王汝梅，张俊阁，韩雷，张丹

（沈阳农业大学附属实验场，辽宁沈阳 110161）

土壤有机质储量的长期下降始于人类耕种的第一步，现在估计已经以二氧化碳的形式向大气贡献了116 Pg的碳，同时也向海洋和淡水沉积物贡献了少量的氧化碳[1]。目前，随着耕地面积的增加，土壤有机质的流失还在继续，尤其是在东北黑土。30年来，研究东北典型黑土地区有机碳密度与储量下降的成果显著，尤其是前20年，黑土有机碳的含量快速下降，近10年有所缓解[2]。土壤科学的相关研究一直致力于减少土壤有机质的持续损失，并减少温室气体排放到大气中，但是多数的农业管理实践过程中有许多产生了负效应。如保护性耕作，虽然可以减少农业机械的排放，但在增加土壤的碳储量方面收效甚微[3]。玉米-大豆轮作土地上实行免耕措施可以减少约2%的二氧化碳排放，几十年的农业改良减少了但没有消除农业作为大气二氧化碳来源的作用。土壤有机碳的碳固存潜力可以定位为在特定气候、土壤类型下，土壤有机碳可以达到的最大增加量。由于其自身性质的不同，不同类型土壤根据气候变化、成土母质等条件有不同的固碳潜力。韩冰等[4]用DNDC模型估算了中国农田土壤碳库及变化量，分析了我国农田土壤碳库的固碳潜力，发现我国南方热带亚热带地区的水稻土有机碳含量相对北方旱田有机碳含量更高，有更大的固碳能力。

1 农田管理方式对土壤固碳的影响

不同的施肥方式极大影响着土壤中有机碳的含量，研究发现，有机肥的施用可以显著提升土壤有机碳的含量，实现固碳管理，尤其是在高量的有机肥混合施用化肥的处理上。陈锦盈等[5]研究了土地利用变化对土壤物理组分中有机碳分配的影响，结果表明天然林地变成农田，颗粒有机碳含量显著降低，而退耕还林却使颗粒有机碳含量增加，且不同土地利用方式土壤有机碳含量在土壤剖面也表现出一定的层次性。史奕等[6]对不同经营方式和施肥模式下黑土颗粒有机碳的变化情况进行研究，发现氮、磷肥和循环猪圈肥处理土壤颗粒有机碳含量最高，深松处理耕层颗粒有机碳含量最高。

对稻麦轮作区的砂壤土的研究发现，秸秆和粪肥的施用提高了土壤有机碳的浓度，尤其是在化肥配合施用的条件下。化肥的施用也对提高土壤固碳起到了一定的作用。例如施氮量高，预计生物量就高，返还土壤的部分也多，因此最终提高了土壤的有机质含量。大部分研究者认为秸秆还田可以增加土壤有机碳的固持，但是秸秆还田对有机碳含量增加的效果远远不如有机肥的施用来得直接，主要也是受到秸秆还田量以及秸秆的腐熟程度还有气候温度这些环境因素的影响。生物炭作为一种土壤改良剂在农艺和环境管理中的应用日益普及，低周转率和高碳含量的生物炭及其对土壤理化性质和生物群落的潜在有益影响，引起了研究人员对其土地利用的兴趣。生物炭可能成为构建土壤、提高水质和提高农业生产力的农业环境综合战略的关键组成部分，同时实现土壤碳的固定，缓解全球气候变化[7]。

2 土壤不同组分固碳研究进展

土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，是有机碳存在的主要场所。李海波等[8]研究发现草地＞2 000 μm团聚体的质量分数和平均重量直径显著高于裸地和一般农田，表明草地植物细根系的连接和绊缠作用对＞2 000 μm团聚体的稳定起到关键作用，因而提高了土壤的团聚化。土壤团聚体固定有机碳的稳定性高度依赖于土壤质地和添加有机碳源，秸秆碳的加入能有效提高旱地大团聚体有机碳的含量（＞250 μm），增强其稳定性和对土壤总有机碳的贡献，尤其是对传统耕作土壤的影响更大[9]。相关研究表明，耕作可以降低土壤有机质含量，增加有机质的周转速率，耕作工具的定期扰动和土壤环境的干湿交替会导致团聚体中的物理保护的有机质暴露并分解。微团聚体包裹的有机碳，由于其内部氧气通透性差，有机质被固定在微团聚体内部。耕作破坏了团聚体的结构，导致微团聚体有机碳被氧化，有机碳含量降低。土壤中的粘粉粒组分被认为是固定土壤有机碳的主要机制，该组分的结合碳能力或者说固碳容量是土壤固碳自然潜力的物理接触，因此，免耕被认为是增加有机碳的主要农业管理措施。

3 土壤固碳研究展望

虽然各种形式的土壤碳固存的农业管理措施都有其积极作用，但如何在农业生产实践过程大规模的实现土壤碳的固存仍然存在难度，甚至不太可能[10]。目前，还没有一个连贯的经济战略能够促使广大农民在几十年的时间跨度范围采用和保持规定的做法，如何制定一个有效且合理的农业管理措施，以提高土壤有机碳含量，达到缓解气候变化，保障粮食安全的目标，是未来研究的重点方向。