免费文献传递   相关文献

Effects of plant process on soil organic carbon concentration

植物过程对土壤有机碳含量的影响



全 文 :植物过程对土壤有机碳含量的影响 3
李鸿博1  史 锟1 3 3  徐德应2
(1 大连交通大学环境科学与工程学院 ,大连 116028 ; 2 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 ,北京 100091)
【摘要】 从全球和生态系统角度 ,综述了植物过程对土壤有机碳含量的影响和可能的作用机理 ,揭示了植
物过程对土壤有机碳的源和汇的影响及对土壤有机碳的动态影响 ,讨论了植物过程对土壤有机碳影响研
究的任务和发展前景 ,及减少土壤表层向空气呼出 CO2 的数量、维持现时的生态平衡的途径 ,指出了植物
过程影响土壤有机碳的研究方向和有待解决的问题. 增加植物生物量 ,可以增加土壤有机碳贮量.
关键词  土壤有机碳  植物过程  生态系统
文章编号  1001 - 9332 (2005) 06 - 1163 - 06  中图分类号  S15316  文献标识码  A
Effects of plant process on soil organic carbon concentration. L I Hongbo1 ,SHI Kun1 3 3 ,Xu Deying2 (1 School
of Envi ronmental Science and Engineering , Dalian Jiaotong U niversity , Dalian 116028 , China ; 2 Institute of
Forest Envi ronment and Ecology , Chinese Academy of Forest ry , Beijing 100091 , China) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2005 ,16 (6) :1163~1168.
From the viewpoint of the globe and ecosystem ,this paper reviewed the effects and the possible action mecha2
nisms of plant process on soil organic carbon concentration. Plant process could affect the source and sink of soil
organic carbon ,which was likely related with ambient temperature ,and forest process could be in favor of the ac2
cumulation of soil carbon. Future tasks in this field were put forward to reduce the CO2 concentration in atmo2
sphere through controlling the respiration of soil surface layer and keeping ecosystem balance. It is crucial to make
efforts in increasing plant biomass to enhance soil organic carbon storage.
Key words  Soil organic carbon , Plant process , Ecosystem.
3 3 中国林业科学研究院 GEF 基金资助项目 (CPR2002G33) .3 3 通讯联系人.
2004 - 09 - 17 收稿 ,2005 - 01 - 26 接受.
1  引   言
植物过程是包括从植物生长到凋谢死亡的全部过程和
对植物周围土壤性质的影响过程 . 准确认识陆地生态系统中
不同植物过程对碳的排放吸收和固定 ,不仅有利于提高全球
变化预测的精度 ,而且在环境效益实践中也具有现实意义.
自工业革命以来 ,全球变暖的事实已为大量观测和研究
所证实. 在全球变化过程中 ,CO2 对全球变暖的贡献率约为
50 %~60 %. 因此 ,寻求和确定 CO2 的“源”与“汇”,成为全
球变化研究的重要内容. 矿物燃烧和植物过程是大气中 CO2
增量的两个主要来源 [3 ] . 有人估计 ,在过去的 150 年间 ,不同
植物过程和矿物燃烧向大气排放了大致相等的 CO2 [24 ] . 目
前 ,有关矿物燃烧排放碳的问题已经研究得比较清楚 ,人们
对工业活动排放温室气体的估计可以精确到 10 %左右 [3 ] ,
但由于人类活动及其干扰下的陆地生态系统异常复杂 ,并且
缺乏足够的试验研究及其实测数据 ,土壤植物过程导致的
CO2 净排放仍有很大的不确定性. 森林生态系统对土壤有机
碳贮量的影响 ,成为研究的焦点. 森林在生长过程中 ,吸收
CO2 排出 O2 ,但当树木死亡 ,分解树木的微生物就要吸收
O2 ,排出 CO2 ,以维持自身的平衡. 其分解数量与温度有直接
关系. 科技工作者的任务就是要通过研究找到这种关系 ,采
取措施 ,稳定现有 CO2 量 ,促进植物过程向有利于人类生存
的方向发展.
2  植物过程在环境中的作用
211  植物过程与全球气候变化
过去几百年人类对地球景观产生了巨大的影响 [65 ] . 这
种影响的直接结果是改变了地球上的土地覆盖. 据估计 ,目
前地球表面大约 40 %自然植被覆盖的土地已经被人类转变
为农业用地、城市和工业区或自然保护区 [70 ] . 这种改变对全
球社会、生物圈和气候系统都产生了巨大的影响.
植物过程对土壤有机碳的影响在人类开始农业活动就
已经存在. 早期由于土壤学发展水平限制和植物变化对土壤
有机碳影响还比较小 ,所以在 20 世纪以前的漫长时间这种
影响并没有被注意. 随着土壤学的发展和农业活动影响的日
益扩大 ,植物过程对土壤有机碳的影响在 20 世纪初首先引
起土壤学家和农学家的注意. 到 20 世纪 70 年代 ,碳循环及
其环境问题引起了更广泛的注意 ,尤其到 20 世纪 90 年代 ,
特别是在气候变化框架公约和京都协议之后 ,植物过程对环
境的影响更加引起广泛关注. 当前 ,植物过程对土壤有机碳
的影响成为全球尤其是气候变化问题研究中的最前沿问题
之一.
植物过程受到广泛关注的最重要原因之一就是其引起
了对地球环境的改变 ,尤其是对气候产生了巨大的影响. 植
应 用 生 态 学 报  2005 年 6 月  第 16 卷  第 6 期                               
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2005 ,16 (6)∶1163~1168
物过程对气候的影响包括对大气 CO2 浓度的影响、相应 CO2
对气候的影响以及通过植物过程对气候影响程度的改
变[11 ] .当前国际上评价研究植物过程对土壤碳的影响是从
两种尺度进行的 : 一种是全球或区域的尺度 ;一种是从生态
系统的尺度. 前者借助于过去植物过程记载资料和在生态系
统尺度下的研究结果 ,对植物过程影响土壤碳作出一定评
价.在评价中不是单独考虑土壤 ,而是对植被和土壤两方面
都进行分析. 后者是通过田间调查试验及实验室分析集中研
究土壤有机碳变化 ,研究中不但考虑影响的总体效果 ,而且
揭示土壤碳变化过程与机理.
212  全球或区域尺度植物过程对土壤有机碳的影响
国外许多研究者从不同方面对全球或区域植物过程的
格局、原因等展开了研究 ,如 Esser 等 [15 ]开发了 Osnabruck 土
壤圈模型 (obm) . 这个模型是高分辨率平衡模型 ,每个网格
都有特殊的土地类型 ,气候和土壤覆盖. 在这个模型中用机
械方式表示植物过程的变化 ,农业土地的需求是全球人口压
力和历史农业面积的统计函数 ,而且假设大多数土地存在于
热带. Richards 等[53 ]对东南亚 1880~1980 年历史性植物过
程做了分析研究. 其研究主要是借助历史性的记载资料 ,反
映过去植物过程的变化趋势. Verburg 等[69 ]对中国植物过程
格局进行了多尺度特征研究 ; Reid 等建立了一个 Ghibe val2
ley 植物过程变化原因和结果模型 [51 ] . 也有研究者根据模型
对植物过程进行分析 ,如 Goldewijk 根据 Image2 模型分析了
过去 300 年全球植物过程的格局[19 ] .
由于植物过程变化往往包括大规模毁林、燃烧和大面积
开垦等活动 ,其结果是植被覆盖景观的巨大变化. 就植物过
程影响土壤有机碳的问题 ,国外已有许多学者在全球或区域
尺度上进行了植物过程对土壤有机碳影响的量化评价. 如
Brown 等[7 ]对热带森林植物过程影响土壤有机碳做了评述 ;
Johnson 等[29 ]分析了森林管理和 CO2 升高对土地有机碳影
响 ;Lal 等[33 ]综述了植物过程对土壤碳库的影响 ,并根据根
据不同生物区植物过程引起的土壤有机碳排放量估计在 47
~104 Pg 碳 (平均在 75 Pg 碳) [35 ]等.
这些研究从总体上促进了对植物过程影响陆地生态系
统碳库效应的量化认识 ,肯定了植物过程对土壤有机碳的巨
大影响 ,并指出了植物过程影响有机碳的复杂性 ,为从区域
及全球尺度评价人类活动对气候的影响提供了一定的依据 ,
但是这些工作还只是一种统计评价 ,而且评价中需要有关植
物过程的历史性记载资料 ,缺少影响机理过程的考虑 ,所以
应用这些研究结果和方法并不能预测将来植物过程影响陆
地生态系统碳库的效应 ,也不能对植物过程影响陆地生态系
统碳做出机理性解释. 同时在这些研究中 ,把不同植物过程
的土壤有机碳含量假设为固定值 ,不考虑它的动态过程 ,因
此评价结果的误差也可能较大.
213  生态系统尺度植物过程对土壤有机碳的影响
21311 不同植物过程对土壤有机碳的影响  在自然生态系
统中 ,土壤有机碳贮量通常处于平衡状态. 当这些系统受到
人类干扰后 ,这种平衡将被破坏 ,而引起土壤有机碳贮量和
动态过程的改变. 不同植物过程包括森林与草森林与农田草
地与农田这些植物过程之间的互相转变. 研究这些转变对土
壤有机碳影响的内容主要包括贮量和机理两个方面.
森林变成草地是较为普遍的植物过程变化类型 ,这种变
化对土壤有机碳的影响方面有大量的研究报道. 这些报道集
中在对有机碳贮量的影响方面 ,概括这些研究有 3 类结果 :
1)有机碳贮量降低. 如 Veldkamp [67 ]在哥斯达黎加研究发现
天然林变成草地后使土壤有机碳贮量下降 , Trumbore 等 [64 ]
研究发现热带干旱森林变成草地之后土壤有机碳贮量也下
降 ,Rhoades[52 ]发现在 15 年草地中土壤碳少于森林 , Tiessen
等[62 ]发现当森林变成草地后在 13 年中土壤碳损失 25 %~
50 % ,Eneji 等[14 ]发现由于森林退化为农田 ,在表层 40 cm 土
壤中有机碳损失 17 %~27 %. 2) 有机碳贮量增加. 如 Neill
等[46 ]研究发现 ,在巴西亚马逊森林变成草地的 14 个样地
中 ,11 个表现为 10 年内有机碳增加. Eden 等[13 ]发现 ,森林
变成草地 ,草地中 0~10 cm 土壤有机碳在 2~4 和 6~25 年
都比森林高. Fisher 等[16 ]也发现森林变成草地之后 ,植被中
碳减少了 ,但是土壤有机碳贮量却增加了. 3) 有机碳贮量趋
势先是下降 ,而后又增加. 如 Koutika 等[32 ]发现 ,森林变成草
地之后有机碳贮量趋势先是下降 ,而后随着草地年龄的增加
而又增加. Bonde 等[5 ]发现 ,亚马逊地区氧化性土壤的森林
变成草地 ,2 年后 0~30 cm 土层中有机碳贮量下降 7 % ,8 年
后又增加 9 %. 由此可见 ,森林变成草地之后有机碳贮量的
变化情况还比较复杂.
森林变成草地对有机碳影响的机理方面也有一些研究.
如 Johnson 等[28 ]总结森林变成草地之后有 5 个主要过程涉
及有机碳的变化 :土壤有机质的淋溶 ,有机质的分解呼吸 ,根
生物量的分解 ,伐木机械的混合与干扰 ,有机质从 O 层移到
矿质土壤表层后的分解与转换. Veldkamp [68 ]发现 ,砍伐森林
第 1 年 ,树根分解增加有机质输入 ;森林变成草地后 ,Al 与
有机碳结合成特殊的复合体 ,减少有机质分解. Bernoux 等 [2 ]
发现 ,森林燃烧变成草地后 ,以前的稳定有机碳将变得不稳
定. 总的来看 ,机理的研究还不多. 草地中造林之后土壤有机
碳的变化趋势总体上呈降低趋势. 如 Scott 等 [58 ]研究发现 ,
造林能增加植物碳 ,但除了在高粘性土壤外 ,其人工林 0~
10 cm 处比对应的草地低 17 %~40 %. Polglase 等[48 ]发现 ,
草地中造林有机碳下降 ,而且造林后在 10 年之内变化的速
度比 10 年之后大.
对森林变成农田之后对土壤有机碳的影响也有许多研
究报道和总结[62 ] . 如 Detwiler[12 ]发现 ,森林变成农田之后有
机碳平均降低 40 % ,变成草地之后平均降低 20 %. Lal 等 [34 ]
研究表明 ,森林变成农田 ,通常导致 40 %~50 %的有机碳流
失 ;森林变成草地通常导致 20 %~30 %的有机碳流失 ;森林
变成混合农田和草地通常导致有机碳下降 35 % ;森林或草
地耕作以后通常导致有机碳含量下降 20 %~50 %. Jolivet
等[30 ]研究表明 ,温带森林变成麦田后表层 30 cm 的土壤中
的碳少于森林. Gregorich 等[20 ]研究表明 ,在耕作土壤中有机
碳通常比邻近的森林土壤低 ,但是采取管理措施后有机碳又
4611 应  用  生  态  学  报                   16 卷
会增加.
对森林变成农田后有机碳变化的机理也有总结.
Trumbmore 等[64 ]表明 ,有机碳减少是由于减少了碳输入 ,或
降低了植被生产力 ,或移走了许多残留物 [64 ]等缘故.
农田造林对土壤有机碳的影响也比较复杂. 许多研究结
果认为 ,农田造林后有机碳增加. Schiffman 等发现 ,农田造
林后土壤有机碳增加 57 % ,天然更新则没有变化 [55 ] . Jenkin2
son
[27 ]研究发现 ,在农田中造林能够显著增加有机碳含量.
还有一些研究结果是土壤有机碳增加和减少情况都有. Post
等研究表明 ,农田造林后 ,土壤有机碳在温带针叶林中有微
小的降低 ,而在亚热带湿润人工林增加较大 [50 ] . Bashin 等[1 ]
发现 ,在甜菜地中造快速生长桉树林 10~13 年后 ,表层 0~
10 cm 有机碳含量增加 ,而在 10~55 cm 中下降. 也有研究发
现造林之后土壤有机碳含量没有变化或降低. Richter 等 [54 ]
发现 ,在美国卡罗林拿农田中造林后 ,土壤有机碳增加只有
1 %. Polglase 等[48 ]总结了 41 个造林后有机碳变化的研究 ,
发现对 < 10 cm、> 10 cm 和 < 30 cm 土层的土壤有机碳变化
不大.
草地开垦为农田通常会导致土壤有机碳的大量释放.
Chan[9 ]研究在草地和耕作下对颗粒有机碳 ( POC) 的影响 ,发
现在农作物下 POC 首先丧失 ,当农田变成草地后 POC 又增
加. Wang 等[72 ]研究表明 ,天然草地变成农田后 ,主要流失的
有机碳是表层 30 cm 部分 ,在 30 cm 以下草地和农田没有差
异 ,在 22 年里农田中有机碳减少 22 %.
农田放弃耕作变成草地对土壤有机碳的影响是一个较
为复杂的过程. 有人认为农田变成草地会使土壤有机碳含量
大幅度下降 ,而有人持相反观点. Tiessen 等 [63 ]报道 ,在免耕
的草地中有机碳在 90 年中因为耕作持续下降[63 ] . Lugo
等[40 ]发现 ,亚热带湿润森林区的作物被草地代替之后有机
碳大幅度下降.
植物过程影响有机碳的机理之一就是对有机碳动态的
改变. 目前对这种影响的过程已经有一些认识. Janzen 等 [26 ]
认为 ,植物过程影响有机碳主要是改变了进入到土壤中的碳
的数量、土壤中有机碳的分解率、有机碳库的大小及组分中
碳的分配. 同时指出 ,植物变化后土壤有机碳最终会达到一
种新的平衡状态 ,这种平衡使有机碳含量不会积累很高 ,也
不会无限地降低 [25 ] . 这些机理过程的提出在一定程度上加
深了对植物过程影响有机碳的本质认识 ,但是这些解释还是
一些定性和半假设的 ,还需要通过广泛的实验来确定和量
化 ,同时这些研究和评论肯定了植物过程对土壤有机碳的巨
大影响 ,并指出了植物过程影响有机碳的复杂性.
21312 不同植物过程对土壤有机碳动态的影响  土壤有机
碳并不是静止的. 土壤有机碳来源于植物残体的分解 ,而又
通过土壤呼吸、土壤淋溶等过程而流失 ,具有不同的稳定性
和周转的特征. 通过这些过程 ,一方面使有机碳贮量增加 ,另
一方面又使有机碳贮量降低. 同时 ,通过这些过程也使土壤
碳库和大气碳库、植物碳库、水域碳库 ,互相联系 ,互相影响.
因此 ,土壤有机碳动态过程一直是土壤学、生态学研究的主
要内容之一.
土壤碳主要来自活体植物 ,所以研究土壤有机碳动态需
要考虑活体碳库. 自 1992 年里约地球年会后 ,准确地调查全
球植物和土壤中的碳贮量 ,已引起科学界的高度重视. 许多
研究者结合陆地植被生物量和生产力研究对植物碳库进行
了估计[41 ] ,而且一些国家 [44 ,61 ]已公布其国内以植物为主的
碳贮量数据. 国家尺度的碳贮量是根据植物和土壤类型面积
乘以单位面积的平均碳密度进行推算 ,这种方法具有不准确
性[17 ] . 因此 ,还需要提高植被生物量 ,尤其是森林为主的植
物生物量碳贮量的估计精度 [6 ] .
由于植物残体及其分解是影响土壤肥力和推动生态系
统养分循环的关键环节 ,所以研究植物残体的形成及分解 ,
一直是生态学研究的重点内容 ,而土壤有机碳的来源也主要
是植物残体 ,所以植物残体的分解同样是土壤有机碳循环的
一个重要内容 ,土壤学家也在这些研究中做了大量的工作.
最近 ,美国加拿大和欧洲等国家和地区对植物残体的分解过
程开展了长期的研究. 植物残体分解的研究内容主要从研究
方法影响残体分解的影响因素残体分解的过程及残体中物
质的转化方面展开.
近年来 ,随着对全球碳循环的关注 ,植物残体的分解也
成了碳循环研究的一个关键问题 [56 ] . 植物残体分解时的土
壤呼吸引丘了许多研究者的关注 [8 ] . 在研究具体类型生态系
统循环中 ,残体碳库与植物活体碳库一样 ,是一项主要内容.
这方面的研究有许多 ,大部分集中于植物残体碳的含量贮量
形成和组成等方面. 由于这些部分空间变异性较大 ,所以对
它的测定和估计精度需要提高.
土壤呼吸过程是土壤有机碳的基本输出过程 ,是反映土
壤活性的重要特征 ,也是大气和土壤碳库联系的基本过程 ,
所以土壤呼吸是碳循环研究中的一项核心内容. 近年来 ,土
壤呼吸的研究内容体现在以下几个方面 : 1) 土壤碳通量的
测定. Bochove 等[4 ]研究被雪覆盖的农田土壤的气体流动 ,发
现农田和森林土壤的 CO2 流量相同. 2) 北方森林土壤呼吸
的季节格局. Hollinger[23 ]研究表明 ,北方森林土壤在开始解
冻时吸收碳 ,秋天时下降. 3)除了研究土壤的有氧呼吸外 ,对
无氧呼吸方面也有许多的研究. 如 Kern 等 [31 ]评价了中国稻
田土壤的甲烷释放 ,West 等[74 ]分析了阿尔匹斯冻原生态系
统的甲烷释放格局.
这些研究无疑促进了对土壤呼吸的认识 ,但若要准确估
计土壤呼吸的排放速度和规模 ,这些认识还不够. 由于对土
壤呼吸的认识不确定 ,测定方法不统一 ,所以收集这些在不
同地方用不同方法测定的土壤呼吸数据 ,并对其进行分析就
比较困难 ,而且量化这些测定方法的误差也比较困难. 全球
变暖将可能增加土壤呼吸 ,而 CO2 释放的增加又将进一步
使气候变暖[42 ] .
土壤碳除了变成 CO2 流向大气之外 ,还溶解在水中迁
移.溶解性有机碳 (DOC)通过植物和土壤产生在土壤中保留
并随水流到溪流的过程是认识 DOC 在土壤碳循环中作用的
关键[45 ] .
56116 期                李鸿博等 :植物过程对土壤有机碳含量的影响            
在森林生态系统中 , 林褥被认为是溶解性有机质
(DOM)的主要来源[10 ] . 有机质被微生物降解后从土壤固体
中脱离 ,及有机物从新鲜凋落物中淋溶 ,被认为是引起 DOM
流失的主要过程[21 ] . DOC 动态是生物化学和物理过程互相
作用的复杂过程 ,现今还没有对其较为详细或准确的描述和
评价. 但就迄今的研究来看 ,一方面丰富了对 DOC 的认识 ;
另一方面植物过程通过 DOC 的运动对整个土壤有机碳有多
大影响 ,这些影响过程如何 ,仍旧不确定.
土壤有机碳的稳定性早就引起了土壤学家的注意. 伴随
着土壤学的诞生和发展过程 ,对有机碳动态开展过大量的研
究.尤其在过去 30 多年中对量化有机碳动态和影响因素方
面取得了较大的进步. 对有机碳动态研究有显著进步的另一
个方面是发展了有机碳的动态数学模型. 最早的模型把有机
碳库仅仅分为一个碳库 ,后来发展到多个碳库. 这些研究大
大加深了对有机碳动态的认识 ,但是目前估计动态的土壤有
机碳库的物理和化学方法还没有明确建立起来.
随着对碳循环研究的深入 ,许多研究者对有机碳稳定性
展开了更广泛的研究 ,这些研究内容体现在有机碳的物理稳
定性及与结构相关的特征方面 ,如 Hassink 等 [22 ]总结的土壤
有机质的物理保护机制. 通过一些深入研究 ,现在已经认识
到土壤有机碳的贮量取决于有机碳的积累和流失.
3  植物过程研究的任务
  国内植物过程影响土壤有机碳的研究 [36 ,39 ,60 ,76 ]主要是
针对特定的地区和生态群落进行的 ,虽然也研究了土壤的呼
吸作用及碳素向大气的释放 ,但是对中国陆地土壤有机碳库
的估算[71 ]仍然很少 ,还没有充分认识到植物过程对全球陆
地碳循环的贡献. 目前中国由于多种原因 [47 ]造成的土地侵
蚀和退化、砍伐森林、水土流失、沙漠化、过度放牧 ,造成土壤
储存的碳和生物量减少 ,从而导致更多的碳释放到大气中 ,
引起大气 CO2 浓度的增加 ,又进一步增加了全球变暖的趋
势和与之有关的气候变化. 因而研究中国土壤碳库和植物过
程的关系 ,对正确认识中国土壤有机碳库在陆地碳循环中的
作用是非常重要的 [71 ] .
我国对土壤有机质的系统研究始于 20 世纪 50 年代后 ,
就有机矿质复合体、有机质分解等方面做了一些研究 ,同时
对有机质影响因素也进行了研究. 国内对温室效应方面的研
究已经做了不少工作 ,对植物过程影响土壤有机碳的研究也
引起了关注 ,如植物过程对草原生态系统土壤碳贮量的影
响[37 ] ;人类活动对锡林郭勒地区主要草原土壤有机碳分布
的影响[73 ] ;红壤丘陵区土地利用方式变更后土壤有机碳动
态变化的模拟[38 ] ;施肥对不同碳形态及碳库管理指数的影
响[59 ] ;尖峰岭热带山地雨林碳库及砍伐影响的初步研
究[75 ] .
这些研究极大推动了我国植物过程对土壤有机碳影响
的研究 ,但遗憾的是 ,这些研究还比较零散 ,而且都是短期的
个别因子的测定 ,总体还只是一些研究植物过程影响有机碳
的尝试.
4  植物过程研究的潜力
  土壤是地球表层最大的有机碳库 ,在全球碳循环中起着
关键的作用. 植物过程影响土壤的功能和性质 ,能增加或降
低土壤碳的数量 ,并改变微生物的多样性 ,使土壤成为碳的
源或汇 ,从而影响大气中 CO2 的浓度. 在目前的研究中 ,植
物过程对土壤有机碳的影响机理 ,仍有许多不清楚的地方.
首先 ,植物过程对土壤有机碳影响具有复杂性和不确定
性 ,人类对土壤碳动态过程认识还存在许多不确定性 [43 ] . 其
次 ,现在的评价土壤有机碳变化的方法精度比较低 (有 20 %
~50 %的误差) [49 ] ,这主要因为土壤有机碳分布和变化固有
的较大时空变异性 ,基本的调查数据还不充分 ,不合理的假
设及数据收集[43 ] . 最后 ,由于尚未确定气候和土壤有机碳变
化的关系 ,如气候变暖后土壤有机碳如何变化还没有一致的
结论[18 ,66 ] ,也尚未确定大气 CO2 浓度增加后土壤碳吸收能
否增加[35 ,57 ] ,所以严重制约着对气候变化及其影响的预测
与相应对策的制定.
比较国外对土壤有机碳研究情况 ,今后应在下列方面加
强研究 : 1)不同空间尺度有机碳贮量的准确估计 ;2) 有机碳
在不同空间尺度的分布特征 ;3) 有机碳的组分 ,从残体到土
壤有机碳不同组分的转换过程和机理 ;4)影响土壤有机碳的
不同因素.
参考文献
1  Bashkin MA ,Binkley D. 1998. Change in soil carbon following a
forestation in Hawhii. Ecology ,79 :828~833
2  Bernoux M ,Arrouays D ,Cerrir CC , et al . 1998. Modeling vertical
distribution of carbon in oxisols of the western Brazilian Amazon
(rondonia) . Soil Sci ,163 :941~951
3  Berrien M Ⅲ,Braswell BH J r. 1994. An understanding of carbon
cycle : Planetary metabolism. A MB IO ,23 (2) :4~12
4  Bochove EV ,Jones HG ,Bertrand , et al . 2000. Winter fluxes of
greenhouse gases from snow2covered agricultural soil : Intra2annual
and inter2annual variations. Global Biogeochem Cyc ,14 (1) :113~
125
5  Bonde TA ,Christensen BT ,Cerri C. 1992. Dynamics of soil organic
matter as reflected by natural 13 C abundance in particle size frac2
tions of forested and cultivated oxisols. Soil Biol Biochem ,24 (3) :
275~277
6  Botkin DB ,Simpson L G. 1990. Biomass of the north American bo2
real forest : A step towards accurate global measures. Biogeo2
chemist ry ,9 :161~174
7  Brown S ,Lugo AE , Iverson L R. 1992. Processes and lands for se2
questering carbon in the tropical forest landscape. W ater A i r Soil
Poll ,64 :139~155
8 Chambers J Q , Schimel J P , Nobre AD. 2001. Respiration from
coarse wood litter in central amazon forest . Biogeochemist ry , 52 :
115~131
9  Chan KY. 1997. Consequences of changes in particulate organic car2
bon in vertisols under pasture and cropping. Soil Sci Soc A m J ,61 :
1376~1382
10  Currie WS. 1996. Vertical transport of dissolved organic carbon and
nitrogen under long term N amendments in pine and hardwood
forests. Biogeochemist ry ,35 :471~505
11  Dale VH. 1997. The relationship between land use change and cli2
mate change. Ecol A ppl ,7 (3) :753~769
12  Detwiler RP. 1986. Land use change and the global carbon cycle :
The role of tropical soils. Biogeochemist ry ,2 :321~323
6611 应  用  生  态  学  报                   16 卷
13  Eden MJ ,Furley PA ,Mcgregor DFM , et al . 1991. Effect of forest
clearance and burning on soil properties in northern Roraima ,
Brazil. For Ecol M an ,38 :283~290
14  Eneji AE ,Honna T , Yamamoto S , et al . 2003. Soil physical and mi2
cronutrient changes following clearing of a tropical rainforest . J For
Res ,8 :215~219
15  Esser G ,Overdueck D. 1991. Osnabruck Biosphere Model : Struc2
ture ,Construction ,Results Modern Ecology ,Basic and Applied As2
pects Ser. New York : Elsevier Science.
16  Fisher MJ ,Rao IM ,Ayarza MA , et al . 1994. Carbon storage by in2
troduced deep2rooted grasses in the South America savannas. Na2
t ure ,371 :236~238
17  Garnett MH ,Ineson P ,Stevenson A , et al . 2001. Terrestrial organ2
ic carbon storage in British moorland. Global Change Biol ,7 :375~
388
18  Giardina CP ,Ryan M G. 2000. Evidence that decomposition rates of
organic carbon in mineral soil do not vary with temperature. Na2
t ure ,404 :858~861
19  Goldewijk KK. 2001. Estimating global land use change over the
past 300 years : The hyde database. Global Biogeochem Cyc ,15 (2) :
417~433
20  Gregorich EG. 1995. Management2induced changes in the quality
and composition of organic matter in soils of eastern Canada. In :Be2
ran MA ,ed. Carbon Sequestration in the Biosphere. Berlin Heidel2
berg :Springer2Verlag. 273~283
21  Guggenberger G. 1994. Formation and mobilization pathways of
dissolved organic matter : Evidence from chemical structural studies
of organic matter fractions in acid forest floor solutions. Org
Geochem ,21 :51~66
22  Hassink J , Matus FJ , Chenu C , et al . 1997. Interactions between
soil biota ,soil organic matter ,and soil structure. In :Lijbert B ,ed.
Soil Ecology in Sustainable Agricultural Systems. New York :
Lewuis Publishers. 15~35
23  Hollinger D Y , Goltz SM ,Davidson EA , et al . 1999. Seasonal pat2
terns and environmental control of carbon dioxide and water vapour
exchange in an ecotonal boreal forest . Global Change Biol ,5 :891~
902
24  Houghton RA , David LS. 1990. Carbon in the Earth as Trans2
formed by Human Action. Cambridge :Cambridge University Press.
393~408
25  Janzen HH ,Campbell CA ,Ellert BH , et al . 1997. Soil organic mat2
ter dynamics and their relationship to soil quality. In : Gregorich
EG ,ed. Soil Quality for Crop Production and Ecosystem Health.
Amsterdam : Elsevier. 277~291
26  Janzen HH , et al . 1998. Soil carbon dynamics in Canadian agroe2
cosystems. In :Lal R ,ed. Soil Processes and Carbon Cycle. New :
York :CRC Press Inc. 57~80
27  Jenkinson DS ,Adams DE , et al . 1991. Model estimated of CO2 e2
missions from soil in response to global warming. Nat ure , 351
(23) :304~306
28  Johnson CE ,Johnson AH , Huntington TG , et al . 1991. Whole2tree
clear2cutting effects on soil horizons and organic matter pools. Soil
Sci Soc A m J ,55 :497~502
29  Johnson DW. 1995. Role of carbon in the cycling of other nutrients
in forests ecosystems. In :McFee WW , Kelly J M ,eds. Carbon Foms
and Functions in Forest Soils. Madison ,WI :SSSA. 299~328
30  Jolivet C. 1997. Soil organic carbon dynamics in cleared temperate
forest spodosols converted to maize cropping. Plant Soil ,191 : 225
~231
31  Kern J S. 1995. Organic matter inputs and methane emissions from
soils in major rice growing regions of China. In :Lal R ,ed. Soils and
Global Change. New York :CRC Press Inc. 189~198
32  Koutika LS ,Bartoli F ,Andreux F , et al . 1997. Organic matter dy2
namics and aggregation in soils under rain2forest and pastures of in2
creasing age in the eastern Amazon. Geoderma ,76 :87~112
33  Lal R. 1995. World soils as a source or sink for radioactively active
gases. In :Lal R ,ed. Soil Management and Greenhouse Effect . CRC
Press Inc. 1~7
34  Lal R. 1998. Land use and soil management effects on soil organic
carbon dynamics on alfisols in western Nigeria. In :Lal R , Kimble
J M ,Follett RF ,eds. Soil Processes and Carbon Cycle. New York :
CRC Press Inc. 109~126
35  Lal R. 1999. Soil management and restoration for C sequestration to
mitigate the accelerated greenhouse effects. Prog Envi ron Sci , 1
(4) :307~326
36  Li J2Y(李家永) , Yuan X2H (袁小华) . 2001. A comparative re2
search on organic carbon storage in different landuse systems in red
earth hilly area. Resour Sci (资源科学) , 23 (5) : 73~76 (in Chi2
nese)
37  Li Y2H (李凌浩) . 1998. Effects of land2use change on soil carbon
storage in grassland ecosystem. Acta Phytoecol S in (植物生态学
报) ,22 (4) :300~302 (in Chinese)
38  Li Z2P(李忠佩) ,Wang X2J (王效举) . 1998. Simulation of soil or2
ganic carbon dynamic after changing land use pattern in hilly red
soil region. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,9 (4) :365~370 (in
Chinese)
39 Liu S2L (刘世梁) , Fu B2J (傅伯杰) . 2002. Effects of land use
change on soil properties in Wolong Nature Reserve. Geog Res (地
理研究) ,21 (6) :682~688 (in Chinese)
40  Lugo AE ,Sanchez AJ ,Brown S. 1986. Land use and organic carbon
content of some subtropical soils. Plant Soil Sci ,96 :185~196
41  Malhi Y ,Baldocchi DD ,Jarvis PG. 1999. The carbon balance of
tropical ,temperate and boreal forests. Plant Cell Envi ron ,22 :715
~740
42  Mcguire AD. 1995. Equilibrium responses of soil carbon to climate
change : Empirical and process2based estimates. J Biogeogr ,22 :785
~796
43  Metting FB ,Smith JL ,Amthor J S , et al . 2001. Science needs and
new technology for increasing soil carbon sequestration. Cli mate ,
51 :11~34
44  Milne R ,Brown TA. 1997. Carbon in vegetation and soil of Great
Britain. J Envi ron M an ,49 :413~433
45  Moore TR. 1998. Dissolved organic carbon :Sources ,sink ,and flux2
es and the role in the soil carbon cycle. In :Lal R , Kimble J M , Fol2
lett RF , eds. Soil Processes and Carbon Cycle. New York : CRC
Press Inc. 281~292
46  Neill C ,Melillo J M , Feigl B , et al . 1997. Soil carbon and nitrogen
stocks following forest clearing for pasture in the southwestern
Brazilian Amazon. Ecol A ppl ,7 (4) :1216~1225
47  Ningxia Forest Editorial Committee (宁夏森林编委会) . 2001.
Ningxia Forest . Beijing :China Forest Industry Press. (in Chinese)
48  Polglase PJ , Paul KI , Khanna PK , et al . 2000. Change in soil car2
bon following afforestation or reforestation :Review of experimental
evidence and development of a conceptual framework. National Car2
bon Accounting System Technical Report No. 20. Commonwealth
of Australia ,Canberra. Australia for the Australian Greenhouse Of2
fice. 1~119
49  Post WM , Kwon KC. 2000. Soil carbon sequestration and land use
change : Processes and potential. Global Change Biol ,6 :317 ~327
50  Post WM , Izaurralde RC , Mann L K , et al . 2001. Monitoring and
verifying changes of organic carbon in soil. Cli m Change ,53 :73~
99
51  Reid RS , Kruska RL , Muthui N , et al . 2000. Land use and land
cover dynamics in response to change in climatic biological and so2
cio2political forces : The case of southwestern Ethiopia. L andscape
Ecol ,15 :339~355
52  Rhoads CC. 2000. Soil carbon differences among forest ,agriculture
and secondary vegetation in lower montane Ecuador. Ecol A ppl ,10
(2) :497~505
53  Richard J F. 1994. A century of land2use change in south and south2
east Asia. In :Dale VH ,ed. Effects of Land Use Change Atmospher2
ic CO2 Concentrations South and Southeast Asia as a Case Study.
New York :Spinger2Verlag. 15~66
54  Richter DD ,Markewitz D , Trumbore SE , et al . 1999. Rapid accu2
mulation and turnover of soil carbon in a reestablishing forest . Na2
t ure ,400 :56~58
55  Schiffman PM ,Johnson WC. 1990. Phytomass and detritus storage
during forest regrowth in the south2eastern United States Pied2
76116 期                李鸿博等 :植物过程对土壤有机碳含量的影响            
mont . Can J For Res ,19 :69~78
56  Schimel DS. 1995. Terrestrial ecosystems and the carbon cycle.
Global Change Biol ,1 :77~91
57  Schlesinger WH ,Lichter J . 2001. Limited carbon storage in soil and
litter of experimental forest plots under increased atmospheric CO2.
Nat ure ,411 (24) :466~468
58  Scott NA , Tate KR ,Ford2Robertson J . 1999. Soil carbon storage in
plantation forests and pastures :Land use change implications. Tel2
l us ,51 (B) :326~335
59  Shen H (沈  宏) . 2000. Effects on different soil carbon form and
carbon pool index from fertilization. Acta Soil S in (土壤学报) ,37
(2) :166~173 (in Chinese)
60  Shi P2L (石培礼) , YU G2R(于贵瑞) . 2003. Soil carbon stock pat2
terns of different land use types in the lower Lhasa river valley Ti2
bet plateau. Resour Sci (资源科学) ,25 (5) :96~102 (in Chinese)
61  Tate KR. 1997. Organic carbon stocks in New Zealand’s terrestrial
ecosystems. J Royal Soc New Zealand ,27 :315~335
62  Tiessen H ,Menezes RSC ,Salcedo IH , et al . 2003. Organic matter
transformations and soil fertility in a treed pasture in semiarid NE
Brazil. Plant Soil ,252 (2) :195~205
63  Tiessen H. 1982. Cultivation effects on the amounts and concentra2
tion of carbon ,nitrogen and phosphorus in grassland soils. A gron J ,
74 :831~834
64 Trumbore SE , Davidson EA , Barbosa DE , et al . 1995. Below2
ground cycling of carbon in forests and pastures of eastern Amazoni2
an. Global Biogeochem Cyc ,9 :512~528
65  Turner WC ,Clark R , Kates W , et al . 1990. The Earth as Trans2
formed by Human Action. Cambridge :Cambridge University Press.
66  Valentini R , Matteuccl G ,Dolman AJ , et al . 2000. Respiration as
the main determinant of carbon balance in European forests. Na2
t ure ,404 :861~865
67  Veldkamp E. 1994. Organic carbon turnover in three tropical soils
under pasture after deforestation. Soil Sci Soc A m J ,58 :773~778
68  Veldkamp E. 1994. Organic carbon turnover in three tropical soils
under pasture after deforestation. Soil Sci Soc A m J ,58 :175~180
69  Verburg PH , Chen YQ. 2000. Multiscale characterization of land2
use patterns in China. Ecosystems ,3 :369~385
70  Vitousek PM ,Mooney HA ,Lubchenco J , et al . 1997. Human dom2
ination of earth’s ecosystems. Science ,277 :494~499
71  Wang S2Q (王绍强) , Zhou C2H (周成虎) . 1999. Estimating soil
carbon reservoir of terrestrial ecosystem in China. Geog Res (地理
研究) ,18 (4) :349~356 (in Chinese)
72  Wang Y ,Amundson R , Trumbore S. 1999. The impacts of land use
change on C turnover in soils. Global Biogeochem Cyc ,13 (1) :47~
57
73  Wang Y2F(王艳芬) ,Chen Z2Z(陈佐忠) . 1998. Distribution of soil
organic carbon in the major grass lands of Xiliguole , Inner Mongoli2
a ,China. Acta Phytoecol S in (植物生态学报) ,2 (6) :545~ 551 (in
Chinese)
74  West AE. 1999. Landscape patterns of CH4 fluxes in an alpine tun2
dra ecosystem. Biogeochemist ry ,45 :243~246
75  Wu Z2M (吴仲民) ,Li Y2D (李意德) ,Zeng Q2B (曾庆波) , et al .
1998. Carbon pool of tropical mountain rain forest in Jianfengling
and effect of clear2cutting on it . Chin J A ppl Ecol (应用生态学
报) ,9 (4) :341~344 (in Chinese)
76  Yang J2C(杨景成) , Han X2G(韩兴国) , Huang J2M (黄建辉) , et
al . 2003. Effects of land use change on carbon storage in terrestrial
ecosystem. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 14 ( 8) : 1385~
1390 (in Chinese)
作者简介  李鸿博 ,男 ,1981 年生 ,硕士研究生. 主要从事环
境科学和土壤生态学研究 ,发表论文 1 篇. E2mail : xiao2
hong810624 @163. com
“第 12 届全国农业生态学研讨会”将在广州召开
由中国生态学会农业生态学专业委员会主办 ,华南农业大学和广东省生态学会承办的“第 12 届全国农
业生态学研讨会”将于 2005 年 10 月 24~26 日在广州召开。
会议主题与内容
主题 :农业生态学与我国农业可持续发展 ———教学、科研与推广
内容 : (1)生态农业建设 ———模式与技术、推广与市场、政策与法规 ; (2)农业生态安全与食品安全 ; (3)化
学生态学、分子生态学与农业 ; (4)生物多样性与农业 ; (5) 全球变化与农业 ; (6) 循环经济与农业 ; (7) 农业生
态学的理论与模型 ; (8)农业生态规划与生态旅游 ; (9)农科的生态教学。
组委会现邀请国内外同行及感兴趣的专家学者参会 ,并征集论文 ,组委会拟编辑出版会议论文集。请参
会代表务必在 7 月 15 日前将会议回执邮寄或通过传真、电子邮件发给大会秘书处。论文截止日期为 2005
年 8 月 15 日。会议第二轮通知将在 9 月 15 日左右发给参会代表。具体会议信息请访问华南农业大学主页
(http :/ / www. scau. edu. cn/ ) ,从“学校动态”栏查看。
联系人 :章家恩  蔡昆争  欧秀娟
联系地址 :广州市天河区五山街  华南农业大学热带亚热带生态研究所  邮编 :510642
电   话 :020 - 85280211  020 - 85283203
传   真 :020 - 85282693  020 - 85280211
电子邮件 :jeanzh @scau. edu. cn ;jez6808 @163. com ; kzcai @scau. edu. cn
中国生态学会农业生态学专业委员会
第 12 届全国农业生态学研讨会组委会
2005 年 3 月 31 日
8611 应  用  生  态  学  报                   16 卷