土壤有機碳變化特征研究進展

摘 要：土壤有機碳是碳循環中的關鍵組成部分，其變化直接影響著碳循環每個環節的收支平衡。本文綜述土壤有機碳的測定方法，明確各測定方法優缺點及應用范圍，并從施肥、土地利用方式兩方面闡述人為因素對土壤有機碳含量的影響，提出土壤有機碳研究現存問題及今后的研究方向。

關鍵詞：土壤;有機碳;變化特征

土壤中通過微生物作用而形成的腐殖質、動植物殘體、微生物體，三者合稱為有機質，土壤有機碳即為有機質中碳元素的含量。根據微生物可利用程度，土壤有機碳被分為易分解有機碳、難分解有機碳及惰性有機碳。其中，易分解有機碳的生物利用率和損失率均較高，而難分解有機碳則表現為殘留率較高，其含量占土壤有機質總量的60%～80%。因此，有機碳儲量是土壤截留碳元素的能力，在土壤養分轉化中占有重要地位。有機碳含量直接反映了土壤質量，進而影響農作物生長，是評價土壤肥力的重要指標之一。

土壤有機碳最顯著的2個特性，一是能結合重金屬離子、水氧化物，形成水溶性、不溶性復合體;二是能結合黏土礦物、顆粒物，具體表現為對污染物的吸附作用、對植物營養元素的吸收與釋放能力、土壤持水能力等[1]。由此可見，土壤有機碳不僅能改善土壤性質，還會對土壤中污染物的轉移造成影響。因此，開展對土壤有機碳的研究，對于改良農田質量、促進土壤可持續發展具有重要意義。

一、土壤有機碳測定方法

土壤有機碳屬于高可變動性參數[2]，除樣品自身限制外，還受到試劑純度、信號干擾、人為誤差、溫濕度等多方面因素的影響，因而獲得準確數據的前提是選擇合適的方法。現有測定土壤有機碳的方法主要分為兩類：氧化方法和檢測方法。

（一）氧化方法

氧化法包括干氧化法（燃燒法）和濕法氧化（酸化法）。燃燒法是利用高溫燃燒，將土壤中的有機碳氧化成二氧化碳，普遍采用950 ℃加催化劑，溫度越高，氧化越充分。當溫度高于1 350 ℃時，土壤中的無機碳也會被氧化，因此燃燒法可以通過直接法、差減法測定總碳、有機碳、無機碳含量，是測定土壤碳較為準確的方法之一。此種方法的局限性在于測定分析時一定要保證氣流通路，否則會造成二氧化碳交叉污染。另外，由于溫度較難控制，可能會導致氧化不完全。濕法氧化（酸化法）是將過量的酸和氧化劑加入土壤樣品中，使土壤中的有機碳全部氧化成二氧化碳排出，然后利用滴定等方法測定二氧化碳的含量，最后計算得到有機碳的含量。其中，重鉻酸鉀容量法—外加熱法因簡便快速、成本低等特點被廣泛使用，但需注意嚴格控制溫度，且土壤中原本存在的氯離子、二價鐵離子可能會參與反應，影響結果準確性。有文獻表明，用重鉻酸鉀氧化還原容量法、碳分析儀兩種方法分別測定海洋沉積物有機碳的含量，相對偏差表現為重鉻酸鉀法高于高溫催化燃燒法，而有機碳回收率則表現為高溫催化燃燒法高于重鉻酸鉀法，主要是因為海洋沉積物中的氯離子和還原性物質含量比較高，使得重鉻酸鉀的消耗量增高，影響了測定結果的準確度和穩定度[3]。

（二）檢測方法

土壤樣品經氧化后，選擇比色、滴定等方法確定氧化劑含量，計算得出有機碳含量。比色法操作較為復雜，而滴定法中手動滴定法不易判斷終點，電位滴定法更為準確。質量法、容量法、氣相色譜法和光度法均是通過測定二氧化碳的含量計算得到有機碳含量，而壓力計法是通過測定生成二氧化碳的壓力或體積，此方法只可用來測定高含量的二氧化碳，精度較低，一般很少采用。

測定土壤有機碳的傳統方法多基于化學原理對有機碳含量進行準確測定。由于傳統方法步驟煩瑣、耗時耗力，并且會對環境造成一定程度的污染，近年來無氧化過程方法逐漸產生，如同位素、高光譜遙感技術等，但因其應用范圍較為受限，方法不夠成熟，常作為補充方法使用[4]。

二、不同施肥條件下土壤有機碳的變化特征

土壤有機碳是土壤肥力的基礎，其含量受有機碳的輸入與礦化分解所制約，而施肥是影響土壤有機碳輸入與輸出的重要因素，控制著土壤有機碳的動態平衡。施肥有助于提高土壤中有機碳的含量，但是長期單一施用化肥特別是氮肥，會加速土壤中有機質的礦化分解。李廷亮等[5]對晉南旱塬麥田土壤的研究表明，單施化肥時土壤中有機碳含量會明顯下降。曾駿等[6]基于長期定位試驗，研究了施肥對不同層次土壤活性有機碳含量的影響。結果顯示，不同施肥處理下土壤活性有機碳含量隨土層深度變化而變化，土層越深，土壤活性有機碳含量越低;而施肥對有機碳含量的影響集中表現在表土層，隨著土層的增加，其受影響程度越低;相比于不施肥處理，施肥處理均可提高土壤活性有機碳含量，具體表現為，單施化肥有提高但未達顯著水平，單施有機肥配肥、有機無機配施對活性有機碳含量影響較為顯著。何偉等[7]對36年潮土定位試驗開展研究，采用物理、化學相結合的方法，對不同施肥方式下耕層土壤有機碳含量進行探究，發現使用有機肥對土壤化學性質、土壤有機碳含量的提升、新碳在各個碳組分中的均衡分配均有促進作用，其中平衡施用氮磷鉀且配施有機肥處理效果最為明顯。

三、不同土地利用方式下土壤有機碳的變化特征

在自然成土過程中，土壤中的有機質含量是一個逐漸累積的過程，不同的土地利用方式一方面直接影響著土壤中有機碳的含量及其分布;另一方面不同土地利用方式下植被的根系分布、根系分泌物不同，也會通過影響有機碳的形成及轉化因子，從而間接對有機碳含量及分布造成影響。李鑒霖等[8]基于不同土地利用方式對縉云山土壤中有機碳組分進行了研究，結果顯示，在0～60 cm土層，土壤總有機碳含量及其各組分有機碳含量基本表現為撂荒>林地>果園、坡耕地，若將林地轉變為果園或者坡耕地，土壤中有機碳含量就急劇下降，而將坡耕地做撂荒處理，土壤中有機質含量則有回升。郭勝利等[9]研究也表明，在一定的土壤環境條件下，撂荒會促進土壤中有機質含量增加。徐夢等[10]對藏東南地區的研究表明，長期耕作農田中土壤有機碳的含量明顯低于自然生長植被的土壤，說明耕作是影響土壤有機碳庫的關鍵原因，提倡免耕、保護性耕作是保護土壤碳庫、促進土壤可持續發展的有效途徑。土地整治是以變未利用地為可利用地、提高難利用地利用效率為目標的一項土地利用方式優化工程，近年來受到廣泛關注。曹婷婷等[11]研究了鹽堿地、風沙地、廢棄宅基地3種土地整治對土壤有機碳含量的影響，結果顯示，3種土地整治均提升了土壤有機碳的含量。雷娜[12]分析了治溝造地4種土地利用方式下土壤有機碳的變化情況，發現水田、旱地、柳樹林地和松樹林地土壤中有機碳的含量表現為柳樹林地最高、旱地最低，4種土地利用方式均表現為表層高、深層低，且各土層間差異達到顯著水平。

四、結語

土壤有機碳作為土壤肥力的重要組分之一，對于農業經濟可持續發展、生態系統平衡的維持都具有重要意義，除人為因素影響外，自然因素如溫度、濕度、酸度、土壤自身性質等也會不同程度地影響土壤有機碳的含量。目前，盡管研究土壤有機碳無論從方法還是切入點來看都日漸成熟，但仍存在不確定度等難點，需要科學家繼續努力，從機理層面進一步探索突破。

參考文獻：

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[12]雷娜.治溝造地不同土地利用方式土壤有機碳和易氧化碳分析[J].西部大開發（土地開發工程研究），2018（5）：51-56.