张星星

(福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007)

1 土壤团聚体的形成理论

土壤团聚体是土壤固相颗粒相互作用形成的，作为土壤结构的基本单元，土壤团聚体是土壤的重要组成部分[1]。土壤团聚体的稳定性与组成对土壤质量产生直接的影响[2]。关于土壤团聚体的形成机制主要有以下几种假说，首先“团聚体等级发育模型”的概念是Tisdall和Oades等[3]提出的，研究认为土壤微粒(0.2 μm)通过多糖、碳水化合物等一些胶结物质先形成微团聚体，微团聚体通过多糖和根际真菌菌丝的胶结作用逐步形成大团聚体(>250μm)。Oades[4]认为土壤颗粒先形成大团聚体，大团聚体逐渐破裂形成微团聚体(20 μm ～250 μm)，微团聚体在逐渐释放形成更小的微团聚体(<20μm)。Six J等[5]表明由于土壤中的新鲜有机物可以影响大团聚体的形成，即土壤中的新鲜有机物可以促进土壤颗粒团聚形成大团聚体，而储存于大团聚体内部的有机物颗粒可以对微团聚体的产生起到明显促进作用。在土壤中有机物质增加的情况下，可以刺激土壤中微生物的活性，从而提高微生物生物量，分泌较多的胶结物质进而促进土壤大团聚体的形成[6]。

Elliott[7]发现在温带土壤中证实了“团聚体等级发育模型”这一理论。然而可能由于热带土壤团聚体的稳定机制主要受到土壤铁铝氧化物和黏土矿物的交互作用，从而抑制了有机质等胶结物质作用的发挥，因此，在热带氧化土中并未观察到“团聚体等级发育模型”[8]。

2 土壤团聚体的筛分方法

对于土壤团聚体的筛分方法应用最广泛的为传统的湿筛法。湿筛法是将自然风干的土壤放在一套筛子的最上面，将其浸没在水中，用机器或手动按照一定频率筛分[7,9]。一般将会称取25 g或者50 g土壤样品，平铺在最上面的筛子上。将土壤团聚体的样品放在浸满水中的容器中浸泡大约5 min，这样可以排出团聚体样品中的空气。这种做法是模拟降雨的时候，表面土壤受到雨水冲刷的情形[7,9]。对于湿筛法Kemper和Koch[10]提出了使用一个筛子(0.25 mm)的过程，其中会用氢氧化钠分散液破坏其结构，从而可以得出土壤团聚体的稳定性。有的研究者会用超声波分散土壤，分离微团聚体[11]。Dorodnikov等[12，13]提出了分离团聚体的最适湿度筛分法，研究土壤团聚体中的微生物和酶活性一般较多运用该种方法。有的研究者认为土壤团聚体的分离使用湿筛法大都用来研究在不同土壤类型中土壤有机质和微生物活性之间的长期变化，而最适湿度筛分方法和干筛法可能用于研究短期内土壤微生物活性的原位测量方法[14]。对于土壤团聚体的干筛法一般多与湿筛法一起运用来研究土壤团聚体的稳定性。

对于土壤团聚体的筛分方法在土壤采样时，有的用土钻、铁铲或者是直接用环刀取样，其目的都是为了保持土壤团聚体的结构不被破坏，保持其完整性[15]，当然在运输过程中也要避免外力对土壤团聚体结构的破坏。

3 土壤团聚体对有机碳的保护

土壤有机碳对于维持土壤养分的含量及其有效性、土壤结构及孔隙系统的稳定性方面起着非常重要的作用[16]。土壤团聚体对于土壤有机碳的物理保护是土壤有机碳稳定的主要机制之一。土壤团聚体是土壤有机碳的主要储存场所，土壤团聚体中有机碳占土壤有机碳的大约90%，不同气候和土壤条件下，有机碳的含量、微生物的数量等在不同土壤粒径团聚体中都有较大的差异[17]。有研究认为，土壤有机碳的含量与土壤团聚体的粒径之间有一定的相关性，即土壤团聚体的粒径越大，其含有的有机碳的含量就越高，反之，土壤团聚体的粒径越小，其中含有的有机碳含量则越低[18]。有研究者在温带地区发现，不同级别的团聚体对土壤有机碳的物理保护也不相同，表现为：黏砂粒结合处>微团聚体内部>大团聚体内的微团聚体外部>团聚体外游离部分的趋势[19]。

异氧微生物对于土壤有机碳的分解是全球碳循环的主要驱动力之一[20，21]。对于土壤团聚体中的微生物(细菌、真菌)对于团聚体中有机碳的分解也受到了一些研究者的关注。土壤团聚体是微生物活动的场所，对于土壤的物理化学性质有重大的影响[22]，土壤团聚体同样也存在理化性质等方面的差异。不同土壤粒径团聚体中养分、通气和水分状况均存在较大的差异，这就造成这些微域生境中土壤微生物参与的养分转化的差异。通常认为细菌大多数作用于比较容易的基底[23]，真菌经常作用于难分解的碳库[24]。有的研究发现，真菌由于其菌丝而不能穿透土壤微团聚体小的气孔而多占据土壤大团聚体[25]。

4 展望

土壤团聚体与土壤有机碳二者相互作用和制约，土壤团聚体是土壤有机碳的储存场所，土壤有机碳是土壤团聚体存在的胶结物质[26]。目前国内外学者对土壤团聚体及对有机碳的保护的研究也日益增多。土壤团聚体对土壤有机碳的保护机制也较为复杂。在全球气候变化的背景下，可以从不同温度方面研究土壤团聚体对土壤有机碳的保护，而对于土壤有机碳可以将其分为不同组分来进行研究，微团聚体对土壤有机碳的保护机制仍是研究的热点，今后也可以注重从微团聚体的角度研究土壤团聚体对土壤有机碳的保护。

[1]李天杰，赵 烨，张科利，等. 土壤地理学[M]. 3版.北京：高等教育出版社，1978.

[2]史 奕, 陈 欣，沈善敏. 有机胶结形成土壤团聚体的机理及理论模型[J]. 应用生态学报， 2002, 13(11):1495～1498.

[3]Tisdall J M, Oades J M. Organic matter and water-stable aggregates in soils[J]. European Journal of Soil Science, 1982, 33(2):141～163.

[4]Oades J M. Soil organic matter and structural stability: mechanisms and implications for management[J]. Plant and Soil, 1984, 76(1-3):319～337.

[5]Six J，Elliott E T, Paustian K. Aggregate and soil organic matter dynamics under conventional andno-tillage systems[J].Soil Science Society of America Journal, 1999, 63(5): 1350～1358.

[6]Denef K, Six J. Clay mineralogy determines the importance of biological versus abiotic processes for macroaggregate formation and stabilization[J]. European Journal of Soil Science, 2005, 56(4):469～479.

[7]Elliott E T. Aggregate Structure and Carbon, Nitrogen, and Phosphorus in Native and Cultivated Soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1986, 50(3):627～633.

[8]Oades J M, Waters A G. Aggregate hierarchy in soils[J]. Australian Journal of Soil Research, 1991, 29(6):815～828.

[9]Yoder R E. A direct method of aggregate analysis of soils and a study of the physical nature of erosion losses[C].1936:337～351.

[10]Kemper W D, Koch E J. Aggregate stability of soils from western United States and Canada. Measurement procedure, correlation with soil constituents[J]. Technical Bulletins, 1966.

[11]Buyanovsky G A , Wagner G H . Residue decomposition and carbon in physical fractions of soil[M] . Trans. Internl. Soil Sci. Congr .Acapulca , Mexico , 1994,(19): 253～262.

[12]Dorodnikov M, Blagodatskaya E, Blagodatsky S, et al. Stimulation of microbial extracellular enzyme activities by elevated CO depends on soil aggregate size[J]. Global Change Biology, 2009, 15(6):1603～1614.

[13]Dorodnikov M, Blagodatskaya E, Blagodatsky S, et al. Stimulation of r - vs. K -selected microorganisms by elevated atmospheric CO2, depends on soil aggregate size[J]. Fems Microbiology Ecology, 2009, 69(1):43～52.

[14]Bach E M, Hofmockel K S. Soil aggregate isolation method affects measures of intra-aggregate extracellular enzyme activity[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2014, 69(1):54～62.

[15]谢森祥. 土壤团聚体湿筛分析的发展近况[J]. 土壤通报， 1963(3).

[16]王绍强, 周成虎, 李克让,等. 中国土壤有机碳库及空间分布特征分析[J]. 地理学报， 2000(5):533～544.

[17]Jastrow J D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1996, 28(4-5):665～676.

[18]Puget P, Angers D A, Chenu C. Nature of carbohydrates associated with water-stable aggregates of two cultivated soils[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1998, 31(1):55～63.

[19]Carter M R. Soil Quality for Sustainable Land Management[J]. Agronomy Journal, 2002, 94(1):38～47.

[20]Schindlbacher A, Rodler A, Kuffner M, et al. Experimental warming effects on the microbial community of a temperate mountain forest soil[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2011, 43(7):1417～1425.

[21]Zhou J, Xue K, Xie J, et al. Microbial mediation of carbon-cycle feedbacks to climate warming[J]. Nature Climate Change, 2012, 2(2):106～110.

[22]Six J, Conant R T, Paul E A, et al. Stabilization mechanisms of soil organic matter: Implications for C-saturation of soils[J]. Plant and Soil, 2002, 241(2):155～176.

[23]Moorekucera J, Dick R P. PLFA Profiling of Microbial Community Structure and Seasonal Shifts in Soils of a Douglas-fir Chronosequence[J]. Microbial Ecology, 2008, 55(3):500～511.

[24]Otten W, Hall D, Harris K, et al. Soil physics, fungal epidemiology and the spread of Rhizoctoniasolani[J]. New Phytologist, 2001, 151(2):459～468.

[25]Guggenberger G, Frey S D, Six J, et al. Bacterial and Fungal Cell-Wall Residues in Conventional and No-Tillage Agroecosystems[J]. Soil Science Society of America Journal, 1999, 63(5):1188～1198.

[26]张 延, 梁爱珍, 张晓平,等. 土壤团聚体对有机碳物理保护机制研究[J]. 土壤与作物， 2015, 4(2):85～90.