中国土壤有机碳研究综述.kdh

中国土壤有机碳研究综述

刘敏

（中国林业科学研究院热带林业研究所，广东省，广州市，510520）

摘要 本文介绍了目前为止中国土壤有机碳的研究现状和进展，主要从有机碳库的计算和研究方法、有机碳库的影响因子和有机碳运动及转化等方面的研究进行了述论，为土壤有机碳，特别是森林土壤的固碳研究提供了科学的依据，为对照国外土壤有机碳的研究水平提供了参考依据，也为全球碳库的统计研究提供了数据理论基础。

关键词：土壤有机碳 影响因子 动态 方法

引言

碳是生命物质中的主要元素之一，是有机质的重要组成部分。总的来说，地球上主要有四大碳库，即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库，碳元素在大气、陆地和海洋等各大碳库之间不断地循环变化。陆地生态系统碳库主要由植被和土壤两个分碳库组成，内部组成和各种反馈机制最为复杂，是受人类活动影响最大的碳库。土壤在全球的碳排放和隔离潜能中被认为是一个活跃和重要的角色。研究土壤可持续利用的核心问题是土壤有机质，有机质数量的耗竭和质量的恶化可直接导致土壤生态功能的衰退。土壤有机质在微生物分解过程中，大部分的碳以CO2形式释放到空气中，迅速与大气进行交换，对大气碳库有重要的调节作用，其他部分以土壤有机碳或碳酸盐的形式储藏在土壤碳库中。于东升[1]等计算出中国的土壤面积共有928.10×104 km2，有机碳储量（SOC）为89.14Pg(1 Pg = 1015g)，土壤平均碳密度为9.60 kg·m-2。植物有机质进入土壤后经过腐解，生成成复杂的土壤有机碳。李晓阳[2]等认为土壤有机碳的变化与土壤特性、土壤管理方式及土壤有机碳检测方法有关。周莉[3]等认为理解土壤有机碳蓄积过程对生物、物理和人为因素的响应和把握关键的控制因子是准确预测土壤有机碳在全球变化情景下对大气 CO2的源、汇方向及准确评估碳收支的关键。

1 土壤有机碳库的计算方法

土壤有机碳库计算方法主要有5种：土壤类型法、生命带研究方法、GIS估算土壤有机碳储量、相关关系估算法、统计估算法等。根据研究对象的不同主要有4种类型：根据植被类型推算、根据土壤类型推算、根据生命气候带推算、利用模型计算。于东升[1]，王义祥[4]用土壤类型推算法进行了研究，数据结果的准确性与数据基础有很大的关系。甘海华[5]，邱建军[6]运用模型也作了这方面的研究；童成立[7]等比较了有机碳计算机模拟模型（SCNC）模型和英国洛桑模型（ROTHC-26.3），结果显示了SCNC的接近真值的效果，他们认为输入量的要求成为了取得研究的成功的关键。赵永存[8]等认为回归克里格预测土壤有机碳的空间分布效果最好，能更好地反映碳密度与地形的关系以及局部变异。

2 土壤有机碳库的影响因子

2.1土壤化学性质对土壤有机碳影响

土壤的化学性质是影响土壤有机碳库的关键因子。李明锋[9]等研究表明SOC和TN的含量直接或间接地决定生态系统CO2排放通量，并且姜勇[10]认为自然生态系统的SOC与TN的相关性略高与农田生态系统。郭胜利[11]认为Q m(P素的最大吸附量），DPS（土壤磷素吸附饱和度）和EPC o（零净吸附磷浓度）变化与SOC存在显著或极显著的线性相关关系(P<0.001)。根据不同林分有机碳、氮组分的不同，徐秋芳[12]认为灌木林和阔叶林土壤表层的微生物生物碳（C MB）、易氧化态碳（C R）与土壤总有机碳（C T）含量间相关性均达显著水平，而灌木林水溶性有机碳(C WS)与C T的相关性达到极显著水平；阔叶林土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶及磷酸酶活性与C T、C MB及C R含量间均存在显著相关性，而灌木林只有蔗糖酶活性与各类碳有机碳有显著相关性。姜培坤[13]认为雷竹土壤的C T与活性碳含量（C A）、C WS之间，C A与C WS之间以及C T、C A、C WS与土壤(TN)、水解氮、有效磷(AvP)、速效钾(AvK)之间相关性均达极显著水平(P<0.01)，而雷竹C MB与C T、C A、C WS、TN、水解氮、AvP、AvK之间相关性均不显著。彭佩钦[14]认为湿地土壤C MB

作者简介 刘敏，女，1974年出生，硕士，工程师。主要从事森林生态（群落基本特征分析）；植物水分生理（耐旱、耐水研究）；土壤（基本理化性状及有机碳研究）；3S技术的应用。

Email:liumin27@。

、N MB、P MB之间呈极显著的正相关关系。唐国勇[15]分析了红壤丘陵景观单元内水田、旱地、林地、果园表层SOC与C MB含量均呈极显著正相关(P<0.01)。

土壤有机碳的含量与重金属的含量也有不同程度的相关性。姜培坤[16]研究了雷竹林C WS 与有效镉、钴、镍、铅、锌含量均有极显著(P<0.01)相关性，说明土壤水溶性有机质含量与土壤质量密切相关。倪吾钟[17,18]研究发现菜园土壤全锌、有效锌含量均与总有机碳和易氧化有机碳含量均呈极显著正相关；铜的有效性也有随土壤总有机碳和易氧化有机碳含量的提高而增大的趋势。唐丽娜[19]等研究表明添加重金属后，有机物料的分解与转化和有机物料种类、用量以及重金属类型有关。

2.2土壤物理性质对土壤有机碳的影响

土壤质地、土壤含水量和气温对有机碳存在和作用有重要的影响。吴庆标[20]，程淑兰[21]等认为土壤质地与SOC有显著的相关性；土壤粘粉与SOC有显著的正相关性，与粗粉粒有显著的负相关性；土壤粘粉粒比例愈高，SOC在土壤中稳定性就愈强。彭佩钦[14]认为湿地土壤容重与有SOC、TN、C MB、N MB、P MB之间呈极显著指数负相关关系，而湿地土壤<0.001mm粘粒与SOC 、C MB、TN、N MB、P MB的含量呈极显著对数正相关关系。白军红[24]认为土壤含水量和pH值对土壤表层碳氮含量及碳氮比值影响显著。周涛[22]对认为中国土壤碳储量与年平均温度、年降水量的相关性在不同的温度带下具有很大的差异，耕地土壤有机碳储量与温度、降水量相关性远低于非耕地土壤。唐国荣[23]等发现添加物料和土壤原有机碳的累积矿化量与含水量呈极显著正线性相关关系（后者更加显著）。

2.3立地经营管理方式对土壤有机碳的影响

李恋卿[27]等认为对土地良好的经营管理对于提高陆地系统碳截存有重要意义。李跃林[25]等研究鹤山4种不同人工林土壤碳储量存在差异，其中以营造乡土树种木荷林效果最好。方运霆[26]等认为鼎湖山自然保护区自然植被类型土壤较次生植被土壤在碳贮存方面积极，人为干扰是制约土壤碳贮存量大小的重要因素。李跃林[28]等对鹤山不同立地土壤有机碳储量为：林地5.82*103 Kg·hm- 2、果园为74.66*103 Kg·hm-2 、草地88.53 *103Kg·hm- 2，植树造林及森林保护是缓解大气 CO2 浓度上升的有效措施。 张履勤[29]等研究表明林地开垦为农地后，有机碳(特别是颗粒状有机碳)和全氮明显下降，有机碳的下降程度高于全氮，土壤的平均颗粒状有机碳占TOC依次为：自然林地>造林地>农地，大团聚体中颗粒状有机碳和有机磷的稳定性较低，最易受土地利用方式的改变而改变。石陪礼[30]等认为拉萨河谷土壤有机质含量普遍较低，其中沼泽草甸、人工杨树林有机质含量相对较高；农田退耕为弃耕地、苗圃和建立人工林网后有利于有机质积累和土壤有机碳密度的提高；农田退耕还林积累有机碳的碳固定能力最强。

梁爱珍[31]等在吉林省德惠市中层黑土上进行了免耕、垄作和秋翻处理下进行耕层土壤有机碳的动态分析，不同耕作处理对黑土耕层有机碳的影响无显著性差异，而且免耕处理在短期内没有引起耕层土壤有机碳含量的明显增加，反而有所降低(在质地粘重和排水不良的土壤上实行免耕)。

2.4施肥对土壤有机碳的影响

根据土壤的性质科学地管理土壤是土壤研究的最主要的目的。从另一角度也说明施肥对有机碳储量有很大的影响。于淑芳[32]认为长期施用化肥可使棕壤、潮土、褐土土壤腐殖质各组分积累；氮钾肥提高了土壤腐殖酸碳与有机碳的比值，降低腐殖酸活性(提高 HA/ FA 比值)；化肥配施有机肥大幅度增加了土壤胡敏素和腐殖酸数量，并降低了土壤胡敏素和腐殖酸的比值。张春霞[33]等认为长期单施N、P肥处理对土壤有机碳和微生物生物量碳的影响不明显，施有机肥处理土壤微生物量碳及微生物生物量碳/有机碳值均高于其他施肥处理。 孟磊[34，35]等考虑经济效益 (籽粒产量 )和环境效益 (全球变化 )，耕层土壤最佳的肥料配比是有机肥料和无机肥料配合施用，寻求合理可行的有机肥和化肥配合比率是实现农业土壤生产功能和环境功能协调统一的关键。李忠佩[36]等认为不同的恢复利用模式下植物生物量、有机质归还量以及氮素平衡状况都有明显差异。陈义[37]等计算出浙江嘉兴和衢州土壤有机质矿化率和年矿化量分别为4.04 %和5.08 %，1.347*103和1.221*103 Kg.hm-2；若稻田每年施入 45*103Kg.hm-2 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-1和49.2 g.kg-1；而不施肥区两地的土壤有机质含量将最终分别下降至22.5 g.kg-1和16.0 g.kg-1，维持无肥区土壤有机质平衡的有机物年需要量为3000