黃色石灰土不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)溫度的響應(yīng)

江家彬 楊芳 王小利 段建軍

摘 要：石灰?guī)r（CaCO3）發(fā)育是西南喀斯特地貌的主要成因，且石灰?guī)r發(fā)育而成的石灰土對(duì)全球溫室氣體的排放產(chǎn)生了巨大的影響，但石灰土不同粒徑團(tuán)聚體中的有機(jī)碳在不同溫度下的礦化特征尚不清楚。因此，本研究通過(guò)室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)合濕篩法和堿液吸收法探究了15℃、25℃和35℃下黃色石灰土>0.25mm、0.053～0.25mm、0.002～0.053mm和<0.002mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化特征。結(jié)果表明：隨團(tuán)聚體粒徑降低，土壤有機(jī)碳含量逐漸降低（P<0.05），其中，>0.25mm有機(jī)碳含量為15.67g/kg，<0.002mm有機(jī)碳含量為0.59g/kg;在培養(yǎng)的第1天，三種溫度下各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率均達(dá)到峰值，隨后快速下降并逐漸趨于穩(wěn)定;且0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化速率（14.37～31.99mg/（kg·d））和累積礦化量（100.67～223.92g/kg）最大，是最低的<0.002mm粒徑團(tuán)聚體的1.01～1.28倍;各粒徑團(tuán)聚體可礦化有機(jī)碳比例分別為：>0.25mm（0.41%～0.91%）、0.053～0.25mm（0.42%～0.93%）、0.002～0.053mm（0.44%～0.79%）和<0.002mm（0.41%～0.73%）（P<0.05）。其次，在低溫（15℃）下升溫，0.053～0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳Q10值（1.56）最大，而常溫（25℃）下升溫，則是>0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳Q10值最大（1.68）;且0.053～0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的潛在可礦化量C0（111.62～239.59mg/kg）及礦化速率常數(shù)K（0.41～0.44）均大于其余各粒徑團(tuán)聚體。綜上所述，黃色石灰土0.053～0.25mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)升溫的響應(yīng)強(qiáng)烈，>0.25mm和0.002～0.053mm粒徑團(tuán)聚體次之，而<0.002mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)升溫響應(yīng)最弱;固碳能力依次為：（<0.002mm）>（0.002～0.053mm）>（>0.25mm）>（0.053～0.25mm）。

關(guān)鍵詞：黃色石灰土;固碳潛力;不同粒徑團(tuán)聚體;有機(jī)碳礦化;溫度敏感性

Abstract：The development of limestone （CaCO3） is the main cause of karst landform in Southwest China， and the limestone soil has a great impact on the global greenhouse gas emissions， but the mineralization characteristics of organic carbon in different size aggregates of limestone soil at different temperatures are not clear. Therefore， this study used indoor simulated cultivation experiments combined with wet sieve method and lye absorption method to explore the mineralization characteristics of organic carbon in mm-sized aggregates， including limestone> 0.25 mm， 0.053 mm ～ 0.25 mm， 0.002 mm ～ 0.053 mm and <0.002 at 15 ℃， 25 ℃ and 35 ℃. The results showed that as the aggregate size decreased， the soil organic carbon content gradually decreased （P <0.05）， where> 0.25 mm organic carbon content was 15.67 g/kg and <0.002 mm organic carbon content was 0.59 g/kg; on the first day of culture， the mineralization rate of organic carbon in aggregates with different particle sizes reached the peak under three temperatures， then rapidly decreased and gradually stabilized; the mineralization rate （14.37-31.99 mg/（kg·d）） and cumulative mineralization amount （100.67-223.92 g/kg） of 0.053 mm ～ 0.25 mm aggregates were the highest， which were 1.01 ～ 1.28 times of the lowest < 0.002 mm aggregates;the proportions of mineralizable organic carbon of each particle size aggregate were：> 0.25 mm （0.41% ～ 0.91%）， 0.053 mm ～ 0.25 mm （0.42% ～ 0.93%）， 0.002 mm ～ 0.053 mm （0.44% ～ 0.79%） and <0.002 mm （0.41% ～ 0.73%） （P <0.05）. Secondly， when the temperature was raised at low temperature （15℃）， the Q10 value （1.56） of the organic carbon of the aggregates from 0.053 mm to 0.25 mm was the largest， while at room temperature （25℃）， the Q10 value of the organic carbon of the aggregates of > 0.25 mm was the largest （1.68 ）; the potential mineralizable amount C0 （111.62 ～ 239.59 mg/kg） and the mineralization rate constant K （0.41～ 0.44） of the organic carbon in the aggregates of 0.053 mm to 0.25 mm were larger than those of the other aggregates. In summary， the mineralization of 0.053 mm ～ 0.25 mm agglomerates organic carbon in yellow limestone responded strongly to temperature rise， followed by> 0.25 mm and 0.002 mm ～ 0.053 mm agglomerates， and <0.002 mm agglomerates organic carbon mineralization. The organic carbon mineralization of aggregates <0.002 mm has the weakest response to heating. The carbon-fixing capacity was： （<0.002 mm）>（0.002 mm ～ 0.053 mm）>（> 0.25 mm）>（0.053 mm ～ 0.25 mm）.

Keywords：yellow lime soil;aggregates with different particle sizes; mineralization of organic carbon; carbon sequestration potential; temperature sensitivity

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，在1 m深土層中約有2500億噸碳[1]，其細(xì)微變化足以對(duì)局部地區(qū)CO2水平產(chǎn)生巨大的影響[2]。因此，土壤固定有機(jī)碳是減緩溫室氣體（CO2、N2O等）排放的重要途徑之一[3]。在干旱和濕潤(rùn)交替等物理過(guò)程下，由土壤顆粒和有機(jī)物所形成的具有多孔結(jié)構(gòu)的土壤團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳的主要賦存場(chǎng)所[4]。在表土團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量占全土有機(jī)碳含量的90%[5]，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化主要受土壤溫度[6]、水分[7]、質(zhì)地[8]、肥力[9]以及人為措施[10]等的影響。土壤有機(jī)碳損失途徑主要是微生物介導(dǎo)的礦化過(guò)程，而溫度的高低直接影響微生物的活性，進(jìn)而影響有機(jī)碳的礦化[11]。

全土有機(jī)碳礦化是不同土壤團(tuán)聚體礦化的總體反映。研究土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳在全土有機(jī)碳礦化中的貢獻(xiàn)，對(duì)進(jìn)一步探究土壤碳循環(huán)過(guò)程具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于不同土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化已有較多報(bào)道：其研究結(jié)果均表現(xiàn)為增溫能促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化，但其具體效果受增溫方式、生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型以及增溫時(shí)間等的影響而存在差異[12]。郭振等[13]研究發(fā)現(xiàn)，常溫下（25℃）各粒徑土壤團(tuán)聚體固碳潛力分別為：（>0.25mm）>（<0.002mm）>（0.053～0.25mm）>（0.002～0.053mm）;楊芳等[14]卻發(fā)現(xiàn)0.002～0.053mm的固碳潛力大于0.053～0.25mm。劉晶等[15]發(fā)現(xiàn)土壤團(tuán)聚體可礦化有機(jī)碳分配比例隨粒徑減小而變大，大顆粒團(tuán)聚固碳能力強(qiáng)于小團(tuán)聚體。Semenov等[16]研究發(fā)現(xiàn)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳潛在可礦化量最高的是粒徑為0.25～2mm的團(tuán)聚體。陳曉芬等[17]發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳含量是影響團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的主要因素，大團(tuán)聚體在土壤有機(jī)碳礦化過(guò)程中起著主導(dǎo)作用。

我國(guó)南方地區(qū)喀斯特地貌較為發(fā)育，對(duì)全球溫室氣體的排放產(chǎn)生了巨大的影響，在一定程度上加速了溫室效應(yīng)的進(jìn)程。而貴州省作為我國(guó)喀斯特地貌最為發(fā)育的地區(qū)之一，其占比達(dá)到全省面積的62%，對(duì)其的研究有助于了解喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)碳排放及固定機(jī)制。因此，本試驗(yàn)以貴州省喀斯特地區(qū)典型黃色石灰土為研究對(duì)象，采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)，結(jié)合濕篩法和堿液吸收法，并運(yùn)用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)黃色石灰土不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量進(jìn)行擬合，揭示不同溫度下各粒徑土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化規(guī)律，以期為預(yù)測(cè)喀斯特地區(qū)土壤碳庫(kù)平衡提供一定的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

研究區(qū)位于貴州省普定縣典型喀斯特區(qū)域（N 26°26′36″，E 105°27′49″），該地長(zhǎng)期處于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，季風(fēng)交替明顯，氣候溫和。供試土壤采集于該地多年種植小麥的旱地土壤。于2017年8月采用五點(diǎn)取樣法采集表層土壤（0～20cm）樣品共20kg。帶回室內(nèi)經(jīng)人工剔除>10mm的植物殘?bào)w和石塊后，置于陰涼干燥處自然風(fēng)干，經(jīng)磨碎后過(guò)2mm篩放入密閉的保鮮袋中備用。其中一部用于濕篩法分組和室內(nèi)培養(yǎng)，另一部分分別過(guò)0.149mm、0.25mm和1mm篩測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。供試土壤的基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)42.28g/kg、全氮1.94g/kg、堿解氮169.32mg/kg、全磷0.67g/kg、速效磷2.26mg/kg、全鉀10.41g/kg、有效性鉀127.25mg/kg、pH7.71。

1.2 不同粒徑團(tuán)聚體的篩分

采用濕篩法[18]對(duì)土壤樣品進(jìn)行篩分，直至篩分出足量各粒徑團(tuán)聚體。具體步驟：稱(chēng)取過(guò)2mm篩子的風(fēng)干土20.00g，置于微團(tuán)聚體分離器中（上層篩子孔徑為0.25mm、下層篩子孔徑為0.053mm）。用蒸餾水浸泡20min， 團(tuán)聚體的分離通過(guò)上下移動(dòng)篩子20min（頻率為25次/分鐘），擺幅為4cm。篩分結(jié)束后靜置30min。上層篩中為>0.25mm團(tuán)聚體，下層篩中為0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體，余下的懸液置于離心機(jī)中在900rpm下離心7min，位于底部的固體部分為0.002mm～0.053mm團(tuán)聚體;然后將余下的上清液再次在3200rpm下離心15min，底部的固體部分為<0.002mm團(tuán)聚體。最后將得出的各個(gè)組分團(tuán)聚體無(wú)損地轉(zhuǎn)移到鋁盒中，在60℃下烘干稱(chēng)重，并用于有機(jī)碳的礦化培養(yǎng)試驗(yàn)。在20.00g原土中>0.25mm、0.053mm～0.25mm、0.002mm～0.053mm和<0.002mm粒徑的團(tuán)聚體質(zhì)量、有機(jī)碳含量、土壤回收率和各組分變異系數(shù)如表1所示;篩分結(jié)果和過(guò)程的可靠性和重現(xiàn)性良好。

1.3 土壤有機(jī)碳礦化培養(yǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)共設(shè)置>0.25mm、0.053～0.25mm、0.002～0.053mm和<0.002mm 粒徑的團(tuán)聚體4個(gè)處理，并設(shè)置無(wú)土對(duì)照作為空白，對(duì)照和每個(gè)處理均重復(fù)3次。具體試驗(yàn)步驟為：將>0.25mm、0.053～0.25mm、0.002～0.053mm和<0.002mm團(tuán)聚體按其對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別稱(chēng)取11.04g、5.14g、2.79和0.41g置于50mL燒杯中，用蒸餾水調(diào)節(jié)至田間持水量的70 %，將燒杯放于1L密閉的廣口瓶中，在25℃黑暗條件下預(yù)培養(yǎng)24h。預(yù)培養(yǎng)結(jié)束后，在每個(gè)廣口瓶中放入盛有10mL0.1mol/LNaOH溶液的小燒杯。分別在15℃、25℃和35℃黑暗條件下培養(yǎng)一周，并在培養(yǎng)第1d、2d、3d、4d、5d、6d和7d時(shí)將盛有10mL0.1mol/LNaOH溶液的燒杯取出，并立即加入2mL1mol/L的BaCl2溶液和2滴酚酞指示劑，用0.1mol/L的HCl滴定剩下未被消耗的NaOH，從而通過(guò)消耗的HCl量來(lái)計(jì)算CO2礦化量。每次測(cè)定結(jié)束后，采用稱(chēng)重法補(bǔ)充燒杯中的水分至初始質(zhì)量，通氣30min，再次更換盛有10mL 0.1mol/L NaOH溶液的燒杯，繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)一周（7d）。

1.4 測(cè)定方法

土壤pH采用蒸餾水進(jìn)行浸提（水土比2.5：1）后用pH（Mettler-toledo 320）計(jì)測(cè)定;土壤全氮（TN）、有機(jī)碳 （SOC）采用碳氮元素分析儀測(cè)定; 土壤堿解氮采用流動(dòng)注射儀 （Fiastar5000） 測(cè)定; 土壤全磷 （TP） 、速效磷 （Olsen-P）分別采用NaOH熔融法、0.5mol/L NaHCO3溶液進(jìn)行提取，用鉬銻抗比色-紫外分光光度計(jì) （UV-2450， 日本） 測(cè)定; 全鉀和有效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[19]。

有機(jī)碳礦化量（mg/kg）：CHCL×（V0–V1）×22/0.03;其中CHCL表示鹽酸的濃度（mol/L），V0為空白所消耗的鹽酸量（mL），V1為各處理所消耗的鹽酸量（mL）。

有機(jī)碳礦化速率[mg/（kg·d）]：培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)有機(jī)碳的礦化量培養(yǎng)時(shí)間;不同粒徑土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化率=培養(yǎng)期間釋放的CO2總量/總的有機(jī)碳含量×100%;有機(jī)碳累積礦化量的計(jì)算為從培養(yǎng)的第一天起至某一天時(shí)有機(jī)碳總的礦化量。采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合：Ct=C0（1-e-kt）;式中Ct為經(jīng)t時(shí)間后有機(jī)碳的碳累積礦化量（g/kg）;C0為有機(jī)碳潛在的礦化量（g/kg）;K為有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率常數(shù)（d-1），t為培養(yǎng)時(shí)間（d），半周轉(zhuǎn)期（T1/2）=ln2/k;土壤有機(jī)碳礦化的溫度敏感性系數(shù)Q10：Q10=Rt+10/Rt;其中Rt和Rt+10表示溫度為t和t+10時(shí)有機(jī)碳的礦化速率。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用 SPASS19.0進(jìn)行方差分析和多重比較（P<0.05）;用 Origin8.0進(jìn)行一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)擬合和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化

各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳在不同溫度下（15℃、25℃和35℃）的礦化速率如圖1所示。土壤有機(jī)碳礦化速率均在培養(yǎng)的第一天達(dá)到最大值，且隨培養(yǎng)時(shí)間的增加逐漸降低，均表現(xiàn)為前期快速下降，后期緩慢降低，最終各團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率逐漸趨于同一水平。且各組分有機(jī)碳礦化速率均表現(xiàn)為隨著溫度的升高而升高，即V35℃>V25℃>V15℃。15℃條件下，各團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率均較低;在培養(yǎng)的第1天，0.002～0.053mm粒徑團(tuán)聚體礦化速率最高為40.43mg/（kg·d），是礦化速率最低的0.053～0.25mm粒徑團(tuán)聚體的1.25倍。在25℃培養(yǎng)時(shí)，各團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率較15℃時(shí)有較大的提升;在培養(yǎng)的第1天，0.053～0.25mm粒徑團(tuán)聚體的礦化速率最高為58.92mg/（kg·d），是礦化速率最低的>0.25mm粒徑團(tuán)聚體的1.62倍。在35℃培養(yǎng)時(shí)，各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率均達(dá)到最大值;在培養(yǎng)的第1天，0.053～0.25mm粒徑團(tuán)聚體的礦化速率最高為74.53mg/（kg·d），是礦化速率最低的0.002～0.053mm粒徑團(tuán)聚體的1.48倍。

土壤有機(jī)碳累積礦化量是表征土壤有機(jī)碳潛在可礦化量的重要指標(biāo)，有助于評(píng)價(jià)土壤的固碳潛力。如圖2所示，15℃條件下，各粒徑的團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量無(wú)明顯差異（98.94～106.23）mg/kg;25℃條件下，0.053mm～0.25mm和0.002mm～0.053mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量高于其他團(tuán)聚體，其中有機(jī)碳累積礦化量最高的0.053mm～0.25mm粒徑的團(tuán)聚體為157.38mg/kg，是有機(jī)碳累積礦化量最低的>0.25mm粒徑團(tuán)聚體的1.21倍;35℃條件下，0.053mm～0.25mm和>0.25mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量高于其他團(tuán)聚體，有機(jī)碳累積礦化量最高的0.053mm～0.25mm粒徑團(tuán)聚體（223.92mg/kg）是有機(jī)碳累積礦化量最低的<0.002mm粒徑團(tuán)聚體的1.28倍。整體上看，礦化速率與累積礦化量相似，均隨著溫度的升高而增加;其中0.053mm～0.25mm粒徑的團(tuán)聚體有機(jī)碳累積礦化量高于其他組分團(tuán)聚體。

土壤有機(jī)碳礦化是土壤中不同團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的總體表現(xiàn)，探究不同粒徑團(tuán)聚體可礦化有機(jī)碳比例有助于揭示土壤有機(jī)碳礦化和固定的內(nèi)在機(jī)制。如圖3所示，3種溫度下>0.25mm、0.053mm～0.25mm、0.002mm～0.053mm和<0.002mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化率分別為：0.41%～0.91%、0.42%～0.93%、0.44%～0.79%和0.41%～0.73%。不同溫度下，各團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化率呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，表現(xiàn)為與溫度成正比，而與土壤團(tuán)聚體粒徑和有機(jī)碳含量成反比，且各組分間均呈現(xiàn)出顯著性差異（P<0.05）。

2.2 不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的溫度敏感性（Q10）及其參數(shù)的變化

如圖4所示，在低溫下（15℃），>0.25mm、0.053mm～0.25 mm、0.002mm～0.053mm和<0.002mm粒徑團(tuán)聚體的Q10值分別為1.31、1.56、1.42和1.31。除0.002mm～0.053mm粒徑團(tuán)聚體外，Q10值最大的0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體與其余團(tuán)聚體均呈現(xiàn)顯著性差異（P <0.05），是Q10值最低的>0.25mm團(tuán)聚體的1.25倍;在常溫下（25℃），>0.25mm、0.053mm～0.25mm、0.002mm～0.053mm和<0.002mm粒徑團(tuán)聚體的Q10值分別為1.68、1.42、1.25和1.34;Q10值最大的>0.25mm團(tuán)聚體與其余團(tuán)聚體均呈現(xiàn)顯著性差異（P<0.05），是Q10值最低的0.00mm～0.053mm團(tuán)聚體的1.34倍。

不同粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳在不同溫度下累積礦化量與培養(yǎng)天數(shù)之間的動(dòng)態(tài)變化可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程〔Ct=C0（1–e-kt）〕進(jìn)行擬合（P<0.01），擬合結(jié)果的相關(guān)參數(shù)如表2所示;其中擬合的相關(guān)系數(shù)（R2）均大于或等于0.953，表明存在極顯著相關(guān)關(guān)系;15℃條件下，各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳潛在可礦化量（C0）大小為：0.002mm～0.053mm > 0.053mm～0.25mm > <0.002mm > >0.25mm。其中C0最大的0.002 mm～0.053 mm團(tuán)聚體為112.70 mg/kg，是C0最小的0.25mm團(tuán)聚體的1.08倍;在25℃和35℃培養(yǎng)時(shí)，C0最大的分別為0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體（167.84mg/kg）和>0.25mm團(tuán)聚體（257.71mg/kg），C0最小的均為<0.002mm團(tuán)聚體，分別為148.31mg/kg和194.32mg/kg。雖然各個(gè)組分的C0對(duì)溫度的響應(yīng)程度各不相同，但總體上均呈現(xiàn)出隨溫度的升高而增加的趨勢(shì)。其次，各組分有機(jī)碳礦化速率常數(shù)（k）的范圍為（0.31～0.46）/d，且k值在15℃培養(yǎng)時(shí)最大，35℃培養(yǎng)時(shí)最小，整體上表現(xiàn)為隨溫度的升高而降低;半周轉(zhuǎn)期T1/2為（1.50～2.12）/d，三種溫度下各組分團(tuán)聚體有機(jī)碳的半周轉(zhuǎn)期均較短。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同溫度下黃色石灰土各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率及礦化量的影響因素

土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量主要與研究區(qū)的氣候、土壤N沉降和土壤本身的養(yǎng)分狀況有關(guān)[20]。在本研究中，>0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量是<0.002mm團(tuán)聚體的26.56倍，土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為隨土壤粒徑的降低逐漸減少，且不同粒徑間存在顯著差異（P <0.05）。這與當(dāng)前大多數(shù)研究結(jié)果相一致[21]。其原因可能是植物凋落物、根系分必物和人為施用的有機(jī)肥等有機(jī)物質(zhì)的存在促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體的形成并使有機(jī)質(zhì)吸附或封存于大團(tuán)聚體內(nèi)，而小團(tuán)聚體由于其粒徑小、質(zhì)地松散的結(jié)構(gòu)，對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸附能力差[22]，因此，土壤有機(jī)碳主要存在于粒徑較大的團(tuán)聚體中。

土壤有機(jī)碳在微生物作用下礦化分解釋放出CO2，是土壤碳庫(kù)系統(tǒng)主要的碳輸出途徑，也是碳循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一[23]。土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量和溫度往往與微生物活性密切相關(guān)，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的礦化[24]。在本研究中，隨著溫度的升高各組分團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化速率和累積礦化量均顯著增加，這與大多數(shù)的研究結(jié)果相似[25]。這是由于在培養(yǎng)初期大量易利用有機(jī)碳被微生物快速分解和礦化;至培養(yǎng)后期，易利用有機(jī)碳逐漸減少，剩下的多為緩惰性碳庫(kù)，微生物對(duì)有機(jī)碳的利用效率減弱[26];因此，在培養(yǎng)過(guò)程中表現(xiàn)為前期分解迅速，后期分解緩慢。而升溫則通過(guò)提高微生物的活性來(lái)促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化，特別是對(duì)0.053mm～0.25mm以及>0.25mm粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化的影響最為強(qiáng)烈。一方面，這可能與>0.25mm和0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體中較高的有機(jī)碳含量有關(guān)[27]。另一方面，>0.25mm和0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體中較強(qiáng)的有機(jī)碳活性[28]和較弱的氧化穩(wěn)定性[29]為微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供能量[30]，進(jìn)而促進(jìn)了有機(jī)碳的分解礦化;此外，一定溫度范圍內(nèi)，升溫使得參與有機(jī)質(zhì)分解的土壤酶活性的增強(qiáng)[31]也促進(jìn)了有機(jī)碳的分解礦化。因此，在適宜范圍內(nèi)升溫有助于土壤有機(jī)碳礦化速率和累積礦化量的提高，特別是對(duì)>0.25mm和0.053mm～0.25mm等粒徑較大的團(tuán)聚體有機(jī)碳影響強(qiáng)烈。

3.2 各粒徑團(tuán)聚體可礦化有機(jī)碳比例及溫度敏感性的影響因素

土壤團(tuán)聚體可礦化有機(jī)碳比例與土壤總有機(jī)碳和易利用有機(jī)碳含量有關(guān)[32]。在本研究中，土壤團(tuán)聚體可礦化有機(jī)碳比例與有機(jī)碳含量表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，有機(jī)碳可礦化比例最高的>0.25mm團(tuán)聚體是有機(jī)碳可礦化比例最低的<0.002mm團(tuán)聚體的25.44～32.03倍，表現(xiàn)為隨著團(tuán)聚體粒徑的減小有機(jī)碳可礦化比例逐漸降低;這與郝瑞軍等[33]的研究結(jié)果一致。這一方面可能是由于大顆粒團(tuán)聚體有機(jī)碳含量較高，其累計(jì)礦化量和礦化速率較大[34]，礦化釋放出的CO2多;另一方面則是由于大顆粒團(tuán)聚體中含有大量的活性有機(jī)碳，易受到溫度的影響，從而釋放出大量的CO2;因此在全土有機(jī)碳礦化中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。進(jìn)一步證實(shí)土壤中大顆粒團(tuán)聚體是有機(jī)碳的主要載體[35]。

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，相較于各組分團(tuán)聚體，在低溫下升溫更有助于0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化，固碳潛力較其他團(tuán)聚體低;而在常溫下升溫則更有利于>0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化，固碳潛力較其他團(tuán)聚體低。理論上，當(dāng)土壤有機(jī)碳含量高、有機(jī)碳礦化速率快時(shí)，有機(jī)碳礦化的Q10值越低。但有研究發(fā)現(xiàn)Q10值與土壤有機(jī)碳及其組分（主要是活性有機(jī)碳）呈正相關(guān)關(guān)系[36]。而土壤大顆粒團(tuán)聚體中較高的總有機(jī)碳及活性有機(jī)碳含量[22-23]，也在一定程度解釋了本研究中>0.25mm和0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體較高的Q10值。

3.3 不同溫度下各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化參數(shù)的變化

三種溫度下，原土有機(jī)碳潛在可礦化量（C0）均低于其余各粒級(jí)團(tuán)聚體;在15℃培養(yǎng)時(shí)，0.002mm～0.053mm和0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳潛在可礦化量（C0）較其余團(tuán)聚體大;在25℃和35℃培養(yǎng)時(shí)，則表現(xiàn)為0.053mm～0.25mm和>0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳潛在可礦化量（C0）大。整體上表現(xiàn)為隨著溫度的升高，各組分團(tuán)聚體有機(jī)碳潛在可礦化量（C0）均增加，且粒徑大的團(tuán)聚體（>0.053mm）有機(jī)碳潛在可礦化量（C0）大于粒徑小的團(tuán)聚體（<0.053mm）。這與李瑋[37]在茶園土壤得出的結(jié)果一致，這主要是由于大顆粒團(tuán)聚體中含有微生物所需的大量碳源和營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而提高了較大顆粒團(tuán)聚體中CO2的釋放量和潛在可礦化有機(jī)碳量。但張薇[38]對(duì)水稻土的研究中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類(lèi)似規(guī)律。表明土壤團(tuán)聚體潛在可礦化量可能與土壤類(lèi)型有關(guān)。

土壤有機(jī)碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)速率常數(shù)（k）受多種環(huán)境因子共同影響。在本研究中整體表現(xiàn)為隨溫度的升高而降低的趨勢(shì)。在15℃下，0.002mm～0.053mm團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率常數(shù)（k）最大，而在25℃和35℃下則是0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體最大。這可能是由于不同粒徑團(tuán)聚體受到溫度的影響，其吸附的營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)碳含量或是其物理結(jié)構(gòu)存在差異所導(dǎo)致[39]。

升溫能極大地促進(jìn)黃色石灰土各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳的礦化;其中，0.053mm～0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)升溫的響應(yīng)強(qiáng)烈，>0.25mm和0.002mm～0.053mm團(tuán)聚體次之;而和<0.002mm團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化對(duì)升溫響應(yīng)弱，固碳能力依次為：<0.002mm>0.002mm～0.053mm>>0.25mm>0.053mm～0.25mm。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] LAL R .Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security.[J].Science，2004，304（5677）：1623-7.

[2] BARGER N N ARCHER S R CAMPBELL J L et al. Woody plant proliferation in North American drylands： A synthesisof impacts on ecosystem carbon balance[J].Journal of geophysical research biogeoences，2015，116，G00K07.

[3] WATSON， R T， NOBLE， I R， BOLIN， B， et al. Land use， land-use change and forestry： a special report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.[M].Cambridge：Cambridge Unoversty Press，2000.

[4] 于法展，張茜，張忠啟，等.廬山不同森林植被對(duì)土壤團(tuán)聚體及其有機(jī)碳分布的影響[J].水土保持研究，2016，23（6）：15-19.

[5] 張國(guó)，曹志平，胡嬋娟.土壤有機(jī)碳分組方法及其在農(nóng)用生態(tài)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（7）：1921-1930.

[6] 孫筱璐，唐佐芯，尤業(yè)明，等.氣候和林分類(lèi)型對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響[J].廣西植物，2018，38（3）：341-351.

[7] 徐學(xué)池，黃媛，何尋陽(yáng)，等.土壤水分和溫度對(duì)西南喀斯特棕色石灰土無(wú)機(jī)碳釋放的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2019，40（4）：1965-1972.

[8] 李順姬，邱莉萍，張興昌.黃土高原土壤有機(jī)碳礦化及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（5）：1217-1226.

[9] 江春玉，劉萍，劉明，等.不同肥力紅壤水稻土根際團(tuán)聚體組成和碳氮分布動(dòng)態(tài)[J].土壤學(xué)報(bào)，2017，54（1）：138-149.

[10] 武均，蔡立群，齊鵬，等.不同耕作措施下旱作農(nóng)田土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳和全氮分布特征[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（3）：276-284.

[11] 黃錦學(xué)，熊德成，劉小飛，等.增溫對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的影響研究綜述[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（1）：12-24.

[12] BRONSON D R， GOWER S T， TANNER M， et al. Response of soil surface CO2 flux in a boreal forest to ecosystem warming[J].Global change biology，2010，14（4）：856-867.

[13] 郭振，王小利，段建軍，等.貴州黃壤性水稻土不同粒徑有機(jī)碳之間的礦化差異[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（14）：223-226，235.

[14] 楊芳，段惠敏，段建軍，等.溫度對(duì)黑色石灰土原土及不同粒徑土壤顆粒有機(jī)碳礦化的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，48（2）：68-76.

[15] 劉晶，田耀武，張巧明.豫西黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量及其礦化特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2016，30（3）：255-261.

[16] SEMENOV V M， IVANNIKOVA L A， SEMENOVA N A， et al. Organic matter mineralization in different soil aggregate fractions[J].Eurasian soil science，2010，43（2）：141-148.

[17] 陳曉芬，劉明，江春玉，等.不同施肥處理紅壤性水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（17）：3325-3334.

[18] 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：科學(xué)技術(shù)出版社，1978.

[19] 南京農(nóng)學(xué)院.土壤農(nóng)化分析[M].南京：農(nóng)業(yè)出版社，1980.

[20] TATE， K R， PARSHOTAM， A， ROSSDJ. Soil carbon storage and turnover in temperate forests and grasslands - A New Zealand perspective[J].Journal of biogeography，1995：695-700.

[21] 陳曉芬，劉明，江春玉，等.紅壤性水稻土不同粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化及其溫度敏感性[J].土壤學(xué)報(bào)，2019，56（5）：1118-1127.

[22] 吳靜，陳書(shū)濤，胡正華，等.不同溫度下的土壤微生物呼吸及其與水溶性有機(jī)碳和轉(zhuǎn)化酶的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（4）：1497-1506.

[23] 李強(qiáng)，許明祥，齊治軍，等.長(zhǎng)期施用化肥對(duì)黃土丘陵區(qū)坡地土壤物理性質(zhì)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（1）：103-109.

[24] 邱曦，呂茂奎，黃錦學(xué)，等.不同培養(yǎng)溫度下嚴(yán)重侵蝕紅壤的有機(jī)碳礦化特征[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，40（3）：236-245.

[25] 張浩，葉成龍，王益，等.云霧山草原不同深度土壤的呼吸特征及其對(duì)溫度變化的響應(yīng)[J].草業(yè)科學(xué)，2017，34（2）：224-230.

[26] 羅曉虹，王子芳，陸暢，等. 土地利用方式對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和有機(jī)碳含量的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2019，40（8）：3816-3824.

[27] 韓志卿，張電學(xué)，王秋兵，等. 不同施肥制度下褐土微團(tuán)聚體有機(jī)碳活性變化[J].水土保持學(xué)報(bào)，2008，（4）：138-142.

[28] 苗淑杰，周連仁，喬云發(fā)，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)黑土有機(jī)碳礦化和團(tuán)聚體碳分布的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2009，46（6）：1068-1075.

[29] 王彩霞，劉帥，王勇.不同保護(hù)性耕作方式對(duì)微團(tuán)聚體有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，38（5）：149-155.

[30] KIRSCHBAUM M U F . The temperature dependence of organic-matter decomposition—still a topic of debate[J].Soil biology & biochemistry，2006，38（9）：2510-2518.

[31] A meta-analysis of the response of soil respiration， net nitrogen mineralization， and aboveground plant growth to experimental ecosystem warming[J].Oecologia，2001，126（4）：543-562.

[32] 趙世偉，蘇靜，吳金水，等.子午嶺植被恢復(fù)過(guò)程中土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的變化[J].水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（3）：114-117.

[33] 郝瑞軍，李忠佩，車(chē)玉萍，等.好氣與淹水條件下水稻土各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化量[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（9）：1944-1950.

[34] 陳曉芬，李忠佩，劉明，等.不同施肥處理對(duì)紅壤水稻土團(tuán)聚體有機(jī)碳、氮分布和微生物生物量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（5）：950-960.

[35] SIERRA C A. Temperature sensitivity of organic matter decomposition in the Arrhenius equation： some theoretical considerations[J].Biogeochemistry，2012，108（1-3）：1-15.

[36] CONANT R T， RYAN M G， GREN G I， et al. Temperature and soil organic matter decomposition rates – synthesis of current knowledge and a way forward[J].Global change biology，2011，17（11）：3392-3404.

[37] 李瑋.茶園土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及其礦化特征研究[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[38] 張薇.紫色水稻土有機(jī)碳的主要影響因素研究[D].重慶：西南大學(xué)，2007.

[39] 陳吉，趙炳梓，張佳寶，等.長(zhǎng)期施肥潮土在玉米季施肥初期的有機(jī)碳礦化過(guò)程研究[J].土壤，2009，41（5）：719-725.