文档介绍：土地利用方式对土壤碳库影响的敏感性评价指标
张金波,宋长春*
中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春 130012
摘要:综述了目前国内外在监测土地利用方式对土壤有机碳动态的影响时所采用的一些敏感性指标:微生物量碳和微生物商、CO2通量和qCO2、轻组有机质和颗粒态有机质、溶解态有机碳(DOC)。大量的研究表明,与土壤有机碳相比,微生物量碳库的周转率更大,周转时间更短,在土壤总有机碳变化可检测之前,土壤微生物部分的变化可能被检测到,是土壤碳动态的敏感性指标。轻组和颗粒态有机质是自然土壤肥力的决定因素,也是土地管理方式影响最明显的部分,对于准确评价土地利用变化对土壤碳过程的影响具有重要意义。CO2通量和qCO2可以综合反映土壤微生物的活性、利用土壤有机碳的效率及土壤中碳的代谢作用等,也是土壤碳动态的敏感性指标。DOC通量比全球植物和大气间碳交换量小1~2个数量级,所以生物圈碳平衡的很小变化会导致DOC的巨大变化,DOC浓度和通量是土壤温度和湿度变化的敏感指标。
关键词:土地利用;敏感性指标;微生物量碳;颗粒碳有机质;轻组有机质;溶解态有机碳
中图分类号:X14 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2003)04-0500-05
土壤碳库大约有1550 Pg有机碳和750 Pg无机碳(0~1 m土层),是大气碳库的3倍,,成为地球表层最大的有机碳库,在全球碳循环中起着关键作用[1]。土壤可以被看作是一种碳的源或汇,并且影响着大气中CO2的浓度[2]。土壤有机碳是土壤质量的核心,也是营养元素生物地球化学循环的主要组成部分,其质量和数量影响着土壤的物理、化学和生物特征及其过程,影响和控制着植物初级生产量,是土壤质量评价和土地可持续利用管理中必须考虑的重要指标。土壤有机质含量降低,引起土壤肥力、持水能力下降,侵蚀作用增强,同时导致温室气体排放量增加。因此,深入认识不同环境条件下土壤有机碳动态变化及其控制过程,是实现土地资源可持续利用的重要基础。土地利用方式对土壤有机碳动态的影响正在成为国内外研究的热点问题。
1 土地利用和管理方式对土壤碳库的影响
土地利用方式影响土壤的功能和性质,主要是通过影响土壤的有机质含量和土壤结构稳定性[3]。土地从自然植被向农田转变初期的5~7 a,土壤有机质损失速率较快;15~20 a后,有机碳损失曲线趋于平缓,并可能在20~50 a内达到一个新的平衡水平[4]。但是这一平衡水平通常低于自然状态[5]。在过去的200 a里,随着全球农业用地面积的不断增加,土壤有机碳贮量不断减少,而进入大气中的碳不断增加,使得农业土壤成为大气CO2源,极大地影响到大气中CO2的浓度[6]和全球碳平衡[7]。
农业耕作使土壤有机碳造成损失主要归咎于3个过程[8]:
(1)氧化或矿化农业活动改变了土壤团聚体的结构,提高了土壤温度[9],影响了有机质的物理稳定性[10],加速了有机质的分解;同时有机质输入减少,改变了土壤有机碳输入和各部分有机碳库矿化之间的净平衡,更加剧了有机碳的损失。
(2)溶解态有机碳或颗粒态有机碳的淋洗或转移溶解态土壤有机碳在全碳中占很小一部分[11],但是它的碳含量高,周转时间短,它的淋洗或转移对生态系统过程和养分平衡有重要影响[12]。
(3)水蚀或风蚀土壤侵蚀在土壤有机碳