当前世界环境

介绍

碳在土壤中的储存形式主要有两种:土壤无机碳和土壤有机碳。土壤无机碳的来源要么是母岩物质，要么是碳酸盐的溶解和沉淀。碳化硅活性较低，周转时间较长，但在微生物活性较高的情况下，短时间内再分配迅速^1，2土壤中的有机碳形式是动植物的残留物。土壤碳的范围从新沉积的植物碎片到高度耐腐蚀性的形式，如腐殖质。土壤碳参与养分循环、粮食产量和其他各种土壤功能^{3、4、5、6、7、8}．SOM的周转率影响了土壤结构的生物地球化学转化和土壤结构的稳定性⁹．SOM将通过转向率及其监管元素分类为不同的集团¹⁰．碳馏分具有较高的周转率，例如颗粒状有机碳，潜在的可崩解碳，微生物生物量碳，以及KMnO4可氧化的碳，更浅表，以预测SoC动态的变化而不是SoC总体^{11、12、13所示}．土壤有机碳按保护覆盖层分为受保护(物理和生化保护)有机碳和未受保护有机碳¹⁴．SOM是一种在养分含量上有差异的混合物，由于其周转时间的连续变化，也反映出了动态性¹⁵．SOM是一些碳库的集合，其分解率从一年（非常活跃）到数千年（稳定）^16，17．土壤活性有机碳组分相对于难降解有机碳组分具有较大的分解和周转率¹⁸．它们不仅参与氮、磷、硫等养分的生物地球化学转化，而且有助于土壤的结构和稳定¹⁹．活性有机碳比难降解有机碳对环境或污染的反应更快，因此，肌动蛋白气体是土壤质量的主要指标^20,21,22．

土壤碳分离

土壤碳分级基于其固有性质将土壤有机物质分离成各种池中^1、23．周转速率较大的碳组分是土壤质量动态的快速敏感指标^{24日,21日,18岁}．有机碳作为土壤质量变化的敏感指标，其主要缺陷在于其测试能力，即由于周转时间较长，且土壤中已经存在大量的稳定有机碳，SOC变化对控制因素波动的响应能力¹¹．利用碳的子部分或组分作为敏感性指标，使土壤碳库在估计不同管理措施对土壤碳的影响方面非常有用^{25日,26日,27日}．

各组分的有机碳在大小、组成、理化性质和分解速率上可能有所不同。土壤微气候，如土壤类型、水分有效性和管理措施，会影响不同组分中储存的碳的数量、相对稳定性和生物有效性。土壤碳分馏是植物功能的一个概述，具有控制凋落物总量和质量的特性。土壤碳的组成和周转受土地管理、生物和非生物元素之间的关系以及生物地球化学循环的相关速率的影响。离散组分的内在性质，它们的稳定性和在土壤基质中的位置也影响特定SOM组分的组成。土壤碳分馏有助于评价二氧化碳释放和土壤碳储量对气候变化的响应能力。不同的土壤碳组分具有响应不同管理措施的快速变化能力，是确定可提高土壤碳质量和数量的优化农业管理措施的有效工具。

不同尺寸的碳池

不同碳库对团聚体的影响不同，团聚体周转对SOM的影响也不同^{28、29、30、31日}．因此，聚集体中的C含量及其大小是相互依赖的。土壤聚集体中的C池在不同骨料尺寸分数中提供了对分解和碳的储存能力的实质性观点。合适的管理实践有助于保护土壤骨料中的碳池。土壤骨料尺寸分数中的C级分的分布是可变的^32、33．根据转弯的基础，C池被归类为活动，慢和中间池。主动池会季节性变更，影响聚集^34、35．土壤碳浓度随时间的变化而逐渐变化³⁶．颗粒有机碳在土壤碳动态中表现为过渡库，是微生物活动的基质^{28日,36岁,29岁}．

土壤有机碳作为土壤质量的指标

有机碳库的物理、化学和生物组分为有机碳相对于土壤全碳的动态变化提供了敏感指示。土壤生物质量可作为评价土壤质量的敏感指标，包括响应可持续管理措施的土壤固碳³⁷．碳动态还取决于微生物种群、植物的内在特性和营养物质的可用性³⁸．土壤微生物有形地组织土壤颗粒在一起，并丰富土壤团块，保护宏观团聚体中的C^39、40．土壤有机质在团聚体内受到物理保护⁴¹团聚体对微生物群落结构、气体交换、水分维持和养分循环有重要影响⁴²．土壤结构由游离初级颗粒（砂，淤泥和粘土），微聚集体和宏观聚集体作为聚集体的物理单元。负责其聚集的结合力主要是与不同金属和化合物相关联的微生物和植物衍生的碳水化合物⁴³．有机碳的增加增加了土壤团聚体的稳定性。新鲜残渣是土壤团聚的基础，为微生物活动提供C源，并产生结块剂作为副产物。微观种群及其功能在不同大小的聚集体中波动⁴⁴土壤团聚体在微生物群落和微生物尺度上的活动有很大的变化，土壤团聚体中有机质的结合也表明土壤团聚体中碳库的长期变化⁴⁵．土壤团聚作用影响碳的保持和矿化⁴³．大草凝结是大于250微观的级分，并且由有机残基和涂有粘土基质的粗砂组成。这些宏观聚集体被许多微生物殖民化⁴⁶．宏观团聚体有机质含量随栽培而降低⁴⁷。龙术裁剪降低了土壤有机物并引起了宏观聚集的降低，但微聚集相对不受影响⁴⁸．宏观团聚体的有机碳、氮和磷含量高于微团聚体。微团聚体(20 ~ 250微米级)是土壤结构的基石，并结合形成大团聚体。土壤中微团聚体的有机质含量明显低于大团聚体。微团聚体中氮、磷含量均高于c^{49岁,50岁,51}．

管理实践对SOC池的影响

在不同管理的生态系统中，土壤性质差异很大，导致土壤功能的变化^{52、53、54 55}．不适当的土壤管理会导致土壤侵蚀、有机质和其他养分的耗竭，从而导致永久的土壤屈辱和效率损失^56、57．

为了可持续增长生产力和土壤肥力，良好的管理实践至关重要⁴⁰．管理措施的变化导致土壤碳的质量和数量的变化^58岁的59．传统的管理方法包括翻耕、凿子翻耕和多次翻耕。传统的耕作方式将残基吸收到土壤中，增加了土壤与残基的接触，有利于土壤有机质的快速分解⁶⁰．土壤残余物的掺入导致含有微生物群体的最佳水分和温度，更健康的土壤结构和土壤质量的显着性，因此降低了碳的降解⁶¹．免耕土壤的生物、化学和物理品质在一定时间内有所提高，常规耕作土壤的生物、化学和物理品质在一定时间内有所下降^{62, 63, 64, 65, 66, 67}．Lee等人认为，耕作会在物理上破坏土壤团聚体，降低其稳定性⁶⁸．养护管理措施包括将植物生物量的残留物放置在不间断的表面，这将极大地提高土壤团聚体内碳的积累。在许多传统耕作系统中，增加耕作强度降低了全碳，特别是活性碳，并通过破坏土壤团聚体和使团聚体受微生物侵蚀而增加了碳的分解代谢⁶⁹．采用保护耕作措施提供土壤碳封存机会，相对于常规耕作，植物生长环境和土壤健康改善⁷⁰．保护性耕作措施可防止有机碳的损失^71年,72年在保护和常规管理措施中，随着时间的推移，保护管理措施能更好地发展土壤质量特性。免耕大大提高了不同规模土壤的长期碳保持能力^73年,74年．

有机碳在土壤生产力中的作用

土壤具有营养和动力学的改造和积累的可稳定性。农业生态系统的效率取决于其生产率。SOM支持陆地系统中的生态系统功能。具有较长的住宅时间的植物材料可观察地涉及土壤中的主要池。SOC具有控制水和空气运动的能力。SOC与土壤的生物和身体状况密切相关。土壤的物理化学反应性也受到SOC的影响。土壤碳在调节生态系统服务方面发挥着至关重要的作用。管理系统会影响土壤的所有内部和相互关联的性质⁷⁵．为了获得各种社会经济和环境效益，土壤管理实践需要采取果断行动，保持和提高土壤碳。需要采取综合政策和奖励措施来限制由于不良管理做法造成的土壤碳损失，这些做法会导致温室气体的损失和排放到大气中⁷⁶．土壤易受碳流失的影响，并由于土地利用变化或不可持续的管理做法导致加速退化而导致向大气中释放二氧化碳⁷⁷．在土壤中呈现的微生物会产生一种用作土壤颗粒的结合材料的某些物质⁷⁸．这些土壤团聚体是土壤碳的储存库，也有助于土壤碳的稳定。土壤碳对土壤团聚体的稳定性和植物养分的摄取至关重要^7、8．如果更多的碳以有机物的形式储存在土壤中，将导致大气碳的减少，这意味着温室气体的减少和全球变暖。碳以土壤有机质的形式储存在土壤中，称为“土壤固碳”。

提高或保持高水平的SOM的优势

土壤有机碳是土壤生产力的主要关联物。它为植物和微生物的生长储存和排放养分，刺激土壤结构，促进土壤健康，并作为有害物质的缓冲。有机材料中的碳增加了土壤的抗旱性、结构稳定性和防止土壤侵蚀⁷⁹土壤有机质是养分的储藏库，对有害物质有缓冲作用。土壤有机质对作物产量和土壤微生物的增殖至关重要，通过提供食物和基质促进结构、物理和生物健康⁸⁰通过采取各种管理措施增加土壤的碳含量，可以观察到生产力的直接增加⁸¹土壤的贮存能力是有限的;土壤碳含量有限，具有捕获和储存碳的潜力。土壤有机碳对土壤健康和农业可持续发展至关重要。土壤中的有机碳在为植物提供适宜的生长环境中发挥着重要的作用，如通过提高植物的健康水平来提高植物对病虫害的抵抗力，以及由于其海绵性的特性，在干旱时期可以起到水库的作用。

结论

土壤管理措施影响土壤碳库。各种管理措施，如添加适当的肥料、免耕和作物轮作，可以通过增加碳投入来提高土壤生产力。土壤碳分馏有助于预测大气中微量气体排放和岩石圈生态系统动态，以应对气候变化。分馏过程可用于测定不同土壤系统中碳的状态和变化速率。为了提高土壤有机碳含量，可以采取一定的保护措施。管理和改善土壤质量对日益增长的人口至关重要，他们保守地依赖土壤资源来获得持续的食物和纤维供应。有必要让农民了解农业中土壤碳的实际情况，以便他们做出正确的决策，采取适当的管理措施，同时提高土壤的生产力和肥力。

确认

作者感谢人力资源开发部，印度政府进行资金研究工作。我们也感谢印度矿山环境科学与工程系，Dhanbad，为实施实地监测和实验室分析提供了物流支持。

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