 但是它們能夠固定更多的有機碳，并且通過與有機物和土壤環境相互作用促進了微團聚體的形成，從而為微團聚體對有機碳的長期保護提供了條件[10]。土壤有機碳、微生物量和酶活性是評價土壤肥力的重要指標[11]，土壤有機碳在一定程度上影響著土壤結構及其微生物多樣性，同時又是土壤肥力和基礎地力的最重要的物質基礎，在調節土壤水、肥、熱狀況等方面起到較好的維持作用，進而影響著耕地生產力及穩定性[12]。李慧瑛等[13]在麥-玉輪作、麥-豆輪作、麥-夏閑輪作模式的研究中發現，麥-豆輪作表層土壤有機碳的質量分數高于麥-玉輪作和麥-夏閑輪作模式。戴建軍等[14]研究發現，大豆(Glycinemax)連作和玉米(Zeamays)連作的土壤微生物量碳、氮均高于大豆-玉米輪作。前人關于輪作模式對土壤有機碳和團聚體的研究主要集中在小麥(Triticumaestivum)、苜蓿(Medicagosativa)、玉米和藥材等作物，關于旱作區胡麻不同頻率下的輪作序列的相關研究未見報道。

胡麻(Linumusitatissimum)，又稱油用亞麻，生育期短、適應性廣，是西北和華北地區重要的油料作物和經濟作物，也是甘肅省中部半干旱區、高寒區的主要油料作物[15]。胡麻油因富含α-亞麻酸、木酚素等營養成分，而引起了醫療、食品、農業等許多領域的關注。尤其以胡麻為原料進行油脂、藥品、保健食品以及化妝品的加工已成國際上研究的熱點[16-17]。近年來，隨著胡麻高附加值產品的研發，市場需求逐年增加，種植面積不斷擴大，造成種植結構單一，倒茬困難，連作普遍，引起胡麻病蟲害加劇，產量和品質大幅下降等一系列問題[18]。科學合理的輪作是解決連作障礙的有效措施[19-20]，合理的茬口更換，不僅可以協調作物與土壤的關系，還能降低有害微生物在土壤中的累積[21]，在改善土壤微生態環境的同時，促進農作物高產穩產[20]，實現農業生產的可持續發展。本研究利用2012-2016年長期定位試驗，對隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區不同胡麻頻率的輪作序列下0～150 cm土壤有機碳、0～30 cm微生物量、土壤團聚體進行分析，探討不同胡麻頻率輪作序列下土壤有機碳、微生物碳氮含量和土壤團聚體差異，以期篩選出適合旱地胡麻生產的高效種植模式，為該區土壤質量改良和生態農業的可持續健康發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗設在隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區的定西市農業科學院西寨油料試驗站。試驗區屬中溫帶偏旱區，平均海拔2050 m，年均太陽輻射592.9 kJ·cm-2，日照時數2453 h，年平均氣溫6 ℃，無霜期213 d，年降水量390 mm。試區農田土壤為黃綿土，土質綿軟，土層深厚，質地均勻，試驗初期0～150 cm平均土壤容重為1.18 g·cm-3。供試土壤基礎養分見表1。

表1 供試土壤含量養分Table 1 The chemical properties of soil

1.2 試驗設計

試驗共設6個模式，3次重復，小區面積為3.0 m×5.0 m，隨機區組排列。供試作物為胡麻、春小麥和馬鈴薯(Solanumtuberosum)，前茬為胡麻。各處理詳細描述見表2。

其中，胡麻品種為隴亞10號，種植密度為7.50×106株·hm-2；馬鈴薯品種為新大平，種植密度為5.25×104株·hm-2；小麥品種為甘春25號，種植密度為3.75×106株·hm-2。各小區施肥量分別為胡麻：112.5 kg N hm-2，75 kg P2O5hm-2；馬鈴薯：225 kg N hm-2，150 kg P2O5hm-2；小麥：150 kg N hm-2，112.5 kg P2O5hm-2；氮、磷均全部作為基肥施用，生育期不再追肥。

1.3 土樣采集

土壤取樣方法及樣品保存：播前(Pre-planting,P)(2013年4月)和作物收獲后(小麥2016年6月、胡麻2016年8月、馬鈴薯2016年10月)對0～150 cm土層分5個層次采樣，分別為0～10 cm、10～30 cm、30～60 cm、60～90 cm和90～150 cm，同一小區同一深度采集的土樣，剔除石礫和植物殘茬等雜物，混合制樣，無菌塑料袋包裝，一部分土樣4 ℃冰箱保存，測定微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、微生物量氮(microbial biomass nitrogen,MBN)，另一部分土樣室內風干過0.25 mm篩，用于總有機碳(total organic carbon,TOC)和土壤顆粒有機碳(particulate organic carbon,POC)測定。

1.4 測定項目與方法

土壤容重采用環刀法測定；TOC 測定采用重鉻酸鉀外加熱法；POC測定：稱取過2 mm篩的風干土20 g，放入三角瓶中，加入100 mL 5 g·L-1的六偏磷酸鈉溶液，在往復振蕩器振蕩18 h。把土壤懸液過0.05 mm篩，反復用蒸餾水沖洗，以篩POC，在 60 ℃下過夜烘干稱量(>12 h)，計算顆粒有機質中的有機碳含量[22]；MBC、MBN用氯仿熏蒸法測定[23]；土壤團聚體采用濕篩法測定[24]，將樣品分離出>2.00 mm、1.00～2.00 mm、0.50～1.00 mm、0.25～0.50 mm及<0.25 mm的各級團聚體。

式中:SOCs為特定深度的土壤有機碳儲量(t·hm-2)；Ci為第i層土壤的SOC含量(g·kg-1)；ρi為第i層土壤容重(g·cm-3)；Ti為第i層土壤厚度(cm)；n為土層數。

表2 試驗處理描述Table 2 Treatments description

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 24.0軟件處理和分析數據，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同胡麻輪作序列對0～30 cm土壤團聚體的影響

研究分析了4年試驗后不同胡麻輪作序列下土壤團聚體的分布情況(圖1)。可以看出，0～30 cm土層各輪作序列均以微團聚體含量(<0.25 mm)最多，占團聚體總量的60%以上，而以>2.00 mm的大團聚體含量最低，與播前相比，輪作序列顯著影響了0～10 cm土層土壤微團聚體組成。從不同胡麻輪作序列來看，休閑模式下<0.25 mm微團聚體含量低于播前，25%Flax處理與播前無顯著差異，50%Flax和100%Flax處理顯著降低了0～10 cm土層土壤微團聚體含量。0～10 cm土層，25%Flax處理土壤微團聚體含量最高，達80%以上，較播前、休閑、50%Flax和100%Flax分別顯著增加了0.97%～2.68%、10.81%～12.69%，22.45%～26.33%和23.80%～25.90%；播前和休閑處理的土壤微團聚體含量分別較100%Flax處理顯著增加了22.61%和11.72%。50%Flax與100%Flax處理間無顯著差異。25%Flax處理下0.25～0.50 mm和0.50～1.00 mm團聚體含量均顯著低于其他處理，分別占團聚體總量的10%和3%左右。0.25～0.50 mm團聚體含量表現為休閑較25%Flax處理顯著高48.18%，50%Flax和100%Flax處理分別較25%Flax處理顯著高出1和2倍。10～30 cm土層，連作處理(100%Flax)下，<0.25 mm土壤微團聚體含量最低，較播前、休閑、25%Flax和50%Flax分別顯著低15.04%、9.49%、16.58%～23.33%和12.80%～15.69%；0.25～0.50 mm土壤團聚體以連作處理最高，較休閑、25%Flax、50%Flax分別顯著高出34.77%、40.63%～69.21%和34.86%～35.78%，不同處理間>0.50 mm土壤團聚體質量分數無顯著差異。

從0～30 cm土壤團聚體質量分數可以看出，不同輪作序列對土壤團聚體的影響主要表現在0.25～0.50 mm團聚體上，25%Flax處理與播前無顯著差異。與播前相比，50%Flax和100%Flax胡麻輪作序列顯著降低了0～10 cm土層土壤微團聚體含量。在不同輪作序列中，隨著胡麻頻率的增加，0.25～0.50 mm土壤團聚體逐漸增加，休閑處理在25%Flax和50%Flax之間，相同胡麻頻率不同輪作序列對土壤團聚體無顯著影響。表明0～30 cm土層≤0.50 mm土壤團聚體含量主要受胡麻在輪作序列中所占頻率的影響。

圖1 不同胡麻輪作序列下0～30 cm土層土壤團聚體Fig.1 Aggregates fractions in 0-30 cm soil depth under different crop rotation treatments P:播前 Pre-planting;F:休閑 Fallow.不同小寫字母表示同一粒級處理間差異顯著(P<0.05). Values followed by different small letters mean significantly different among treatments at the same granularity at 0.05 level．

2.2 不同胡麻輪作序列下土壤總有機碳含量的垂直分布

輪作序列對0～10 cm土層土壤TOC含量影響最為顯著(圖2)，且呈表層富集現象，各輪作序列下不同土層間均以休閑處理下土壤TOC含量最高(P<0.05)。與播前相比，休閑顯著提高了土壤TOC含量，50%Flax和100%Flax處理顯著降低了土壤TOC含量，而25%Flax與播前處理相比無顯著差異。從不同土層來看，在0～10 cm土層，與100%Flax相比，休閑、25%Flax和50%Flax處理土壤TOC含量分別顯著增加了25.53%、6.69%～8.20%和3.05%；與50%Flax相比，25%Flax 處理土壤TOC含量顯著增加了3.93%～9.80%，25%Flax處理間無顯著差異；而50%Flax處理中，兩年胡麻連作的土壤TOC含量較輪作顯著低4.58%。10～90 cm土層，輪作與連作處理間土壤TOC含量無顯著差異，但仍表現出休閑>25%Flax>50%Flax>100%Flax處理。就0～150 cm總有機碳含量而言，與10～90 cm土層土壤TOC含量表現一致。休閑、25%Flax和50%Flax處理的土壤TOC含量分別較胡麻連作增加了21.81%、5.52%～7.11%和1.66%～3.60%；25%Flax與50%Flax相比，土壤TOC含量增加了1.86%～5.36%。表明當胡麻所占比率相同時，輪作序列對土壤TOC含量的影響較小，胡麻所占比率越大，土壤TOC含量越低。休閑顯著增加土壤TOC含量，50%Flax和100%Flax處理顯著降低了土壤TOC含量。

2.3 不同輪作序列對0～150 cm土壤有機碳儲存量的影響

由表3可見，隨土層深度的增加，SOC儲量逐漸下降。休閑能夠顯著提高土壤有機碳儲存量(SOC儲量)，連作(100%Flax)處理土壤SOC儲量最低。不同輪作序列以25%Flax處理土壤SOC儲量最高。從不同土層來看，0～10 cm土層，與連作相比，休閑、25%Flax、50%Flax處理的SOC儲量分別顯著增加了31.71%、10.71%～13.62%和2.40%～6.68%，25%Flax處理間、50%Flax處理間土壤SOC儲量無明顯差異。10～30 cm土層，與播前、休閑、25%Flax、50%Flax處理相比，100%Flax土壤SOC儲量分別下降了4.67%、14.15%、3.55%～4.37%、-0.30%～4.50%；30～60 cm土層，土壤SOC儲量表現為休閑>播前>25%Flax≈50%Flax>100%Flax；25%Flax處理下60～90 cm和90～150 cm土層土壤SOC儲量較100%Flax分別高出7.29%～12.30%和8.54%～13.52%；50%Flax較100%Flax分別高出2.99%～5.06%和7.06%～15.84%；25%Flax處理間無顯著差異，50%Flax處理間存在差異，因為FWPF(50%Flax)胡麻沒有連作，而WPFF(50%Flax)胡麻存在連作，說明胡麻連作顯著降低土壤SOC儲量，不同輪作序列顯著影響土壤SOC儲量。

圖2 不同輪作序列下土壤總有機碳含量Fig.2 The TOC contents from 0 to 150 cm soil depths under different crop rotations 不同小寫字母表示同一土層深度處理間差異顯著(P<0.05),下同。Values followed by different small letters mean significantly different among treatments at the same soil depth at 0.05 level, the same below.

土壤深度Soil depth (cm)處理 TreatmentsPFPWFWWFWPFWPFWPFF FFFF0～1013.17±0.32b15.37±0.64a13.26±0.36b 12.92±0.36bc 12.45±0.41bc 11.95±0.58bc 11.67±0.33c 10～3024.19±0.38b26.38±0.69a24.12±0.25b 23.93±0.76b 23.04±0.17c24.15±0.21b 23.11±0.07c 30～6030.30±0.26b33.23±0.32a29.04±0.37c29.81±0.47bc29.12±0.73c 27.17±0.43d 26.79±0.32d 60～9020.16±0.12b23.67±0.46a19.71±0.42b 20.63±0.31b 18.92±0.61c 19.30±0.59bc18.37±0.76c 90～15034.47±0.43b39.17±0.38a30.90±0.18cd32.32±0.29c 32.98±0.45c30.48±0.34d 28.47±0.58e

注：不同小寫字母表示同一土層深度處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Values followed by different small letters mean significantly different among treatments at the same soil depth at 0.05 level．

2.4 不同輪作序列下土壤顆粒有機碳含量的垂直分布

由圖3可以看出，不同輪作序列對土壤顆粒有機碳(POC)含量的影響主要集中在0～60 cm土層，對60 cm以下土層土壤POC含量影響較小，且隨著土層的加深，POC含量逐漸下降。在0～30 cm，播前土壤POC含量顯著高于休閑；30 cm以下土層，土壤POC含量休閑大于播前。從不同土層來看，0～10 cm土層，與播前、休閑、25%Flax和50%Flax處理相比，100%Flax處理土壤POC含量分別降低了17.00%、5.81%、9.19%～11.72%和2.00%～6.82%；25%Flax處理土壤POC含量較休閑、50%Flax和100%Flax分別顯著增加了3.73%～6.68%、2.62%～11.00%和10.13%～13.26%；25%Flax處理間土壤POC含量無顯著差異，當胡麻頻率為50%時，連作處理下土壤POC含量顯著低于輪作。說明不同輪作序列顯著影響表層(0～10 cm)土壤POC含量，隨著胡麻頻率的增加，土壤POC含量逐漸下降，當胡麻頻率為25%時，胡麻在輪作系統中出現的順序對土壤POC含量無顯著影響，當胡麻頻率為50%時，胡麻在輪作系統中出現的順序顯著影響POC含量，且胡麻輪作較連作土壤POC含量顯著高5.17%。10～30 cm 土層，25%Flax 處理土壤POC含量顯著高于休閑、50%Flax和100%Flax，50% Flax顯著高于100%Flax，與播前無顯著差異；25%Flax較休閑、50%Flax和100%Flax分別顯著高13.46%～15.07%、7.77%～10.86%和21.81%～23.54%；休閑和50%Flax較100%Flax分別顯著高7.36%和11.44%～13.06%。30～60 cm土層，土壤POC含量仍表現為25%Flax顯著高于其他處理；50%Flax與休閑無顯著差異；25%Flax處理間無顯著差異；而50%Flax處理中，WPFF顯著低于FWPF。0～10 cm、30～60 cm土壤POC含量表現為25%Flax>休閑>50%Flax>100%Flax，而10～30 cm土壤POC含量表現為25%Flax>50%Flax>休閑>100%Flax，不同輪作序列對60 cm以下土層土壤POC含量影響較小。

圖3 不同輪作序列下不同土層土壤顆粒有機碳含量Fig.3 The POC contents from 0 to 150 cm soil depths under different crop rotation treatments

2.5 不同輪作序列下0～30 cm土壤微生物量含量

圖4 不同輪作序列下不同土層土壤微生物量碳含量Fig.4 Soil microbial biomass carbon contents at 0-30 cm soil depths under different crop rotation treatments 不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05), 下同。Values followed by different small letters mean significantly different among treatments at 0.05 level, the same below.

2.5.1不同輪作序列下0～30 cm土層土壤微生物量碳含量 由圖4可以看出，不同輪作序列對0～30 cm土層土壤微生物碳(MBC)含量影響顯著，且均以胡麻頻率為50%的輪作處理(FWPF)土壤MBC含量最高。從不同土層來看，0～10 cm土層，50%Flax輪作處理土層MBC含量顯著高于其他處理，25%Flax處理顯著高于休閑和100%Flax處理，與播前、50%Flax(WPFF)和連作處理間無顯著差異，休閑和100%Flax處理間差異不顯著；播前、25%Flax和50%Flax處理土壤MBC含量與分別較100%Flax處理顯著增加26.72%、30.06%～32.95%和21.39%～60.40%；50%Flax輪作處理的土壤MBC含量較25%Flax顯著增加20.65%～23.33%。10～30 cm土層，FWPF(50%Flax)和PWFW(25%Flax)處理土壤MBC含量差異不顯著，二者顯著高于其他處理；播前、25%Flax和50%Flax處理下土壤MBC含量分別較100%Flax顯著增加9.23%、12.50%～29.81%和12.50%～33.56%。表明當胡麻頻率占50%時，土壤MBC含量連作處理顯著低于輪作，100%Flax土壤MBC含量最低，與休閑處理差異不顯著，顯著低于其他處理。由此可見，隨著胡麻頻率的增加，0～30 cm土層土壤MBC含量逐漸降低，說明輪作換茬在一定程度上能夠顯著增加土壤MBC含量。

圖5 不同輪作序列下不同土層土壤微生物量氮含量Fig.5 Soil microbial biomass nitrogen contents at 0-30 cm soil depths under different crop rotation treatments

圖6 不同輪作序列下不同土層土壤微生物量C/NFig.6 Soil microbial biomass carbon/nitrogen at 0-30 cm soil depths under different crop rotation treatments

2.5.2不同輪作序列對0～30 cm土層土壤微生物量氮影響 由圖5可知，不同輪作序列對0～30 cm土層土壤微生物氮(MBN)含量的影響較大。連作顯著增加了土壤MBN含量，其中連作(100%Flax)處理下土壤MBN含量最高，50%Flax連續兩年連作土壤MBN含量最低。從不同土層來看，0～10 cm土層，100%Flax處理土壤MBN含量較播前、休閑、25%Flax、50%Flax(WPFF)和50%Flax(FWPF)分別增加了66.05%、100%、41.87%～98.42%、200%和1.26%。不同輪作序列對10～30 cm土層土壤MBN含量的影響表現為100%Flax最高，顯著高于其他處理，25%Flax處理間差異不顯著，休閑、25%Flax、50%Flax(WPFF)和50%Flax(FWPF)土壤MBN含量分別較100%Flax顯著降低了35.35%、50.35%～56.17%、69.23%和26.45%；胡麻連作4年后土壤MBN含量較第一年播前顯著增加了123.79%。

2.6 不同輪作序列下土壤微生物C/N

不同輪作序列下0～30 cm 土壤微生物C/N表現為100%Flax最低，50%Flax連作最高(P>0.05)，除播前外，其他處理均表現為0～10 cm土壤微生物C/N低于10～30 cm(圖6)。從不同土層來看，0～10 cm土層， 播前、休閑、25%Flax、50%Flax(WPFF)和50%Flax(FWPF)土壤微生物C/N分別較100%Flax顯著高出110.54%、83.14%、84.51%～163.80%、300%和62.43%。10～30 cm土層，土壤微生物C/N與0～10 cm土層一致，休閑顯著高于100%Flax，與25%Flax(WFWP)和50%Flax(FWPF)處理間差異不顯著，100%Flax較休閑、25%Flax、50%Flax(WPFF)和50%Flax(FWPF)分別顯著低35.04%、55.87%～66.23%、72.65%和44.93%。說明胡麻持續連作顯著降低0～30cm土層土壤微生物C/N，輪作倒茬或者休閑均能顯著提高土壤微生物C/N，以50%Flax(WPFF)處理下增加最多。

2.7 輪作序列與土層深度對土壤有機碳、微生物量的影響

對不同輪作序列與土層深度的土壤TOC、POC、MBC、MBN和MBC/MBN進行方差分析表明(表4)，輪作序列對土壤MBC、MBN、微生物量C/N、POC及TOC含量影響顯著；土層深度對土壤MBC、MBN、MBC/MBN、POC及TOC含量的影響極顯著；輪作序列與土層的交互作用對土壤MBC、微生物量C/N和TOC影響顯著，對土壤MBN和POC影響不顯著，其主要原因是輪作方式與土層的交互作用對MBN和POC的貢獻小于對其他生化指標的貢獻。表明輪作序列和土層對土壤有機碳、微生物量有顯著的影響，通過合理輪作序列可以提高土壤有機碳及微生物量，從而改善土壤肥力。

表4 不同輪作序列和土層對土壤有機碳、微生物量的影響(F值)Table 4 Effects of the crop rotation and soil depth on soil organic carbon, microbial biomass (F value)

*P<0.05, **P<0.01.

3 討論

3.1 輪作方式對0～30 cm土層土壤團聚體的影響

土壤團聚體不僅是指示土壤肥力狀況的重要表征指標，而且是形成土壤結構的基礎和物質基礎，顯著影響土壤中的許多理化性質及生物學性質[24]，其穩定性對土壤肥力、土壤養分循環和土壤的可持續利用有很大的影響[25]。土壤有機碳與土壤團聚程度關系密切[26-27]，團聚體形成作用被認為是土壤固碳的最重要機制[9]，不同粒級團聚體在養分的保持、供應及轉化能力等方面發揮著不同的作用[2-3]，良好的土壤團聚體結構可以貯存更多SOC[28]。李婕等[29]在18年冬小麥、夏玉米長期定位試驗中研究發現，不同組分有機物與氮肥配施增加了土壤大團聚體的比例，但不同施肥管理措施之間無差異。高會議等[30]研究發現，黑壚土有機碳含量與粒徑>5.00 mm和2.00～5.00 mm的團聚體含量呈顯著正相關關系，與<0.125 mm的團聚體含量呈極顯著負相關。本研究通過對4年試驗后不同輪作序列土壤團聚體的分布情況進行分析，結果發現，0～30 cm土層不同輪作序列均以微團聚體含量(<0.25 mm)最多，占團聚體總量的60%以上，而以>2.00 mm的細大團聚體含量最低，不同輪作序列對土壤團聚體的影響主要表現在對<0.25 mm和0.25～0.50 mm微團聚體的影響上，25%Flax處理與播前相比無顯著差異，而50%Flax和100%Flax處理顯著降低了土壤微團聚體含量。

3.2 輪作序列對0～150 cm土層土壤有機碳含量、儲量及分布的影響

土壤有機碳作為衡量土壤質量的重要指標，根據第二次全國土壤肥力分級標準，有機碳含量越高則意味著土壤肥力質量越好，對評價土壤發展具有重要意義，是土壤團聚體形成的重要基礎[31-33]。植物在生長過程中所需要的營養都來自土壤本身，每年從農田移出大量農產品，使土壤有效養分大量虧損，導致有機質的形成量小于礦化量[13]。輪作改變了作物殘體或根系的數量、種類，從而影響到土壤有機碳的固定、礦化，以及土壤有機碳的數量[34]。趙靖靜等[35]認為，與苜蓿連作模式相比，苜蓿輪作[小麥、玉米、馬鈴薯、谷子(Setariaitalica)]的土壤TOC含量分別降低了17.44%、9.25%、18.40%和9.34%。本研究表明，不同輪作序列能夠顯著提高土壤耕層 TOC含量，輪作序列對0～10 cm土層土壤TOC含量影響最為顯著，呈現表層富集現象，各處理不同土層間均以休閑處理土壤TOC含量顯著高于其他處理。土壤POC的含量表現為當胡麻占25%時，胡麻位置對土壤POC含量無顯著影響；當胡麻占50%時，胡麻位置顯著影響土壤POC含量；胡麻輪作較連作土壤POC含量顯著高5.17%。不同輪作序列改變了田間微生物環境，由于不同的作物改變了土壤結構和土壤理化性狀，提高了土壤通透性，進而提高了土壤有機碳含量。輪作序列下不同作物的根系及落葉殘茬等有機物質不斷歸還于耕作層，且耕作層水熱條件較好，有機質分解狀況良好，有利于碳的固定，因此，土壤TOC及POC均呈現出了表層富集的現象，這與陳娟等[22]研究結果一致。胡麻連作下土壤TOC及POC含量均低于輪作，這與連作障礙有密切關系，因為連作可導致土壤養分及土壤酶活失調、化感物質累積和土壤微生物群失調等一系列問題，致使土壤的生物和非生物環境因子顯著惡化，進而影響土壤有機碳含量[36]。

研究結果表明，0～150 cm土層土壤有機碳含量隨土層深度的增加不斷增加，而土壤TOC和POC含量則隨土層深度的增加逐漸下降。主要是因為隨著土層深度的增加，作物落葉殘茬、根系及根系分泌物等有機質投入減少，降低了土壤有機碳的循環與轉化[37]。長期連作能夠導致土壤有機質中穩定性結構減少，而易分解結構增加，有機質結構趨于簡單化，易被分解，碳含量降低[38]。本研究表明，試驗實施4年后，休閑處理土壤SOC儲量最高，輪作序列以25%Flax處理SOC儲量最高，以100%Flax最低，當胡麻占25%時，胡麻位置對土壤SOC儲量無顯著影響，當胡麻占50%時，胡麻位置對土壤SOC儲量存在影響，輪作較連作有利于提高土壤SOC儲量。

3.3 輪作序列對0～30 cm土層土壤微生物量及分布的影響

土壤微生物生物量是土壤微生物活性的一個總的指標[39]，不僅參與土壤中有機質的分解、腐殖質的形成、土壤養分的轉化循環等多個生化過程，而且作為土壤有機質的降解者和植物營養物質的活性庫，在土壤和植物群落內部及全球物質循環中發揮著重要的作用[40]。人們常將土壤微生物量碳、氮視為直觀反映土壤微生物活性及土壤肥力狀況的重要指標[41]，能非常靈敏地反映環境因子的變化，較其他土壤理化指標對土壤肥力變化的響應更為迅速[42]。Collins等[43]研究認為，有苜蓿參與的輪作農田中，土壤微生物生物量碳和氮含量比連作玉米田或連作大豆田的高。本研究結果發現，不同輪作序列對土壤微生物量碳含量影響較大，連作處理下土壤MBC含量最高，50%Flax連續兩年連作最低。而對土壤微生物量氮含量影響表現為連作處理最高，50%Flax連續兩年連作最低。通過對微生物碳氮比的分析發現，胡麻持續連作顯著降低了0～30 cm土層土壤 MBC/MBN，不同的輪作倒茬方式或者休閑均能顯著提高土壤MBC/MBN，其中以50%Flax連作增幅最大。

4 結論

1)探明了不同胡麻頻率及輪作序列下土壤團聚體的空間分布情況。0～30 cm土層各輪作序列均以微團聚體含量最多，占團聚體總量的60%以上，大團聚體含量最低，≤0.50 mm土壤團聚體含量主要受胡麻在輪作序列中所占頻率的影響。不同輪作序列和胡麻頻率顯著影響土壤微團聚體含量，相同胡麻頻率下胡麻所處位置對其無顯著影響，25%胡麻頻率利于保持土壤團聚體穩定性。

2)輪作較連作顯著提高了0～10 cm土層土壤TOC和POC含量，呈現表層富集現象。胡麻頻率是影響土壤SOC儲量的關鍵因素。胡麻頻率相同時輪作序列對土壤TOC含量的影響較小，50%Flax處理下，胡麻位置對土壤SOC影響顯著，且輪作顯著高于連作。25%Flax處理顯著增加了土壤TOC和SOC含量，有利于土壤養分的保持。

3)隨著胡麻連作比率的增加，0～30 cm土層土壤MBC含量逐漸降低，輪作換茬在一定程度上能夠顯著增加MBC含量，與播前、休閑、輪作相比，連作顯著降低土壤微生物碳氮比，50%Flax輪作序列(WPFF)顯著增加了土壤微生物碳氮比。

4)輪作序列和土層對土壤有機碳、微生物量有顯著的互作效應，合理輪作序列可以提高土壤有機碳及微生物量，從而改善土壤肥力。25%胡麻頻率的輪作序列均可維持土壤有機碳的穩定性，是旱地胡麻比較理想的輪作序列。