圖1－6　團聚體形成示意圖（據(jù)Six et al，2000）

土壤結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)土壤中許多的物理和生物過程時是主要因素（Mikha，Rice，2004），土壤團聚體是土壤的基本組成單位，他們的形成和穩(wěn)定性不僅能決定土壤的通氣性和儲水能力，而且能通過有機質(zhì)把有機碳固定保留在團聚體中（Abiven et al，2009；Mikha，Rice，2004）。圖1－6是土壤團聚體形成與破壞過程示意圖。由于存在于不同粒級團聚體中的碳，其周轉(zhuǎn)周期（turnover）差異較大，從小于一年到上千年。因此，團聚體分組和密度分組被廣泛應用于土地利用、不同植被覆蓋下的濕地土壤有機碳庫穩(wěn)定性影響的研究（Jagadamma，Lal，2010；Six et al，1998；Yang et al，2009；Zhang et al，2007；李海波等，2008）。不同粒級的團聚體具有不同的碳含量及穩(wěn)定性。保存于大團聚體的碳，具較低的碳分解速率和更長的周轉(zhuǎn)速率，因此較大團聚體（＞250μm）含量越高，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，保護碳的功能越好（Saha et al，2010；Tisdall，Oades，1982）。大團聚體的形成是微團聚體和粉—黏團聚體通過有機碳的膠結(jié)形成的（Puget et al，2000；何淑勤，鄭子成，2010）。利用13　C示蹤法證實隨著時間標記的碳從大團聚體到小團聚體進行了重新分配（Angers et al，1997；Gale et al，2000；Jastrow et al，1996；何淑勤，鄭子成，2010），由此表明微團聚體在大團聚體內(nèi)形成（Elliott，Coleman，1988；Golchin et al，1994）。大團聚體比微團聚體含更多的有機碳。由于土壤團聚體粒級和結(jié)構(gòu)的不同，導致不同粒徑團聚體的有機碳在數(shù)量上和穩(wěn)定性方面均存在一定的差異（Barrios et al，1997；Beare et al，1994；Gregorich et al，1995；何淑勤，鄭子成，2010）。影響土壤團聚體的因素都可影響土壤碳的數(shù)量和質(zhì)量（Christensen，1996；何淑勤，鄭子成，2010）。

一、土壤團聚體分離方法

有關(guān)表層樣與柱狀樣的采集方法及相關(guān)的化學測試同上，這里不再贅述。下面僅就用于團聚體分組與土壤顆粒有機質(zhì)的樣品特別要求說明如下。

在野外調(diào)查的基礎上，根據(jù)濕地植被的覆蓋率等因素選擇典型濕地生態(tài)環(huán)境類型。在各個典型樣地分別按照10．0m×10．0m樣方，在4個角各取一根30cm深度的短柱，野外分割樣品，10cm一個，將4個點相同深度的樣品做一個混樣，用自封口塑料袋封裝。同時，采用環(huán)刀法測定不同深度上的土壤容重。

將采集的土樣迅速帶回實驗室，各取30g土壤測定含水量，部分在室內(nèi)風干，其余置于冰箱保存。用手輕輕地弄碎土壤，過8mm篩，土壤風干的過程中時常翻動，并將較大的殘茬和根去除。將風干土充分混合并取出部分（約10g）用于測定總碳、氮、有機碳及有效態(tài)提取液，其余在室溫下保存，用于團聚體和密度分組。

獲得符合要求的樣品后，團聚體分離方法如下。

（1）土壤團聚體的分組：采用濕篩法（Six et al，1998）。

團聚體分離的具體方法步驟見圖1－7，即逐級通過2000μm、250μm和53μm的篩，獲得4個粒級的團聚體：①＞2000μm（粗大團聚體）；②250～2000μm（細大團聚體）；③53～250μm（微團聚體）；④＜53μm（粉—黏團聚體）。具體操作為：室溫下，稱取風干土壤50g，置于2000μm的篩上，在去離子水中浸潤5min，目的是破壞不穩(wěn)定的團聚體；然后以50次/2min的頻率在去離子水中手動振蕩2min，上下振幅為3cm，將篩上的團聚體沖洗到燒杯中，通過篩的泥土混合物再依次通過250μm、53μm的分樣篩，重復以上操作。將裝有各級團聚體的燒杯在50℃條件下烘干，稱重，計算得到各級團聚體的質(zhì)量分數(shù)，然后將各組分的樣品保存于干燥器中用于密度分組。

（2）土壤顆粒有機質(zhì)的分離：采用密度分離法（Six et al，1998）。

分離自由輕組、包裹態(tài)顆粒有機質(zhì)和礦物結(jié)合態(tài)有機質(zhì)流程見圖1－7。團聚體分組后，將250～2000μm和53～250μm粒級團聚體進行密度分組前，放入105℃烘箱中烘干過夜，放入干燥器中冷卻至室溫。分別稱取各粒級團聚體樣品5g，倒于事先已加入35mL　1．85g/cm3多鎢酸鈉的離心管，將蓋有塑料蓋的離心管輕輕地上下顛倒5次，避免破壞團聚體，殘留在瓶蓋和管壁的物質(zhì)用10mL多鎢酸鈉溶液沖入懸浮液中，懸浮液平衡30min，室溫下離心（2000r/min）30min（Ford et al，1969）。懸浮液不能立即離心，否則會由于離心過程中輕組顆粒的吸附機制而導致回收率較低。為了便于分離出輕組顆粒而不受較重顆粒的污染，有必要充分離心使重組物質(zhì)沉淀于離心杯底。將上層清液中漂浮的物質(zhì)（即輕組）倒入放置好20μm尼龍濾網(wǎng)的微孔過濾器并真空抽濾，用去離子水徹底沖洗，以除去多鎢酸鈉溶液，并將分離出的組分連同濾網(wǎng)一起在50℃下烘干。用刷子將烘干的輕組物質(zhì)從濾網(wǎng)表面刷下來并稱重（Golchin et al，1994）。離心管內(nèi)的重組顆粒用去離子水沖洗兩次，于0．5%的六偏磷酸鈉溶液中分散，在往復式振蕩器（200r/min）震蕩18h，分散的重組顆粒根據(jù)分析的團聚體大小分別過2 000μm、250μm及53μm的篩，留在各粒級篩上的物質(zhì)在50℃下烘干并稱重，研磨，用來測定包裹態(tài)顆粒有機質(zhì)的有機碳濃度。

圖1－7　土壤團聚體和顆粒有機質(zhì)分離流程（Six et al，1998）

（圖中：mSOC為礦物結(jié)合態(tài)有機碳；HMP為六偏磷酸鈉溶液；Coarse iPOM為250～2000μm粗顆粒有機質(zhì)；Fine iPOM為53～250μm細顆粒有機質(zhì)）

（3）總碳、有機碳濃度的測定。

總碳和有機碳的濃度均用元素分析儀測得。土壤總有機碳、團聚體分組和密度分組有機碳測試前處理方法如下。

土壤總有機碳樣品前處理方法：樣品研磨至200目下，稱取1g左右，裝入8mL玻璃瓶中，往玻璃瓶中緩慢加入1滴管4mol/L HCl溶液，使其與無機碳反應的量處于過飽和狀態(tài)，重復幾次，搖勻，確定最后一次加入HCl溶液后無氣泡冒出，待所有樣品均加完酸并再次搖勻后，靜置1h后，離心（2　250r/min，10min），去除上清液，加入超純水，振蕩搖晃使其混合均勻后，超聲5min，擦干，離心（2000r/min，10min），重復操作，直至用pH試紙檢測上清液呈中性。將洗凈的樣品在55℃下烘干24h，烘干后在干燥器中平衡24h，將干燥并平衡好的樣品研磨并使其均質(zhì)化，稱取適量的樣品上機測試。

密度分組粗細顆粒有機質(zhì)樣品量少，故有機碳的前處理方法有所改進，此方法主要適用于樣品量較少的有機碳濃度測定，與Verardo的描述相似（Verardo et al，1990）。具體方法是：把銀杯放入小的鋁板上，將少量樣品（20mg）放入銀杯中，每個樣品先加入10μL去離子水，再加入10μL　6%的亞硫酸溶液，并放置，同時打開加熱板，溫度設置為70℃。反應停止后，再加入10μL　6%的亞硫酸溶液，加足夠的酸完全除去碳酸鹽，處理完畢后，使樣品干燥并使用美國生產(chǎn)的PE2400II型元素分析儀測試。

（4）土壤樣品其他指標的測定。

土壤容重測定——環(huán)刀法：采用環(huán)刀試驗，記錄土樣的體積和每個樣品總重，計算土壤的容重。

土壤含水量測定——稱重法（也稱烘干法）：用0．1g精度的天平稱取土樣的重量，記為土樣的濕重，在105℃的烘箱中烘干24h至恒重，然后稱取烘干后土樣的質(zhì)量，記為土樣的干重，利用公式：

土壤含水量（%）＝（烘干前錫紙及土樣質(zhì)量－烘干后錫紙及土樣質(zhì)量）/（烘干后錫紙及土樣質(zhì)量－錫紙質(zhì)量）×100；

土壤pH值測定：大量的樣品烘干，研磨，過2mm的篩，將土樣與去離子水按1∶2的體積比例平衡一周（模擬濕地的環(huán)境），然后使用梅特勒－托利多（Mettler Toledo）SevenMulti型pH/電導率/離子綜合測試儀測試pH值；

土壤有效態(tài)營養(yǎng)元素測定：將風干土研磨至10目以下，稱取2．5g左右加入100mL提取瓶中，后加入25mL Mehlich－Ⅲ提取液，將混合物放置于200r/min的往復式振蕩器上振蕩5min，振蕩結(jié)束后，離心20min，取上清液，稀釋10倍，用ICP儀器測定有效態(tài)營養(yǎng)元素濃度。其中Mehlich－Ⅲ提取液由0．2mol/L CH3COOH、0．25mol/L NH4NO3、0．015mol/L NH4F、0．013mol/L HNO3及0．001mol/L EDTA溶液配制而成。為了配制1L的Mehlich－Ⅲ提取液，將11．49mL濃縮的CH3COOH溶液、20g NH4NO3、0．56g NH4F、0．84mL濃縮的HNO3溶液及0．29g EDTA加入800mL去離子水中，混勻，用去離子水定容稀釋到1L。

（5）數(shù)據(jù)處理與分析。

各種濕地土壤性狀值為3次重復的算術(shù)平均值。重液分離輕重組分后，由于無法確保操作中是否完全將多鎢酸鈉重液清洗干凈，故礦物結(jié)合態(tài)顆粒有機質(zhì)含量通過差值進行計算。

運用SPSS17．0中相關(guān)分析的單因素方差分析比較相同粒級下不同濕地類型或深度間的差異，數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析采用Pearson’s相關(guān)系數(shù)評價；平均重量直徑與土壤有機碳的線性關(guān)系圖用Excel　2007繪制；圖件采用CorelDRAW Graphics Suite X3和Grapher　4．0等繪圖軟件完成。顯著水平為p＜0．05認為有意義，否則認為無統(tǒng)計學意義。

二、土壤團聚體穩(wěn)定性評價

由于土壤不同粒級水穩(wěn)性團聚體分布較為復雜，通過團聚體平均重量直徑和大團聚體細顆粒有機質(zhì)與粗顆粒有機質(zhì)的比值這兩種方法來評價土壤團聚體的水穩(wěn)定性，從而揭示土壤碳的周轉(zhuǎn)周期及其穩(wěn)定性。

（1）平均重量直徑（MWD）。

平均重量直徑（MWD）是反映土壤團聚體大小分布狀況的常用指標。土壤中大團聚體的含量直接影響著MWD值的大小，粒級＞250μm的水穩(wěn)性大團聚體的含量越高，MWD的值越大，MWD值越大表示土壤團聚體的團聚度越高，穩(wěn)定性越好。圖1－8為遼河三角洲不同濕地類型不同深度上土壤的MWD值。從不同濕地類型來看，蘆葦土壤MWD值顯著高于水稻和翅堿蓬；從不同土壤深度看，蘆葦土壤團聚體MWD值0～10cm表層高于10～20cm和20～30cm，不同層次間差異較大，水稻和翅堿蓬土壤MWD在10～20cm最大，不同層次間差異較小。總體而言，團聚體穩(wěn)定性順序為蘆葦濕地＞水稻田濕地＞翅堿蓬濕地。土壤團聚體平均重量直徑的值越大，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，土壤抗侵蝕能力越強。由此說明蘆葦濕地土壤碳的保存結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。

圖1－8　不同深度下土壤團聚體平均重量直徑變化

（2）土壤平均重量直徑與有機碳濃度的關(guān)系。

土壤有機質(zhì)是團聚體間主要的膠結(jié)物質(zhì)，土壤有機碳濃度與水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量有關(guān)。由圖1－9得出如下認識，MWD隨有機碳濃度的增加而增大，且變化趨勢呈二次多項式正相關(guān)關(guān)系。也即是說土壤平均重量直徑越大，土壤結(jié)構(gòu)越好，穩(wěn)定性越好，土壤有機質(zhì)含量對土壤結(jié)構(gòu)的貢獻越大。

圖1－9　土壤有機碳濃度與平均重量直徑的線性關(guān)系

（3）細顆粒有機質(zhì)與粗顆粒有機質(zhì)比值。

大團聚體內(nèi)細顆粒有機質(zhì)與粗顆粒有機質(zhì)的比值可以作為評價大團聚體周轉(zhuǎn)速率的指標。圖1－10為遼河三角洲不同濕地類型在0～10cm表層細顆粒有機質(zhì)與粗顆粒有機質(zhì)的比值。該圖揭示了在0～10cm表層，蘆葦濕地的大團聚體周轉(zhuǎn)速率比水稻田、翅堿蓬濕地的大團聚體周轉(zhuǎn)速率慢2～7倍。由此表明，蘆葦濕地土壤大團聚體具有較好的穩(wěn)定性，而水稻田濕地由于耕作的影響，不利于大團聚體的保存，翅堿蓬濕地受潮汐作用和其他因素影響，使得表層大團聚體周轉(zhuǎn)速率較快。

圖1－10　0～10cm表層包裹態(tài)細顆粒有機質(zhì)與包裹態(tài)粗顆粒有機質(zhì)比值

三、土壤有機碳庫穩(wěn)定性評價

土壤有機碳庫的穩(wěn)定性是評價土壤固碳長期潛力的重要指標（Sébastien et al，2007；Trumbore，Czimczik，2008），依賴于不同活性土壤有機碳庫的儲量和組成（Sollins et al，1996）。土壤中大團聚體的含量能夠指示土壤保護碳的功能。用平均重量直徑（圖1－9）、細顆粒有機質(zhì)與粗顆粒有機質(zhì)的比值（圖1－10）兩個指標來評價大團聚體的穩(wěn)定性，結(jié)果表明蘆葦濕地土壤的大團聚體穩(wěn)定性最好，水稻田濕地次之，翅堿蓬濕地最差。不同濕地類型土壤中輕組有機質(zhì)所占的比例均較低，有機碳主要富集在重組中，特別是礦物結(jié)合態(tài)有機碳，這部分有機碳最穩(wěn)定，屬于惰性庫，可視為有機碳分解的最終產(chǎn)物。團聚體分組中粉—黏團聚體所占的比例最高，密度分組中礦物結(jié)合態(tài)顆粒有機碳所占分數(shù)高于90%，均為翅堿蓬濕地＞水稻田濕地＞蘆葦濕地。由此說明大部分有機碳已被破壞，在分解過程中形成了其最終產(chǎn)物而進入惰性庫，且翅堿蓬濕地的有機碳被分解得最完全，其次是水稻田濕地，蘆葦濕地的有機碳相對地得到了較好的保護。