王克響，袁楊洋，柳新偉，宋祥云，楊景凱，徐佩杰，張晉京，崔德杰

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109；2. 青島海水稻研究發(fā)展中心有限公司，山東 青島 266100；3. 青島市嶗山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 青島 266101；4. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

土壤礦物是土壤中的重要固相組成物質(zhì)，常與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合形成有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體，對(duì)土壤有機(jī)碳具有保護(hù)作用。 次生礦物中的許多黏土礦物在有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體的形成過(guò)程中起了重要作用。 有研究表明，黏土礦物影響著生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量[1]，并且土壤中有機(jī)物質(zhì)的生物活性受到土壤礦物的影響[2]。 可見(jiàn)，土壤礦物影響著土壤有機(jī)碳的含量和穩(wěn)定性。

土壤礦物類(lèi)型除受到地理分布、環(huán)境條件影響以外[3-5]，人為施肥會(huì)影響土壤礦物質(zhì)相對(duì)含量[6]。 土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性除受到自身化學(xué)結(jié)構(gòu)、土壤礦物等因素影響外，土壤團(tuán)聚體的物理保護(hù)作用也是重要的有機(jī)碳保護(hù)機(jī)制[7-9]。 施用生物質(zhì)炭或秸稈還田可增加土壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量、土壤結(jié)構(gòu)和土壤團(tuán)聚體的物理穩(wěn)定性[10-12]。施用生物質(zhì)炭可以促進(jìn)大團(tuán)聚體原有有機(jī)碳短期內(nèi)向小粒級(jí)團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移[13]。 秸稈還田促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體的形成[14]，也可以提高黑土中團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和有機(jī)碳含量[15-16]。 在一定培養(yǎng)條件下，向黑土中添加玉米秸稈主要增加大團(tuán)聚體有機(jī)碳的含量[17]。 而不同有機(jī)物料對(duì)土壤礦物，尤其是其在土壤團(tuán)聚體中分布的影響有待深入研究。 在自然條件下，地形、氣候等條件影響礦物質(zhì)與有機(jī)碳的結(jié)合[18]。 然而，土壤礦物對(duì)土壤有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響與有機(jī)碳本身存在的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性二者誰(shuí)起主要作用有待進(jìn)一步研究。 而土壤有機(jī)碳不同官能團(tuán)的抗微生物分解性和化學(xué)穩(wěn)定性不同[19]。 因此，有必要對(duì)土壤礦物與土壤有機(jī)碳官能團(tuán)相互關(guān)系進(jìn)行研究，探究土壤有機(jī)碳不同官能團(tuán)自身具有化學(xué)穩(wěn)定性以外，受土壤礦物保護(hù)作用的差異。 土壤礦物與團(tuán)聚體中有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)相互關(guān)系會(huì)影響到土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的穩(wěn)定性。

X 射線(xiàn)衍射法是研究土壤黏土礦物的有效手段，具有不破壞樣品、無(wú)污染、快捷、測(cè)量精度高、能得到有關(guān)晶體完整性的大量信息等優(yōu)點(diǎn)[20-21]。東北黑土耕層土壤黏粒礦物屬伊利石-蒙伊混層礦物類(lèi)型，但其組合因區(qū)域不同有所差異[5]。 吉林省中部黑土的黏粒礦物組成主要以2∶1 型的蒙脫石及伊利石為主[22]。 土壤黏土礦物與1 ～2 mm 的大團(tuán)聚體正相關(guān)[23]。 土壤黏土礦物與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合能夠形成有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體。 土壤有機(jī)碳在團(tuán)聚體形成過(guò)程中不可避免的也會(huì)發(fā)生變化，尤其是其化學(xué)結(jié)構(gòu)。 而土壤有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化是否與土壤礦物在團(tuán)聚體中的分布有關(guān)有待進(jìn)一步研究。 傅里葉變換紅外光譜是分析土壤有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的常規(guī)方法[24]。 紅外光譜研究結(jié)果表明，不同質(zhì)地土壤有機(jī)碳在芳香族碳、脂肪族碳等官能團(tuán)組成上有差異[25]。 羧基碳和芳香族碳在有機(jī)碳分解和土壤大團(tuán)聚體穩(wěn)定性方面具有重要作用[26]。 作物秸稈還田后，土壤大團(tuán)聚體含量和芳香族有機(jī)碳增加[27]，大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量與脂肪族碳相對(duì)含量顯著負(fù)相關(guān)[28]。 我們前期的研究結(jié)果表明有機(jī)物料對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成成分腐殖物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)及其在團(tuán)聚體中的分布有影響[7，29]，而這種影響對(duì)土壤黏土礦物在團(tuán)聚體中的分布是否有作用需要進(jìn)一步研究。 芳香族有機(jī)碳可以與晶鐵礦物結(jié)合，并且施用有機(jī)肥的土壤比施用化肥的土壤更明顯[30]。 在年輕土壤中多糖類(lèi)物質(zhì)與黏土礦物結(jié)合，而成熟土壤中更多的芳香族礦物與黏土礦物結(jié)合[31]。 土壤有機(jī)碳的官能團(tuán)與黏土礦物結(jié)合方式存在差異[31]，而不同大小團(tuán)聚體中有機(jī)碳官能團(tuán)的差異對(duì)土壤黏土礦物在團(tuán)聚體中的分布是否有影響有待進(jìn)一步研究。 有機(jī)物料在土壤中的周轉(zhuǎn)過(guò)程存在差異[32]。 田間試驗(yàn)和短期培養(yǎng)試驗(yàn)都是研究土壤團(tuán)聚體變化的有效方法。 不同有機(jī)物料對(duì)不同團(tuán)聚體有機(jī)碳穩(wěn)定性影響存在差異，施肥等措施會(huì)影響土壤礦物相對(duì)含量。 然而不同物料對(duì)土壤團(tuán)聚體重組過(guò)程中有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)與土壤礦物的相互關(guān)系有待深入研究。

室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)是研究土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)過(guò)程的有效方法[33]，也可以研究土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳變化特征[10，17，34-36]。 本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)法，在13C 同位素示蹤法對(duì)黑土固定作物秸稈來(lái)源碳研究的基礎(chǔ)上，研究了土壤中添加作物秸稈、作物秸稈來(lái)源生物質(zhì)炭后，土壤團(tuán)聚體黏土礦物分布和有機(jī)碳官能團(tuán)變化，探究土壤團(tuán)聚體重組過(guò)程中礦物質(zhì)在土壤團(tuán)聚體再分布過(guò)程中對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳官能團(tuán)的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤 本試驗(yàn)采集了吉林省長(zhǎng)春市長(zhǎng)期種植玉米的黑土土壤(43°48＇53″ N， 125°19＇1″ E)。 土壤樣品過(guò)2 mm 篩備用。 土壤有機(jī)碳、全氮含量分別為16.10、1.35 g·kg-1[19]。 土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為153.31、78.97、219.80 mg·kg-1，pH 值5.83。

1.1.2 供試有機(jī)物料 供試有機(jī)物料分別為棉花秸稈、棉花秸稈堆肥和棉花秸稈生物質(zhì)炭，其有機(jī)碳含量分別為443.7、323.6、576.6 g·kg-1，全氮含量分別為10.10、12.81、15.59 g·kg-1[19]。 供試的秸稈堆肥是棉花秸稈自然堆腐6 個(gè)月而制成；生物質(zhì)炭是棉花秸稈在馬弗爐中500 ℃燒制4 h而成。 棉花秸稈、棉花秸稈堆肥和棉花秸稈生物質(zhì)炭粉碎過(guò)1 mm 篩。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)進(jìn)行，共設(shè)置10 個(gè)處理，分別為:不添加任何物料(CK)、棉花秸稈(CS)、棉花秸稈堆肥(CC)、棉花秸稈生物質(zhì)炭(CB)、棉花秸稈與棉花秸稈生物質(zhì)炭按1∶2、1∶1、2∶1 比例添加(CSB1、CSB2、CSB3)、棉花秸稈堆肥與棉花秸稈生物質(zhì)炭按1∶2、1∶1、2∶1 比例添加(CCB1、CCB2、CCB3)。 重復(fù)3 次。 培養(yǎng)前先將供試土樣含水量調(diào)節(jié)為土壤田間持水量的60%，在20 ℃條件下培養(yǎng)2 周，同時(shí)測(cè)定土壤、棉稈生物質(zhì)炭、棉稈堆肥、棉稈的C ∶N 比；然后向土壤中添加棉稈、棉稈堆肥、棉稈生物質(zhì)炭，再加入(NH4)2SO4調(diào)節(jié)所有處理的C ∶N 比為20∶1，調(diào)節(jié)各處理含水量為田間持水量的60%，培養(yǎng)180 天。其中，棉稈生物質(zhì)炭添加量為45 t·hm-2(按20 cm土層計(jì)算)，即棉稈生物質(zhì)炭添加量占土壤樣品重量的2%。 其余處理按與棉稈生物質(zhì)炭用量等碳量添加，即總碳量不變的情況下，按比例分別計(jì)算秸稈、秸稈堆肥與生物質(zhì)炭的混合用量[32]。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤團(tuán)聚體分級(jí)方法 采用濕篩法對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分級(jí)，在Six 等[37]方法基礎(chǔ)上稍作修改。 稱(chēng)取土壤樣品放在套篩上，在去離子水中浸泡5 min 后進(jìn)行篩分，分別獲得2 ～0.25、0.25 ～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體樣品；＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體樣品通過(guò)離心法獲得[7]。

1.3.2 X 射線(xiàn)衍射分析 采用D8 Advence Bruk-er X 射線(xiàn)衍射儀對(duì)土壤團(tuán)聚體樣品進(jìn)行X 射線(xiàn)衍射分析。 X 光管為銅靶，電壓40 kV、電流40 mA、波長(zhǎng)λ ＝1.5418 nm。 樣品掃描范圍2θ 為5°～80°。

1.3.3 紅外光譜 采用KBr 壓片法，將樣品與KBr 按1∶200 的比例混勻壓片。 用傅里葉變換紅外光譜儀(NICOLET is5，Thermo 公司，美國(guó))測(cè)定(4 000～400 cm-1)，掃描16 次，分辨率為4 cm-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)Microsoft Excel 2010 統(tǒng)計(jì)整理，使用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳紅外光譜特征

土壤有機(jī)碳或腐殖質(zhì)的紅外光譜結(jié)果可以用吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)表示[38]。 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳紅外光譜和吸收峰相對(duì)強(qiáng)度如圖1 和表1 所示。 雙因素方差分析結(jié)果表明，培養(yǎng)30 天后不同土壤團(tuán)聚體間有機(jī)碳官能團(tuán)存在顯著差異(表2)，而培養(yǎng)180 天后差異不顯著。 2 920 cm-1和2 850 cm-1處吸收峰是脂肪族碳結(jié)構(gòu)中—CH2和—CH3的C-H伸縮振動(dòng)，1617cm-1處吸收峰代表芳香碳的C ＝C伸縮振動(dòng)或醌、酮和酰胺I 帶的C ＝O伸縮振動(dòng)，1 354 cm-1處吸收峰代表苯酚類(lèi)物質(zhì)C-O伸縮振動(dòng)或亞甲基和甲基的C-H 變形振動(dòng)[39-40]；1 032 cm-1處吸收峰代表多糖中CO 伸縮振動(dòng)[24]。

表1 培養(yǎng)30 天和180 天土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳紅外光譜吸收峰相對(duì)強(qiáng)度(半定量) %

表2 培養(yǎng)30 天土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳官能團(tuán)雙因素方差分析

圖1 培養(yǎng)30 天和180 天土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳紅外光譜圖

培養(yǎng)30 天時(shí)，與CK(0.72%)相比，CS、CC、CB 處理的2～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體在2 920 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度分別降至0.64%、0.64%和0.47%；＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在2 920 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由CK 的0.91%分別降至0.60%、0.56%和0.63%。 與CSB1 相比，CSB3 處理提高棉稈比例后，2～0.25 mm 和＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在2 920、2 850 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度隨之增加。 與CCB1 相比，CCB3 處理提高棉稈堆肥比例后，0.25 ～0.053 mm、＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在2 920、2 850 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度隨之增加(表1)。 CS、CC、CB 處理的2 ～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體在1 617 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由CK 的56.73%分別增至61.16%、59.90%、63.70%；0.25 ～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在1 617 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由CK 的54.87%分別增至58.95%、62.27%和57.68%；但＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在1 617 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由CK 的57.98%分別降至50.12%、55.66%和41.08%。 CS、CC、CB 處理的＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在1 032 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由CK 的13.60%分別增至29.53%、21.70%和41.48%。 以上結(jié)果表明土壤團(tuán)聚體中芳香族碳穩(wěn)定性強(qiáng)。

綜上表明，培養(yǎng)初期，棉稈、棉稈堆肥和棉稈生物質(zhì)炭處理的土壤大團(tuán)聚體(2～0.25 mm)和微團(tuán)聚體(＜0.053 mm)有機(jī)碳中的脂肪族碳相對(duì)含量均降低，但是棉稈或棉稈堆肥與棉稈生物質(zhì)炭配施時(shí)，棉稈或棉稈堆肥比例提高，有利于增加脂肪族有機(jī)碳的相對(duì)含量。 而棉稈、棉稈堆肥和棉稈生物質(zhì)炭處理均有利于微團(tuán)聚體(＜0.053 mm)有機(jī)碳中芳香族碳相對(duì)含量的提高。

培養(yǎng)180 天時(shí)，與CK 相比， CC、CB 處理2 ～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體在2 920、2 850 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由0.50%、1.23%分別提高到0.61%、0.63%以及1.46%、1.39%；＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體在2 920、2 850 cm-1處吸收峰相對(duì)強(qiáng)度由0.50%、1.18%分別提高到0.56%、0.76%以及1.24%、1.67%；CS、CC、CB 處理0.25 ～0.053 mm土壤團(tuán)聚體在1 617 cm-1處吸收峰強(qiáng)度由CK 的47.70%分別增至58.26%、61.26%和56.27%。 與CK 相比，CC、CB 處理2 ～0.25 mm、＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳中脂肪族碳(2 920+2 850 cm-1)相對(duì)含量由1.73%、1.67%分別增至2.07%、2.03%及1.80%、2.43%。 與培養(yǎng)30 天相比，培養(yǎng)180 天棉稈處理2 ～0.25、0.25 ～0.053 mm 和＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳中脂肪族碳(2 920+2 850 cm-1)相對(duì)含量分別降低39.73%、11.37%和7.54%。

綜上表明，棉稈堆肥和棉稈生物質(zhì)炭更有利于土壤大團(tuán)聚體(2 ～0.25 mm) 和微團(tuán)聚體(＜0.053 mm)有機(jī)碳中的脂肪族碳穩(wěn)定。 棉稈處理0.25～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體中芳香族碳比脂肪族碳更穩(wěn)定。

2.2 土壤礦物在團(tuán)聚體中的分布

土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳X 射線(xiàn)衍射結(jié)果和土壤礦物相對(duì)含量如圖2 和表3 所示。 雙因素方差分析結(jié)果表明，不同土壤團(tuán)聚體間礦物質(zhì)在培養(yǎng)30天時(shí)，伊利石/綠泥石存在顯著差異，培養(yǎng)180 天時(shí)綠泥石、伊利石/綠泥石、伊利石/蒙脫石分別存在顯著差異(表4)。 與培養(yǎng)30 天相比，培養(yǎng)180 天CS、CC、CB 處理2～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體中綠泥石相對(duì)含量分別增加11.09%、1.37%和18.26%；伊利石/蒙脫石相對(duì)含量則分別降低5.14%、5.11%和10.18%；CS、CC、CB 處理0.25 ～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體中蒙脫石相對(duì)含量增加，其中CB 處理增加15.14%。

表3 培養(yǎng)30 天和180 天土壤黏土礦物在團(tuán)聚體中的分布(半定量) %

表4 不同培養(yǎng)期土壤團(tuán)聚體礦物質(zhì)雙因素方差分析

圖2 培養(yǎng)30 天和180 天土壤團(tuán)聚體X 射線(xiàn)衍射圖

由圖3 可以看出，培養(yǎng)30 天時(shí)，2 ～0.25 mm土壤團(tuán)聚體綠泥石和脂肪族碳(2 920+2 850 cm-1)呈顯著正相關(guān)(圖3a)；伊利石/蒙脫石和脂肪族碳(2 920+2 850 cm-1)呈顯著負(fù)相關(guān)(圖3b)。 培養(yǎng)180 天時(shí)，2～0.25 mm 和＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體伊利石/蒙脫石和脂肪族碳(2 920+2 850 cm-1)分別呈顯著正相關(guān)(圖3c、d)。 0.25 ～0.053 mm 蒙脫石與和脂肪族碳(2 920+2 850)cm-1、苯酚類(lèi)物質(zhì)(1354 cm-1)呈顯著正相關(guān)(圖3e、f)，而芳香族碳(1620 cm-1)和伊利石/綠泥石呈顯著負(fù)相關(guān)(圖3g)。

圖3 培養(yǎng)30 天和180 天土壤團(tuán)聚體礦物與有機(jī)碳官能團(tuán)相關(guān)關(guān)系

以上結(jié)果表明，添加有機(jī)物料后土壤團(tuán)聚體重組過(guò)程土壤礦物也重新分布，土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳中脂肪族碳的變化與蒙脫石、綠泥石等礦物有關(guān)。

3 討論

3.1 添加有機(jī)物料對(duì)團(tuán)聚體內(nèi)土壤礦物分布的影響

有研究表明，石英與大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體顯著相關(guān)，黏土礦物與1 ～2 mm 土壤團(tuán)聚體顯著正相關(guān)[23]，說(shuō)明黏土礦物在土壤團(tuán)聚體中分布具有差異性。 紫云英還田與化肥減施可促進(jìn)蛭石的形成并降低伊利石和綠泥石的含量，紫云英處理2～0.25 mm 和0.25～0.053 mm 團(tuán)聚體中礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳含量最高[41]。 表明礦物類(lèi)型受到施入的有機(jī)物料影響，土壤團(tuán)聚體中礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳在不同粒級(jí)團(tuán)聚體中的分布存在差異，并且團(tuán)聚體有機(jī)碳在土壤團(tuán)聚體形成過(guò)程中也影響土壤礦物在土壤團(tuán)聚體中的分布。 本研究中土壤團(tuán)聚體在重組過(guò)程中蒙脫石、綠泥石和伊利石/蒙脫石相對(duì)含量在各土壤團(tuán)聚體中有升有降，但是生物質(zhì)炭處理影響更大，這也表明土壤團(tuán)聚體中黏土礦物分布具有差異性，并且受到施入的有機(jī)物料種類(lèi)影響。 秸稈或生物質(zhì)炭均增加土壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳的含量[42]，且主要增加大團(tuán)聚體腐殖物質(zhì)的含量；生物質(zhì)炭在增加土壤大團(tuán)聚體腐殖物質(zhì)含量的同時(shí)，使得大團(tuán)聚體胡敏酸結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化[7]。 本研究中，不同粒級(jí)中脂肪族碳與各黏土礦物的顯著正相關(guān)性也證明，團(tuán)聚體有機(jī)碳官能團(tuán)的變化與黏土礦物在土壤團(tuán)聚體中的分布相關(guān)。 Hok 等[43]的研究也表明，施用作物殘?bào)w一年后可增加大團(tuán)聚體有機(jī)碳中的脂肪族碳。 綜上，短期內(nèi)土壤團(tuán)聚體形成過(guò)程中大團(tuán)聚體有機(jī)碳變化顯著，并且大團(tuán)聚體有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化與黏土礦物顯著相關(guān)，即土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的變化影響?zhàn)ね恋V物在土壤團(tuán)聚體中的分布。

3.2 土壤礦物對(duì)土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳官能團(tuán)的影響

秸稈還田、施用堆肥、生物質(zhì)炭都是提高土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的有效方法。 礦物質(zhì)中的Ca2+可以和溶解性生物質(zhì)炭鍵合，減少溶解性生物質(zhì)炭的釋放[44]。 層狀硅酸鹽黏土礦物等可通過(guò)Ca2+架橋、配位體交換和范德華力3 種機(jī)理吸附可溶態(tài)生物炭[45]。 也就是說(shuō)礦物質(zhì)與有機(jī)碳可以通過(guò)離子鍵的形式對(duì)溶解性有機(jī)碳起保護(hù)作用。 本研究中蒙脫石含有Ca2+，而蒙脫石與土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳中的脂肪族碳的顯著相關(guān)性也證明礦物質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)碳的保護(hù)作用。 而本研究中蒙脫石失去層間水向伊利石轉(zhuǎn)化過(guò)程中形成蒙脫石/伊利石混層礦物與脂肪族碳的顯著相關(guān)性也表明土壤礦物與土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳通過(guò)離子健結(jié)合起保護(hù)作用。 有機(jī)碳在大團(tuán)聚體中的穩(wěn)定性既有團(tuán)聚體的物理保護(hù)作用，也存在有機(jī)碳與金屬或礦物鍵合的保護(hù)作用，尤其是對(duì)0.25 ～1 mm 大團(tuán)聚體[46]。 秸稈還田或施用生物質(zhì)炭均有利于土壤腐殖物質(zhì)的形成[32]。 而硝基胡敏酸與鋁土礦組成的復(fù)合體促進(jìn)了大團(tuán)聚體的形成[47]。

本研究結(jié)果表明，在團(tuán)聚體重組初期，2 ～0.25 mm 大團(tuán)聚體中綠泥石和脂肪族碳呈顯著正相關(guān)，而至培養(yǎng)結(jié)束，伊利石/蒙脫石和脂肪族碳呈顯著正相關(guān)。 與對(duì)照相比，綠泥石在培養(yǎng)30 天時(shí)有處理高于對(duì)照，180 天后各處理相對(duì)含量均低于對(duì)照，而伊利石/蒙脫石的變化則與綠泥石相反。 說(shuō)明土壤團(tuán)聚體中與有機(jī)碳官能團(tuán)的穩(wěn)定性受到與之鍵合的黏土礦物的影響。 砂巖發(fā)育成的土壤中主要含有伊利石，盡管砂巖發(fā)育成的土壤中與礦物質(zhì)結(jié)合的有機(jī)碳有30%，火山灰土中有50%，但是砂巖發(fā)育成的土壤中，芳香碳占總有機(jī)碳官能團(tuán)的比例卻高于火山灰土，母質(zhì)影響了土壤有機(jī)碳的主要組分[1]。 本研究是在短期培養(yǎng)條件下探究有機(jī)碳官能團(tuán)與黏土礦物的關(guān)系，表明短期培養(yǎng)條件下脂肪族碳對(duì)礦物質(zhì)的變化具有顯著的相關(guān)性，并且避免了地形、氣候?qū)ΦV物質(zhì)結(jié)合有機(jī)碳的影響。

4 結(jié)論

培養(yǎng)180 天后，與對(duì)照相比，添加棉稈處理的2～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體脂肪族碳相對(duì)含量降低而多糖相對(duì)含量增加；0.25 ～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體脂肪族碳和多糖相對(duì)含量降低，芳香碳相對(duì)含量增加；而＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體芳香碳相對(duì)含量降低而多糖相對(duì)含量增加。 培養(yǎng)180 天后，與單施棉稈相比，棉稈生物質(zhì)炭與棉稈配施可提高2～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體脂肪族碳和＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體多糖相對(duì)含量。 棉稈、棉稈堆肥和棉稈生物質(zhì)炭均有利于2 ～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體中蒙脫石相對(duì)含量的增加及0.25～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體中綠泥石相對(duì)含量的增加。 培養(yǎng)初期，2 ～0.25 mm 土壤團(tuán)聚體綠泥石和脂肪族碳呈顯著正相關(guān)；伊利石/蒙脫石和脂肪族碳呈顯著負(fù)相關(guān)。 培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，2～0.25 mm 和＜0.053 mm 土壤團(tuán)聚體伊利石/蒙脫石和脂肪族碳均呈顯著正相關(guān)。0.25～0.053 mm 土壤團(tuán)聚體蒙脫石與脂肪族碳呈顯著正相關(guān)，而芳香族碳和伊利石/綠泥石呈顯著負(fù)相關(guān)。 土壤團(tuán)聚體重新形成過(guò)程中土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳官能團(tuán)中脂肪族碳與土壤礦物在不同團(tuán)聚體間分布的變化顯著相關(guān)。