自然界的土壤提供着保持有机质碳库、庇护生物、吸持水分和养分、稳定地表结构等基本的生态系统服务，土壤健康就是持续提供这些服务的能力。作为土壤中的“泥疙瘩”，土壤团聚体通过其孔隙结构调控着土壤有机质-土壤微生物-土壤生物活性及功能的协同演进，反映随土地利用、土地覆盖和管理措施的土壤健康动态变化。剖析人类土地利用和管理影响下不同土壤景观的土壤团聚体孔隙系统-有机碳-微生物的结构关系，可以进一步认识土壤健康的空间变异，为乡村地区生态保护、土壤规划利用和农业生产布局提供科学依据。最近，南京农业大学农业资源与生态环境研究所发表了对该所溧水基地村级丘陵山区小流域土壤景观类型的土壤宏团聚体系统研究。
研究区和研究方法
在南京市溧水区宁镇丘陵山区，选取了芝山村村级小流域，选择生态保护的芳山林地（FL）和农业利用的园地（OR）、旱地（UL）和稻田（PF）等4种土壤景观（图1）。于2020年秋分别采集表土（0-15 cm）原状土样品供研究。
利用湿筛法分离制得3级土壤团聚体粒径组样品，包括宏团聚体（2000～250 µm）、微团聚体（250～53 µm）和未团聚粉黏粒组分（<53 µm）。测定分析各级土壤团聚体的质量分数（进行粗砂粒含量矫正）、有机碳含量和微生物丰度，分析测定土壤基础理化性质和土壤微生物磷脂脂肪酸含量，剖析不同土壤景观间宏团聚体的有机质-团聚体-微生物三者间的相互关系。并将土壤宏团聚体样品进行X射线计算机断层扫描（X-ray μCT），并进一步采用数字图像分析处理和三维建模定量分析，重建了宏团聚体的孔隙系统及形态结构（图2）。最后采用雷达图法表征了与土壤健康关联的宏团聚体功能差异。
研究结果
1. 不同土壤景观间表土土壤性质差异明显，与林地土壤景观相比，农业土壤景观土壤的主要肥力和健康指标大幅度下降。其中，有机碳含量低了54%～70%，团聚体平均质量直径（MWD）降低了41%～67%，土壤微生物总磷脂脂肪酸含量低了14%～42%。细菌在不同土壤景观中均占据主导，真菌/细菌比（F/B）和革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比（G+/G-）在林地中较低，在稻田中较高，在旱地和园地中最高。与受到保护的林地景观土壤相比，农业土壤景观以土壤有机碳含量和微生物丰度为代表的土壤生态系统服务的功能受到显著削弱，而在稻田中，降低的幅度相对较小。
2. 不同土壤景观的土壤团聚化程度差异极大。从林地土壤景观到农业土壤景观，园地、旱地和稻田的宏团聚体质量百分数显著低于林地，分别降低了48%，43%和74%；微团聚体质量百分数也显著降低于林地。这说明农业耕作破坏了土壤的团聚体结构，同时由于水耕，稻田团聚体的质量分数下降幅度较其他农业利用更大。但无论是有机碳的含量还是PLFAs的含量，在宏团聚体中均呈现出林地≈稻田>旱地>园地的趋势。这提示稻田土壤宏团聚体的性质（结构和功能）可能与林地的存在某些共性。
从表2可以看出，生态保护的林地，土壤三级团聚体的质量分数和有机碳含量分布十分均匀，尽管质地偏砂，但团聚的土壤颗粒占70%以上，团聚体结合的有机碳也占土壤总有机碳的70%以上。但农业土壤景观中，未团聚的土壤颗粒占50-75%，特别是耕作强烈的水稻田中。而团聚体有机碳含量在园地和旱地中仅为林地的1/3~1/2，但稻田中宏团聚体和微团聚体有机碳含量是林地的79%以上。团聚体结合态有机碳在农业景观中急剧下降，说明了农业活动对土壤碳库的破坏，不过稻田中这种碳损耗较弱。
3. 通过X-ray μCT对土壤宏团聚体孔隙结构进行分析重建（图2，3，4），揭示了不同景观下立地植物和耕作活动塑造了截然不同的宏团聚体孔隙结构特征。对于多年生树木立地的林地和园地而言，宏团聚体内孔隙数量较少，但孔隙和孔喉的等效直径较高，显著高于经常进行农业耕作的旱地和稻田。这意味着林地和园地中宏团聚体内孔隙更为粗大，而旱地和稻田的孔隙更为细小而致密（图3，图4左）。
图4左的柱状图表明，宏团聚体中孔隙数量在林地最少，而随着耕作的不断加强，在园地、旱地和稻田中呈增加趋势，但是总孔隙度（孔隙体积所占土壤容积的%）却是林地最高，反映林地宏团聚体孔隙较大且连通性较好。孔隙率、孔喉面积、连通孔隙率、介孔率以及加长孔隙等孔隙系统关键指标，均表现为林地≈稻田>旱地>园地的趋势（图4右），这与不同景观中宏团聚体有机碳和微生物丰度变化的趋势保持一致（显著正相关，图5）。这也提示，土壤宏团聚体的有机碳固存和为微生物提供生境的能力可能与孔隙的大小及数量脱钩，而与孔隙性质（总孔度、连通孔度、介孔孔度和延长型孔度）密切相关。
研究结论
总而言之，土壤景观塑造了特有的土壤宏团聚体孔隙结构和功能，宏团聚体的有机碳和微生物丰度与孔隙结构的等关键指标间存在协同演进关系（图6）。生态保护的林地是长期自然演变形成的稳定土壤景观，其团聚体发育程度较高，高度富集了有机碳和微生物，微生物生物活动属于Y-策略（Y-A-S生活策略），资源丰富，环境压力小，代谢效率较高，碳库和微生物保持量及多样性丰富（见我们发表于水土保持学报和植物营养于肥料学报的论文），维持了良好的土壤健康状态。本研究中，本体土壤的PLFA/SOC比值与土壤团聚体平均质量直径呈显著的线性负相关关系。土壤宏团聚体农业景观中各土壤本体和宏团聚体样本的PLFA/SOC比值均显著低于林地土壤。因此，农业景观土壤相对于林地土壤，土壤健康处于胁迫状态，微生物处于资源紧张的生活状态。不过，稻田土壤尽管宏团聚体的质量分数较低，但其功能却更为接近生态保护的林地土壤（图6下，稻田的雷达图面积接近林地）。我们认为，相较于其他农业利用，稻田相对保持了土壤的团聚体发育状态及其碳氮水生物保持的生态系统功能。
