農(nóng)田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化規(guī)律與平衡研究進(jìn)展

2024年4月1日發(fā)(作者：圣誕習(xí)俗)

農(nóng)田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化規(guī)律與平衡研究進(jìn)展

摘要：近年來, 國際學(xué)術(shù)界越來越重視農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳庫的變化對大氣CO2 的源匯效

應(yīng), 研究農(nóng)田土壤碳轉(zhuǎn)化和平衡對正確評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤碳循環(huán)有重要意義。本文綜述了國內(nèi)

外有關(guān)農(nóng)田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化規(guī)律和碳平衡研究采用的主要方法及手段, 以及在該領(lǐng)域的研

究現(xiàn)狀, 并從實(shí)際出發(fā)探討了我國農(nóng)田土壤碳庫研究中亟待解決的一些問題。

關(guān)鍵詞農(nóng)田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化規(guī)律平衡

陸地土壤是地球表面最大的碳庫, 有機(jī)碳儲(chǔ)量約為1 400～1 500PgC。其中農(nóng)田土壤

貯存的碳占陸地土壤碳貯量的8%～10%[1]。由于土地利用的變化, 不僅使土壤碳庫和大

氣碳之間的碳循環(huán)平衡遭到破壞, 而且造成大量土壤有機(jī)碳被氧化并以CO2 等的形式釋

放到大氣中去[2, 3], 增加了溫室氣體的排放, 農(nóng)田土壤已被認(rèn)同是大氣CO2的一個(gè)重要

源。另外, 土壤CO2排放與土壤退化、土壤有機(jī)質(zhì)含量減少和土壤質(zhì)量下降密切相關(guān)[3]。

而土壤的有機(jī)碳含量常被認(rèn)為是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量一個(gè)重要指標(biāo), 對土壤營養(yǎng)元素的循環(huán)和農(nóng)

業(yè)可持續(xù)發(fā)展都有重要意義。因此, 大量土壤有機(jī)碳的損失還造成了土壤的退化和農(nóng)業(yè)可

持續(xù)性的降低[4]。因此,研究農(nóng)田有機(jī)碳平衡、變化規(guī)律和措施, 對于揭示農(nóng)田碳源匯的特

征, 減緩溫室效應(yīng), 提高土壤質(zhì)量和糧食安全具有重要的意義。

1 農(nóng)田土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化規(guī)律及影響因素

土壤有機(jī)碳處于動(dòng)態(tài)平衡中, 其含量決定于年形成量和分解量的相對大小。國內(nèi)外土

壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化規(guī)律研究是很活躍的領(lǐng)域, 下面先后對不同地區(qū)不同類型土壤中有機(jī)物料的

分解特征、腐殖化系數(shù)、土壤有機(jī)碳礦化率及腐解條件進(jìn)行了探討。

1.1 有機(jī)物料的腐解特征

通常認(rèn)為, 有機(jī)物料進(jìn)入土壤后, 雖然因種類不同腐解動(dòng)態(tài)各異, 但總的規(guī)律基本一

致, 一般是前期分解較快, 以后逐漸變緩。玉米秸稈和稻稈在棕壤土中培養(yǎng)試驗(yàn)表明, 最初

30d 里分解最快, 隨后減緩[5]。在田間用沙慮管法研究發(fā)現(xiàn)也有類似的現(xiàn)象。王兆榮研究

表明, 農(nóng)家肥料與作物秸稈在黑土中初期物料殘留率曲線急劇下降, 開始30d 表現(xiàn)尤為突

出, 至90d, 秸稈已近半數(shù)被腐解掉, 以后逐漸變緩, 直至2a 后, 仍有少量分解, 但殘留率

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

年次之, 第三年更低, 隨后, 殘留碳量在各年進(jìn)一步分解, 但其難度越來越大[7]。

1.2 有機(jī)物料的腐殖化系數(shù)

由于有機(jī)質(zhì)的種類和土壤條件等的不同, 除特殊有機(jī)物料( 如泥炭、農(nóng)家肥) , 腐殖系

數(shù)變動(dòng)在0.14~0.68 之間[8~11]。研究表明, 南方紅壤區(qū)常見有機(jī)物料腐殖化系數(shù)大致在

0.15～0.54 之間。江西紅壤稻草、紫云英、牛糞及肥田蘿卜4 種有機(jī)肥, 平均腐殖化系數(shù)

旱地為0.20, 水田腐解慢, 其數(shù)值為0.31[8]。四川紅壤綠肥、麥秸稈、餅肥、糞肥的腐殖

化系數(shù)分別為0.52、0.28、0.35 和0.46[12]。東北地區(qū)除草炭、廄肥以外,腐殖化系數(shù)在

0.16～0.61。不同土類差異較大, 草甸土變幅最大為0.16～0.51, 遼西褐土次之為0.25～

0.65, 遼寧棕壤土第三為0.43～0.51; 旱地白漿土和哈爾濱黑土分別為0.45～0.48 和

0.30～0.37( 廄肥0.68, 草炭0.89) [11,13~15]。華北半濕潤區(qū)潮褐土腐殖化系數(shù)在

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

[30]。冀東地區(qū)中壤質(zhì)潮褐土麥秸、麥根茬、玉米秸、玉米根茬、豆秸、豬糞、牛糞、馬

糞及腐熟圈肥腐殖化系數(shù)分別為30.97%、25.39%、28.10% 、20.52% 、26.74% 、

32.40% 、38.69% 、33.01% 和60.83%, 輕壤質(zhì)潮褐土的腐殖化系數(shù)分別為28.49%、

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