土壤有机质平衡与地球温室效应

土壤有机质平衡与地球温室效应

摘要：土壤有机质在培肥土壤，调节土壤的理化性质，营养作物及改良耕性等各方面都有重要作用。长期农业生产实践证明，维持土壤有机质平衡及稳定增长是土地生产力持续利用的基础，努力增加及多途径归还土壤有机质是维持与改善土壤肥力的关键，要提高和发挥土集肥力，合理调控土壤有机质的积累与分解这一对立统一过程，建立适宜的转化平衡是非常必要的。土壤碳库为地球表层生态系统中最大的碳储库。土壤中的有机碳库与无机碳库都是陆地生态系统重要的碳库，对于温室效应与全球气候变化同样有着重要的控制作用。全球土壤有机碳库(SOC pool)达到1.5×103～2×103Pg，是大气碳库的3倍，约是陆地生物量的2.5倍 [1]。可见，土壤有机质的损失对地球自然环境具有重大影响。从全球来看，土壤有机碳的不断下降，对全球气候变化的影响非常大。

关键词：土壤有机质作用平衡温室效应

一、土壤有机质作用与平衡管理

（一）、土壤有机质作用

1、提供植物需要的养分

土壤有机质是作物所需的氮、磷、硫、微量元素等各种养分的主要来源。大量资料表明，我国主要土壤表土中大约80%以上的氮、20%—76%的磷以有机态存在，随着土壤有机质的逐步矿化，这些养分可以直接通过微生物的的降解与转化，以一定速率不断释放出来，供作物及微生物生长发育之需。同时，土壤有机质分解与合成过程中，产生的多种有机酸和腐殖酸对土壤矿质部分有一定溶解能力，可以促进矿物风化，有利于某些养料的有效化。

2、改善土壤肥力特征

土壤有机质能改善土壤物理性质土壤有机质几乎对所有的土壤物理性质都有良好的影响，腐殖质是很好的胶结剂，能使土粒形成良好的团粒结构，从而使土壤通透疏松，减少粘着性，改善耕性。腐殖质色暗，可加深土壤颜色，增强土壤吸热能力，同时其导热性小，有利于保温，使土温变化缓和。另外，土壤有机质具有离子代换作用、络合作用和缓冲作用土壤有机质的羧基、酚羟基、烯醇或羟基使有机胶体带负电荷，具有较强的代换

性能，比矿物质代换量要高十到几十倍，可以大量吸收保存植物养分，以免淋溶损失。土壤有机酸（如草酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸等），聚酚和氨基酸等都是络合剂，有机酸和钙、镁、铁、铝形成稳定性的络合物，能提高无机磷酸盐矿物的溶解性，二、三羧基羧酸与金属离子形成稳定络合物的能力较强，有活化土壤微量元素的作用。土壤有机胶体是一种具有多价酸根的有机弱酸，其盐类具有两性胶体的作用，有很强的缓冲酸碱化的能力。土壤有机质是植物生长激素土壤有机质中含有许多对植物生长发育起激素作用的物质，如维生素B1、B2、吡醇酸、菸碱酸、激长素等类型化合物；还有微生物形成的抗生素，如青霉素、链霉素等。

（二）、土壤有机质平衡与管理

1、土壤有机质平衡研究

根据陈义、王胜佳等人对浙江嘉兴与衢州两个为期10年的定位试验资料 [2]表明，应用Jenny方程对土壤有机质平衡过程作数学模拟研究,得出在该条件下两地的土壤有机质矿化率和年矿化量,分别为4.04%和5.08%,1.347和1.221 t/hm2,推算出在稻田每年投入45 t/hm2厩肥或不施肥条件下对土壤有机质平衡的长期影响:若稻田每年施入45 t/hm2厩肥,60年之后,土壤的有机质含量将趋至平衡,嘉兴和衢州稻田的土壤有机质含量将分别达到50.4 g/kg和49.2 g/kg;而不施肥区仅仅依靠稻田根茬残留作为有机物料的补充来源,两地的土壤有机质含量将最终分别下降至22.5 g/kg和16.0 g/kg。维持无肥区土壤有机质平衡的有机物年需要量3~5t/hm2。另外也有许多学者利用Jenny数学模型进行土壤有机物积累与平衡预测。王兆荣研究指出，若想20年后使哈尔滨黑土有机质由现在的3%左右提高到4%以上，那么每年应施入6250kg/hm2干麦秸。伊藤滋吉也曾研究探讨了农耕地有机肥施用标准[3]。张英利用该公式运用于武汉地区土壤有机质平衡预测[4]。认为该区农田土壤有机质含量水平欲达11.4g/kg，必须每年施玉米秸7500kg/hm2。当地施用有机物料可基本保持土壤有机质在10.3g/kg的水平。

2、土壤有机质平衡管理

在一定范围内，土壤肥力以及作物产量随有机质含量提高而增加，但是土壤有机质并不是愈多愈好，当超过一定范围，对作物和土壤肥力均不利，而且土壤有机质含量并非可以无限提高，在稳定的生态系统中最终达到一个稳定值。土壤有机质含量决定于年生成量（腐殖化系数）和年矿化量（矿化率）的大小。如何提高土壤有机质含量，坚持平衡原则和经济原则，调节有机质的积累和分解，使既能提高土壤有机质含量，又能以适当的分解

速度向作物提供养分。措施主要包括两个方面：增加有机质的来源；调节有机质的积累和分解过程。

1)、增加有机质的来源

种植绿肥：种植田菁紫云英紫花苜蓿等；休闲绿肥、套作绿肥；因地制宜、充分用地、积极养地、养用结合；施用有机肥：主要的有机肥源包括：绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥、有机、无机肥料配合施用；秸秆还田：要注意秸秆的c/n比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等。主要是采取这些措施增加有机质的来源。

2)、调节土壤有机质的分解速率

土壤有机质的转化是通过微生物活动来进行的。为了充分发挥有机质的有益作用，就必须调节土壤微生物的活动，使有机质能及时分解，即不能太慢，也不能太快。分解太慢，释放出的养分少，不能满足作物的需要；而分解太快，不但会使土壤有机质产生无益消耗，还会造成养分的流失及作物的猛长。此外，土壤有机质过快的消耗会导致土壤结构的破坏，使土壤的理化性质变劣，耕性恶化。因此采用正确的调节措施，以调节土壤有机质的分解速率使之适应于作物生长发育的需要，成为土壤有机质动态平衡中的另一个重要问题。

通过控制影响微生物活动的因素，来达到调节土壤有机质分解速率的目的。这些因素包括：调节土壤水、气、热状况，控制有机质的转化；合理的耕作和轮作；调节碳氮比和土壤酸碱度。

二、土壤有机质与地球温室效应

1中国农田温室气体的排放

中国是一个农业大国,拥有约1.33百万平方公里的农田。这些田地的种植、翻耕、施肥、灌溉等管理措施不仅长期改变着农田生态系统中的化学元素循环,而且给全球气候变化带来影响。农业生态系统对全球变化的影响主要是通过改变3种温室气体,即二氧化碳

(CO

2)、甲烷(CH

4

)和氧化亚氮(N

2

O)在土壤-大气界面的交换而实现的。根据1990年的气象

及农业种植条件,使用DNDC模型对中国2 483个县的1.33百万平方公里农田进行了CO

2,CH

4

和N

2O排放量的模拟计算。中国农田在1990年的GWP值约为344~2 102百万吨CO

2

当量,

其中值为1 222.55百万吨CO

2

当量。在3种温室气体中,N2O排放对中国农田的GWP值贡献

最大,次,占29%;CH

4

排放贡献最小,仅占21%。对全国GWP贡献最大的10个省份是黑龙江、