作者简介：李春哲（1982—），女，博士，讲师，研究方向：面源污染。基金项目：本文系吉林工业职业技术学院2016年度科研课题“饮马河流域面源污染负荷及污染物时空格局演变特征分析”（课题编号：16ky06）的阶段性研究成果之

一。土壤有机质碳矿化影响的研究进展

李春哲

（吉林工业职业技术学院制药与环境技术学院，吉林吉林132013）

摘要：

关键词：

中图分类号：S153.62文献标识码：A化肥施用、耕作方式以及土壤的理化性质等均对土壤有机质碳矿化产生影响，由

于土壤有机碳的容量很大，即使其微小变动就可导致整个空气容量中CO2浓度

边幅很大，所以土壤有机质碳矿化在整个碳循环过程中起着至关重要的作用。目前CO2作为温室效应气体，成为全球环境关注的焦点问题。因此，在整个生态系

统内固碳增汇是每个国家在未来环境问题上应该努力的方向，本文综述了土壤有机质碳矿化的影响因素，并给出了未来在土壤有机质碳矿化应该侧重的研究

方向。土壤有机质；矿化；研究进展

1引言

土壤有机质碳矿化是指是土壤有机质通过

分解变为简单无机化合物并放出二氧化碳的过

程，是在微生物作用下进行的。土壤中的机质，是

土壤固相部分的一种重要的组成，主要是指土壤

中来源的生命物质，一般含量在0~5%之间，泥

炭土可高达20%或30%以上，漠境土和砂质土

壤不足0.5%。土壤有机质矿化影响因素很多，土

壤有机质矿化对土壤肥力保持、壤土构成、农林

业和生态系统可持续发展等都有着极其重大的

意义。2影响因素

2.1化肥的施用

目前农业生产资料的最基本投入就是化肥

的施用，不论是在发达国家还是在发展中国家，

化肥的施用都成为了增产、增收的最直接的、最

有效的措施[1]。化肥的施用，也成为了影响有机碳

库的最重要的原因。近些年一些研究表明[2-4]，由于肥料的类型不同，对土壤中的有机碳的影响比

重也不尽相同，有研究表明，有机肥与无机肥配

合使用，既补充了有机碳源又改善了土壤的物理

性状，可提高土壤碳含量。比较研究了施用水葫

芦有机肥和畜禽粪有机肥对土壤CO2排放特征

的影响。结果表明：就处理土壤的CO2排放量与

累积排放量能力而言，水葫芦有机肥均显著低于

畜禽粪有机肥。有机肥处理土壤的CO2累积排

放量与潜在可矿化有机碳含量以及有机质碳矿

化速率呈显著正相关。有研究者在室内模拟试

验，证明在不同施肥处理中，高量有机肥及高量

有机肥配施化肥处理土壤有机碳累积矿化量较

高，有机肥的施用提高了土壤有机碳的矿化总

量；土壤碳总矿化量与土壤总有机碳和活性有机

碳含量呈极显著相关关系。研究者对我国东北地

区的典型黑土进行了连续施肥28年的相关研

究，证明无论是有机肥还是化肥都能增加土壤有

机碳含量，此外，实验表明有机肥、化肥配合施用第32卷第3期圆园员8年第3期Vol.32No.3NO.3.2018技术与教育TECHNIQUE&EDUCATION的情况较单品种施肥的土壤效果好，所以我们未

来可以通过调控施肥种类来达到有效保护土壤

质量和肥力的效果。此外实验证明，长期施用有

机肥料对土壤中微生物的群落结构影响很大。有

机肥料的施用，能明显提高红壤微生物生物活

性，加速微生物对土壤有机质碳矿化[5]。

2.2耕作措施

频繁翻耕能使保护的土壤有机质的团聚体

暴露在外，从而破坏了土壤的自然结构，加速了

土壤有机质碳矿化，所以不同耕作制度是影响土

壤有机碳含量的重要因素，在众多耕种方式当中

以垄作免耕（NT）最佳[6]。稻草还田、免耕等耕种

方式有利于促进土壤0~5cm土层土壤有机碳的

转化和腐殖化，这对土壤肥力的提高和控制土壤

温室气体排放、减缓温室效应具有重要的意义。

就实行何种保护性耕作更有利于增加SOC（土

壤有机碳）、降低土壤CO2排放，有研究者探讨

了不同耕作方式下SOC的存储和分布，结果表

明：与MP（带耕）和NT（免耕）土壤相比，土壤团

聚体SOC含量较高，且较为活跃。各耕作处理

中，土壤有机碳的最大矿化速率相关性明显，土

壤pH和土壤有机质碳矿化率呈正比关系。研究

者在黄土高原进行了相关实验，采用春玉米-

冬小麦-夏大豆轮作，并进行了相关的保护性

耕作。结果表明：土壤碳固定明显增强，秸秆覆盖

的耕种措施固碳效果优于免耕措施，还可实行水

旱轮作的耕种模式，未来推广并应用科学的耕作

方式，要提供科学指导，十分有必要建立合理的

耕种方案，为合理轮耕模式提供一定的理论基

础。

2.3土壤质地

影响土壤中有机质碳矿化的首要因素是土

壤自身的物理、化学性质，其中最为明显的因素

是土壤质地。在14C示踪技术模拟实验（25℃）

下，研究不同土壤质地如壤黏土、粉黏土和砂壤

土3种土壤中，其土壤中水分变化对其土壤中有

机质碳矿化的相关响应。结果表明：以14C标记

的矿化率在砂壤土和壤黏土中持水量（WHC）达

到最大值，在第160天时的结果分别约为53%

和58%，粉黏土矿化率处于缓慢升高趋势；3种

土壤原有机质碳矿化率都在75%WHC（土壤含水率）时达到最高，粉黏土为4.8%，砂壤土为

5.8%，壤黏土为8.0%，但超过此含水量后，其矿

化率显著下降。3种质地土壤的有机质碳矿化率

与土壤含水量的相关关系更进一步证明了不同

土壤质地不同，含水量不同，土壤的有机质碳矿

化存在差异[7]。

2.4土壤中金属离子

大量文献表明，土壤对矿物的吸附作用可

以土壤中的有机质免受微生物的分解，土壤矿物

质和有机质是通过一定作用力而结合在一起的，

作用力主要是钙复合键，铁、铝键复合体等。土壤

有机质的稳定性维持主要依靠土壤中某些金属

氧化物及水合物对，Hughes和Johnson、Adams、

Evans、SkjemstadJ、KaiserK[8-9]等研究者经过实验

得出大多数土壤中有机土壤中铁、铝含量呈正比

关系；证明土壤有机质有很大的表面积及吸附能

力，而有机质中铁、铝的氧化物及铁、铝的水合物

能铁铝抑制土壤有机质的分解。赵兰坡[10]等研究

铝离子改良盐碱土，人工施加硫酸铝在改良盐碱

土的同时，是否在控制有机质碳矿化上有一定影

响，还有待研究。

2.5土壤生物

研究表明，土壤中微生物的量与土壤有机

碳的量，两者之间存在正比关系。磷肥是一种微

生物必须的营养元素，所以施用磷肥在一定程度

上可以提高土壤微生物碳的含量，长期施用磷肥

能改变、影响微生物的群落结构，进而使有机碳

的矿化得到促进。蚯蚓肠道作用对土壤微生物作

用影响也比较明显，这种作用可表现在两个方

面，一是在作用初期的对有机质矿化的促进作

用，二是后期对土壤有机质残留物的稳定化作

用，在未来的工作中将揭示蚯蚓对SOM（土壤有

机质）稳定性的控制机理、蚯蚓对土壤中有机质

的降解和转化的作用等焦点问题，此研究对揭示

全球碳循环规律具有非常重要的意义。

2.6土壤pH

土壤有机质碳矿化和分解还受到微生物的

活性以及微生物的酶活性来影响。土壤的pH值

会影响土壤中微生物活性，pH过高、pH过低都

会使微生物的活性受到抑制，进而减缓土壤中有

机碳转化。Bottner[11]等研究发现，自然土壤盐

基18技术与教育李春哲土壤有机质碳矿化影响的研究进展19

饱和度与土壤pH有相关性，真菌异质性和土壤

酶活性及细菌随着土壤pH升高而升高。3展望

土壤中有机碳动态平衡受多种因素的影

响，如土壤的理化特性、人类活动、气候类型、植

被覆盖等诸多因素影响。全球变暖情景下土壤有

机碳库未来的走向，在未来将决定着未来气候变

化预测。必须对土壤有机碳蓄积有过程正确地理

解、认识，才能更加准确的对未来土壤有机碳变

化的方向进行评估和预测，对整个人类社会有着

重大的意义。未来有关土壤有机质碳矿化的研究

应着重从以下几点出发：

（1）在诸多环境因子中，温度对土壤有机质

碳矿化的敏感性研究将成为未来研究的热点问

题，重点应该建立温度、时间、碳矿化率之间的横

向关系。

（2）目前，国内外关于对于土壤中金属离子等对土壤有机质碳矿化影响的研究不全面，金属

离子作为土壤中的固有成分，与土壤有机质相互

作用，从而影响土壤有机质碳矿化，其相互作用

的机理研究意义深远，对固碳增汇及土壤改良等

都有着重要的研究价值，未来应侧重这方面的研

究。

（3）由于目前现有的有机质碳矿化模型大都

只是反映了某些影响因子对土壤有机碳产生的

影响，在影响土壤有机质碳矿化的诸多因素中，

只是考虑单独因素的影响结果，在今后的研究

中，要逐渐建立土壤有机质碳矿化影响的动态模

型，应该多考察温度、耕种措施、土壤质地等多因

素对土壤有机质碳矿化影响的交互作用研究，以

便更深入认识各因素对土壤有机质碳矿化综合

影响，特别是应该针对人类活动影响进行定量描

述，同时也要将土壤有机质碳矿化对全球碳变化

的反馈体现出来。

参考文献

[1]周莉，李保国，周广胜.土壤有机碳的主导影响因子及其研究进展[J].地球科学进展，2005（01）：99-105.

[2]李梦雅，王伯仁，徐明岗等.长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响[J].核农学报，2009

（06）：1043-1049.

[3]刘丽，周连仁，苗淑杰.长期施肥对黑土水溶性碳含量和碳矿化的影响[J].水土保持研究，2009（01）：

59-62.

[4]马天娥，魏艳春，杨宪龙等.长期施肥措施下土壤有机碳矿化特征研究[J].中国生态农业学报，2016

（01）：8-16.

[5]施林林，沈明星，常志州等.施用水葫芦有机肥对土壤CO2排放特征的影响[J].江西农业学报，2011

（09）：101-103.

[6]CFLi，DNZhou，ZKKou，etal.ResponseofsoilorganiccarbonmineralizationintypicalKarstsoils

followingtheadditionof14C-labeledricestrawandCaCO3[J].JournaloftheScienceofFood&Agriculture，

2012（05）：1112-1118.

[7]CGudasz，DBastviken，KSteger，etal.Temperature-controlledorganiccarbonmineralizationinlake

sediments[J].Nature，2010（7305）：478-485.

[8]CGudasz，SSobek，DBastviken，etal.Temperaturesensitivityoforganiccarbonmineralizationin

contrastinglakesediments[J].JournalofGeophysicalResearchBiogeosciences，2015（07）：1215-1225.

[9]MBFernandes，JOSkjemstad，BBJohnson，etal.Characterizationofcarbonaceouscombustionresidues.I.

Morphological，elementalandspectroscopicfeatures[J].Chemosphere，2003（08）：785-795.

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