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土壤肥力 & 气候调节:有机碳的形态、活性与储量核心知识

发布于2020-04-15    浏览次数:27

一、土壤有机碳的形态分类

土壤有机碳有固体形态、生物形态和溶解态。

1.土壤有机碳有固体形态

指通过物理分组(如湿筛法)分离出的、粒径大于 53μm 的有机碳组分,主要源于未完全分解的植物残体(枯枝落叶、根系碎屑)、动物排泄物及微生物残体。这类有机碳结构相对完整,碳氮比(C/N)较高(通常 > 15),是土壤有机碳的 “活性储备库”,在适宜条件下可快速分解,释放养分供植物利用。其含量与植被覆盖度、耕作方式密切相关,自然植被下的土壤 POC 含量显著高于长期耕作土壤。

2、土壤有机碳的生物形态

粒径小于 53μm 的有机碳组分,通过氢键、范德华力等与土壤矿物(如黏土矿物、氧化铁铝)紧密结合,形成稳定的有机 - 矿物复合体。这类有机碳结构致密,分解难度大,C/N 较低(通常<10),是土壤有机碳的 “稳定库”,周转周期可达数百年至数千年。其含量主要取决于土壤黏粒含量和矿物类型,黏粒含量越高、黏土矿物活性越强,MOC 的固持能力越突出。

3、土壤有机碳的溶解态

能溶解于土壤溶液中的有机碳组分,分子量较小(通常 < 1000Da),包括糖类、氨基酸、有机酸等易分解物质。DOC 是土壤有机碳中最活跃的形态,含量虽低(通常占 SOC 总量的 0.1%-1%),但周转速度极快(几天至几周),是植物和微生物直接利用的碳源,也是有机碳在土壤剖面中迁移的主要形式,其浓度受降水、灌溉、土壤 pH 值和微生物活性调控。

二、土壤有机碳的活性差异

土壤有机碳的活性是指土壤有机碳的有效性高低,它表明土壤有机碳被土壤微生物分解、矿化与利用的难易程度,以及可为植物直接利用的营养元素含量的多少等。通常所指的土壤活性有机碳是指在一定的时空条件下,受植物、微生物影响强烈,具有一定的溶解性,且在土壤中迁移较快、不稳定,易氧化、易分解和易矿化,形态和空间位置对植物和微生物有较高活性的那部分有机碳,主要包括微生物碳、轻组有机碳和溶解态有机碳。

三、土壤有机碳的储量(地球的 “碳仓库”)

1、规模很大:全球土壤里的有机碳,是大气中碳的 2 倍、植物中碳的 3 倍,是陆地最大的 “碳仓库”。
2、分布特点:寒带、温带的森林、草原土壤(比如黑土)里最多;热带土壤表面碳多,但深层少;大部分碳集中在地表 1 米内,越往下越少。
3、影响因素
天冷、降水适中的地方,碳不容易烂,储量高;天热又潮湿的地方,碳分解快,储量低。
植物长得茂盛、覆盖多的地方(比如森林),碳更多;农田因为经常耕种,碳会少一些。
土壤里黏土多、酸碱度适中,碳更容易存住。人类不乱砍树、合理种地(比如秸秆还田、不翻地),能让土壤存更多碳;反之则会让碳减少。
4、重要作用:一是让土壤肥沃,帮植物长得好;二是能固定二氧化碳,缓解全球变暖,对环境特别重要。