土壤活性有机碳.pdf

1、土 壤 活 性 有 机 碳 的 表 征 及 其 生 态 效 应 3沈 宏 曹 志 洪 胡 正 义(中 国 科 学 院 南 京 土 壤 研 究 所 土 壤 圈 物 质 循 环 开 放 实 验 室 ,210008)Characteristics and Ecological Effects of the Active Organic Carbon in Soil . Shen Hong , Cao Zhi2hong , Hu Zhengyi ( L aboratory of M aterial Cycling in Pedosphere , Institute of Soil Science ,

2、Chi2nese Academy of Sciences , N anjing 210008) . Chinese Journal of Ecology ,1999 ,18 (3) :32 - 38.The active organic carbon in soil involved dissolved organic carbon ,available carbon , mineralizablecarbon , oxidizable carbon ,and microbial biomass carbon . The determining methods of the active or

3、2ganic carbon in soil and its relation to environmental factors were reviewed. Some recent research re2sults on the active organic carbon in soil and its ecological effects were discussed. Based on this , someprospects on the active organic carbon in soil and its ecological effects were put forward.

4、Key words : active organic carbon in soil , ecological effect , prospects.3 中 日 合 作 资 助 项 目 .作 者 简 介 :沈 宏 ,27 岁 ,博 士 ,先 后 于 河 南 农 业 大 学 、中 国 科 学 院 南 京 土 壤 所 开 放 室 学 习 。 主 要 从 事 于 农 业 生态 与 环 境 方 面 的 研 究 工 作 ,发 表 论 文 4 篇 。曹 志 洪 ,55 岁 ,研 究 员 ,土 壤 所 所 长 ,土 壤 学 会 理 事长 ,有 突 出 贡 献 专 家 。土 壤 活 性 有 机 碳 指 在 一

5、定 的 时 空 条 件下 ,受 植 物 、 微 生 物 影 响 强 烈 、 具 有 一 定 溶解 性 、 在 土 壤 中 移 动 比 较 快 、 不 稳 定 、 易 氧化 、 分 解 、 易 矿 化 ,其 形 态 ,空 间 位 置 对 植物 、 微 生 物 来 说 活 性 比 较 高 的 那 一 部 分 土壤 碳 素 。 国 外 描 述 这 一 部 分 碳 素 的 术 语 为有 效 碳 、 水 溶 性 碳 、 易 氧 化 碳 、 可 矿 化 碳 、 生物 可 降 解 碳 、 活 性 碳 、 微 生 物 量 碳 。 在 中 文里 找 一 个 既 包 括 上 述 范 围 ,又 能 反 映 上 述含

6、 义 的 词 较 困 难 。 作 者 在 此 将 其 称 为 土 壤活 性 有 机 碳 ,其 定 义 是 否 准 确 供 同 行 专 家褒 贬 。 国 内 有 人 把 1mol L - 1 K2Cr2O4 +浓 H2SO4 的 混 合 液 在 室 温 下 与 土 壤 样 品反 应 ,这 样 所 测 得 的 碳 素 称 为 活 性 碳 ,与 本文 所 定 义 的 活 性 有 机 碳 有 本 质 区 别 1 5 。1 土 壤 活 性 有 机 碳 的 表 征1. 1 土 壤 中 可 溶 性 碳 (DOC)的 表 征DOC的 测 定 采 用 碳 氮 自 动 分 析 仪 ,其 原理 是 取 水 溶 性

7、DOC (由 土 壤 溶 液 或 水 体 取得 ) ,先 低 温 蒸 干 水 份 ,然 后 高 温 氧 化 燃 烧 ,测定 产 生 的 CO2 量 ,即 求 得 DOC的 量 。水 域 生 态 系 统 中 ,DOC6 作 为 最 基 本的 生 物 降 解 资 源 已 受 到 人 们 广 泛 的 注 意 。它 是 矿 质 土 壤 的 活 性 有 机 碳 ,作 为 环 境 污染 物 移 动 的 载 体 因 子 ,对 土 壤 C、 N、 P、 S 等养 分 和 重 金 属 元 素 的 迁 移 、 转 化 起 着 重 要作 用 。 DOC 在 土 壤 溶 液 中 的 浓 度 及 存 在时 间 取 决

8、于 土 壤 对 DOC 的 吸 附 情 况 ,不 同土 壤 的 氧 化 物 和 粘 土 矿 物 对 DOC 的 吸 附影 响 不 同 。 一 些 学 者 指 出 ,土 壤 DOC 可 以作 为 微 生 物 生 长 和 生 物 分 解 速 效 养 分 资 源的 一 个 指 标 ,在 很 多 土 壤 上 ,DOC 和 可 矿化 释 放 的 CO2 - C 或 反 硝 化 能 力 有 很 好 的相 关 性 7 。 Zak8 发 现 微 生 物 量 碳 与 DOC高 度 相 关 。 在 PHOEN IX 模 式 中 9 ,DOC作 为 速 效 有 机 碳 的 测 量 物 ,可 以 预 言 草 原土 壤

9、 C、 N 分 布 状 况 。 饮 水 中 ,生 物 可 降 解的 DOC 提 供 了 DOC 的 一 种 新 的 估 计 方法 ,它 能 较 好 地 反 映 水 体 中 生 物 的 活 性 ,测定 生 物 可 降 解 的 DOC 含 量 比 化 学 分 析 更好 ,因 为 它 不 仅 给 出 了 DOC 的 质 量 而 且 给出 了 它 们 与 微 生 物 的 相 关 性 。生 态 学 杂 志 1999 ,18 (3) 32 - 38Chinese Journal of Ecology DOC由 一 些 从 简 单 到 复 杂 的 胡 敏 酸和 富 里 酸 分 子 组 成 ,它 们 对 调

10、节 阳 离 子 淋洗 、 金 属 溶 解 、 矿 物 风 化 及 酸 性 阴 离 子 的 吸附 - 解 吸 具 有 重 要 作 用 。 土 壤 溶 液 中DOC 主 要 在 酸 性 部 分 ,35 % 47 %的 DOC在 胡 敏 酸 中 10 。 DOC 的 淋 失 是 土 壤 有 机碳 损 失 的 重 要 途 径 ,它 作 为 一 项 环 境 指 标 ,对 于 研 究 碳 素 循 环 与 环 境 具 有 重 要 意 义 。1. 2 土 壤 有 效 碳 的 表 征土 壤 有 效 碳 的 测 定 根 据 米 氏 公 式 求得 3 。v = V m ax ( S A + A C) ( k m 2

11、 + S A + A C) - 1v = ( V m S A ) ( Km 1 + S A ) - 1 + BS A 添 加 的 葡 萄 糖 浓 度 ; B 基 础 呼吸 率 ; Km 1 , Km 2 常 数 。Bradley 等 认 为 ,土 壤 有 效 碳 (AvailableCarbon 即 AC) 的 概 念 用 修 改 后 的 动 力 学参 数 表 示 ,能 很 好 地 反 映 土 壤 碳 素 的 有 效形 态 , A C 与 土 壤 微 生 物 量 、 米 切 利 希 参 数极 显 著 相 关 ,与 土 壤 碳 的 初 始 矿 化 势 R0负 相 关 , A C/ 微 生 物 量

12、 (又 称 为 专 性 碳 库 )与 R0 极 显 著 相 关 , A C 可 作 为 土 壤 有 效 碳的 标 准 测 量 方 法 3 。 Sikora11 指 出 ,微 生物 量 碳 / 有 机 碳 , qCO2 (代 谢 呼 吸 率 ) 是 推测 土 壤 碳 素 有 效 性 的 指 标 , A C 参 数 是 土壤 活 性 有 机 碳 库 大 小 的 实 际 估 计 。 由Michaelis - Menten3模 式 可 定 量 土 壤 有 效 碳 ,需 要 做 培 养 实 验 ,虽 然 繁 琐 ,但 结 果 准 确 。1. 3 土 壤 可 矿 化 碳 的 表 征可 矿 化 碳 又 称

13、生 物 可 降 解 碳 ,主 要 利用 微 生 物 分 解 有 机 物 质 ,测 定 CO2 释 放 量或 专 性 呼 吸 率 qCO2 (每 单 位 微 生 物 量 产 生的 CO2 量 ) 即 可 求 得 可 矿 化 碳 量 12 ,13 ,具体 测 定 方 法 为 取 定 量 土 壤 ,放 入 密 封 可 抽气 容 器 中 ,保 持 一 定 湿 度 ,并 放 入 可 吸 收CO2 装 有 氢 氧 化 钠 的 小 烧 杯 ,培 养 一 段 时间 后 ,用 盐 酸 滴 定 氢 氧 化 钠 ,求 得 可 矿 化 碳量 。专 性 呼 吸 率 (qCO2) 又 叫 代 谢 呼 吸 率 ,可 以 用

14、 来 反 映 土 壤 可 矿 化 碳 ,被 称 之 为 生理 生 态 指 数 ,它 是 联 系 环 境 胁 迫 、 土 壤 肥 力高 低 、 耕 种 时 间 长 短 及 其 连 续 性 的 纽 带 ,低的 qCO2 反 映 了 稳 态 土 著 性 微 生 物 区 系 活性 ,高 的 qCO2 反 映 了 发 酵 性 微 生 物 区 系的 活 性 13 。 Powlson13 报 道 ,经 过 10 天培 养 矿 化 的 CO2 与 用 0. 5 K2SO4 浸 提 的 可溶 性 有 机 碳 直 线 相 关 。 Dobbins14 认 为 ,土 壤 呼 吸 用 CO2 的 释 放 量 表 示 ,

15、可 以 广 泛地 评 估 土 壤 微 生 物 活 性 ,呼 吸 率 的 测 量 是给 定 土 壤 能 量 有 效 性 的 间 接 指 数 。 土 壤 可矿 化 碳 的 测 定 要 求 密 闭 条 件 好 ,稍 不 严 格就 会 带 来 很 大 偏 差 ,甚 至 失 败 。1. 4 土 壤 易 氧 化 碳 表 征土 壤 易 氧 化 碳 用 下 列 方 法 测 定 1 ,其具 体 步 骤 是 自 然 晾 干 土 壤 样 品 ; 25 条 件 下 ,取 三 份 含 有 15 30mg 碳 的 土 壤样 品 ,装 入 100ml 塑 料 瓶 内 ,加 333mmolL - 1的 高 锰 酸 钾 溶 液

16、 25ml ,密 封 瓶 口 ,以25r min - 1 振 荡 1h。 空 白 和 土 壤 样 品 一样 ; 振 荡 后 的 样 品 以 4000r min - 1离 心5min ,然 后 取 上 清 液 用 去 离 子 水 按 1 : 250稀 释 ; 上 述 稀 释 液 在 565nm 的 分 光 光 度计 上 比 色 ,其 标 准 液 的 浓 度 范 围 一 定 要 包括 1mg 碳 ,根 据 高 锰 酸 钾 的 消 耗 量 ,可 求出 易 氧 化 土 壤 样 品 的 含 碳 量 。Blair 等 人 认 为 1 对 农 业 可 持 续 发 展系 统 来 说 ,土 壤 碳 库 容 量

17、是 很 重 要 的 因 子 ,其 变 化 主 要 发 生 在 易 氧 化 碳 库 里 。 Bieder2beck15 等 人 通 过 动 力 学 研 究 指 出 ,土 壤 有机 质 的 短 暂 波 动 主 要 发 生 在 易 氧 化 、 分 解部 分 ,并 选 择 易 氧 化 碳 、 可 矿 化 的 碳 及 微 生物 量 碳 作 为 土 壤 活 性 有 机 碳 的 指 示 因 子 。这 些 活 性 指 标 对 土 壤 有 机 质 的 敏 感 性 比 其它 农 业 变 量 更 高 ,易 氧 化 碳 、 微 生 物 量 碳 的33沈 宏 等 :土 壤 活 性 有 机 碳 的 表 征 及 其 生 态

18、 效 应变 化 可 以 指 示 土 壤 有 机 质 的 早 期 变 化 。土 壤 易 氧 化 碳 的 测 定 比 较 迅 速 ,适 于大 批 样 品 的 分 析 ,但 要 求 实 验 器 皿 洁 净 度高 ,操 作 技 术 熟 练 ,其 测 定 结 果 与 土 壤 可 矿化 碳 有 较 好 的 相 关 性 。1. 5 土 壤 微 生 物 量 碳 表 征微 生 物 量 碳 用 氯 仿 薰 蒸 - 提 取 法 测定 16 ,其 步 骤 为 取 新 鲜 采 集 的 土 壤 样 品35g (干 土 计 25g 左 右 )若 干 份 ,氯 仿 蒸 汽 熏蒸 24h ,用 真 空 泵 抽 尽 氯 仿 ,土

19、 壤 样 品 用015mol L - 1 K2 SO4 溶 液 浸 提 0. 5h。 同 时浸 提 未 熏 蒸 的 土 壤 样 品 。 K2 SO4 浸 提 液中 的 有 机 碳 用 氧 化 - 滴 定 法 测 定 ,即 浸 提液 用 已 知 量 的 K2Cr2O7 - H2 SO4 氧 化 ,余下 的 K2Cr2O7 用 硫 酸 亚 铁 回 滴 。 根 据 硫 酸亚 铁 消 耗 量 ,可 以 计 算 出 有 机 碳 的 含 量 。 土 壤 微 生 物 量 碳 利 用 熏 蒸 样 品 与 对 照 样品 的 差 值 即 可 求 出 。近 年 来 氧 化 - 滴 定 法 已 逐 渐 被 可 溶 性

20、有 机 碳 (DOC) 自 动 分 析 仪 法 所 代 替 ,这 使薰 蒸 - 提 取 日 益 完 善 。 氯 仿 薰 蒸 - 提 取 是目 前 较 成 熟 的 方 法 ,适 于 大 批 样 品 的 测 定 ,一 次 提 取 ,可 同 时 测 定 微 生 物 量 碳 、 氮 。 就微 生 物 本 身 来 说 17 ,微 生 物 量 碳 比 微 生 物量 氮 、 磷 、 硫 等 受 环 境 影 响 更 灵 敏 。Wolters18 认 为 :土 壤 微 生 物 量 碳 / 土 壤 有机 碳 可 以 作 为 碳 素 有 效 性 的 指 标 。 Diaz -ravina19 指 出 ,在 培 养 的

21、 前 10 天 ,微 生 物量 碳 与 释 放 的 N、 S、 Mg、 K、 P 呈 显 著 的 正相 关 。 Mc Gill9 等 认 为 ,土 壤 N 的 矿 化 率强 烈 依 赖 于 土 壤 微 生 物 量 和 土 壤 有 机 碳 的转 化 ,微 生 物 所 进 行 的 生 化 转 化 对 于 矿 质养 分 库 的 形 成 具 有 重 要 作 用 。 微 生 物 量(包 括 细 菌 、 真 菌 等 参 与 土 壤 物 质 循 环 的 生物 )碳 占 土 壤 全 碳 的 0. 5 % 4. 6 % ,是 土壤 活 性 的 植 物 营 养 库 ,土 壤 微 生 物 量 碳 与土 壤 有 机

22、碳 极 相 关 12 。 培 养 过 程 中 ,活 性有 机 碳 的 数 量 可 影 响 活 性 微 生 物 的 比 例 ,随 着 培 养 时 间 的 延 长 ,微 生 物 量 (基 质 诱 导呼 吸 法 测 定 法 ) 、 有 效 碳 的 含 量 下 降 20 。2 土 壤 活 性 有 机 碳 的 生 态 效 应土 壤 活 性 有 机 碳 对 调 节 土 壤 养 分 流 有很 大 影 响 ,对 土 壤 管 理 措 施 响 应 明 显 ,与 土壤 内 在 的 生 产 力 高 度 相 关 。 土 壤 活 性 有 机碳 的 生 态 效 应 主 要 讨 论 了 农 业 生 产 措 施 、季 节 、

23、温 湿 度 变 化 等 对 土 壤 活 性 有 机 碳 的影 响 以 及 土 壤 活 性 有 机 碳 与 水 体 富 营 养化 、 温 室 气 体 排 放 的 关 系 。2. 1 施 用 肥 料 对 土 壤 活 性 有 机 碳 的 影 响施 肥 对 于 土 壤 C、 N 的 可 矿 化 量 ,微 生物 C、 N、 P 含 量 及 微 生 物 活 性 具 有 重 要 影响 21 ,22 。 定 位 试 验 表 明 23 ,长 期 施 用 有机 肥 能 显 著 提 高 土 壤 活 性 有 机 碳 的 含 量 ;有 机 肥 配 施 无 机 肥 ,提 高 作 物 产 量 ,土 壤 活性 有 机 碳 含

24、 量 上 升 快 ;长 期 施 用 化 学 肥 料 ,提 高 难 氧 化 有 机 质 含 量 ,增 加 土 壤 有 机 碳的 氧 化 稳 定 性 。 马 成 泽 等 表 明 24 ,连 续 4年 不 施 肥 ,土 壤 有 机 碳 亏 缺 ,主 要 是 松 结 合态 有 机 无 机 复 合 体 及 缩 合 程 度 较 低 的 腐 殖质 。 Gregorich 报 道 25 ,施 肥 土 壤 比 不 施肥 土 壤 含 有 更 多 的 轻 组 碳 ;施 肥 土 壤 中 ,70 %活 性 有 机 碳 来 源 于 轻 组 ;而 不 施 肥 仅有 40 %活 性 有 机 碳 来 源 于 轻 组 。 施 肥

25、 水平 和 植 物 物 料 供 给 状 况 显 著 影 响 土 壤 活性 、 粗 腐 殖 质 碳 的 含 量 ,它 们 分 别 可 占 具 土壤 20 %、 61 %的 土 壤 有 机 碳 17 ,25 。2. 2 种 植 制 度 和 轮 作 方 式 对 土 壤 活 性 有机 碳 的 影 响定 位 试 验 表 明 25 ,经 过 几 十 年 的 耕 种之 后 ,土 壤 有 机 碳 动 力 学 主 要 与 管 理 措 施如 轮 作 制 度 、 耕 种 强 度 、 养 分 施 用 量 等 因 素有 关 。 Franzluebbers27 ,28 等 人 认 为 常 规 耕作 与 免 耕 相 比 ,

26、更 多 的 残 体 碳 如 SMBC(土壤 微 生 物 量 碳 ) 、 SOC(土 壤 有 机 碳 ) 残 留 下来 ;在 轮 作 中 ,适 时 休 闲 ,可 以 提 高 土 壤 活43 生 态 学 杂 志 第 18 卷 第 3 期性 有 机 碳 含 量 。 轮 作 与 单 一 耕 作 相 比 ,可矿 化 碳 和 SMBC 平 均 高 出 18 %。 短 期 休闲 ,可 矿 化 碳 和 SMBC 平 均 增 加 5 %。 比较 开 始 种 植 与 后 期 收 获 ,土 壤 可 矿 化 碳 和SMBC 各 增 加 了 9 %。 高 云 超 等 人 29 指 出我 国 土 壤 微 生 物 量 的

27、平 均 周 转 时 间 为 犁 地土 壤 (0 15cm) 1. 17 年 , 免 耕 土 壤 0. 66年 , 直 接 翻 耕 土 壤 (0 0. 75cm) 0. 74 年 。Doran30 认 为 ,通 过 作 物 管 理 措 施 来改 良 土 壤 环 境 可 以 明 显 影 响 土 壤 微 生 物 活性 及 养 分 矿 化 、 固 定 。 耕 种 引 起 土 壤 扰 动 ,使 作 物 残 体 与 土 壤 充 分 接 触 ,比 表 层 覆 盖更 能 加 速 作 物 残 体 分 解 。 未 扰 动 土 壤 与 耕作 土 壤 相 比 , 更 能 增 加 有 机 碳 的 含 量 。Ghidey

28、31 认 为 ,栽 培 作 物 顺 序 可 以 影 响 作物 根 系 和 作 物 残 体 的 数 量 、 质 量 ,它 们 依 次影 响 矿 化 - 固 定 以 及 对 SOC 的 贡 献 ,从 而影 响 土 壤 活 性 有 机 碳 。 Claire32 认 为 ,在一 定 的 种 植 制 度 下 ,土 壤 活 性 有 机 碳 含 量随 种 植 年 龄 的 增 加 ,呈 上 升 趋 势 。2. 3 季 节 、 温 湿 度 变 化 对 土 壤 活 性 有 机 碳的 影 响Mazzarin33 认 为 ,微 生 物 量 的 季 节 变化 在 于 作 物 物 候 学 ,管 理 制 度 以 及 土 壤

29、 湿度 。 湿 润 季 节 比 干 旱 季 节 的 微 生 物 C : N小 ,土 壤 湿 度 显 著 影 响 土 壤 微 生 物 量 的 大小 34 。 季 节 的 变 化 影 响 作 物 生 长 ,作 物 的年 龄 和 发 育 程 度 又 影 响 根 系 分 泌 物 ,进 而影 响 活 性 有 机 碳 的 周 转 变 化 。温 度 升 高 ,生 物 活 性 增 加 ,土 壤 DOC水 平 增 加 35 。 土 壤 表 层 DOC 的 移 动 状 况受 温 度 影 响 较 大 ,温 度 的 空 间 分 异 和 DOC组 分 的 不 同 直 接 影 响 DOC 的 运 动 36 。Hal O.

30、 Liechty37 研 究 表 明 ,雨 水 的 p H 和气 温 对 水 体 的 DOC 浓 度 和 动 态 变 化 具 有很 大 影 响 ,DOC 随 土 壤 温 度 季 节 性 的 上 升和 生 物 活 性 上 升 而 增 加 ,随 土 壤 p H 的 下降 而 增 加 38 。 人 工 降 雨 对 DOC 浓 度 影 响是 先 下 降 ,而 后 逐 渐 处 于 平 稳 阶 段 39 。2. 4 土 壤 性 质 (粒 径 、 剖 面 深 度 、 质 地 、 地带 性 等 )与 活 性 有 机 碳 的 关 系Jerome40 指 出 ,农 业 土 壤 连 续 耕 种 13年 ,22 %的

31、 土 壤 有 机 碳 被 转 化 ,活 性 有 机 碳主 要 分 布 在 粒 径 大 于 50 m 和 小 于 2 m土 壤 颗 粒 中 ,分 布 在 粉 砂 粒 的 有 机 碳 转 化很 慢 。 在 0 50mm 的 剖 面 深 度 ,土 壤 活 性有 机 碳 含 量 最 高 。 Ghiorse41 等 认 为 在 一定 土 壤 深 度 ,微 生 物 活 性 受 活 性 有 机 碳 限制 ,活 性 有 机 碳 数 量 随 深 度 增 加 而 下 降 ;深度 越 大 ,土 壤 有 机 碳 住 留 时 间 越 长 ,有 效 性越 低 。 J . Hassink20 在 研 究 土 壤 微 生 物

32、 量与 微 生 物 活 性 时 指 出 ,土 壤 质 地 和 有 效 碳含 量 影 响 土 壤 活 性 微 生 物 量 的 比 例 及 微 生物 活 性 ;如 果 用 微 生 物 量 (基 质 诱 导 呼 吸 法测 定 )与 微 生 物 量 (氯 仿 熏 蒸 培 养 法 测 定 )之 比 表 示 活 性 微 生 物 量 的 比 例 ,可 矿 化 碳与 微 生 物 量 (氯 仿 熏 蒸 法 测 定 )之 比 表 示 微生 物 量 的 活 度 ,那 么 它 们 在 砂 质 土 壤 上 的值 均 高 于 粘 质 土 壤 ;可 矿 化 碳 与 微 生 物 量(基 质 诱 导 呼 吸 法 测 定 )之

33、比 不 受 土 壤 质 地影 响 ;微 生 物 量 (基 质 诱 导 呼 吸 法 测 定 ) / 微生 物 量 (氯 仿 熏 蒸 培 养 法 测 定 )与 可 矿 化 碳/ 微 生 物 量 (氯 仿 熏 蒸 法 测 定 ) 之 比 在 表 层0 10cm 的 土 层 大 于 10 25cm 土 层 ;可矿 化 碳 与 微 生 物 量 (基 质 诱 导 呼 吸 法 测 定 )之 比 不 受 土 壤 深 度 的 影 响 26 Yuch - Ping Hsieh42 ,43 结 合 14C 和 13C技 术 研 究 热 带 和 温 带 土 壤 活 性 有 机 碳 库 大小 及 平 均 残 留 时 间

34、 时 指 出 ,热 带 土 壤 活 性有 机 碳 含 量 为 1. 5 59. 8g kg - 1 ,其 土 壤活 性 有 机 碳 的 MRT 显 著 短 于 温 带 土 壤 。Bruce44 研 究 表 明 ,总 有 机 碳 含 量 相差 很 大 的 土 壤 ,其 DOC 的 浓 度 变 化 不 一 定大 ,在 整 个 培 养 期 间 ,5 种 土 壤 的 DOC 绝对 和 相 对 浓 度 保 持 稳 定 或 当 矿 化 率 下 降 时而 略 有 增 加 。 土 壤 类 型 不 同 ,对 DOC 的 吸53沈 宏 等 :土 壤 活 性 有 机 碳 的 表 征 及 其 生 态 效 应附 不 同

35、 。 McDowel45 指 出 ,如 果 接 触 到 矿质 土 壤 的 表 层 ,DOC 被 土 壤 铝 、 铁 氧 化 物吸 附 而 浓 度 下 降 ,铝 、 铁 氧 化 物 对 DOC 的吸 附 主 要 通 过 氧 化 物 上 的 - OH、 - OH2 与DOC 的 羟 基 和 羧 基 配 位 交 换 来 实 现 。DOC的 浓 度 增 加 对 磷 酸 根 的 竞 争 吸 附 影响 不 大 ,对 硫 酸 根 的 吸 附 有 很 大 影 响 ,DOC可 以 减 少 硫 酸 根 离 子 在 铝 、 铁 氧 化 物 表 面的 吸 附 ,DOC 在 酸 性 森 林 土 壤 的 移 动 决 定了

36、 硫 酸 根 的 运 动 状 况 46 。2. 5 土 壤 活 性 有 机 碳 与 水 体 富 营 养 化氮 、 磷 与 水 体 富 营 养 化 关 系 已 有 很 多报 道 ,但 有 关 土 壤 活 性 有 机 碳 与 水 体 富 养化 的 关 系 研 究 不 多 。 实 际 上 ,土 壤 活 性 有机 碳 (DOC)与 水 体 富 营 养 化 有 密 切 关 系 。首 先 ,DOC 是 土 壤 中 N、 P 及 某 些 重金 属 元 素 向 水 体 中 迁 移 的 重 要 载 体 ,土 壤中 许 多 营 养 元 素 的 移 动 主 要 通 过 这 种 途径 。 DOC 在 森 林 土 壤

37、溶 液 中 的 运 输 是 土壤 C、 S、 N、 P 等 元 素 从 地 表 生 物 体 到 矿 质土 壤 ,从 陆 地 生 态 系 统 到 水 体 生 态 系 统 的重 要 转 运 机 制 。 Qualls 等 47 ,48 估 计 ,DOC、 DON、 DOP、 DOS 从 森 林 土 壤 的 流 出分 别 是 总 损 失 量 的 18 %、 28 %、 24 %和36 %。其 次 ,水 体 中 藻 类 繁 殖 的 许 多 养 分 得益 于 水 体 微 生 物 转 化 ,而 DOC 是 微 生 物 生长 所 需 要 的 重 要 能 源 物 质 。另 外 ,DOC 与 水 体 的 悬 浮

38、的 矿 质 离 子结 合 ,影 响 水 体 中 离 子 的 絮 凝 过 程 。 水 体颜 色 的 变 化 以 及 饮 水 质 量 下 降 与 DOC 有直 接 关 系 。Sharply36 研 究 指 出 ,DOC 可 引 起 水体 颜 色 变 化 而 且 使 絮 凝 过 程 很 难 进 行 ,产生 许 多 污 染 副 产 品 和 细 菌 的 繁 殖 。 氮 、 磷 、DOC能 以 多 种 形 式 与 水 中 的 矿 物 质 粒 子作 用 ,使 水 滴 浑 浊 ,导 致 水 体 不 能 饮 用 。但 由 于 人 们 对 土 壤 DOC 的 形 成 模 型 ,化 学 结 构 ,表 面 行 为 (

39、阳 离 子 、 阴 离 子 、 配 位点 以 及 疏 水 表 面 ) , 重 金 属 复 合 物 和 N、 P的 运 输 ,分 解 物 的 基 质 质 量 等 方 面 了 解 甚少 ,还 不 能 合 理 评 价 不 同 管 理 措 施 和 环 境因 子 对 森 林 生 态 系 统 或 农 田 生 态 系 统DOC的 影 响 。 目 前 ,这 方 面 的 数 据 非 常 缺乏 ,无 论 是 弄 清 DOC 对 水 体 质 量 的 影 响 ,还 是 对 养 分 迁 移 的 影 响 都 具 有 重 要 意 义 。2. 6 土 壤 活 性 有 机 碳 与 温 室 气 体 排 放土 壤 活 性 有 机

40、碳 是 微 生 物 生 长 的 速 效基 质 ,其 含 量 高 低 直 接 影 响 土 壤 微 生 物 的活 性 ,从 而 影 响 温 室 气 体 的 排 放 。 例 如 ,土壤 甲 烷 细 菌 、 甲 烷 氧 化 菌 、 氨 氧 化 细 菌 、 硝化 反 硝 化 细 菌 的 活 性 直 接 影 响 CO2 、 CH4 、N2O 的 产 生 、 排 放 。Wang等 人 认 为 ,产 甲 烷 菌 需 要 额 外的 速 效 碳 源 来 激 活 49 。 土 壤 DOC 的 含 量与 CH4 产 生 量 显 著 相 关 ,增 加 淹 水 土 壤 活性 有 机 碳 含 量 可 以 增 加 CH4 生

41、 成 量 50 。Yagi 等 人 51 研 究 指 出 ,CH4 排 放 量 和 易 矿化 碳 呈 明 显 的 线 性 关 系 。 Schutz 等 人 报道 52 ,在 秸 秆 施 用 量 的 一 定 范 围 内 , CH4排 放 量 随 稻 秆 用 量 的 增 加 而 增 加 。 Lin2dau53 等 人 实 验 表 明 ,种 植 水 稻 时 施 用 尿素 ,CH4 、 N2O 排 放 量 增 加 ,可 以 解 释 为 尿素 的 施 用 促 进 了 水 稻 植 株 的 生 长 ,使 植 株渗 出 更 多 的 根 分 泌 物 ,活 性 有 机 碳 增 多 ,CH4 细 菌 和 N2O 产

42、 生 的 相 关 细 菌 的 活 性提 高 ,同 时 又 提 供 了 更 多 的 产 甲 烷 基 质 。故 CH4 、 N2O 排 放 量 增 加 。3 结 语近 几 年 来 ,国 外 对 土 壤 活 性 有 机 碳 及其 生 态 效 应 进 行 了 广 泛 深 入 的 研 究 ,尤 其是 林 地 土 壤 上 的 研 究 更 加 深 入 细 致 ,但 对农 业 土 壤 研 究 相 对 较 少 。 而 国 内 这 方 面 研究 至 今 还 很 少 ,应 给 予 重 视 和 支 持 。 预 计63 生 态 学 杂 志 第 18 卷 第 3 期以 下 几 方 面 可 能 是 将 来 的 研 究 重

43、点 。 进一 步 完 善 土 壤 活 性 有 机 碳 的 测 定 方 法 ; 加 强 土 壤 活 性 有 机 碳 形 态 的 表 征 ,应 用 先进 仪 器 (如 红 外 、 核 磁 共 振 等 ) 研 究 其 形 态和 结 构 ; 重 视 土 壤 活 性 有 机 碳 的 内 循 环(如 活 性 有 机 碳 的 根 际 效 应 ) 的 研 究 ; 加强 土 壤 活 性 有 机 碳 与 土 壤 养 分 循 环 与 可 持续 发 展 适 用 性 研 究 ; 加 强 土 壤 活 性 有 机碳 与 水 体 富 营 养 化 、 温 室 气 体 排 放 等 关 系的 研 究 。参 考 文 献1 Blair

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