秸稈還田對麥玉系統(tǒng)土壤有機碳穩(wěn)定性的影響

王學霞，張磊，梁麗娜，宋寧寧，劉東生，王甲辰*

（1.北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京100097；2.河北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北 保定071000；3.青島農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東 青島266109）

土壤有機碳（Total organic carbon，TOC）作為土壤質(zhì)量的重要評價指標，其含量、組成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性直接或間接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能[1]。土壤有機碳儲存特別是穩(wěn)定有機碳庫的變化，將對大氣CO2濃度產(chǎn)生重大影響[2]。提高土壤中有機碳的穩(wěn)定性被認為是在全球氣候變化背景下減輕CO2排放的有效方式之一[3-4]。秸稈還田通過增加土壤外源有機物的輸入，不僅影響農(nóng)田土壤理化性質(zhì)及過程[5-6]、改善土壤生物（微生物、土壤動物）群落結(jié)構(gòu)和活性[7]，還改變有機碳組成與分子結(jié)構(gòu)[8-9]，進而影響土壤有機碳的分解速率和穩(wěn)定性[10]，最終導致農(nóng)田土壤有機碳儲量變化。國內(nèi)外不少學者從不同時空尺度的試驗[11]及利用Meta 分析[8，12]等方式探討了秸稈還田方式、還田量、還田時間對土壤總有機碳、活性有機碳[13]、團聚體有機碳[14]的影響，均證實秸稈還田是增加農(nóng)田土壤有機碳的有效途徑之一[15-17]，但關(guān)于秸稈還田對土壤有機碳穩(wěn)定性影響的報道還比較少。因此，了解土壤有機碳穩(wěn)定性對秸稈還田響應(yīng)對維持農(nóng)田土壤碳庫有重要的意義。

前人研究表明土壤有機碳性質(zhì)特征是決定有機碳的降解速率與穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[13-14，18-19]。首先，土壤有機碳的降解速率與其自身分子結(jié)構(gòu)（有機碳化學性質(zhì)）密切相關(guān)，如烷基碳、芳香性碳等含碳官能團的含量[1，18]。不同官能團結(jié)構(gòu)對微生物、酶催化分解的抗性不同，其在環(huán)境中的持留時間存在極大差異[1，20]，因此，有機碳官能團結(jié)構(gòu)特征在某種程度上可以解釋土壤碳庫穩(wěn)定性[18，20]。國內(nèi)外不少學者認為土壤有機碳的官能團組成及其穩(wěn)定性與外源進入土壤的有機物質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量（化學結(jié)構(gòu)）密切相關(guān)[18，20]。秸稈還田過程中外源有機質(zhì)不斷被分解，秸稈中的烷氧基碳（易降解組分）會快速分解進入土壤中，而芳香碳和烷基碳（難降解組分）會選擇性保留，最終影響土壤有機碳的化學結(jié)構(gòu)[20-21]，當前應(yīng)用13C 核磁共振技術(shù)研究秸稈還田對有機碳結(jié)構(gòu)影響還比較少。其次，有機碳的穩(wěn)定性與土壤各有機碳組分含量密切相關(guān)。土壤中可溶性有機碳（Dissolved organic carbon，DOC）、易氧化態(tài)碳（Easily oxidizable carbon，EOC）和微生物量碳（Microbial biomass carbon，MBC）等活性碳組分（易降解組成）對土壤微環(huán)境的變化敏感，明顯受秸稈還田、施肥等農(nóng)業(yè)管理措施的影響[22]。隨著秸稈碳在土壤中的轉(zhuǎn)化及其在土壤不同碳庫中的分配，必將引起土壤各有機碳組分含量發(fā)生變化，進而改變土壤中有機碳的礦化及分解進程，最終影響到有機碳的穩(wěn)定性[21-22]。因此，明晰秸稈還田對土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)特征與有機碳各組分的影響，有助于揭示秸稈還田對土壤有機碳穩(wěn)定性的影響及其增碳的作用機制。

前人研究證實土壤有機碳穩(wěn)定性也受土壤團聚體的物理保護作用、土壤高價陽離子的結(jié)合作用及土壤微生物的生態(tài)穩(wěn)定作用等物理、化學、生物綜合作用 的 影 響[18，23]。Wang 等[14]和 王 峻 等[24]研 究 證 實 秸 稈還田能促進土壤大團聚體的形成，同時增加了大團聚體、中團聚體中有機碳的含量，說明秸稈還田一定程度上強化了團聚體對土壤有機碳的物理保護作用，有助于提高土壤有機碳穩(wěn)定性。Xue 等[25]研究證實秸稈還田可能通過影響土壤鐵形態(tài)的變化而導致有機碳的穩(wěn)定性變化；Chen 等[7]研究表明，秸稈還田通過改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及活性，從而影響土壤有機碳的分解速率和穩(wěn)定性。

在小麥-玉米輪作系統(tǒng)中，關(guān)于秸稈還田時間、還田量對土壤不同形態(tài)有機碳含量和質(zhì)量變化及土壤理化性質(zhì)、微生物等因素對土壤有機碳影響方面已作了大量報道[13,23-26],而對農(nóng)田土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)方面的研究，主要側(cè)重短期秸稈還田及秸稈與生物炭配施對烷基碳、烷氧碳、芳香碳和羧基碳等有機碳官能團影響，且沒有得出一致性結(jié)論[23，27-28]，同時關(guān)于秸稈還田影響土壤有機碳穩(wěn)定性的綜合作用機制也鮮有報道。因此，秸稈還田對小麥-玉米輪作系統(tǒng)土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)特征及有機碳穩(wěn)定性的影響研究還亟需深入。

本研究分析短期（5 a）不同還田量對小麥-玉米輪作系統(tǒng)土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)特征、活性有機碳、團聚體組成及其有機碳含量與鐵離子特征的影響，以全面了解小麥、玉米秸稈還田后土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)及有機碳組分的變化，闡明秸稈還田對土壤有機碳穩(wěn)定性的影響程度及其作用機制，以期為科學解釋秸稈還田對土壤有機碳庫的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

青島農(nóng)業(yè)大學試驗站（位于山東平度市蓼蘭鎮(zhèn)，36°67′09″N，119°88′41″E）屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫11.9 ℃，年平均降雨量680 mm，是典型的冬小麥-夏玉米一年兩熟區(qū)。試驗開始前耕層（0～20 cm）土壤含有機質(zhì)14.22 g·kg-1、全氮1.28 g·kg-1、速效磷8.99 mg·kg-1、速效鉀82.26 mg·kg-1、硝態(tài)氮10.54 mg·kg-1、銨態(tài)氮4.21 mg·kg-1，pH 8.02。

1.2 試驗設(shè)計

還田秸稈制備：小麥、玉米收獲后，用小型粉碎機將秸稈粉碎為＜2.00 cm 的粉末，小麥、玉米秸稈的含水率（SM）分別為10.11%～10.96%和11.42%～11.98%，總有機碳含量分別為45.21%～47.96% 和41.2%～46.78%。試驗始于2013 年10 月，試驗設(shè)4 個處理，分別為：（1）秸稈不還田（CK），小麥、玉米收獲后，人工移除秸稈及根系；（2）秸稈1/3還田（S1），小麥、玉米秸稈總量的1/3 還田；（3）秸稈2/3 還田（S2），小麥、玉米秸稈總量的2/3還田；（4）秸稈全量還田，小麥、玉米秸稈所有均還田（S3）。每個處理設(shè)4個重復(fù)，共16個小區(qū)，小區(qū)面積為6 m×8 m=48 m2，每個小區(qū)之間有寬1 m的隔離帶。

本區(qū)種植制度為小麥-玉米輪作，每年10 月中旬種植冬小麥，6 月上旬收獲小麥，6 月中上旬種植玉米，10 月上旬收獲玉米。小麥、玉米均統(tǒng)一種植，并統(tǒng)一水肥管理。肥料的使用量為優(yōu)化的經(jīng)濟施肥量，其中小麥季氮、磷、鉀肥用量折合成純養(yǎng)分N-P2O5-K2O：206-127-139 kg·hm-2，N 肥1/2 作為基肥，1/2 在拔節(jié)期追施，磷肥和鉀肥全部作為基肥。玉米季氮、磷、鉀肥用量折合成純養(yǎng)分N-P2O5-K2O：236-105-194 kg·hm-2，全部作底肥。耕作方式為冬小麥季旋耕（10～13 cm），夏玉米季免耕，還田秸稈均為上季作物粉碎殘體，其他田間管理措施均保持一致。

1.3 樣品采集

2018 年10 月玉米（秸稈還田第5 a）收獲時，采用“S”型采樣法，在每個小區(qū)內(nèi)選擇6 個重復(fù)，利用挖剖面取樣法在各樣點采集0～30 cm 未擾動的原狀土樣，用塑料保鮮盒帶回實驗室。土壤去除植物根系、碎屑等雜物，一部分風干用于檢測土壤團聚體組成、土壤有機碳含量、土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)分析；另一部分過2 mm 土壤篩，儲藏于4 ℃冰箱中用于測定土壤微生物量碳含量。

1.4 樣品分析

采用烘干法測定土壤含水量；采用重鉻酸鉀加熱滴定法測定TOC 含量；采用去離子水浸提法測定DOC 含量；采用高錳酸鉀氧化法測定EOC 含量；采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定MBC 含量[29]。采用濕篩法分離出＞2.00、2.00～0.25、0.25～0.053、＜0.053 mm 4個粒徑的團聚體，分別稱為大團聚體、中團聚體、微團聚體、粉+黏團聚體，烘干稱質(zhì)量，計算各級團聚體的質(zhì)量百分比[30]。分離后的團聚體經(jīng)風干，用于測定各團聚體組分中有機碳含量。土壤游離鐵、絡(luò)合態(tài)鐵、活性鐵檢測分別采用連二亞硫酸鈉還原法、焦硫酸鈉法和草酸法處理土壤樣品，然后用原子吸收光譜（PinAAcle 500，PerkinElmer，美國）進行測定。

土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)采用13C核磁共振波譜技術(shù)（NMR）分析。進行核磁共振波譜分析前，先對土壤樣品進行HF 預(yù)處理除去金屬離子干擾，以提高儀器分析結(jié)果的精確度，具體參照孫慧敏等[31]的方法。樣品測試采用核磁共振儀（Varian Infinity Plus 300 MHz，Varia 公司，美國）、固態(tài)13C-交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)。測定參數(shù)：1H共振頻率為299.835 636 MHz，13C共振頻率為75.400 04 MHz，轉(zhuǎn)速9.0 kHz，接觸時間為1.0 ms，循環(huán)延遲時間為4.0 s。土壤有機碳化學結(jié)構(gòu)波譜大多劃分為四大官能區(qū)：（1）烷基碳（Alkyl C，0～50 mg·kg-1）；（2）烷氧基碳（O-alkyl C，50～110 mg·kg-1）；（3）芳 香碳（Aromatic-C，110～165 mg·kg-1）；（4）羰基碳（Carbonyl-C，165～190 mg·kg-1）。其中，烷基碳+芳香碳=疏水碳，烷氧基碳+羰基碳=親水碳，烷氧基碳+烷基碳=脂族碳，芳香度=芳香碳/總和，疏水性=（芳香碳+烷基碳）/（烷氧基碳+羰基碳）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件進行各項指標之間的差異性分析，顯著性檢驗采用LSD 法（α=0.05）。文中數(shù)據(jù)均為平均數(shù)±標準誤，用Origin 9.0 作圖。采用Canoco 5.0軟件對土壤因子與土壤有機碳官能團組分進行冗余分析（Redundancy analysis，RDA），用蒙特卡洛檢驗（Monte Carlo）分析RDA 結(jié)果中土壤因子的影響是否達到顯著水平[32]。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對土壤團聚體組成的影響

土壤團聚體組成隨還田量的變化如表1 所示。大團聚體（＞2.00 mm）、中團聚體（2.00～0.25 mm）組分表現(xiàn)出隨著秸稈還田量增加逐漸增加，其中與CK 相比，S3 處理＞2 mm 組分顯著增加（P＜0.05）；微團聚體（0.25～0.053 mm）和粉+黏團聚體（＜0.053 mm）組分卻隨著秸稈還田量增加呈逐漸降低趨勢，與CK相比，S3處理＜0.053 mm 組分顯著降低（P＜0.05）?？梢姡S秸稈還田量增加大團聚體與中團聚體組分有增加而微團聚體與粉+黏團聚體組分有降低的趨勢。

表1 不同處理土壤團聚體組成變化（%）Table 1 Changes of soil aggregate composition in different treatments（%）

2.2 秸稈還田對土壤有機碳含量的影響

不同秸稈還田處理下，土壤總有機碳與團聚體有機碳含量的變化如表2 所示。隨著秸稈還田量增加，土壤總有機碳（TOC）含量逐漸增加，與CK 相比，S3處理增加了39.45%，差異顯著（P＜0.05）。＞2.00 mm與2.00～0.25 mm 團聚體有機碳含量與TOC 含量趨勢一致，與CK 相比，S3 處理分別增加了34.63%和35.19%，差異顯著（P＜0.05）。秸稈還田量對0.25～0.053 mm 和＜0.053 mm 團聚體有機碳含量影響不明顯。可見，隨著秸稈還田量增加，土壤TOC、大團聚體與中團聚體有機碳含量呈現(xiàn)逐漸增加趨勢。

不同秸稈還田處理土壤活性有機碳含量的變化如圖1 所示。與TOC 的變化趨勢相同，不同秸稈還田處理下，土壤DOC、MBC和EOC含量均增加，呈現(xiàn)為S3＞S2＞S1＞CK。土壤DOC（圖1A），與CK 相比，S3、S2處理其含量分別增加了61.27%和42.38%，差異達到顯著水平（P＜0.05）；不同還田量下，S3 處理DOC 含量最高，與S1相比，增加了32.71%，差異顯著（P＜0.05）。土壤EOC（圖1B），與CK相比，S3、S2處理其含量分別增加了47.36%和31.72%，差異顯著（P＜0.05）；不同還田量下，S3處理EOC含量最高，與S1相比，增加了38.12%，差異顯著（P＜0.05）。土壤MBC（圖1C），與CK相比，S2、S3處理MBC含量分別增加了29.05%和36.67%，增加顯著（P＜0.05），且不同還田量處理間差異不顯著。

表2 不同處理土壤總有機碳和團聚體有機碳含量（g·kg-1）Table 2 The soil organic carbon content of total and aggregates in different treatments（g·kg-1）

2.3 秸稈還田對土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)的影響

圖1 不同處理土壤活性碳組分DOC，EOC和MBC含量Figure 1 Fractions of soil active carbon components DOC，EOC and MBC in different treatments

不同秸稈還田處理土壤有機碳官能團均以烷基碳（Alkyl-C）與烷氧基碳（O-Alkyl-C）為主，其次是芳香碳（Aromatic-C）與羰基碳（Carbonyl-C）（圖2A）。隨還田量增加，土壤烷氧基碳相對含量有逐漸增加趨勢，與CK 相比，S3 處理其含量增加了4.76%，差異顯著（P＜0.05）。與CK 相比，S3 處理羰基碳、烷基碳相對含量分別增加和降低了19.58%和4.76%，差異不顯著。隨著還田量增加，土壤芳香碳相對含量有逐漸降低趨勢，與CK 相比，S2、S3 處理其含量分別降低了20.01%和18.53%，差異均達到顯著水平（P＜0.05）。可見，秸稈還田增加了烷氧基碳、羰基碳（易降解組分）含量而降低了烷基碳和芳香碳（難降解組分）含量。

土壤有機碳各官能團比值變化如圖2B 所示。隨著秸稈還田量增加，芳香度與疏水碳/親水碳的比值逐漸降低。與CK 相比，S2、S3 處理顯著降低了芳香度、疏水碳/親水碳、烷基碳/烷氧基碳的比值（P＜0.05），增加了脂族碳/芳香碳的比值，但差異不顯著。因此，秸稈還田降低了芳香度、疏水碳/親水碳、烷基碳/烷氧基碳比值，而增加了脂族碳/芳香碳比值。

2.4 秸稈還田對土壤鐵形態(tài)的影響

土壤中3 種形態(tài)鐵離子含量呈現(xiàn)為游離鐵（Free iron）＞活性鐵（Active iron）＞螯合鐵（Chelated iron）（圖3）。3 種形態(tài)鐵離子均隨著秸稈還田量增加而逐漸增加，但差異不顯著。

圖2 不同處理土壤有機碳官能團相對含量與比率Figure 2 Functional groups compositions and ratio of soil organic carbon in different treatments

圖3 不同處理下土壤鐵形態(tài)變化Figure 3 Changes of soil iron in different treatments

2.5 有機碳官能團結(jié)構(gòu)影響因素分析

冗余分析（圖4）表明，10 個環(huán)境變量解釋了43.2%的有機碳官能團組成的變化，其中第一軸和第二軸的解釋率為35.4%和7.8%。蒙特卡羅檢驗結(jié)果表明，土壤TOC（F=19.7，P＜0.01）、MBC（F=8.4，P＜0.05）含量、＞2.00 mm 團聚體（F=7.9，P＜0.05）對有機碳官能團結(jié)構(gòu)的影響達到顯著水平。因此，TOC、MBC含量、團聚體組成及鐵離子含量改變是導致不同處理間土壤有機碳官能團結(jié)構(gòu)存在差異的主要原因。

3 討論

3.1 不同秸稈還田對土壤有機碳的影響

圖4 土壤特征與有機碳組分的冗余分析Figure 4 The RDA analysis between soil properties and proportions of soil organic carbon

國內(nèi)外大量研究均證實小麥、玉米、水稻等秸稈還田能顯著增加土壤中總有機碳的含量[15-16，28]，這與本文的研究結(jié)果一致。小麥-玉米秸稈還田導致輪作系統(tǒng)中土壤總有機碳含量增加的原因如下：（1）秸稈本身是一種碳源，大量秸稈還田后，增加了土壤有機質(zhì)輸入量，導致土壤可利用的有機碳資源迅速增加，改善土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)，促進了土壤微生物的生長，提高土壤的生物活性[6，17，27]，提升秸稈降解和秸稈有機碳轉(zhuǎn)化為土壤有機碳的能力[33]，直接提高土壤總有機碳含量。（2）秸稈還田通過改變土壤物理結(jié)構(gòu)，改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)[24]，促進土壤大團聚體形成，增加大團聚體有機碳含量，加速土壤有機碳積累[15，19]。（3）秸稈的降解過程釋放出大量的營養(yǎng)元素，促進了作物根系的生長發(fā)育，從而增加了作物根系分泌物，增加了土壤有機碳含量[34]。此外，秸稈對土壤總有機碳的影響還受還田量和還田時間的影響[23-24]。前人研究表明，短期內(nèi)隨著秸稈還田量與還田年限的增加，土壤有機碳含量持續(xù)增加[35]。本研究也證實隨著還田量的增加，土壤有機碳含量逐漸增加，截止到秸稈還田第5 a，土壤有機碳含量為13.75 g·kg-1，在華北農(nóng)田耕層土壤有機碳變化范圍內(nèi)[35]，同時土壤有機碳含量也受到土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的影響[17]。

國內(nèi)外報道也證明秸稈還田改變土壤有機碳不同組分含量[13-14，22]。本研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田增加了土壤中DOC、EOC 和MBC 3 種活性碳含量，這與李新華等[22]的研究結(jié)果基本一致。究其原因是秸稈還田為微生物生長與繁殖提供充足碳源和庇護所，增強微生物的活性，進而促進秸稈有機物質(zhì)以及秸稈腐解，增加了活性碳組分的主要來源，因此提高了土壤中活性碳組分（易降解）含量。本研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田增加了土壤＞2.00 mm 團聚體和2.00～0.25 mm 團聚體中有機碳含量，且大團聚體有機碳含量最高，這與Six 等[36]研究結(jié)果一致，這可能是通過有機物或有機質(zhì)的膠合作用將土壤顆粒團聚在一起形成大團聚體，由此，大團聚體顆粒賦存的有機碳最多。此外，由于＞2mm大團聚體組分少，而2.00～0.25 mm 團聚體組分最多，因此，秸稈還田新積累的碳大部分也賦存于中團聚體內(nèi)[24]。

3.2 不同秸稈還田對土壤有機碳穩(wěn)定性的影響

烷基碳與芳香碳用來表征難被微生物利用的碳化合物，是難以降解的較穩(wěn)定有機碳組分[37]。烷氧基碳和羰基碳表示易被微生物代謝利用的易分解有機碳、不穩(wěn)定有機碳[26]。本文中土壤有機碳以烷氧基碳和烷基碳為主，隨著秸稈還田量增加，易分解的烷氧基碳與羰基碳的組分增加，而難降解的烷基碳與芳香碳組分降低，這與Chen 等[23]和Kubar 等[38]研究中水稻秸稈還田的結(jié)果類似，究其原因是秸稈中含有大量半纖維素、纖維素、聚合和非聚合的碳水化合物等易分解的碳組分。這表明5 a秸稈還田可能會增加土壤中易分解的碳含量，促進小麥-玉米輪作系統(tǒng)土壤碳排放，尤其以秸稈全量還田處理更為明顯。

烷基碳/烷氧基碳比值是評價土壤有機碳分解程度的敏感指標，可用來反映秸稈腐質(zhì)烷基化程度的高低和土壤有機碳的穩(wěn)定性[26]。脂族碳/芳香碳比值反映有機碳分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，比值越大，表明該有機碳分子結(jié)構(gòu)越簡單[20，37]。秸稈還田明顯降低了烷基碳/烷氧基碳比值，且隨還田量增加而降低，對脂族碳/芳香碳比值的影響不明顯，這與Kubar 等[38]和Xue等[39]的研究結(jié)果幾乎一致，表明秸稈還田5 a 促使土壤中低烷基化的有機碳組分累積，增加了土壤有機碳不穩(wěn)定性，同時發(fā)現(xiàn)土壤有機碳穩(wěn)定性受小麥、玉米秸稈還田量的負向調(diào)控。

芳香度值反映土壤有機碳的穩(wěn)定性，通常值越大有機碳穩(wěn)定性越好。隨還田量增加，芳香度值逐漸降低，這與Kubar 等[38]和Xue 等[39]的結(jié)果一致，表明秸稈還田可能暫時降低了土壤有機碳的穩(wěn)定性。疏水碳/親水碳比值反映土壤有機碳和團聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其比值越大說明由團聚體作用引發(fā)的有機碳穩(wěn)定性越高[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，短期秸稈還田降低水稻土有機碳的疏水性，增加有機碳的礦化程度[39]。本研究顯示，秸稈還田5 a 后疏水碳/親水碳比值顯著下降，隨著還田量增加，該比值明顯降低，這表明有機碳穩(wěn)定性隨還田量增加而降低。其原因可能是秸稈還田導致土壤中大團聚體增加，更利于活性較強的低分子有機碳累積[41]，短期內(nèi)秸稈還田量越高，不穩(wěn)定低分子有機碳累積越高。

3.3 不同秸稈還田下土壤有機碳穩(wěn)定性的影響因素

土壤團聚體是土壤有機碳形成和轉(zhuǎn)化的重要載體[18-19]，有機碳穩(wěn)定性受到團聚體的物理保護作用[42-43]。這是由于土壤中的團聚體將土壤有機碳儲存在其內(nèi)部，隔離氧氣、水分和微生物與酶的分解作用，形成天然的物理保護屏障[4,36]。本研究發(fā)現(xiàn)大團聚體、中團聚體與烷氧基碳和羰基碳相對含量間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而微團聚體、粉+黏團聚體與芳香碳和烷基碳相對含量之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（圖4），這與前人的研究結(jié)果基本一致：土壤粒徑越大，有機碳中烷氧基碳所占比率越高；土壤粒徑越小，烷氧基碳所占比率越低；隨著粒徑的減小，烷基碳和芳香碳相對含量逐漸增加[26，39，41]。這是由于粉粒和黏粒形成較為密集的物理結(jié)構(gòu)及與土壤中的礦物離子結(jié)合形成膠狀有機物抵抗土壤有機碳降解，增強了有機碳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[18，23]。秸稈還田5 a 后土壤大團聚體比率增加，微團聚體和粉+黏團聚體比率降低，由此，短期秸稈還田可能降低了土壤團聚體的物理保護作用，不利于維持小麥-玉米輪作系統(tǒng)中土壤有機碳穩(wěn)定性。

土壤有機碳穩(wěn)定性還受到土壤高價陽離子絡(luò)合作用的影響[19，25]，這是由于高價陽離子與有機碳間通過絡(luò)合反應(yīng)形成復(fù)雜的官能團，降低了有機碳的降解[42]。本研究顯示土壤游離鐵、活性鐵、螯合鐵與芳香碳、烷基碳相對含量之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（圖4），表明土壤中鐵離子變化對土壤有機碳穩(wěn)定性具有積極作用，這與前人的研究結(jié)果[26，39]一致。究其原因可能是土壤中游離鐵、螯合鐵、活性鐵等非晶質(zhì)氧化物的巨大比表面積增加了對可溶性有機碳的吸附能力，或者通過螯合作用形成了難以分解的物質(zhì)，提高了土壤有機碳的穩(wěn)定性。秸稈還田在一定程度上可能通過影響土壤鐵離子形態(tài)而導致有機碳的穩(wěn)定性變化。

土壤微生物與土壤有機質(zhì)化學性質(zhì)間的相互作用控制著土壤的碳循環(huán)過程[43]。微生物通過參與團聚體內(nèi)的有機碳、礦物結(jié)合態(tài)碳及穩(wěn)定性碳的分解，而影響有機碳的穩(wěn)定性[18，44]。本文中RDA 分析顯示MBC 與烷氧基碳、羰基碳相對含量間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這是由于秸稈還田通過增加微生物食物供給及改善微生物的生境條件，提高了其活性（MBC 含量）[17，27]，從而促進秸稈有機碳分解，加速了不穩(wěn)定性有機碳的形成。此外，MBC 作為活性有機碳的組成部分，秸稈還田促使其含量增加，對不穩(wěn)定性有機碳含量作出一定貢獻。因此，土壤MBC 含量變化也是不同量秸稈還田處理土壤有機碳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在差異的重要原因之一。

4 結(jié)論

（1）隨秸稈還田量增加，小麥-玉米輪作系統(tǒng)中土壤TOC、＞2.00 mm 與2.00～0.25 mm 團聚體有機碳含量及土壤DOC、MBC 和EOC 含量逐漸增加，與對照相比，全量還田顯著增加這些有機碳含量。

（2）秸稈還田增加了烷氧基碳和羰基碳（易降解有機碳）相對含量，降低了烷基碳和芳香碳（難降解有機碳）相對含量。隨秸稈還田量增加，烷氧基碳相對含量有逐漸增加趨勢，而芳香碳含量則呈現(xiàn)相反趨勢。秸稈還田降低了有機碳的芳香度、疏水碳/親水碳、烷基碳/烷氧基碳比值，對脂族碳/芳香碳比值影響不明顯。

（3）秸稈還田增加了大、中團聚體比例，減少微團聚體和粉+黏團聚體比例，與對照相比，全量還田顯著增加了大團聚體比率，顯著降低了粉+黏團聚體比率。

綜合分析表明，秸稈還田增加了易降解有機碳組分，減少了難降解有機碳組分，降低了微團聚體物理保護作用，因而，短期秸稈還田降低了麥玉輪作系統(tǒng)土壤有機碳穩(wěn)定性。