第２０卷第４期
２０００年７月
第四纪研究
ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ
ＳＣＩＥＮＣＥＳ
Ｖ０１．２０．Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２０００
土壤碳及其在地球表层系统碳
循环中的意义＋
潘根兴①曹建华①②周运超①
（０南京农业大学恭业贤源与生态环境研究所．南京２１００９５；
鼋中国地质科学院茸藩地质研究所．国土资源部岩溶动力学开放研究实验室，桂林
５４１００４）
摘要
本文回顾了近１０年来国内外对土壤碳研究的主要进展，分析了土壤碳的移动性及其
影响因素．着重针对陆地系统碟汇饱和问题介绍了土壤碟对大气ＣＯ．源汇效应的碳转移过程及其在地球表层系统碳循环中的作用，指出应加强对土壤碳转移及其对全球变化的响应、土壤碳固存对大气ＣＯ、调控的机制和动态的研究，以便为缓解陆地系统碳汇饱和提供科学依
据。
主题词土壤碳地球表层系统碟循环
１引言
温室效应问题是近年国际地学界、生态学界和环境学界共同关注的全球科学热点，一直是ＩＧＢＰ框架内Ｇ１０ｂａｌ
Ｃａｒｂｏｎ
Ｐｒｏｉｅｃｔ，ＰＡＧＥＳ，ＩＨＤＰ以及Ｇａ蛋等一系列核心项目的
核心科学内容，联台国气候变化框架阱议（ＵＩ牛ＦＣＣＣ）正在致力于寻找未来ＣＯ．排放控制
的安全途径…，目前普遍关注的焦点是陆地生态系统对大气ＣＯ．汇效应的变化，即已认识的碳汇规模在未来几十年是否会衰减甚至到达饱和的问题２】。本文基于近１０年来碳循环研究的最新进展资料，阐述土壤碳库的性质、行为及其对陆地碳汇变化的意义，
２全球碳库分配与陆地生态系统碳汇饱和问题
Ｒ．Ｌａｌ给出了全球碳库分配的最新估计资料ｏ】，大气、陆地生物和土壤等活跃圈层的碳库分别为７６０，６２０和２５００Ｐｇ（其中有机碳为１５００Ｐｇ，无机碳为１０００Ｐｇ）。尽管各圈层间的交换还缺乏确定的资料，但近年的研究表明，陆地生态系统的净碳汇为２Ｐｇ／ａｔ…。ＰＡＧＥＳ项目研究的最新进展表明，过去地质时期大气ＣＯ，浓度存在强烈的振荡变异性，从而揭示了陆地生态系统碳库源汇效应的震荡变化…。因此，研究这种变化的速率及其控制机制成为陆地系统碳循环研究的生长点。
陆地生态系统碳汇的途径首先是光合作用。光合作用的碳汇变化可用下式表示
乞…。）２乞。．“。（１＋ｐｉｎ（ｙ／ｘ））
第一作者简介：潘撮若男４１岁教授土壤学与地球表层环境学专业Ｅｍａｉｌ：ｇｘｐａｔｔ２＠ｉＩｏｎｉｉｎｅ
ｃｏｒｎ
（１）
万方数据 ＋国家自然科学基金（批准号：４９２７２１４１和４９９７２０８７）赞助项目
２ｆ１０ｆｌ－（１４一Ｉ＇Ｕ世葙．２０ｆ１０一ｆ１５
１
５曲馋馥稿
３２６第四纪研究
式中
￡…，、＿大气ＣＯ，浓瘦ｙ（１０“）下耱犍兜台｛睾瓣怒亿建率
ｅ…，。——大气ＣＯ，浓度参照水平缸Ｉ［）“）下植物光合作用间化速率
陵麓生态系缝攀实上酌§蓬＜０，２≈ｌ，
Ｂ…一光食推用教率经验常数，在养分相水分充足的实骚条传下为０．４，但整个
ＩＰＣＣ搬全球气候变化第３个评价报告中考虑了固太气ＣＯ、浓度升高的。ｃｏ、’施肥效
童，落覆预富陵蟪垒惑系统酸薤在来裘仍莪不麟增长。缀垂予未考惑殪缝生态系缝蟹暖摊放，这一预浏存柱穰大不确定性。掇据光合俸用增长懿汇效应与升溢引起的呼吸增强麴源效应阗的平衡，黠地生态系统大气Ｃｎ净汇柱近期出糯壤大妁变化，预测在最近的２０年海磺范将戆予稳翻∞】：然雨，陆地生杰系统对天气ｃ强潦汇蔽蔽静转变还墩决予土地褒用和环境因繁的变化。目前地学界和生态学界关于土壤破每陆地植被间ｆｆ奇交换，以藏土壤碳通过孵骥释披、土壤濂失丽与大气圈闯的漶通量仍嚣攫研究缺貉。｛辛为陆地生杰系
统煎要碳席——±壤磺库的爱亿行为、确实的碳汇教应鼹獒时间演变穑态研究对于阐明
陆地生态系统净碳犯的变化具有重要的科学意义。
３主壤碳储存及其移动性
３。１±壤碳糍存及冀势毒
全球±壤总碳席中，土壤有机碇席（ＳｏＣｐ００１）达１．ｓ×ｌ妒～２×１０３雌，ｉ壤无机碳库
（ＳＩＣ
ｐ００１）这０．７×ｉ妒～ｉ×１９３毁。豢拣生态系绞为地球瓣缝生态袭壤中簸大的碳德霹。
垒球森耩魄上部穰露为３６０～４８０Ｐｇ，蕊相应鲸圭壤骧遮７９０～９３０Ｐｇ，耀努剐占垒球地上部碳的８０％友右翔垒球ｓｏｃ库的７０％左右。温带森林生杰篆统中６０％麴碳以土壤有机纛存在，另羚９％隘袭麓捧薄物存在。陆邈系统碳主要存袭子热带辩辣，滋喾瓣辞拣裙寒
潞带针叶林生态系娩中”ｌ。我们对中圈土壤总硪库的估计为ｌｌＯ№，仪为加拿大的６０％，
其中ＳＯＣ约为５０Ｐｇ，ＳＩＣ约为６０Ｐ窭。同时也表鼹，±壤碳主要储露于热带、嫒热带翁赞壤和寐建森林士壤书№ｕｌ。许雾研究揭示，在天类有吏以来瓣主琏利用变纯中，热带森棘±壤碳库是最币稳定的【９】，而北方苔原土壤碳库可能对正在加剧的垒球变化最为敏感“…，因
掰滠舞森轼±壤和农娃土壤是丈气ｃｏ蒜度的可髓的主要调节者。
３．２土壤碳储存形懑与移动性
主壤璇簿豹囊纯与其碳躺存在形式及萁生耨骞效缝蠢密切翦黄蓉。主壤蠢巍碳以粗
有机质、细颗粒状有机媵和与土壤矿物质的结台杰存在；Ｂ．Ｖａｎｌａｕｗｅ等盼研究表明，在
嚣潮热带主壤中，凋落物粗霄视质和颗粒状有机鹱构成土壤憩有机鹱的２０％～３０％．且瘩爨蒸主壤静ＣＯ、产生夔％粗有橇囊呈棱显萋燕相关８“，茭蓉澈蒂夫孳琢主壤串，与＞５０Ｉ＿ｔｍ犍辍土粒站台的及檄细组分＜细粘粒，或微生钫碳）有机碳是相对翳移动而可变斡，蕊与耱砂秘糖越缝合豹商貔疆橱露稳定。Ｊ，Ｈａｓｓｉｎｋ攥蹬的±壤碳攥持骞量（ｅ。）概念
和土壤碳魏和差（夙）概念ｍ１Ｗ以用来说明土壤通过这种缩台作用的有机碳储存的潜力
Ｑ（ｇ／ｋｇ）＝４．０９斗０．３７×（＜２０“ｍ土粒％）
万方数据
曦ｔ，ｇｆ鹋ｊ＝≮一ｏｓ。ｆ＿ｇ憧，
（２）
”，
４期播根兴等：土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义
３２７
土壤微团聚体中有机碳的分布及其对环境变化的响应在土壤碳储存研究中一直受到重视。一般以国际制土壤颗粒分类区分土壤微团聚体，并以重液区分出与细土壤矿物质紧密结合的重组结合态有机碳和团聚于较粗颗粒的轻组有机碳。Ｅ．Ｇ率与＞０．２５ｕｍ团聚体有机碳含量显著相关““。６粗团聚体有机碳的活跃性”。Ｐ
Ｇｒｅｇｏｆｉｃｈ等的研
究表明，后者在土壤中的更新显著快于前者”“。Ｂ．Ｖａｎｌａｕｗｅ等采用分级法发现土壤呼吸
Ａ
Ｂｕｙａｎｏｖｓｋｙ等用“ｃ标记方法示明
ｌ～２ｒａｍ微团聚体中新碳的平均驻留期仅为１ａ，而在０．１～０２５ｍｍ微团聚体中达６ａ，显示
ＰｕＰｅｌ等同样证实种植玉米２０年后新碳主要存在于水稳
性粗团聚体中”。我４ｒｉｊ寸‘不同土壤的团聚体碳及其”ｃ同位素丰度的研究证实，＞５０¨ｍ的粗颗粒在储存有机碳中有更重要的作用（图１），且对环境变化十分敏感，它能在＜５～１０ａ的时间尺度响应于耕作制度和利用方式的改变…”Ｊ。
土壤团寨位粒组＾ｎｍ
图ｌ６”Ｃ在土壤团聚体中的变异【红壤荒地２自然白浆土
Ｆｔｇ
ＩＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆ
ｄ。℃ｉｎ
ｔｈｅｓｏｉｌｍｉｃｒｃｒ－ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ
对土壤环境中微生物碳（Ｃ…）的研究日益活跃。Ｃｍ．．是活跃的移动性碳库，通常采用氯仿熏蒸ｋＳＯ．分散提取法”６１测得。微生物碳量一般达０．１～Ｏ．４ｋｇ／ｍ２，占土壤有机碳的０．５％－４．６％。我国黑土地区表层Ｏ～２０ｃｍ土壤中土壤微生物碳量为１３０～２４０ｍｇ／ｋｇ，红壤微生物碳量介于２０～４２５ｍｇ／虹间，水稻土介于９ｌ～９１７ｍｇ／ｋｇ，依土壤肥力而异。土壤生物量碳明显地随作物生长季节和耕作制变化而变化。微生物量碳与土壤有机碳的比值可作为土壤碳有效性的指示。
溶解性有机碳（ＤＯＣ）是目前生态系统移动性碳研究的又一热点。ＤＯＣ是指能溶解千水中的有机碳，它是土壤水及陆地水系统中的重要物质。一般采用野外土壤溶液样品直接经ＴＯＣ仪测定得到，也有采用热水浸提测定。ｎ
Ｓ
Ｒｏｓｓ和Ｒ
Ｊ
Ｂａｒｔｌｅｔｔ报道，用针
筒抽取法测得的美国灰化土土壤溶液ＤＯ（７浓度达１．１～５５ｍｍｏｌ／Ｌｔ”１，美国山毛榉沼泽灰土的ＤＯＣ为】０～１００ｍｇ／Ｌｆ“】，水稻土ＤＯＣ介于１０～３０ｍｇ／ｋｇ，且生长季高于收割后。我
】、Ｂｕｙａｎｏｖｓｋｙ
万方数据
Ｇ
Ａ．ＷａｇｎｅｒＧＨＲｅｓｉｄｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｄｏｒｔａｎｄｃａｒｂｏｎｉｎｐｈ．ｖｓｉｃａ／ｆｒａｃｔｉｏｎｓ
ｏｆ
ｏｆｓｏｉｌ．１９９４
１９９４
２）ＰｕｇｅｔＥＣｈｅｎｕＣＢａｌｅｓｄｅｎｔＪ
Ｃａ／ｈｔｌ
ａｎｄｙｏｕｎｇｃａｒｂｏｎ
ｉｎ
ｓｏｉｌ
ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ
ｓｊ】ｔｙｃｕｌｌｉｖａｍｄｓｏｉｌ
３２８第四纪研究２０００蓝
髓测褥庐出酸瓶海影响下豢耩生态蓉统±壤ＤＯＣ滚度介于ｉ５。～７００ｒｎｇ／ｋｇ，困撞锈活参及其焦长期以及季节变化而异，并髓与溶液中溶解铝浓度和单桉铝一多核铝比值商度相关”。这说明ＤＯＣ作为移动性碳库对于土壤环境中元素迁移的驱动意义。森林生态累统灰化土ＤＯＣ通量可赢达ｌ
０００－－ｌ５０（｝ｋｇ／（ｈａ・ａ）。
纯学移囊睦藉稼嶷研宠±壤羰簿稳定整上毽授露债篷。有撬襞氧讫稳定蝗≤ＫＯｓ）为难氧纯有机质与易氧纯有机质的比德”“。我国各主簧土娄的ＫＯＳ为０５～１．２，此值越低，土壤碳的生物有效性越大，它与肥力有关。ＲｎＢ．Ｌｅｆｒｏｙ和Ｇ．Ｊ．Ｂｌａｒｅ提出了ｗ七壤碳的（氧化）移动度，即ｌ／３ｒｅｔｏｏｌ／Ｌ的ＫＮｆｌｌＯ，可氧化碳除以残余碳，在此基础上提出碳移动蛙指数摄念８”周默袭镬农韭管理实践对于±壤碳生麴存效性躲贡献８“。巴耍热带氧纯主中鹃璇可移动虚约为ｌ，且粗团聚体中天于缨团聚髂中““，桂辣丫啻村岩溶洼地表土的瑗移动魔为２～４口“，而太湖地区肥沃水稻土该值约为２。这些研究还显示碳移动度与粗团聚体碳有密切的关系。
土壤碳更新周期是描述土壤碳潺（移）动性的时惩标尺。老磺邋过呼吸或溶躺摊出，
瑟瑗皴转健为复杂霄枢囊或磷酸盐瓣德拜过程称为霄撬质更荔。一般来说，耍努躲有辊
质的受新周期为１０～ｌ５ａ，难分解有机质的更新周期町至１０００ａＳ平““。而土壤无机碳的更新檄慢，有资料报道达８５００ａ，因而它对大气ＣＯ，的响应和调节存狸巨大的时间滞后，这对于地质历史时期的大气圈ＣＯ，浓度的控制有重要意义。园艺土有机碳的年更新遮率约砉舂季尼碳慧量ｌ５％～２ｅ％。草骧棱款下±壤有撬酸戆谈更耨周赣为：激生舞碳９。３ａ；疆毒机鹱１２ａ，细有机质１ｌａ”∞。大多数研究资料认为，微生物碳与ＤＯＣ的更新周期为Ｉａ左右，因而是土壤系统中摄活跃的碳组分。在北美这样的温带地区．草原土壤移动性有机碳的更新周期为５０～９０ａ，即在／，／×１０ａ尺度。而残余碳的更新周期需瓣４００～ｌ６００ａ。草原±壤改转大豆，用”ｃ臻记，新磷在土壤中斡驻留期，ｌ、予６ａ。Ｄ，Ｇｅｎｔｙ等透过“Ｃ盎然丰度的灌测定，得出岩藩系统籀或石笋徽麓静酸酶转纯掏期为ｌｌａ左右，放雨揭示岩溶系统活跃运移的碳起源于土壤移动性碳ｏ“。
与照新周期一样，也常用半衰期或平均驻留期（ＭＲＴ）表示土壤碳的活动性。Ｅ．ＧＧｒｅｇｏｒｉｃｈ等报道加拿大某农业土壤袭屡ｃ，植物起源盼有机质平均毕衰期为１９ａ，谳轻组中半焱麓小亏二１０菇”】。测予法国蘸溢磐蕈骧主壤舂撬璇（ｅ～３０ｃｍ）拳囊期隽２５ａ。”Ｃ溅年法揭示温带地区表甾土壤有机质更新周期一般为５０～８０ａ，而在秸秆输入较多的羞米地，土壤有机质半衰期可低到３６ａ。ＨＴｉｅｓｓｅｎ等用”Ｎ标记法和碳同位索测年法示明某热带土壤盒土ＭＲＴ为７００ａＢ．Ｐ，但粘粒和粉砂粒组有机碳为１２００ａＢ．Ｐ．，而细牯粒中为２５０ａＢ．冀；转Ａ耕作震，热豢雨棼辫溶主和氧诧±戆强生存桃碳懿ＭＲＴ鸯＜１５ａＢＰ＋㈣。温帮土壤中六团聚体有辊碳毙微团聚俸有机碳更薪馕，热带半干草氧纯土有机碳在嵇｛＃６年后损失３０％，且剩余有机碳ＭＲＴ岛原森林土壤相肖；热带土壤最稳定的有机碳存在于粉砂组和具有中等铁磁性的粘粒组中，但后者的“ｃ年龄仅约１００ａＢ．Ｐ．，温带土壤在耕作５０～１００年后有机碳的损失很少超过５０％”“：
）王连峰，潘根兴．麟沉降影响Ｆ庐山森林土壤中溶解有机碳与酸溶胜铝．２０００
万方数据
４期
满根兴替：土壤碳及萁在地球表艉系统碳稍环中的意义
３２９
４土壤磁转移与大气ＣＯ，同样
４。１－Ｉ－壤磷转移邋疆
土壤和陆地生态系统蕾遄存在ｃＯ，一有机碳＜孙ｃ０１三棚不平衡系统ｏ”。在不同生悫系绞袋｛宰下。援魏耀纯手誊粥辫定戆有祝碳键存予主壤有提磺中，这楚ｌ骧缝生态系统主要盼碳汇途径，在农娃和淼稀的条佟下可达到７～２０９／（１１１：・ａ）：主壤膏机碳隧矿他发生向太气的
ＣＯ，逸失，它表现为对大气ＣＯ，的源效应，这种源教应的全球速率髂计为５０～７５强／ａ；其它
静汇效应：｛垂镜捃：１）在湿润气候下，通避±壤一承系统酶移秘娃ＤＯＣ形式和ＨＣＯ？形式两向海洋沉积系统迁移；２）在于旱。半于幂条件下沉淀成为士壤无机碳磷酸盐（ｓＪｃ）。通过大气一棱麴一士壤一拳一撼教褥的碳转移系麓梅瘦了陆地生态系统溅耱鄂的主要撬割，这零实上怒与生物地球化攀循环霄美的土壤中碳的转诧过程所驱动和调节∞ｊ。这些过程因ｉ壤发生特点、土壤环境荣件的变化以及土地利用而处于动态变化之中”。“‘１“”】。土壤碳转移过程遴遥对±壤碳库妁调ｕ萤雩筝翔瓣或为建缘表屡轰绞磷缓瑙曲重要撩趔逮覆。遮为获乏霹源或汇效应时系统黼动态的观测和定壤估计，目前尚无足够的资料说明日菔提高的施肥量、少免耕等耕作制魔演变以及有机农业等教术进步对全球人类耕熙土壤碳转移本质的影
响＋
土壤呼暇的ＣＯ，释敞ｔ变髓上是有机碳矿他的结果）燕土壤对大气ｃ０１源效应的主要途经，表１裂毽了魏测朝试骚繇究褥刘戆±壤ＣＯ，释敲逮搴鞠遵曩的营干资粒。虽然瞪吸并不直接响麻予大气ｃ晓浓度的舞高，艇温室效应警致酶漱麓升高将键避呼暇静增强。在Ｏ～３５℃范嗣内，呼吸对升滠的响应可罔Ｖａｎ７ｔＨｏｆｆ方程（ｃ＝ｅｂｔ””，ｃ为野外土壤滠魔ｆ下与实验室蹬莽瀑震７下土壤呼暖速率之毙，ｂ为速率常数）凌Ｌｌｏｙｄ－Ｔａｙｌｏｒ方程（Ｃ＝ｅ１叩“’“”““”ｚＲ？ｌｌＥ。为常数）简单描述之ｏｏ。Ｑ．．系数（升温ＩＯ＂Ｃ的呼吸速率与本底呼吸速率的比德）常于＃为意观携撼用来说蹲这种响斑妁蝠度，它由寒冷地嚣的４左右降低到温暖地区的２左右。ＮＷ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ等通过土桂培养浚表孵，援当缝鹩全球变化舞溢幅魔（２７Ｃ）处理３３周，灰士袭层和亚丧层土壤碳的呼吸损必鞋著增强ｏ”。但全球变暖对主壤源效应辩最终舞黻还取决于与秀避翱随的土壤湿度变化。摄外，±壤呼吸对身滁响应的长期动淼效应避翔之箍步。
表１±壤Ｃ吼－Ｃ韵释放滤率或通量的游早搬料
Ｔａｈｉｅ１
Ｓｏｍｅ幽镕《ｓｏｉｌＣ岛－Ｃｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｆｌｕｘ∞ａｉｒ
万方数据
３３０
第
四纪
研究
历史上土壤碳转移的趋势主要表现为源效应的增勰。目前的资料估计垒球±壤每年
释蔽总破霹妁５％，毙石油燃烧ＣＯ，释敢量５取高１个数激缀。虫子±建开垦裁土壤堡壤
莨学条释鹃改变，每年±壤有撬磺援失造疲豹ｃ晓释教登籀誊于石洼燃浇量酾２０％。第２次世界大战以来前５０ａ间，濑带±壤有机碳含量已下降了２０％～４０％，以至于全球土壤
至少向大气圈释放了５５№的碳。２０世纪３０～８０年代，我国土壤有机碳库呈明鞋下降趋
势”“，至８０年代后由于农业开发和区域治理才表现逐步增长‘。４。“。
４．２±壤对犬气ＣＯ：的汇效威麓土壤碳圄存
攥簸遥懿磅究资裁，±壤露天气ＣＯ，戆莨效应可逸避黻下嚣静主要途径：ｌ》±壤缝壤证学系统对ＣＯ．的吸收”（亮ｐＨ馥、鬻镑地球诧学环境下，ＳＯＣ—ＣＯ．一ＨＣＯ（；予攀，半干旱建区碱性、篱钙地球化学环境下，ＳＯＣ—ＣＯ，一Ｈｃｏｊ—ＣａＣＯ．）”’２５”’；２）土壤有机碳积累，即土壤碳饱和容量的实现。而土壤碳固存即是截获大气ｃｏ．而成为土壤固相碳蛆分的过程，它可能阱ｓｏｃ或ｓｉｃ的形式实现，是土壤对大气ｃｏ、时汇敞应的总体表现。土壤碳固存问题已成为土壤学面向全球变化研究的土壤和陆地生态系统碳循环的热点阿题，遗个问题的实曩是主攘程程收大气ｃｏ，上越蛰憾嵇维用班及在多大攫凄、俺静时闼足疫上谶节着大气
ｏ＆？
±壤磷固存始终与有棍磷积絮有密切联系。美国东南部森林生态系统±壤磺固存速率可达１８～２．３Ｍｇ／（ｈａ・ａ）ｏ“，图而认为温带森林生杰系统可能是对抗大气ＣＯ．浓度上升的碳汇。由新西兰新成沙丘土壤的碳固存案例研究估簿得到了世界各地新成母质上的碳固存速率分别为：北方森林剿温带森林约１０～１２９／（ｍ２・ａ）；热带森林和温带草原为
２，２～２．３９／（秆・ａ）；荒漠０．７～Ｏ＋８９／｛ｍ２・ａ）；北极苔原０．２９／（秆・ａ）。因此计辣褥到固土
壤毒撬碳拣絮藕达到粒全球酸骥露燕鸯０４Ｐｇ／ａ【“。
尽蛰妇诧，对陆缝系凌疆汇懿恢复阕题锯不可乐臻。估诗历史时期困天类懑麓影响的
陆地生物凝碳库损失１００～１５０№，土壤碳库损失５０～１００№，而通过土壤和陆地生物量碳
截存可恢复的潜力仅为上述损妊餐的５０％７５％ＤＪ。土壤碳固存的潜力在于：１）酸性热带稀林地的生物蹙建造；２）全球２０亿公顷退化土壤的改良和恢蔑，可贡献１．５Ｍｇ／１１ａ｛３）全球沙漠化控制，可贡献１～１．２５ｅｇ；４）农业生态系统管理的碳围稃。另外，作物育种方筒的革新也将有助予±壤碳固存，即高木器豢禽量、祗生物分解牲植物黔应用。推测通过±壤碱匿存而对藩毯生态系麓损失凌茫戆毂鬟期ｕ火终鸯２５～５０ａ。
不过，键进土壤质量的提高可能是改善陆地生态系统璇储存的根本途经Ｈｌ。不利的环境胁迫荣件都可能改变土壤碳转穆的强度甚而方向。例如，干旱胁迫、低磷胁迫和环境污染均会袭现为对土壤呼吸的促进，特别是发现日益加剧的酸沉降和土壤重盒属污染可能促进着土壤碳的分解损失ｏ““】。因而改善土壤养分供应和平衡、防治和控制土壤污染、保护土壤生态系境继康对于增强土壤的碳汇作用是十分必爨的。
羲照豢统管理措施包括提裹露枕畿密凄，簿羝寿税璇矿纯分解速率，促遴瀑攫±壤有镌磺穰存的技术帮措藏等对予增避±壤瑗藿存的贡簸十努显著（表２）。美蓬Ａｌａｂａｍａ两
万方数据
潘根必，滕永忠．灰岩一土壤系统对空气ＣＯ：的吸收厦其对太气Ｃ０２的汇效应意义。２０００
４期
潘根兴等：土壤碳及其在地球表媵系统碳循环中的意义
菜老成±稼护懂土壤辩作１０ａ眈酾耩耩作韵瑗储篷堆加２＋８９／《ｋｇ・ａ），连箨焉浓跑连雅大
豆增加０．Ｉｇ／（ｋｇ・ａ），而连作玉米在保护性耕作下可使土壤有机碳储蹙增加到９．６９／蜒，
｝￡翻瓣下逡撵走磊增搬霉撬磺鞠夺０．４９／（ｋｇ・３）”１。我锚蔻贫癀主壤政爨鞠．生态壤羹豹
研究结果也表明，玉米作为高磷襟根作物在快速增加土壤碳库储存上有重器作用。”。因
ｉ｝｜ｉ，广大甄我的贫嚣税碳瓣军受±壤的敬整对予麓越生悫系襞璇嚣＝聚复具蠢不可羝继静效应，
袭２空黻攘莲静童壤寿瓿糍辍鬟帮辕辫存壤攀
Ｔａｂｌｅ２
Ｒｅｐｏｒｔｅｄｄａｔａｏｆｒａｔｅｏｆｓｏｉｌｏ曙ａｎｉｅ
ｃａｒｂｏｎａｃｃｍｎｔｌＩａｔｉｏｎａｎｄ
ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ
１）礞撼姆莓．幂麓鞋作销覆蠢洼冀垂浆主鹭鼙拜盈毒据璇鹑器囊释势薅的彩稚．１９９９：）藩根必等暹他红壤植被恢复中瘴层土壤髓幕悻及有机磷的童恍．１９９９
蓦主壤磺毒陆圭ｌ蠹磺耩舔麓究的今蜃穷自
（｛ｊ±壤碳的形态移动键与±壤碳转移过程郓速率纳关系，以及筇辫生杰系统中碳转穆过程的定量估计，需通过系统的野外定位酶观测郓赛验分析柬接韵；
（２，±壤质攮焚化串移动性碳的变诧及其对垒球变他的响应，潜嚣予未来３０～５０ａ尺度的变他及冀艘应，倒船垒球移漠亿、区域±壤退化以及北方蒋原带生态系统孛礤霹的变纯和对大气ＣＯ、的调节，洙来ＩＨＤＰ及ＧＣＴＥ项目和垒球碳研究计划可能麓此方面努力；
（３）圭壤玮境中有橇谈与无襁酸躲藕合交葵转移魏控帮撬涮，戳及长周期褥短弼期的动态和格局。避方面盯通过ＰＡＧＥＳ项目深化研究＝
６结论
垒球陆地生态系绞碳汇饱翔闫题将引起地学和生杰学界的密切关洼。土壤碳痒慰痒嚣大而移动性强，其对环境盼动态噙应可能在仝球变他背景下发生强度和方商的改变。瓣碉土壤璇痒褒不嬲生态袭统中翦动态变她及菇环境效应，±壤璇固移妁视捌和途径，对
予缓解陵缝系缀碳汇谗朔、莲鹱稚迟簿全球交琵的速率程媲壤懿番囊要蔫惑遗豹意义。
参
ｌ
ＭｏｏｒＢ
考变献
Ｉｎｍ．ｍａｄｏｎａｌｇｅｏｓｐｈｅｒｅ～ｂｉｏｓｐｈｅｒｅｐｒｏｇｒａｍ：Ａｓｍｄ）ｏＦｇｌｏｂａｌｃｔｍｎｇｅ，ｓｏ玎僻托０ｅｃｎ∞ｓ＋ＩＧＢＰＧｌｏｂａｌ
Ｃｈａｎｇｅ｝泌ｗｓｉｅｉ≈ｆ．１９９９．４０：ｌ～３
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ｓｍｕｒａ略５００啦ｉＧＢＰＧｌｏｂａｌＣｈａｎｇｅＮｅｗＭｅｔｔｅｒ．１９９９，３７：２—３ＩＧＢＰ
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万方数据
Ｇｌｏｂａｌ甜ｏⅪｃ，％ｗｓｌｅｔｔｅｒ，１９９９，３７：４～５
Ｓｈｉｍｅ｝ＤＳ．Ｔｅｒｍｓ＇ｃｌａｌｅｃ黼ｙｓ＃ｍ＃聪ｔｈｅｃａｒｂｏｎｗｃｌｅ．ＧｌｏｂａｌＣｈａｎｇｅＢ＆＊ｌｏｇｙ，１９９５，ｌ：々７～９ｌ
３３２
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ｈ＇ａｔｕｒｅ，１９９０，３４６：４８～５１
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（３）ＴｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆＳＯＣｍａｄＳＩＣ
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ｓｕｒｆａｃｅｓｙｓｔｅｍ，ｃａｒｂｏｎｃｙｃｌｉｎｇ
土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义
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被引用次数：潘根兴， 曹建华， 周运超第四纪研究2000(4)71次
本文读者也读过(7条)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dsjyj200004003.aspx
第２０卷第４期
２０００年７月
第四纪研究
ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ
ＳＣＩＥＮＣＥＳ
Ｖ０１．２０．Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２０００
土壤碳及其在地球表层系统碳
循环中的意义＋
潘根兴①曹建华①②周运超①
（０南京农业大学恭业贤源与生态环境研究所．南京２１００９５；
鼋中国地质科学院茸藩地质研究所．国土资源部岩溶动力学开放研究实验室，桂林
５４１００４）
摘要
本文回顾了近１０年来国内外对土壤碳研究的主要进展，分析了土壤碳的移动性及其
影响因素．着重针对陆地系统碟汇饱和问题介绍了土壤碟对大气ＣＯ．源汇效应的碳转移过程及其在地球表层系统碳循环中的作用，指出应加强对土壤碳转移及其对全球变化的响应、土壤碳固存对大气ＣＯ、调控的机制和动态的研究，以便为缓解陆地系统碳汇饱和提供科学依
据。
主题词土壤碳地球表层系统碟循环
１引言
温室效应问题是近年国际地学界、生态学界和环境学界共同关注的全球科学热点，一直是ＩＧＢＰ框架内Ｇ１０ｂａｌ
Ｃａｒｂｏｎ
Ｐｒｏｉｅｃｔ，ＰＡＧＥＳ，ＩＨＤＰ以及Ｇａ蛋等一系列核心项目的
核心科学内容，联台国气候变化框架阱议（ＵＩ牛ＦＣＣＣ）正在致力于寻找未来ＣＯ．排放控制
的安全途径…，目前普遍关注的焦点是陆地生态系统对大气ＣＯ．汇效应的变化，即已认识的碳汇规模在未来几十年是否会衰减甚至到达饱和的问题２】。本文基于近１０年来碳循环研究的最新进展资料，阐述土壤碳库的性质、行为及其对陆地碳汇变化的意义，
２全球碳库分配与陆地生态系统碳汇饱和问题
Ｒ．Ｌａｌ给出了全球碳库分配的最新估计资料ｏ】，大气、陆地生物和土壤等活跃圈层的碳库分别为７６０，６２０和２５００Ｐｇ（其中有机碳为１５００Ｐｇ，无机碳为１０００Ｐｇ）。尽管各圈层间的交换还缺乏确定的资料，但近年的研究表明，陆地生态系统的净碳汇为２Ｐｇ／ａｔ…。ＰＡＧＥＳ项目研究的最新进展表明，过去地质时期大气ＣＯ，浓度存在强烈的振荡变异性，从而揭示了陆地生态系统碳库源汇效应的震荡变化…。因此，研究这种变化的速率及其控制机制成为陆地系统碳循环研究的生长点。
陆地生态系统碳汇的途径首先是光合作用。光合作用的碳汇变化可用下式表示
乞…。）２乞。．“。（１＋ｐｉｎ（ｙ／ｘ））
第一作者简介：潘撮若男４１岁教授土壤学与地球表层环境学专业Ｅｍａｉｌ：ｇｘｐａｔｔ２＠ｉＩｏｎｉｉｎｅ
ｃｏｒｎ
（１）
万方数据 ＋国家自然科学基金（批准号：４９２７２１４１和４９９７２０８７）赞助项目
２ｆ１０ｆｌ－（１４一Ｉ＇Ｕ世葙．２０ｆ１０一ｆ１５
１
５曲馋馥稿
３２６第四纪研究
式中
￡…，、＿大气ＣＯ，浓瘦ｙ（１０“）下耱犍兜台｛睾瓣怒亿建率
ｅ…，。——大气ＣＯ，浓度参照水平缸Ｉ［）“）下植物光合作用间化速率
陵麓生态系缝攀实上酌§蓬＜０，２≈ｌ，
Ｂ…一光食推用教率经验常数，在养分相水分充足的实骚条传下为０．４，但整个
ＩＰＣＣ搬全球气候变化第３个评价报告中考虑了固太气ＣＯ、浓度升高的。ｃｏ、’施肥效
童，落覆预富陵蟪垒惑系统酸薤在来裘仍莪不麟增长。缀垂予未考惑殪缝生态系缝蟹暖摊放，这一预浏存柱穰大不确定性。掇据光合俸用增长懿汇效应与升溢引起的呼吸增强麴源效应阗的平衡，黠地生态系统大气Ｃｎ净汇柱近期出糯壤大妁变化，预测在最近的２０年海磺范将戆予稳翻∞】：然雨，陆地生杰系统对天气ｃ强潦汇蔽蔽静转变还墩决予土地褒用和环境因繁的变化。目前地学界和生态学界关于土壤破每陆地植被间ｆｆ奇交换，以藏土壤碳通过孵骥释披、土壤濂失丽与大气圈闯的漶通量仍嚣攫研究缺貉。｛辛为陆地生杰系
统煎要碳席——±壤磺库的爱亿行为、确实的碳汇教应鼹獒时间演变穑态研究对于阐明
陆地生态系统净碳犯的变化具有重要的科学意义。
３主壤碳储存及其移动性
３。１±壤碳糍存及冀势毒
全球±壤总碳席中，土壤有机碇席（ＳｏＣｐ００１）达１．ｓ×ｌ妒～２×１０３雌，ｉ壤无机碳库
（ＳＩＣ
ｐ００１）这０．７×ｉ妒～ｉ×１９３毁。豢拣生态系绞为地球瓣缝生态袭壤中簸大的碳德霹。
垒球森耩魄上部穰露为３６０～４８０Ｐｇ，蕊相应鲸圭壤骧遮７９０～９３０Ｐｇ，耀努剐占垒球地上部碳的８０％友右翔垒球ｓｏｃ库的７０％左右。温带森林生杰篆统中６０％麴碳以土壤有机纛存在，另羚９％隘袭麓捧薄物存在。陆邈系统碳主要存袭子热带辩辣，滋喾瓣辞拣裙寒
潞带针叶林生态系娩中”ｌ。我们对中圈土壤总硪库的估计为ｌｌＯ№，仪为加拿大的６０％，
其中ＳＯＣ约为５０Ｐｇ，ＳＩＣ约为６０Ｐ窭。同时也表鼹，±壤碳主要储露于热带、嫒热带翁赞壤和寐建森林士壤书№ｕｌ。许雾研究揭示，在天类有吏以来瓣主琏利用变纯中，热带森棘±壤碳库是最币稳定的【９】，而北方苔原土壤碳库可能对正在加剧的垒球变化最为敏感“…，因
掰滠舞森轼±壤和农娃土壤是丈气ｃｏ蒜度的可髓的主要调节者。
３．２土壤碳储存形懑与移动性
主壤璇簿豹囊纯与其碳躺存在形式及萁生耨骞效缝蠢密切翦黄蓉。主壤蠢巍碳以粗
有机质、细颗粒状有机媵和与土壤矿物质的结台杰存在；Ｂ．Ｖａｎｌａｕｗｅ等盼研究表明，在
嚣潮热带主壤中，凋落物粗霄视质和颗粒状有机鹱构成土壤憩有机鹱的２０％～３０％．且瘩爨蒸主壤静ＣＯ、产生夔％粗有橇囊呈棱显萋燕相关８“，茭蓉澈蒂夫孳琢主壤串，与＞５０Ｉ＿ｔｍ犍辍土粒站台的及檄细组分＜细粘粒，或微生钫碳）有机碳是相对翳移动而可变斡，蕊与耱砂秘糖越缝合豹商貔疆橱露稳定。Ｊ，Ｈａｓｓｉｎｋ攥蹬的±壤碳攥持骞量（ｅ。）概念
和土壤碳魏和差（夙）概念ｍ１Ｗ以用来说明土壤通过这种缩台作用的有机碳储存的潜力
Ｑ（ｇ／ｋｇ）＝４．０９斗０．３７×（＜２０“ｍ土粒％）
万方数据
曦ｔ，ｇｆ鹋ｊ＝≮一ｏｓ。ｆ＿ｇ憧，
（２）
”，
４期播根兴等：土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义
３２７
土壤微团聚体中有机碳的分布及其对环境变化的响应在土壤碳储存研究中一直受到重视。一般以国际制土壤颗粒分类区分土壤微团聚体，并以重液区分出与细土壤矿物质紧密结合的重组结合态有机碳和团聚于较粗颗粒的轻组有机碳。Ｅ．Ｇ率与＞０．２５ｕｍ团聚体有机碳含量显著相关““。６粗团聚体有机碳的活跃性”。Ｐ
Ｇｒｅｇｏｆｉｃｈ等的研
究表明，后者在土壤中的更新显著快于前者”“。Ｂ．Ｖａｎｌａｕｗｅ等采用分级法发现土壤呼吸
Ａ
Ｂｕｙａｎｏｖｓｋｙ等用“ｃ标记方法示明
ｌ～２ｒａｍ微团聚体中新碳的平均驻留期仅为１ａ，而在０．１～０２５ｍｍ微团聚体中达６ａ，显示
ＰｕＰｅｌ等同样证实种植玉米２０年后新碳主要存在于水稳
性粗团聚体中”。我４ｒｉｊ寸‘不同土壤的团聚体碳及其”ｃ同位素丰度的研究证实，＞５０¨ｍ的粗颗粒在储存有机碳中有更重要的作用（图１），且对环境变化十分敏感，它能在＜５～１０ａ的时间尺度响应于耕作制度和利用方式的改变…”Ｊ。
土壤团寨位粒组＾ｎｍ
图ｌ６”Ｃ在土壤团聚体中的变异【红壤荒地２自然白浆土
Ｆｔｇ
ＩＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆ
ｄ。℃ｉｎ
ｔｈｅｓｏｉｌｍｉｃｒｃｒ－ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ
对土壤环境中微生物碳（Ｃ…）的研究日益活跃。Ｃｍ．．是活跃的移动性碳库，通常采用氯仿熏蒸ｋＳＯ．分散提取法”６１测得。微生物碳量一般达０．１～Ｏ．４ｋｇ／ｍ２，占土壤有机碳的０．５％－４．６％。我国黑土地区表层Ｏ～２０ｃｍ土壤中土壤微生物碳量为１３０～２４０ｍｇ／ｋｇ，红壤微生物碳量介于２０～４２５ｍｇ／虹间，水稻土介于９ｌ～９１７ｍｇ／ｋｇ，依土壤肥力而异。土壤生物量碳明显地随作物生长季节和耕作制变化而变化。微生物量碳与土壤有机碳的比值可作为土壤碳有效性的指示。
溶解性有机碳（ＤＯＣ）是目前生态系统移动性碳研究的又一热点。ＤＯＣ是指能溶解千水中的有机碳，它是土壤水及陆地水系统中的重要物质。一般采用野外土壤溶液样品直接经ＴＯＣ仪测定得到，也有采用热水浸提测定。ｎ
Ｓ
Ｒｏｓｓ和Ｒ
Ｊ
Ｂａｒｔｌｅｔｔ报道，用针
筒抽取法测得的美国灰化土土壤溶液ＤＯ（７浓度达１．１～５５ｍｍｏｌ／Ｌｔ”１，美国山毛榉沼泽灰土的ＤＯＣ为】０～１００ｍｇ／Ｌｆ“】，水稻土ＤＯＣ介于１０～３０ｍｇ／ｋｇ，且生长季高于收割后。我
】、Ｂｕｙａｎｏｖｓｋｙ
万方数据
Ｇ
Ａ．ＷａｇｎｅｒＧＨＲｅｓｉｄｕｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｄｏｒｔａｎｄｃａｒｂｏｎｉｎｐｈ．ｖｓｉｃａ／ｆｒａｃｔｉｏｎｓ
ｏｆ
ｏｆｓｏｉｌ．１９９４
１９９４
２）ＰｕｇｅｔＥＣｈｅｎｕＣＢａｌｅｓｄｅｎｔＪ
Ｃａ／ｈｔｌ
ａｎｄｙｏｕｎｇｃａｒｂｏｎ
ｉｎ
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３２８第四纪研究２０００蓝
髓测褥庐出酸瓶海影响下豢耩生态蓉统±壤ＤＯＣ滚度介于ｉ５。～７００ｒｎｇ／ｋｇ，困撞锈活参及其焦长期以及季节变化而异，并髓与溶液中溶解铝浓度和单桉铝一多核铝比值商度相关”。这说明ＤＯＣ作为移动性碳库对于土壤环境中元素迁移的驱动意义。森林生态累统灰化土ＤＯＣ通量可赢达ｌ
０００－－ｌ５０（｝ｋｇ／（ｈａ・ａ）。
纯学移囊睦藉稼嶷研宠±壤羰簿稳定整上毽授露债篷。有撬襞氧讫稳定蝗≤ＫＯｓ）为难氧纯有机质与易氧纯有机质的比德”“。我国各主簧土娄的ＫＯＳ为０５～１．２，此值越低，土壤碳的生物有效性越大，它与肥力有关。ＲｎＢ．Ｌｅｆｒｏｙ和Ｇ．Ｊ．Ｂｌａｒｅ提出了ｗ七壤碳的（氧化）移动度，即ｌ／３ｒｅｔｏｏｌ／Ｌ的ＫＮｆｌｌＯ，可氧化碳除以残余碳，在此基础上提出碳移动蛙指数摄念８”周默袭镬农韭管理实践对于±壤碳生麴存效性躲贡献８“。巴耍热带氧纯主中鹃璇可移动虚约为ｌ，且粗团聚体中天于缨团聚髂中““，桂辣丫啻村岩溶洼地表土的瑗移动魔为２～４口“，而太湖地区肥沃水稻土该值约为２。这些研究还显示碳移动度与粗团聚体碳有密切的关系。
土壤碳更新周期是描述土壤碳潺（移）动性的时惩标尺。老磺邋过呼吸或溶躺摊出，
瑟瑗皴转健为复杂霄枢囊或磷酸盐瓣德拜过程称为霄撬质更荔。一般来说，耍努躲有辊
质的受新周期为１０～ｌ５ａ，难分解有机质的更新周期町至１０００ａＳ平““。而土壤无机碳的更新檄慢，有资料报道达８５００ａ，因而它对大气ＣＯ，的响应和调节存狸巨大的时间滞后，这对于地质历史时期的大气圈ＣＯ，浓度的控制有重要意义。园艺土有机碳的年更新遮率约砉舂季尼碳慧量ｌ５％～２ｅ％。草骧棱款下±壤有撬酸戆谈更耨周赣为：激生舞碳９。３ａ；疆毒机鹱１２ａ，细有机质１ｌａ”∞。大多数研究资料认为，微生物碳与ＤＯＣ的更新周期为Ｉａ左右，因而是土壤系统中摄活跃的碳组分。在北美这样的温带地区．草原土壤移动性有机碳的更新周期为５０～９０ａ，即在／，／×１０ａ尺度。而残余碳的更新周期需瓣４００～ｌ６００ａ。草原±壤改转大豆，用”ｃ臻记，新磷在土壤中斡驻留期，ｌ、予６ａ。Ｄ，Ｇｅｎｔｙ等透过“Ｃ盎然丰度的灌测定，得出岩藩系统籀或石笋徽麓静酸酶转纯掏期为ｌｌａ左右，放雨揭示岩溶系统活跃运移的碳起源于土壤移动性碳ｏ“。
与照新周期一样，也常用半衰期或平均驻留期（ＭＲＴ）表示土壤碳的活动性。Ｅ．ＧＧｒｅｇｏｒｉｃｈ等报道加拿大某农业土壤袭屡ｃ，植物起源盼有机质平均毕衰期为１９ａ，谳轻组中半焱麓小亏二１０菇”】。测予法国蘸溢磐蕈骧主壤舂撬璇（ｅ～３０ｃｍ）拳囊期隽２５ａ。”Ｃ溅年法揭示温带地区表甾土壤有机质更新周期一般为５０～８０ａ，而在秸秆输入较多的羞米地，土壤有机质半衰期可低到３６ａ。ＨＴｉｅｓｓｅｎ等用”Ｎ标记法和碳同位索测年法示明某热带土壤盒土ＭＲＴ为７００ａＢ．Ｐ，但粘粒和粉砂粒组有机碳为１２００ａＢ．Ｐ．，而细牯粒中为２５０ａＢ．冀；转Ａ耕作震，热豢雨棼辫溶主和氧诧±戆强生存桃碳懿ＭＲＴ鸯＜１５ａＢＰ＋㈣。温帮土壤中六团聚体有辊碳毙微团聚俸有机碳更薪馕，热带半干草氧纯土有机碳在嵇｛＃６年后损失３０％，且剩余有机碳ＭＲＴ岛原森林土壤相肖；热带土壤最稳定的有机碳存在于粉砂组和具有中等铁磁性的粘粒组中，但后者的“ｃ年龄仅约１００ａＢ．Ｐ．，温带土壤在耕作５０～１００年后有机碳的损失很少超过５０％”“：
）王连峰，潘根兴．麟沉降影响Ｆ庐山森林土壤中溶解有机碳与酸溶胜铝．２０００
万方数据
４期
满根兴替：土壤碳及萁在地球表艉系统碳稍环中的意义
３２９
４土壤磁转移与大气ＣＯ，同样
４。１－Ｉ－壤磷转移邋疆
土壤和陆地生态系统蕾遄存在ｃＯ，一有机碳＜孙ｃ０１三棚不平衡系统ｏ”。在不同生悫系绞袋｛宰下。援魏耀纯手誊粥辫定戆有祝碳键存予主壤有提磺中，这楚ｌ骧缝生态系统主要盼碳汇途径，在农娃和淼稀的条佟下可达到７～２０９／（１１１：・ａ）：主壤膏机碳隧矿他发生向太气的
ＣＯ，逸失，它表现为对大气ＣＯ，的源效应，这种源教应的全球速率髂计为５０～７５强／ａ；其它
静汇效应：｛垂镜捃：１）在湿润气候下，通避±壤一承系统酶移秘娃ＤＯＣ形式和ＨＣＯ？形式两向海洋沉积系统迁移；２）在于旱。半于幂条件下沉淀成为士壤无机碳磷酸盐（ｓＪｃ）。通过大气一棱麴一士壤一拳一撼教褥的碳转移系麓梅瘦了陆地生态系统溅耱鄂的主要撬割，这零实上怒与生物地球化攀循环霄美的土壤中碳的转诧过程所驱动和调节∞ｊ。这些过程因ｉ壤发生特点、土壤环境荣件的变化以及土地利用而处于动态变化之中”。“‘１“”】。土壤碳转移过程遴遥对±壤碳库妁调ｕ萤雩筝翔瓣或为建缘表屡轰绞磷缓瑙曲重要撩趔逮覆。遮为获乏霹源或汇效应时系统黼动态的观测和定壤估计，目前尚无足够的资料说明日菔提高的施肥量、少免耕等耕作制魔演变以及有机农业等教术进步对全球人类耕熙土壤碳转移本质的影
响＋
土壤呼暇的ＣＯ，释敞ｔ变髓上是有机碳矿他的结果）燕土壤对大气ｃ０１源效应的主要途经，表１裂毽了魏测朝试骚繇究褥刘戆±壤ＣＯ，释敲逮搴鞠遵曩的营干资粒。虽然瞪吸并不直接响麻予大气ｃ晓浓度的舞高，艇温室效应警致酶漱麓升高将键避呼暇静增强。在Ｏ～３５℃范嗣内，呼吸对升滠的响应可罔Ｖａｎ７ｔＨｏｆｆ方程（ｃ＝ｅｂｔ””，ｃ为野外土壤滠魔ｆ下与实验室蹬莽瀑震７下土壤呼暖速率之毙，ｂ为速率常数）凌Ｌｌｏｙｄ－Ｔａｙｌｏｒ方程（Ｃ＝ｅ１叩“’“”““”ｚＲ？ｌｌＥ。为常数）简单描述之ｏｏ。Ｑ．．系数（升温ＩＯ＂Ｃ的呼吸速率与本底呼吸速率的比德）常于＃为意观携撼用来说蹲这种响斑妁蝠度，它由寒冷地嚣的４左右降低到温暖地区的２左右。ＮＷ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ等通过土桂培养浚表孵，援当缝鹩全球变化舞溢幅魔（２７Ｃ）处理３３周，灰士袭层和亚丧层土壤碳的呼吸损必鞋著增强ｏ”。但全球变暖对主壤源效应辩最终舞黻还取决于与秀避翱随的土壤湿度变化。摄外，±壤呼吸对身滁响应的长期动淼效应避翔之箍步。
表１±壤Ｃ吼－Ｃ韵释放滤率或通量的游早搬料
Ｔａｈｉｅ１
Ｓｏｍｅ幽镕《ｓｏｉｌＣ岛－Ｃｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｆｌｕｘ∞ａｉｒ
万方数据
３３０
第
四纪
研究
历史上土壤碳转移的趋势主要表现为源效应的增勰。目前的资料估计垒球±壤每年
释蔽总破霹妁５％，毙石油燃烧ＣＯ，释敢量５取高１个数激缀。虫子±建开垦裁土壤堡壤
莨学条释鹃改变，每年±壤有撬磺援失造疲豹ｃ晓释教登籀誊于石洼燃浇量酾２０％。第２次世界大战以来前５０ａ间，濑带±壤有机碳含量已下降了２０％～４０％，以至于全球土壤
至少向大气圈释放了５５№的碳。２０世纪３０～８０年代，我国土壤有机碳库呈明鞋下降趋
势”“，至８０年代后由于农业开发和区域治理才表现逐步增长‘。４。“。
４．２±壤对犬气ＣＯ：的汇效威麓土壤碳圄存
攥簸遥懿磅究资裁，±壤露天气ＣＯ，戆莨效应可逸避黻下嚣静主要途径：ｌ》±壤缝壤证学系统对ＣＯ．的吸收”（亮ｐＨ馥、鬻镑地球诧学环境下，ＳＯＣ—ＣＯ．一ＨＣＯ（；予攀，半干旱建区碱性、篱钙地球化学环境下，ＳＯＣ—ＣＯ，一Ｈｃｏｊ—ＣａＣＯ．）”’２５”’；２）土壤有机碳积累，即土壤碳饱和容量的实现。而土壤碳固存即是截获大气ｃｏ．而成为土壤固相碳蛆分的过程，它可能阱ｓｏｃ或ｓｉｃ的形式实现，是土壤对大气ｃｏ、时汇敞应的总体表现。土壤碳固存问题已成为土壤学面向全球变化研究的土壤和陆地生态系统碳循环的热点阿题，遗个问题的实曩是主攘程程收大气ｃｏ，上越蛰憾嵇维用班及在多大攫凄、俺静时闼足疫上谶节着大气
ｏ＆？
±壤磷固存始终与有棍磷积絮有密切联系。美国东南部森林生态系统±壤磺固存速率可达１８～２．３Ｍｇ／（ｈａ・ａ）ｏ“，图而认为温带森林生杰系统可能是对抗大气ＣＯ．浓度上升的碳汇。由新西兰新成沙丘土壤的碳固存案例研究估簿得到了世界各地新成母质上的碳固存速率分别为：北方森林剿温带森林约１０～１２９／（ｍ２・ａ）；热带森林和温带草原为
２，２～２．３９／（秆・ａ）；荒漠０．７～Ｏ＋８９／｛ｍ２・ａ）；北极苔原０．２９／（秆・ａ）。因此计辣褥到固土
壤毒撬碳拣絮藕达到粒全球酸骥露燕鸯０４Ｐｇ／ａ【“。
尽蛰妇诧，对陆缝系凌疆汇懿恢复阕题锯不可乐臻。估诗历史时期困天类懑麓影响的
陆地生物凝碳库损失１００～１５０№，土壤碳库损失５０～１００№，而通过土壤和陆地生物量碳
截存可恢复的潜力仅为上述损妊餐的５０％７５％ＤＪ。土壤碳固存的潜力在于：１）酸性热带稀林地的生物蹙建造；２）全球２０亿公顷退化土壤的改良和恢蔑，可贡献１．５Ｍｇ／１１ａ｛３）全球沙漠化控制，可贡献１～１．２５ｅｇ；４）农业生态系统管理的碳围稃。另外，作物育种方筒的革新也将有助予±壤碳固存，即高木器豢禽量、祗生物分解牲植物黔应用。推测通过±壤碱匿存而对藩毯生态系麓损失凌茫戆毂鬟期ｕ火终鸯２５～５０ａ。
不过，键进土壤质量的提高可能是改善陆地生态系统璇储存的根本途经Ｈｌ。不利的环境胁迫荣件都可能改变土壤碳转穆的强度甚而方向。例如，干旱胁迫、低磷胁迫和环境污染均会袭现为对土壤呼吸的促进，特别是发现日益加剧的酸沉降和土壤重盒属污染可能促进着土壤碳的分解损失ｏ““】。因而改善土壤养分供应和平衡、防治和控制土壤污染、保护土壤生态系境继康对于增强土壤的碳汇作用是十分必爨的。
羲照豢统管理措施包括提裹露枕畿密凄，簿羝寿税璇矿纯分解速率，促遴瀑攫±壤有镌磺穰存的技术帮措藏等对予增避±壤瑗藿存的贡簸十努显著（表２）。美蓬Ａｌａｂａｍａ两
万方数据
潘根必，滕永忠．灰岩一土壤系统对空气ＣＯ：的吸收厦其对太气Ｃ０２的汇效应意义。２０００
４期
潘根兴等：土壤碳及其在地球表媵系统碳循环中的意义
菜老成±稼护懂土壤辩作１０ａ眈酾耩耩作韵瑗储篷堆加２＋８９／《ｋｇ・ａ），连箨焉浓跑连雅大
豆增加０．Ｉｇ／（ｋｇ・ａ），而连作玉米在保护性耕作下可使土壤有机碳储蹙增加到９．６９／蜒，
｝￡翻瓣下逡撵走磊增搬霉撬磺鞠夺０．４９／（ｋｇ・３）”１。我锚蔻贫癀主壤政爨鞠．生态壤羹豹
研究结果也表明，玉米作为高磷襟根作物在快速增加土壤碳库储存上有重器作用。”。因
ｉ｝｜ｉ，广大甄我的贫嚣税碳瓣军受±壤的敬整对予麓越生悫系襞璇嚣＝聚复具蠢不可羝继静效应，
袭２空黻攘莲静童壤寿瓿糍辍鬟帮辕辫存壤攀
Ｔａｂｌｅ２
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ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ
１）礞撼姆莓．幂麓鞋作销覆蠢洼冀垂浆主鹭鼙拜盈毒据璇鹑器囊释势薅的彩稚．１９９９：）藩根必等暹他红壤植被恢复中瘴层土壤髓幕悻及有机磷的童恍．１９９９
蓦主壤磺毒陆圭ｌ蠹磺耩舔麓究的今蜃穷自
（｛ｊ±壤碳的形态移动键与±壤碳转移过程郓速率纳关系，以及筇辫生杰系统中碳转穆过程的定量估计，需通过系统的野外定位酶观测郓赛验分析柬接韵；
（２，±壤质攮焚化串移动性碳的变诧及其对垒球变他的响应，潜嚣予未来３０～５０ａ尺度的变他及冀艘应，倒船垒球移漠亿、区域±壤退化以及北方蒋原带生态系统孛礤霹的变纯和对大气ＣＯ、的调节，洙来ＩＨＤＰ及ＧＣＴＥ项目和垒球碳研究计划可能麓此方面努力；
（３）圭壤玮境中有橇谈与无襁酸躲藕合交葵转移魏控帮撬涮，戳及长周期褥短弼期的动态和格局。避方面盯通过ＰＡＧＥＳ项目深化研究＝
６结论
垒球陆地生态系绞碳汇饱翔闫题将引起地学和生杰学界的密切关洼。土壤碳痒慰痒嚣大而移动性强，其对环境盼动态噙应可能在仝球变他背景下发生强度和方商的改变。瓣碉土壤璇痒褒不嬲生态袭统中翦动态变她及菇环境效应，±壤璇固移妁视捌和途径，对
予缓解陵缝系缀碳汇谗朔、莲鹱稚迟簿全球交琵的速率程媲壤懿番囊要蔫惑遗豹意义。
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考变献
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３３２
第
四纪研
究
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土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义
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被引用次数：潘根兴， 曹建华， 周运超第四纪研究2000(4)71次
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