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摘要：文章针对土壤有机碳的重要性及其发展现状，系统分析了土壤有机碳组分分类及农业提高措施的现状，并对我国土壤有机碳研究及土壤固碳条件提出展望，以期为我国土壤资源的合理开发及土壤资源的持续经营提供参考，以达到增产和提高土壤碳汇的目的。
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关键词：土壤有机碳；活性有机碳；农业措施
中图分类号：S153.6 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-12-0093-2
全球土壤碳库大约有1550 Pg有机碳和750 Pg无机碳（0-1m土层），是大气碳库的3倍，生物碳库的3.8倍，成为地球表层最大的有机碳库[1]。
对于我国陆地的土壤总有机碳储量，不同学者依据条件不同估算出的含量数值也有差异。2004年香山会议上，众多土壤学家讨论后认为中国土壤总有机碳库应在70-90 Pg范围内，并提出将90 Pg作为中国土壤总有机碳库的默认值[2]。
虽然全球来看土壤碳库的数值还比较乐观，但是在全球陆地生态系统中，只有农业土壤碳库是受到强烈的人为干扰并且可以在较短的时间内调节的[3]。因此，农业土壤碳库储量及固碳能力被认为是评估温室气体减排潜力的重要依据。若要研究农业生态系统对大气CO2汇效应的影响，农业土壤碳库就是突破口之一。我国农业在20世纪80年代时可利用的土壤总有机碳库仅为15Pg左右，约占我国总碳库的1/6[4]。合理并有效的运用农业土壤碳库成为了众多农业学家的研究热点。
1 土壤有机碳分类
土壤有机碳是反映土壤质量的重要指标之一,土壤碳的稳定性取决于土壤有机碳不同组分的构成及与环境之间的相互影响。不同的土壤有机碳组分有不同的来源，对其影响因素也有不同的响应机制。
Six J等[5]根据土壤结构中有机碳的分布和功能，将有机碳分为游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、矿物结合态有机碳和可溶性有机碳。Kucharik等[6]运用综合生物圈模型，依据有机碳在土壤中平均驻留的时间结合生物地球化学循环过程，将土壤有机碳分为：（1）微生物生物量，具有几个小时的驻留时间的活性碳库（2）受保护的缓性碳库（3）未受保护的缓性碳库（4）难转变的稳定碳库。其中缓性碳库的驻留时间为10-30年左右[7]，典型的稳定碳库的驻留时间可以超过1000年[8]。Dalal等[9]依据有机碳库对外界因素的敏感度和周转速率，将有机碳库分为活性有机碳库和惰性有机碳库。辛刚等[10]在研究不同开垦年限黑土有机质变化时，以腐殖质溶解度的不同将土壤中有机碳分为游离态有机碳、松结合态有机碳、稳定结合态有机碳和紧结合态有机碳。吴建国等[11]从物理分组的角度提出，土壤有机碳可分为轻质有机碳、重质有机碳和颗粒有机碳。不同的学者依据不同的条件划分有机碳的组分，我们将实验常用的有机碳组分分组分为物理分组、化学分组和生物学分组。
1.1 土壤有机碳的物理分组
物理分组是按有机碳的密度或颗粒大小分类：密度分类是根据有机碳在重液中的溶解度不同分为轻组有机碳和重组有机碳；颗粒大小分类是建立在土壤颗粒分级的基础上，通常采用美国制土壤分级系统将土壤分成5个粒级：细粘粒（ 2.3 耕地撂荒和休闲
坡耕地撂荒可以提高土壤碳库的转化效率。短期的耕地撂荒有机碳含量变化不明显，随着撂荒年限的增长，有机碳组分的含量明显增加，对土壤起到自我施肥的作用。长期休闲撂荒可提高表层土壤（0-20cm）水稳定性大团聚体以及各级团聚体有机碳的含量和储量，主要原因是长期以来，植物残体主要在土壤的表层积累，供微生物维系生命活动充足的能量，从而加强土壤表层的生物活性，包括真菌生长、根和土壤动物区系，有助于在大团聚体内部结合形成微粒有机质，增加其结构稳定性。
但是，也有研究表明农田裸地休闲不利于土壤有机碳的积累，反而会引起土壤有机碳的下降，甚至比耕作造成的损失要大。产生这种现象的原因是处于裸露状态的土壤直接受到气象因子的影响，增加了土壤有机质的矿化率，导致土壤有机质下降。
2.4 植被因素
植被也影响土壤有机碳含量和土壤结构。植被是通过凋落物来影响有机碳的输入质量和数量，同时也改善了土壤结构，特别是水稳性团聚体的数量。例如，林地和天然草地的土壤有机碳含量就高于耕地。农田土壤的有机碳要低于原生草地和森林的土壤有机碳含量，原因之一是难氧化有机碳向易氧化有机碳的转变和土壤频繁扰动引起的易氧化有机碳分解速度加快。另外，豆科作物轮作或豆科――禾本科作物轮作种植也可以促进土壤进行团聚，提高水稳定性大团聚体的比例，加强土壤有机碳的稳定性，增加土壤有机碳储量。
3 发展与展望
近年来，节能固碳减排、生态系统碳循环已经成为环境学界、生态学界的研究热点，随着化学燃料的燃烧释放，日益增加了大气中CO2的含量，导致全球气候变暖，这引起了广泛学者的关注，1994年世界在应对全球气候变化的问题上制定了国际合作的一个基本框架――《联合国气候变化框架公约》，2009年的哥本哈根气候峰会更是引起了全世界人民对气候变化的关注，低碳经济已经成为各个国家实现经济发展与资源环境保护双赢的必然选择。
针对土壤有机碳组分及其农业提高措施，国内外学者已经进行了大量的研究。但是，由于土壤有机碳在全球生物圈和土壤圈的复杂性和地学界、农业和生物科学界的多变性导致我国农业措施与土壤有机碳仍存在一些不确定性。因此，笔者对土壤有机碳研究提出展望：
（1）国内外许多学者对活性有机碳的研究颇为深入，这可能是由于活性有机碳对环境和管理措施的变化更为敏感，更具有代表性。虽然一些学者认为土壤管理措施和作物种植对惰性碳库中的碳基本上没有影响，但是对具有土壤固碳和积累能力的惰性有机碳的研究仍然相对较少。在今后的发展中，将以有机碳及其组分的积累速率作为一个研究方向，进行进一步探讨。
（2）尽管关于耕作措施、施肥等措施对土壤有机质影响的试验研究较多，但结果却常因作物类型、肥料种类、用量、气候条件和土壤类型的不同而效果不一。所以，提高土壤有机碳要具有针对性，因地适宜的采取措施，未来将以流域地区为尺度和表层系统为对象结合土地利用历史变化为重点的研究方向。
（3）施肥措施可以增加土壤有机碳的含量，改善土壤结构，提高土壤肥力，增加土壤固碳的能力。然而，在肥料生产过程中所产生的碳的排放以及在使用过程中造成肥料的损失可能抵消一部分土壤固定的碳。因此，探寻土壤固定碳的原理及相关系统相互作用的影响力和土壤有机质的稳定性和对土壤的生态功能具有重要意义。
参考文献
[1] Batjes N H.The total C and N in soils of the world[J].European Joural Soil Science,1996.47:151-163.
[2] 赵生才.我国农田土壤碳库演变机制及发展趋势―第236次香山科学会议侧记[J].地球科学进展,2005,20:587?C590.
[3] Food 吴建国,张小全,徐德应.六盘山林区几种土地利用方式对土壤有机碳矿化影响的比较[J].植物生态学报,2004,28(5):657-664.
[12] 胡慧蓉,马焕成,罗承德等.森林土壤有机碳分组及其测定方法[J].土壤通报,2010,41(4):1018-1024.
[13] 张国,曹志平,胡婵娟.土壤有机碳分组方法及其在农田生态系统研究中的应用[J].应用生态学报,2011,22(7):1921-1930.
作者简介：王霞（1978-），女，吉林通化人，通化市农业机械化学校讲师，研究方向：农学生态学；马钊（1979-），男，吉林通化人，通化市农业机械化学校讲师；樊媛（1981-），女，吉林伊通人，通化市绿色食品办公室农艺师。 |
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发表于 2018-7-16 16:43:53