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可持续土壤发展:谈土壤碳固定的重要性

2016-06-28 08:23来源:地球科学进展关键词:土壤碳固定土壤退化土壤有机质收藏点赞

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这也被作者的一些研究所证实。其次,无论用黏粒保护理论还是矿物—化学结合稳定理论来说明有机碳固定及稳定化,土壤有机碳积累都将趋向一个饱和限(saturation limit)。

但是,这被一些研究所质疑。例如Kong 等 的研究表明,可持续管理的农业系统中10 年以上的土壤碳积累并没有出现饱和;相反,通过示踪研究表明,比利时某种植玉米已12 年的土壤中,有稳定态黑炭存在的农田中有机碳含量比无明显黑炭存在的田块高2. 1% 以上,而增加的有机碳主要是受团聚体物理保护的。

与此相应,实验室培养中黑炭田块玉米碳土壤呼吸比无黑炭田块明显减少。这与促进了黑炭大土壤团聚体形成而加强了碳的物理保护作用相呼应。

这个研究支持了这样的假设,添加生物质炭于土壤中,不但可能不激发对原有有机碳的分解作用,而且可能在长期尺度上促进土壤对外源碳的固定及稳定化 。与这个研究相似的是,最近我们对浙江慈溪百年尺度的水稻耕作时间序列的

研究表明,添加玉米碳培养,这个时间序列的不同土壤对玉米碳的固定与黏粒、氧化铁等矿物质组分的关系并不显著,而与土壤的大团聚体(2 000 ~ 250滋m)含量成极显著线性相关, 并没有表现出团聚体含量变化趋饱和现象。这与Kong 等 对不同耕作制土壤的有机碳水平与碳的团聚体分布的关系的研究结果相一致。

最近, Vogel 等发表了一个采用SEM 和Nano-SIMS 技术进行团聚体微域研究的报告,将负载有微团聚体样本的硅晶片进行颗粒扫描电镜观察,继之对金镀膜后颗粒再用Cs+ 初级离子探针进行Nano鄄SIMS 分析。

对淋溶土添加13 C 和15 N 双标记的玉米秸秆进行培养,分析培养后标记碳(氮)微域分布,揭示了土壤中有机碳存在于表面粗糙的矿质—有机复合体中,新碳很少与<2 滋m 的单个黏粒矿物结合,而是与原先存在的这些粗糙表面的复合体中,即微团聚体结合。

不过,老碳多保护在分散的黏粒颗粒中。这在提醒科学家,团聚体结合固碳,而不是矿物表面吸附固定,是土壤固碳的内在机理。

这反证了土壤固碳是团聚体过程。团聚体层面的土壤碳固定抑或更新都应该与微生物的分布及作用有关。过去对碳库及稳定性的描述和表征,较少考虑到团聚体中土壤微生物作用。

土壤中微生物分解者和催化分解的酶(绝大多数是胞外酶) 存在于微团聚体界面的充水孔隙或水膜。

而被固定的新碳多存在于大团聚体内的微团聚体中(即iPOM,微团聚体间颗粒态碳) 。因此,微生物和酶与有机质基质被空间上隔离,后者一般成簇状存在于团聚体间特别是土壤矿物表面,它们很少被微生物占据,因为微生物占土壤有机碳一般在1% ~3%,在黏质土壤中矿物表面被微生物占据的概率更低。

而正如前述,碳是簇状被矿物复合体结合保护而固定的,可能就是颗粒态有机碳,尽管在化学上不稳定,但是由于被保护,与微生物分处不同的、遥远而互不相通的空间位置,而变得稳定化(图2)。

原标题:可持续土壤发展:谈土壤碳固定的重要性
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