不同土地利用方式对黑土团聚体内有机碳红外光谱特征的影响

龙静泓，雷琬莹，李 娜，滕培基，韩晓增，何 朋，李禄军

(1.中国科学院黑土区农业生态重点实验室，东北地理与农业生态研究所，黑龙江 哈尔滨 150081；2.中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

土壤碳库是一个巨大的动态碳库，是全球碳库的重要组成部分。土壤团聚体是影响有机碳(Soil organic carbon，SOC)的重要因素，一方面，其通过对土壤有机质提供物理保护，影响土壤固碳能力和SOC稳定性；另一方面，通过影响土壤的物理结构和微生物活动，影响土壤养分的迁移转化和土壤肥力[1]。土地利用方式可能影响土壤团聚结构及有机碳在不同组分中的分配和稳定，不同土地利用方式下植物根系和微生物菌丝与土壤颗粒的缠绕也会反过来影响团聚体的稳定程度[2]。不同土地利用方式对团聚体及其内有机碳含量的影响已有研究：如林地开垦会导致团聚体内有机碳的损失，而坡耕地撂荒有助于有机碳的恢复；草地恢复处理是改善土壤结构稳定性和碳固存的有效手段，且土地利用变化过程中大团聚体内有机碳不稳定，更容易发生变化等[3-4]。黑土经过长期不同土地利用方式后，土壤碳库储量提高，结构稳定性增强且有机碳含量按团聚体粒径由大到小依次分布[5]，同时土壤团聚体对有机碳的物理组分和腐殖质组分具有明显的分馏效应[6]。在南方紫色土上也发现竹林和荒草地土壤团聚体稳定性较好，且团聚体稳定性与团聚体内有机碳呈极显著正相关关系[7]。

土壤团聚体作为土壤养分的重要贮存库，其稳定性指标可表征土壤结构的优良程度，是影响土壤肥力的重要指标。团聚体的稳定性可分为机械稳定性、水稳定性和生物稳定性[8]。不同稳定性的团聚体对碳的保护机制不同，不同粒径团聚体内有机碳的活性组分也不同，相应的，内部有机碳的化学结构必然产生差异。大团聚体内主要以结构简单、易分解组分的碳为主，微团聚体中以稳定性较强的芳香族碳为主[9]。脂肪族官能团被证明可能与有机碳活性有关，对团聚体稳定性有显著影响[10]。

尽管针对不同土地利用方式对团聚体的影响及团聚体与其内部有机碳化学结构的关系已有研究，但由于气候条件、土壤类型、原始土地利用方式及恢复方式和年限等因素不同，不同土地利用方式研究间可比性较低，在同一气候环境条件下，土壤背景值相同的不同土地利用方式对土壤团聚体有机碳红外光谱特征研究也相对较少。为此，本文基于1985年建立在黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称海伦站)内的不同土地利用方式长期定位试验，利用团聚体筛分(干筛和湿筛)和傅里叶变换红外光谱分析技术(Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR)，将团聚体区分为力稳性团聚体和水稳性团聚体，分析长期不同土地利用方式对黑土不同粒径团聚体及其内碳含量的影响，进一步利用傅里叶红外光谱技术对不同稳定性团聚体内有机碳的化学官能团结构进行定性和半定量测量，尝试探究团聚体内有机碳的红外光谱结构特征，深入解析黑土团聚体对碳的固持和稳定机制。研究结果将有助于评价不同土地利用方式对黑土团聚体和有机碳稳定性的影响，为探明黑土固碳潜力、提升黑土有机碳稳定性和优化农田黑土肥力管理措施提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 采样地点和试验设计

试验位于海伦站内(47°27′N，126°55′E)，地处我国东北黑土区的中心地带(世界四大黑土区之一)属温带大陆性季风气候，海拔240 m，年均降水量550 mm，年均气温1.5 ℃，年有效积温(≥10 ℃)2 450～2 500 ℃，年日照时数2 600～2 800 h，土壤为黄土状亚黏土发育而成的厚层黑土。

不同土地利用方式定位试验始于1985年，起始为耕作农田土壤，设置4种土地利用方式：(1)草地(Glassland，GL)：退耕后经过自然恢复为黑土区典型自然草原化草甸植被(104 m×16 m)；(2)林地(Forestland，FL)：人工落叶林，在原有耕地上种植落叶松，种植密度2 100株·hm-2，株高约4.5 m(485 m×57 m)；(3)农田(Cropland，CL)：农田小麦-玉米-大豆轮作，不施用任何肥料，一年一熟制，作物生长季进行3次中耕，耕作深度20 cm，每年秋季收获后将所有作物地上部分全部移除且旋耕20 cm(120 m×5.6 m)；(4)裸地(Bareland，BL)：退耕休闲，每年定期在植被生长期将地上植物铲除并移出土壤，保持土壤无植被覆盖，模拟裸地无植被覆盖条件下的黑土演化过程(16 m×5.6 m)。试验前初始表层土壤基本养分性质如表1：

表1 试验前0～20 cm土层土壤基本养分性质Table 1 Soil basic nutrient properties of the initial soil at surface 0～20 cm depth

1.2 土壤样品的采集与制备

试验样品采集于2020年7月，将每个处理的试验区分为3部分，模拟3次重复，每个重复内5点取样法采集0～20 cm土壤。采样前先将土壤表面植被和凋落物移除，在采集和转移过程中尽量保持土壤自然状态。所采土样带回实验室，小心去除肉眼可见的动植物残体后，一部分土样风干，过0.25 mm筛用于测定土壤元素含量及红外光谱特征；另一部分鲜样4 ℃保存，用于团聚体筛分。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 团聚体筛分及元素测定。土壤团聚体的筛分参考Six等[11]和Upendra[12]的方法。为更加接近原位状态下的自然土壤，干筛湿筛均采用新鲜土样进行筛分。湿筛方法如下：将土壤缓慢润湿后以32 r·min-1转速湿筛2 min，分别得到>2 mm、2～0.25 mm、0.25～0.053 mm和<0.053 mm四个粒径的团聚体；干筛筛分速度和时间与湿筛相同，得到>2 mm、2～0.25 mm、<0.25 mm三个粒径的团聚体。将筛分后得到的不同粒级团聚体组分称重后，一部分转移至铝盒中105℃烘干至恒重，测定含水量，用于计算不同粒径团聚体的质量分数；另一部分风干后研磨过0.25 mm筛用于测定土壤元素含量及红外光谱特征。全土和各级团聚体的有机碳及全氮(Total nitrogen，TN)含量用元素分析仪(EA 3000，意大利Euro Vector公司)进行测定。

平均重量直径(Mean weight diameter，MWD)采用以下公式计算：

式中：Wi为第i个粒级团聚体的平均直径，Mi为第i个筛上团聚体的百分比。

1.3.2 红外光谱测定。红外光谱特征采用傅里叶红外光谱仪(Nicolet 6700，美国Thermo Fisher公司)溴化钾(KBr)压片法测定。称取上述风干过筛土样2 mg、光谱纯KBr 200 mg于玛瑙研钵中磨匀后压片。红外光谱测试范围500～4 000 cm-1，扫描次数64次，分辨率4 cm-1，采集时空气背景自动扣除。

1.3.3 数据统计分析。使用Omnic 8.0软件对红外光谱图进行处理分析。实验数据用SPSS 20.0软件进行单因素方差(显著性水平P<0.05)和相关性分析，文中数据为¯x±SE，图表用Origin 2018绘制。

2 结果与分析

2.1 土壤有机碳和全氮含量变化

由于试验设置初始时所有土地利用方式均为农田，故本文中所有处理以农田处理作为对照。经过35年不同土地利用方式的管理，土壤碳氮含量发生变化。与农田CL处理相比，GL处理的SOC和TN含量显著增加，分别增加了22.9%和28.5%(P<0.05)；BL处理SOC和TN含量均显著减少，分别减少了15.2%和12.2%(P<0.05)；FL处理中SOC增加了10.2%，TN减少了1.7%，差异不显著(图1)。除FL处理C/N显著升高外，其他处理无显著差异。

注：图中数值为平均数±标准误不同小写字母表示处理在P<0.05水平上差异显著。下同。Note: Values are mean±standard error of (n=3),different small letters indicate significant differences between treatments at P<0.05.The same is as below.图1 不同土地利用方式下土壤全氮、有机碳含量和C/N比Fig.1 The contents of soil total nitrogen,organic carbon,and C/N ratio under different land use patterns

2.2 土壤团聚体质量分数和平均重量直径

经过35年不同土地利用方式的恢复，处理间土壤团聚体质量分数差异明显。与CL处理相比，在干筛方式下，GL中>2 mm的超大团聚体显著增加，2～0.25 mm的大团聚体显著减少(P<0.05)；FL中超大团聚体显著减少，大团聚体和0.25～0.053 mm的微团聚体显著增加(P<0.05)；BL中除2～0.25 mm的大团聚体稍有增加外，其他粒径团聚体含量没有显著变化(图2A)。在湿筛方式下，GL中超大团聚体和大团聚体显著增加，<0.053 mm的粉黏粒显著减少(P<0.05)；FL中超大团聚体和粉黏粒显著减少，大团聚体和微团聚体显著增加(P<0.05)；BL中超大团聚体显著减少，其余所有粒径团聚体都显著增加(图2B)(P<0.05)。在干筛方式中，GL和FL的平均重量直径都显著增加(P<0.05)，BL的平均重量直径降低了7.8%(图2C)。在湿筛中，GL的平均重量直径显著增加(P<0.05)；BL的平均重量直径显著降低(P<0.05)；FL没有显著差别(图2D)。

图2 不同土地利用方式下土壤团聚体质量分数和平均重量直径(MWD)Fig.2 Aggregate size distribution and mean weight diameter (MWD) under different land use patterns

2.3 土壤团聚体内有机碳和全氮含量变化

土壤团聚体内碳氮浓度与全土碳氮含量趋势相近。与CL处理相比，在干筛方式下，GL中>2 mm、2～0.25 mm和<0.25 mm粒径团聚体内碳氮浓度显著增加(P<0.05)；FL处理>2 mm和2～0.25 mm团聚体内有机碳分别增加9.5%和2.9%，<0.25 mm团聚体内有机碳减少2.8%，TN分别减少9.4%、8.4%和11.2%；BL处理团聚体内碳氮浓度均显著降低(P<0.05)(图3A、3C)。在湿筛方式下，GL处理所有粒径团聚体内碳氮浓度均显著高于CL处理(P<0.05)；FL处理中>2 mm的团聚体有机碳浓度增加2.9%，其余团聚体有机碳及TN浓度均减少但差异不显著；BL处理团聚体碳氮浓度均显著低于CL处理(P<0.05)(图3B、3D)。

图3 不同土地利用方式对土壤团聚体内有机碳和全氮浓度的影响Fig.3 Effects of different land use patterns on organic carbon and total nitrogen concentrations within soil aggregates

由各粒级团聚体质量分数和相应团聚体内有机碳和全氮浓度可计算得出土壤团聚体内有机碳和全氮含量，这一指标可以更加直观地比较不同粒径团聚体对全土碳氮的贡献程度(图4)。在干筛方式下，GL处理中碳氮主要来源于超大团聚体；其他处理中碳氮主要来源于大团聚体；FL处理中超大团聚体贡献的碳氮较少，<0.25 mm团聚体的碳氮含量显著高于其他处理(P<0.05)，这与FL处理中该粒径团聚体质量分数较高有关。在湿筛方式下，全土碳氮含量的差异主要来自超大团聚体，具体表现为GL处理中超大团聚体碳氮含量最高，BL处理中最低；GL和FL大团聚体碳氮含量都显著增加(P<0.05)，粉黏粒的碳氮含量显著降低且GL处理变化更明显(P<0.05)；BL在<2 mm的三个粒级上与CL碳氮含量差异不明显。

图4 不同土地利用方式对土壤团聚体内有机碳和全氮含量的影响Fig.4 Effects of different land use patterns on organic carbon and total nitrogen contents within soil aggregates

2.4 全土和团聚体内的有机碳红外光谱结构特征

红外光谱图中，波数4 000 ～ 1 300 cm-1属于特征区，可反映有机碳特定官能团差异。本文选取2 920 cm-1、1 630 cm-1和1 420 cm-1三处峰分别揭示甲基/亚甲基、芳香族和脂肪族官能团的特征[9,13]，以探究不同土地利用方式对土壤有机碳化学结构的影响。不同土地利用方式下，土壤全土有机碳骨架红外光谱吸收峰情况基本一致(图5)。

图5 长期不同土地利用方式下表层土壤红外光谱特征Fig.5 Infrared spectrum of surface soils under different land use patterns

经过35年不同土地利用方式的恢复，土壤有机碳的脂肪族和芳香族相对吸收峰面积发生改变(图6)。在1 420 cm-1处，GL和FL处理全土甲基/亚甲基相对吸收峰面积分别增加了6.18%和13.0%，BL处理减少了2.7%；在1 630 cm-1处，GL、FL、BL处理分别使芳香族C=C官能团相对吸收峰面积减少17.0%、5.6%、6.6%；在2 920 cm-1处，GL、FL、BL处理分别使脂肪族官能团相对吸收峰面积增加了912%、177.8%、55.5%。GL和FL处理不同程度地增加了活性有机碳水平，降低了芳香族稳定性有机碳水平。

图6 全土和不同粒级团聚体内有机碳主要官能团吸收峰相对面积Fig.6 FTIR relative area of main organic carbon functional groups of bulk soil and aggregate fractions

土壤不同粒径团聚体内有机碳官能团相对吸收峰面积存在差异。在1 420 cm-1处，湿筛方式下4种土地利用方式除粉黏粒相对峰面积没有显著差异外，GL处理在其他三个粒级中均显著高于CL处理，FL处理的大团聚体和微团聚体相对峰面积显著高于CL处理，而BL处理在2～0.25 mm粒级显著高于CL，0.25～0.053 mm显著低于CL处理(P<0.05)；在1 630 cm-1处，干筛方式下超大团聚体相对峰面积CL处理最高，BL处理最低，FL与GL均显著低于CL处理(P<0.05)，微团聚体相对峰面积为BL处理最高，GL处理最低。湿筛方式下超大团聚体和大团聚体两个粒径不同处理间没有显著差异，BL处理微团聚体和粉黏粒相对峰面积都显著高于其他处理(P<0.05)。在2 920 cm-1处，干筛方式下各处理超大团聚体相对峰面积均显著高于CL处理且BL处理最高，各处理大团聚体相对峰面积均显著低于CL处理且BL处理最低，GL和FL处理微团聚体相对峰面积显著增加(P<0.05)。

2.5 土壤有机碳含量及其主要化学官能团相对吸收峰面积的关系分析

单个粒径的土壤团聚体内有机碳主要官能团相对峰面积与碳含量的相关性不显著(数据未显示)，为此分别将湿筛和干筛得到的所有团聚体内有机碳主要官能团相对峰面积与碳含量做了相关性分析。如图7所示，在湿筛方式下，随有机碳含量的增加，1 420 cm-1处甲基亚甲基相对峰面积增加，1 630 cm-1处芳香族化合物相对峰面积减少；在干筛方式下，随有机碳含量的增加，1 420 cm-1处相对峰面积稍有增加趋势，1 630 cm-1处相对峰面积减少，2 920 cm-1脂肪族相对峰面积增加，说明随有机碳含量的增加，活性有机碳组分的相对比例上升，稳定性有机碳组分相对比例降低。

图7 有机碳主要官能团吸收峰相对面积与碳含量相关散点图Fig.7 Correlation scatter diagram of carbon contents and FTIR relative area of main organic carbon functional groups

进一步进行相关性分析(表2)，1 630/2 920两处相对峰面积的比值可以表征土壤有机碳稳定性水平。无论是否筛分或何种筛分方式下，全土和团聚体内有机碳含量均与1 420 cm-1、2 920 cm-1处相对峰面积呈正相关关系，与1 630 cm-1处相对峰面积和1630/2920呈负相关关系，其中筛分后的团聚体碳含量与1 630 cm-1处相对峰面积呈极显著负相关关系(P<0.01)，湿筛团聚体有机碳含量与1 420 cm-1处相对峰面积呈显著正相关关系(P<0.05)，干筛团聚体有机碳含量与2 920 cm-1处相对峰面积呈显著正相关关系、与1 630/2 920呈显著负相关关系。随有机碳含量的增加，活性有机碳组分的相对比例上升，稳定性有机碳组分相对比例降低，说明有机碳含量高的土壤中有机碳更多以活性组分形式存在，其有机碳稳定性相对较低。

表2 主要官能团吸收峰相对面积与全土和团聚体内有机碳含量的相关分析Table 2 Correlation analysis between organic carbon content and FTIR relative area of main organic carbon functional groups

通过主成分分析(图7A)可知，四种不同土地利用方式在PC1和PC2进行区分；不同特征峰的相对峰面积在因子载荷图(图7B)中分布不同，表征芳香族化合物的1 630 cm-1处相对峰面积与PC1负相关，而表征活性组分碳的1 420 cm-1处相对峰面积与PC1正相关，同样表征活性脂肪族有机碳的2 920 cm-1处相对峰面积主要分布在坐标系右下方，代表从左上到右下为有机碳组分从稳定性较强到活性较强变化，对应处理的有机碳稳定性为：BL>CL>FL>GL。BL和CL主要与PC1负相关，与PC2正相关，由因子载荷图可知BL和CL两个处理与1 630 cm-1处相对峰面积相对比例较高，表示这两个处理土壤有机碳更加稳定(图8)。CL和FL两个处理脂肪族官能团和甲基、亚甲基相对比例较高，说明退耕还林还草增加了土壤有机碳活性组分。这与通过碳氮含量及相对峰面积比例得到的结果相同，土壤有机碳含量及化学结构与不同土地利用方式密切相关。

注：图A中不同颜色表示不同土地利用方式；图B中不同颜色表示不同波数处的相对吸收峰面积，不同形状表示不同筛分方式(实心圆形为干筛、空心圆形为湿筛、空心方形为未筛分的全土)，图标大小表示筛分后从大到小的不同粒径。Note: In Figure A,different colors represent different land use patterns.In Figure B,different colors represent the FTIR relative areas at different wavenumbers,different shapes represent different sieving methods (solid circle,hollow circle and hollow square represent dry sieving,wet sieving,and bulk soil,respectively).The size of the icon represents different aggregate sizes after sieving.图8 不同土地利用方式下土壤有机碳的特征峰面积的主成分分析和因子载荷图Fig.8 Principal component analysis and loading factors of FTIR peak of SOC under different land use patterns

3 讨论

3.1 长期不同土地利用方式对土壤碳氮及团聚体分布的影响

土地利用变化是影响SOC动态平衡的主要人为因素[14]，它通过影响外源碳的输入数量和质量影响土壤养分和团聚结构变化。本研究中农田(CL)选用1985年布置的无肥耕作处理，海伦站施用化肥的长期定位试验于1993年布置，经过16年长期定位试验，无肥和有肥处理SOC含量无显著差异[15]。在本文中，草地(GL)、林地(FL)和裸地(BL)处理均没有化学肥料施用，故本文以不施肥的农田处理作为对照，能排除施肥因素的影响，更好地比较不同土地利用方式对土壤碳的影响。农田处理的外源有机物输入减少，不利于土壤养分的积累，同时耕作过程中翻耕措施会破坏团聚体，导致有机质矿化分解速度加快[11]，故农田处理碳氮含量低于草地及林地处理，其团聚体稳定性也不如草地处理。苑亚茹等[16]发现草地促进大团聚体的形成，且草地大团聚体内有机碳含量显著高于农田。本研究中草地处理生物量较大，每年向土壤输入大量的地上凋落物、地下根系残体及其分泌物，为土壤提供了丰富的养分来源，其碳氮含量显著高于其他处理，同时繁密的地下根系促进了大团聚体的形成[17]。由于林地土壤有机碳含量受还林时间、树种、林分密度等因素影响，不同研究中还林土壤养分含量和团聚体分布情况差异较大[18-19]。本研究中，林地土壤有机碳含量稍有增加，C/N显著升高，这可能与人工落叶松林每年凋落物量有限且土壤酸度大，不利于凋落物分解归还至土壤有关[5]。而裸地处理由于地上没有任何植被覆盖，缺乏有机物输入和根系的扰动，加之大团聚体受风蚀和水蚀破碎作用，土壤失去了大团聚体的物理保护，团聚体稳定性较差[20]，全土和团聚体内碳氮含量及团聚体水稳性都显著低于其他处理。Sheng等[6]也发现农田转化为裸地会导致土壤总有机碳、大团聚体及大团聚体内有机碳浓度的大量减少。本研究证明草地是提高土壤有机碳的有效恢复方式，且超大团聚体是处理间有机碳含量差异的主要贡献者，粉黏粒中碳氮含量较少，说明>0.25 mm大团聚体比微团聚体固碳能力强，对有机碳的累积贡献更大。超大团聚体对土地利用方式变化响应敏感，可作为反映SOC潜在变化的基本指标[21-22]。

本研究采用了干筛和湿筛两种团聚体分级方法，干筛主要得到抗机械力分散的力稳性土壤团聚体，表征田间耕作或其他机械力扰动下的土壤团聚体状态；湿筛得到抗水力分散的水稳性团聚体，可表征降水地表径流等其他水分运动迁移作用下土壤团聚体的稳定状态。土壤团聚体稳定性是衡量土壤质量的重要指标，平均重量直径(MWD)为评定土壤团聚性的指标，MWD值越高代表土壤团聚体越稳定、结构越好。干筛MWD均高于相应的湿筛MWD，说明本研究中团聚体以力稳性团聚体为主。草地中团聚体力稳性和水稳性都显著高于其他处理，而裸地以力稳性团聚体为主，水稳性较差，林地团聚体水稳性与农田相似而力稳性显著降低。造成团聚体稳定性差异的原因可能为地上植被及凋落物的不同，林地降水首先被树冠截留，且地表凋落物较多，降水通过枯枝落叶层渗入地下，减少了地表径流，有效减少降水对表层土壤的冲刷，利于土壤中大团聚体的形成和保持，相反裸地由于没有植被覆盖，降水直接对表层土壤冲刷，大团聚体受到破坏，且没有植物根系及其他扰动，土壤比较黏重，团聚体力稳性较强但水稳性差。草地既有繁茂的植被覆盖阻挡降水，又有丰富的地下根系及分泌物促进大团聚体的形成，团聚体力稳性和水稳性都得到了提升，土壤团聚体稳定性增强。

3.2 长期不同土地利用方式对土壤有机碳红外光谱特征的影响

不同土地利用方式也影响了全土和团聚体有机碳红外特征。土壤有机碳在2 920 cm-1和1 420 cm-1处的相对峰面积可以表征土壤有机碳活性组分含量，1 630 cm-1处的相对峰面积可以表征稳定性组分含量。外源有机物输入可以促进土壤大团聚体的形成，增加活性碳相关的红外相对峰面积，提高脂肪族碳的相对含量，增强团聚体对碳的保护能力[9-10]。本研究中草地处理显著增加了2 920 cm-1处的相对峰面积，草地处理在1 420 cm-1处、林地处理在2 920 cm-1和1 420 cm-1处相对峰面积均有增加。1 630 cm-1处芳香族官能团相对峰面积在草地中显著减少，林地和裸地官能团相对峰面积也相应减少，表明草地和林地处理均增加了活性有机碳比例，相对降低了有机碳的芳香性。可能原因为农田缺乏新鲜有机物输入，没有足够的活性有机质来源，造成农田有机碳活性组分较低，稳定性组分相对较多。草地和林地处理向土壤中输入更多的有机物，活性有机碳组分的来源更加丰富，故增加了活性有机碳比例。

3.3 土壤团聚体有机碳及其红外光谱特征关系

不同土地利用方式同时影响土壤有机碳含量及红外光谱表征的有机碳稳定性。在草地和林地处理全土及超大团聚体中，土壤有机碳含量增加，有机碳活性增强，相关性分析表明碳含量与活性有机碳组分红外相对峰面积呈正相关关系，与稳定性有机碳组分红外相对峰面积呈负相关关系。这主要是因为草地和林地处理中丰富的新鲜有机物输入促进了有机碳的周转，使活性有机碳比例增加。而农田和裸地分别受耕作扰动和没有外源有机物输入的影响，土壤矿化速率增强，大粒径团聚体被破坏，使土壤碳氮含量较低，甲基亚甲基官能团代表的活性有机碳组分低于农田及林地。大团聚体有机碳活性较高，转换速率快，而稳定的芳香碳则趋向于被保护在微团聚体中，外界进入的新鲜残体多，有机碳活性结构比例大[23]。本研究结果表明草地和林地处理中更多的新鲜有机物输入可以增加土壤大团聚体内碳氮含量，提高活性有机碳的相对比例；农田和裸地土壤缺乏外源物质的输入，土壤碳氮含量较低，土壤有机碳稳定性较强且微团聚体和粉黏粒中稳定性碳较多。大团聚体内有机碳活性组分比例更大，相应地稳定性有机碳组分比例越小。

4 结论

(1)35年不同土地利用方式显著影响土壤总碳氮含量、团聚体稳定性和有机碳的红外光谱特征。

(2)与初始土壤相比，农田无肥秸杆不还田处理显著降低了土壤碳氮含量。草地和林地由于有较多的新鲜有机物输入，表现出了较高的有机碳含量和有机碳的活性，草地团聚体稳定性最强，裸地由于缺乏新鲜外源物的输入，土壤总碳氮含量最低，土壤团聚体的水稳性也较差，不利于土壤有机质的积累。

(3)有机碳含量与有机碳活性组分呈正相关关系，与有机碳稳定性组分呈负相关关系，草地和林地处理主要与活性组分官能团相关，而农田和裸地处理主要与芳香族官能团相关。

(4)与其他粒径的团聚体相比，大团聚体对提高土壤有机碳含量的贡献更大，有机碳活性更高，对不同土地利用方式的响应也更敏感，可以作为反应土壤有机质变化的指标。

(5)草地处理使全土和大粒径团聚体内有机碳含量及活性碳组分增加最显著，能显著提升土壤结构稳定性，可作为提升土壤有机质及改善土壤结构的主要农艺措施。