2024, Vol. 61
2. 四川省中江县农业农村局, 四川德阳 618100
2. Agricultural and Rural Bureau of Zhongjiang County, Deyang, Sichuan 618100, China
土壤碳库的微小波动能显著影响全球碳循环，引起全球气候变化[1-2]。土壤有机碳（SOC）作为农业生态系统的重要组成部分，在维持土壤理化性质和生物学功能中起着关键性作用。SOC不仅有助于土壤团聚体形成和稳定，还与大多数养分的生物地球化学循环密切相关，其中活性有机碳（LOC）在土壤中有效性高，直接作用于植物生长和微生物活动[3]。稻田土壤长期受到人类活动（耕作、施肥和灌溉等）的频繁干扰，碳库变化活跃[3-4]。因此，研究水稻土中SOC固存机制对减缓全球气候变化、保证稻田生产力及改善土壤质量具有重要意义。
农作物秸秆是土壤中重要的有机质来源，影响着SOC的分解和积累[5]。徐蒋来等[2]发现连续5年秸秆还田后，水溶性有机碳和易氧化有机碳含量分别以50%和75%还田量更高。秸秆还田对SOC的影响具有滞后性，唐鹏飞等[6]研究表明，棉秆还田5、10、15和20年SOC含量提高了42.45%、47.88%、33.40%和63.38%，需借助长期定位试验探索SOC的动态平衡和土壤固碳潜力[7]。土壤团聚体是调控有机质分解和积累的重要场所，其稳定性主要受到土壤微生物生物量和微生物胞外酶活性的影响[8]。土壤胞外酶是重要的催化剂，将复杂有机物分解为可供生物利用的单体，例如β-葡萄糖苷酶、纤维素酶和β-木糖苷酶可分解纤维素、半纤维素为果糖、葡萄糖[9]。碳循环相关酶催化SOC分解，也可能降低土壤碳储量。王福慧等[10]研究表明，秦岭太白山不同植被带中等团聚体（2~0.25 mm）含有较高的活性有机碳组分，且主要通过影响胞外酶活性来控制有机碳矿化速率。另有研究表明，秸秆还田促进了土壤团聚体形成，有利于微团聚体SOC向大团聚体SOC转化[11]，或有效保护了封存在大团聚体内的微团聚体碳[12]。不同生态系统、土壤特性和管理措施引起团聚体中碳组分变化存在明显差异。稻麦轮作系统中，由于周期性的干湿交替，团聚体微环境中有机碳与酶活性的相互作用关系尚无定论，它们对长期秸秆还田后的响应程度尚不明确。
长江上游耕地多分布于丘陵山区（以紫色土为主），四川盆地是典型的集约化水稻-小麦轮作种植区[13]。秸秆还田兼具经济效益、社会效益和生态效益，这种农艺措施在我国南方稻区广泛推广且效果明显，已成为南方农田管理制度的发展趋势[14]。本课题组前期阐明了长期秸秆还田对水稻土团聚体组成及稳定性的影响，从土壤团聚体角度评价了土壤氮、磷、钾养分状况[15]。本研究将进一步探索不同农艺措施下土壤有机碳活性组分和胞外酶活性在团聚体中的分布特征，并探究有机碳组分与碳循环胞外酶的关系，评估秸秆还田对土壤有机碳稳定性和固碳潜力的影响。这有利于加强对稻麦轮作体系中有机碳封存机制的理解，对于持续提高稻麦轮作体系生产力、推动秸秆资源合理利用具有重要意义。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验地位于四川省德阳市玉兴镇国家级耕地质量监测点（30°59′43″ N，104°57′12″ E），属于四川盆地中部浅丘地带，亚热带季风性湿润气候。试验区年降水量1 000~1 300 mm，年均气温16.7℃，年有效积温5 304℃，年无霜期281 d。长期定位试验点建于1984年，成土母质属白垩系下统薄砂厚页岩互层风化的坡积-洪积物，土壤发生类型为水稻土。初始耕层土壤（0~20 cm）基本理化性质见表 1。
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表 1 耕层土壤基本理化性质 Table 1 Basic physical and chemical properties of topsoil |
设置3个试验区：无肥区（CK）、化肥区（NPK）和秸秆还田+化肥区（NPKS），1984年建立长期定位试验点后无重大变更。试验区面积866 m2，种植制度采用一年两熟夏水稻-冬小麦轮作模式。无肥区和化肥区在作物收获后移除地上部秸秆。化肥区施入复合肥，2019年小麦季肥料用量为：N 132.2 kg·hm–2、P2O5 34.54 kg·hm–2、K2O 48.88 kg·hm–2；水稻季肥料用量为N 183.5 kg·hm–2、P2O5 34.54 kg·hm–2、K2O 48.88 kg·hm–2。化肥+秸秆还田区在施化肥的基础上，于每季作物收获时将原小区内水稻或小麦秸秆机械粉碎还田（秸秆长度约5~10 cm），其中水稻秸秆还田量约5 000 kg·hm–2，小麦秸秆还田量约3 000 kg·hm–2。化肥均作为基肥在小麦播种或水稻移栽前1周均匀施入土壤，田间管理以当地习惯方式进行。
1.3 土样采集2019年9月中旬水稻收获后，将每个试验区等体积划分为3个重复样区。每个样区按照“五点法”选择样点，采集0~20 cm土层原状土于无菌硬质塑料盒内，并放于低温保温箱中及时送回实验室。去除可见的动植物残体、石块等杂物后，部分土样保存于低温无菌环境，用干筛法制备新鲜土样团聚体；另取部分土样于阴凉通风处自然风干，并当土壤含水量降低至塑限时，沿原状土自然结构裂隙轻轻掰开为约1 cm3的小块，用湿筛法制备风干土样团聚体。
1.4 测定项目及方法风干土样团聚体分级采用湿筛法[16]：称取50 g风干土样均匀置于套筛（2、1、0.25 mm）最上层。将套筛置于去离子水桶中完全浸泡10 min，以振幅5 cm、每分钟40次的频率上下振荡10 min。依次收集每级土筛上的团聚体于铝盒中，水桶中土样采取沉降并离心方法收集，将装有土样的铝盒于60℃烘干、称重。得到大于2 mm、2~1 mm、1~0.25 mm大团聚体和小于0.25 mm微团聚体，用于分析团聚体有机碳及其活性组分含量。
新鲜土样团聚体分级采用改进的干筛法[16]：将土壤无菌低温干燥至一定水分含量（约100 g·kg–1），沿原状土自然结构裂隙将土块轻轻掰成约1 cm3的小块，并通过套筛（2、1、0.25 mm），依次收集每级土筛上的团聚体，保存于4℃冰箱，用于土壤胞外酶活性和微生物生物量测定。该方法采用土壤最佳水分含量方法，以最大程度降低对微生物群落的干扰。
土壤有机碳（SOC）采用重铬酸钾—容量法[5]测定；可溶性有机碳（DOC）采用去离子水浸提— TOC分析仪（Elementar，vario TOC select，德国）测定；微生物生物量碳（MBC）采用氯仿熏蒸浸提—TOC分析仪测定；易氧化有机碳（EOC）采用333 mmol·L–1高锰酸钾氧化法。DOC、MBC和EOC之和用活性有机碳（LOC）表示，统称为LOCs。
采用微孔板荧光法测定参与土壤碳循环的3种胞外酶活性（β-1，4-葡萄糖苷酶，BG；β-1，4-木糖苷酶，BX；β-D-纤维二糖水解酶，CBH）[17]。先称取1 g新鲜土样，加入100 mL的50 mmol·L–1醋酸缓冲液（pH约5.0）制备土壤悬浮液。再选择96孔微孔板，分别设空白孔、标准孔、待测样品孔，每个土样进行4次重复测定。使用酶标仪（Varioskan LUX，Thermo，美国）在450 nm波长处进行荧光测定。用每小时每克样品的基质转化率表示样品酶活性（nmol·h–1·g–1）。
1.5 数据处理与分析在SPSS 19.0软件中进行数据统计分析，采用单因素（one-way ANOVA）方差分析，并用最小显著差异法（LSD）和q检验（S-N-K，Student Newman Keuls）进行差异显著性检验（α = 0.05）。在Excel 2010中制图，柱状图误差线表示平均值的标准误差，用不同字母表示差异性显著（P < 0.05）。运用Canoco 5.0软件进行冗余分析（RDA）。
2 结果 2.1 土壤团聚体有机碳及其活性组分含量变化特征 2.1.1 不同粒级团聚体有机碳由图 1a可知，NPKS处理显著提高了各粒级团聚体有机碳（SOC）含量（P < 0.05），较CK和NPK处理分别提高32.92%~52.93%和19.90%~83.81%；且NPKS处理对1~0.25 mm粒级中SOC含量提升效果最佳。与CK处理相比，NPK处理提高了大于2 mm团聚体SOC含量，而明显降低了2~0.25 mm粒级中SOC含量，但CK与NPK处理间差异均不显著。不同粒级团聚体SOC分配状况有明显差异，以1~0.25 mm粒级最高；小于0.25 mm团聚体中SOC含量显著低于同处理其余粒级，降幅为13.01%~34.39%。
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注：CK：无肥区；NPK：化肥区；NPKS：秸秆还田+化肥区. 不同大写字母表示相同粒级不同处理间差异显著，不同小写字母表示相同处理不同粒级团聚体间差异显著（P < 0.05）。下同。 Note: CK, non-fertilizer plot; NPK, pure chemical fertilizer plot; NPKS, chemical fertilizer and straw returning plot. Different capital letters indicate significant differences among different treatments at the same particle size, and different lowercase letters indicate significant differences among different aggregates in the same treatment at 0.05 level. The same as below. 图 1 不同处理下土壤团聚体有机碳及其活性组分含量 Fig. 1 The contents of organic carbon and its labile fractions in soil aggregates under different treatments |
与SOC变化特征相似，不同处理对团聚体可溶性有机碳（DOC）含量有强烈影响（图 1b）。NPKS处理较CK和NPK提高了各粒级团聚体中的DOC含量，差异显著（P < 0.05）。与CK处理相比，NPK处理仅显著提高了大于2 mm团聚体中DOC含量（P < 0.05）。就不同粒级而言，小于0.25 mm团聚体中DOC含量均显著低于同处理大团聚体（大于0.25 mm）粒级，降幅为12.22%~46.40%（P < 0.05）；NPKS和NPK处理分别在1~0.25 mm和大于2 mm粒级处出现最大值：211.5 mg·kg–1（NPKS）和121.5 mg·kg–1（NPK）。
2.1.3 不同粒级团聚体易氧化有机碳从图 1c可以看出，与CK和NPK处理相比，NPKS处理显著提高了各粒级团聚体易氧化有机碳（EOC）含量（P < 0.05），其中对1~0.25mm粒级的提升效果最优。与CK相比，NPK处理提高了大于2 mm和2~1 mm粒级团聚体EOC含量，小于0.25 mm粒级中EOC含量反而显著降低了52.54%（P < 0.05）。随团聚体粒径减小，EOC含量呈现先上升后下降趋势，其中1~0.25 mm粒级处于较高水平。
2.1.4 不同粒级团聚体微生物生物量碳土壤团聚体微生物生物量碳（MBC）分布规律与SOC类似（图 1d）。NPKS处理提高了各粒级团聚体MBC含量，在1~0.25 mm粒级达到最高，较CK和NPK处理分别显著提高了37.18%和112.03%（P < 0.05）。相较于CK处理，NPK处理大于2 mm团聚体中MBC含量显著提高了19.81%；但2~0.25 mm粒级则显著降低了10.47%~35.30%（P < 0.05）。随着团聚体粒径减小，CK和NPKS处理团聚体中MBC含量呈先上升后降低趋势，NPK处理则呈逐渐降低趋势，三个处理均在大团聚体（大于0.25 mm）中分配较多，而在小于0.25 mm粒级最低。
2.2 活性有机碳组分比例变化特征水稻土团聚体各活性有机碳组分比例如图 2所示。团聚体粒径越小，LOC/SOC越大（除NPK处理小于0.25 mm粒级外）。土壤团聚体活性有机碳（LOC=DOC+EOC+MBC）与SOC的比值范围为6.79%~22.80%，表明研究区土壤LOC比例较低。与CK和NPK相比，NPKS处理可明显提高土壤团聚体LOC/SOC；与CK相比，NPK处理则明显降低了小于0.25 mm粒级LOC/SOC。
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注：LOC/SOC是活性有机碳（LOC）与有机碳（SOC）的比值；DOC/SOC是可溶性有机碳（DOC）与SOC的比值；EOC/SOC是易氧化有机碳（EOC）与SOC的比值；MBC/SOC是微生物生物量碳（MBC）与SOC的比值。下同。 Note: LOC/SOC is the ratio of labile organic carbon(LOC)and soil organic carbon(SOC); DOC/SOC is the ratio of dissolved organic carbon(DOC)and SOC; EOC/SOC is the ratio of easily oxidizable organic carbon(EOC)and SOC; MBC/SOC is the ratio of microbial biomass carbon(MBC)and SOC. The same as below. 图 2 不同处理下土壤团聚体活性有机碳组分比例 Fig. 2 The ratios of labile organic carbon fractions in soil aggregates under different treatments |
由图 2b可看出，DOC/SOC比值在各粒级间分布较为均匀，这表明DOC占SOC比例受团聚体粒径影响较小。不同处理下土壤团聚体DOC与SOC比值范围为0.68%~1.18%，表明DOC仅占土壤SOC中极小一部分。NPKS处理明显提高了DOC/SOC，较CK和NPK处理分别提高了33.10%~72.06%和29.24%~74.24%。
EOC/SOC明显高于DOC/SOC和MBC/SOC，表明EOC是土壤活性有机碳主要存在形式（图 2c）。EOC/SOC与LOC/SOC变化趋势相似，除NPK处理小于0.25 mm粒级外，EOC/SOC随团聚体粒径减小而增大。NPKS处理的EOC/SOC范围为9.94%~19.11%，较CK处理明显提高了49.42%~127.06%。NPK处理较CK提高了大于0.25 mm粒级EOC/SOC 12.55%~78.84%，而小于0.25 mm粒级则降低了72.38%。
土壤团聚体MBC/SOC变化趋势与DOC、EOC不同（图 2d）。MBC/SOC随团聚体粒径减小呈现先增后减规律，均在1~0.25 mm粒级处出现最大值。NPKS处理较CK提高了大于2 mm和2~1 mm粒级团聚体MBC/SOC，增幅为9.27%~34.16%；NPKS处理较NPK提高了大于2 mm、2~1 mm和1~0.25 mm粒级MBC/SOC，增幅为23.07%~25.41%。
总体而言，LOC/SOC和EOC/SOC随团聚体粒径减小而增大，而DOC/SOC和MBC/SOC在各粒级团聚体间变幅较小；与CK处理相比，NPKS可明显提高土壤团聚体各活性有机碳组分比例，而NPK降低了小于0.25 mm粒级LOC/SOC和EOC/SOC。
2.3 胞外酶活性的分布特征 2.3.1 不同粒级团聚体β-1，4-葡萄糖苷酶由图 3a可知，土壤β-1，4-葡萄糖苷酶（BG）活性在大于2 mm和1~0.25 mm粒级团聚体中较高，相同处理中小于0.25 mm粒级最低。NPKS处理下各粒级团聚体BG活性均处于较高水平，其中1~0.25 mm和小于0.25 mm粒级中BG活性较CK分别显著提高了26.49%和33.65%。与CK相比，NPK处理明显提高了各粒级团聚体BG活性（除2~1 mm粒级外），其中1~0.25 mm和小于0.25 mm粒级分别显著提高了20.86%和15.78%。但是，在大于2 mm和2~1 mm粒级团聚体，不同处理间BG活性差异不显著。
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注：BG，β-1，4-葡萄糖苷酶；BX，β-1，4-木糖苷酶；CBH，β-D-纤维二糖水解酶。下同。 Note：BG，β-1，4-Glucosidase；BX，β-1，4-Xylosidase；CBH，β-D-Cellobiohydrolase. The same as below. 图 3 不同处理下土壤团聚体胞外酶活性 Fig. 3 Extracellular enzyme activities in soil aggregates under different treatments |
从图 3b可看出，随团聚体粒级减小，土壤β-1，4-木糖苷酶（BX）活性呈先升后降趋势，其中NPK和NPKS处理以1~0.25 mm粒级团聚体最高。与CK和NPK处理相比，NPKS处理分别显著增强了大于2 mm粒级BX活性30.81%和15.26%（P < 0.05）；NPK处理则显著增强了小于0.25 mm粒级BX活性，较CK和NPKS分别提高了21.49%和8.72%（P < 0.05）。
2.3.3 不同粒级团聚体β-D-纤维二糖水解酶随团聚体粒径减小，NPK和NPKS处理下土壤β-D-纤维二糖水解酶（CBH）活性呈先升后降趋势，在2~1 mm粒级处出现拐点（图 3c）。NPKS处理中团聚体CBH活性均较高，较NPK处理显著提高了9.28%~10.99%（除大于2 mm粒级外）（P < 0.05）。与CK处理相比，NPK处理显著提高了2~1 mm团聚体CBH活性，但小于0.25 mm粒级显著降低了8.45%（P < 0.05）。
2.4 土壤团聚体有机碳组分和胞外酶活性的相关性不同处理间土壤团聚体胞外酶活性冗余分析（RDA）结果（图 4）显示，RDA1和RDA2分别解释了酶活性总变异的31.33%和6.35%。CK、NPK处理间差异较小，与NPKS处理明显被RDA1轴分开，且NPKS处理对所有指标均有正向影响。土壤团聚体中EOC、MBC和DOC均与团聚体胞外酶活性变化显著正相关，其中DOC对团聚体胞外酶活性变化的贡献最大。
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图 4 稻田土壤团聚体酶活性与有机碳组分的冗余分析（RDA） Fig. 4 Redundancy analysis(RDA)between enzyme activities and organic carbon fractions at the aggregate size |
采用逐步多元回归线性方程分析了胞外酶对有机碳及其活性组分的主次效应。如表 2所示，该方程模型的解释方差范围为0.396~0.548。BG和CBH两种酶是团聚体SOC、DOC和MBC的显著正向影响因子（P < 0.001），其中CBH起主导作用。此外，EOC主要受到CBH的显著正向影响（P < 0.001）。
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表 2 土壤碳循环胞外酶与有机碳组分关系的逐步多元回归分析 Table 2 Stepwise multiple regression analysis of the relationships between soil extracellular enzymes and organic carbon fractions |
土壤各活性有机碳组分（LOCs）是土壤有机碳（SOC）演变的重要控制因子，且容易受到农田土壤管理措施的影响[5]。本研究中，秸秆还田和施肥处理改变了土壤有机碳（SOC）及其活性组分（DOC、MBC和EOC）在团聚体中的分布（图 1），可见不同农艺措施明显改变了土壤碳在团聚体中的赋存机制。秸秆还田配施化肥处理显著提高了土壤团聚体中SOC和LOCs含量，尤其对1~0.25 mm粒级提升效果最佳（图 1）。荣勤雷等[18]在设施菜地有机肥/秸秆替代部分化肥模式定位试验中报道过类似结果。一方面是因为投入外源秸秆不仅能直接提高土壤有机碳组分含量，还能作为有机胶结物质促进团聚体形成，而团聚体的物理保护作用能有效避免包裹在内的有机碳被微生物优先分解，使得团聚体中的有机碳组分逐渐积累[19-20]。另一方面，由于稻-麦轮作土壤团聚体长期处于动态变化中，以1~0.25 mm粒级为主[15]，因此该粒级对有机碳周转速率和有机碳积累至关重要。本研究中MBC在2~0.25 mm粒级分配较多，且添加秸秆后得到显著提高（图 1d），这与Li等[21]为期八年的田间试验结果一致。由于MBC含量受到土壤团聚体结构和基质可用性的强烈影响，不同粒径大小的团聚体为微生物提供不同的微生境[22]。适宜粒径的团聚体中孔隙率、养分和碳可利用性高于更大或更小的团聚体[23]，因此，2~0.25 mm团聚体中微生物的生物量碳和活性显著高于小于0.25 mm微团聚体。与不施肥相比，长期单施化肥处理仅显著提高了大于2 mm粒级团聚体中DOC和MBC含量（图 1b和图 1d）。这可能是由于化肥处理可直接提供部分速效养分，避免了大团聚体中DOC和MBC被优先分解而暂时积累下来[20]。但由于长期单施化肥处理土壤结构性差，降低了小团聚体（小于0.25 mm）中封存的高稳定性SOC含量，也限制了土壤团聚体形成，从而不利于土壤固碳[24]。团聚体粒径大小也对团聚体有机碳组分分配有强烈影响，大于0.25 mm团聚体中SOC、DOC和MBC含量显著高于小于0.25 mm粒级，在不同地区和土壤类型中也报道了类似的分配特征[21，25]。这与团聚体等级概念模型（aggregate hierarchy conceptual model）观点[26]一致，微团聚体与活性有机质结合形成大团聚体，导致大团聚体中的有机碳组分含量高于微团聚体中的；前期研究也发现大于0.25 mm团聚体质量分数显著高于小于0.25 mm粒级[15]，可能也是其有机碳组分含量较高的一个重要原因。
农田管理措施会显著影响土壤碳输入与输出平衡，从而改变土壤SOC和LOCs组成。LOCs和SOC的比值在一定程度上可反映土壤有机碳的更新速率[5]。本研究中，LOC/SOC比值和EOC/SOC比值随团聚体粒径减小而增大（图 2a和图 2c），这表明LOC和EOC在大团聚体中损失较多，突出了大团聚体吸附LOC的重要性；伴随着大团聚体中SOC含量明显高于微团聚体的现象，说明大团聚体更有利于土壤固碳[25]。各粒级团聚体中DOC/SOC和MBC/SOC比值变化不明显（图 2b和图 2d），这表明MBC和DOC动态变化趋势同SOC较为一致，可作为评价SOC的敏感指标[5]。究其原因，土壤DOC和MBC主要来源于动植物残体、生物废弃物、有机肥以及土壤有机质分解等，是土壤碳库极其活跃的组成部分，受植物和微生物影响强烈。尽管土壤DOC和MBC占SOC的比例很低（< 3.5%），但它们对农田管理措施和土壤质量的响应十分敏感，对于土壤碳循环过程具有关键作用[18，27]。秸秆还田配施化肥不仅明显提高了各粒级团聚体中LOCs与SOC的比值，同时SOC含量也明显较高（图 1a和图 2），表明合理的田间管理有利于改善土壤有机碳的稳定性并提升土壤质量。相反地，长期不施肥和单施化肥处理由于LOCs/SOC比值较低，导致有机碳的更新速率较低，这可能降低土壤碳同化和矿化能力，降低土壤活性[28]。此外，团聚体有机碳组分对农田管理措施有强烈响应，这表明稻田土壤团聚体碳循环过程应得到更多的关注。
3.2 长期秸秆还田对土壤团聚体胞外酶的影响微生物作为土壤团聚体形成过程以及有机碳循环过程中最活跃的生物因素[29]，结合微生物分泌的酶可进一步理解团聚体中碳转化和固定机制。本研究发现，秸秆还田配施化肥处理可显著提高2~0.25 mm团聚体BG和CBH酶活性（图 3a和图 3c），它们可将纤维素降解为葡萄糖为作物提供能量，其主要来源于土壤中微生物的代谢活动[30]。秸秆还田后可作为微生物分解底物，增强微生物代谢能力，刺激土壤BG和CBH分泌[31]。2~0.25 mm粒级团聚体作为土壤胞外酶的主要载体，其对于促进SOC稳定及循环有重要意义。这与张帅等[32]研究结果类似，2~0.25 mm粒级团聚体中含有更高浓度的底物，可能对外源碳引发的SOC激发效应有更强烈的响应，同时增加了碳循环相关酶活性。此外，1~0.25 mm团聚体酶活性均保持在较优水平，可能是适宜的团聚体粒径可与胞外酶形成稳定复合物，进而保护酶免于降解并在较长时间内维持酶活性[33]。不同的是，大于2 mm团聚体中胞外酶活性在不同农田管理措施之间差异不显著（图 3a和图 3c），表明这部分团聚体酶活性主要受团聚体粒径的调控，这可能是大孔隙团聚体对酶分子的吸附作用掩盖了酶活性位点，导致农田管理措施对大于2 mm团聚体酶活性影响较小[32]。
土壤胞外酶催化有机质的分解和组成，从而影响有机碳组分分配[34]。为了更好地了解SOC的变化特征，有必要观察有机碳各组分与碳循环胞外酶活性的关系。冗余分析（RDA）表明，土壤团聚体中的EOC、MBC和DOC含量均与胞外酶活性变化呈正相关关系（图 4），这是因为可利用的LOCs可为微生物活动和分泌胞外酶提供碳源。有研究表明，SOC可通过影响微生物群落和固碳基因调控碳循环相关胞外酶活性[35]，大团聚体由于高的孔隙率和碳可利用性，成为了微生物的主要栖息地，进而提高了大团聚体胞外酶活性。本研究中，秸秆还田后不同碳循环胞外酶对土壤有机碳组分存在主次的影响（表 2）。团聚体DOC和MBC分配差异的主要影响因子是CBH活性，其次是BG活性。这进一步说明这两种酶主要促进LOCs形成，从而为土壤带来更多的新鲜碳[5]，有利于促进SOC循环转化[25]。与DOC和MBC相比，土壤团聚体EOC仅受到CBH的正向影响（表 2），表明EOC中可能含有被纤维素酶催化分解的有机物；而与其他胞外酶的相关性较弱，这可能是由于EOC的易氧化性质，它是土壤酶水解和氧化反应的常见底物[36]。前人[37]研究还证明了SOC转化速率不仅受胞外酶活性的影响，还取决于团聚体粒径大小。有研究认为微团聚体具有更大的比表面积和更小的孔隙，可在一定程度上附着更多SOC和胞外酶[25]，但其高稳定性也降低了团聚体活性。秸秆还田后腐烂分解可释放出驱动微生物生长的活性有机碳，极大地提高了土壤胞外酶活性，增加的有机物和微生物分泌副产物进一步将微团聚体胶结成稳定的大团聚体[25]。最后，在长期秸秆还田配施化肥的情况下，土壤团聚体逐渐以大团聚体为主。本研究中周期性干湿交替条件又导致了2~0.25 mm团聚体中有机碳组分含量和胞外酶活性均较高（图 1和图 3），该粒级具备胞外酶反应和SOC周转的有利条件，强化了有机碳组分和胞外酶的相互促进作用[16]。胞外酶对SOC分解的影响在不同大小团聚体中存在差异，与微团聚体相比，大团聚体中的酶活性高会导致SOC周转加快。由于本研究的局限性，尽管湿筛法是对土壤团聚体水稳性及有机碳分析的有效方法[38]，但也可能损失部分较大粒级团聚体碳。未来必须提出一种更好的筛分土壤团聚体方法，以便在团聚体尺度上更准确地分析土壤生化性质，或者利用同位素技术，在不同农艺措施中针对性探讨土壤碳循环的微生物调控。
4 结论团聚体中有机碳组分与碳循环胞外酶互相促进，其中可溶性有机碳和微生物生物量碳主要受到β-D-纤维二糖水解酶的影响，其次是β-1，4-葡萄糖苷酶。2~0.25 mm粒级大团聚体中有机碳各组分含量与胞外酶活性均处于较高水平，这为有机碳更新和周转提供了良好的微环境。农艺措施改变了土壤碳在团聚体中的赋存机制，长期化肥处理显著降低了小于0.25 mm团聚体中有机碳及其活性组分含量。秸秆还田配施化肥处理则提高了大团聚体中有机碳及其活性组分含量，有利于可持续的土壤碳增加。
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