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土壤碳固定研究是近10 年土壤学研究的重要前沿,而可持续管理的土壤固碳是当前应对气候变化和全球土壤退化的重大需求。
现代土壤学已经能从团聚体尺度深入研究土壤固碳与生物活性的土壤机制,这将全面地揭示土壤固碳对于生态系统过程、功能及服务的影响特质,进而为可持续土壤固碳和农田有机质提升,为固碳减排与农田生产力提升及土壤环境服务改善协同发展提供科学依据和管理的政策依据。
土壤有机质是土壤的最关键属性,是土壤质量的核心。
而以土壤有机质形式存在的(有机)碳是岩石风化形成土壤的关键物质,在土壤结构形成与保持、土壤养分循环及土壤生物多样性养育中发挥着核心作用,是人类社会可持续发展的关键自然资源,更是可持续农业的关键基础。因此,土壤有机质(碳)研究一直是土壤学的核心领域。
土壤有机质既是土壤结构的关键物质,又是土壤生物活动的关键能量来源。
土壤有机质积累、固定及其与微生物利用与功能的关系,以及这种关系在土壤的微域分布特点和生态关系特征,是认识土壤功能及生态系统服务的重要基础,也是认识土壤形成和发育中功能活性演进的基础问题 。因此,认识土壤有机质—微生物—土壤功能活性的关系,成为当前应对全球气候变化和提升土壤健康和安全的重大土壤学前沿。
本文试图系统地总结相关研究国际动态,梳理土壤固碳与生态系统功能及服务的研究认识,讨论土壤固碳中有机质生物活性的演变关系,探讨这种关系所涉及的土壤过程特别是团聚体过程,提出今后研究的关键科学问题,希望对未来
土壤固碳与可持续农业的研究和技术发展以及相关政策制定提供依据。
1 土壤固碳研究应关注土壤生态系统功能及服务
应对气候变化必须促进土壤固碳。由于人类对土壤的不当利用导致的土壤退化和以全球暖干化为主要特征的气候变化,土壤有机碳损失而增加对大气CO2 温室气体释放已经是全球尺度的普遍趋势。
即使在欧洲,土壤有机碳损失也成为大陆尺度的普遍趋势。Bellamy 等曾在《自然》杂志撰文指出,1978—2003 年英格兰和威尔士发生土壤有机碳的普遍和强烈损失。锁定土壤碳、保持和稳定土壤有机碳库成为保护土壤与维持可持续发展的全球生态与环境管理的重要战略,随之成为科学界的重大研究挑战。
因此,近10 多年来,土壤固碳科学研究和技术发展成为全球地学、生态学和环境科学热点领域 和农业技术发展的关键领域 。
与时俱进,传统土壤学分化和重组出一个崭新的学科领域———固碳土壤学研究,增进碳稳定的土壤有机碳管理和土壤固碳(减排)技术也成为这个新兴学科领域的关键任务,其研究和技术发展至今方兴未艾。
土壤固碳应该服务于土壤功能保持和提升。近数十年来,全球人口快速增长日益加重了对食物和纤维生产的巨大需求,更由于工业化和城市化土壤占用及其引起的土壤污染, 全球土壤普遍存在着酸化、盐碱化、土壤侵蚀和沙化、土壤紧实化、有毒污染物积累、生境退化和生物多样性丧失以及土壤墒情降低等土壤功能退化趋势,全球土壤生产力和环境容量的可持续压力和风险与日俱增。
而到2050 年,全球人口将达到90 多亿,全球食物和纤维需求将加倍,水资源需求增加50%,加上日益严峻的气候变化,无疑将大大加剧这些土壤退化,进而极大地威胁全球社会可持续发展。
毋容置疑,保护和恢复土壤功能不但是应对气候变化,而且是应对这些可持续发展风险的全球挑战。
令人关注的是,土壤有机碳的损失恰恰是与应对气候变化和应对全球土壤退化相交集的问题。土壤有机碳固定是否能恢复和增进土壤的功能,特别是能否促进土壤的生产力和生态系统服务成为固碳土壤学研究的新问题。
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