土壤有机碳稳定机制研究进展
土壤有机碳分类及其研究进展1
土壤有机碳( SOC)是土壤学和环境科学研究的热点问题之一，土壤有机碳库的动态平衡直接影响着土壤肥力的保持与提高，进而影响土壤质量的优劣和作物产量的高低，因而土壤有机碳的变化最终会影响土壤乃至整个陆地生态系统的可持续性。
土壤有机碳包括活性有机碳和非活性有机碳。
土壤活性有机碳是指在一定的时空条件下，受环境条件影响强烈的、易氧化分解的、对植物和微生物活性影响比较高的那一部分土壤碳素。
根据测定方法和有机碳组分不同,土壤活性有机碳又表述为溶解性有机碳（DOC：dissolved organic carbon）、水溶性有机碳（water-soluble organic carbon）、微生物生物量碳（MBC：Microbial biomass carbon）、轻组有机碳和易氧化有机碳，可在不同程度上反映土壤有机碳的有效性和土壤质量。
国外研究进展国外对土壤有机碳的研究开始较早, 在20世纪60年代, 就有学者开始进行全球土壤有机碳总库存量研究。
但早期对土壤有机碳库存量的估算大都是根据少数土壤剖面资料进行的。
如1951年Rubey根据不同研究者发表的关于美国9个土壤剖面的有机碳含量, 推算出全球土壤有机碳库存量为710 Pg。
1976年Bohn利用土壤分布图及相关土组( soil association)的有机碳含量, 估计出全球土壤有机碳库存量为2946Pg。
这两个估计值成为当前对全球土壤有机碳库存量的上下限值。
20世纪80年代，由于研究全球碳循环与气候、植被及人类活动等因素之间相互关系的需要,统计方法开始被应用于土壤有机碳库存量的估算。
如Post等在Holdridge生命带模型基础上，估算了全球土壤碳密度的地理分布与植被及气候因子之间的相互关系，提出全球1m 厚度土壤有机碳库存量为1 395 Pg。
20世纪90年代以来, 随着遥感(RS)、地理信息系统(GIS) 和全球定位系统(GPS) 技术的发展, 为土壤有机碳研究提供了新的方法和手段。
土壤活性有机碳的研究进展
究中具有非常重要作 用。土壤 活性有机碳 的组分为 ： 生物有机碳 、 微 溶解性有机碳 、 矿化有机碳 、 易氧化
有机 碳 和 轻 组 有 机 碳 等 。 主要 综述 了代 表 很 大 比例 土 壤 有机 碳 库 的 土壤 活 性 有 机 碳 的 表 征 、 组 及 影 分 响 土壤 活性 有 机 碳 周 转 的 主要 因素 ， 水 分 、 如 湿度 、 度 、 节 和 土 地 利 用 方 式 等 。 温 季 关键 词 ： 活性 有 机 碳 ； 组 ； 分 表征 ； 响 因素 影
ｒｚ ｄ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ａ ｄ ｓｇ ｉｉａ ｃ ｆＳ ｉ ａ ｔｖ ｒ ａ ｉ ａ ｂ ｎ，ｗｈ ｃ ｅ ｅ ｅ ｔ ｄ ａｈｉｈ ｐｒ ｐ ｒｉｎ ｏ ｉｅ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｎ ｉｎｆｃ ｎ ｅ ｏ ｏｌ ｃｉ ｅｏ ｇ ｎｃ ｃ ｒ ｏ ｉｈ ｒ ｐｒ ｓ ｎ ｅ ｇ ｏ ｏ ｔｏ ｆ ｓ ｉ ｏ ｇ ｎ ｃｃ ｒ ｏ ｏ ｌ ｒｍ ａ ｙ ｆ ｃ ｏ ｓ ｏ ｈｅｉ ｆｕ ｎ ｉｇ Ｓ ｉ ａ ｔ ｅ ｏ ｇ ｎｃ ｃ ｒ ｏ ｕ ｎ ｖ ｒ ｏｌ ｒ ａ ｉ ａ ｂ ｎ ｐ ｏ ，ｐ ｉ ｒ ａ ｔ ｒ ｆｔ ｎ ｌ ｅ ｃｎ ｏ ｌ ｃ ｉ ｒ ａ ｉ ａ ｂ ｎ ｔ ｒ ｏ ｅ ，Ｂａ ｅ ｎ ｖ ｓ ｄｏ ｔ ｉ ，ｓ ａ ｏ ｈ ｓ ｅ ｓ ｎ，ｈ ｍ ｉ ｉｙ，ｌｎ ｓ ｅ ｃ ｕ ｄｔ ａ ｄ ｕ ｅ， ｔ ．
性差 、 氧化 、 化 ， 对植 物 和 土 壤微 生 物 活 性 较 高 的 易 矿 并 那部 分 有 机态 碳 ＿ ， 然 它 只 占土 壤 有 机 碳 总 量 的 较 小 ２虽 一
土 壤 有 机 碳 不 同 组 分 对 土 地利 用 变 化 的 响 应 和 敏
我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望
我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望一、本文概述随着全球气候变化的日益严峻，温室气体减排和有机碳固定已成为全球关注的焦点。
作为世界上最大的农业国家，我国农田土壤在温室气体减排和有机碳固定方面扮演着至关重要的角色。
本文旨在概述我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展，分析当前存在的问题和挑战，并对未来的研究方向进行展望，以期为我国的农业可持续发展和全球气候变化应对提供参考和借鉴。
文章首先回顾了农田土壤温室气体排放的来源和机制，以及有机碳固定的途径和方法。
然后，从政策、技术和管理等层面，梳理了我国在农田土壤温室气体减排和有机碳固定方面所取得的成果和经验。
在此基础上，文章深入分析了我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定面临的挑战和问题，如技术瓶颈、政策执行难度大、农民参与度低等。
文章提出了未来的研究方向和建议，包括加强技术研发和创新、完善政策体系和激励机制、提高农民参与度和意识等，以期推动我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定工作的深入开展，为实现农业绿色发展和全球气候变化应对做出更大的贡献。
二、我国农田土壤温室气体排放现状随着我国农业生产的快速发展，农田土壤温室气体的排放问题日益凸显。
农田土壤是温室气体排放的重要源头之一，其中主要包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）。
这些气体的排放不仅加剧了全球气候变化，也对我国农业生产的可持续发展带来了严峻挑战。
农田土壤CO₂排放主要源于土壤有机碳的分解和根系的呼吸作用。
在我国，由于农业耕作方式的不断改进和化肥、农药的大量使用，农田土壤有机碳的分解速率加快，导致CO₂排放量不断增加。
同时，农业活动中的农机作业、灌溉等也会加速土壤有机碳的分解，进一步增加CO₂排放。
CH₄排放主要来源于稻田和养殖场的厌氧环境。
在我国，稻田是CH₄排放的主要来源之一。
由于稻田中存在大量的有机物质和水分，为CH₄的产生提供了有利条件。
随着养殖业的快速发展，养殖场的CH ₄排放也不容忽视。
盐渍化条件下土壤团聚体及其有机碳研究进展
盐渍化条件下土壤团聚体及其有机碳研究进展一、本文概述土壤团聚体及其有机碳的研究在土壤科学领域中具有重要意义，尤其在盐渍化条件下，土壤团聚体的形成和有机碳的分布、转化及稳定性等方面都受到了广泛关注。
盐渍化是土壤退化的一种重要形式，会导致土壤结构破坏、土壤肥力下降、生物多样性减少等一系列生态环境问题。
因此，本文旨在综述盐渍化条件下土壤团聚体及其有机碳的研究进展，以期为盐渍化土壤的改良和有机碳管理提供理论依据和实践指导。
本文将首先介绍盐渍化土壤的基本特征和形成机制，分析盐渍化对土壤团聚体结构和稳定性的影响。
然后，重点综述盐渍化条件下土壤团聚体中有机碳的分布特征、转化机制和稳定性等方面的研究进展。
还将探讨土壤团聚体对有机碳的保护作用以及有机碳对土壤团聚体稳定性的影响。
本文将对未来研究方向进行展望，以期为盐渍化土壤改良和有机碳管理提供新的思路和方法。
二、盐渍化条件下土壤团聚体的研究盐渍化是土壤退化的重要类型之一，对土壤的结构和肥力产生深远影响。
其中，土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，其稳定性、形成和变化过程在盐渍化条件下受到广泛关注。
近年来，随着土壤学和生态学研究的深入，盐渍化条件下土壤团聚体的研究取得了重要进展。
盐渍化条件下，土壤团聚体的稳定性受到破坏。
盐分的积累会导致土壤颗粒间的凝聚力减弱，团聚体结构变得松散，稳定性降低。
这种变化不仅影响土壤的物理性质，如容重、孔隙度等，还会进一步影响土壤的水分保持和养分循环等生态功能。
盐渍化对土壤团聚体形成过程的影响也是研究的重点。
在盐渍化土壤中，微生物活动、根系分泌物等生物因素在团聚体形成中的作用受到抑制。
同时，盐分对土壤颗粒的吸附和交换能力产生影响，改变了团聚体形成的物理化学条件。
这些变化导致盐渍化土壤中团聚体的形成速度减慢，团聚体数量减少，尺寸变小。
为了揭示盐渍化条件下土壤团聚体的变化规律，研究者们采用了一系列现代分析技术，如扫描电子显微镜（SEM）、射线衍射（RD）等，对团聚体的微观结构进行表征。
土壤有机碳稳定性研究进展
万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据土壤有机碳稳定性研究进展作者：安静， 邓波， 韩建国， 杨富裕， 张英俊， 历卫宏， AN Jing， DENG Bo， HAN Jian-guo， YANG Fu-yu， ZHANG Ying-jun， LI Wei-hong作者单位：安静,AN Jing(吉林农业大学,动物科技学院,吉林,长春,130118;中国农业大学,动物科技学院,草业科学系,北京,100193)， 邓波,韩建国,杨富裕,张英俊,历卫宏,DENG Bo,HAN Jian-guo,YANG Fu-yu,ZHANG Ying-jun,LI Wei-hong(中国农业大学,动物科技学院,草业科学系,北京,100193)刊名：草原与草坪英文刊名：GRASSLAND AND TURF年，卷(期)：2009，""(2)被引用次数：0次1.方精云全球生态学:气候变化与生态响应 20002.Batjes N H The total C and N in soils of the world 19963.Post W M.Emanuel W R.Zinke P J Soil carbon pools and world life zones 1982l R Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security 20045.Krull E S.Baldock J A.Skjemstad J O Importance of mechanisms and processes of the stabilization of soil organic matter for modeling carbon turnover 20036.Ltzow M.Kogel-Knabner I.Ekschmitt K Stabilization of organic matter in temperate soils:Mechanisms and their relevance under different soil conditions-A review 2006(04)7.Kiem R.Kogel-Knabner L Contribution of lignin and polysaccharides to the refractory carbon pool in C-depleted arable soils 20038.Sollins P.Homann P.Caldwell B A Stabilization and destabilization of soil organicmatter:Mechanisms and controls 19969.李小刚.崔志军.王玲英施用秸秆对土壤有机碳组成和结构稳定性的影响[期刊论文]-土壤学报 2002(03)10.Sparling G P Ratio of microbial biomass carbon to soil organic carbon as a sensitive indicator of changes in soil organic matter 199211.O' Brien N D.Attiwill P M.Weston C J Stability of soil organic matter in Eucalyptus regnans forests and Pinus radiata plantations in south eastern Australia 200312.Chertov O G.Komarov A S SOMM:A model of soil organic matter dynamics 199713.Paul E A.Harris D.Collins H P Evolution of CO2 and soil carbon dynamics in biologically managed,row-crop agroecosystems 199914.Leite Luiz Fernando Carvalho Simulating trends in soil organic of an Acrisol under no-tillage and disc-plow systems using the century model 200315.Six J Stabilization mechanisms of soil organic matter implications for C-saturation of soils 200216.吴庆标.王效科.郭然土壤有机碳稳定性及其影响因素[期刊论文]-土壤通报 2005(05)17.王清奎.汪思龙土壤团聚体形成与稳定机制及影响因素 1999(04)18.刘连友.王建华.李小雁耕作土壤可蚀性颗粒的风洞模拟测定 1998(15)19.Puget P.Chenu C.Balesdent J Dynanics of soil organic matter associated with particle-size fractions of water-stable aggregstes 200020.李忠.孙波.林心雄我国东部土壤有机碳的密度及转化的控制因素[期刊论文]-地理科学 2001(04)21.Wolters V Invertebrate control of soil organic matter stability 2000velle P Faunal activities and soil processes:Adaptative strategies that determine ecosystem function 199723.Fox O.Vetter S.Ekschmitt K Soil fauna modifies the recalcitrance persistence relationship of soil carbon pools 200624.Moore J C Top-down is bottom-up:Does predation in the rhizosphere regulate aboveground dynamics? 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土壤活性有机碳的研究进展
土壤活性有机碳的研究进展郑红【摘要】土壤活性有机碳（Soil active organic carbon）是陆地生态系统的重要组成成分,在陆地碳循环研究中具有非常重要作用。
土壤活性有机碳的组分为：微生物有机碳、溶解性有机碳、矿化有机碳、易氧化有机碳和轻组有机碳等。
主要综述了代表很大比例土壤有机碳库的土壤活性有机碳的表征、分组及影响土壤活性有机碳周转的主要因素,如水分、湿度、温度、季节和土地利用方式等。
%Soil active organic carbon,as a main component of terrestrial ecosystem,plays a very important role in terrestrial soil carbon cycle.The active organic carbon in soil involved microbial biomass carbon,dissolved organiccarbon,mineralizable carbon,oxidizable carbon,and light fraction.This paper summarized characteristics and significance of Soil active organic carbon,which represented a high proportion of soil organic carbon pool,primary factors of the influencing Soil active organic carbon turnover,Based on this,season,humidity,land use,etc.【期刊名称】《中国林副特产》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】5页(P90-94)【关键词】活性有机碳;分组;表征;影响因素【作者】郑红【作者单位】东北林业大学,哈尔滨150040【正文语种】中文【中图分类】S153.62陆地生态系统碳循环占全球碳收支的主导地位。
中国陆地生态系统土壤有机碳变化研究进展
二、研究方法与技术
研究SOC变化的方法包括物理法、化学法和生物法等，其中化学法使用最为 广泛。化学法主要是利用各种化学试剂对土壤中的有机碳进行分离和测定，从而 获得土壤中有机碳的含量。近年来，随着高分辨率光谱仪、色谱-质谱联用仪等 精密仪器的应用，使得对土壤中不同形态的有机碳的测定更加准确和精细。
四、结论
气候变化对陆地生态系统土壤有机碳储量的影响是一个复杂的问题，涉及到 许多相互作用的因素。尽管存在许多不确定性，但我们必须认识到这个问题的严 重性，并采取积极的措施来应对。通过改变我们的土地利用方式、保护性农业实 践以及提高生态系统的气候适应性，我们可以减轻气候变化对土壤有机碳储量的 影响，从而保护我们的地球家园。
四、研究成果
近年来，陆地生态系统碳循环研究取得了许多重要成果。首先，研究发现陆 地生态系统对二氧化碳的吸收和释放受到多种因素的影响，如气候、土壤、植被 等。其次，不同生态系统的碳吸收和释放能力存在差异，如森林、草地、农田等。 此外，研究发现陆地生态系统不仅在白天进行光合作用，吸收二氧化碳，还在夜 晚进行呼吸作用，释放二氧化碳。
二、气候变化对土壤有机碳储量 的影响
1、温度上升：随着全球气温的上升，土壤有机碳的分解速度可能会加快。 这主要是因为温度升高会促进土壤微生物的活动，从而加快有机碳的分解。然而， 这种影响可能因土壤类型、植被类型和地理位置的不同而有所不同。
2、降水变化：降水量的变化可能会影响土壤有机碳的储量。例如，长期的 干旱条件可能会加速有机碳的分解，而湿润的条件可能会促进有机碳的积累。然 而，这种影响也可能因各种环境因素的不同而有所变化。
三、中国陆地生态系统SOC变化 研究进展
（1）森林生态系统
中国的森林生态系统是最大的陆地生态系统，对全球碳循环有着重要的影响。 近几年来，众多研究者采用不同的研究方法和技术对中国不同地区的森林生态系 统进行了SOC含量测定，结果表明中国的森林生态系统的SOC储量丰富，且其分布 受到气候和地理环境等因素的影响。
森林土壤有机碳库研究进展
森林土壤有机碳库研究进展摘要：土壤是陆地生态系统中最大的碳库，土壤碳储量超过植被与大气碳储量的总和。
近年来，不同的学者就不同地区的森林土壤碳密度与碳储量、土壤碳库的在不同生态系统的分布特点以及土壤碳过程及其稳定性开展了研究。
本文对森林土壤有机碳库的研究进程进行了简要回顾，对土壤有机碳库的研究成果进行了初步的总结，以期提出新的研究方向。
关键字：森林；土壤；有机碳碳循环是生态系统物质循环，能量流动，信息传递等生态过程的基础。
大气CO2 浓度和气温升高将对陆地生态系统的碳储量和循环产生深刻影响，如影响植物光合作用产物积累、运输与分配，改变凋落物产量等，而后者的变化又可以通过影响大气中温室气体浓度来加速或减缓全球气候变化的进程。
近年来，CO2等温室气体排放及其与全球气候变化的关系已引起国际社会的广泛关注，人们针对不同的生态系统开展了大量的研究。
研究结果表明自1850 年以来，大气CO2浓度升高了近100 umolmol－1，地球表面温度升高了0. 76℃。
全球变暖以及人类生存环境的恶化已被越来越多的人所关注。
近年来，不同的学者就不同地区的土壤碳密度与碳储量、土壤碳库的在不同生态系统的分布特点以及土壤碳过程及其稳定性开展了研究。
但是由于森林生态系统的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化，至今对森林土壤碳库的储量和动态的科学估算，以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还不是很多。
尤其是对土壤碳的管理鲜有报道。
由于人们对森林的经营活动不可避免的影响到森林生态系统的碳过程，因此在全球气候变化的背景下，应该将碳管理的理念贯彻于森林生态系统的经营活动中。
1 土壤有机碳库研究概况19世纪末到20世纪初，人们对土壤有机碳的研究主要集中在土壤有机质中含碳有机物的种类，数量及其与土壤性质与肥力之间的关系等方面。
20世纪50年代，Francis Hole在两个森林生态系统和一个草地生态系统中设立DIRT 实验研究土壤碳输入来源和速率。
水稻田土壤有机碳研究进展
素和人为因素,分析了当前水稻田土壤有机碳研究进展以及 在 研 究 中 存 在 的 不 足,并 探 讨 了 我 国 在 水 稻 田
土壤有机碳研究今后的发展方向.
含量受到地形地貌、气候、土壤质地、生物和认为活动 等
多方面影响,其中气候条件是影响土壤有机碳含量及分
布的重要外部因素.
土壤有机碳含量是表达土壤质量的重要指标之一.
其在土壤肥力、土壤耕作特性以及土壤生产力等方面有
着巨大作用.土壤有 机 碳 不 仅 含 有 植 物 生 长 所 需 的 各
种营养元素,还在一 定 程 度 上 调 节 土 壤 理 化 性 质、改 善
明,农业耕作是引起土壤有机碳含量下降的主要原因 之
水,云南元阳地区水稻田常年处于淹水状态.灌溉水 可
一,传统的耕作方式 会 加 快 土 壤 氧 化 和 矿 化,破 坏 土 壤
研究以及土壤有 机 碳 矿 化 作 用 研 究. 本 文 通 过 对 土 壤
有机碳的重要性以 及 土 壤 有 机 碳 影 响 因 素 和 研 究 进 展
进行综述,旨在揭示土壤有机碳作用以及影响土壤有机
碳含量因素为今后稻田土壤有机碳相关研究提供参考.
２ 水稻田土壤有机碳研究意义
２．
１ 土壤有机碳概念
气候因素对于农 作 物 生 长 环 境 影 响 巨 大. 通 过 对 土 壤
温度、
pH 值、微 生 物 量 和 微 生 物 活 动 强 度 以 及 光 合 作
用强度等方面变化,从而影响土壤有机碳的固定和矿 化
作用.研究表明:不同的气候条件下稻田土壤有机碳 含
农田土壤有机碳转化规律与平衡研究进展
农田土壤有机碳转化规律与平衡研究进展摘要：近年来, 国际学术界越来越重视农业土壤有机碳库的变化对大气CO2 的源汇效应, 研究农田土壤碳转化和平衡对正确评价农田土壤碳循环有重要意义。
本文综述了国内外有关农田土壤有机碳转化规律和碳平衡研究采用的主要方法及手段, 以及在该领域的研究现状, 并从实际出发探讨了我国农田土壤碳库研究中亟待解决的一些问题。
关键词农田土壤有机碳转化规律平衡陆地土壤是地球表面最大的碳库, 有机碳储量约为1 400～1 500PgC。
其中农田土壤贮存的碳占陆地土壤碳贮量的8%～10%[1]。
由于土地利用的变化, 不仅使土壤碳库和大气碳之间的碳循环平衡遭到破坏, 而且造成大量土壤有机碳被氧化并以CO2 等的形式释放到大气中去[2, 3], 增加了温室气体的排放, 农田土壤已被认同是大气CO2的一个重要源。
另外, 土壤CO2排放与土壤退化、土壤有机质含量减少和土壤质量下降密切相关[3]。
而土壤的有机碳含量常被认为是评价土壤质量一个重要指标, 对土壤营养元素的循环和农业可持续发展都有重要意义。
因此, 大量土壤有机碳的损失还造成了土壤的退化和农业可持续性的降低[4]。
因此,研究农田有机碳平衡、变化规律和措施, 对于揭示农田碳源汇的特征, 减缓温室效应, 提高土壤质量和粮食安全具有重要的意义。
1 农田土壤有机碳的转化规律及影响因素土壤有机碳处于动态平衡中, 其含量决定于年形成量和分解量的相对大小。
国内外土壤有机碳转化规律研究是很活跃的领域, 下面先后对不同地区不同类型土壤中有机物料的分解特征、腐殖化系数、土壤有机碳矿化率及腐解条件进行了探讨。
1.1 有机物料的腐解特征通常认为, 有机物料进入土壤后, 虽然因种类不同腐解动态各异, 但总的规律基本一致, 一般是前期分解较快, 以后逐渐变缓。
玉米秸秆和稻秆在棕壤土中培养试验表明, 最初30d 里分解最快, 随后减缓[5]。
在田间用沙虑管法研究发现也有类似的现象。
土壤有机碳库的分类及其研究进展
土壤有机碳库(SOCP)的库容量巨大,其微小的变化会在很大程度上影响大气中二氧化碳的浓度,因此SOCP在全球碳循环中起着重要作用[1]。
土壤有机碳（SOC）是地球表层系统中最大且最具有活动性的生态系统碳库之一。
其有机碳总贮量约在1 400~1 500 Pg 之间[1（] 1 Pg=1015 g），是陆地植被碳库的2~3 倍，大气碳库的2 倍多，其较小幅度的变动都会引起大气中CO2浓度变化，进而影响全球气候变化。
土壤有机碳库分为两部分：活泼碳和不活泼碳。
其中不活泼碳约占土壤总有机碳库的25%甚至更高[2]，这部分不活泼的碳具有较长的周转时间（千年以上）。
国外好多文献把土壤有机碳库分为三部分：活跃碳库（active carbon pool），缓效性碳库（slow carbon pool）和惰性碳库（passive carbon pool）。
其中，土壤活性有机碳指在一定的时空条件下，受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化、分解、易矿化，其形态、空间位置对植物、微生物来说活性比较高的那一部分土壤碳素，大约是土壤活生物量的2~3倍；缓效性碳库包含难分解的植物和较稳定的微生物，而惰性碳库是那些化学性质和物理性质都稳定的部分[3]。
土壤有机碳库是陆地生态系统长期光合作用和分解作用动态平衡的结果因此凡是影响生态系统光合和呼吸过程的因子如气候、地形、土壤质地等都将控制着土壤有机碳库的动态变化[4]。
放牧、围封、土地利用变化等人为因素会导致土壤有机碳的动态变化[5]。
夏海勇等研究秸秆添加量对黄潮土和砂姜黑土有机碳库分解转化和组成的影响规律，结果表明: 秸秆添加越多, 碳库活度便越高, 越有利于有机物料分解, 降低腐殖化系数; 黏粒含量越高, 有机物料的分解受阻, 腐殖化系数便越高[6]。
对大兴安岭区域研究发现，土壤有机碳含量近似于土壤有机质含量的分布趋势，也和土层厚度有一定关系[7]。
土壤有机碳库分类及其研究进展
土壤有机碳库的分类及其研究进展土壤有机碳库（SOC）是地球表层系统中最大的碳库之一(霍连杰2012)，全球土壤有机碳库储量约为1500Pg(Batjes 1996)。
由于土壤有机碳库的巨大储量及其较活跃的化学属性，其微小变化就会影响大气CO2浓度的波动，另外，土壤有机碳的含量被认为是评估土壤质量的重要指标之一，其动态平衡直接影响到土壤肥力和作物的产量。
因此，研究土壤有机碳库对全球气候变化的研究有重要意义。
本文将根据不同的分类依据对土壤有机碳库的分类进行阐述并简要分析其研究进展。
1 土壤有机碳的化学分类1.1根据化学组成分类腐殖质类物质是土壤有机碳库重要的组成部分，根据化学成分组成对土壤有机碳库分类主要是对土壤腐殖质进行分类。
根据腐殖质类物质在酸和碱溶液中的溶解性将其分为富啡酸、胡敏酸和胡敏素(唐世明1994)。
由于各类提取剂对土壤腐殖质的提取能力的变化很大，几乎很难将土壤腐殖质全部提取出来，而且土壤腐殖质的性质并不能完全代表土壤有机碳的性质。
有研究证明，腐殖质类物质与生态学过程之间没有十分紧密的联系(R.R. 1999)。
因此，对土壤腐殖质类物质的研究从20世纪80年的逐渐淡出土壤碳库的研究领域。
1.2根据化学性质分类随着土壤有机碳库分类研究的不断深入，很多学者开始从化学性质的角度上研究土壤有机碳库的分类。
第一，根据被KMnO4氧化的程度对土壤有机碳的易氧化程度进行分类。
根据不同浓度的KMnO4（33mmol\L、167mmol\L、333mmol\L）氧化的土壤有机碳的数量，把易氧化的有机碳分成3个级别(Loginow et al. 1987)。
第二，根据被H2SO4氧化的程度对土壤有机碳的易氧化程度进行分类。
根据不同浓度的H2SO4（6.0mol\L、9.0mol\L、12.0mol\L）和K2Cr2O7氧化的土壤有机碳的数量，把易氧化的有机碳分成4个级别(Chan et al. 2001)。
水力侵蚀作用下土壤有机碳库稳定性机制研究进展
第18卷 第1期2020年2月中国水土保持科学Science of Soil and Water ConservationVol.18 No.1Feb.2020水力侵蚀作用下土壤有机碳库稳定性机制研究进展马文明1,李忠武2,丁克毅3,周青平1(1.西南民族大学青藏高原研究院,610041,成都;2.湖南师范大学资源与环境科学学院,410082,长沙;3.大连民族大学环境与资源学院,116600,辽宁大连)摘要:为了明晰水力侵蚀作用下土壤碳库的变化,本文总结和归纳了国内外水力侵蚀作用对土壤有机碳稳定性的影响和今后需加强研究的主要方向㊂运用文献调研法,剖析水力侵蚀机制,水力侵蚀现状及类型,自然侵蚀和加速侵蚀,水力侵蚀对土壤有机碳库存的影响,侵蚀碳 源㊁汇”论的分歧点,水力侵蚀对土壤有机碳选择性稳定机制㊁空间隔阻稳定机制和有机矿物结合稳定性机制等方面的最新研究进展,结果显示土壤有机碳的物理㊁化学和生物稳定机制均受水力侵蚀的影响㊂由于侵蚀区存在大量的有机碳更新㊁沉积区侵蚀迁移有机碳重新被沉积土壤团聚包裹并深埋形成稳定结构㊁阵发式侵蚀可埋藏大量的侵蚀碳于地势低洼的沉积区,因此,越来越多的学者提出侵蚀导致了土壤中碳库的增加㊂认为今后应进一步加强流域尺度侵蚀区和沉积区有机碳的稳定性和有机碳更新的质与量的研究㊂关键词:水力侵蚀;土壤有机碳;有机碳稳定性机制;全球气候变化中图分类号:S147.2文献标志码:A文章编号:2096⁃2673(2020)01⁃0125⁃06DOI :10.16843/j.sswc.2020.01.015收稿日期:20180716 修回日期:20191222项目名称:国家自然科学基金 青藏高寒草甸植被同化碳在土壤中的分配及其稳定性机制研究”(31600378)第一作者简介:马文明(1982 ),男,博士,讲师㊂主要研究方向:草原土壤生物地球化学循环㊂E⁃mail:mawmtf@Advances in the study of the stability of soil organic carbonstorage affected by water erosionMA Wenming 1,LI Zhongwu 2,DING Keyi 3,ZHOU Qingping 1(1.Institute of Qinghai⁃Tibetan Plateau,Southwest Minzu University,610041,Chengdu,China;2.School of Resource and Environmental Sciences,Hunan Normal University,410082,Changsha,China;3.School of Environment and Bioresources,Dalian Minzu University,116600,Dalian,Liaoning,China)Abstract :[Background ]Water erosion is an important process which causes shifts in the soil organic carbon storage and the global carbon cycle process.The physicochemical and biological stabilities of soil organic carbon are strongly affected by water erosion.Recently,growing studies show that thereplacement of soil carbon on an eroding area is a crucial mechanism,the transport of organic carbon is re⁃aggregated in a depositional area then buried in the deep layer,and episodic erosion can bury a lot of erosion materials in low⁃lying depositional sites.Therefore,more and more investigators suggest water erosion leads to an increase of soil organic carbon storage.[Methods ]We collected all relevant literature for this review.Based on these reference,we reviewed mechanisms of water erosion,current status and types of water erosion,divergence of carbon source or sink for CO 2under water erosion,factorsimpacting water erosion,effects of water erosion on soil organic carbon stock,effects of water erosion on soil carbon stability,and to further strengthen the study areas.[Results ]Many investigators studied the relationship between water erosion and biogeochemical cycling at eroding and depositional zone,andobtained a series of beneficial results.1)There are effects of water erosion on soil carbon storage.Soil中国水土保持科学2020年scientists and agronomists understood that soil erosion by water released carbon,thus recognized as carbon source process.While geologist in sedimentation studied that water erosion resulted in soil carbon sink.2)The mechanisms of soil organic carbon stability are classified as selective stabilization,physical protection,and orgao⁃mineral binding chemical stabilization.Selective stabilization refers to that the recycling period of some carbon is very long in over100years,thus they are not decomposed in this period.The physical protection refers to that soil particles,aggregates,layered silicate,molecular hydrophobicity and molecular nesting block the organic carbon and decomposer,so that it cannot be fully contacted and exist stably in the soil for a long ao⁃mineral binding chemical stabilization refers to that the organic carbon and soil mineral binding through coordination body exchange,polyvalent cationic bridge,hydrogen binding and molecular electrostatic attraction,so as to prolong the time of organic carbon turnover.3)The research trends in this field include4aspects:Transport loss and composition change of dissolved organic carbon under erosion,migration and loss of organic carbon components by different erosion dynamics,renewal and stability of organic carbon in eroded in situ region,and stability of organic carbon in sedimentary area and its mechanism.[Conclusions]Current researches about soil carbon stability under water erosion demonstrate that the mechanisms of soil organic carbon stability are affected by water erosion.Keywords:water erosion;soil organic carbon;stability of soil organic carbon;global climate change 全球气候变暖是当前人类面临的最严峻的环境问题之一㊂据估算,近100年来(1906 2005年)全球平均气温升高了(0.74±0.2)℃[1]㊂土壤碳库的变化是影响大气CO2浓度及全球气候变化的重要原因之一[12]㊂水力驱动的侵蚀是扰动土壤碳库的重要过程,进而影响全球碳循环的进程㊂全球陆地表面每年由水力侵蚀造成的表层土壤横向迁移量达28Pg[13]㊂侵蚀营力对表土剥蚀㊁分解㊁迁移以及沉积的过程中,有机碳稳定机制也随之发生变化进而影响碳排放[23]㊂因此,综述分析水力侵蚀作用下土壤有机碳及其稳定机制的变化有助于进一步辨清侵蚀碳 源㊁汇”效应㊁深入认识陆地生态系统碳循环过程和准确估算区域碳平衡都有着重要意义㊂笔者主要介绍水力侵蚀作用过程㊁侵蚀作用对土壤有机碳库的 源㊁汇”效应㊁侵蚀作用下土壤有机碳的稳定性机制等方面的最新研究进展,并展望未来侵蚀作用下土壤有机碳的研究重点㊂1 全球土壤有机碳库土壤有机碳库是陆地最大的碳库,是陆地植物碳库(500~600Pg)的2~3倍,大气碳库(750Pg)的2倍[4]㊂如此巨大的碳储库微小的波动也可导致大气CO2浓度的改变甚至影响全球碳循环进程[5]㊂根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)测算,土壤碳库对全球大气CO2含量升高的贡献率高达30%~ 50%[6]㊂尽管只有10%的土壤有机碳发生变化,也相当于人类30年CO2排放的总量,而提高土壤有机碳库储量5%~15%可降低大气CO2浓度16%~ 39%[7];因此,增加并稳定土壤有机碳库是降低大气CO2含量㊁减缓全球变暖的有效途径之一[3,8]㊂2 土壤水力侵蚀现状水力侵蚀(water erosion)是指地球表层土壤及其母质在雨滴击溅㊁地表径流剪切和下渗水分作用下,发生分离㊁迁移和沉积的全部过程[3,9]㊂在自然侵蚀下,全球每年有0.02~0.06mm土壤受侵蚀而流失㊂自然缓慢的侵蚀即土壤侵蚀速率与成土速率相平衡是有益的地质过程,可使河流含沙量保持在适当的范围内(合理土壤流失量,soil loss toler⁃ance),降低下游河道的冲刷减少海岸侵蚀,而且可形成广阔而肥沃的冲积平原[9]㊂而人类扰动加剧引起的加速侵蚀是一种破坏性极强的过程,不但导致土壤退化㊁土地生产力降低,影响农业生产和粮食安全,而且对土壤碳循环产生显著影响,成为当今迫在眉睫的全球性主要环境问题之一[910]㊂全球受水力侵蚀影响的土壤面积达11亿hm2,每年有28Pg 表层土壤受水力侵蚀而发生迁移,导致(0.5±0.15)Pg土壤碳发生迁移[11],受土壤侵蚀影响的经济损失近4000亿美元[12]㊂气候变暖背景下,我国降雨侵蚀力呈东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征[13]㊂有研究者采用大气环流模型HadCM3模拟未来(2035年㊁2036年㊁2065年㊁2066年和2095621 第1期马文明等:水力侵蚀作用下土壤有机碳库稳定性机制研究进展年)气候变暖背景下黄河流域降雨侵蚀力,认为降雨侵蚀力明显增加[14]㊂3 水力侵蚀作用对土壤碳库的影响3.1 水力侵蚀对土壤碳库的 源”效应土壤学家和农学家们认为水力侵蚀导致了温室气体的释放完全是一种碳 源”效应[23,1517],并且每年由于水力侵蚀造成CO2的释放量达1~1.14Gt[3,17]㊂因为侵蚀区土壤尽管提高肥料的施入和灌溉量,相比未受侵蚀的土壤其净初级生产力要低,导致侵蚀区土壤水肥失衡扰乱了水和营养元素的循环;其次是降雨雨滴击溅和径流剪切等侵蚀营力作用引起土壤团聚体的分解破裂,从而释放出原先被保护的有机碳促进了有机碳的矿化量;而且随径流迁移的有机碳属于表层密度较小的活性有机碳易于矿化分解㊂Jacinthe等[15]的研究表明,在侵蚀迁移过程中有20%~30%侵蚀碳被分解释放㊂针对受侵蚀迁移的大量有机碳在沉积区被重新团聚保护并固存的观点,土壤学家和农学家的研究认为几乎100%的侵蚀碳在剥蚀和迁移过程中就被完全矿化,迁移到沉积区的侵蚀碳已微乎其微[18];尽管随沉积物埋藏于地势低洼区的有机碳(20cm)有助于稳定化,但这部分碳容易受外界气候和人为耕作等因素的扰动进而被释放,而且土壤颗粒沉积于地势低洼区的有机碳在厌氧条件促进甲烷和氮氧化物的释放[3]㊂因此,土壤学家和农学家们认为在全球碳收支层面来看,土壤侵蚀是一个碳 源”过程[23,1517]㊂基于此观点的模型都得出了侵蚀碳要么全部被迁移至海洋碳库中,要么完全被矿化释放进入大气[1820]的结论㊂3.2 水力侵蚀对土壤碳库的 汇”效应与土壤学家和农学家的观点相反,沉积学家则认为水力侵蚀有助于增加土壤有机碳库从而成为 汇”效应[12,2128]㊂首先,在侵蚀区迁移流失的有机碳可通过植被生长以及地表凋落物和地下根系输入的形式得以补偿(更新);第二,水力侵蚀导致侵蚀区土壤次表层裸露有助于富含硅酸盐的土壤母质化学风化[21],而裸露母质硅酸盐风化过程需要消耗大气中的CO2作为反应物,尽管这种风化和CO2的消耗量是有限的,这一过程也被认为水力侵蚀增加土壤碳 汇”效应[12];第三,深层土壤是典型的碳不饱和层具有较高的土壤矿物黏粒含量,由于有机碳含量较低,该层土壤矿物黏粒具有较高的表面活性位点可吸附大量有机碳,形成稳定的矿物有机结合体(organo⁃mineral complexes)长期固存[22];第四,土壤长期持久的化学风化可促使微量营养物质流失,侵蚀迁移表层这些经受长期化学风化的土壤,使化学风化相对较低的深层剖面抬升,可增加相关营养物质,这些微量元素可促进地上植物的生长从而增加侵蚀区光合产物的更新量[2324];最后,侵蚀土壤和有机碳大部分重分布于陆地中而不是进入海洋㊂有研究人员计算得出70%的侵蚀碳重分布于陆地生态系统中,这相当于土壤中每年增加了1.5Gt C[22,25]㊂因此,有研究人员认为水力侵蚀还可以解释 碳丢失”的问题[24]㊂有研究者结合坡面泥沙迁移模型和土壤有机碳的实测值,探讨了侵蚀作用对土壤大气碳循环的影响㊂结果发现,沉积区每m2土壤每年可增加1.9g C[26]㊂Simith等[27]的研究结果也表明,侵蚀过程是一个碳汇的过程,如果考虑侵蚀碳在陆地生态系统中的沉积作用,美国的土壤碳汇量可增加47%㊂Harden等[22]的研究同样表明,若在侵蚀区土壤存在持续的植被净初级生产力输入,而且地势低洼的沉积区侵蚀碳的分解率低于侵蚀区分解率的20%时,水力侵蚀是一个碳汇过程㊂Ma等[28]的研究结果显示,在亚热带流域侵蚀导致表层富含有机碳的土壤深埋于沉积区,碳饱和度较低而且有机碳稳定性较高的次表层逐渐裸露导致了土壤碳库的增加㊂4 水力侵蚀作用下土壤有机碳的稳定性机制4.1 选择性稳定机制选择性稳定机制是研究人员在树叶及可见的植物碎片分解矿化中发现并提出的一种稳定机制[29]㊂土壤有机碳分解矿化一般认为包括3个连续的过程㊂第1阶段分解矿化活性较高的有机碳(周转时间在1~2年的有机碳),这一阶段被分解矿化损失大约2/3的有机碳[30];第2阶段,分解速率变缓,这一阶段分解损失周转周期为大约为10~100年的有机碳,90%的有机碳被矿化释放;分解的最后一个阶段,主要损失的为周转时间超过100年的有机碳㊂Kögel⁃Knabner等[31]研究人员通过固体核磁和热解法分析了第3个分解阶段的有机碳的化学成分,结果表明被认为周转周期较长的稳定性有机碳主要是多糖类和蛋白质为主,认为凋落物碳进入土壤后,生物利用重新合成是主要的原因,并且认为除了选择性稳定机制外,土壤有机碳的稳定存在还有其他机制在发生作用[32]㊂721中国水土保持科学2020年4.2 空间阻隔稳定机制土壤有机碳的空间阻隔稳定机制是指由于土壤颗粒㊁团聚体㊁层状硅酸盐㊁分子疏水性㊁分子嵌套等形式阻隔了有机碳与分解者,使之不能被充分接触从而长期稳定存在于土壤中[33]㊂土壤团聚体能够形成物理上的屏障,从而阻止分解者和底物的接触[33]㊂Golchin等[34]的研究表明,颗粒态有机质是形成团聚体的核心,从而形成有机碳的团聚体物理保护,使微生物和酶不能接触和利用㊂另外,团聚体内部氧气含量的骤减也限制了微生物有氧矿化㊂不同粒级的团聚体对有机碳的保护能力有所不同,大团聚体的保护作用相对较弱[34]㊂通过时长为360d 的室内培养发现,大团聚体内的有机碳周转时间要比微团聚体中的短[35]㊂这种微团聚体有机碳的稳定性大于大团聚体内的现象在野外实验中也得到了验证㊂John等[36]研究了小麦㊁玉米㊁草地和云杉土壤团聚体中有机碳的组分,发现大团聚体中的有机碳主要为 新碳”,相比微团聚体中的有机碳更容易被分解者分解矿化㊂研究还发现,表层土壤有机碳大部分(90%)存在于大团聚体中[37],而大团聚体对有机碳的稳定作用并不是最长,因此,土壤中有机碳的稳定机制可能还存在其他机制㊂4.3 有机矿物结合稳定机制有机矿物结合稳定机制是指有机碳与土壤矿物通过配位体交换㊁多价阳离子桥㊁氢键以及分子静电引力等形式结合,从而延长有机碳周转时间的作用机制[38]㊂具体通过何种方式结合取决于有机碳的性质,土壤矿物组成和环境条件[39]㊂一般具有高零电荷点土壤具有正电荷性质,因此通过阴离子交换吸附土壤有机碳中的羧基基团[40]㊂此结合方式可提高分解活化能而有效阻止土壤有机碳被微生物矿化[41]㊂土壤矿物对有机碳的吸附稳定作用和土壤黏粒矿物自身的膨胀性有关[40],土壤黏粒矿物中蒙脱石是有机碳较好的 保护体”,而高岭石对土壤有机碳的稳定作用相对较弱[41]㊂Theng等[42]研究认为有机质能够进入土壤矿物夹层而提高稳定性,其中聚亚甲基链就是一例,进入土壤矿物夹层后热稳定性显著提高㊂以上土壤有机碳的物理化学和生物稳定机制均受水力侵蚀的影响㊂从水力侵蚀发生的起始阶段,土壤颗粒或团聚体被降雨雨滴击溅而破碎㊂密度较低的细颗粒和颗粒结合态有机碳随径流优先迁移㊂这种剥离使原来受团聚体保护的有机碳 暴露”于分解者面前或更加易于化学矿化的环境当中,一部分被矿化而释放,一部分则由溶解态或颗粒态有机碳的形式随径流横向或纵向迁移[3]㊂土壤水力侵蚀的横向迁移阶段是土壤团聚体分解与形成的过程,大量的团聚体继续被破碎释放原来被保护的有机碳,同时土壤矿物质与有机碳的相互作用重新形成新的团聚体㊂在最后的沉积阶段,侵蚀碳在这里被团聚或被黏粒矿物结合形成稳定态而埋藏于地势低洼的沉积区,因为侵蚀优先迁移的细颗粒物比表面积较大能与有机碳形成稳定的黏粒结合碳[22,43]㊂侵蚀迁移的物质大多都重分布于侵蚀区周边地势低洼的区域,包括周边湿地㊁泥炭地㊁河口等区域[25]㊂这些沉积区增加了湿度形成厌氧环境降低侵蚀碳的分解率㊂在侵蚀区,表层土壤被侵蚀掉后深层土壤裸露形成 新的表层”,而深层土壤有机碳属于惰性碳库和碳不饱和层,具有更大的固碳潜力,亚表层裸露增加了黏粒矿物与有机碳之间的相互作用,促进了侵蚀区有机碳与黏粒矿物结合形成稳定的有机矿物结合体㊂在沉积区由于选择性迁移导致侵蚀区密度较低,活性较高的有机物质大量聚集并与侵蚀汇集于此的土壤矿物表面静电吸附,配位体交换,络合作用使沉积区有机碳稳定存在[44]㊂5 研究展望如上综述,国内外大量的学者通过未侵蚀区侵蚀区沉积区这一地貌过程对土壤侵蚀和碳循环之间的关系进行了研究,并取得了一系列有益的成果㊂然而,土壤有机碳库在土壤水力侵蚀作用下的生物地球循环,以下4方面还需继续深入研究㊂1)侵蚀作用下溶解性有机碳(DOC)迁移流失和组分变化㊂土壤水力侵蚀的生物地球循环的意义在一定程度上取决于被侵蚀掉的表层土壤和水溶性物质的迁移距离㊂DOC是土壤有机碳中活性较强的部分,可固存于土壤颗粒中构成土壤碳库的一部分[44],也可刺激土壤微生物活性促进有机碳的分解[45],而且在侵蚀驱动下垂向迁移和横向迁移可能都是DOC流失的主要途径,其含量和组分在沉积区和侵蚀区也可能随之发生变化㊂然而,过去侵蚀对土壤碳循环的影响很少涉及DOC部分㊂2)不同侵蚀动力对有机碳组分的迁移流失㊂侵蚀营力是导致土壤及有机碳流失的驱动力㊂不同侵蚀营力下必然有相应的土壤有机碳组分的流失,不同侵蚀动力条件下有机碳流失的组分㊁富集等方面都存在差异,这种差异直接导致侵蚀迁移泥沙中有机碳的去向㊂821 第1期马文明等:水力侵蚀作用下土壤有机碳库稳定性机制研究进展3)侵蚀原位区有机碳的更新及其稳定性㊂侵蚀原位区有机碳的不断更新是侵蚀碳汇的关键条件之一;但目前针对侵蚀原位区有机碳更新的零星报道也只涉及侵蚀区是否存在更新,而并未关注更新有机碳的稳定性㊂然而,侵蚀区存在有机碳的更新可能还不足以成为侵蚀碳汇的必要条件之一,因为,更新的有机碳稳定性决定更新碳能否成为土壤碳库一部分而长期固存㊂4)沉积区有机碳的稳定性际及其机制㊂尽管学界目前已达成一致意见的是沉积区有机碳的分解速率比侵蚀区低并归结为沉积区土壤含水量较高易形成厌氧环境,而且有机碳在沉积区可形成稳定的保护机制[43]㊂但对沉积区埋藏的有机碳性质关注不够,如埋藏的有机碳是活性组分多还是稳定性组分含量多,这可能会影响沉积区能否成为侵蚀碳汇的先决条件㊂6摇参考文献[1] BERHR A A,HARTE J,HARDEN J W,et al.The sig⁃nificance of the erosion⁃induced terrestrial carbon sink[J].BioScience,2007,57(4):337.[2] LAL R.Global soil erosion by water and carbon dynamics[J].Soils and Global Change,1995:131. 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土壤有机碳稳定机制研究进展
结果与讨论
结果表明，土壤团聚体对有机碳的稳定机制具有重要影响。一方面，土壤团 聚体可以通过物理固定作用将有机碳牢固地吸附在土壤颗粒上，从而提高有机碳 的稳定性。另一方面，土壤团聚体还可以为微生物和酶提供丰富的生物栖息地， 促进有机碳的生物降解和循环利用。
然而，有机碳的稳定性反过来又会影响土壤团聚体的形成和稳定性。一方面， 有机碳可以提供植物所需的养分，促进植物生长和根系发育，从而有利于土壤团 聚体的形成和稳定。另一方面，有机碳也可以通过微生物的作用产生多种有机物 质，如多糖、核酸等，这些物质可以促进土壤颗粒的团聚作用，进而提高土壤团 聚体的稳定性。
二、土壤有机碳稳定机制研究现 状
随着全球气候变化和土壤资源保护意识的提高，土壤有机碳稳定机制的研究 日益受到。目前，研究者们已经在不同类型和性质的土壤中开展了大量研究，探 讨了影响有机碳稳定性的因素和作用机制。此外，研究者们还利用各种先进的分 子生物学技术和地统计学方法揭示了土壤有机碳在空间和时间上的变异特征及其 与环境因素的相互关系。
各种方法具有各自的优势和局限性。实验室分析法可以控制实验条件、方便 操作，但实验结果可能受到实验室环境与真实土壤环境差异的影响；地统计学方 法能够揭示土壤有机碳的空间变异特征，但需要足够的数据支撑；分子生物学方 法可以从微观角度探讨微生物与有机碳之间的关系，但可能受到土壤中微生物多 样性和功能的影响。
四、土壤有机碳稳定机制应用前 景
土壤有机碳稳定机制的研究在农业生产、环境保护等领域具有广泛的应用前 景。例如，通过了解和提高土壤有机碳的稳定性，有助于采取措施提高农田生产 力、增加作物产量；同时，对于保护和改善生态环境、减缓温室气体排放等方面 也具有重要的实践价值。
此外，随着科学技术的发展，土壤有机碳稳定机制的研究将有望为解决全球 气候变化、土地资源保护等重大问题提供科学依据和技术支撑。因此，开展深入、 系统的土壤有机碳稳定机制研究具有重要的理论和实践意义。
参考文献 农田土壤碳饱和机制研究进展
参考文献农田土壤碳饱和机制研究进展
对于农田土壤碳饱和机制的研究，近年来取得了一定的进展。
土壤碳饱和是指土壤有机碳库达到相对稳定的状态，即土壤有机碳的输入和输出达到平衡。
在农田土壤中，碳饱和机制对于维持土壤肥力和提高农作物产量具有重要意义。
目前，对于农田土壤碳饱和机制的研究主要集中在以下几个方面：
1. 土壤有机碳的积累和分解：土壤有机碳的积累和分解是土壤碳饱和机制的核心问题。
研究结果表明，土壤有机碳的积累主要取决于土壤有机质的输入量，如植物残渣和根系分泌物等。
而土壤有机碳的分解则与土壤微生物的活动和环境因素有关。
2. 土壤碳饱和的阈值：研究表明，土壤碳饱和存在一定的阈值，当土壤有机碳含量达到该阈值时，土壤有机碳的输入和输出将趋于平衡。
然而，土壤碳饱和的阈值因土壤类型、气候和农业管理措施等因素而异，因此需要进一步研究。
3. 农业管理措施对土壤碳饱和的影响：合理的农业管理措施可以促进土壤有机碳的积累和提高土壤碳饱和程度。
例如，采用保护性耕作、秸秆还田和施用有机肥料等措施可以增加土壤有机质的输入量，从而有利于提高土壤碳饱和度。
综上所述，农田土壤碳饱和机制是一个复杂的过程，需要从多个方面进行深入研究。
未来的研究应该进一步探索土壤有机碳的转化和迁移规律，明确土壤碳饱和的阈值，并制定合理的农业管理措施，以实现农田土壤碳饱和度的提高和农业可持续发展。
草原土壤有机碳及其稳定机制的研究
草原土壤有机碳及其稳定机制的研究草原是我国沙漠化治理中的重要领域之一，草原土壤有机碳的研究对于草地生态系统的保护和修复至关重要。
草原土壤有机碳主要通过植物叶片落叶和根系分泌物的贡献加入到土壤中，其中土壤有机碳在草地生态系统中的稳定性和有效性对于生态系统的健康发展具有重要影响。
草原土壤有机碳来源和转化机制的研究草原土壤有机碳的来源主要是植物残体、根系碳和微生物残体等，其中植物各部分的贡献差异很大。
青贮玉米的生长期不是很长，但是在此期间，由于其高产和高品质，加之草原降雨较多，草地的用户从小型家禽养殖走向了奶牛饲养，从而加速了土地肥沃程度的提高和土地利用方式的逐渐规范，土地资源的生产潜力也随之提高。
在草地生态系统中，植物各部分碳存量及贡献的差异性与植物生长生理、生态类型有关。
草原有机碳的转化过程中微生物在其中起到了重要的作用，微生物的活动可以改变碳和氮的循环和利用，使其在土壤中得到稳定和变异。
而对于草原土壤有机碳来说，不同微生物的分解过程会导致土壤有机碳的分化，最终影响草原生态系统的稳定性。
草原土壤有机碳的稳定机制研究土壤有机碳在草原生态系统中存在两种不同的汇源：一是生物态有机碳和矿物态有机碳的形成，分别来源于微生物的生物转化和单质直接稳定，二是土壤有机碳稳定性的提高。
微生物生物转化产生的土壤有机质是活性的，其分解与重建的平衡过程保证了土壤有机质的稳态性。
而因单质充当的土壤有机碳则是不活性的，其并不参与微生物代谢。
而当土壤有机碳含量较多时，这些充当单质的分子也被微生物分解，从而释放碳源，这就导致了有机质黏性和结构的稳定机制，从而保持了土壤的稳态性。
同时，环境的适宜性是土壤有机质稳定机制的重要保障。
在干旱、寒冷、缺氧等环境中，微生物分解有机质的速度较慢，土壤有机质的稳态性较高。
而在质量控制、培育纤维、提升生产力等生产目的下，人们大量使用化肥、农药等医药物质，导致微生物环境的变酸及耐受性变差，从而影响了土壤生态系统的稳定性。
有机碳在土壤中的作用及转化机制研究进展
有机碳在土壤中的作用及转化机制研究进展摘要：对土壤有机碳作用的综述研究显示：直至20世纪末，对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能，如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。
土壤有机碳含量主要取决于气候条件、土壤质地与土地利用类型。
在人为因素中，土地利用方式的变化对土壤有机碳含量的影响最大，而施肥、秸秆还田、耕作等农作措施对土壤有机碳含量的影响比较小。
耕地土壤上，作物类型不同，其典型的耕作和收获方式不同，收获后存留地表和土壤中的根系残留物数量和质量不同，有机质生成能力不同。
在种植有机质消耗性作物时，需要注意在轮作制度中引入有机质增加型作物或施用有机肥料，以保持土壤肥力。
关键词：土壤有机碳；土壤肥力；土壤有机碳转化机制；轮作0引言土壤有机碳指土壤中含碳有机物质的总和。
土壤有机碳对土壤肥力和地球碳循环具有极其重要意义。
土壤有机碳是大气碳的两倍，是地球植被总碳量的3倍，参与地球陆域碳循环总碳量中80%的碳量以土壤有机碳形式存在于土壤中。
土壤有机碳的主要组成为土壤中动植物残体、土壤腐殖质以及土壤微生物体碳量。
以动植物残体形式进入土壤的有机碳成为土壤生物的粮食，促进土壤生物活动及生物多样性，而在土壤生物，特别是土壤微生物作用下生成的土壤腐殖质促进土壤团粒结构形成，提高土壤保水、保肥、供水、供肥性能，提高土壤肥力，并大幅度提高耕地土壤高产、稳产性能。
与此同时，由土壤有机碳供养的土壤微生物活动促成了地球生态系统中的碳、养分及其他物质的分解、转化与循环。
土壤有机碳与土壤有机质两个概念涵义相同，量纲有区别，前者以纯碳量计，后者以有机物质量计。
1土壤中的稳定性与营养性有机碳1.1稳定性有机碳近年间，对土壤有机碳分组最重要的研究进展之一是根据其在土壤中的转化速率将土壤有机碳分为稳定性有机碳与营养性有机碳两大部分。
研究发现，土壤稳定性有机碳主要存在于第四纪冰川期成土过程产生的土壤黏粒和细粉粒中。
土壤有机碳研究进展
—Hale Waihona Puke —中国土壤与肥料 2009 (6)
为 1 395 Pg[ 23 ] 。 20世纪 90年代以来 , 随着遥感 ( RS) 、地理
信息系统 ( GIS) 和全球定位系统 ( GPS) 技术的 发展 , 为土壤有机碳研究提供了新的方法和手段 。 “3 S”技术被应用于区 域 或 全 球 土 壤 有机 碳 库 存 量 大小 、有机碳密度的空间分布差异等方面的研究 。 发达国家已在区域尺度上开展了相关研究工作 。如 俄罗斯在 1∶250万土壤分布图上建立了土壤碳空间 数据库 , 计算出俄罗斯 0～20 cm、0～50 cm 和 0～ 100 cm等不同土层有机碳库存量 , 估计出俄罗斯土 壤有机碳库存总量为 34211 Pg, 无机碳库存总量为 11113 Pg, 土壤总碳库存量为 45314 Pg[ 24 ] , 并绘制 了俄罗斯 0～100 cm 土层无机碳库存量分布图 。加 拿大建立了 1∶100万的数字化土壤分布图及土壤碳 数据库 , 并 计 算 出 加 拿 大 0 ～30 cm 土 层 和 0 ～ 100 cm 土层 土 壤 有 机 碳 库 存 量 分 别 为 7011 Pg和 249 Pg[ 21 ] 。
我国学者非常关注土壤碳循环研究 , 并在土壤 有机碳库 存 量 研 究 方 面 取 得 了 许 多 引 人 注 目 的 成 果 。如陈庆强等分别对陆地生态系统 , 特别是土壤 碳循环进行了研究和评述 [ 21, 26 - 28 ] , 金峰等对土壤 有机碳库存量进行了统计 [ 29, 30 ] , 张东辉等对土壤有 机碳的转化与迁移进行了研究 [ 31 ] 。王淑平等人的 研究表明 , 土壤有机碳含量与降水量之间呈显著正 相关 , 温度对有机碳的影响较复杂 , 适宜温度有利 于土壤有机碳积累 , 否则 , 对有机碳积累具有负效 应 [ 32 ] ; 此外 , 由气候等因素影响的植物种类组成 对土壤有机碳库存量也有重要影响 。陈佐忠等在研 究中发现 , 植物种类组成可通过影响植物残体分解 速率进而影响土壤有机碳的含量及分布 , 并对草甸 草原 、典型草原 、荒漠草原植物种类组成与土壤有 机质含量关系作了详细分析 [ 33 ] 。
土壤有机碳最新研究报告
土壤有机碳最新研究报告
根据最新的研究报告，土壤有机碳是土壤中的重要成分，对土壤的质量和生态系统功能具有重要影响。
研究发现，土壤有机碳的含量与土壤肥力密切相关。
高含量的有机碳能够提高土壤的保水性和保肥能力，增强土壤对养分的吸附和储存能力，从而提高农作物的产量和品质。
另外，有机碳还能够促进土壤微生物的生长和活动，增加土壤的养分循环和有机物分解速率。
研究还发现，土壤有机碳的稳定性对土壤质量和碳循环起着重要作用。
稳定性高的有机碳能够长期稳定存在于土壤中，不容易被分解和释放为二氧化碳，有助于减缓气候变化的速度。
因此，增加土壤有机碳含量和提高有机碳的稳定性成为当前土壤保护和碳减排的重要策略。
此外，最新的研究还发现，人类活动对土壤有机碳的含量和分布也有显著影响。
大规模的农业生产和土地利用变化会导致土壤有机碳的损失或积累，造成土壤质量的下降或提高。
因此，在可持续农业和土地管理方面加强措施，以减少有机碳的流失和增加有机碳的积累，对于保护土壤生态系统和提高农作物生产具有重要意义。
总之，最新研究报告提醒我们要关注土壤有机碳的含量和状况，以制定相应的保护和管理策略，促进土壤质量的提高和生态系统的可持续发展。
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功能组分， 然而， 新的研究不断验证了酸解残余碳（ =).>!?@A)*?B-C*’ A’D,@E’，=</ ） 比土壤总有机碳年代久得
63 ， 65 ， 17 ］ 16 ］ 多［ 。F-. 等 ［ 用 9; </* 酸解得到 =</ ， 证明难降解性保护机制（ 该文称生化保护机制） 对土壤有机 63 ， 64 ， 16 ］ 至今仍被广泛使用 ［ ， 尤其是当它与同位素 碳的稳定性具有最重要的作用。由于 </* 酸解法的简捷性， 65 ， 17 ］ 示踪技术结合将能够提供更丰富的信息 ［ 。此外， 也有学者利用 1& GH)* $ I 和 68H)* $ I <1 J0: 两步依次水 63 ］ 解的方法对土壤有机碳的难降解性进行了成功地评价 ［ 。实际上， 结合其它最新提取手段来改进传统酸解 63 ， 11 ］ 。当然， 深入了解难降解性对土壤有机碳稳定性的作用机制仍需要利用仪器 方法的工作从没有停止过 ［ 5］ 技术进行分子结构水平的分析 ［ 。例如， 化学水解结合比色或气质联用技术可以测定氨基酸、 糖类、 脂类和
!""#： $ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
K 9期
K K K 刘满强K 等： 土壤有机碳稳定机制研究进展
K
19:8
的调节起着关键作用。与以往相比， 今天的研究更关注于其生态环境意义， 因为土壤有机碳的微小变化将引 起大气 /01 浓度的较大波动， 进而影响温室效应和全球气候变化。有关土壤碳库的容量、 释放和周转的各种
属氧化物和粘土矿物与有机碳的相互作用； （ 8） 土壤团聚体的物理保护导致的生物与有机碳的空间隔离； （ :） 土壤生物自身对有机碳稳定性的贡献。 !" 有机碳的难降解性
63 ］ 有机碳的难降解性有时也被称为有机碳的生化质量 ［ ， 由进入土壤的植物残体本身的化学组成、 分解程 1， 4， 61 ， 69 ］ 度及分解者生物群落等多种因素所决定 ［ 。
/455
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生N 态N 学N 报N N N
/6 卷N
/0 ］ /， /0 ］ 04 ］ 究［ 。部分研究者认为有机碳的难降解性能够决定土壤有机碳稳定性的潜力 ［ ， 但最近 12"3)% 等 ［ 通过
5］ 。虽然有关有机碳稳定机制及影响因素的 要的过程。因此有机碳的稳定性也可以广泛理解为生物稳定性［
报道不断增加， 但往往是针对某一特定机制进行探讨， 尤其令人遗憾的是， 对来自土壤生物本身的贡献关注甚
67 2 61 ］ 少［ 。全面了解土壤有机碳稳定机制对于估计土壤有机碳的固定潜力， 制定相宜的土壤管理措施以提高
! & !" 难降解有机碳的来源 进入土壤的有机物， 除了物理破碎和淋洗过程外， 在微生物和酶的选择作用下， 碳水化合物和蛋白类物质
1］ （ 包括水提取的、 酸解的糖类如单糖， 多糖和多肽、 氨基酸等） 最先分解， 有机物的颗粒减小， 碳氮比也下降［ ，
导致较难降解的复杂化学结构物质（ 如具有芳香环结构的木质素和烷基结构的碳） 富集。另外， 某些活性有 机物（ 如纤维素、 多肽、 蛋白质） 可以与难降解的有机化合物（ 如木质素、 多酚等） 形成复合构造， 导致微生物很
1 2 3］ 影响因素的研究成为了解全球碳循环、 预测全球变化及制定统一的温室气体限排措施的必需知识 ［ 。 4］ 近一个世纪的大量研究仍没有充分了解土壤有机碳 ［ ， 这与其本身高度异质、 动态变化、 影响因素复杂
并依赖于时空尺度有关。有机碳的损失也包括地表径流及淋洗等理化过程， 但生物的分解矿化作用仍是最主
6］ 难利用 ［ 。微生物和土壤动物的代谢产物也是难降解有机碳的重要组成， 一般来说细胞壁比细胞内容物难 66 ， 69 ］ ； 某些微生物， 特别是放线菌还能形成类似腐殖质的多 降解， 真菌和放线菌的合成产物比细菌的难降解［
聚物， 而微生物的某些胞外酶（ 过氧化物酶， 酚氧化酶） 可以将酚氧化成醌， 与其他物质反应生成芳香多聚物。 可见， 土壤有机碳自身的难降解性可以来自物理、 化学及生物学过程。另外， 腐殖质和黑碳这两类有机碳由于 比较复杂而没有在此涉及。 ! & #" 有机碳难降解性的评价 最初用来 对有机碳难降解性的认识离不开其测定方法的选择。最常用的方法是古老的 9; </* 酸解法，
有机碳固定， 充分发挥土壤有机碳的生态功能都非常重要， 而至今科学家对于有机碳稳定机制仍没有达成
1， 4， 68 2 69 ］ 共识 ［ 。
土壤有机碳的稳定性主要受到有机碳的难降解性、 土壤理化性质和环境条件及土壤分解者生物群落的影 响
［ 1， 4， 67 2 69 ］
， 本文跟踪最新研究进展， 从 : 个方面论述土壤有机碳的稳定机制： （ 6） 有机碳的难降解性； （ 1） 金
8］ 土壤有机碳的研究可以追溯到 !$$> 前 ［ 。虽然它仅占矿质土壤总量的极小比例， 但对土壤质量及功能
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 6$7$8$9# ） 收稿日期： !$$#:$#:89 ；修订日期： !$$":$!:$8 作者简介： 刘满强 （ 8;"7 < ） ，男，山东龙口人，博士，主要从事土壤生态学和有机碳稳定性研究2 (:=>?1 ：1?4=@A 5B>42 CD42 E5 /)0.1-",). ,"’2： ’FC GH0BCEI J>K L?5>5E?>11M K4GG0HICD NM .>I?05>1 .>I4H>1 -E?C5EC O045D>I?05 0L &F?5> （ .02 6$7$8$9# ） 3’(’,4’1 1-"’： !$$#:$#:89 ；5((’#"’1 1-"’： !$$":$!:$8 6,)+7-#!8： *,P Q>5:R?>5S，TF2 U2 ，=>?51M C5S>SCD ?5 K0?1 CE010SM >5D K0?1 0HS>5?E E>HN05 KI>N?1?IM2 (:=>?1 ：1?4=@A 5B>42 CD42 E5
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来自木质素和木炭的芳香类氧化产物。大分子有机物也可以通过热解分成片断随后利用气质联用技术测定 结构。另外， 更多的研究者开始关注不破坏土壤混合有机物组成的光谱检测技术， 如核磁共振技术。虽然这
6］ 。 些分析技术可以提供更精确的有机碳结构信息， 但是土壤杂质的干扰及昂贵的仪器限制了其应用［
虽然很早就出现了针!""#： $ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
第 !" 卷第 # 期 !$$" 年 # 月
生 态 学 报 %&’% (&)*)+,&% -,.,&%
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土壤有机碳稳定机制研究进展
刘满强， 胡V 锋， 陈小云
（ 南京农业大学资源与环境科学学院 土壤生态实验室， 南京V !8$$;7 ）
摘要： 土壤有机碳的增加不仅有助于农业可持续发展， 而且对缓解温室气体增加和全球气候变化等也具有重要意义。土壤有机 碳的稳定机制决定着土壤固定和储备有机碳的能力， 对有机碳稳定机制的研究， 将为政府制定有效的温室气体减排措施提供依 据。土壤有机碳的稳定机制主要包括： （ 8） 有机碳的难降解性； （ !） 金属氧化物和粘土矿物与有机碳的相互作用； （ 9） 土壤团聚 体的物理保护导致的生物与有机碳空间隔离； （ 6） 土壤生物学机制， 主要指土壤生物自身对有机碳稳定性的直接贡献。至今， 有机碳稳定性的主导机制尚不清楚， 但影响因素与生态系统类型、 土壤类型、 土层深度、 土壤管理措施、 土壤生物活性及群落组 成等有关。作者建议今后研究有机碳稳定性机制时， 应同时考虑上述 6 种机制的综合作用， 并加强探索土壤生物的贡献。 关键词： 土壤有机碳； 难降解性； 金属氧化物； 粘土矿物； 团聚体保护； 土壤生物； 稳定机制
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