土壤活性有機碳的監測及在土地管理中的應用

郭 振，王小利*，段建軍

(1.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學煙草學院，貴州 貴陽 550025)

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·文獻綜述·

土壤活性有機碳的監測及在土地管理中的應用

郭 振1，王小利1*，段建軍2

(1.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學煙草學院，貴州 貴陽 550025)

土壤活性有機碳作為土壤有機碳中比較活躍的化學組分，在陸地碳的循環研究中扮演了非常重要的作用。土壤活性有機碳可用溶解性有機碳(DOC)、輕組有機碳(LFC)、易氧化有機碳(LOC)、土壤微生物生物量碳(SMBC)和潛在可礦化碳(PMC)表示。本文綜述了這五種活性有機碳的分組和測定方法，以及活性有機碳對不同施肥措施、不同耕作措施和土地利用方式的響應。表明在不同土地管理措施下，土壤活性有機碳的不同組分均發生相應變化，這對調節土壤養分循環、維持土壤肥力和完善碳循環的動態平衡機制具有十分重要的意義。并展望了今后的研究方向，以期為農業的可持續發展提供科學參考，為土壤養分的高效利用和土地的科學管理奠定基礎，為開展有機質的累積與礦化提供依據。

活性有機碳；分組；測定方法；管理措施；響應

土壤活性有機碳是在一定時間和空間內受植物和微生物的影響，并具有一定的溶解性，在土壤中流動性較快，易礦化，其形態和空間位置對植物和微生物都具有較高活性的那一部分土壤碳素[1]，主要含有大量的游離有機物，如動植物殘體、根系分泌物、真菌菌絲和微生物生物量及其滲出物等，是易被微生物轉化利用的生物和非生物的有機混合物[2，3]。雖然土壤活性有機碳只占土壤總有機碳的一小部分，但由于其對土地管理措施等的響應比土壤有機碳更加靈敏和快速，且可以直接參與土壤生物化學過程的轉化，也可以作為土壤微生物活動的動力和土壤養分循環的驅動力[4，5]。因此，近年來已成為全球土壤、生態以及環境科學領域所研究的熱點之一。土壤活性有機碳與水體富營養化有密切的相關性，因為溶解性有機碳(DOC)是土壤中 N 、P及某些重金屬元素向水體中遷移的重要載體，土壤中許多營養元素的移動都要依靠DOC的運輸。DOC在森林土壤溶液中的運輸是土壤C、S、N、P等元素從地表生物體到礦質土壤，從陸地生態系統到水體生態系統的重要轉運機制[6]。Ghidey[7]認為，土壤活性有機碳是微生物生長的速效基質，其含量高低直接影響土壤微生物的活性，從而影響溫室氣體的排放，土壤活性有機碳還與養分的礦化與固定有關，通過作物管理措施來改良土壤環境可以明顯影響土壤微生物活性。輪作與單一耕作相比，可礦化碳(PMC)和土壤微生物生物量碳(SMBC)平均高出18%，短期休閑PMC和SMBC平均增加5%，比較開始種植與后期收獲，PMC和SMBC各增加了9%[8]。輕組有機碳(LFC)化學成分包括單糖、多糖、半木質素等微生物易分解的底物，影響著半數以上的微生物和酶活性，分解速率為重組碳的2～11倍，與草地和森林相比，農田土壤易氧化有機碳(LOC)含量下降，原因是擾動頻繁加速了LOC的分解，但采取一定管理措施能夠彌補部分有機碳的損失，免耕農田的兩種有機碳含量比翻耕農田高，免耕促使更多團聚體形成，使有機碳得到物理保護，微生物難于接觸分解，植物殘茬還田也可以增加土壤LOC含量[9]。也有研究指出[10]，土壤活性有機碳的存在可以減少污染物，如增強PAH在土壤中的截留、增加農藥的水溶性、影響農藥在土壤中的遷移；同時土壤活性有機碳作為重金屬的有機配體，對土壤溶液中的微量重金屬的可移動性和遷移過程以及金屬復合物的形成過程中有著重要作用[10]。可見，土壤活性有機碳的活潑性及其在陸地生態過程中的作用，因此對土壤活性有機碳的研究成為土壤學、環境學、生態學等學科研究的熱點。

1 不同類型土壤活性有機碳組分及其測定方法

1.1 溶解性有機碳

DOC屬于化學分組，主要包含不同種類的低分子量有機物(脂肪族有機酸、酚類、游離氨基酸等)和以膠體狀懸浮于土壤溶液中的大分子量有機質(胡敏酸、富里酸等)。狹義的DOC指在用滲漏計或吸杯來提取DOC時，土壤溶液中能夠通過0.45 μm直徑濾膜的那部分有機碳，主要來自于土壤中的大孔隙[9]。廣義的DOC指用各種提取劑(包括水、稀鹽溶液)提取后過0.45 μm孔徑濾膜得到的那部分有機碳，因為稀鹽溶液能夠打破土壤表面的吸附平衡，使被礦物顆粒表面吸附的有機碳能夠釋放出來[11]。DOC的測定方法主要有以下幾種：

TOC儀測定法：用水作為提取劑提取的有機碳稱作水溶性有機碳。其操作步驟為：用10∶1去離子水和土樣混合物25℃恒溫間歇震蕩5 h，然后離心10 min(12 000 r/min)，用0.45 μm微孔濾膜抽濾得到上清液[12]，然后用TOC碳自動測定儀(Phoenix 8000)測定上清液中水溶性有機碳含量。

濕氧化法：用重鉻酸鉀-硫酸外加熱氧化法測定，借鑒李振高[13]的操作流程：吸取10 mL上清液于150 mL硬質消化管中，再加入10 mL 0.1080 1/6 mol/L K2Cr2O7-15.7 mol/L 1/2 H2SO4混合溶液，繼而加入30個玻璃珠于消化管中在180℃油浴沸騰5 min，再加入鄰啡羅啉3滴，用 0.05 mol/L FeSO4標準溶液滴定。

紫外分光光度法：先根據TOC儀測定法獲得溶解性有機碳提取液，再利用TOC分析儀測得原液濃度，然后將原液稀釋至5 ～15 mg/L，再用紫外分光光度計(UV-2802S)在254 nm波長下測得稀釋液吸光度，然后利用吸光度和溶液濃度值建立相應的回歸方程進行計算[14]。

比色法：在10 mL試管中加入提取液0～5 mL，保證有機碳含量在0～25 mg之間即可，不足5 mL則加蒸餾水水至5 mL，然后加2.5 mL 10 mol/L Mn(Ⅲ)-焦磷酸和2.5 mL濃H2SO4，靜置1 h后500 nm處比色。標準曲線的制作是將提取液換成100 mg/L的草酸標準液，然后分別吸取0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL進行測定[15]。

應用以上四種方法對土壤溶解性有機碳進行測定，其結果必然存在一定差異，相比TOC儀法其他三種測定方法誤差較大，因此必須權衡各方法之間的差異使誤差達到最小。盛浩等[15]研究表明，比色法測得的DOC含量較TOC儀誤差最大，其次為濕氧化法，紫外分光光度法與TOC儀法最為接近，且利用濕氧化法和比色法測得的DOC含量較TOC儀測定結果必須乘以校正系數進行換算，這反映出TOC儀法在測定土壤DOC含量時最為敏感，穩定性高、重復性好。

1.2 易氧化性有機碳

土壤碳量的變化主要發生在易被氧化的碳庫中，將能夠被333 mol/L KMnO4氧化的那部分有機碳稱作易氧化有機碳(LOC)[16]。 LOC也屬于化學分組。KMnO4能氧化簡單糖類、氨基酸、胺基或者氨基糖等有機碳，不能氧化纖維素。KMnO4氧化法的測定步驟為：(1)將土壤樣品自然風干，過0.25 mm篩；(2)稱取三份土壤樣品(每份含有15 mg左右碳)于離心管內，然后加入333 mol/L KMnO4溶液25 mL，在25℃，25 r/min條件下振蕩1 h，同時做空白對照實驗；(3)振蕩后讓離心管在2000 r/min條件下離心5 min，然后再取其上清液，用蒸餾水水按照1∶250的比例進行稀釋；(4)稀釋液在565 nm的分光光度計上進行比色，其標準液的濃度必須包含1 mg碳；(5)根據KMnO4的消耗量，求出樣品的易氧化有機碳[17，18]。

土壤活性有機碳并不是單純的一種化合物，而是土壤有機碳中具有相似特性即較高有效性的那部分有機碳。不同研究者所指的活性有機碳類型不盡相同，但其都可在不同程度上反映有機碳的有效性，指示土壤質量[16]。測定活性有機碳的方法通常有化學分組、物理分組法和生物學分組。Blair等[16]指出活性有機碳是土壤中易氧化分解的有機碳，因此，有研究者將活性有機碳等同于易氧化有機碳。活性有機碳采用化學方法測定如上所示，是將易氧化、不穩定的有機碳作為活性有機碳，因此，化學方法所測的土壤有機碳也稱為易氧化有機碳。雖然化學方法測定簡單方便，適于大批樣品的分析，但需要昂貴儀器、操作技術熟練。

1.3 輕組有機碳

LFC屬于物理分組之密度分組。按照土壤在恒定重液中的沉降情況將土壤有機碳分為輕組有機碳(LFC)和重組有機碳，常用的重液為1.70 g cm-3的NaI溶液[19]。LFC主要包括能觀察到微生物結構體的真菌和放線菌的孢子，還有大量的游離態有機質，同時，植物根系、木炭和植物殘體也是輕組有機碳的重要組成部分[20]。盡管輕組只占土壤質量的一小部分，然而其有機碳含量通常顯著高于全土有機碳含量。LFC也因為具備較高的分化率和周轉率，是土壤營養的短期儲存庫[21，22]。其測定方法為：在離心管中放入40 mL 1.7 g/cm3的NaI懸浮液，稱取過0.25 mm篩的土壤樣品10 g懸浮于離心管中，之后手輕輕搖動離心管，繼而用10 mL NaI重液清洗離心管內壁，20 min后，在4000 r/min轉速下離心20 min，而后將表層液體過0.45 μm濾膜，邊吸邊用蒸餾水沖洗至濾液無色，然后將0.45 μm膜上的成分轉到鋁盒中120℃下烘干，于0.45 μm膜上的組分則為輕組有機碳。然后用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定有機碳含量，3次重復[23]。

LFC與土壤有機碳呼吸速率、土壤可礦化碳和土壤微生物生物量碳氮含量密切相關，有著較高的潛在生物活性，能體現土壤碳的活性，因此也稱作土壤活性有機碳[21]。Gregorich等[22]把密度小于2.0 g/cm3的組分定義為LFC，屬于游離態的有機質。在從事土壤有機質與肥力間的相關研究中運用LFC作為指標有重要的意義。目前，利用密度分組法測定的LFC盡管能在一定程度上體現土壤活性有機質，但它也有一定的局限性。LFC包含了大量的不分解和很難分解的木炭和燒焦的物質，同時，泥炭土中的LFC也可能包括部分惰性土壤有機碳。

1.4 土壤微生物生物量碳

SMBC屬于生物學分組。SMBC是指土壤中體積小于5×103～105×103μm3活的真菌、細菌、土壤微生物和藻類體內所含的有機碳，是土壤有機質中活性較高和較容易礦化的部分有機碳[24]。在土壤碳庫中SMBC所占比例很小，一般為1～4%[25]，但卻是土壤有效養分的一個重要的源和庫。SMBC既可以直接或間接的參與土壤生物化學轉化過程，又能反映土壤總碳的變化，而且由于SMBC的周轉速率較快，所以SMBC在植物營養調控和土壤肥力的評價中具有重要的作用。其測定方法如下：

1.4.1 預培養階段 仔細清除土壤中可見的枯枝殘體(如根、莖、葉)，然后過2 mm篩混勻備用。用蒸餾水調節土壤水分至田間持水量的45%(用手感覺土壤松散、濕潤，但不結塊為宜)；然后稱取土壤樣品60 g放入一次性塑料杯里，密閉收納箱放置適量水以保持相對濕度為100℃下培養箱培養。

1.4.2 熏蒸 稱取經前處理12.5 g新鮮土壤1份，置于50 mL燒杯中。把燒杯放置到干燥器中并抽成真空，同時安放盛有約2/3燒杯的去乙醇氯仿燒杯2個，同時放入一杯NaOH稀堿溶液以吸取熏蒸期間同時釋放出來的CO2，干燥器底部還應加入少量的水以保持濕度。再利用真空泵使燒杯中的氯仿激烈沸騰3～5 min后關上真空干燥器閥門，在25℃避光條件下放置24 h。

1.4.3 提取 在土壤熏蒸后小心轉移至100 mL的塑料瓶中，加入50 mL 0.5 mol/L K2SO4(土水比為1∶4)震蕩30 min(300 r/min)，過濾于塑料瓶中。同時做對照，即把不熏蒸的土壤也用K2SO4溶液浸提、振蕩、過濾。同時在TOC碳自動測定儀(Phoenix 8000)上測定熏蒸和未熏蒸的土壤提取液中的有機碳含量，然后進行計算。SMBC = Ec/0.45，Ec表示熏蒸和未熏蒸的土壤在0.5 mol/L K2SO4提取液中碳含量的差值[26-29]，0.45為轉化系數。

氯仿熏蒸-0.5 mol/L K2SO4提取法基本如上步驟所示，該方法的局限性在于對風干土壤微生物量的測定不適用；對游離CaCO3含量高的土壤、淹水土壤、pH<4.5的土壤以及新近施過有機肥或綠肥的土壤，其測定結果均不可靠。West等[30]對水溶性有機碳和微生物量碳進行了比較，發現用冷水直接浸提濕土，其提取物幾乎不含有來自微生物的碳，且二者之間差距較大。然而，熏蒸浸提法提取物中含有相當數量的可溶性碳，另外發現用溫度較高的水(70℃)可以殺死植物微生物細胞，同時可使微生物量碳溶解在水中，而此時水溶性有機碳與微生物量碳也成線性關系[30]。因此，熱水提取物碳作為易氧化性土壤有機碳，并不能取代微生物量碳。然而，對于有機碳含量少于10%的表層土壤而言，水溶性有機碳更接近于微生物量碳。

1.5 土壤潛在可礦化碳

PMC也屬于生物學分組，被稱為生物降解碳，主要是依托土壤微生物分解有機物質釋放出CO2，然后測定CO2的礦化量或專性呼吸速率qCO2便可求得土壤潛在可礦化碳量[31，32]。測定PMC的方法有多種，如直接鏡檢法、熏蒸培養法、三磷酸腺苷分析法(ATP)、底物誘導呼吸法、熏蒸提取法和磷脂脂肪酸法等[33]。但目前實驗室常用氯仿熏蒸提取法(實驗室培養法)來進行測定。測定步驟為：取一定量過2 mm篩的土壤樣品放入密封容器中讓其保持田間持水量的50%左右，在25℃有氧環境下預培養一周，然后在容器中放入裝有0.1 mol/L的NaOH堿液的小燒杯吸收CO2，培養一段時間后取出密閉容器中的堿液，用稀HCl溶液滴定，再換上新的堿液繼續密閉培養，根據滴定所消耗的稀HCl量計算PMC的含量[34-37]。此方法實際上是密閉培養法的一種改進，主要是設計了一種呼吸瓶裝置，從而簡化了試驗操作，改進后的方法適用于研究好氣條件下土壤有機碳的分解速率。

2 土壤活性有機碳在土地管理中的應用

2.1 土壤活性有機碳對施肥措施的響應

長期施用有機肥能顯著提高土壤活性有機碳的含量，尤其是LFC和DOC的含量提高較多，而長期單施N肥，NP肥或NPK肥則對土壤活性有機碳含量無影響[38]。張恩平等[39]研究表明，SOC含量隨N肥施用量的增加而增加且施用有機肥能顯著提高SOC含量；在有機肥與NPK肥配施條件下，LOC、DOC和SMBC的含量明顯提高，其中以DOC和SMBC的含量的提高幅度最大，說明有機無機肥配施對SMBC、植物生物量以及SOC含量的提高也有一定的促進作用。Chantigny等[40]研究認為，DOC含量與N肥的施用量無明顯相關性，但當N的礦化量大于60 mg/kg時，DOC的含量發生微小的變化，當N的礦化量小于60 mg/kg時，DOC的含量卻迅速增加，說明DOC的含量與N的礦化量成對數相關，長期施用N肥會使DOC含量下降。田間試驗表明，施用無機N肥會使土壤的MBC和MBN比值減少，這就加速了田間原有SOC的降解，導致SOC的積累量越來越少，從而減少土壤微生物，使MBC含量逐漸變少[41]。同時在單施化肥、單施有機肥、有機肥與無機肥配合施用的三個處理下，有機無機肥配施能增加MBC含量；三種施肥措施均能提高LOC含量，但后兩個施肥處理顯著優于單施化肥；而單施有機肥對DOC含量的升高效應顯著高于單施化肥和有機無機配施，此結果與張恩平等[39]研究報道一致。

在黑土長期定位施肥試驗中，與CK相比，所有施肥處理的SMBC和PMC均有明顯提高，有機肥化肥配施和秸稈配施化肥條件下輪作處理對土壤中SMBC和PMC的促進作用較NPK處理更明顯[42]。徐陽春等[43]的研究結果與Dijkstra[41]一致，單施化肥和有機無機肥配施的條件下，與對照組相比，SMBC分別增加了9.6%和32.2%，而單施化肥只能影響LF中的C/N比值。此外，長期單一施用氮、磷、鉀等無機肥可破壞土壤團聚體的結構，使微生物的生存環境退化，從而導致土壤活性有機碳含量降低。對于LFC而言，施肥土壤比不施肥土壤含有更多的LFC ，施肥土壤中，70%活性有機碳來源于輕組，而不施肥僅有40%活性有機碳來源于輕組，說明施肥水平顯著影響土壤中LFC含量[44]。

在單施氮肥(N)、單施氮磷肥(NP)、單施有機肥(M1)、低量有機肥與氮肥(M1+N)配施、低量有機肥與氮磷肥(M1+NP)配施、高量有機肥與氮肥(M2+N)配施、高量有機肥與氮磷肥(M2+NP)配施處理中，LFC含量在不同處理下有不同程度的增加，N肥較CK增加了9%，NP和M1處理結果比較接近，有機肥處理下LFC含量增加的順序是M2+NP>M2+N>M1+NP>M1+N[45]。Garcia-Pausas等[46]指出，在施肥處理下，單施化肥對LOC含量的增加無明顯變化，有機肥與無機肥配施對LOC含量的增加極顯著，研究結果與王朔林等[45]相似。

以上綜述表明，在單施化肥、單施有機肥和有機肥與無機肥配合施用的三個處理下，有機無機肥配施能增加SMBC含量，且三種施肥措施均能提高LOC含量，施有機肥處理顯著優于單施化肥，而單施有機肥對DOC含量的升高效應顯著高于單施化肥和有機無機配施處理。長期單施N肥會使DOC含量變化不明顯甚至會出現降低的趨勢。LFC含量會在不同處理中(單施化肥、單施有機肥和有機無機肥配施)有不同程度的增加。可見土壤活性有機碳對施肥措施有積極的響應，調節土壤養分含量也對活性有機碳有較大的影響，因此土壤活性有機碳與土壤內在的生產力高度相關 。

2.2 土壤活性有機碳對耕作措施的響應

秸稈還田耕作模式是全球范圍內改善農田生態系統和發展現代農業的一項重要措施，既可以節約資本保護環境又可以增加生態效益，因為秸稈還田可以提高SOC的含量、改善土壤的結構、提高土壤保水保肥能力，所以秸稈還田對促進農業的可持續發展有重要意義[47]。在對秸稈還田是否能增加土壤活性有機碳含量方面，有人認為秸稈還田只能增加SOC含量，對活性有機碳的含量增加并不明顯甚至會出現降低的趨勢；也有人認為秸稈還田能夠明顯改善土壤的結構與肥力特征從而增加土壤活性有機碳含量[48]。路文濤等[49]報道表明，秸稈還田能夠顯著(P< 0.05)增加耕層土壤LOC含量，較常規耕作提高29.3%，其結果與徐明崗[50]的研究結果土壤活性有機碳在秸稈還田措施下先降低后增加的趨勢不太一致，可能是由于秸稈還田的年限不同所致，還與土壤的類型與結構及種植制度有關。秸稈還田還可以增加有機物質在土壤中的累積量，減少SOC的礦化分解量，使PMC含量降低[51]。其中高量的秸稈還田與秸稈還田相比并沒有表現出較大優勢，可能是因為過量的秸稈使土壤中C/N比失衡影響微生物的活性，從而影響秸稈還田的腐殖和分解效果。Perelo等[52]在稻田旱地中添加植物秸稈的研究表明，秸稈腐殖化后土壤微生物可以在短時間內吸收利用土壤中的DOC，使MBC含量迅速增加，增幅為38～54%。同時秸稈覆蓋和免耕不覆蓋的傳統耕作方式相比，LOC含量顯著增加。崔鳳娟[53]等也有與Perelo等[52]相似的研究結果。在傳統耕作、低茬半覆蓋、低茬全覆蓋、高茬半覆蓋、高茬全覆蓋等5種處理下，DOC含量表現出在高茬全覆蓋處理下顯著高于其他處理，比傳統耕作DOC含量提高14.37%，說明覆蓋量對DOC有顯著的影響而茬的高度影響不明顯；土壤MBC在各處理下表現出高茬全覆蓋>低茬全覆蓋>高茬半覆蓋 >低茬半覆蓋>傳統耕作，其中高茬全覆蓋處理MBC提高了14.73%；LOC表現出與MBC相似的趨勢。在PRB(固定道壟作)、PFT(固定道平作)與CT(傳統耕作)三種耕作模式下，壟作較平作、傳統耕作能夠提高耕作層SOC含量、SMB、土壤酶活性，增加作物產量；0～60 cm土壤有機碳儲量的增加，PRB，PFT和CT三種耕作方式對大于10 cm地下部分土壤環境的改良效果不明顯[54]。

2.3 土壤活性有機碳對土地利用方式的響應

森林和草地中的SMBC和qMB高于耕地，且qMB在一定程度上可以反映土壤有機碳的轉化快慢，表征土壤肥力。王小利等[55]對低山區紅壤微生物量碳的研究表明，土地利用方式對SMBC和qMB均產生了顯著的影響，水田相比于林地SMBC提高了84%，而旱地相比于林地SMBC減少了29.1%，果園相比于林地SMBC減少了46.1%，四種土地利用方式下，SMBC由高到低的順序為：水田>林地>旱地>果園，而且qMB的變化與SMBC的變化趨勢一致。這說明在表層土壤中，水田有秸稈和有機肥的高投入量；林地有一定量的枯枝落葉；而通過根系分泌物或者作物殘渣進入到旱地土壤中的有機質含量則少于林地；果園的有機質一般主要集中在20～50 cm的土層，因而表現出果園的SMBC含量最低。此結果與國外相關研究有一致[56]的結論。另有在黃土高原區林地0～20 cm 土層中，SMBC顯著高于農田的2倍，因為林地變為農田后，由于土壤水分、溫度、濕度等環境因素的改變和人為因素的影響，使土壤凋落物、根系減少，SOC含量攝入不足，從而導致SMBC下降。同時李太魁等[57]研究指出，在水田、旱地、果園和菜地四種土地利用方式下，由于植被的不同、土壤結構的差異以及人為措施的影響，SMBC仍然表現出水田最高是旱地的2倍左右。

由于種植制度、水分條件和季節性等的差異，DOC在水田中的含量顯著高于旱地、果園和菜地[57]。郭寶華等[58]研究報告表明，DOC在不同土地利用方式下表現出 PE(毛竹人工林)>SS(木荷次生林)>CL(杉木人工林)>AL(撂荒地)的趨勢，說明土壤活性有機碳與土地利用方式有一定的相關性。在0～10 cm和10～20 cm土層中，CL方式下DOC含量顯著高于其他三種土地利用方式；20～40 cm土層中DOC的含量依次是PE>SS>CL>AL；說明地上部土地利用方式之間的差異，使有機物質的攝取量不同，從而影響土壤中DOC的含量。在菜地、林地、果園三種土地利用方式中，菜地土壤的DOC含量最高，可能是由于菜地含有較多的腐殖酸和酚類物質，這些物質雖然是DOC的重要組成部分但卻對微生物的活動有抑制作用，因此菜地土壤的MBC表現出最低含量[59]。王小利[60]對燕溝樣區的有機碳研究表明，旱地土壤的DOC含量為25.61 mg/kg，果園利用方式下土壤的DOC含量為33.88 mg/kg，林地土壤的DOC含量為旱地的2.79倍左右，因此在三種土地利用方式下DOC含量的排序為林地>果園>旱地，而且DOC含量的遞變順序和SMBC含量的變化趨勢一致。

廖洪凱等[61]也指出，在ACS(撂荒地)、PD(水田)、SR(灌木叢)和DL(旱地)4種土地利用方式中，各組分間均表現出水田中LOC含量高于其他土地利用方式，說明水田對于土壤活性有機碳有一定的累積效應。當自然森林變成農田或草地后，LOC含量及其分布規律隨土地利用方式的改變而下降，這是因為林地土壤植物根系分布比較密集而且較深，并且含有較多的根系分泌物和殘渣，導致其穩定性高于農田土壤，因此林地土壤LOC含量高于田地[62]。由此可以說明在林地變為田地后，土壤活性有機碳含量或者土壤LOC含量便會下降，但有研究表明[63]林地轉變為田地后，田地土壤活性有機碳含量或者LOC含量與林地土壤無明顯差異，甚至出現LOC含量升高的現象。吳建國等[35]研究表明，當天然林變為人工林或者變為草地和農田后，LOC含量均呈下降趨勢，反之當農田和草地變為林地后LOC含量卻迅速增加；在0～60 cm的耕層中，農田土壤和草地的LOC含量分別較林地下降了60%和35%左右；當農田和草地變為林地后，0～50 cm耕層的土壤LOC含量分別提高了129%和29%。其結果與Mendham[63]等研究結果一致。

PMC被稱為生物降解碳，主要是依托土壤微生物分解有機物質釋放出CO2，然后測定CO2的礦化量來求得土壤潛在可礦化碳量[31-32]。qCO2值越小表明土壤微生物利用有機碳的效率越高，間接表明土壤中含有較多的可被利用的碳源。郝瑞軍等[37]對蘇南水稻土有機碳礦化特征的研究表明，不同水稻土的累積礦化量和呼吸強度均存在顯著性差異，且所有水稻土的礦化量均表現出在培養前期較高，然后迅速下降，后期呈穩定的下降趨勢。在巖溶區的菜地、草地、灌木叢、橘林地和耕地等5種土地利用方式下，0～30 cm土層有機碳的礦化量依次為：草地(0.12 mg/kg)>菜地(0.08 mg/kg)>橘林地(0.07 mg/kg)>灌木叢(0.05 mg/kg)>耕地(0.04 mg/kg)[64]。Motavalli等[65]研究表明，森林被砍伐變為農田后5年時間，土壤有機碳的礦化速率隨著土壤活性有機碳的流失而顯著下降。

3 結語

雖然國內外許多研究者在土壤活性有機碳的動態平衡方面均取得了很大的進展，但是因為土壤活性有機碳庫成分的復雜性，目前國內外對土壤有機碳庫的各種形態、動態過程及其調控機理等研究仍十分薄弱[66]。缺乏定量描述土壤活性有機碳對不同土地管理措施的動態響應過程，因此在不同土地管理措施下，土壤活性有機碳庫及影響碳庫變化的機理仍是目前亟待研究的問題。近年來，雖然國內外對土壤活性有機碳的固持與礦化研究較多，但由于土壤活性有機碳研究方法的不統一性和成分的復雜性，導致不同方法得出的結果無法進行相互比較。今后需要重點研究以下幾個方面：

3.1 加強土壤活性有機碳測定方法的標準化研究

土壤活性有機碳可以直接參與土壤生物和化學過程的轉化，也可以作為土壤微生物活動的動力和土壤養分循環的驅動力，對土壤有機碳的轉化速率以及性質變化都有重要意義。盡管在確定不同活性有機碳組分方面已有大量的研究與報道，在物理、化學和生物分組方面也有相當大的進展，但這些方法都還缺乏統一的標準并且存在一定的缺陷，比如LFC可以用1.6～2.0 g/cm3的碘化鈉或者聚烏酸鈉浮選；對于DOC的測定，不同方法之間都要提取濾液才能進行下一步的測定，而且濾液提取的多少對測量結果都有著顯著的影響；PMC一定要進行密閉培養來進行CO2的吸收測量，稍不注意就會帶來嚴重誤差；LOC的測定過程中對高錳酸鉀濃度的變化及其敏感，而且高錳酸鉀要現配現用不能過夜使用，否則對實驗結果會帶來一定的誤差。因此在今后研究中應改善活性有機碳測定過程中的不足，建立統一的標準化測定過程。

3.2 比較不同活性有機碳組分對環境變化的響應特征以確定較敏感的活性指標

不同活性有機碳組分可以反映土壤肥力特征，也能反映土壤的理化性質。但在不同的環境條件下，哪種活性有機碳組分對土壤肥力的表征最為貼切與相關，至今還沒有統一的結論。活性有機碳的測定方法不同其測定結果必然存在一定的差異性，而且彼此之間不能相互解釋，因為每一種活性組分的構成并不是孤立單一的，而是由一系列復雜的化合物組合形成，且彼此間存在一定的相關性。qMB能反映出有機碳轉化的快慢及生物活性，而PMC與TC的比值也可以反映出有機碳礦化的生物活性，LOC與TC的比值可以衡量SOC氧化的生物活性，PMC的浸提液中也包含部分DOC，LFC經過密度浮選后會有部分DOC含量的損失，由此可見生物活性表達的多樣性與各活性組分之間存在潛在的聯系。因此，進行不同活性有機碳組分之間的差異性比較，可以間接的反映表征土壤肥力的較敏感指標。

3.3 針對不同土地管理措施，選擇適合的有機碳分組方法

任何土地管理措施都能引起多種有機碳組分的變化，到目前為止還沒有一種分組方法可以用于所有的管理措施。因此，針對性的分組方法是認識農田措施和有機碳形態變化的關鍵影響因素。耕作措施如秸稈還田顯著增加了土壤的LFC和顆粒有機碳，在這種耕作措施下可以采用物理分組方法；施用有機肥時，土壤中DOC和MBC均可顯著增加，可以采用生物化學方法進行分組；深耕等土地管理措施可以破壞土壤的微團聚體結構，使游離態有機碳含量增加，閉蓄態有機碳含量減少，這時可以考慮物理化學聯合分組方法加強土地管理措施對土壤活性有機碳的動態研究。加強土壤活性有機碳分組方法的研究，可以增強對有機碳的周轉和養分循環的了解，從而采取更合理的土地管理措施。

3.4 針對土地利用存在的問題，加強管理措施的優化

土地利用方式的差異對土壤活性有機碳庫的影響也是一個全球在關注與探索的熱點問題，尤其是在作用機制方面。我國是一個人口眾多的農耕大國，不同的土地利用方式、不同的區域類型、因地制宜的耕作制度，尤其是最近幾年對土地的大面積開發，都會對土壤活性有機碳含量及其分布造成一定的影響，產生很大的不確定性，但管理措施對土壤活性有機碳庫的動態影響尚未引起足夠重視[67]。因此，在今后的研究中應加強以下內容：(1)利用土壤活性有機碳庫組成的長期生態定位觀測點，深入研究土地利用變化對土壤活性有機碳的長期效應；(2)進行多因子的交互作用影響研究，建立多因子模型，更加準確、深刻反映不同土地利用方式下土壤活性有機碳的變化；(3)注重不同土地利用方式下土壤活性有機碳庫的平衡及微生物機理研究，對土壤固碳與礦化方面的機理進行分析和效益評價。

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Monitoring of Soil Active Organic Carbon and Its Application in Land Management

GUOZhen1，WANGXiao-li1*，DUANJian-jun2

(1.Collegeofagriculture，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China；2.CollegeofTobaccoScience，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China)

Soil active organic carbon plays a very important role in the study of terrestrial carbon cycle as the active chemical component in organic carbon.The active organic carbon in soil involved microbial biomass carbon，dissolved organic carbon，mineralizable carbon，oxidizable carbon，and light fraction carbon.This paper summarized the fractionation methods of this five soil active organic and its response to fertilization，different tillage measures and land use pattern.The results showed that different components of soil active organic carbon changed under different land management measures，which was very important for regulating soil nutrient cycling，maintaining soil fertility and improving the dynamic balance mechanism of carbon cycle.And prospect the research direction in the future，in order to provide scientific reference for the sustainable development of agriculture，to lay the foundation for the efficient use of nutrients in the soil and the scientific management of land，to provide a basis for the accumulation and mineralization of organic matter.

active organic carbon；fractionation；determination method；management measures；response

2017-04-11；

2017-05-10

國家自然科學基金項目(31360503，41361064)；貴州大學研究生創新基金(研農2017017)。

S155.5

A

1008-0457(2017)03-0055-07 國際

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.03.010

*通訊作者：王小利(1979-)，女，山西省柳林縣人，貴州大學農學院副教授，主要從事土壤肥力與作物施肥研究。E-mail：xlwang@gzu.edu.cn。