团聚体结构与微生物群落变化塑造盐碱土中的碳稳定性

《Applied Soil Ecology》：Aggregate structure and microbial shifts shape carbon stability in saline–alkaline soils

　　

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  盐渍化导致活性碳减少（>60%），但难分解碳保持稳定。
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  盐渍化使大团聚体破碎，增加了活性碳的脆弱性。
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  盐渍化抑制酶活性并有利于耐盐微生物的富集。
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  不同类型的盐渍化表现出不同的碳稳定化机制。

引言

土壤盐渍化是全球土壤健康的主要威胁，严重限制了土壤固碳能力。预计到2050年，全球近一半的耕地可能面临盐渍化风险（Giannelli等，2023）。在中国，盐渍化土壤面积约为9913万公顷，约占全球总量的10%（Lu等，2023）。在宁夏黄灌区，盐渍化土地面积为14.79万公顷，约占该地区耕种面积的三分之一（Jia等，2023）。盐分的积累，通常伴随着碱化度的增加，导致土壤板结、破坏团聚体稳定性并消耗有机质（Shokri等，2024）。这些变化改变了土壤理化性质，抑制微生物代谢和酶活性，干扰有机碳的矿化和周转（Li等，2025b），从而在区域和全球尺度上共同削弱土壤肥力并降低碳固存潜力。

土壤有机碳（SOC）由多个具有不同周转速率和功能角色的组分组成。活性碳，如颗粒有机碳（POC），参与短期生物地球化学循环，而稳定碳，主要是矿物结合有机碳（MAOC），通过物理保护和有机-矿物结合在更长时间尺度上得以保存（Cheng等，2024；Lavallee等，2020）。土壤团聚体由于其分级结构和孔隙架构，在稳定和分配这些碳组分中发挥着核心调控作用（Liao等，2023）。团聚体的形成是一个由有机质输入、微生物代谢活动以及与矿物表面相互作用驱动的动态过程。微生物衍生的结合剂和有机-矿物结合促进了微团聚体向大团聚体的组装，形成多尺度结构框架（Wang等，2024）。通过物理包裹、降低底物可及性、酶和微生物的接触以及微生物代谢策略的转变等机制，团聚体调节着碳保护与矿化之间的平衡（Liao等，2022）。因此，土壤团聚体被广泛认为是连接土壤物理结构、微生物过程和SOC稳定的关键节点。

先前的研究表明，团聚体稳定性和碳固存能力共同受到碳质量、微生物功能特性、孔隙结构特征和周围离子环境的影响（Cheng等，2024；Wang等，2024）。在这些因素中，盐分和碱度可以削弱有机-矿物结合并改变胶体稳定性，从而重塑团聚体结构和微生物介导的碳转化途径（Shokri等，2024）。值得注意的是，盐渍化在团聚体形成和SOC稳定化中的调控作用可能与非盐渍土壤中根本不同。在盐渍条件下，碳稳定化并非呈现随盐度增加而简单单调变化的响应，而是遵循不同的调控模式。特别是在二次盐渍化——这一由灌溉和排水不良等人为活动驱动的过程——中，异质性盐源、动态水盐相互作用以及强化管理措施共同产生了不同的团聚轨迹和微生物参与模式，可能导致土壤碳稳定性关联模式的差异（Wang等，2025）。然而，对不同盐渍化类型中团聚体、微生物和碳库之间的相互作用进行系统比较的研究仍然有限，这限制了我们对盐渍土壤中碳库响应及其相关过程的理解。

本研究聚焦于宁夏黄灌区的三种代表性盐碱土壤：HN（盐土）、XDT（碱土）和HSB（二次盐渍化土壤）。在四个盐度等级（非盐渍、低盐度、中盐度和高盐度）下，我们系统分析了土壤理化性质、团聚体结构、碳组分、酶活性和微生物群落。我们旨在表征不同类型盐渍化和盐度梯度下理化性质、团聚体结构、微生物群落与活性和难分解碳库之间的关联模式。我们检验了两个假设：(1) 盐渍化和碱化度的增加与SOC组分和团聚体结构的转变以及酶活性的变化相关；(2) 团聚体结构和微生物群落组成与活性和难分解碳库的分布相关，且这些关联的强度和方向因盐渍化类型而异。

章节摘要

研究地点与土壤采样

本研究在中国西北干旱至半干旱地区的宁夏黄灌区开展。该地区年降水量低（180–220 mm），潜在蒸发量大（1100–1750 mm），有利于土壤盐渍化的发生（Zhang等，2023b）。选择了三个代表性的盐碱土壤区域以反映不同的盐渍化过程。惠农区域（HN；39.03–39.17°N，106.59–106.84°E）代表盐土区域，该地区地下水位浅

盐渍化下土壤理化性质的变化

土壤理化性质沿盐度梯度存在显著差异（表1）。在高盐度（HS）条件下，EC、Na⁺和pH值一致高于非盐渍（NS）条件，而SOM、TC、TN和AP则显著降低（P < 0.05）。在HN土壤中，HS条件下的EC显著高于NS条件，伴随CEC的中度下降（-20.9%）。在XDT土壤中，HS条件下Na⁺浓度约为NS条件的11.3倍，伴随

盐渍化以过程特异性和碳库特异性的方式重塑土壤碳库组成

土壤盐渍化被广泛认为是干旱灌溉农业生态系统中与土壤理化条件变化和碳循环途径变化相关的重要非生物筛选因子（Bai等，2023）。在本研究中，盐度梯度与土壤理化性质的协同变化以及SOC各组分之间的差异响应相关，表明在盐碱条件下可能有不同的稳定化机制主导SOC动态变化。活性碳

结论

本研究表明，土壤碳库在不同盐渍化类型和盐度梯度下表现出显著且非线性的响应。盐度的增加与养分可用性的降低、团聚体破碎、酶活性和微生物多样性的下降以及微生物群落向更加耐盐和寡营养型群落转变相关。在这些条件下，活性碳库（POC、DOC和MBC）表现出大幅度的减少，而MAOC则表现出

CRediT作者贡献声明

王媛朵：论文初稿撰写、可视化、方法学、调查、形式化分析、概念化。崔梦珂：论文审阅与编辑、调查。张俊华：论文审阅与编辑、监督、资源、资金获取、概念化。李典星：论文审阅与编辑、方法学。杨岭彬：论文审阅与编辑、可视化。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所述工作的结果。

致谢

本研究得到了中国宁夏自然科学基金（项目编号：2026AAC020006）、国家重点研发计划（项目编号：2021YFD1900602）、宁夏重点研发计划（项目编号：2026BBF02006）以及宁夏科技创新领军人才计划（项目编号：2022GKLRLX02）的资助。

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