天津北大港沼澤濕地土壤團(tuán)聚體碳組分對長期開墾的響應(yīng)

史 妍 ，朱源山 ，郭長城 ，尚云濤 ，陳 清 ，薛冬梅 ，李 軍 ，王義東 ，王中良

（1.天津師范大學(xué)天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；2.天津師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津300387）

濕地是陸地和水體間過渡的一種特別的生態(tài)類型[1]，僅占全球陸地面積的4%～6%，但儲藏著全球約30%的碳[2]，是全球最大的碳庫[3]，對全球生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義. 碳是天然濕地土壤中的關(guān)鍵生源元素，直接影響著濕地生態(tài)系統(tǒng). 土壤有機(jī)碳（soil organic carbon，SOC）是土壤肥力的重要指示，與作物生產(chǎn)力和全球氣候有關(guān)[4-5]；土壤無機(jī)碳（soil inorganic carbon，SIC）是近地表環(huán)境的主要碳庫之一，其形成與周轉(zhuǎn)對碳循環(huán)具有重要影響[6].近年來，在氣候變遷和人類活動(dòng)的影響下，全球濕地面積迅速減少，濕地土壤碳儲量也大大減少.

土壤團(tuán)聚體是土壤有機(jī)碳穩(wěn)定和保護(hù)的載體，土壤有機(jī)碳的固定效應(yīng)與團(tuán)聚體的保護(hù)機(jī)制密切相關(guān)[7].一般認(rèn)為，大團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量高于微團(tuán)聚體，有機(jī)碳含量具有隨團(tuán)聚體粒徑增大而增加的趨勢[8-9].有關(guān)福建紅樹林濕地和遼河三角洲濕地的研究發(fā)現(xiàn)土壤團(tuán)聚體中粒徑＞2.000 mm 的大團(tuán)聚體占比最高，其SOC 含量也最高[10-11]，濕地開墾后團(tuán)聚體有機(jī)碳含量顯著降低[10-12]，中團(tuán)聚體（0.250～2.000 mm）有機(jī)碳含量的變化對濕地開墾的響應(yīng)更為敏感[10]，但也有研究表明土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量隨團(tuán)聚體粒級減小而增加，各粒級土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量、團(tuán)聚體對有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率以及團(tuán)聚體有機(jī)碳儲量均隨土層的加深而降低[13].與有機(jī)碳相比，土壤無機(jī)碳的研究多集中在干旱、半干旱以及高原地區(qū)的森林草地，農(nóng)業(yè)措施改變土壤的水熱條件和理化性質(zhì)，進(jìn)而影響無機(jī)碳的分布和含量. 青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)[14]以及半濕潤農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)[15]研究表明灌溉促進(jìn)了土壤無機(jī)碳的形成和積累，三江平原沼澤濕地[16]的研究表明長期開墾導(dǎo)致SIC 減少，隨著土層深度的增加，土壤無機(jī)碳儲量占全碳的比例增大[17].

目前，有關(guān)天津?yàn)I海鹽漬化濕地長期開墾后團(tuán)聚體中無機(jī)碳的研究并不多見，而由鹽漬化濕地高堿性、高鹽分和低土壤有機(jī)質(zhì)等特點(diǎn)帶來的特殊的土壤碳交換過程值得進(jìn)一步研究[18].本研究以北大港濕地為研究對象，探究長期開墾后濱海濕地團(tuán)聚體有機(jī)碳和無機(jī)碳的變化特征，進(jìn)一步認(rèn)識開墾對濕地土壤碳匯的影響，為濱海濕地的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

北大港濕地位于天津市濱海新區(qū)的東南部，地理坐標(biāo)為北緯 38°36′～38°50′，東經(jīng) 117°11′～117°37′，面積34 887 hm2，是天津市面積最大的濕地自然保護(hù)區(qū)，對亞洲東部候鳥的遷徙具有重要意義.本區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候，四季分明，冬夏長于春秋，春季少雨多風(fēng)，夏季高溫多雨，秋季溫度宜人，冬季寒冷少雪.年平均氣溫12 ℃，無霜期211 d.降雨多集中在7～8 月份，年平均降水量566 mm 左右，蒸發(fā)量為降水量的3倍[19].保護(hù)區(qū)植被以沼澤蘆葦（Phragmites communis）群落為主（約占60%），河流縱橫交錯(cuò)，坑塘洋淀多，北大港濕地為海積、湖積平原，由海岸和退海岸成陸的低平淤泥組成，因此形成了以河礫黏土為主的鹽堿地貌. 北大港濕地具有庫泊、灘涂、沼澤、河流和淺海5個(gè)類型，擁有豐富的生態(tài)系統(tǒng)和生物資源.該區(qū)地下水較豐富，礦化度為弱礦化水和礦化水.土壤主要有潮土和鹽土2 大類，以潮土分布居多.近年來，隨著大港區(qū)及周邊工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展和天津城市化進(jìn)程的不斷加快，濕地利用與保護(hù)之間的矛盾日益突出[20]，該地區(qū)大量沼澤濕地被墾殖為農(nóng)田，墾殖年限約60 a，前20 a 主要種植水稻（Oryza.sativa L.），后轉(zhuǎn)為旱田，主要種植作物為玉米（Zea mays L.）、棉花（Gossypium hirsutum）和高粱（Sorghum bicolor）.

1.2 樣品采集

2017 年11 月，在天津北大港濕地選取典型的蘆葦濕地和地理位置相近的長期開墾后的旱作農(nóng)田為試驗(yàn)地，兩地相距約2 km，具有相同的土壤母質(zhì).在濕地和農(nóng)田分別設(shè)置4 個(gè)重復(fù)小區(qū)，每個(gè)重復(fù)小區(qū)的土樣由附近3 個(gè)隨機(jī)土樣混合而成，分別采集表層（0～15 cm）和亞表層（15～30 cm）土樣，共采集了16 個(gè)土壤樣本.樣品采集完成后立刻裝入自封袋中密封并編號帶回實(shí)驗(yàn)室中.壓碎、剔除土樣中的植物殘?bào)w、貝殼和石塊等外來侵入物，將其置于通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干，風(fēng)干過程中沿土壤自然破碎面將其掰成直徑1 cm 左右的小塊，隨后將土樣混合均勻，密封保存，備用.

1.3 樣品分析與測試

采用濕篩法對風(fēng)干后的土樣進(jìn)行團(tuán)聚體分組：①用天平稱取100 g 風(fēng)干土樣，平均分成4 組，分別浸沒在蒸餾水中5 min，通過3 個(gè)不同孔徑的篩網(wǎng)（2.000 mm，0.250 mm 和 0.053 mm）濕篩 6 min（振幅3 cm，頻率50 次/min）（XY-100 型土壤團(tuán)聚體分析儀，北京祥宇偉業(yè)儀器設(shè)備公司），分別得到＞2.000 mm、0.250～2.000 mm、0.053～0.250 mm 和＜0.053 mm 共 4 個(gè)團(tuán)聚體粒徑組分.②將各個(gè)篩網(wǎng)上各團(tuán)聚體粒徑組分的土樣轉(zhuǎn)移到鋁盒中，置于60 ℃烘箱中烘干，然后稱重并記錄，便于之后各團(tuán)聚體組分占比的計(jì)算.③烘干后的土壤樣品研磨后過孔徑0.149 mm（100 目）的土壤篩，裝入自封袋中密封保存并做好標(biāo)記.

測定樣品有機(jī)碳（SOC）含量：①去除無機(jī)碳（SIC）.稱取5 g 的土壤樣品置于離心管中，向離心管中加入40 mL 稀鹽酸（濃度為1 mol/L），使用玻璃棒攪拌混勻，靜置3 h.②去除土樣中過量的稀鹽酸.將土壤混合液離心，在3 000 r/min 下離心5 min，隨后倒掉上清液，加入40 mL 超純水，攪拌均勻，然后再次離心，反復(fù)清洗3～4 次，洗至中性并用pH 試紙檢驗(yàn).③測定土樣的SOC 含量.將處理后的土壤樣品進(jìn)行冷凍干燥，研磨通過孔徑0.149 mm（100 目）的土壤篩，利用PerkinElmer 2400 Ⅱ型元素分析儀（德國Elementar 公司）測定SOC的含量.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和獨(dú)立樣本 T 檢驗(yàn)（independent-samples T Test）對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性檢驗(yàn).使用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用Origin 2018 軟件進(jìn)行繪圖.本研究圖中不同大寫字母均表示同一粒級濕地和農(nóng)田間差異顯著（P ＜0.05）；不同小寫字母表示濕地或農(nóng)田不同粒級間差異顯著（P ＜0.05），均值由4 個(gè)重復(fù)處理的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，誤差指標(biāo)采用標(biāo)準(zhǔn)差.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤團(tuán)聚體分布特征

經(jīng)過長期開墾，土壤團(tuán)聚體粒級分布發(fā)生顯著變化，不同土層各粒級團(tuán)聚體的含量如圖1 所示.

圖1 不同土層各粒級團(tuán)聚體的比重Fig.1 Proportion of aggregate in different soil layers

濕地開墾為農(nóng)田后，表層（0～15 cm）土壤的大團(tuán)聚體比例顯著下降（-81.7%），中團(tuán)聚體沒有顯著變化，而微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分的比例顯著增加，其中微團(tuán)聚體增加比例高達(dá)180.5%，成為全土團(tuán)聚體中占比最高的組分，達(dá)到37.7%.同時(shí)，濕地開墾后大團(tuán)聚體占比由最高減少至最低，僅為7.2%（圖1（a））.亞表層（15～30 cm）大團(tuán)聚體比例未發(fā)生顯著性變化，但中團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體顯著增加（+40.3%和+113.4%），礦質(zhì)顆粒組分比例顯著下降（-60.8%），同時(shí)亞表層土壤中各團(tuán)聚體粒級占比存在顯著性差異，微團(tuán)聚體占比高達(dá)40.5%，大團(tuán)聚體比例僅為6.7%（圖1（b））.

2.2 土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳（SOC）含量及分布特征

圖2 為長期開墾后土壤不同土層團(tuán)聚體中有機(jī)碳（SOC）含量的變化情況.

圖2 不同土層土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量Fig.2 Content of aggregate-associated soil organic carbon in different soil layers

由圖2（a）可以看出，經(jīng)過長期開墾，全土和團(tuán)聚體各粒級中SOC 含量會發(fā)生顯著變化.農(nóng)田表層（0～15 cm）土壤中全土、大團(tuán)聚體、中團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分SOC 含量顯著降低，分別為68.2%、38.9%、64.4%、62.3%和 35.0%（順序下文同），而中團(tuán)聚體組分、微團(tuán)聚體組分和礦質(zhì)顆粒組分中SOC 的含量無顯著差異.由圖2（b）可以看出，亞表層土壤（15～30 cm）中，除礦質(zhì)顆粒組分無顯著變化外，其他組分有機(jī)碳均表現(xiàn)出顯著下降（-37.4%、-65.8%、-67.3%和-40.6%），其中，微團(tuán)聚體組分的SOC 含量顯著低于大團(tuán)聚體.

濕地和農(nóng)田中不同土層土壤各粒級團(tuán)聚體所含有機(jī)碳在全土中所占比重如圖3 所示.

圖3 不同土層土壤中各粒級團(tuán)聚體所含有機(jī)碳在全土中所占比重Fig.3 Proportion of aggregate-associated organic carbon in bulk soil in different soil layers

由圖3（a）可以看出，濕地開墾為農(nóng)田后，表層土壤（0～15 cm）大團(tuán)聚體組分有機(jī)碳占全土比重顯著下降（-68.3%），而微團(tuán)聚體組分和礦質(zhì)顆粒組分有機(jī)碳占全土比重顯著增加（+235.5%和+228.5%），且與大團(tuán)聚體組分有機(jī)碳占全土比重存在顯著性差異（P ＜0.05），中團(tuán)聚體組分存在增加趨勢但不顯著. 由圖3（b）可以看出，農(nóng)田亞表層土壤（15～30 cm）微團(tuán)聚體組分有機(jī)碳占全土比重顯著增加（+116.6%），大團(tuán)聚體組分、微團(tuán)聚體組分及礦質(zhì)顆粒組分有機(jī)碳占全土比重呈下降趨勢（-42.5%、-18.1%和-23.8%），大團(tuán)聚體組分有機(jī)碳占全土比重顯著低于中團(tuán)聚體組分和微團(tuán)聚體組分，占比最低.

2.3 土壤團(tuán)聚體無機(jī)碳（SIC）含量及分布特征

圖4 為濕地長期開墾后不同土層土壤團(tuán)聚體中無機(jī)碳含量的變化情況.

圖4 土壤團(tuán)聚體中無機(jī)碳的含量Fig.4 Content of aggregate-associated soil inorganic carbon

由圖4（a）可以看出，濕地開墾為農(nóng)田后，表層的無機(jī)碳含量除全土和中團(tuán)聚體組分外都沒有顯著性差異（P ＜0.05），全土無機(jī)碳含量增加25.44%，主要由中團(tuán)聚體組分貢獻(xiàn)，其增加幅度為47.1%.開墾后，大團(tuán)聚體組分與中團(tuán)聚體組分和微團(tuán)聚體組分存在顯著性差異，成為含量最少的組分.然而由圖4（b）可以看出，農(nóng)田亞表層土壤中各組分無機(jī)碳含量均顯著增加，全土、大團(tuán)聚體、中團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分依次增加 137.4%、105.1%、163.7%、122.6%和169.8%，各組分間沒有出現(xiàn)顯著性差異.

圖5 為濕地長期開墾后不同土層土壤各粒級團(tuán)聚體所含無機(jī)碳在全土中所占比重.由圖5（a）可以看出，濕地開墾為農(nóng)田后，表層土壤（0～15 cm）中，大團(tuán)聚體組分無機(jī)碳占比顯著下降（P ＜0.05），下降幅度高達(dá)84.27%，中團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分無機(jī)碳占比分別升高12.35%、116.7%和8.4%，其中微團(tuán)聚體組分無機(jī)碳占比顯著升高（P ＜ 0.05）.由圖 5（b）可以看出，農(nóng)田亞表層土壤（15～30 cm）礦質(zhì)顆粒組分無機(jī)碳占比顯著下降（-57.1%），微團(tuán)聚體組分則顯著增加（+91.1%），大團(tuán)聚體組分和中團(tuán)聚體組分無機(jī)碳占比分別下降34.55%和增加44.71%.

圖5 土壤各粒級團(tuán)聚體所含無機(jī)碳在全土中所占比重Fig.5 Proportion of aggregate-associated soil inorganic carbon in bulk soil

2.4 土壤團(tuán)聚體總碳（TC）含量及分布特征

圖6 為濕地長期開墾后不同土層土壤團(tuán)聚體中總碳的含量情況.由圖6（a）可以看出，濕地開墾為農(nóng)田后，表層土壤（0～15 cm）全土及大團(tuán)聚體、中團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分總碳含量均顯著下降（-50.5%、-31.7%、-46.1%、-43.4%和-25.6%），總碳含量最高的為大團(tuán)聚體組分.由圖6（b）可以看出，農(nóng)田亞表層土壤（15～30 cm）中大團(tuán)聚體和中團(tuán)聚體組分總碳含量顯著降低（-32.9%和-33.1%）（P＜0.05），而礦質(zhì)顆粒組分則顯著增加（+65.18%）.

圖6 土壤團(tuán)聚體中總碳的含量Fig.6 Content of aggregate-associated soil total carbon

圖7 為濕地長期開墾后不同土層土壤各粒級團(tuán) 聚體所含總碳在全土中所占比重.

圖7 土壤各粒級團(tuán)聚體所含總碳含量在全土中所占比重Fig.7 Proportion of aggregate-associated total carbon in bulk soil

由圖7（a）可以看出，濕地開墾為農(nóng)田后，表層土壤（0～15 cm）中大團(tuán)聚體組分總碳含量占全土比重顯著下降75.9%，微團(tuán)聚體組分和礦質(zhì)顆粒組分比重顯著上升221.2%和135.9%.由圖7（b）可以看出，農(nóng)田亞表層土壤（15～30 cm）中大團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體組分總碳含量占比顯著下降（-54.5%和-44.0%），微團(tuán)聚體組分顯著增加112.4%，其中，大團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分與其他2 個(gè)組分占比存在顯著性差異（P ＜0.05）.

3 討論

3.1 濕地開墾對土壤團(tuán)聚體分布的影響

綜上所述，長期開墾對團(tuán)聚體分布具有顯著影響且不同土層情況不同. 濕地表層以大團(tuán)聚體為主（約40%），基本呈現(xiàn)粒徑越大占比越多的趨勢，這與鄭子成等[21]的研究相似，與馬雪瑩等[11]和 Mao 等[22]在遼河三角洲濕地的研究相反，但馬雪瑩等[11]有關(guān)蘆葦濕地的結(jié)果卻與本文相似，這可能是因?yàn)樘J葦濕地含水量高且生物量大，土壤處于較長時(shí)間的厭氧環(huán)境中有利于促進(jìn)團(tuán)聚體的形成，而其他濕地可能因受潮汐作用而不利于大團(tuán)聚體的形成[11]. 本研究中的北大港濕地也屬于蘆葦濕地，說明即使都是濕地，其團(tuán)聚體的組分比例也會因?yàn)樯L植物和外力條件等因素存在很大差異.而在濕地下層土壤中，礦質(zhì)顆粒組分占比最多（48.3%），這與霍莉莉等[12]和 Mao 等[22]的結(jié)果相同.與濕地相比，農(nóng)田表層土壤中大團(tuán)聚體組分（＞2.000 mm）的占比顯著降低（P ＜ 0.05），而微團(tuán)聚體組分（0.053～0.250 mm）和礦質(zhì)顆粒組分（＜0.053 mm）的含量顯著升高，這與 Grandy 等[23]和 Mikha 等[24]的研究一致. 首先，這可能是因?yàn)闈竦亻_墾后輸入土壤的植物殘?bào)w量降低，形成團(tuán)聚體膠結(jié)物質(zhì)的有機(jī)質(zhì)減少，而有機(jī)物質(zhì)的膠結(jié)對大團(tuán)聚體的形成影響較大，不利于大團(tuán)聚體的形成[21，25].其次，輸入的有機(jī)質(zhì)減少會導(dǎo)致提供給土壤動(dòng)物及微生物的食物和能量減少，不利于增加其數(shù)量及活性，影響大團(tuán)聚體的形成[25-26].再次，耕作活動(dòng)破壞大團(tuán)聚體.與之相反，除大團(tuán)聚體（＞2.000 mm）外，其他小組分基本呈現(xiàn)無明顯化或顯著增加的趨勢（P ＜ 0.05），跟據(jù) Wright 等[27]和鄧萬剛等[28]的研究結(jié)果，這主要是因?yàn)榱＜壿^大的團(tuán)聚體容易受到人為耕作破壞形成較小的團(tuán)聚體，從而導(dǎo)致中團(tuán)聚體組分（0.250～2.000 mm）和微團(tuán)聚體組分（0.053～0.250 mm）在濕地長期開墾后含量有所上升.眾多研究結(jié)果表明，受土壤、農(nóng)機(jī)具和人為活動(dòng)影響最大的是粒級較大團(tuán)聚體，且使其在一定程度上向較小的團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化[29]，而長期退耕恢復(fù)增強(qiáng)了耕層土壤的團(tuán)聚作用，有利于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體（＞0.250 mm）的形成，使土壤結(jié)構(gòu)得到改善[30].

3.2 濕地開墾對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

本研究結(jié)果顯示，與濕地相比，表層和亞表層的農(nóng)田土壤各粒級組分中有機(jī)碳含量幾乎都出現(xiàn)了不同程度的下降（圖2），全土分別下降68.2%和37.4%，差異性顯著（P ＜ 0.05），與三江平原沼澤濕地[16，31]、皖江自然濕地[32]和洞庭湖區(qū)[33]等諸多濕地開墾為農(nóng)田后有機(jī)碳含量下降的研究結(jié)果一致.這主要是因?yàn)闈竦亻_墾為農(nóng)田后，植物殘?bào)w的輸入大大減少，農(nóng)耕活動(dòng)改變了土壤水、熱的通氣狀況[34]，更多的有機(jī)碳暴露在空氣中，同時(shí)微生物分解活躍使得有機(jī)碳濃度降低[35]，促進(jìn)了有機(jī)碳的礦化，尤其是表層土壤受影響較大[31].相比于其他組分，中團(tuán)聚體組分（0.250～2.000 mm）中有機(jī)碳含量下降得最多，表層土壤和亞表層土壤中分別下降了64.3%和67.3%，這與陳志杰等[10]的研究結(jié)果一致，說明土壤中團(tuán)聚體對土地利用變化響應(yīng)最敏感[7]，其次是微團(tuán)聚體組分（0.053～0.250 mm），下降幅度分別高達(dá)62.26%和40.61%，這主要是由于未受到人為耕作影響的濕地土壤能夠包裹較多的有機(jī)碳[27].濕地表層和亞表層土壤中，大團(tuán)聚體（＞2.000 mm）和中團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量顯著高于微團(tuán)聚體和礦質(zhì)顆粒組分（＜0.053 mm），一般認(rèn)為，大團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量高于微團(tuán)聚體，有機(jī)碳含量隨團(tuán)聚體粒徑增大而增加[8-9]，保存于大團(tuán)聚體中的碳具有較低的分解速率和更長的周轉(zhuǎn)周期，因此大團(tuán)聚體含量越高，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，保護(hù)碳的功能越好[36].也有觀點(diǎn)認(rèn)為土壤團(tuán)聚體粒徑越小，有機(jī)碳含量越高[37]，但大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量一般高于全土的有機(jī)碳含量，表明大團(tuán)聚體對有機(jī)碳具有一定的富集作用[38-39].長期開墾后，大團(tuán)聚體遭到農(nóng)業(yè)活動(dòng)的破壞，有機(jī)碳含量顯著下降，各類退耕恢復(fù)研究表明植被恢復(fù)增加了大團(tuán)聚體中有機(jī)碳的比例[40]，大團(tuán)聚體中有機(jī)碳的恢復(fù)速度及其含量高于其他組分的[41]，作為有機(jī)碳的重要儲存載體，大團(tuán)聚體對恢復(fù)碳庫和減緩溫室效應(yīng)具有重大意義.長期開墾后，各粒級組分有機(jī)碳的含量顯著降低，濕地的固碳能力大幅降低，由此也可以看出，濕地開墾等土地利用變化能夠直接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程.

3.3 濕地開墾對土壤團(tuán)聚體無機(jī)碳的影響

農(nóng)田土壤中SIC 主要是開墾濕地土壤的遺留，少量由有機(jī)碳礦化而成，其輸出途徑為植物根系的吸收和侵蝕損失[16]. 本研究顯示，濕地經(jīng)過數(shù)10 年的開墾后，土壤SIC 含量顯著增加，尤其是在亞表層土壤（15～30 cm）中全土SIC 含量顯著增加，增幅高達(dá)137.4%（P ＜0.05），此結(jié)果與牛子儒等[42]在新疆三工河流域的結(jié)果相似，卻與江長勝等[16]在三江平原的研究不同.這主要由農(nóng)田灌溉引起，本研究區(qū)域鹽漬化程度較高，降水較少，農(nóng)業(yè)用水主要來源于河水和地下水，含有較多的 Ca2+、Mg2+、Na+、SO42-和 HCO3-[43]，會向土壤提供更多的鈣鎂離子，有利于碳酸鈣的形成，促進(jìn)了SIC 含量的增加[44-45].表層土壤中，水通量大、土壤呼吸產(chǎn)生CO2的速率高以及pH 較低加速了土壤碳酸鹽的溶解，使其跟隨水分下滲到溫度較低的亞表層土壤.在最大生物活性區(qū)下面，由于CO2更低和pH 更高，來自溶液的離子再結(jié)合形成土壤發(fā)生性碳酸鹽[46]，這樣的垂直遷移使得本文中亞表層農(nóng)田土壤（15～30 cm）的SIC 含量高于表層土壤（0～15 cm）（圖 4）.

長期開墾盡管使全土無機(jī)碳含量呈現(xiàn)顯著增加的情況，但各粒徑土壤組分中的SIC 變化不一.由圖5可知，上層和亞表層土壤中大團(tuán)聚體組分的無機(jī)碳含量占比均呈現(xiàn)下降的情況（-84.3%和-50.8%）且顯著低于其他組分，這一方面是由于農(nóng)業(yè)活動(dòng)減少和有機(jī)碳輸入少，大團(tuán)聚體組分本身的質(zhì)量占比已顯著降低，且SOC 含量較多，導(dǎo)致SIC 含量不高.另一方面大團(tuán)聚體組分穩(wěn)定性不如微團(tuán)聚體，水分一來不易在其中保存，二來灌溉后離子水化作用、土粒內(nèi)空氣壓力、膨脹作用以及膠結(jié)物在水中的溶解性容易導(dǎo)致團(tuán)聚體的破裂[18].

3.4 濕地開墾對土壤團(tuán)聚體總碳的影響

長期開墾后，農(nóng)田土壤TC 含量下降了29.83%，這與張金波等[47]和江長勝等[16]的研究結(jié)果相似，其中張金波等發(fā)現(xiàn)三江平原濕地開墾為農(nóng)田后TC 含量下降81%，而江長勝等[16]指出小葉章草甸濕地開墾為農(nóng)田后TC 下降73%.但本研究結(jié)果遠(yuǎn)低于他們的損失量，這是因?yàn)闈竦亻_墾雖然大大減少了土壤有機(jī)碳的含量，但本研究區(qū)域?qū)儆邴}漬化濕地，結(jié)合圖4 和圖5可知，河水和地下水的灌溉以及施肥等農(nóng)業(yè)處理顯著增加了無機(jī)碳的含量，從而減緩或抑制了TC 的減少，彌補(bǔ)了一部分碳庫的流失.這表明在轉(zhuǎn)變土地利用方式的過程中，尤其是將濕地開墾為農(nóng)田的過程中，不同的土壤類型質(zhì)地以及自然的灌溉條件對無機(jī)碳含量的影響存在極顯著性差異（P ＜0.01）[18]，選用合適的灌溉處理可以增加無機(jī)碳含量，減少土壤碳庫的損失.

農(nóng)田表層土壤（0～15 cm）中TC 含量顯著降低了50.5%，而亞表層土壤中（15～30 cm）TC 含量增加了16.30%，其中亞表層土壤中微團(tuán)聚體組分和礦質(zhì)顆粒組分含量增加，可見二者是減緩碳庫流失的重要貢獻(xiàn)者.兩層土壤中微團(tuán)聚體組分總碳占全土的比重顯著增加，高達(dá)35.0%和37.7%，接近中團(tuán)聚體組分，而微團(tuán)聚體組分的總碳含量對濕地開墾表現(xiàn)得更為敏感.大團(tuán)聚體組分的TC 占比顯著下降至最低，這主要是因?yàn)橛袡C(jī)碳含量降低以及大團(tuán)聚體減少.總碳占比的變化情況受團(tuán)聚體分布的影響顯著，與團(tuán)聚體占比的變化呈現(xiàn)一致性.

4 結(jié)論

本研究以天津北大港鹽漬化濕地和對應(yīng)開墾農(nóng)田為研究對象，利用濕篩法得到4 種不同粒徑土壤團(tuán)聚體組分，并對其總碳、有機(jī)碳和無機(jī)碳的含量進(jìn)行測定和分析，得到以下結(jié)論：

（1）長期開墾后土壤穩(wěn)定性遭到破壞，各粒徑組分占比發(fā)生改變，受耕作農(nóng)具以及團(tuán)聚體形成機(jī)制的影響，基本呈現(xiàn)大粒徑團(tuán)聚體占比減少、小粒徑團(tuán)聚體占比增加的趨勢，其中開墾對表層大團(tuán)聚體（＞2.000 mm）影響最大.

（2）長期開墾使得濕地全土以及各粒徑團(tuán)聚體組分有機(jī)碳含量顯著下降，大大降低了固碳能力和土壤肥力，改變了有機(jī)碳在土壤中的分配，表層土壤有機(jī)碳從大團(tuán)聚體（＞2.000 mm）和中團(tuán)聚體（0.250～2.000 mm）轉(zhuǎn)移到粒徑更小的2 個(gè)組分中. 中團(tuán)聚體（0.250～2.000 mm）和微團(tuán)聚體（0.053～0.250 mm）的SOC含量對開墾更加敏感.

（3）開墾顯著增加了土壤無機(jī)碳含量（+68%），這在一定程度上減緩了碳庫的流失；無機(jī)碳的增加可能來源于農(nóng)業(yè)灌溉和施肥，因此今后在濱海鹽漬化濕地地區(qū)應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注無機(jī)碳的動(dòng)態(tài)變化.