土壤有机质碳矿化影响的研究进展

作者简介：李春哲（1982—），女，博士，讲师，研究方向：面源污染。

基金项目：本文系吉林工业职业技术学院2016年度科研课题“饮马河流域面源污染负荷及污染物时空格局演变特征分析”（课题编号：16ky06）的阶段性研究成果之一。

土壤有机质碳矿化影响的研究进展
李春哲
（吉林工业职业技术学院制药与环境技术学院，吉林吉林132013）
摘要：关键词：中图分类号：S153.62文献标识码：A
化肥施用、耕作方式以及土壤的理化性质等均对土壤有机质碳矿化产生影响，由
于土壤有机碳的容量很大，即使其微小变动就可导致整个空气容量中CO 2浓度
边幅很大，所以土壤有机质碳矿化在整个碳循环过程中起着至关重要的作用。

目
前CO 2作为温室效应气体，成为全球环境关注的焦点问题。

因此，在整个生态系
统内固碳增汇是每个国家在未来环境问题上应该努力的方向，本文综述了土壤
有机质碳矿化的影响因素，并给出了未来在土壤有机质碳矿化应该侧重的研究
方向。

土壤有机质；
矿化；研究进展1引言
土壤有机质碳矿化是指是土壤有机质通过
分解变为简单无机化合物并放出二氧化碳的过
程，是在微生物作用下进行的。

土壤中的机质，是
土壤固相部分的一种重要的组成，主要是指土壤
中来源的生命物质，一般含量在0~5%之间，泥
炭土可高达20%或30%以上，漠境土和砂质土
壤不足0.5%。

土壤有机质矿化影响因素很多，土
壤有机质矿化对土壤肥力保持、壤土构成、农林
业和生态系统可持续发展等都有着极其重大的
意义。

2影响因素2.1化肥的施用目前农业生产资料的最基本投入就是化肥的施用，不论是在发达国家还是在发展中国家，化肥的施用都成为了增产、增收的最直接的、最有效的措施[1]。

化肥的施用，也成为了影响有机碳库的最重要的原因。

近些年一些研究表明[2-4]，由
于肥料的类型不同，对土壤中的有机碳的影响比重也不尽相同，有研究表明，有机肥与无机肥配合使用，既补充了有机碳源又改善了土壤的物理性状，可提高土壤碳含量。

比较研究了施用水葫芦有机肥和畜禽粪有机肥对土壤CO 2排放特征的影响。

结果表明：就处理土壤的CO 2排放量与累积排放量能力而言，水葫芦有机肥均显著低于畜禽粪有机肥。

有机肥处理土壤的CO 2累积排放量与潜在可矿化有机碳含量以及有机质碳矿化速率呈显著正相关。

有研究者在室内模拟试验，证明在不同施肥处理中，高量有机肥及高量
有机肥配施化肥处理土壤有机碳累积矿化量较
高，有机肥的施用提高了土壤有机碳的矿化总
量；土壤碳总矿化量与土壤总有机碳和活性有机
碳含量呈极显著相关关系。

研究者对我国东北地
区的典型黑土进行了连续施肥28年的相关研
究，证明无论是有机肥还是化肥都能增加土壤有
机碳含量，此外，实验表明有机肥、化肥配合施用第32卷第3期圆园员8年第3期Vol.32No.3NO.3.2018
技术与教育
TECHNIQUE &EDUCATION
的情况较单品种施肥的土壤效果好，所以我们未来可以通过调控施肥种类来达到有效保护土壤质量和肥力的效果。

此外实验证明，长期施用有机肥料对土壤中微生物的群落结构影响很大。

有机肥料的施用，能明显提高红壤微生物生物活性，加速微生物对土壤有机质碳矿化[5]。

2.2耕作措施
频繁翻耕能使保护的土壤有机质的团聚体暴露在外，从而破坏了土壤的自然结构，加速了土壤有机质碳矿化，所以不同耕作制度是影响土壤有机碳含量的重要因素，在众多耕种方式当中以垄作免耕（NT）最佳[6]。

稻草还田、免耕等耕种方式有利于促进土壤0~5cm土层土壤有机碳的转化和腐殖化，这对土壤肥力的提高和控制土壤温室气体排放、减缓温室效应具有重要的意义。

就实行何种保护性耕作更有利于增加SOC（土壤有机碳）、降低土壤CO2排放，有研究者探讨了不同耕作方式下SOC的存储和分布，结果表明：与MP（带耕）和NT（免耕）土壤相比，土壤团聚体SOC含量较高，且较为活跃。

各耕作处理中，土壤有机碳的最大矿化速率相关性明显，土壤pH和土壤有机质碳矿化率呈正比关系。

研究者在黄土高原进行了相关实验，采用春玉米-冬小麦-夏大豆轮作，并进行了相关的保护性耕作。

结果表明：土壤碳固定明显增强，秸秆覆盖的耕种措施固碳效果优于免耕措施，还可实行水旱轮作的耕种模式，未来推广并应用科学的耕作方式，要提供科学指导，十分有必要建立合理的耕种方案，为合理轮耕模式提供一定的理论基础。

2.3土壤质地
影响土壤中有机质碳矿化的首要因素是土壤自身的物理、化学性质，其中最为明显的因素是土壤质地。

在14C示踪技术模拟实验（25℃）下，研究不同土壤质地如壤黏土、粉黏土和砂壤土3种土壤中，其土壤中水分变化对其土壤中有机质碳矿化的相关响应。

结果表明：以14C标记的矿化率在砂壤土和壤黏土中持水量（WHC）达到最大值，在第160天时的结果分别约为53%和58%，粉黏土矿化率处于缓慢升高趋势；3种土壤原有机质碳矿化率都在75%WHC（土壤含水率）时达到最高，粉黏土为4.8%，砂壤土为5.8%，壤黏土为8.0%，但超过此含水量后，其矿化率显著下降。

3种质地土壤的有机质碳矿化率与土壤含水量的相关关系更进一步证明了不同土壤质地不同，含水量不同，土壤的有机质碳矿化存在差异[7]。

2.4土壤中金属离子
大量文献表明，土壤对矿物的吸附作用可以土壤中的有机质免受微生物的分解，土壤矿物质和有机质是通过一定作用力而结合在一起的，作用力主要是钙复合键，铁、铝键复合体等。

土壤有机质的稳定性维持主要依靠土壤中某些金属氧化物及水合物对，Hughes和Johnson、Adams、Evans、Skjemstad J、Kaiser K[8-9]等研究者经过实验得出大多数土壤中有机土壤中铁、铝含量呈正比关系；证明土壤有机质有很大的表面积及吸附能力，而有机质中铁、铝的氧化物及铁、铝的水合物能铁铝抑制土壤有机质的分解。

赵兰坡[10]等研究铝离子改良盐碱土，人工施加硫酸铝在改良盐碱土的同时，是否在控制有机质碳矿化上有一定影响，还有待研究。

2.5土壤生物
研究表明，土壤中微生物的量与土壤有机碳的量，两者之间存在正比关系。

磷肥是一种微生物必须的营养元素，所以施用磷肥在一定程度上可以提高土壤微生物碳的含量，长期施用磷肥能改变、影响微生物的群落结构，进而使有机碳的矿化得到促进。

蚯蚓肠道作用对土壤微生物作用影响也比较明显，这种作用可表现在两个方面，一是在作用初期的对有机质矿化的促进作用，二是后期对土壤有机质残留物的稳定化作用，在未来的工作中将揭示蚯蚓对SOM（土壤有机质）稳定性的控制机理、蚯蚓对土壤中有机质的降解和转化的作用等焦点问题，此研究对揭示全球碳循环规律具有非常重要的意义。

2.6土壤pH
土壤有机质碳矿化和分解还受到微生物的活性以及微生物的酶活性来影响。

土壤的pH值会影响土壤中微生物活性，pH过高、pH过低都会使微生物的活性受到抑制，进而减缓土壤中有机碳转化。

Bottner[11]等研究发现，自然土壤盐基
18技术与教育
李春哲土壤有机质碳矿化影响的研究进展19
饱和度与土壤pH有相关性，真菌异质性和土壤酶活性及细菌随着土壤pH升高而升高。

3展望
土壤中有机碳动态平衡受多种因素的影响，如土壤的理化特性、人类活动、气候类型、植被覆盖等诸多因素影响。

全球变暖情景下土壤有机碳库未来的走向，在未来将决定着未来气候变化预测。

必须对土壤有机碳蓄积有过程正确地理解、认识，才能更加准确的对未来土壤有机碳变化的方向进行评估和预测，对整个人类社会有着重大的意义。

未来有关土壤有机质碳矿化的研究应着重从以下几点出发：
（1）在诸多环境因子中，温度对土壤有机质碳矿化的敏感性研究将成为未来研究的热点问题，重点应该建立温度、时间、碳矿化率之间的横向关系。

（2）目前，国内外关于对于土壤中金属离子等对土壤有机质碳矿化影响的研究不全面，金属离子作为土壤中的固有成分，与土壤有机质相互作用，从而影响土壤有机质碳矿化，其相互作用的机理研究意义深远，对固碳增汇及土壤改良等都有着重要的研究价值，未来应侧重这方面的研究。

（3）由于目前现有的有机质碳矿化模型大都只是反映了某些影响因子对土壤有机碳产生的影响，在影响土壤有机质碳矿化的诸多因素中，只是考虑单独因素的影响结果，在今后的研究中，要逐渐建立土壤有机质碳矿化影响的动态模型，应该多考察温度、耕种措施、土壤质地等多因素对土壤有机质碳矿化影响的交互作用研究，以便更深入认识各因素对土壤有机质碳矿化综合影响，特别是应该针对人类活动影响进行定量描述，同时也要将土壤有机质碳矿化对全球碳变化的反馈体现出来。

参考文献
[1]周莉，李保国，周广胜.土壤有机碳的主导影响因子及其研究进展[J].地球科学进展，2005（01）：99-105.
[2]李梦雅，王伯仁，徐明岗等.长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响[J].核农学报，2009（06）：1043-1049.
[3]刘丽，周连仁，苗淑杰.长期施肥对黑土水溶性碳含量和碳矿化的影响[J].水土保持研究，2009（01）：59-62.
[4]马天娥，魏艳春，杨宪龙等.长期施肥措施下土壤有机碳矿化特征研究[J].中国生态农业学报，2016（01）：8-16.
[5]施林林，沈明星，常志州等.施用水葫芦有机肥对土壤CO2排放特征的影响[J].江西农业学报，2011（09）：101-103.
[6]CF Li，DN Zhou，ZK Kou，et al.Response of soil organic carbon mineralization in typical Karst soils following the addition of14C-labeled rice straw and CaCO3[J].Journal of the Science of Food&Agriculture，2012（05）：1112-1118.
[7]C Gudasz，D Bastviken，K Steger，et al.Temperature-controlled organic carbon mineralization in lake sediments[J].Nature，2010（7305）：478-485.
[8]C Gudasz，S Sobek，D Bastviken，et al.Temperature sensitivity of organic carbon mineralization in contrasting lake sediments[J].Journal of Geophysical Research Biogeosciences，2015（07）：1215-1225.
[9]MB Fernandes，JO Skjemstad，BB Johnson，et al.Characterization of carbonaceous combustion residues.I. Morphological，elemental and spectroscopic features[J].Chemosphere，2003（08）：785-795.
（下转第36页）
36技术与教育
参考文献
[1]张瑾，徐晓军，刘宇奇等.微量砷的测定方法概述[J].贵州化工，2009（06）：24-26.
[2]邓勃，何华焜.原子吸收光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3]薛平，付英文.石墨炉原子吸收法测定芦笋罐头中砷[J].理化检验（化学分册），2000（03）：112-114.
[4]李安模，魏继中.原子吸收及原子荧光光谱分析[M].北京：科学出版社，2000.
[5]SH/T0629-1996.石脑油中砷含量测定法（硼氢化钾-硝酸银分光光度法）[S].1996.
Determination of Arsenic in Gasoline by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry
DING Yuying LIANG Kerui
（School of Pharmaceutical and Environmental Technology，
Jilin Vocational College of Industry and Technology，Jilin132013，China）
Abstract：A method for direct determination of trace arsenic in gasoline by graphite furnace atomic absorption spectrometry with palladium nitrate-magnesium nitrate as chemical modifier was discussed and presented in this paper.The analytical results of the samples were in agreement with the spectrophotometric method.The experimental results showed that the linear relationship of arsenic content was good in the range of0~200 g/L.The detection limit was6.2g/L and the relative standard deviation was less than3.4%.
Key words：graphite furnace atomic absorption spectrometry；gasoline；chemical modifier；arsenic
（上接第19页）
[10]赵兰坡，王宇，马晶等.吉林省西部苏打盐碱土改良研究[J].土壤通报，2001（S1）：91-96.
[11]P Bottner.Response of microbial biomass to alternate moist and dry conditions in a soil incubated with14 C-and15N-labelled plant material[J].Soil Biology&Biochemistry，1985（03）：329-337.
Research on the Effects of Carbon Mineralization of Soil Organic Matter
LI Chunzhe
（School of Pharmaceutical and Environmental Technology，
Jilin Vocational College of Industry and Technology Jilin132013，China）
Abstract：Chemical fertilizer application，farming methods and physical and chemical properties of soil all affect the mineralization of soil organic matter carbon.Because of the large soil organic carbon capacity，even the small change of soil organic carbon concentration can lead to a large range of CO2concentration in the whole air capacity.Therefore，soil organic carbon mineralization plays an important role in the whole carbon cycle.At present，as Greenhouse Effect gas，CO2has become the focus of global environmental concern. Therefore，carbon sequestration in the whole ecosystem is the direction for every country to make efforts on future environmental issues.This paper reviews the influence factors of soil organic carbonization and gives the research direction that should be focused on soil organic carbonization in the future.
Key words：soil organic matter；mineralization；the research progress。