土地整治對土壤有機碳活性組分的影響及固碳措施

把余玲 王歡元

摘要：指出了土壤有機碳及其紐分作為表征土壤質量的重要指標，在土壤物理、化學和生物特性中發揮重要作用。土壤活性有機碳作為土壤有機碳中活躍的化學組分，其所攜帶的動態信息能較靈敏地反映土壤有機碳受土地整治的影響程度。以土地整治對土壤有機碳及其活性組分（顆粒有機碳、可溶性碳、微生物量碳及輕組有機碳等）的影響展開了闡述.重點探討了土壤活性有機碳對土地整治的響應特征和機制。結果表明：活性有機碳對農業管理措施的響應較總有機碳更為迅速和靈敏，能監測到土壤有機碳受土地整治影響而造成的微小、短期的動態變化，并可據此變化預測較長期內的潛在變化趨勢，進而可作為表征土地整治后新構土體土壤固碳的早期指標。

關鍵詞：土地整治;有機碳;活性有機碳;敏感性指標

中圖分類號：S158

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0006-04

1 引言

土地整治作為實現傳統農業向現代農業轉變的重要舉措之一，不僅能增加有效耕地面積，優化十地利用結構，使農業增產增效，還能有效改善生態環境，為人類休養生息和生產勞動提供優良環境。隨著土地整治在國內大范圍地展開，土地整治對土壤有機碳的影響也日益受到關注，尤其是工程實施對土壤碳庫的擾動必然打破原有生態系統碳平衡，進而加劇人類活動對土壤碳庫的影響。土地整治既有可能破壞土壤物化結構，使土壤活性有機碳、微生物數量降低，形成碳源·也有可能通過改善上壤質量增加固碳。上地整治對有機碳的影響是一個長期的過程，它通過土體有機重構對土壤各種理化性質及相關生態過程產生影響，進而對土壤有機碳含量產生各種正面或負面效應。

土壤有機碳是表征土壤質量的重要指標之一，而土壤質量是維持土壤肥力、生產力及環境安全的最基本條件。研究發現，土壤活性有機碳，特別是顆粒有機碳（POC）、可溶性碳（ DOC）、微生物量碳（MBC）及輕組有機碳（LFOC）作為有機碳動態的敏感性指標，雖然占總有機碳的比例很小，卻能顯著影響土壤形成與生物化學過程，對農業管理措施及環境變化的響應較總有機碳更為迅速和靈敏，能監測到土壤有機碳微小、短期的動態變化，并能預測其長期變化趨勢。尤其是土壤質量存在的微小差異均能得以顯現。因此，研究土地整治對土壤有機碳及其活性組分的影響，既能及早發現土壤的肥力和環境質量狀況，采取更合理的農田管理措施，為新增耕地土壤培肥提供科學的理論依據，又能為科學減排CO₂做出貢獻。

2土地整治對土壤有機碳的影響

2.1土壤有機碳

土壤有機碳作為有機質的一種化學量度，是礦化分解和合成的平衡結果，包含各種尚未分解或正在分解的動植物殘體、微生物、腐殖質等成分復雜的混合物。土壤有機碳是以微生物為主導的土壤呼吸和氮礦化過程的驅動力，其為微生物生長繁殖提供養分和能源。有研究指出，任何提高有機碳含量的措施都有利于土壤性質和功能的改善，且有機碳的增量會在接近一個平衡值時停止。有機碳直接影響土壤物理、生化特征及過程，常用來評價土壤質量，是大氣CO₂的潛在源和匯，是植物必需營養元素的主要來源，可用來綜合反映上壤的生產、環境和健康功能。

2.2 土地整治對有機碳的影響機制

土地整治是對土地資源及其利用方式的重組和優化。土壤有機碳的穩定性不僅影響土地整治后土壤養分和作物生長狀況，還影響周邊生態環境。研究表明，表層土壤有機碳直接參與陸地生態系統碳循環動態耦合，能夠指示外界環境的變化。整治工程實施過程中，通過土體有機重構，可能增加原有耕層厚度，減少水土流失，改善局地氣候，進而增加土壤生物量積累，提高有機碳含量;也有可能對地表和坡面的土壤結構和質地造成破壞，進而引起土體疏松和顆粒組成發生變化，加劇水土流失，不利于土壤有機碳的累積。

2.3 土地整治中有機碳的變化特征

土地整治是一個綜合、復雜的系統工程，工程實施期間的任何一項措施都可能會對土壤有機碳含量產生影響，進而影響土壤碳庫質量。土壤有機碳作為土壤肥力的核心物質，影響著土壤的結構和持水保肥性，并對與上壤退化及其生產力有關的一系列上壤過程具有緩解或調節作用。有研究表明，農田土壤貯存的碳占土壤碳儲量的8%～10%，且只有農業土壤碳庫強烈受人為干擾且能在短時間尺度上進行調節，其碳匯功能對緩解全球糧食供應與溫室效應具有重要作用。研究表明，干旱區草地和林地開墾為農田后，分別使土壤有機碳下降15.7%和40%，而荒漠地墾殖后土壤有機碳含量呈增加趨勢。隨著復墾年限的增加，有機質和微生物量均增加，其中土壤微生物量碳的變化幅度最大，對復墾的響應最為敏感。此外，杭州灣南岸農田隨圍墾年限的延長，土壤有機碳含量增加但其穩定性下降，有機碳活性組分能敏感地反映土壤有機碳動態特征。李銀科等研究發現，次生鹽漬化地種植枸杞后，十壤活性有機碳較總有機碳增幅平均高出21.7%。章明奎等的研究指出，林地開墾為農地表土有機碳平均減少70%。自然土壤開墾后，頻繁的農業管理措施對土壤有機碳的變化影響很大。其中林地轉為農地，土壤有機碳損失25%～40%，草地開墾為農地，土壤碳素損失30%～50%。

3 土地整治對土壤有機碳活性組分的影響

活性有機碳作為微生物活動的能源和養分的驅動力，其在保持土壤肥力、改善土壤質量、維持土壤碳庫平衡方面作用顯著。其中，顆粒有機碳（POC 50～2000 μm）具有較高活性日對腐解高度敏感。可溶性碳被認為是反映土壤質量和功能的重要指標，土壤微生物量作為土壤養分轉化過程巾一個重要的源和庫，輕組有機碳是土壤生物調節的重要基質和土壤肥力的重要指標，對于整治后重構土體土壤培肥來說，土壤活性有機碳組分能很好地表征早期土壤肥力質量的變化。

3.1顆粒有機碳

POC是處于新鮮的動植物殘體和腐殖化有機物之間暫時或過渡的有機物質，能夠促進土壤團聚體的形成和穩定，對土壤碳素循環和平衡具有重要作用，可作為有機碳長期變化的累積性指標。Franzluebbers等研究發現，土壤整治會加速POC分解，Chan等在研究中發現，草地變為農田后首先流失的是POC，荒漠區土壤整治為農田后，POC呈增加趨勢。Janzen等研究表明，POC對土壤固碳有物理保護作用，耕作過程中土壤總有機碳的下降主要是POC的損失引起的，提高土壤中POC比例，可能是緩解大氣CO₂濃度上升的重要措施。

3.2可溶性有機碳

DOC作為微生物最主要的能源物質，其10%～40%的組分能直接被微生物分解利用。DOC濃度和通量是土壤溫度和濕度變化的敏感性指標，常在0～40cm土層中變化顯著，且與土壤中CO₂通量密切相關。濕地開墾為農田導致土壤DOC含量顯著降低，Zhang等研究也表明，土地整治后耕種5年，土壤DOC含量明顯降低，僅為初始值的27%～45%。真菌菌根分泌的DOC有利于水穩性團聚體的形成，進而有利于土壤有機碳含量的增加。DOC對土壤中有機和無機物質的轉化、遷移及降解有重要作用，在土壤的形成，養分的有效性和污染物移動性方面有直接影響。因此，合理配施可溶性碳可作為土地整治后重構土壤的培肥措施。

3.3微生物量碳

MBC是指土壤中體積小于5000μm³活的細菌、真菌、微生物及動物體內所含碳量的總和，占總有機碳的1%～4%，是最易變化的組分。河灘地、林草地的土壤MBC明顯高于水稻田和旱田土壤。濕地墾殖為農田20年后，土壤MBC下降很明顯。Sugihara等在研究中發現，土壤含水量是MBC生育期內變化最主要的影響因素。土壤MBC的活性與植物殘體、有機物以及土壤中氮、磷等營養元素的數量和質量密切相關，對整治后新構土體土壤肥力及污染程度的變化有很好地響應與表征作用。

3.4輕組有機碳

LFOC主要來自部分分解的植物殘體和枯落物，其作為活性有機碳的一部分，具有C/N高、易分解、周轉快等特點，它被}人為是土壤生物調節的重要基質，具有很強的生物學活性，是植物養分的短期儲存庫。LFOC周轉期約為1～15年，在荒漠地墾殖后0～5年內增加量達99%。曾宏達等在研究中也提出，LFOC對土地覆被變化的響應較有機碳敏感，以表層（0～20cm）土壤LFOC受七地利用和覆地變化的影響最顯著。LFOC在養分周轉與穩定土壤結構中具有重要作用，其大小和組成具有季節性波動，可作為新增耕地土壤潛在生產力和有機碳變化的早期響應指標。

4土地整治中的同碳措施

整治后的土壤特性主要表現為土壤結構性差，養分含量低、養分空間變異大.容重高，無完整的土體構型。針對這些特性，通過農田基本建設、增肥改土、科學施肥、合理種植與耕作等綜合固碳措施，提升耕作層肥力質量，逐步形成包括犁底層在內的土體構型。

4.1工程整治措施

土地整治項目實施前，制定適宜的土地整治規劃，實施有利于土壤固碳的整治工程，不僅能增加土壤肥力和農業綜合生產能力，又能減緩溫窒效應。在土地整治過程巾，應盡量減小對土壤的擾動，注意表土的分離和填取土方量的計算，盡量做到挖填平衡。在土體重構過程中，先移走表層熟土，完成設計的挖、填深度后，再把熟土層歸還地面，并適當增施有機肥。同時，還應與農田水利、防護林工程等結合起來，通過建立良好的灌排系統，在土地平整完成后及時灌溉。保水保肥。同時，通過道路林網建設改善田間小氣候，抵御風沙災害，防治水土流失，從而改善農日生態環境，有效提高土壤有機碳含量。

4.2改土施肥措施

土地整治后，必須進行地力的恢復與土壤的改良，新構土體的肥料用量要比常規施肥適量增加，并做到氮、磷、鉀肥與有機肥配合施用。氮肥的施用量因田因苗靈活調控，減輕土壤養分空間變異帶來的不利影響。同時，施用泥炭、種植綠肥可以疏松土體，改善土壤通氣透水性，促進土壤團粒結構形成。新構土體的微生物量一般低于常規農田，故配合使用生物制劑，可以增加土壤微生物數量和群落，促進土壤養分釋放，提高肥料的利用率。

4.3種植耕作措施

新增耕地土壤肥力低，直接進行耕種，很難滿足作物生長需要。為使新增耕地數量與質量達到有機的協調統一，必須對新增耕地土壤進行針對性的培肥與改良，提高其土壤的肥力。在增肥改土的同時，根據土壤適宜性，調整作物布局，合理輪作倒茬;在土壤宜耕期.結合深耕深松、植被覆蓋等耕作措施，促進耕作層和犁底層的形成，提高土壤蓄水保墑能力，促進土壤熟化，為作物生長提供土壤環境。此外，采用免耕播種技術可以減少土壤風蝕、水蝕，提高土壤肥力，降低農業生產成本，保護農田生態環境，促進農業可持續發展。

5結論與展望

土地整治是一項多因素、多目標的系統性工程。當前，隨著人們對土地整治認識的不斷深入和土地整治實踐的廣泛開展，土地經整治利用后，應通過工程整治、改土施肥及種植耕作等措施增加土壤固碳，將逐步提高土壤有機碳含量作為土壤培肥的中心環節，并將土壤有機碳活性組分的變化作為表征有機碳含量微小、短期動態變化的早期指標，進而預測其長期變化趨勢。

此外，土地整治對活性有機碳影響方面的研究還相對較少，不同整治類型對活性有機碳庫影響或調控碳庫變化的機理仍是目前亟待研究的問題。因此，今后研究應加強以下內容：①開展不同整治類型下活性有機碳庫組成的長期定位監測，并深入研究整治后不同固碳措施的固碳效應和潛力;②研究不同整治類型下土壤活性有機碳各組分間，以及其與養分有效性、生化特性、溫室氣體釋放的相關性，進而建立土壤活性有機碳各組分與有機碳庫周轉的關系。