摘 要:由于全球变暖引发的一系列环境问题,已经受到越来越多国家的重视,引起越来越多科学家们的关注。农田土壤,在全球碳循环中作为大气二氧化碳的源和库,其发挥的作用逐渐显现。本文围绕土壤固碳的基本问题,总结土壤有机碳固定机制及影响因素的国内外研 究 进 展 。
关键词:土壤碳 温室效应 碳循环
温室效应导致的全球变暖是当今人类面临的严峻挑战,二氧化碳是一种重要的温室气体。研究表明,化石燃料燃烧,水泥生产,土地利用和耕作变化等人为因素是造成大气二氧化碳含量不断增加的主要原因[1 ],其中,人们的土地利用和耕作行为作为重要的一环,影响着陆地生态系统碳的整个过程。 1 土壤固碳土 壤 碳 分 为 土 壤 有 机 碳 和 土 壤 无 机碳,土壤无机碳库的更新周期在8500年以上,因此,为有效遏制全球变暖,应重视对土壤有机碳库的研究。土壤对碳的固持存在一个最大的保持容量,不是无限度增加的,即饱和水平。当初始有机碳含量低于饱和水平,碳的累积速率也就越快,而有机碳含量不断增长逐渐接近饱和水平时,碳的累积速率也就越慢,土壤对碳的保持也就越困难[2]。
微团聚体和矿物—粘粒复合体的相互作用水平是我们对土壤有机碳固定、稳定以及转化的研究重点。控制农田土壤有机碳库容量的核心,即决定土壤固碳潜力的关键是土壤有机碳的固定机制,目前,主要研究方向是从化学稳定机制、团聚体物理保护机制和生物学机制三个方面的交互作用及相互影响,但是三种机制间的相互作用还需我们更深层次的研究。
2 影响因素
在农田生态系统中, 影响土壤有机碳固定、转化及释放的主要因素包括土壤性质,以及农田管理措施等,另外,气候变化、植物品种、土地利用方式等因素也同时影响着土壤有机碳固定、转化及释放。
2. 1 土壤性质
影响土壤有机碳库容量的主要因素是农田土壤的理化性质,包括土壤质地、土壤结构及粘土矿物类型、通气性、pH值等因素,其中,影响最为显著的是土壤质地。土壤性质对土壤中有机碳的固定和储存,以及土壤有机碳组分的分配均起着重要的影响。
2. 2 农田耕作
不同的农田耕作、施肥、灌溉等对土壤有机碳的固定,以及温室气体的排放有着极其重 要的影 响。经 过长期 农田耕 作、施肥、灌溉等活动,对土壤质地进行干预,破坏了团粒结构,致使土壤有机质含量不断下降。唐晓红[3 ]等人对南方水稻土的研究发现,免耕会增加土壤有机碳的含量,且免耕土壤有机碳随着土层的加深出现递减的趋势,另外保护性耕作也在不同程度增加了耕层 土 壤有 机 碳含 量 和水 稳 性团 聚 体 数量。近年来,全世界普遍关注以少投节能固碳为核心的保护性耕作技术体系的建立与完善,并将此作为一项直接降低二氧化碳排放量的有效措施进行推广。
2. 3 气候条件
气候变化作为影响土壤有机碳固定的环境因子,其中的温度和水分是影响有机质分解速率的关键因素。温度的升高会增加微生物的活性,有利于有机质的加快分解。但是,温度对土壤有机碳固定的影响存在一定争议,周涛[4]等在对年平均温度介于 10～20℃的区域土壤进行研究时发现,升温会引起有机质的加速分解,导致土壤有机碳储量的增加。Gi ardina[5]等在对森林土壤进行研究时发现,温度上升并不会导致有机质的加速分解。因此,由于土壤性质不同,温度变化对不同区域土壤有机碳的影响可能不同。水分间接影响着有机质的降解,通过对土壤中氧化还原电位及微生物活性的影响,加快或减缓有机质的降解。一般情况下,好氧时只需要一种微生物既可直接把有机物转化为二氧化碳,而厌氧时则需要一系列微生物共同完成。
3 土壤碳固定与温室效应
随着工业产业的发展, 大大增加了温室气体的排放,引起全球气候变化,从而在植物生长及回归土壤的植物碎屑量、植物碎屑的分解速率等方面对土壤有机质存量产生了影响。在严格控制工业温室气体产生的同时, 也可以 通过其 它方 式减少 、转化、固定温室气体。为进一步提高农业生产力,增加土壤碳库、改善土壤质量,减少农田土壤二氧化碳释放或增加农田土壤吸收的二氧化碳量,各国政府应积极研究采用合理的农业管理措施。但是,土壤固碳并不能彻底解决全球变暖问题,只有大幅度降低化石燃料燃烧二氧化碳的排放,才能最终有效缓解温室效应。
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4 小结
土壤有机碳储量及固定、转化、释放等与全球气候变化、生态系统物质能量循环, 以及人类生产生活息息相关。随着温室效应形势的日益严峻,各国政府在对工业温室气体加以控制的同时,进一步鼓励采用合理的农业管理措施,增加土壤碳库,减少土壤二氧化碳释放量或增加吸收二氧化碳量。各国学者对影响土壤固碳的因素、有机碳的固定、转化、释放进行了大量研究,但对不同区域有机碳的周转及固定机制、不同农业管理措施下固碳潜力的差异等问题需深入研究。——论文作者：关键词:土壤碳 温室效应 碳循环
参考文献
[1] LAL R, BRUCE J P.The potential of world cropland soils to sequester C and mitigate the greenhouse effect[J]. Environmental Science & Policy,1999, 2:177-185.
[2] 孙文娟,黄耀,张稳,于永强.农田土壤固碳潜力研究的关键科学问题.地球科学进展[J],2008:996-1004.
[3] 唐晓红,邵景安,高明,等.保护性耕作对紫色水稻土团聚体组成和有机碳储量的影响[J] .应用生态学报, 2007 , 1 8 (5):1027-1032.
[4] 周涛,史培军,王绍强.气候变化及人类活动对中国土壤有机碳储量的影响[J]. 地理学报,2003,58(5 ):727-734.
[5] Giardina C P,Ryan M G. Evidence that decomposition rates of organic carbon in mineral soil do not vary with temperature [J].Nature,2000, 404 (20):858-861.
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