土壤有机碳的稳定原理及干扰因素研究新成果

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1、土壤有机碳的稳定原理及干扰因素研究新成果　　土壤肥力的重要指标是土壤有机碳,它影响土壤本身具有的物理、化学及生物特性,能调节土壤的质量和功能[1].人类对土壤有机碳的研究可追溯到200年前[2],主要是针对土壤有机碳的肥力特性、周转包括有机物质的输入、有机碳组分的分解与产物的转化途径等[3-7].以往研究有机碳时,注重其对农业生产的作用,而如今的研究更注重其对于生态环境的意义.　　土壤有机碳的增加有利于进行农业可持续发展和缓解温室气体排放,而土壤有机碳的固定和储存是由其稳定性来控制[8].所以想应对全球气候变化或制定温室气体减排措施时,必须对土壤有机碳的稳定性有

2、所了解.本文在总结前人研究的基础上,对土壤有机碳的稳定机制及影响因素进行了综述.　　1土壤有机碳的稳定机制　　土壤有机碳稳定性是指在当前条件下土壤有机质的抗干扰以及恢复原有状态的能力[9].对于有机碳稳定机制的研究,国内外的报道不是很多,较早的是Sollins(1996)提出的将有机碳稳定机制分成三个类别[10]:(1)有机碳内在的难降解性,指其功能团、分子组成等对酶作用和微生物的抗性;(2)化学的交互作用导致的稳定,指有机质其他无机分子之间或有机质分子之间与分子间交互作用,致使微生物对基质的不能利用;(3)基质由于物理保护而导致的微生物及酶的易接近性下降,指土

3、壤团聚体等对基质的闭蓄作用.陈小红[11]对土壤有机碳的物理稳定机制、化学稳定机制和生物稳定机制及相互作用进行了详细的论述.刘满强等[8]结合以前和最新的研究进展,分4个方面对土壤有机碳的稳定机制进行论述:(1)有机碳的难降解性;(2)金属氧化物、黏土矿物与有机碳之间的相互作用;(3)土壤团聚体的物理保护导致的生物与有机碳之间的空间隔离;(4)土壤生物自身对有机碳稳定性的贡献.总结国内外相关的研究报道[12-13],发现对土壤有机碳稳定性机制的研究主要从土壤生物、有机碳特性和土壤结构特性等几个方面进行考虑.　　目前,大多数学者认为,增加土壤有机碳稳定的重要机制之

4、一是团聚体的物理保护作用[14],因为土壤团聚体的稳定性对土壤有机碳有保护作用.　　几十年来,国内外土壤研究者对土壤有机、无机、胶结物和土壤团聚体形成的关系作了大量的研究工作,得到了关于团聚体形成机制的不同观点[15].Elliott[16]认为大团聚体中碳的高含量是由有机质把微团聚体胶结合成大团聚体引起的,相对而言大团聚体中有机质处于非稳定状态.Cambardella等[17]认为大团聚体所含有的有机质属于轻组微粒有机质或者相对密度较小、且与黏土矿物之间的结合并不紧密.紧结态及有机质的黏粒影响着小粒级的微团聚体形成,而松结态的有机质和多糖物质影响着大粒级的微团

5、聚体形成.关连珠等[18]则认为,微团聚体的粒级决定了胶结物质的作用程度.Tisdall等[19]的试验结果证明,黏结的团聚体(由菌丝分泌物的大分子多糖类物质的)比团聚体(由菌丝本身缠绕的)的稳定性较弱一些.Puget等[20]认为有机质(如脂肪族化合物、不稳定碳水化合物、真菌菌丝体)可以增加大团聚体的稳定性.虽然研究人员已认识到土壤中团聚体的稳定性受到一些因素的影响,但这些研究未能进一步解释这些因素的影响过程.　　2土壤有机碳稳定性的影响因素　　影响土壤有机碳稳定的因素是多方面的,概括起来为自然因素(植被类型、水分、温度、土壤质地、土壤微生物等)和人为因素(耕

6、作、施肥等).自然条件下,气候条件比如年均气温和年降水会直接影响植被类型的生长,而植被类型直接决定了进入土壤中的有机残体数量,有机残体量越高,土壤有机物质量也相应增加[21];土壤理化特性在很大程度上影响着土壤有机碳的含量[20],不同土壤类型土壤有机质分解效率和恢复周期的差别很大,受其土壤本身质地的影响,土壤中的有机碳总量和有机碳的组分分配均有不同程度的差异[22],也使土壤有机碳的稳定性发生了改变;土壤本身特性和外在环境因子相互作用对土壤中有机碳的稳定性具有重要的影响.人为因素对土壤有机碳的影响是综合的,也是比较复杂的.种植作物和耕作是影响空气状况和土壤湿度

7、、温度变化的重要因素,因此人为因素对土壤有机碳稳定性的影响有着不同的机制.　　2.1土壤微生物　　微生物既是土壤的重要组成部分,又是形成土壤中团聚体最活跃的生物因素,在土壤有机碳的形成与转化中起到非常重要的作用.土壤微生物对有机碳的利用和转化主要有真菌和细菌主导的两种途径,由于微生物对基质的选择利用,真菌对碳的存储能力更强[23].相关研究表明,土壤有机碳与真菌和细菌的相对组成有关,可能是影响土壤有机碳稳定性的主要原因,但其影响机制是相当复杂的.土壤微生物主要是通过影响团聚体的稳定性、土壤黏粒矿物的形成以及有机物料的可降解性来影响土壤有机碳稳定程度的.　　土壤中

8、的微生物,特别是真菌,对