农田土壤有机碳转化规律与平衡研究进展

2024年4月1日发(作者：圣诞习俗)

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。王兆荣研究

表明, 农家肥料与作物秸秆在黑土中初期物料残留率曲线急剧下降, 开始30d 表现尤为突

出, 至90d, 秸秆已近半数被腐解掉, 以后逐渐变缓, 直至2a 后, 仍有少量分解, 但残留率

下降幅度仅为2.50%～8.49%[6]。另外, 从年分解速率看, 通常第一年分解速率最大,第二

年次之, 第三年更低, 随后, 残留碳量在各年进一步分解, 但其难度越来越大[7]。

1.2 有机物料的腐殖化系数

由于有机质的种类和土壤条件等的不同, 除特殊有机物料( 如泥炭、农家肥) , 腐殖系

数变动在0.14~0.68 之间[8~11]。研究表明, 南方红壤区常见有机物料腐殖化系数大致在

0.15～0.54 之间。江西红壤稻草、紫云英、牛粪及肥田萝卜4 种有机肥, 平均腐殖化系数

旱地为0.20, 水田腐解慢, 其数值为0.31[8]。四川红壤绿肥、麦秸秆、饼肥、粪肥的腐殖

化系数分别为0.52、0.28、0.35 和0.46[12]。东北地区除草炭、厩肥以外,腐殖化系数在

0.16～0.61。不同土类差异较大, 草甸土变幅最大为0.16～0.51, 辽西褐土次之为0.25～

0.65, 辽宁棕壤土第三为0.43～0.51; 旱地白浆土和哈尔滨黑土分别为0.45～0.48 和

0.30～0.37( 厩肥0.68, 草炭0.89) [11,13~15]。华北半湿润区潮褐土腐殖化系数在

0.13～0.31 之间[16,17]。内蒙古河套平原灌淤土不同物料腐殖化系在0.22～0.52 之间

[30]。冀东地区中壤质潮褐土麦秸、麦根茬、玉米秸、玉米根茬、豆秸、猪粪、牛粪、马

粪及腐熟圈肥腐殖化系数分别为30.97%、25.39%、28.10% 、20.52% 、26.74% 、

32.40% 、38.69% 、33.01% 和60.83%, 轻壤质潮褐土的腐殖化系数分别为28.49%、

21.18%、25.00%、14.15%、25.64%、31.08%、20.17%、31.05%和56.74%[26]。此