龔玲玄，王麗麗，趙建寧，劉紅梅，楊殿林，張貴龍

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲(chǔ)存庫(kù)（Lugato et al.，2021）。全球土壤碳總量為2500 Gt，包括約1550 Gt土壤有機(jī)碳（SOC）和950 Gt土壤無(wú)機(jī)碳（1 m）（Lal，2004a）。世界耕地面積占地球陸地表面的 40%（García-Palacios et al.，2017），而世界土壤腐殖質(zhì)以每年25.3 Tg的速度在減少（Lal，2003）。覆蓋作物（Cover crops，CCs）被美國(guó)土壤協(xié)會(huì)（Soil Science Society of America，2022）定義為“在正常作物生產(chǎn)期間，或在果園和葡萄園的樹(shù)木和藤蔓之間，提供土壤保護(hù)、種子保護(hù)和土壤改良的密植作物”，也有一些學(xué)者從土壤生態(tài)功能的角度出發(fā)，認(rèn)為覆蓋作物是能夠保持土壤功能（劉曉冰等，2002），為后續(xù)作物提供有利條件（Yunusa et al.，2003）的作物，通常在收獲與播種季間的空隙種植（Fan et al.，2021），是美國(guó)8種“準(zhǔn)備實(shí)施”的農(nóng)業(yè)管理行動(dòng)之一（McClelland et al.，2021a）。

目前，雖然覆蓋作物能夠增加土壤有機(jī)碳固持的觀點(diǎn)已得到廣泛認(rèn)同，但種植時(shí)間和生物量（McClelland et al.，2021b）對(duì)土壤有機(jī)碳變化動(dòng)態(tài)存在較大影響，且種植時(shí)間與土壤有機(jī)碳固持間的最佳模式尚未明晰。有觀點(diǎn)認(rèn)為覆蓋作物對(duì)于土壤碳的影響是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程（Ismail et al.，1994；Schipanski et al.，2014），土壤碳庫(kù)并不能在短期內(nèi)增加（Lal，2004b），還有些研究認(rèn)為即使是短時(shí)間種植也能使土壤有機(jī)碳含量發(fā)生顯著變化。（Haruna，2019；Faé et al.，2009；Liu et al.，2005）。覆蓋作物已被廣泛應(yīng)用在獼猴桃園（李青梅等，2020）、坡地玉米（Leuthold et al.，2021）、葡萄園（Novara et al.，2019）等地區(qū)，但多集中于多種單一不同覆蓋作物模式-常規(guī)作物耕作模式之間（Qi et al.，2011；Hubbard et al.，2013）、單一不同覆蓋作物之間（Kuo et al.，1997；Sainju et al.，2002；Kaspar et al.，2006）、多種覆蓋作物-常規(guī)作物輪作之間（Islam et al.，2006）、單覆蓋作物和多種覆蓋作物之間（Ranells et al.，1997；Sainju et al.，2007；Blanco-Canqui et al.，2012）的比較，而很少有同時(shí)種植多種覆蓋作物模式之間的對(duì)比，覆蓋作物種類(lèi)多局限于豆科、禾本科，管理方式以休耕、免耕、輪作為主，主要作物多為玉米（ZeamaysL.）、小麥（TriticumaestivumL.）、水稻（OryzasativaL.），很少有覆蓋作物與多年生木本植物共生的研究。以往研究中試驗(yàn)區(qū)多集中于平原地區(qū)，缺乏坡地實(shí)踐，面對(duì)坡地水土流失的環(huán)境，短期內(nèi)覆蓋作物的固碳效果與平原地區(qū)相比如何，目前尚不明確。

茶作為中國(guó)傳統(tǒng)的種植作物，擁有悠久的種植歷史。中國(guó)是世界上第一茶園面積大國(guó)，茶園種植也是中國(guó)南方丘陵山區(qū)的重要土地利用方式（葉菁等，2016）。茶園土壤是一個(gè)重要的碳庫(kù)之一，但新種植的茶園因土壤侵蝕，土壤有機(jī)碳（尤其是表層土）處在流失狀態(tài)（李世玉，2010），短期種植覆蓋作物對(duì)于茶園土壤而言可能是一種有效途徑?；诖?，本試驗(yàn)提出兩點(diǎn)假設(shè)，（1）隨著覆蓋作物多樣性的增加，該坡地茶園表層土壤理化性質(zhì)改善效果越好。（2）在短時(shí)間內(nèi)，隨著覆蓋作物多樣性的增加，該坡地茶園土壤有機(jī)碳礦化作用增加。基于以上研究，從固碳減排角度為該坡地茶園選擇覆蓋作物搭配的最佳方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)于湖北十堰鄖陽(yáng)區(qū)譚家灣鎮(zhèn)圩坪寺村的幼齡茶園開(kāi)展（圖1），該地區(qū)屬秦巴山區(qū)旱地二熟一熟兼水田二熟區(qū)，亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，境內(nèi)多丘陵，海拔200—300 m，多年平均氣溫15.4 ℃，平均降水量為769.6 mm，集中于夏季，該茶園坡向?yàn)槟希?57.5°—202.5°）。

圖1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)Figure 1 Experiment location

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年開(kāi)始每年 3月在幼齡茶園茶行間全面播種覆蓋作物，茶樹(shù)種類(lèi)為“鄂茶10號(hào)”，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了4種覆蓋作物模式（表1），每個(gè)模式設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)正方形小區(qū)400 m2，共12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)（圖2），其中，各小區(qū)的茶樹(shù)間距均為1.5 m，各試驗(yàn)小區(qū)中，不同作物均為等量混播，播種密度為25.0 g·m-2，試驗(yàn)期間，及時(shí)清除各小區(qū)雜草。

表1 試驗(yàn)期間不同覆蓋作物模式Table 1 Different crop coverage patterns during the experiment

圖2 試驗(yàn)布置Figure 2 Test layout

考慮到坡地茶園弱酸性的特點(diǎn)，試驗(yàn)選取了8種能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤有機(jī)碳、減少水土流失的作物，涵蓋禾本科及豆科、菊科，分別為：黑麥草（LoliumperenneL.），紫羊茅（FestucarubraL.），白三葉（TrifoliumrepensL.），紅三葉（TrifoliumpretenseL.），早熟禾（PoaannuaL.），毛苕子（ViciavillosaRoth.），百日草（ZinniaelegansJacq.），波斯菊（CosmosbipinnataCav.）（汪洋等，2020）。試驗(yàn)材料中，黑麥草、紫羊茅為多年生禾本科植物，白三葉、紅三葉為多年生豆科植物，早熟禾、毛苕子分別為一年生禾本科、豆科植物，百日草為一年生菊科植物，本研究選用的波斯菊為一年生菊科植物。

黑麥草根系淺且密度大，白三葉通過(guò)匍匐莖繁殖利于填補(bǔ)覆蓋層空隙，紅三葉生長(zhǎng)迅速，生物量大，固氮能力強(qiáng)，毛苕子耐低肥力，紫羊茅是良好的護(hù)坡植物，利于土壤保持，波斯菊、百日草生長(zhǎng)速度快，耐貧瘠。考慮成本因素及樹(shù)冠下光照條件及作物根系特征及生長(zhǎng)特性（Snapp et al.，2005），由于茶樹(shù)種植間距大易有雜草生長(zhǎng)，試驗(yàn)選擇覆蓋模式時(shí)將優(yōu)先按多年生豆科和生長(zhǎng)較快的禾本科植物進(jìn)行搭配。

1.3 樣品采集

1 m深度的土壤有機(jī)碳一半在可耕層（0—30 cm）（Bolinder et al.，2020），故本試驗(yàn)選擇采集 0—30 cm耕層土壤樣品。于種植覆蓋作物生長(zhǎng)良好穩(wěn)定后（2019年8月底），在覆蓋小區(qū)內(nèi)采用“S”取樣法在每個(gè)小區(qū)選取 15個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取樣，按覆蓋模式進(jìn)行混合，過(guò)2 mm篩，將土樣置于冷藏箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)，土壤含水率采用烘干法測(cè)定，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮經(jīng)CaCl2浸提后使用流動(dòng)分析儀（AA3，Bran+Luebbe Crop，德國(guó)）測(cè)定（Houba et al.，1986），微生物量碳（MBC）與微生物量氮（MBN）于25 ℃下經(jīng)氯仿熏蒸48 h后用TOC儀（Multi N/C3100，德國(guó)）測(cè)定（Wu et al.，1990）；另一部分用于土壤室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究分析土壤有機(jī)碳的礦化特征。

1.4 土壤有機(jī)碳礦化特征指標(biāo)和參數(shù)的測(cè)算

在培養(yǎng)前期，為使土壤恢復(fù)自然狀態(tài)，隨機(jī)取相當(dāng)于60 g干土的新鮮土壤均勻置于250 mL玻璃培養(yǎng)瓶底部，于 25 ℃恒溫培養(yǎng)箱避光保存一周之后進(jìn)行土壤有機(jī)碳培養(yǎng)，之后分別在第 1、3、5、7、14、21、28、35、42、49、56、63、70、84、98、112、126、140、214、242、269、298、337、471 天時(shí)用注射器每次抽取20 mL氣體，置于氣相色譜儀（Agilent Technologies 7890B）中分析CO2濃度，在每次抽氣后將培養(yǎng)瓶放置在通風(fēng)處20 min，試驗(yàn)重復(fù)5次，并設(shè)置5個(gè)空瓶作為對(duì)照，相關(guān)采氣流程與劉德燕等（2008）一致。

土壤有機(jī)碳累計(jì)礦化量（CO2-C）采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)進(jìn)行擬合，公式為：

式中：

CP——潛在礦化勢(shì)，表示土壤潛在可礦化有機(jī)碳量（CO2-C），單位為 mg·kg-1；

C——在時(shí)間t累積土壤有機(jī)碳的礦化量（CO2-C）；

t——礦化培養(yǎng)時(shí)間，單位為d-1；

k——礦化常數(shù)，代表有機(jī)碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)速率常數(shù)（郝存抗等，2020），單位為d-1。

為進(jìn)一步探究有機(jī)碳礦化過(guò)程中不同組分碳（CO2-C）的變化情況，使用C.Allan Jones的指數(shù)加常數(shù)模型公式進(jìn)行參數(shù)擬合，該公式包含兩個(gè)主要的庫(kù)，一個(gè)是在易分解的活性碳庫(kù)，在初期礦化，另一個(gè)是惰性碳庫(kù)，分解得更慢。公式為：

其中：

CL——活性碳庫(kù)的含量（CO2-C），單位為mg·kg-1；

CR——惰性碳庫(kù)的含量（CO2-C），單位為mg·kg-1；

kR——惰性碳庫(kù)礦化常數(shù)，單位為d-1（Jones，1984；Alvarez et al.，2020）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用單因子方差分析（ANOVA）判斷不同覆蓋作物模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，并用 Excel 2019記錄測(cè)定培養(yǎng)過(guò)程中CO2釋放量數(shù)據(jù)和計(jì)算土壤礦化速率與累計(jì)土壤有機(jī)碳礦化量，并在SPSS 25.0中采用Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析。土壤有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài)采用Origin pro 2021b進(jìn)行擬合制圖，Loess變化曲線(xiàn)擬合和變異系數(shù)均采用R.1.2進(jìn)行分析制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋作物模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

不同覆蓋作物模式土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 不同覆蓋作物模式的土壤理化性質(zhì)（±SE）Table 2 Soil physical and chemical properties under different cover crop treatments (±SE)

清耕小區(qū)（C0）土壤含水率最高，隨著覆蓋作物多樣性增加，土壤含水量逐漸降低。其中，C0模式含水率與C2、C3模式差異顯著（P<0.05），但與C1模式差異不顯著。

各模式土壤銨態(tài)氮含量的相對(duì)大小為C2>C3>C1>C0，硝態(tài)氮含量為C2>C3>C0>C1，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、微生物量碳、氮均呈現(xiàn)出“駝峰”模式，即C2的微生物量碳、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量最高；C1的微生物量氮含量最高。3種種植覆蓋作物的模式土壤含水量比對(duì)照低 3.29%—13.24%（平均為8.93%），銨態(tài)氮增加了1.65%—15.72%（平均為8.65%），硝態(tài)氮增加了-6.63%—14.30%（依絕對(duì)值，平均為 7.51%），微生物量碳增加了5.26%—38.69%（平均為20.61%）、微生物量氮增加-7.47%—17.92%（依絕對(duì)值，平均為12.78%），從均值來(lái)看，覆蓋作物對(duì)表層土壤微生物量碳的影響最大，其后依次為微生物量氮、土壤含水率、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。

2.2 不同覆蓋作物模式下土壤有機(jī)碳礦化特征

為探究短時(shí)間不同種類(lèi)覆蓋作物對(duì)于茶園土壤有機(jī)碳的影響，使用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)土壤培養(yǎng)結(jié)果進(jìn)行擬合。4種覆蓋作物模式的土壤礦化速率隨培養(yǎng)時(shí)間增加均呈“先增后降”的變化模式（圖3）；在0—3 d，C2的礦化速度高于對(duì)照和其他2種覆蓋作物模式，C0在63 d、其余覆蓋作物模式均于56 d達(dá)到最高礦化速率，前者達(dá)到峰值的時(shí)間與后3者相比延遲了7 d；4種覆蓋作物模式最大礦化速率的相對(duì)大小為C1>C0>C2>C3。四者在214 d均達(dá)到了最小礦化速率。

圖3 不同覆蓋作物模式下土壤有機(jī)碳礦化速率Figure 3 Soil organic carbon mineralization rate under different cover crop models

使用單因素方差對(duì)于礦化速率和累計(jì)礦化量差異（見(jiàn)圖4）進(jìn)行分析。4種覆蓋作物模式礦化速率差異顯著（P<0.05），但累計(jì)礦化量差異不顯著。同時(shí)分別對(duì) 4種模式進(jìn)行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)C0、C1和C2、C3模式之間差異顯著（P<0.05），因此，將4種模式的礦化速率隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線(xiàn)分為2類(lèi)，一類(lèi)包括C0和C1（整體位于C2、C3上部），為在第 7—337天中礦化速率相對(duì)較大型，另一類(lèi)包括 C2與C3（整體位于下部），為礦化速率相對(duì)較小型。為探究4種模式的整體變化過(guò)程，采用Loess變化曲線(xiàn)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行平滑擬合（平滑度為0.75，見(jiàn)圖5）。

圖4 不同覆蓋作物模式下土壤有機(jī)碳累計(jì)礦化量Figure 4 Soil organic carbon cumulative mineralization under different cover crop models

圖5 4種模式Loess變化曲線(xiàn)，均采用最小二乘法計(jì)算Figure 5 Loess variation curves of the four modes, all calculated by the least square method

4種模式的礦化速率平均值分別為 C0：0.24 mg·kg-1·d-1、C1 ： 0.25 mg·kg-1·d-1、C2 ： 0.22 mg·kg-1·d-1、C3：0.20 mg·kg-1·d-1。3 種含覆蓋作物的模式礦化速率平均值比對(duì)照組低-4.17%—16.67%（依絕對(duì)值，平均值9.72%），隨著覆蓋作物種類(lèi)增多，土壤有機(jī)碳礦化速率先增后減。為探究不同模式之間礦化速率變化情況，對(duì)于Loess變化曲線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，斜率見(jiàn)表3。

表3 Loess變化曲線(xiàn)線(xiàn)性擬合斜率Table 3 Linear fitting slope of Loess change curve

在初期（1—63 d），3種含覆蓋作物的模式礦化速率比對(duì)照低 17.65%—72.06%（平均值為53.43%），隨覆蓋作物種類(lèi)增多，礦化速率變化逐漸減慢，反應(yīng)趨于溫和。在后期（63—471 d），3種含覆蓋作物的模式礦化速率比對(duì)照組低-6.56%—49.18%（依絕對(duì)值，平均值為27.87%），C1、C2、C3平均值比對(duì)照組低12.11%、49.23%、60.62%（依絕對(duì)值），表明隨覆蓋作物多樣性的增加，礦化速率趨于“溫和”。

變異系數(shù)隨時(shí)間變化見(jiàn)圖6。變異系數(shù)在21 d達(dá)到最大值，為25.56%，之后先減后增，表明4種模式之間的礦化差異逐漸減小，至培養(yǎng)的471 d時(shí)，變異系數(shù)為4.72%。整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程平均變異系數(shù)為12.63%。在1—63 d，平均變異系數(shù)為16.85%，比整個(gè)過(guò)程平均變異系數(shù)高33.41%；70—471 d，平均變異系數(shù)為8.41%，比整個(gè)過(guò)程平均變異系數(shù)低33.41%；表明在培養(yǎng)的前期，4種覆蓋作物礦化速率差異較大，后期差異較小。

圖6 4種模式變異系數(shù)變化Figure 6 Changes in the coefficient of variation of the four models

4種模式使用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合參數(shù)見(jiàn)表4，擬合優(yōu)度r2均大于0.99，隨著覆蓋作物種植多樣性的增加，土壤潛在可礦化量增多，周轉(zhuǎn)周期減小，CP/k表示碳礦化的強(qiáng)弱，即CP/k越大，礦化作用越強(qiáng)，其變化先減后增。

表4 土壤有機(jī)碳礦化的一級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（±SE）Table 4 Parameters of the first-order kinetics for the soil organic carbon mineralization (±SE)

4種不同覆蓋模式使用C.Allan Jones公式的擬合參數(shù)見(jiàn)表5，擬合優(yōu)度r2均大于0.99。4種模式均為負(fù)值，表明初始礦化出現(xiàn)滯后（Ellert et al.，1988），但隨覆蓋作物多樣性的增加，滯后現(xiàn)象先增后減，至C2滯后現(xiàn)象最小。而惰性碳庫(kù)不斷增加，其周轉(zhuǎn)周期先增后減。

表5 土壤有機(jī)碳礦化的指數(shù)加常數(shù)模型的擬合參數(shù)（±SE）Table 5 Fitting parameters of exponential plus a constant model of soil organic carbon mineralization (±SE)

2.3 土壤有機(jī)碳礦化特征與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

由表 6，CP與土壤含水率呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。k與土壤含水率呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與kR呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為0.99。土壤活性碳庫(kù)CL與CP、CR呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，與kR呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。CR與CP呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），與kR、k呈現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。土壤的含水率與kR呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），與CR呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05），與CP呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.954，硝態(tài)氮含量與CL呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），其相關(guān)系數(shù)為0.958。

表6 土壤有機(jī)碳礦化特征與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性Table 6 Correlation between soil organic carbon mineralization characteristics and soil physical and chemical properties

3 討論

3.1 覆蓋作物對(duì)茶園土壤理化性質(zhì)的影響

在C0處理中，土壤中養(yǎng)分含量較低，在種植覆蓋作物后，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量相較于對(duì)照組平均增加8.65%、3.1%，微生物量碳、氮平均增加20.60%、7.8%，使得土壤理化性狀也得到提升。有研究表明，種植覆蓋作物首先能夠增加蒸騰作用，通過(guò)減少土壤含水量而減少NO3--N淋溶，從而起到固定氮的效果（Weinert et al.，2002；Quemada et al.，2013），另外種植覆蓋作物在土地上增加了生物量，水分利用效率提高，作物氮吸收增加，也減少了NO3--N流失（Vázquez et al.，2005）。另外，有研究表明，覆蓋作物能夠?qū)⒔咏缺鹊奶嫉峙渲恋厣虾偷叵虏糠郑―e Notaris et al.，2020），進(jìn)入地下后被微生物所利用可增加土壤酶活性（周麗霞等，2007）；已有研究表明果園種植覆蓋作物每年固定氮素相當(dāng)于化肥施用氮的 27%—30%的回收率（Ovalle et al.，2010）。

隨覆蓋作物種類(lèi)增加，本研究中表層土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、微生物量碳、氮均先增后減。除微生物量氮以外，其余均在C2取得最大值，并與其他模式差異顯著，這與王明亮等（2020a）、王明亮，（2020）的研究結(jié)論相一致。在C2模式中一年生和多年生禾本科和豆科植物相互搭配，在多年生植物生長(zhǎng)之時(shí)，一年生植物在死亡后進(jìn)入土壤進(jìn)而促進(jìn)微生物活動(dòng)，可進(jìn)一步改善土壤條件。與C1相比，C2多播種了一種禾本科（早熟禾）和多年生豆科作物（紅三葉），紅三葉相對(duì)于白三葉生長(zhǎng)速度更快，生物量更大，氮捕獲能力強(qiáng)，因此有利于自身和其他覆蓋作物的生長(zhǎng)。C3中白三葉對(duì)波斯菊有化感抑制作用（馮益民等，2018），能限制波斯菊生長(zhǎng)，同時(shí)菊科內(nèi)存在對(duì)遠(yuǎn)緣科植物的抑制作用（Kil et al.，1987），可能會(huì)抑制其他覆蓋作物的生長(zhǎng)。

3.2 覆蓋作物多樣性對(duì)茶園土壤有機(jī)碳礦化特征的影響

在471 d培養(yǎng)過(guò)程中，4種模式土壤有機(jī)碳礦化速率均隨時(shí)間呈“先增后降”的變化。與其他研究在培養(yǎng)剛開(kāi)始時(shí)礦化速率最大所不同的是，在本研究中出現(xiàn)了初始礦化作用滯后的現(xiàn)象（Ellert et al.，1988）：除C0在63 d達(dá)到最大值外，其余均在56 d達(dá)到最大值，這可能與微生物采取的適應(yīng)策略相關(guān)，培養(yǎng)初期微生物進(jìn)行了重組或適應(yīng)（Brunner et al.，1984），在培養(yǎng)開(kāi)始，一部分土壤有機(jī)質(zhì)被僅能分解新鮮有機(jī)物的r-策略者所分解，在此過(guò)程中r-策略者釋放出細(xì)胞外酶，初始r-策略者數(shù)量增長(zhǎng)，在新鮮有機(jī)物分解的最后階段，K-策略者對(duì)于聚合有機(jī)物進(jìn)行解聚，并在此過(guò)程中釋放有機(jī)質(zhì)分解酶，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解（Fontaine et al.，2003），導(dǎo)致最大礦化速率滯后，這可能是本研究培養(yǎng)過(guò)程中礦化速率在前期先減后增至最大值，之后減小的原因。

4種模式整個(gè)過(guò)程平均礦化速率相對(duì)大小為C1>C0>C2>C3，差異顯著（P<0.05），但累計(jì)礦化量差異并不顯著。在初期（1—63 d）及后期（63—471 d），4種模式平均礦化速率表現(xiàn)為C1>C0>C2>C3，初期4種模式的平均礦化速率較后期高30.30%。在初期，可能是由于土壤中包含覆蓋作物和茶樹(shù)根系分泌物及各種凋落物等易分解的物質(zhì)，加之初始N、P、K濃度較高，使得微生物活性逐漸增加（劉義平，2011；徐陽(yáng)春等，2002），礦化速度較快（郭劍芬等，2006），出現(xiàn)了礦化速率最大值，這也可能是3種含覆蓋作物的模式最大值提前7 d的原因。在消耗完最初的易分解化合物之后，微生物開(kāi)始緩慢分解根系木質(zhì)素，導(dǎo)致后期土壤有機(jī)碳的礦化速率下降（Li et al.，2020），反應(yīng)趨于平緩。在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)C0、C1在第7—337天礦化速率相對(duì)較大，整體位于 C2、C3上部，C2、C3相對(duì)較小，位于下部，C0、C1與C2、C3之間差異顯著（P<0.05），表明隨覆蓋作物種類(lèi)增多，礦化反應(yīng)越“溫和”。

隨覆蓋作物種植種類(lèi)的增加，潛在礦化勢(shì)先減后增，礦化作用不斷增強(qiáng)，這可能與覆蓋作物植物根系對(duì)于養(yǎng)分及微生物量的富集效應(yīng)有關(guān)。菊科優(yōu)于豆科，其次是禾本科（楊陽(yáng)等，2015），本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨覆蓋作物多樣性增加，土壤有機(jī)碳的固存能力也在增強(qiáng)，表現(xiàn)為惰性碳庫(kù)含量不斷增加，這可能與C3含有更多種類(lèi)的禾本科和菊科植物有關(guān)。高纖維素使其更易固存（Redin et al.，2014），同時(shí)禾本科植物發(fā)達(dá)的根系，能夠固存土壤中活性碳及總碳含量（Rosolem et al.，2016）。這與汪洋等（2020）的2種覆蓋作物礦化作用最強(qiáng)結(jié)果不同，本研究中隨著覆蓋作物種類(lèi)增多，礦化作用增強(qiáng)，即 8種覆蓋作物礦化作用最強(qiáng)，這可能與土壤深度及培養(yǎng)周期差異所致。

淺層土壤與覆蓋作物植物根系作用頻繁，更易接受覆蓋作物物質(zhì)投入，相比之下，深層土壤理化性質(zhì)變化及土壤有機(jī)碳固存更為緩慢（表7），因此本試驗(yàn)選取 0—30 cm表層土壤，但有研究表明微生物活性可能受底層土壤氮、磷的控制（Meyer et al.，2008），未來(lái)還應(yīng)開(kāi)展更深層（1 m土壤剖面）的土壤有機(jī)碳礦化及微生物活性變化動(dòng)態(tài)研究，以便更準(zhǔn)確全面的分析覆蓋作物對(duì)茶園土壤固碳減排的影響。

表7 覆蓋作物對(duì)土壤有機(jī)碳影響的效果Table 7 Effects of cover crops on soil organic carbon

4 結(jié)論

（1）在本試驗(yàn)中，隨覆蓋作物多樣性的增加，表層土壤（0—30 cm）銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、微生物量碳、微生物量氮含量先增后減，除微生物量氮外，其余均在C2出現(xiàn)最大值，表明過(guò)度增加覆蓋作物多樣性并不能起到更好改善土壤理化性質(zhì)的效果。

（2）在試驗(yàn)中4種模式均出現(xiàn)了表層土壤礦化滯后現(xiàn)象，C0在63 d達(dá)到最高礦化速率，其他模式均在56 d達(dá)到最高礦化速率。

（3）在短時(shí)間內(nèi)，隨覆蓋作物多樣性的增加，該坡地茶園表層土壤惰性有機(jī)碳含量增加，但礦化作用在增強(qiáng)。

（4）在本試驗(yàn)中，C2能夠顯著改善表層土壤理化性質(zhì)，同時(shí)也能夠在一定程度上促進(jìn)表層土壤有機(jī)碳固存，為該坡地茶園最佳的覆蓋作物方案，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，若既需增加土壤有機(jī)碳含量又需實(shí)現(xiàn)土壤性質(zhì)的改良，可適當(dāng)設(shè)置一定的覆蓋作物種植種類(lèi)，以增加土壤惰性碳庫(kù)含量，進(jìn)而最大程度地改善土壤養(yǎng)分并實(shí)現(xiàn)固碳減排的目的。