土壤化学课程论述题-土壤有机碳和土壤酸化

一、论述不同生态、耕作管理条件下土壤有机碳的含量、组成和性质特征
一、论述不同生态、耕作管理条件下土壤有机碳的含量、组成和性质特征。

土壤有机碳(SOC)包括植物、动物及微生物遗体、排泄物、分泌物及其部分分解产物和土壤腐殖质。

土壤有机碳量是进入土壤的植物残体量以及在土壤微生物作用下分解损失的平衡结果。

土壤有机碳量(1500Pg)约为陆地生物量碳(620Pg)的2.4倍，其动态平衡不仅直接影响土壤肥力和作物产量，而且其固存与排放对温室气体含量、全球气候变化也有重要影响。

然而，不同生态系统的土壤有机态组成和转化有所差别。

（一）森林生态系统
森林生态系统作为陆地生物圈的主体，不仅本身维持着大量的碳库(约占全球植被碳库的86%以上)，同时也维持着巨大的土壤碳库(约占全球土壤碳库的73%)。

森林植被下，进入土壤的有机物质主要为地表的凋落物。

因此，其表土层很薄，一般仅2~7 cm，此层中有机碳含量可达到368mg/kg，其下虽有一深厚的腐殖质层(约40~70cm)，但其含量已较上层急剧减少。

森林土壤中的有机碳主要来自于森林凋落物的分解补充与累积，是进入土壤中的植物残体量以及在土壤微生物作用下分解损失量的平衡结果。

（二）草地生态系统
在草地生态系统中，草地植物通过光合作用吸收大气中的CO2，合成有机物质，植物枯死后凋落于土壤表面，形成凋落物层进入土壤库，其中一部分凋落物经腐殖化作用，形成土壤有机碳固定在土壤中,这部分有机碳经土壤动物和微生物的矿化作用，部分分解产物被植物再次利用，构成了生态系统内部碳的生物循环。

此外，植物光合作用固定的有机碳还有一部分通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)、草原动物呼吸、凋落物层的异养呼吸以及土壤的呼吸代谢作用将碳以CO2的形式重新释放到大气中，构成了草地植被-土壤-大气间的生物地球化学循环。

在草地生态系统中，植物、凋落物、土壤腐殖质构成了系统的三大碳库。

（三）湿地生态系统
全球变化背景下陆地生态系统碳循环研究是其中重要的核心内容之一。

湿地作为一个水陆相互作用形成的独特生态系统，具有季节或常年积水、生长或栖息喜湿动植物和土壤发育潜育化3个基本特征。

湿地虽然只占地球陆地表面的很小部分，但在陆地碳库中却占有显著的份额。

据估算，湿地占了全球陆地碳库的12%~20%。

一旦有机物质沉积在湿地土壤表层或矿物土壤中，便成为湿地生态系统异养食物链的一部分，在土壤性质、水文和土地利用活动的影响下，通过生物地球化学过程影
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响着湿地土壤的碳储存和碳通量。

储存在湿地土壤中的碳库规模决定于湿地植被类型、地貌背景、水文条件和干扰情况。

（四）农田生态系统
农田土壤有机碳是地球陆地生态系统中最重要和活跃的碳库：一方面它是土壤肥力和基础地力的最重要物质基础，对耕地生产力及其稳定性具有决定影响，另一方面农田土壤碳贮量约为142Pg（1Pg=1015g），接近全球陆地碳贮量的10%，对全球碳素循环的平衡也起着重要作用，因此农田土壤有机碳的动态变化不仅指示着土壤质量和肥力的改变，对全球气候变化也有深远影响。

1.施肥
总体来说长期施肥能够增加土壤有机碳，主要原因一是施肥可改善土壤中的速效养分状况，促进作物根系和地上部的生长，从而增加进入土壤的根系分泌物和有机残体数量；二是影响土壤微生物的数量和活性，进而影响SOM生物降解过程。

但是施用化肥和有机肥对于土壤有机碳有着显著不同的影响。

2.耕作
首先耕作强度的增加导致土壤中富含碳的大团聚体破坏加剧，形成大量有机碳含量相对较低的小团聚体和游离有机碳颗粒。

其次，耕作改变土壤小气候，直接影响到土壤微生物活性。

总之，土壤耕作会引起土壤侵蚀和土壤有机碳库的降低。

3.种植
长期定位试验说明土壤有机碳含量与进入土壤的作物残体数量之间呈显著的正相关由于作物的产量不同，以根系分泌物、根系和地上部分残落物形式输入土壤有机碳的数量存在很大差异，因此不同作物间的轮作对土壤有机碳动态影响也就不同。

同时，合理轮作还使土壤水稳性团粒数量明显增加，土壤结构明显好转，作物轮作对于不同颗粒有机碳也有显著影响。

二、引起土壤酸化的原因有哪些？土壤酸化后可能对土壤产生哪些影响
二、引起土壤酸化的原因有哪些？土壤酸化后可能对土壤产生哪些影响？
土壤酸化是指土壤中氢离子增加的过程或者说是土壤酸度由低变高的过程，它是一个持续不断的自然过程。

（一）土壤酸化的成因
土壤酸化的原因包括自然因素和人为原因，自然因素主要包括成土母质、土壤风化、生物活动等。

但实践表明，人为因素对土壤酸化的影响更大。

1.自然因素
自然酸化是农业生产中不可避免的现象。

土壤中的盐基性离子本身就较易淋失，因此淋溶过程实质就等同于酸化过程。

另外，天然降雨中会有一些碳酸和硝酸，土壤中微生物与植物根系代谢过程中也会产生一定量的碳酸。

土壤有机质分解会带来少数有机酸和腐殖酸。

还有部分地区土壤中硫化铁矿物氧化会产生硫酸。

2.人为因素
随着现代工业的高速发展和人们生活水平的不断提高，人为活动大大加速了土壤酸化的速率，主要包括酸雨和不当的农业措施等。

（1）酸雨
酸雨又称酸沉降，是指pH<5.6的大气降水，主要包括湿沉降(酸雨、酸雪、酸雾、酸霜)和干沉降(气体酸化性物)。

酸沉降主要由于现代生活工业中所用的煤、石油和天然气燃烧及汽车尾气排放中产生的SO2、NO等含硫和氮的化合物，经扩散或重力作用等过程降落到地面。

（2）不当的农业措施
不当的农业措施包括农业生产中大量施用化学肥料尤其是铵态氮肥、不当的施肥量和施肥方式、连作和种植致酸作物等。

硫酸铵、氯化铵等生理酸性肥料导致土壤酸化的原理是铵根离子氧化后被作物吸收，致使土壤中氢离子和铝离子含量增加，土壤pH降低。

农作物生长结实过程中会大量吸收土壤中的盐基离子，尤其是同一土壤常年种植单一作物，盐基离子长期通过秸秆和籽粒带走又得不到补充，致使土壤离子失衡和pH 降低。

这是造成土壤酸化的重要原因。

连作及单作豆科植物时其根系在生长过程中会分泌一些酸性物质，导致土壤pH下降，随着时间的延长，酸化趋势也一并加剧。

（二）影响
土壤酸化导致土壤有毒金属离子活度增加，肥力降低，土壤结构变差，影响作物
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生长发育，并带来一系列环境问题，已经成为影响我国粮食安全及农田可持续发展的主要障碍因素之一。

1.降低土壤pH值
土壤酸化必然造成土壤pH的下降，土壤pH的降低会打破许多原本存在于土壤溶液中的化学平衡。

如产生大量分子态硫化氢，不仅对植物有毒，而且导致离子态硫化物浓度的降低。

土壤酸化后大量H+进入植物根细胞细胞质，使其pH下降，酶活性降低，生物自由基积累及膜脂过氧化作用加剧，引起细胞解体和细胞的亚显微结构破坏，从而影响植株生长发育及品质。

2.降低土壤微生物及酶活性
土壤中各种养分的转化与循环都离不开微生物和酶的催化作用。

然而，酸性土壤抑制了这些有专一效应的微生物和酶活性。

土壤酸化能改变土壤微生物种群，使得嗜酸性细菌含量增加，有益微生物数量减少，破坏营养元素的良性循环，造成作物减产。

3.影响作物生长发育
酸化土壤中铝毒对根系的抑制作用最为明显，当植物受到铝胁迫时，根尖和侧根变得短而坚硬，根伸长受到抑制铝进入细胞后短时间内与细胞壁上的负电荷结合，降低细胞壁的弹性，抑制细胞的膨胀和伸长，随着时间延长，细胞染色体粘连，纺锤丝遭到破坏，最终影响细胞的有丝分裂铝还能破坏膜脂的流动性及脂类与膜蛋白的相互作用，引起膜质过氧化伤害土壤酸化，影响作物对大量元素及有益中量元素的吸收。

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