土壤团聚体作为土壤结构的基本组成单元，其质量和数量不仅决定土壤肥力的高低，而且还与土壤的抗蚀能力、环境质量和固碳潜力等有直接关系。土壤有机碳对团聚体的数量和分布有重要影响，反之，团聚体的形成也影响着土壤有机碳的分解。由于土壤碳库在全球碳循环和土壤生产力上的重要作用，因此有关土壤有机碳的变化，特别是土壤团聚体有机碳分布等方面的研究备受关注^{[1, 2, 3]}。不同粒级团聚体，其有机碳含量存在明显差异，有研究表明，团聚体有机碳含量随粒级的增加而降低^{[4, 5]}，但也有研究提出了与之相悖的观点，指出大粒级团聚体有机碳含量更高，<0.25 mm粒级团聚体有机碳含量相对较低^{[6, 7, 8]}。陈建国等^[9]指出，土壤的固碳能力伴随团聚体形成、稳定和周转过程的始终，而土壤碳库的变化主要发生在活性碳库里^{[10, 11]}。土壤活性有机碳虽仅占土壤总有机碳的一小部分，但可在土壤总有机碳变化之前较好地反映土壤质量的微小变化。水溶性有机碳可指示土壤有机质的早期变化^[12]，微生物生物量碳是土壤活性有机碳的主要组成部分，对种植、施肥等管理措施十分敏感^[13]。可见，开展土壤团聚体及其有机碳的研究，可为改善土壤质量、阐明土壤碳库动态提供科学参考。

茶树作为一种多年生常绿作物，由于根系吸收特性、根系分泌物及茶园施肥管理的特殊性，在区域内可形成独特的茶园生态系统。2012年我国植茶面积达238万hm²，且近年来种植面积有不断扩大的趋势。研究表明，茶园土壤性质会随着植茶年限的延长发生一系列变化，进而促使团聚体组成与结构发生改变，影响土壤团聚体有机碳分布^{[14, 15, 16]}，但目前有关茶园土壤团聚体分布及其有机碳变化方面研究甚少。受退耕还林、经济发展、人口增长等因素的驱动，川西低山丘陵区土地利用结构发生了较大变化，退耕还茶已成为该区主要的退耕模式，在产生一定经济、社会效益的同时也使其生态环境发生了一系列改变，植茶的生态效益日益成为人们关注的焦点。因此，本文选取四川省名山区中峰乡万亩生态茶园为研究对象，开展不同植茶年限土壤团聚体有机碳分布特征的研究，以期摸清不同植茶年限土壤团聚体分布及其有机碳变化特征，为茶园生态系统的可持续发展以及协调区域土地利用、实施退耕还茶工程提供理论指导。

研究区位于四川盆地西缘，隶属于雅安市名山区中峰乡。该区域属亚热带季风性气候区，年均温15.4 ℃,无霜期294d，年降雨量1500 mm左右，6—9月降雨量占全年的72.6%。地域差异明显，区内为低山丘陵地貌，土壤类型为第四纪老冲积物发育而成的黄壤。区域内原始地带性植被为亚热带常绿阔叶林，自20世纪90年代长江中上游生态退耕工程实施以来，该区主要的退耕模式为退耕还茶，茶树种植密度为大行距(150±15) cm，小行距(35±15) cm，实行双行单株错株条植，株距(16±4) cm，每亩种植5000株至6000株。施肥集中在1月、3月、6月和9月，并于采茶后追施，肥料主要是尿素和K₂SO₄型复合肥。

供试土壤于2010年9月采自名山区中峰乡，在野外实地调查的基础上，根据不同植茶年限茶园的地理位置和施肥情况进行综合考虑，选择成土母质相同、地理位置相对集中且施肥情况相似的植茶年限分别为12—15 a(面积约0.60 hm²)、20—22 a(面积约0.73 hm²)、30—33 a(面积约0.47 hm²)、50 a以上(面积约0.47 hm²)的茶园为采样对象。在各茶园中布设5个典型样方(15 m×15 m)，每一样方内按“S”形设置5个采样点，具体采样点设在树冠边缘垂直下方，并分0—20 cm，20—40 cm两个层次采集原状土样，尽量避免挤压，以保持原状土壤结构。另外，采集混合土样用于测定土壤基本理化性质，采样点基本情况见表 1。

将采集的土样在室内沿自然结构轻轻掰成直径约1 cm的小土块，除去植物残体、小石块以及蚯蚓等生物体后用沙维诺夫干筛法^[17]分离出>5 mm、2—5 mm、1—2 mm、0.5—1 mm、0.25—0.5 mm、<0.25 mm的团聚体。

土壤团聚体有机碳用外加热重铬酸钾容量法测定；土壤pH值，土壤容重均采用常规方法测定^[18]。

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土壤团聚体微生物量碳(MBC)的测定采用氯仿熏蒸浸提方法测定^[19]。称取25 g相当于烘干土壤质量的预培养湿润土壤于50 mL的玻璃瓶中，与盛有50 mL氯仿的玻璃瓶一起放入真空干燥器中，抽真空至氯仿沸腾后保持3 min。将干燥器放入25 ℃下24 h后，再次抽真空至完全去除土壤中的氯仿。将土壤完全转移到200 mL三角瓶中，加入50 mL 0.5 mol/L的K₂SO₄溶液，充分振荡30 min过滤，迅速测定滤液中含碳量。熏蒸开始的同时，另称取等量风干土样，加入0.5 mol/L的K₂SO₄溶液浸提，视为未熏蒸土壤。测定滤液中含碳量，并根据下式^[19]计算微生物量碳含量。所有测定均重复3次。

土壤微生物量碳Bc(mg/kg)=2.64Ec

式中，2.64为微生物量碳系数，Ec为熏蒸和未熏蒸土壤K₂SO₄提取液的碳含量的差值。

土壤团聚体水溶性有机碳(WSOC)的测定参考杨长明等^[20]方法。

团聚体有机碳储量采用等质量土壤有机碳储量计算方法^[21]:

M_element=M_soil×conc×0.001

M_soil=ρ_b×T×0.01×10000

式中,M_element为土壤团聚体有机碳储量(Mg/hm²)；M_soil为单位面积土壤质量(Mg/hm²)，1Mg=10³ kg；conc为土壤团聚体有机碳含量(g/kg)；ρ_b为土壤容重(g/cm³)；T为土层深度(cm)。

数据统计分析采用Excel 2003和DPS 11.0软件进行。方差分析采用最小显著极差法(LSD)，不同字母表示差异显著(P<0.05)，所有数据测定结果以平均值±标准误的形式表达。

总体而言，各植茶年限土壤>5 mm粒级团聚体含量比例最高，最高值达73.42%，而>2 mm粒级团聚体含量约占总团聚体数量的85%，且与其余粒级团聚体含量间存在显著差异(表 2)。另外，不同植茶年限土壤团聚体分布亦不一致，植茶20—22 a时>5 mm粒级团聚体含量均高于其他植茶年限，而<5 mm粒级的团聚体含量却与之相反，表明植茶20a左右的土壤大粒级团聚体含量较高，土壤的团聚能力较强。不同土层，各级土壤团聚体含量各异。0—20 cm土层>5 mm粒级团聚体含量总体低于20—40 cm土层，而<5 mm粒级团聚体含量则呈相反的变化趋势，表明20—40 cm土层土壤团聚能力较强，这与茶园定期人为管理措施有关，故导致0—20 cm土层小粒级团聚体数量较多。

由表 3可知，相同植茶年限各粒级团聚体有机碳含量因粒级不同而异。

0—20 cm土层，土壤团聚体有机碳含量随粒级减小呈升高的趋势，且0.5—0.25 mm和<0.25 mm粒级有机碳含量显著高于其他粒级土壤团聚体。20—40 cm土层，土壤团聚体有机碳含量则随粒级的减小呈先升高、后降低、最后升高的趋势。相同植茶年限下，土壤团聚体有机碳含量随粒级的减少总体表现为升高的趋势。

0—20 cm土层，植茶50 a以上的土壤团聚体有机碳与12—15 a和20—22 a间存在显著差异。植茶50 a以上与12—15 a、20—22 a相比，各粒级团聚体有机碳含量增幅分别介于34.17%—50.67%和12.01%—41.69%之间。20—40 cm土层各粒级团聚体有机碳变化趋势与0—20 cm土层相似，50 a以上土壤团聚体有机碳含量显著高于植茶12—15 a和20—22 a，团聚体有机碳含量增幅分别介于17.71%—126.68%和40.70%—65.33%。此外，0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳含量均高于20—40 cm土层。

由表 4可知，土壤团聚体WSOC含量表现为小粒级中较高、大粒级中较低的现象，与团聚体总有机碳分布特征较为一致。除5—2 mm粒级团聚体外，总体上表现为小粒级团聚体WSOC含量显著高于大粒级团聚体。不同植茶年限对土壤团聚体WSOC含量的影响各异，随着植茶年限的延长，各粒级团聚体WSOC含量呈现先增加后降低的趋势，在植茶30—33 a时，团聚体WSOC含量显著高于其他年限。经野外实地调查可知，此植茶年限下茶树凋落物最多，进而导致土壤腐殖质较多的积累，同时也可能与其根系生长旺盛、根系分泌物较多有关。0—20 cm土层各粒级团聚体WSOC含量明显高于20—40 cm土层，主要因为枯枝落叶在表层的积累与转化，促进了0—20 cm土层各粒级团聚体WSOC含量的增加。

0—20 cm和20—40 cm土层，植茶12—15 a、20—22 a、30—33 a和50 a以上土壤团聚体WSOC含量平均值与TOC含量平均值的比值分别为1.26%、1.18%、1.19%、0.98%和1.99%、2.19%、1.65%、1.34%。可见，随着植茶年限的延长，土壤团聚体易受分解组分所占比例越来越小，有机碳库逐渐趋于稳定，有机碳积累量不断增加。不同粒级团聚体WSOC/TOC值表现为5—2 mm粒级最高，2—1 mm粒级最低。表明2—1 mm粒级团聚体有机碳最为稳定，不易分解。0—20 cm土层各粒级团聚体WSOC/TOC值均低于20—40 cm土层，说明研究区0—20 cm土层团聚体有机碳含量较20—40 cm土层稳定。

由表 5可知，团聚体MBC含量随着粒级的减小呈先增加后降低的变化趋势，在5—2 mm粒级中MBC含量最高，且与其他粒级MBC含量间均达到显著差异，而在<0.25 mm粒级中MBC含量最低，与小粒级团聚体相比，大粒级团聚体活性有机碳比例较高，能为微生物提供更多的碳源，故出现上述研究结果。随着植茶年限的延长，各粒级团聚体MBC含量呈先增加后降低的趋势，在植茶30—33 a时其含量达最大值，主要由于此植茶年限茶树枯枝落叶归还量及根系分泌物在土壤中积累较多，对微生物生长繁殖较为有利，故出现最大值。经实地调查可知，研究区茶树凋落物主要集中分布在0—20 cm土层，可增加表层有机碳的输入量，且该层土壤温度和通气性良好，适宜微生物生长，故0—20 cm土层各粒级团聚体MBC含量明显高于20—40 cm土层。

0 —20 cm和20—40 cm土层，植茶12—15 a、20—22 a、30—33 a和50 a以上土壤团聚体MBC含量均值与TOC含量均值的比值分别为3.01%、3.02%、2.81%、2.13%和4.70%、5.18%、3.92%、3.11%。可见，随着植茶年限的延长，土壤团聚体易被利用分解组分所占比例呈先增高后降低的趋势，植茶20—22 a土壤活性有机碳含量最高，土壤肥力状况较好，在植茶30—33 a后土壤有机碳库逐渐趋于稳定。不同粒级MBC/TOC值表现为5—2 mm粒级中最高，<0.25 mm粒级中最低。0—20 cm土层各粒级团聚体MBC/TOC值均小于20—40 cm土层，与不同土层各粒级团聚体WSOC含量的变化趋势一致。

由表 6可知，>5 mm和5—2 mm粒级团聚体对有机碳贡献率较大，而0.5—0.25 mm和2—1 mm粒级团聚体对有机碳贡献率较小，这与团聚体含量分布特征相似。虽然团聚体有机碳含量在>2 mm粒级中的分布较小粒级团聚体稍低，但其贡献率却高达70%，这是研究区土壤该粒级团聚体含量占主要优势所致。经方差分析表明，>5 mm和5—2 mm粒级团聚体对有机碳的贡献率显著高于其他粒级团聚体，<0.5 mm粒级团聚体有机碳含量较高，但其对有机碳的贡献率较小且相互之间差异不显著。植茶12—15 a土壤团聚体对有机碳的贡献率最高，其次为50 a以上的茶园，可见，不同植茶年限对团聚体土壤有机碳贡献率的影响较为明显。此外，0—20 cm土层大粒级团聚体有机碳贡献率均低于20—40 cm土层，而小粒级团聚体有机碳贡献率则表现出相反的变化趋势。

由图 1可知，不同植茶年限0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层。随着团聚体粒级的减小，团聚体有机碳储量总体呈逐渐增加的趋势。

图 1 不同植茶年限各粒级团聚体有机碳储量 Fig. 1 The organic carbon storage of different aggregate fractions under different tea plantation age 图中不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著,大写字母表示P<0.01水平上差异显著

图选项

如图 1所示，0—20 cm土层，各植茶年限均表现为<0.5 mm粒级团聚体有机碳储量显著高于>2 mm粒级，植茶50 a以上团聚体有机碳储量最高，较植茶12—15 a增加了1.50倍。就不同粒级而言，<0.25 mm粒级土壤团聚体有机碳储量最高，>5 mm团聚体有机碳储量最低。表明随着植茶年限的延长，研究区茶园土壤碳汇效应有所增强，且<0.25 mm的团聚体对有机碳具有较强的保护作用。20—40 cm土层，除植茶12—15 a外，其余各年限均表现为<0.25 mm粒级团聚体有机碳储量显著高于>5 mm团聚体。植茶50 a以上团聚体有机碳储量最高，为植茶12—15 a的1.65倍(图 1)。可见，随着团聚体粒级的减少，团聚体有机碳储量总体呈先增加、后降低、最后增加的变化趋势。

本研究中，干筛法获得土壤团聚体以>2 mm的团聚体为主，说明研究区植茶土壤的稳定性较好。2—1 mm和0.5—0.25 mm粒级团聚体含量较低，可能是与其机械组成有关，这与何淑勤等^[22]研究结果一致。随着植茶年限的延长，>5 mm粒级团聚体含量呈现先增加后降低的趋势，以植茶20—22 a为界，而<2 mm粒级团聚体含量则呈现相反的趋势，表明植茶22 a左右土壤团聚体稳定性较好，这主要由于0—20 cm和20—40 cm土层团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GWD)在20—22 a最大^[23]。此外，虽然土壤有机碳含量呈逐年增加，但由于植茶连作，土壤不断酸化和铝、氟的富集，导致土壤团聚体稳定性在植茶30 a后有所降低。0—20 cm土层>5 mm粒级团聚体含量总体低于20—40 cm土层，说明20—40 cm土层团聚体稳定性高于0—20 cm土层。一方面，由于定期采茶、施肥等人为活动对表层土壤大粒级团聚体具有一定的破坏作用；另一方面，20—40 cm土层更易受氧化物的影响，促使其大粒级团聚体的增加^[24]。

土壤各粒级团聚体有机碳含量是土壤有机质平衡和矿化速率的微观表征，对土壤肥力和土壤碳汇具有双重意义^[25]。本研究结果表明，不同植茶年限土壤各粒级团聚体有机碳含量主要集中于<0.25 mm粒级，这是较小团聚体有机无机胶体紧密结合的结果^[26]，且团聚体粒级越小，比表面积越大，吸附的有机物质则越多，这一研究结果证实了土壤有机碳含量随团聚体粒级减小而呈增加的变化趋势^{[27, 28]}，说明<0.25 mm粒级有机碳含量的高低对土壤团聚化过程起到极其重要的作用。随着植茶年限的延长，0—20 cm和20—40 cm土层团聚体有机碳含量均呈逐渐增加的趋势，植茶50 a以上有机碳含量显著大于12—15 a和20—22 a，这与茶园土壤接纳的枯落物增多有关，且植茶50 a以上的土壤微团聚体含量较多，进而使土壤有机碳含量呈增加的趋势；同时，由于土壤微团聚体的固持作用，活性有机碳支出较少^[29]。此外，0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳含量均高于20—40 cm土层，这是由于茶园定期的修剪以及枝叶的凋落主要集中于土壤表层，一定程度上促进了0—20 cm土壤的生物活性，这与Bandyopadhyay等^[30]研究结果一致。

WSOC是土壤环境变化的敏感性指标和微生物可直接利用的有机能源，影响着土壤有机和无机物质的迁移、转化和降解^[31]。MBC周转速率较快，可更好地反映出土壤有机碳的变化，是衡量土壤肥力的重要指标^[32]。大量研究表明，WSOC和MBC在指示土壤有机碳库的短期变化方面比总有机碳更灵敏^{[33, 34]}。不同植茶年限各粒级团聚体WSOC和MBC的含量均在植茶30—33 a达到最大值，且表现为0—20 cm土层各粒级团聚体WSOC和MBC的含量高于20—40 cm土层，这主要由于表层土壤能够不断接纳茶树凋落物及根系生长代谢输入的有机碳，在一定条件下，有机物质输入越多，土壤微生物量碳愈高^[35]。本研究结果表明，WSOC含量在小粒级团聚体中较高，MBC含量则与之相反。由于地表径流对团聚体WSOC含量的影响较大，较小粒级团聚体具有较高的稳定性，受微生物活动影响较小，不易随地表径流流失，故小粒级团聚体WSOC含量较高^[36]；而较大粒级团聚体能增强土壤的通气性，良好的土壤通气状况为微生物生长提供适宜的环境，从而促进了大粒级团聚体MBC含量的增加^[37]。WSOC与TOC的比值更能反映土壤有机碳库状况，其比例越高，说明土壤有机碳活性越强，稳定性越差,而MBC与TOC的比值则反映了土壤有机碳的质量和生物活性有机碳库的周转速率^[11]。对比土壤团聚体WSOC和MBC的含量及其与TOC的比值可知，当植茶50 a以上WSOC/TOC和MBC/TOC值最小，表明土壤有机碳库逐渐趋于稳定，表现出一定的碳增汇效应；而5—2 mm粒级WSOC/TOC和MBC/TOC值最大，表明较大粒级团聚体有机碳不稳定，更易于矿化。20—40 cm土层团聚体有机碳的稳定性不及0—20 cm土层，可能由于0—20 cm土层接纳茶园凋落物所致，因茶园凋落物中含大量木质素及多酚物质，难以被微生物利用^[14]；而20—40 cm土层，茶树根系分泌物可使有机碳活性增强，从而降低了团聚体有机碳的稳定性，这与Rovira等^[38]研究结果一致。

将各粒级土壤团聚体含量和不同粒级团聚体有机碳含量综合考虑，不仅可更好地反映各粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率，而且能全面、客观地反映植茶年限对土壤有机碳库的作用^[39]。不同植茶年限土壤各粒级团聚体对有机碳的贡献率均以>2 mm的大粒级团聚体为主，占总团聚体数量的70%以上，显著高于其他粒级团聚体，这与郑子成^[40]、卢凌霄等^[41]研究结果一致。<0.25 mm粒级团聚体有机碳含量最高，但其对有机碳的贡献率却较低，这主要是由于研究区该粒级团聚体含量较低。植茶12—15 a与50 a以上土壤团聚体对有机碳的贡献率最高，由于植茶10多年后茶园形成较稳定植物群落，随着凋落物量增加，土壤团聚体有机碳积累量较大^[42]，而植茶50 a以上土壤微团聚体含量增幅较大，由于其对有机碳的固持作用，使得植茶50 a以上土壤团聚体对有机碳的贡献也较大。此外，0—20 cm土层大粒级团聚体有机碳贡献率低于20—40 cm土层，而小粒级团聚体有机碳贡献率则表现出相反的变化趋势。可见，>2 mm的大粒级团聚体是土壤团聚体有机碳的主要贡献载体，提高土壤>2 mm粒级团聚体，可在一定程度上提高研究区植茶土壤固碳能力。土壤团聚体是土壤有机碳稳定和保护的载体，是土壤有机碳储存的场所，土壤有机碳的数量和质量与团聚体密切相关^[23]。本研究结果表明，不同植茶年限0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层，植茶50 a以上0—20 cm和20—40 cm土层有机碳储量均以<0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高，这与该粒级团聚体有机碳含量较高有关。说明小粒级团聚体对土壤有机碳的保护作用有利于土壤有机碳的长期固存，且随着植茶年限的延长，呈现出一定的碳增汇效应，这与王峰等^[43]对福建丘陵山地茶园土壤团聚体有机碳的研究结果较为一致。由于0—20 cm和20—40 cm土层团聚体MWD和GWD在20—22 a最大，表明这一植茶年限对土壤有机碳固持作用影响较大^[44]，这也是0—20 cm和20—40 cm土层<0.25 mm粒级团聚体有机碳储量在植茶20—22 a均维持在较高水平的主要原因。

(1)不同植茶年限土壤团聚体主要以>2 mm粒级团聚体为主，>5 mm粒级团聚体含量以植茶22a左右为界，呈先增加后减少的趋势，<5 mm的团聚体含量呈相反趋势。说明该研究区植茶土壤以大粒级团聚体为主，且在植茶2a年左右，土壤团聚体稳定性最好。

(2)不同植茶年限土壤较小粒级团聚体有机碳含量高于较大粒级，<0.25 mm粒级团聚体有机碳含量最高，土壤各粒级团聚体有机碳的平均含量随着植茶年限的延长而增加，且0—20 cm土层团聚体有机碳含量均高于20—40 cm土层。土壤团聚体WSOC和MBC含量随植茶年限延长呈先增加后降低的变化趋势，植茶30—33 a时含量最高，而土壤团聚体WSOC/TOC和MBC/TOC值却呈下降趋势，说明随植茶年限延长，土壤有机碳活性降低，稳定性逐渐增强，表现出一定的碳增汇效应。

(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有70%—80%来自>2 mm粒级团聚体，且0—20 cm土层>2 mm粒级团聚体对有机碳贡献率均低于20—40 cm土层，而<2 mm团聚体有机碳贡献率则表现出相反的变化趋势。0—20 cm土层不同植茶年限各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层，且以<0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高；各粒级团聚体有机碳储量均随植茶年限延长而增加，植茶50 a以上土壤团聚体有机碳储量最高。