颗粒有机质的来源_测定及其影响因素

生态学杂志C h i n e s eJ o u r n a l o f E c o l o g y 　2007, 26(11) :1849-1856　　　　　　　　　　　　　

颗粒有机质的来源、测定及其影响因素

李维福　解宏图

1, 2

1＊＊

＊

　何红波　白　震　张旭东

11, 21, 3

1(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳110016; 2中国科学院研究生院, 北京100049; 3辽宁沈阳农田生态系统

国家野外研究站, 沈阳110016)

摘　要　土壤活性有机质及其组分作为土壤质量的重要指标在土壤化学、物理和生物性质

方面起着重要作用。颗粒有机质能够有效地反映有机质的特性, 与微生物生长、营养供给及C 、N的生物学调节密切相关。作为活性有机质的一个量度指标, 颗粒有机质越来越受到人们的重视。本文综述了土壤颗粒有机质的来源及其在土壤有机质转化过程中的作用, 对其测定方法作了系统的描述, 阐明了土壤理化性质、农业措施(施肥与耕作) 及土地利用类型对土壤颗粒有机质在土壤形成及维持其稳定性方面的影响。关键词　颗粒有机质; 土壤团聚体; 土壤有机质中图分类号　S153. 6　文献标识码　A　文章编号　1000-4890(2007) 11-1849-08S o i l p a r t i c u l a t e o r g a n i c m a t t e r :O r i g i n, m e a s u r e m e n t , a n df a c t o r s a f f e c t i n gi t s f u n c -1, 2111, 21, 3t i o n s. L IW e i -f u , X IE H o n g -t u , H E H o n g -b o , B A IZ h e n , Z H A N G X u -d o n g 1

(I n s t i t u t eo fA p p l i e d E c o l o g y , C h i n e s eA c a d e m y o fS c i e n c e s , S h e n y a n g 110016, C h i n a ; 23G r a d u a t e U n i v e r s i t y o f C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s , B e i j i n g 100049, C h i n a ; N a t i o n a l F i e l d R e -s e a r c h S t a t i o n o f S h e n y a n g A g r o e c o s y s t e m s , S h e n y a n g 110016, C h i n a ) . C h i n e s e J o u r n a l o f E c o l o -g y , 2007, 26(11) :1849-1856. A b s t r a c t :S o i l a c t i v e o r g a n i c m a t t e r p o o l a n d i t s c o m p o n e n t s p l a y i m p o r t a n t r o l e s o n s o i l c h e m i -c a l , p h y s i c a l , a n d b i o l o g i c a l p r o p e r t i e s , a n d c a n b e u s e d a s g o o d i n d i c a t o r s o f s o i l q u a l i t y . A s a m e a s u r e m e n t i n d e x o f s o i l a c t i v e o r g a n i c m a t t e r , p a r t i c u l a t e o r g a n i c m a t t e r (P O M )c a n e f f e c t i v e -l y r e f l e c t t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i l o r g a n i c m a t e r (S O M ) , a n d a c t s a s a s u b s t r a t e f o r s o i l m i c r o b i -a l a c t i v i t y , a s h o r t -t e r mr e s e r v o i r o f n u t r i e n t s , a n d a f o o ds o u r c e f o r s o i l f a u n a . T h i s p a p e r r e -v i e w e d t h e r e c e n t r e s e a r c h p r o g r e s s o n t h e o r i g i n o f P O M a n d i t s f u n c t i o n s i n S O M t u r n o v e r , i n -t r o d u c e d t h e m a i nm e t h o d s o f i t s m e a s u r e m e n t , a n de l u c i d a t e d t h ee f f e c t s o f s o i l p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s , a g r i c u l t u r a l p r a c t i c e s (f e r t i l i z a t i o n a n d c u l t i v a t i o n ) , a n d d i f f e r e n t l a n d u s e s o n t h e P O M ' s f u n c t i o n s i n t e r m s o f s o i l f o r m a t i o n a n d s t a b i l i z a t i o n . K e y w o r d s :p a r t i c u l a t e o r g a n i c m a t t e r ; s o i l a g g r e g a t e ; s o i l o r g a n i c m a t t e r .

1　引　言

土壤有机质(s o i l o r g a n i c m a t t e r , S O M ) 是重要的土壤质量组成成分。S O M 是土壤动植物的主要能

量来源, 也是高等植物生长所需无机养分的重要来源。S O M 通过影响土壤团聚化作用来生成适合植物生长的物理环境, 反过来, 荒地开垦和农田翻耕, 特别是农田的过度利用加剧了土壤团聚体结构的破坏, 消耗土壤有机碳, 使土壤退化(B u r k ee t a l . ,

＊国家自然科学基金项目(40501038) 和中国科学院沈阳应用生态研究所创新领域前沿资助项目(S L Y Q Y 0602) 。＊＊通讯作者E -m a i l :x i e h t @ia e . a c . c n 2007-1995) 。长期以来, 人们在S O M 数量方面做了大量的工作, 但S O M 的降解及迁移是一个极其复杂的过程, 将其作为一个整体看待, 不能准确地反映有机质的变化。对S O M 组分进行定量化估算是非常重要的(C a m b a r d e l l a ＆E l l i o t t , 1992; 王晶等, 2003b ) 。活性有机质由于能够灵敏、准确、真实的反映S O M 的存在状况、指示土壤质量变化而逐渐受到重视。但在近年研究中, 尤其在土壤活性有机碳的研究中出现了繁多的术语和应用指标, 甚为混乱和繁杂(王晶等, 2003a ) 。颗粒有机质(p a r t i c u l a t e o r g a n i c m a t -t e r , P O M ) 作为土壤活性有机质的组分和量度指标,

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壤质量动态变化的影响(W a n d e r , 2004; M a r r i o t t ＆W a n d e r , 2006) 。以P O M 形式存在的碳, 目前已经开展了广泛而深入的研究, 而且逐渐成为研究S O M 的一个热点。

2　PO M 的来源及其在S O M 转化过程中的作用

土壤有机质可以定义为基于降解速率的一系列组分组成的连续体, 从概念上讲, P O M 是有机质的暂存库(t r a n s i t o r y p o o l ) , 是新鲜植物残体腐殖化和稳定有机质腐解过程的中间产物。P O M 组分包括来自植物地上或根部未分解和结构已知的残体, 主要有可识别的细胞结构、植物微粒、木质素、真菌菌根、孢子、菌丝等植物碎片及木炭、根毛和动物粪便等(G r e g o r i c h e t a l . , 1995) 。P O M 中纤维素降解酶和几丁质降解酶含量是非根际土壤的2～10倍(S t e v e n e t a l . , 2006) 。P O M 的数量和组成可以反映植物残体归还的程度。从分析上来讲, P O M 是通过物理分级、颗粒大小定义的组分, 是土壤经过分散存留于53μm 筛上的部分。文献中几种物理分离定义的组分和P O M 很相似, 包括大颗粒有机质(m a c -r o -o r g a n i c m a t t e r , M O M , 200～8000μm ) 、粗有机质(c o a r s e o r g a n i c m a t t e r , C O M , 500～2000μm ) 和轻组分(l i g h t f r a c t i o n , L F ,

3　PO M 的测定方法及其意义

3. 1　总P O M 的测定

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10g 土壤样品加入到30m l 浓度为5g ·L 的-3

15h , 用孔径为53μm 的筛子筛分, 留在筛上的部分用蒸馏水洗涤几次后在50℃下烘干过夜, 即分离出

总P O M 。P O M 总量不能说明其组分的动态变化, 随着研究工作的深入, 人们逐步建立了多种分离P O M 的方法。3. 2　密度分组获得的P O M

虽然土壤矿质组分和S O M 间结合的强度是不断变化的, 但S O M 可以根据其密度划分为结构和功能不同的2个库, 这是土壤密度分组的理论基础。确定相对密度及对分组结果的解释和应用是土壤密度分组的核心问题。目前采用密度分组方法来研究不同组分有机质动态变化的报道越来越多(G r e g o -r i c he t a l . , 1994; G a l e e t a l . , 2000; K ölb l ＆K öge l -K n a b n e r , 2004) 。

P O M 的提取量随重液密度的增大而增加, 然而重液的温度和实际密度是很难控制的, 一些细微的变化都会对P O M -C 的含量产生明显的影响。分离S O M 中P O M , 一般使用密度区间为1. 40～1. 85g ·c m 的重液。常用的重液有N a I 、KI 、聚钨酸钠(s o -d i u m p o l y t u n g s t a t e , S P T ) 和二氧化硅硅胶(s i l i c a g e l s ) 等。这些重液能改变所提取S O M 的化学性质。其中碘化物能破坏各种键的作用, 由于硅胶的p H ≥8, 所以能提取出腐殖物质。M e i j b o o m 等(1995) 认为, 硅胶能相对容易的同产物分离, 再加上其造价低、毒性小, 因此, 用它提取P O M 是比较合适的。目前, 普遍使用的S P T 虽然是一种惰性的物质, 但将其完全与P O M 分开, 是相当困难的。不过由于N a I 和S P T 作为重液, 可以避免样品中残留水的负效应以及表面活性剂和有机溶液在土壤组分上的吸附现象, 而且具有非常好的提取效果以及较高的回收率, 因此广泛用于密度分级。在密度分组之前, 一般都先用六偏磷酸钠分散土壤。虽然重液对S O M 化学性质的影响已早有研究, 但对P O M 组分的影响还未有详细的报道。3. 3　颗粒分组获得的P O M

由于S O M 在土壤中分布的位置不同, 因而仅依据S O M 总体数量和特征难以确定土壤有机质的具体作用, 如果能按照一定的颗粒大小分离出土壤团聚体组分, 就能直接研究不同团聚体所结合的有机质数量、组成、性质及有机质与土壤团聚体的相互作用, 这就是土壤颗粒分组的理论基础。过筛孔径大小的不同, 会对分离组分的数量和化学性质产生不。, -3

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自动干烧技术, 这些自动方法精确, 但需要大量的资金投入和技术支持。目前使用燃烧损失法测定

P O M 的研究, 鲜有报道。3. 6　PO M 测定方法存在的问题及展望

虽然关于P O M 的研究工作已经开展了几十年, 其测定方法也比较成熟, 但目前对于P O M 的分离还未建立统一的标准, 不同研究之间缺乏可比性。密度分组时, 人们开始使用有机重液, 但缺点明显, 如具有毒性, 对提取的C 有潜在的影响等(谢锦升等, 2006) , 因此后来采用无机盐作为重液, 但无机重液造价较高(如S P T ) , 同时部分无机盐也具有毒性。密度分组过程中, 对重液的温度和实际密度的控制是至关重要的, 因为二者会对P O M -C 的含量产生明显的影响。颗粒分组时, 过筛孔径大小及超声输出能量的不同均会对分离组分的数量和化学性质产生不同的影响。上述2种分组方法的限制因素也必然会影响游离态和闭蓄态P O M 的分离、测定。分离P O M 组分标准方法的建立(如对重液及其密度, 过筛孔径, 破碎能量等因素的确定) , 将会有助于P O M 更广泛的应用。

现在密度分组和颗粒分组相结合已广泛用于P O M 分组。一般来说, 都是先进行密度分组, 将P O M 提取出来, 然后再进行颗粒分组, 把P O M 分成颗粒大小不同的组分(C a m b a r d e l l a ＆E l l i o t t , 1992; S t o n e e t a l . , 2001) 。M a g i d 等(1996) 发现密度分组和颗粒分组相结合同单独的密度分组相比, 前者的效果更好。密度分组与颗粒分组技术的结合能把土壤中不同位置的P O M 分离出来, 有利于加深人们对P O M 特性的认识和理解, 是今后研究P O M 的主要技术手段。但由于这种方法采用的步骤较多, 因而会增加P O M 的潜在损失。如何最大限度的减少分组过程中P O M 的损失, 还需要探索。4　PO M 的影响因子

4. 1　土壤理化性质对P O M 的影响

土壤性质包括物理、化学和生物3个方面, 其中理化性质很大程度上决定了生物过程, 土壤理化性质对P O M 的组成、含量和周转有着深远的影响。4. 1. 1　土壤质地对P O M 的影响　土壤质地和土壤结构对S O M 降解具有重要影响。细质地土壤较粗质地土壤物理保护作用更强, 影响S O M 物理保护的主要因子是其与黏粒和粉粒的结合能力。研究发O M ,

～2000μm , 但在某些条件下, 这个区间是有变化的。例如, Z i m m e r m a n n 等(2007) 把63μm 以上的

部分作为P O M 的组分; 而在研究植物残体时, 往往选择更大的尺度, 一般是把200μm 作为P O M 组分粒径的下限。颗粒分组需要超声破碎, 破碎土壤时, 获得组分的大小同仪器输出的能量成反比, 一般常用300～500J ·m l 的破碎能量分离P O M 。颗粒分组的优点是:方法简单, 设备也不昂贵, 尤其适用于需要提取大量组分的研究。3. 4　游离态和闭蓄态P O M 的测定

G o l c h i n 等(1994a ) 依据P O M 在土壤中位置的不同得到了2种组分, 其中游离P O M (f r e e P O M , f r -P O M ) 位于土壤团聚体之间, 鉴于其位置所在, 故其对土壤团聚体的稳定性贡献不大; 第2个组分, 团聚体内P O M (i n t r a -a g g r e g a t e , i P O M , 有时也称之为o c -c l u d e d P O M , o P O M ) , 闭蓄于团聚体内并与矿质颗粒紧密结合, i P O M -C 对团聚体稳定性贡献很大。

G a l e 等(2000) 提出用密度分组来分离f r P O M 和i P O M 。其过程是:称10. 0g , >53μm 的团聚体组分, 预湿到280g 水·k g , 4℃下过夜, 转移至225m l 的广口瓶中, 加入55m l S P T(1. 89g ·c m ) , 过夜, f r P O M 漂浮在上清液中, 沉淀物为含i P O M 的团聚体, 将含有f r P O M 的上清液吸出, 同时把沉淀物转移至离心瓶中, 加175m l 的水, 900×g 离心10m i n , 倒掉上清液, 在沉淀物中加100m l H M P (5g ·L ) , 振荡18h (120r ·m i n ) , 过53μm 的筛, 并用水冲洗, 筛上物质为i P O M 和砂粒, 收

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集至烧杯中, 加50m l S P T(1. 85g ·c m ) , 过夜, i P O M 在上清液中, 吸出。f r P O M 和i P O M 水洗后, 在铝盒中于50℃烘干。

f r P O M 和i P O M 是通过对团聚体不同程度的破碎而获得的, 通过对f r P O M 和i P O M 的分离、分析, 可以进而揭示土地利用及管理对土壤团聚体的稳定性和P O M 储存的影响。3. 5　燃烧损失法对P O M 的测定

C a m b a r d e l l a 等(2001) 提出用燃烧损失法来测定P O M 。在重量含水量0. 5%的水分浓度下, 六偏磷酸钠∶土比例为3∶1, 在往复式振荡机上以120次·m i n 振荡土壤样品(

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有机C 的保护与土壤质地直接相关; 当有机物料施入到S O M 含量高的细质土壤中, 有机C 的保护和土壤质地没有相关性, 说明C 的保护是受黏粒和粉粒与S O M 的饱和度控制的, S O M 的保护可以用吸附和解吸的途径来动态描述(H a s s i n k ＆W h i t m o r e , 1997) 。在相同的气候和管理条件下, 黏粒含量高的土壤往往含有更多的有机碳, 而且能保护P O M 免于生物降解。黏粒含量低的土壤中, i P O M 显著减少, 但f r P O M 与黏粒含量无关(K ölb l ＆K öge l -K n a b -n e r , 2004) 。P O M 在不同粒级土壤团聚体中的含量是有差异的, 而且作用也不同。去除砂粒后, P O M -C 、N的浓度, 在直径>106μm 的团聚体中含量最高(史奕等, 2003) 。P O M -C 主要存在于水稳性大团聚体中, 且其含量随粒级减小而下降, P O M 对维持耕地大团聚体(>250μm ) 水稳定性起重要作用。植物残体、活的根系和微生物活性对团聚体的形成和土壤有机碳的稳定起着重要的作用, 但在粘土矿物不同的土壤中作用会有所差异。D e n e f 等(2004) 研究了3种类型的温带农田土壤(即以2∶1型黏土矿物为主的土壤、以1∶1型黏土矿物为主的土壤以及2∶1型和1∶1型混合的土壤) , 2种耕作制度(免耕和常规耕作) 下, 受大团聚体保护的微团聚体对土壤全有机碳截获的贡献。结果表明, 免耕制度下, 3种类型土壤中, 全S O C 、微团聚体内部的P O M -C 均要高于常规耕作的土壤。以2∶1型黏土矿物为主的土壤, 免耕比常规耕作更有利于C 的截获。有机质的减少对大团聚体中微团聚体的形成和稳定性的影响是随着土壤中1∶1型黏土矿物和氧化物数量的增加而减弱的。因此, 黏土矿物影响着大团聚体的周转以及大团聚体中微团聚体的形成和稳定性。4. 1. 2　土壤化学性质(C 、N) 对P O M 的影响　PO M 的含量与微生物生长、营养供给及C 、N的调节密切相关。一般来说, P O M 的C ∶N 大约是20∶1, 植物残体的C ∶N 区间较窄(W a n d e r , 2004) 。P O M 占全量S O M 比例较大的土壤中, P O M 的C 、N与全土的C ∶N 有直接关系; 然而耕作的矿质土壤中, 当P O M -C 占S O C 的比例为≤1/4时, P O M 的C ∶N 与全土的C :N 没有确定的关系(W a n d e r , 2004) 。P O M 中C 的比例区间很广, 在2%～30%,而N 的比例区间相对较窄, 为1. 5%～10%。常年生长植物的土壤上, P O M -C 和P O M -N 的比例较高。P O M -N 含量越高, 土壤供N 的潜能就越大(K o u t i k ae t a l . , 2001) 。相比, 前者能提供更多的关于N 动态变化的信息。4. 2　农业措施对P O M 的影响

农业措施(施肥、耕作等) 通过改变土壤湿度和温度、微生物群落、根系生长状况、作物残茬的数量和质量, 最终影响S O M 动态。许多研究表明, 农业管理措施对土壤有机碳含量具有一定的影响, 因此, 研究不同农业管理措施对土壤有机碳库的影响及作用机理, 对促进土壤碳固定具有重要作用(李德文等, 2005) 。4. 2. 1　施肥对P O M 的影响　长期施用有机肥能增加作物的产量, 刺激微生物活性, 改善土壤质量。长期(41年和54年) 田间试验表明, 施用有机肥和化肥(N P K ) 能增加f r P O M 、oP O M 和矿物结合态有机质中总有机碳的含量(S t e v e n e t a l . , 2006) 。也有研究表明, 施用充分腐熟的有机肥或者单施尿素不利于有机质的积累, 会引起P O M -C 的损失(O u édr a o g o e t a l . , 2006) 。施肥处理有利于红壤1～3和0. 25～1m m 团聚体含量增加, 而且颗粒愈细, 有机碳含量愈高(李辉信等, 2006) 。杨长明等(2005) 研究了不同施肥模式对潮土有机碳的影响, 发现有机无机肥配施, 明显增加了P O M -C 和>250μm 的水稳性团聚体含量。有机肥处理的土壤中有机碳含量的增加取决于所施有机肥的质量。F o r t u n a 等(2003) 发现, 堆肥能显著增加P O M -C 的含量, 并改变P O M 化学特性, 使其作为N 动态变化指示因子的作用降低, 而作为土壤耕作程度指标的作用加强。M a n n a 等(2006) 的试验表明, 在0～15c m 的土层中, 微生物量C 和N 、热水溶性有机碳、水溶性碳水化合物及颗粒有机碳、N的含量为:N P K+厩肥>N P K>N P>N ; 在试验过程中, 单施N 肥降低有机碳20. 4%,而N P K 和N P K+厩肥能够保持或提高有机碳的含量, 土壤总氮和矿化氮的含量除了N P K+厩肥处理外, 其余的均降低。在所有处理中, 微团聚体(53～250μm ) 含量最高(43. 9%～51. 3%), 大团聚体(250～2000μm ) 次之(34. 6%～40. 1%)。C 和N 的矿化速率为大团聚体>微团聚体, 并且与P O M -C 和P O M -N 的含量显著相关。N P K+厩肥处理与其他处理相比能提高土壤团聚化的程度。施用肥料类型不同, 不同组分有机质累积的规律也有所不同, 其原因还有待于进一步研究(尹云锋等, 2005) 。S p a c c i n i 等(2002) 研究了添加作物秸秆和有机肥对碳水化合物性质、团聚体稳定性和C 、N在水稳。研

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2000μm 的团聚体的数量, 在0～5c m 的表层土壤中, N T 与C T 相比, 前者使大团聚体中碳的含量提

高了158%,而2000、250～2000、53～250和

C a m b a r d e l l a 和E l l i o t (1992) 研究发现, 以P O M 态存在的全C 在草地、裸地休闲、残茬覆盖和免耕土壤上的含量分别为39%、18%、19%和25%,N T 可减少以耕作和通气作用损失的P O M , 与裸地休闲相比, 在N T 处理下P O M 组分具有更高的C ∶N 。P u l l e m a n 和M a r i n i s s e n (2004) 对矿化C 的研究表明, 长期耕作的土壤和草原土壤中, 不受物理保护的C 占总有机C 的1. 9%～2. 4%,而且差别不明显; 耕作土壤中1. 4%的有机碳受大团聚体的物理保护。M u b a r a k 等(2005) 的研究发现, 长期(>40年) 和短期(50年) 耕作的土壤中, 大团聚体(>250μm ) 减少了1. 7倍, 大颗粒大团聚体(2000～2800μm ) 受影响最大, 减少了92%,而微团聚体(53～250μm ) 则提高了2倍(M a r c o s e t a l . , 2006) 。

4. 3　土地利用方式对P O M 的影响

P O M 是土地利用管理以及土地利用变化的一个敏感指示因子, 而且同总有机碳相比, 更为灵敏。土地利用类型、土壤耕作方式都会影响土壤中碳的储存和有机质的稳定性。

G o l c h i n 等(1994b ) 提出大团聚体形成以P O M 为核, 成为微生物的栖息地并被矿质材料在其外包被成壳。草原土壤开垦耕种后, 大的团聚体被破坏, 进而o P O M 分解。由于P O M 分解, 变成碎片, 大团聚体整体稳定性降低, 最终破裂, 导致含有残留P O M 的微团聚体的形成(G a l e e t a l . , 2000) 。J o h n 等(2005) 研究发现, 耕作改变了表层土壤团聚体的分布状况, 其中53～250μm 的团聚体含量最高, 而>1000μm 的团聚体的含量较少。对温带森林土壤研究发现, o P O M 比f r P O M 含有更多的C 且C ∶N 较高, 二者中C 的含量是和矿物结合的有机质中C t a l . , (1000μm ) 积累更多的碳水化合物。M a r r i o t t 和W a n d e r (2006) 研究了粪

肥+豆类秸秆, 单施豆类秸秆和传统化肥3种外源肥料对P O M 的影响, 结果发现, 3种处理下, i P O M 的C ∶N 顺序是:传统化肥>单施豆类秸秆>粪肥+豆类秸秆。主要或完全依靠施无机氮肥生长的谷类作物的土壤中, 其P O M 的C ∶N 较高; 而有豆科植物参与的轮作, 或者施粪肥的土壤中, 其P O M 的C ∶N 较低(N i s s e n ＆Wa n d e r , 2003) 。4. 2. 2　耕作对P O M 的影响　P O M 作为植物来源的有机质, 得到了广泛的研究, 人们越来越多的用它表示免耕(n o -t i l l a g e , N T ) 和常规耕作(c o n v e n t i o n a l t i l l a g e , C T ) 下, 来源于土壤中不同部分的碳组分, 耕作也是目前关于P O M 研究的重要方面。梁爱珍等(2006) 研究发现, 不同耕作处理对黑土耕层有机碳的影响无显著性差异, 而且免耕处理在短期内(3年) 未引起耕层土壤有机碳含量明显增加, 反而有所降低。虽然说N T 可以减缓土壤有机物质的矿化率, 有利于S O C 的积累, 但这一固碳作用往往存在滞后效应, 需要5～10年后才能有明显反应。C T 处理的土壤, P O M 更容易流失和分解。S i x 等(2000) 发现, 同C T 相比, N T 系统一般能增加团聚体和S O M 的含量, 并且能促进大团聚体分解成更加稳定的微团聚体。P i n h e i r o 等(2004) 对草原和裸露土壤的研究发现, 0～5c m 的表层土壤中, ≥2000μm 的团聚体, N T 为50%,而C T 为30%;全量有机碳的浓度在N T 和C T 处理下分别为19和11g ·k g , 但在5～10c m 土层中差别不明显, 平均为13g ·k g 。而L i e b i g 等(2004) 的研究发现, 0～7. 5c m 的土层中, P O M -C 的含量, N T 处理比C T 处理高

-2

4980k g ·h m 。W a n d e r 等(1998) 的研究发现, 免耕提高了0～5c m 土层内S O C 和P O M -C 含量, 但是以减少5～17. 5c m 土层内的S O M 储量为代价的。翻耕和缺少残体归还的土壤, 团聚体和有机碳的含量均会下降, 容易发生侵蚀。免耕有提高农业土壤碳和氮截获的潜力, 但种植不同作物的土壤中结果可能不尽相同。A l a n 和F r a n k (2005) 的研究表明, 连续种植高粱(S o r g h u m b i c o l o r L . ) 、小麦(T r i t i c u m a e s t i v u m L . ) 和大豆(G l y c i n e m a x L . ) 的0～5c m 的表层土壤中, N T 比C T 处理增加的C 量分别为97%、47%和72%,氮分别增加了117%、56%和44%;种植小麦的土壤比种植大豆和高粱的土壤-1

-1

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水稻土, 0～40c m 土层中, P O M -C 随耕作时间的不同而发生显著的变化, 但在50c m 以下的土层中, 则变化不明显, 说明水稻土中P O M -C 以可溶性有机质的形式而淋失(Z h a n g ＆H e , 2004) 。

C a r a v a c a 等(2004) 对西班牙南部(半干旱地区) 的2种利用类型土壤(耕作土壤和森林土壤) 的20个样点, 通过超声破碎分离出次生林地>茶园>旱地, P O M -C 占土壤总有机碳比值的平均值大小为林地>茶园>旱地。H e l f r i c h 等(2006) 研究了挪威云杉(P i c e a a b i e s L . ) 林, 玉米(Z e a m a y s L . ) 地和草原3种类型土壤的S O M 化学性质, 结果发现, 3种土壤中, 来源于f r P O M 的烷基C 和O -烷基C 均高于来源于o P O M 的。Y a m a s h i t a 等(2006) 对杉树林, 草原和耕作(玉米和小麦) 3种类型土壤的研究发现, 森林土壤中f r P O M 和o P O M 的数量以及其中C 的含量都大于草原和耕作土壤, 3种土壤中, C ∶N 的顺序都是:f r P O M>o P O M>矿物结合的有机质。王清奎等(2005) 发现, 农田土壤活性有机质含量明显低于林地, 且差异达到极显著水平, 这是因为农田在管理中, 由于翻耕改变了土壤温度、湿度、孔隙状况和土壤微生物的活性环境, 使土壤变得疏松, 更适合微生物活动, 从而加速土壤有机质的分解、消耗过程。将多年耕作的农田土壤改种紫花苜蓿(M e d i c a g o s a t i v a L . ) 4年后, 发现0～5c m 的土层中, 种植紫花苜蓿的土壤中P O M -C 、PO M -N 、有机C 和全N 的含量均显著高于相应的农田土壤, 其中P O M -C 、PO M -N 相对于有机C 和全N 来说变化更大(S u , 2007) 。M e n d h a m 等(2004) 研究了澳大利亚西南部的草原栽种桉树(E u c a l y p t u s g l o b u l u s L . ) 林后土壤中P O M 的变化, 结果发现, 2种土壤中全有机C 的含量没有显著差别, 但是桉树土壤比草原土壤中P O M -C 高出13%,而两种土壤中C ∶N 却都大约为19。5　结　语

度指标, 越来越受到人们的重视。P O M 同土壤管理之间是紧密相连的, 并且具有其统计学的意义, 但

P O M 不能作为全量S O M 的量度指标。P O M 在土壤的生物学、化学和物理学方面起着重要作用。P O M 组分与其生物化学性质和团聚体的稳定性是紧密相连的, 因此, 不同的测定方法可能分离出不同的P O M 组分。P O M 组分细分的标准方法的建立, 将会有助于P O M 更广泛的应用。P O M 作为S O M 的一部分, 土壤理化性质对其影响很大, 而且P O M 对土地利用类型和土壤管理变化的反应非常敏感。目前关于P O M 的研究, 绝大部分是在室内开展的, 而田间研究, 以及室内和田间二者之间的关系, 还需要进一步的研究验证。参考文献

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B i o c h e m i s t r y , 39:224-231. 作者简介　李维福, 男, 1981年生, 硕士研究生。主要从事土壤碳、氮循环研究。E -m a i l :li w e i f u 1010@si n a . c o m 责任编辑　王　伟

s t r u c t u r a l s t a b i l i t yo f s o m eh i g h l a n ds o i l s i nE t h i o p i a .S o i l U s e a n dM a n a g e m e n t , 18:404-410. A l l i s o n , J a s t r o wJ D . 2006. A c t i v i t i e s o f e x t r a c e l l u l a r e n z y m e s i n

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