全 文 ：土壤溶解性有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用*
李摇 玲1 摇 仇少君2**摇 刘京涛1 摇 刘摇 庆1 摇 陆兆华1
( 1滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室, 山东滨州 256603; 2中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业部
植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081)
摘摇 要摇 土壤溶解性有机碳(DOC)是有机碳库的活跃组分,在陆地生态系统碳循环中发挥重
要作用. 本文从碳循环重要性着手,综述了土壤 DOC 在土壤碳固持与温室气体排放中的作
用;结合我国的现实情况(如土壤酸化、气候变暖等),探讨了土壤 DOC 的相关影响因素如土
壤性质、环境因素、人为活动对土壤 DOC的影响及作用机制,对进一步理解土壤 DOC 在陆地
生态系统碳循环与温室气体减排中的作用具有重要意义.
关键词摇 溶解性有机碳摇 碳固持摇 碳排放摇 土壤
文章编号摇 1001-9332(2012)05-1407-08摇 中图分类号摇 S153. 6摇 文献标识码摇 A
Roles of soil dissolved organic carbon in carbon cycling of terrestrial ecosystems: A review.
LI Ling1, QIU Shao鄄jun2, LIU Jing鄄tao1, LIU Qing1, LU Zhao鄄hua1 ( 1Shandong Province Key La鄄
boratory of Eco鄄environmental Science for Yellow River Delta, Binzhou University, Binzhou 256603,
Shandong, China; 2Ministry of Agriculture Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilization, Insi鄄
titute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences,
Beijing 100081, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(5): 1407-1414.
Abstract: Soil dissolved organic carbon (DOC) is an active fraction of soil organic carbon pool,
playing an important role in the carbon cycling of terrestrial ecosystems. In view of the importance
of the carbon cycling, this paper summarized the roles of soil DOC in the soil carbon sequestration
and greenhouse gases emission, and in considering of our present ecological and environmental
problems such as soil acidification and climate warming, discussed the effects of soil properties,
environmental factors, and human activities on the soil DOC as well as the response mechanisms of
the DOC. This review could be helpful to the further understanding of the importance of soil DOC in
the carbon cycling of terrestrial ecosystems and the reduction of greenhouse gases emission.
Key words: dissolved organic carbon; carbon sequestration; carbon emission; soil.
*国家自然科学基金项目(41101220,41101277)、山东省优秀中青年
科学家奖励基金项目 ( BS2011HZ001 )、滨州学院博士基金项目
(2008Y05,2006Y06)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项
资金项目(2011鄄2)资助.
**通讯作者. E鄄mail: shjunqiu@ 163. com
2011鄄07鄄10 收稿,2012鄄02鄄05 接受.
摇 摇 土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,为大
气碳库的 3郾 3 倍,陆地生物量的 4郾 5 倍[1],其在维持
全球碳平衡中具有重要作用. 土壤溶解性有机碳
(dissolved organic carbon,DOC)是有机碳的活性组
分,具有易流动、易分解、生物活性较高等特点,它既
可以被矿质土壤吸附,也可以随土壤水分的运移而
进入水体环境,从而参与更大范围的碳循环.随着全
球温室效应的日益加剧,特别是近年来泥炭地及河
流中 DOC含量呈明显升高趋势[2-3],土壤 DOC日益
引起土壤学、生态学和环境学界的高度关注. 当前,
我国氮肥过量施用以及由此带来的土壤酸化[4],气
候变暖导致种植制度北界以及大气降水分布的变
化[5],城镇化建设不断加速而侵占大量农田以及土
地整理带来土地利用方式的改变等,必将深刻地影
响我国土壤有机碳和 DOC 的变化以及碳汇功能的
发挥.这些都要求我们加深对土壤 DOC 的认识和
理解.
土壤 DOC含量一般不超过土壤有机碳总量的
2% [6],但与较稳定的腐殖质组分相比,土壤 DOC 的
降解速率较快[7-8],并且对季节变化、土壤性质、施
肥及土地利用方式等响应较快,是土壤有机碳矿化
的中间环节[9-10]和森林土壤碳损失的重要途径[11],
其含量和性质能够反映土壤有机碳的稳定性[12],在
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 5 月摇 第 23 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2012,23(5): 1407-1414
陆地生态系统碳循环中发挥重要作用.因此,本文从
全球碳循环的角度,对土壤 DOC在土壤碳素固持与
温室气体释放中的作用及土壤 DOC 的主要内在和
外在影响因素进行简要综述和探讨,并对土壤 DOC
研究进行初步展望.
1摇 土壤 DOC的本质及测定
土壤 DOC主要指土壤溶液中的溶解性有机碳
组分或经过水、盐溶液等浸提剂获得的土壤中溶解
性有机碳组分.土壤腐殖质、植物残体、根系分泌物
及微生物的代谢产物是土壤 DOC 的重要来源[13] .
按分子量大小,土壤 DOC分为小分子有机酸、糖类、
氨基酸等和大分子多糖、多肽等腐殖质组分[13-14];
按化合物的极性和电荷特性分为亲水酸性、中性和
碱性以及疏水酸性、中性和碱性 6 种组分[15] .
土壤 DOC的获取方法主要有破坏性采样法和
非破坏性采样法.破坏性采样法是将土壤样品从田
间原位取出,然后在实验室内获取土壤 DOC 样品,
主要包括离心法、置换柱法、压榨法和提取法. 非破
坏性采样法指对土壤溶液进行田间原位采集,可以
对作物生育期内土壤溶液中 DOC进行动态监测,主
要包括测渗计法(lysimeter)和吸杯法(suction cup),
负压渗漏法或零压渗漏法是抽取土壤溶液的常用
方法.
土壤 DOC的测定主要侧重于结构测定和浓度
测定.结构测定主要采用 XAD 离子交换树脂、荧光
光谱、紫外光谱、红外光谱和核磁共振等手段,分析
DOC的化学组成及其所包含的化学基团种类.浓度
分析主要包括湿烧法和干烧法,湿烧法主要采用过
硫酸钾氧化法,而干烧法指高温(>700 益)氧化法.
通过浓度分析量化土壤 DOC,进而比较不同生态系
统的 DOC特性以表征其在碳循环中的作用.
2摇 DOC与土壤固碳
2郾 1摇 矿质土壤对 DOC的吸附
DOC随土壤水分由表层向下淋洗而被下层矿
质土壤所吸附的过程是矿质土壤固碳的一个重要途
径[16-18],22% ~ 25%的矿质土壤碳源于 DOC 的固
定[14,19] .裸地、割草地、荒地和旱作耕地的下层土壤
DOC 占有机碳的比例均高于表层土壤[20],这与
DOC随土壤水分迁移而被土壤固持密不可分.不同
生态系统土壤 DOC对碳库的累积作用不同,林地土
壤 40 cm土层以下以 DOC 形式被土壤固定的碳量
占该层土壤每年碳输入量的 22% ,而牧草地 20 cm
土层以下仅为 2% ;林地 1 m 内土层 20%的碳是由
DOC 运移和固定所造成,相应的牧草地只有
9% [18] .被吸附的 DOC 如果矿化较快,那么 DOC 对
碳库的累积作用就会减小,但有证据表明,被吸附的
DOC具有较长的残留时间:首先,这可能与矿质土
壤溶液中 DOC的生物有效性较低有关[18];其次,被
吸附的 DOC 可能是疏水组分,具有较高的稳定
性[21-22];第三,被吸附 DOC 的矿化速率随矿质土壤
吸附时间的延长而逐渐降低.有报道显示,1 年培养
期内灰化土 Oi 层和 Oa 层 DOC 的矿化率下降幅度
达 23% ~64% [19] .因此,矿质土壤 DOC的吸附过程
有利于有机碳的累积,特别是对下层土壤有机碳的
累积可发挥更大作用,DOC 在增加矿质土壤碳储量
方面具有重要意义.
DOC随土壤水分下渗而进入水体,可导致土壤
碳库的损失.特别是近年来泥炭地集水区 DOC 浓度
明显升高,例如,美国北部溪水中 DOC 浓度在
1970—1990 年的监测期内增加 30% ~ 80% [23],英
国 198 个湖区、水库和河流在 1961—2002 年的监测
期内 DOC浓度明显增加的监测区比例达 77% [24] .
因此,应加强合理的土地管理措施,降低土壤 DOC
的淋洗损失,更好地发挥土壤的碳汇功能.
2郾 2摇 根际碳淀积
植物光合作用产生的 30% ~ 60%净光合产物
分布于植物的地下部分,其中 40% ~ 90%以根系分
泌物、植物粘液、腐烂根系的形式进入土壤[25] .这种
通过根边缘细胞的脱落、粘液层粘液的分泌、根际可
溶物的被动扩散以及根表皮、皮层细胞的衰老等方
式,将根部的有机、无机化合物释放到周围土壤的过
程称为根系碳淀积[26],它是土壤有机碳形成的重要
来源[27] .植物根系分泌的有机物主要有糖、氨基酸、
有机酸等,它们都是土壤 DOC 的重要组成部分,且
DOC浓度与根际生物量具有很好的正相关关系.有
研究表明,种植水稻的土壤溶液中 DOC浓度是不种
植水稻的 4 倍多[28];在植物生长旺盛的春、夏季,针
叶林和阔叶林根圈土壤(距主根 50 cm 以内) DOC
含量高于非根圈土壤 13% ~ 27% [29] .可见,根际区
根系淀积的有机分泌物明显影响 DOC含量.同位素
脉冲技术的运用进一步定量了根系对土壤有机碳的
贡献.黑麦草根系在试验 8 d 后输入土壤的碳量占
14C同化量的 8郾 2% ~ 27郾 7% ,生长结束时黑麦草根
系输入到地下的碳量达 50 ~ 60 g C·m-2 [30];冬小
麦生长期结束后通过根系进入土壤的碳量占13CO2
的 1% ~2郾 4% ,且整个生育期内冬小麦植株输入到
8041 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
土壤的碳量为 34 ~ 51郾 4 mg C·株-1[31] .但植物通过
根系淀积有机小分子活化土壤矿质养分的同时,也
能活化土壤原有的有机碳,土壤原有的有机碳受根
系淀积有机碳的影响有多大,它们又有多少能通过
DOC的微生物同化重新固定到土壤有机碳中,目前
尚不清楚.根际本身是一个有机物转化十分活跃的
区域,土壤 DOC 在“土壤鄄微生物鄄植物冶的“根际对
话冶中发挥的作用有多大,有多少进入生物再转化,
又有多少被土壤固持均有待进一步深入研究.
3摇 土壤 DOC与温室气体排放
3郾 1摇 土壤 DOC与 CO2排放
土壤呼吸释放的 CO2主要由土壤微生物和植物
根系呼吸而产生.土壤 DOC作为微生物易于吸收利
用的有机碳源,其含量高低直接影响微生物活性;另
外,由于根系分泌物是土壤 DOC 的来源之一,植物
根系呼吸影响根系分泌物的产生量. 可见,土壤
DOC的产生与土壤呼吸过程密切相关[12,32-34] .
DOC 含量的差异可引起土壤释放 CO2量的不
同.发育于第三纪红色砂岩、第四纪红色粘土和花岗
岩的砂壤土、粘土和砂土释放 CO2通量存在明显季
节性差异,55郾 8% ~ 84郾 4%的可变性来自于 DOC,
其中每个季节 3 种土壤释放 CO2通量差异亦显著,
23郾 8% ~33郾 6%的可变性来自于 DOC[32] .农田和森
林土壤释放 CO2量与土壤 DOC 的初始含量具有极
显著线性相关关系[10-12],有机碳矿化速率的动态变
化与 DOC 含量的变化趋势一致[10] . 山榉林土壤
DOC的损失与土壤呼吸产生的 CO2量亦呈极显著
线性相关( r = 0郾 79,P<0郾 001) [7] . 这说明土壤 DOC
是土壤释放 CO2的重要贡献者,其含量控制土壤释
放 CO2量,因此 DOC含量可作为衡量土壤释放 CO2
量的一个重要指标.
为了更好地探讨 DOC 在土壤有机碳矿化中的
作用,韩成卫等[35]通过去除 DOC 研究了红壤水稻
土有机碳的矿化状况,发现去除 DOC后土壤有机碳
的累积矿化量平均下降 15郾 4% . 添加植物残体后,
牧草地表层土壤释放的 CO2量与 DOC 的变化量呈
极显著正相关关系( r = 0郾 96,P<0郾 01),培养期内土
壤释放的 CO2主要归咎于 DOC 的损失[36] . 14C 同位
素标记试验进一步证实,在培养初期土壤释放的
CO2主要来自标记底物的 DOC[37] .为了减少土壤释
放 CO2量,应充分发挥土壤微生物对土壤 DOC 的同
化功能,促进土壤 DOC向有机碳的转化和累积.
3郾 2摇 土壤 DOC与 CH4排放
CH4是重要的温室气体,其温室效应是 CO2的
25 倍[38] .湿地是 CH4的重要排放源,占全球 CH4排
放通量的比例达 20%左右[39] . 小叶樟湿地底层土
壤 CH4产生量大于表层,其原因主要是由表层淋溶
到底层的 DOC 为产 CH4菌提供了能源[40] . 毛果苔
草沼泽湿地孔隙水中 CH4浓度的剖面分布特征与
DOC一致,孔隙水 CH4浓度与 DOC浓度呈显著正相
关[41] .也有研究表明,苔藓泥炭沼泽土 DOC 含量虽
然为泥炭沼泽土的 2 倍,但泥炭沼泽土产 CH4量却
明显高于苔藓沼泽土. 这是因为苔藓泥炭沼泽土中
有机物质分解较快,分解产生有机酸的比例较大,而
有机酸可抑制 CH4的生成[42] . 这说明不仅 DOC 的
数量,而且 DOC的质量在控制 CH4的产生中都发挥
着重要作用.
淹水稻田排放的 CH4量占全球人类活动排放量
的 15% ~ 20% [43] . 免耕处理能显著降低晚稻土壤
CH4的排放量.其原因是免耕后土壤有机碳量增加,
移栽早稻前的耕作犁地活动使产 CH4微生物所需的
DOC量比较充足,但随着早稻的生长,DOC 含量降
低,限制晚稻种植期内产 CH4微生物的能量供应,从
而抑制 CH4的排放[43] .稻鱼及稻鸭共生系统中,CH4
排放的季节性变化与土壤 DOC 浓度的变化保持一
致,相关分析表明,CH4排放量与 DOC 浓度呈显著
正相关关系,且 CH4排放量与 DOC浓度的相关度明
显高于土壤微生物生物量碳和总有机质[44-46] . 因
此,为了降低稻田土壤释放的 CH4量,应加强合理的
耕作管理措施,控制土壤 DOC的产生量.但 DOC 与
CH4排放的相互作用仍有待深入研究,以期从机理
方面阐明 DOC如何控制 CH4的排放.
4摇 土壤 DOC的影响因素
土壤 DOC能影响土壤微生物活性,平衡土壤有
机碳库从可溶性到固态的变化,反映土壤有机碳的
组成.但是,土壤 DOC 本身是活性较高的土壤有机
碳,它易受土壤自身性质、环境因素和人为活动的变
化而发生明显改变,如土壤 pH、土壤水分、气候变
化、氮肥施用、种植制度和土地开垦等. 而以上这些
因素都是我国在保持经济快速发展和保障粮食需求
时出现和面临的现实问题,并日益受到关注,因此,
主要阐述上述因子对土壤 DOC的影响及作用机制.
4郾 1摇 土壤性质
4郾 1郾 1 土壤 pH摇 pH是影响土壤吸附 DOC的重要因
90415 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 玲等: 土壤溶解性有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用摇 摇 摇 摇 摇
素,主要通过化学和生物学过程来实现[47-48] . 有研
究认为,pH 为 4郾 5 ~ 5郾 0 时,土壤对 DOC 的吸附量
最大,在较高或较低 pH下,DOC的吸附量都有所下
降[49-50] .添加石灰后森林土壤 DOC 的淋洗量明显
升高[51],这主要是因为高 pH 条件下土壤中含铁氧
化物及氢氧化物的表面正电荷减少,对 DOC 的吸附
能力减弱[48] . 相关分析表明,土壤 DOC 含量与 pH
呈负相关关系[29,47,51],低 pH 条件下土壤 DOC 含量
增加的主要原因如下[52]:1)低 pH 可降低土壤微生
物数量和活性;2)低 pH 可增加土壤 DOC 与土壤位
点的结合,但经过提取过程可以释放出来;3)低 pH
可降低 DOC 的质量,如多酚含量增大,从而降低
DOC的生物有效性;4)低 pH促使 DOC 与铝离子络
合,增加 DOC的拮抗力.
4郾 1郾 2 土壤湿度摇 土壤含水量直接影响根际和土壤
微生物活性,从而影响土壤 DOC 含量[32] .多数研究
表明,淹水能增加土壤 DOC 含量[10,53-54],淹水后森
林土壤 DOC含量增加 60% ~ 100% [53-54] .但也有研
究表明,土壤风干后 DOC含量为田间湿度条件下的
3 ~ 5 倍[55-56],这可能是因为风干导致土壤微生物的
死亡及团聚体结构的破坏,从而引起土壤活性碳组
分含量增加,而湿润条件下较高的微生物活性使
DOC的周转加快,导致 DOC含量降低.
土壤的干湿交替过程明显影响土壤 DOC.经过
两次风干、复水的循环后,土壤 DOC 含量增加 2 ~ 5
倍[57] .干湿交替 3 个月后,0 ~ 2 和 2 ~ 15 cm 土层
DOC浓度都明显增加[58] . 土壤干湿交替增加土壤
DOC主要表现为两方面:1)频繁的干湿交替破坏土
壤结构,改变土壤的理化性质,促进土壤中非溶解性
有机质与微生物的接触,加速其分解而增加土壤中
可溶性有机物含量;2)因为干燥过程中会引起微生
物死亡,死亡的微生物产生大量的死细胞以及溶胞
产物,当土壤再湿润时使 DOC含量明显增加[13,59] .
4郾 2摇 环境因素
4郾 2郾 1 温度摇 温度升高加速土壤有机碳的矿化,同
时促进土壤 DOC的释放.一般认为,土壤 DOC 含量
随着土壤温度的季节性上升和微生物活性的增强而
增加[60] .例如,春、夏、秋季的土壤 DOC 含量高于冬
季[29,32,61];挪威低纬度地区(年均气温 5郾 5 益)云杉
林地土壤 DOC含量明显高于高纬度地区(年均气温
1郾 2 益) [62];我国广西肯福样区(年均气温 19郾 9 益)
土壤 DOC含量是湖南盘塘样区(年均气温 16郾 8 益)
的 1郾 8 倍[6];德国巴伐利亚林地 Oi 层 DOC 浓度与
温度显著相关,且 Oi 层、Oa 层、20 cm 土层 DOC 含
量均为 1998 年(年均气温 8郾 3 益)高于 1997 年(年
均气温 7郾 6 益) [63] .这与较高温度延长植物的生长
期,提高植物净初级生产力,增加植物生物量的形成
速率,进而增加植物残体对土壤 DOC 的贡献密切
相关.
但 Cookson等[64]对不同类型土壤进行室内培
养试验发现,5 益条件下土壤 DOC 含量均明显高于
25 益,较高培养温度下微生物数量的增加及土壤呼
吸的增强可能导致 DOC 含量降低. Chow 等[53]研究
表明,3 种培养温度(10、20 和 30 益)下土壤 DOC含
量相差不大,但整个培养过程中土壤有机碳的矿化
量明显高于 DOC 的初始值,说明不仅 DOC 库而且
土壤有机碳的其他库也参与了土壤有机碳的矿化.
4郾 2郾 2 CO2浓度摇 自工业革命以来,大气中 CO2浓度
增加了 100 mL·L-1以上[38],是全球气候变暖和温
度升高的主要贡献因素.鉴于土壤 DOC在陆地生态
系统碳循环中的作用,近几年,研究者开始关注 CO2
浓度升高对土壤 DOC 的影响. 较多研究表明,CO2
浓度升高时,土壤 DOC 含量略有增加,但差异不显
著[65-66] . CO2浓度连续 4 年升高以后,5 ~ 10 cm 土
层土壤溶液中 DOC 浓度基本不变[67],同样说明
CO2浓度升高对土壤溶液中 DOC的影响较小.
水稻生长期内,增加 CO2浓度后表层(0 ~ 1 cm)
和亚表层(1 ~ 10 cm)土壤 DOC含量变化不大,但在
厌氧且温度为 30 益的培养条件下,土壤 DOC 含量
随着 CO2浓度的升高明显增加[9] .英国 3 种湿地土
壤 DOC 含量在增加 CO2 浓度条件下的增幅为
14% ~61% [2] .这种变化主要是因为 CO2浓度升高
刺激植物的初级生产力,增强植物根系分泌物的产
生量.但 Ellis 等[68]对英国威尔士沼泽地的研究表
明,升高 CO2浓度后,土壤溶液中 DOC 含量降低
8郾 5% [68] .其原因可能是植物随着 CO2浓度的升高
刺激溶解性碳水化合物的产生,引起微生物生物量
的增加,从而加速微生物对 DOC 的吸收利用,最终
导致土壤 DOC 分解速度加快,使土壤 DOC 浓度降
低.可见,CO2浓度升高对土壤 DOC 的影响在不同
地区并不一致,这可能与土壤类型、植被、地理位置
和土壤有机碳含量高低等有关.因此,加强 CO2浓度
升高对不同地区不同类型土壤 DOC影响的研究,能
进一步了解土壤 DOC 含量的变化在全球碳循环中
的作用,以及土壤 DOC对 CO2浓度升高的响应.
4郾 3摇 人为活动
4郾 3郾 1 氮肥施用摇 DOC是活性有机质和土壤有机碳
分解过程的中间产物,大量 DOC的存在能促进氮肥
0141 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
的固定,而氮肥施用的短时间内也能促进 DOC 含量
的增加[69],但在有机碳达到基本稳定时,施用氮肥
并不能进一步提高土壤 DOC 含量[69-70],长期的田
间动态监测试验也证实了这一点[71-72] .
林地不同土层土壤溶液中 DOC 浓度对氮肥的
响应不同,15 cm处 DOC浓度变化不大,而 60 cm处
降低明显[73] . 这说明氮肥的施用一方面促进了
15 ~ 60 cm土层对 DOC 的固持,另一方面增强了土
壤微生物活性,加速了对活性碳组分的消耗.但增加
氮沉降后林地土壤 DOC 淋失量的增加幅度达
30% [74],其原因是 NO3 -沉积改变了矿质土壤的吸
附能力,降低土壤有机质作为 DOC 的汇功能,进而
减少了土壤有机质的形成. 可见,氮肥的施用对
DOC的影响并没有明确的结论,氮肥施用下土壤
DOC的周转有待进一步深入研究.
4郾 3郾 2 种植制度摇 不同的种植制度短期内即可引起
土壤 DOC的改变,其主要受作物种植和作物残体分
解的影响[13] . 绿肥鄄早稻鄄晚稻(或小麦鄄早稻鄄晚稻)
种植制度下土壤 DOC浓度高于小麦鄄水稻(或小麦 /
玉米间作水稻)种植制度[75],高粱鄄小麦鄄大豆种植
制度下土壤 DOC含量明显高于小麦鄄大豆和大豆连
作[76],这主要与三熟制有较多植物残体投入有关.
种植豆科植物或豆科植物参与轮作,土壤 DOC 含量
通常会增加,增加幅度达 6 ~ 15 mg·kg-1 [77] . 其原
因是豆科植物的生物固氮作用使其根和残茬的 C / N
较低,导致其分解较快[78],从而提高了土壤 DOC 含
量.但总体上关于不同种植制度对 DOC影响的研究
仍较缺乏.
4郾 3郾 3 土地开垦摇 随着全球人口数量和粮食需求的
增加,大量的森林、草地、湿地和撂荒地被开垦为农
田,加速了土壤有机碳的分解,引起土壤 DOC 含量
的迅速减少[79] . 如草甸土壤开垦耕作 1 年后,土壤
DOC含量仅为未开垦土壤的 45% ,而且随着耕作年
限的增加,DOC 含量逐渐减少[79] .我国三江平原湿
地耕作 1 ~ 15 年后,土壤 DOC 含量减少 55% ~
73% [80] .甘肃高山区草地耕作 28 年后表层(0 ~ 10
cm)土壤 DOC含量降低 40% ,10 ~ 30 cm 土层降低
11% ~ 16% [81] . 德国东北部的退化湿地土壤 DOC
含量明显低于保持较完整的湿地,且退化湿地土壤
DOC的腐殖化程度较高[82-83] .但我国亚热带区荒地
开垦后短期内引起土壤 DOC含量增加,经长期耕作
后土壤 DOC含量会降低[84] .森林砍伐耕种玉米后,
最初 7 年的土壤 DOC含量升高 2 ~ 5 倍,但 30 年后
土壤 DOC含量降低 60% ~ 70% [85] . 这说明土地开
垦过程扰动了土壤碳循环的进程,加速了活性碳库
的周转速率.结构测定表明,未受扰动或扰动较小的
土壤 DOC的分子量较小,芳香族化合物数量较少,
可利用性较高[79],而一旦被开垦即可引起 DOC 的
较快消耗.因此,在研究土壤肥力保持和培育的同
时,深入探讨土壤 DOC 的含量及分子构成变化,能
够进一步明确究竟有多少土壤 DOC 以及哪部分土
壤 DOC更能促进土壤有机碳的提高.
5摇 结摇 摇 语
土壤 DOC是陆地生态系统中极为活跃的有机
碳组分,它是连接土壤圈层与其他圈层的重要物质
形式,随着土壤在全球碳循环中发挥碳汇功能的作
用日益明显,土壤 DOC在碳循环中的作用也越来越
受到重视.农田生态系统是受人类活动影响最强烈
的生态系统,对维持全球碳平衡具有不可忽视的贡
献,但目前国内外对农田生态系统土壤 DOC 的累积
规律及其在碳循环中的作用研究相对较少. 土壤
DOC的作用机制研究大多是在室内培养条件下进
行,这需要原位研究土壤 DOC的含量、性质和质量,
进而对室内培养条件下土壤 DOC 的作用机制进行
验证.另外,土壤 DOC 的数量和质量以及源库转化
对土壤性质、外源底物的质量和性质以及环境变化
的响应机制,仍有待进一步深入研究.这些研究如果
能结合当前最先进的分子和蛋白技术、同位素探针
技术、光谱分析技术等创造性地鉴定土壤 DOC 本质
以及在土壤有机碳矿化和固持中的作用,并结合模
型从分子水平和全球碳循环角度有效地模拟和描述
土壤 DOC的功能及其源库转化特性,将更好地明确
土壤 DOC在碳循环中的作用.
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作者简介 摇 李 摇 玲,女,1978 年生,博士,讲师. 主要从事土
壤环境与生态研究. E鄄mail: lling7856@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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