土壤碳库是大气碳库的3倍，生物碳库的3.8倍，是地球表层最大的有机碳库,在全球碳循环中起着关键作用^[1]。土壤团聚体是土壤结构最基本的单元，是有机碳存在的场所^[2]，土壤团聚体的形成与稳定与土壤有机碳密切相关^[3]，有机碳在团聚体中的分布形式决定了土壤储存和保留有机碳的能力^[4]。同时土壤团聚体的粒径分布不仅反映土壤结构状况，而且影响着土壤的通气、抗蚀、渗水性等。因此，土壤团聚体组成及有机碳分布对土壤结构和土壤肥力的形成具有重要作用。

土壤有机碳在团聚体中分布状况研究结果不一。有研究指出大团聚体里有机碳含量较高^{[5, 6, 7]}，安韶山^[8]对黄土丘陵区的研究也都得出相同结论，即大量的有机碳存储在2—0.25 mm的团聚体中。而也有研究显示微团聚体有机碳含量比大团聚体高^{[9, 10]}，各粒径团聚体的有机碳库而言，＜0.25 mm 团聚体是土壤有机碳的主要载体^[11]。Li等和苑亚茹等指出植被覆盖的黑土0.25—0.053 mm微团聚体有机碳含量最高^{[12, 13]}。而在干旱区的盐碱土，土壤有机碳在团聚体的分布有待进一步研究。目前关于土壤团聚体有机碳分布的研究多集中在土地利用和人工生态系统。如评价耕作栽培^{[9, 10]}、施肥^{[14, 15]}等措施对土壤性质的影响,而对自然生态系统的研究较少。因此在研究区对盐生植被群落下土壤有机碳的研究具有一定意义。

新疆是我国最干旱、盐碱化土壤分布面积最广、土壤积盐最重的地区，在特定的自然环境条件下发育着丰富的盐生植物^[16]，不同盐生植被群落土壤团聚体组成及有机碳含量变化的研究相对较少，且随着人工绿洲的不断建立与扩大，加之水土资源不合理利用，使得绿洲外围盐生植被带日趋衰落，其生态效益成为人们关注的焦点。因此，对不同盐生植被群落覆盖下土壤团聚体有机碳的分布特征进行研究，旨在探明土壤团聚体中有机碳分布状况，对当地大面积盐碱地土壤结构以及碳固定评价具有一定参考意义，也为该区域盐生植被的保育与恢复提供科学依据。

研究区位于玛河流域扇缘带，地理位置东经 86°03′—86°08′，北纬 44°64′—44°71′。该地区属于温带大陆性干旱半干旱气候，具有冬季严寒，夏季酷热，日照充足，干旱少雨等特点^[17]。年平均气温6—7 ℃之间，最高气温在7月，最热月温度在24—26 ℃，最冷月温度在-18—-19.5 ℃；农业主要以灌溉为主，年降水量平均值140—180 mm之间，多集中在4—5月。多年平均蒸发量为1521.43 mm，蒸发主要集中在4—9月，约占全年蒸发量的88%。该区地下水位高，流动不畅，灰漠土是该区典型地带性土壤，土壤含盐量高，改良条件差，具有表聚现象^[18]。该地区植物群落结构通常表现为不连续的灌木层以及相对连续的草本层，形成典型的灌-草型二元结构群落^[17]。以旱生、超旱生、耐盐碱的荒漠植被占优势，植被的主要物种为白刺Nitraria tangutorum Bobr.、绢蒿Seriphidium kaschgaricum、花花柴Karelinia caspia、雾冰藜Bassia dasyphylla、梭梭Haloxylon ammodendron、柽柳Tamarix ramosissima、骆驼刺Alhagi sparsifolia、小叶碱蓬Suaeda microphylla、盐节木Halocnemum strobilaceum、小獐茅Aeluropus pungens、叉毛蓬Petrosimonia sibirica、盐爪爪Kalidium foliatum、补血草Limonium sinense等。

选取玛河流域扇缘带弃耕20a以上的天然盐碱荒地，根据样地植物群落优势种的不同，综合物种组成和群落结构等因素，选择了坡向、坡度和海拔高度基本一致的花花柴、雾冰藜、梭梭和柽柳4种典型盐生植被群落。采用样方法(每个群落设置3个20 m×20 m的样方)对4个群落进行植被调查，调查包括植物种类、株高、盖度、植被多样性和丰富度指数，以及样地土壤基本理化性质(表 1,表 2)。

各个群落样地均采用梅花布点法，选择生长状况较一致的优势植被群落5丛，并在植被群落附近采样，均挖掘60 cm深的土壤剖面，分别取0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm 土层原状土带回实验室。于室温下风干后沿自然裂隙掰成约 1 cm 的小土块，剔除石块和根系后过8 mm筛后备用。

采用干筛法分离出＞0.25、0. 25—0. 053和＜0.053 mm 共3级土壤团聚体; 土壤 pH 采用电极电位法测定，有机质和有机碳采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，全氮采用半微量开氏法测定，全磷采用 NaOH熔融-钼锑抗显色-紫外分光光度法测定，全钾采用 NaOH 熔融-原子吸收法测定，碱解氮采用扩散吸收法测定，速效磷采用 NaHCO₃提取-钼锑抗显色-紫外分光光度法测定，速效钾采用NH₄Ac浸提-原子吸收法测^[19]。植被多样性指标计算采用常规公式^[20]，各粒径土壤团聚体对土壤碳的贡献率(%) 计算方法为^[21]:

采用Excel 2003和SPSS 16.0软件对数据进行统计分析。

由图 1可见，不同盐生植被，0.25—0.053 mm粒径团聚体含量均最高，占了46.7%—74.6%，且与其他粒径团聚体含量间存在显著差异(P＜0.05)，＞0.25 mm和＜0.053 mm粒径土壤团聚体含量较少，占7.8%—43%。同一土层，不同植被群落各粒径土壤团聚体含量存在一定差异。在0—60 cm土层，柽柳群落＜0.053 mm的团聚体含量显著高于其它群落(P＜0.05)。在0—20 cm土层，花花柴群落0.25—0.053 mm粒径团聚体显著高于其它群落(P＜0.05)，梭梭群落＞0.25 mm粒径团聚体显著高于其它群落(P＜0.05)。在20—40 cm土层，花花柴、雾冰藜和柽柳群落各粒径团聚体含量差异不显著(P＞0.05)。

图 1 不同植物群落下土壤团聚体的分布 Fig.1 Distribution of soil aggregates with different sizes under different plant communities Ⅰ: 花花柴; Ⅱ: 雾冰藜; Ⅲ: 梭梭; Ⅳ: 柽柳; 不同小写字母表示不同粒径团聚体在同一群落间差异显著，不同大写字母表示不同群落间在同一粒径团聚体间差异显著(P＜0.05)

图选项

从总体来看，花花柴群落0.25—0.053 mm粒径团聚体平均含量较高，为68.9%，雾冰藜、梭梭和柽柳群落分别为61.1%、55.7%和60.3%。梭梭群落＞0.25 mm粒径团聚体平均含量较高，占32%，而柽柳群落则平均含量较少，为15.6%，但是，柽柳群落＜0.053 mm的团聚体平均含量较高，占22%。

由图 2可以看出，不同植被群落土壤有机碳含量介于2.01—8.73 g/kg之间，各个群落土壤有机碳含量均随着土层深度加深而逐层递减，且差异显著(P＜0.05)。不同植被群落之间，在0—40 cm土层，梭梭和柽柳群落有机碳含量差异不显著，但显著高于其他群落(P＜0.05)，而在40—60 cm土层，各群落之间差异不显著(P＞0.05)。从总体来看，4个群落土壤有机碳平均含量差异明显，其中梭梭和柽柳群落较高，为5.68，5.464 g/kg，分别是雾冰藜群落的1.7，1.6倍。

图 2 不同植物群落下土壤有机碳含量 Fig.2 Soil organic carbon content under different plant communities

图选项

由图 3可以看出，不同粒径团聚体有机碳含量介于1.70—13.68 g/kg之间。不同植物群落土壤团聚体有机碳含量均差异显著(P＜0.05)，土壤团聚体有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低，而在＞0.25 mm和＜0.053 mm粒径中最高，呈现“V”型分布。不同群落之间，在0—10 cm土层，柽柳群落各个粒径土壤团聚体有机碳含量均显著高于其它群落(P＜0.05)。在10—20 cm土层，梭梭群落土壤团聚体有机碳含量均显著高于其它群落(P＜0.05)。在20—40 cm土层，花花柴群落各个粒径土壤团聚体有机碳含量均显著高于其它群落(P＜0.05)。从土层剖面来看，与土壤总有机碳含量变化规律相似，各群落土壤团聚体中有机碳含量均随土层深度增加具有下降的趋势，而花花柴和梭梭群落在总体下降的趋势上，则分别在20—40 cm和10—20 cm土层出现一次峰值，然后再减少。不同植被群落团聚体有机碳经多元方差分析表明，花花柴、梭梭和柽柳群落之间差异不显著，但是均显著高于雾冰藜群落(P＜0.05)。由表 3相关分析表明，土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关，但与＞0.25 mm和＜0.053 mm粒径团聚体含量相关性不显著。

图 3 不同植物群落下各土层土壤团聚体有机碳含量 Fig.3 Organic carbon content in soil aggregates with different layars under different plant communities 不同小写字母表示不同粒径团聚体在同一群落间差异显著，不同大写字母表示不同群落间在同一粒径团聚体间差异显著(P＜0.05)

图选项

图 4 不同植物群落下土壤团聚体有机碳含量 Fig.4 Organic carbon content in soil aggregates under different plant communities 不同小写字母表示植被群落间差异显著(P＜0. 05)

图选项

由表 4可以看出，虽然0.25—0.053 mm团聚体中的有机碳含量比其它粒径的团聚体稍低，但其贡献率高达43.43%。经方差分析表明，花花柴、雾冰藜和柽柳群落，0.25—0.053 mm团聚体对有机碳的贡献率均显著高于其他粒径团聚体(P＜0.05)，梭梭群落，在0—20 cm土层，＞0.25 mm团聚体对有机碳的贡献率均显著高于其他粒径团聚体(P＜0.05)。4个群落中，＜0.053 mm粒径团聚体有机碳含量虽然稍高，但是其对有机碳的贡献率较小。不同土层间，相同粒径土壤团聚体对土壤有机碳的贡献率总体随土层深度加深而降低。

在干旱和半干旱地区，干团聚体的分布和稳定性与水分利用和土壤风蚀有非常密切的联系^[22]，干团聚体的分布也一定程度上反映该地区土壤质量状况。一般认为，土壤团聚体可分为大团聚体(粒径＞0.25 mm)和微团聚体(粒径＜0.25 mm),而大团聚体含量越高说明了土壤结构越稳定^[23]。本研究中，4个植物群落土壤团聚体均以0.25—0.053 mm的粒径团聚体为主，而＞0.25 mm大粒径团聚体含量较少，平均含量仅占22.8%，说明了研究区土壤结构较差。土壤基本理化性质表明，土壤有机质含量在10g/kg 以下，而土壤pH(8.8左右)、电导率(3.5 s/m 左右)、容重(1.45 g/cm³左右)均较大，反映了土壤盐渍化严重、养分贫瘠、土壤质量严重退化的现状。这主要是因为流域内干旱少雨、植被稀疏、盐 渍化严重而使土壤结构性变差，导致土壤大团聚体的结构崩解破坏，引起大团聚体比例减小，微团聚体比例上升。研究指出，有机碳作为胶结物质能够促进团聚体的形成并提高其稳定性^[24]。其中，梭梭群落＞0.25 mm的团聚体含量较高于其他群落，且土壤有机碳含量也相对较高，可见，梭梭群落相对于其他群落更有利于有机碳的储存，碳汇效应较强。

土壤有机碳含量主要受植物枯枝落叶、植物根系、动物及微生物遗体等的影响。研究表明，4个群落中，梭梭和柽柳群落的总有机碳和团聚体有机碳含量均较高，雾冰藜群落团聚体有机碳显著低于其他群落(P＜0.05)。研究表明^[25]柽柳的半球型树冠更利于保护和捕获凋落物，而较多的凋落物输入与土壤结构和土壤养分间形成正反馈机制。同时梭梭与柽柳群落较其他群落物种多样性丰富，根系发达且冠幅较大，而雾冰藜群落物种单一，植被矮小且为一年生草本植物，因此梭梭和柽柳群落对土壤输入的碳源较高，有机碳储量较高。从土壤剖面来看，土壤有机碳和团聚体有机碳含量均随着土层深度升高而降低，这是因为表层枯落物对土壤有机碳的影响会随着土层深度的加深而降低，因而表层土壤有机碳含量较高。这与前人^{[26, 27]}的研究结果一致。但是在20—40 cm土层，花花柴群落土壤团聚体有机碳含量相对10—20 cm升高，可能是由于其根系主要分布在这个土层，根系缠绕和联结土壤颗粒并释放分泌物，导致了根际土壤物理、化学和生物学性质的变化从而影响土壤团聚化^[28]，使得该群落团聚体有机碳在20—40 cm土层出现一个峰值。随着土层深度的加深，不同群落间的有机碳含量差异逐渐减小，主要是由于成土母质大致相同所致^[29]。

相关研究表明，有机碳含量在各粒径团聚体中分布规律不一。一些研究^{[5, 6]}发现土壤中大团聚体的有机碳含量更高，如有研究表明^[6]子午岭植被恢复过程中土壤团聚体有机碳含量主要集中在大团聚，也有研究表明^[30]＜0.053 mm团聚体中有机碳含量最高，大约占土壤总碳量的44%—88%。刘敏英等^[14]表明土壤团聚体中有机碳含量基本随团聚体直径的减小而增加，最大值均集中于＜0.25 mm微团聚体中。本研究表明，土壤团聚体有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低，而在＞0.25 mm和＜0.053 mm粒径中最高，呈现“V”型分布且差异显著(P＜0.05)。其原因主要是有机质把微团聚体胶结成大团聚体，以及在大团聚体中处于分解状态的根系和菌丝极大地增加了其有机碳的浓度^{[5, 6]}，因而＞0.25 mm土壤团聚体有机碳含量较高。而＜0.053 mm粒径土壤团聚体有机碳含量较高，其原因为较小团聚体中有机和无机胶体能紧密结合固持碳，固持的碳不易为微生物分解释放^[9]。有研究结果表明^{[31, 32]}大团聚体中的有机碳比微团聚体中的有机碳年轻,大团聚体中的有机碳更容易矿化,而微团聚体中的有机碳则大多是高度腐殖化的惰性组分。在干旱区荒漠带，土壤总有机碳含量比较低,且活性有机碳容易受环境的影响而转化，微团聚体中有机碳主要是以稳定的腐殖质碳占优势,不易被矿化，因此不断积累而使微团聚体有机碳含量升高。而在微团聚体中，0.25—0.053 mm粒径土壤团聚体有机碳含量低于＜0.053 mm粒径可能是因为＜0.053 mm粒径高度腐殖质碳含量更高，固持了更多的稳定碳源。虽然0.25—0.053 mm粒径团聚体有机碳含量最低，但是其对土壤有机碳的贡献率最大，这是因为这个粒径的聚体含量占了绝对优势。4个植物群落的0.25—0.053 mm粒径团聚体占61% 以上，其含量远远大于其他粒径团聚体含量。有研究表明^[15]不同粒径土壤团聚体含量与土壤有机碳分布关系密切。相关分析表明，土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关，但与＞0.25 mm和＜0.053 mm粒径团聚体含量相关性不显著。相关研究^[33]指出，大粒径团聚体对土壤有机碳的保护能力较微团聚体对土壤有机碳的保护能力较差。＜0.053 mm粒级团聚体中有机碳含量较高，而贡献率最低。由此可见,在干旱盐碱荒漠地区，小粒径团聚体对土壤有机碳的保护能力较强。

从整体来看，在干旱盐碱荒漠区，土壤盐渍化严重，养分贫瘠，土壤质量较差。不同盐生植被群落对土壤团聚体比例，有机碳分布及贡献率呈现较大差异。梭梭和柽柳群落土壤总有机碳和团聚体有机碳含量均较高，碳汇能力相对较强。其中，梭梭群落土壤有机碳含量及大团聚体比例均为最高，聚集土壤养分能力较强，相对其他群落更有利于土壤有机碳的积累。不同粒径之间土壤团聚体有机碳含量差异显著，随粒径呈现“V”型分布，说明了小团聚体固持了更多稳定碳源。由于0.25—0.053 mm粒径土壤团聚体占主导优势，因此其对土壤有机碳的贡献率远高于其他粒径。而＜0.053 mm粒级团聚体有机碳含量较高，但贡献率最低，说明了在该区域小粒径团聚体对土壤有机碳的保护能力较强。总之，在干旱盐碱荒漠区，梭梭群落土壤碳汇能力较强，可以改善土壤质量状况，提高土壤大团聚体比例和有机碳含量，具有较好的生态效益。