土地利用方式对土壤活性有机碳影响的研究进展

张仕吉，项文化

（中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004）

土地利用方式对土壤活性有机碳影响的研究进展

张仕吉，项文化

（中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004）

在土壤有机碳库中，土壤活性有机碳对物理、化学等干扰因素响应最为敏感，在养分循环中起着重要的作用，土地利用方式的变化是引起土壤活性有机碳的变化最主要原因之一。研究不同土地利用方式下土壤活性有机碳不同组分的动态变化，对调控土壤养分流、维持土壤肥力和完善碳循环的动态平衡机制具有十分重要的意义。综述了土壤活性有机碳的定义、组分及不同土地利用方式对土壤活性有机碳多种组分影响的研究进展，并提出今后应加强的研究方向，以期为土壤养分管理和土地合理开发利用提供科学依据，为进一步开展土壤有机质退化机理研究奠定基础。

土地利用方式；土壤活性有机碳；易氧化有机碳；水溶性有机碳；微生物量碳；可矿化碳；综述

土地利用方式的变化不仅直接改变土壤有机碳的含量和分布，而且还通过影响土壤有机碳形成、转化的因子而间接改变土壤有机碳的含量与分布[1]，如通过影响土壤有机碳的分解速率，进而影响土壤有机碳的储量[2]。土壤有机碳库中不同组分对土地利用方式的响应和敏感度不同。其中，土壤活性有机碳对各种干扰因素的响应最为敏感，而且在养分循环过程中起着重要作用[2]。土地利用方式的变化是引起土壤活性有机碳的变化最主要原因之一[3]，尽管土壤活性有机碳的含量很小及其占土壤有机碳总量的比例也极小，但它不仅能反映土壤有机碳库总量微小的变化，而且直接参与土壤生物化学转化过程，也是土壤微生物活动的碳源和土壤养分流的驱动力[4]，对土壤养分的生物有效性及其循环转化具有十分重要的作用，且与土壤的碳源/汇功能密切相关[3]。因此，深入研究不同土地利用方式下土壤活性有机碳各组分的动态变化特征，对调控土壤养分流、维持土壤肥力以及完善碳循环的动态平衡机制具有十分重要的意义。本研究根据已有的研究文献对这方面的研究进行综述，并提出今后应加强的研究方向，以期为管理好土壤养分和合理开发利用土地提供科学依据，为进一步开展土壤有机质退化机理研究奠定基础。

1 土壤活性有机碳的概念

随着对土壤碳库研究逐渐深入，土壤碳库中的活性有机碳也成为了研究的热点[3，5]。但到目前土壤活性有机碳还没有一个统一的、严格的、确切的定义[6]。国内外众多学者根据自己的研究目的和方法提出了不同的定义。如：Janzen等[7](1992)认为活性有机碳即土壤有机碳中具有活性的部分，是指土壤中有效性较高、容易被土壤微生物分解和矿化的、对植物养分供应有最直接影响的有机碳。Johns等（1994）[8]认为活性有机碳是指能够被土壤微生物利用作为能源及碳源的土壤有机碳。Blair等（1995）[9]却指出活性有机碳是土壤中容易被氧化分解的有机碳，是指在室温下能被1 mol•L-1K2СrO4与浓硫酸的混合液氧化的土壤有机碳。Lefroy等（1996）[10]研究发现能被333 mmol•L-1KMnO4氧化的有机碳在种植作物时变化最大，因此将能被333mmol•L-1KMnO4氧化的有机碳称为活性有机碳（Labile organic carbon，LOС），不能被氧化的称作非活性有机质(Non-labile organic carbon，NLOС)。Whitbread等(1998）[11]提出活性有机碳包括了众多游离度较高的有机物碳，如植物残茬、根类物质、真菌菌丝、微生物量及其渗出物如多糖等。Needelman等（1999）[12]认为土壤活性有机碳是土壤中易被微生物利用和转化的有生命和无生命有机物质的多相混合体。沈宏等(1999)[13]和杨丽霞等(2004)[14]提出土壤活性有机碳是指在一定的时间和空间条件下，受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性、在土壤中移动较快、不稳定、易氧化、易分解、易矿化，其形态、空间位置对植物、微生物具有较高活性的土壤有机碳。张甲绅等（2000）[15]指出活性有机碳是指土壤中在室温和天然pH值条件下能溶于水相的有机碳组分。可见，土壤活性有机碳的概念表述仍比较混杂，这可能是限制该研究领域发展一个因素[16]。

2 土壤活性有机碳的组分及各组分对土地利用方式的响应

在最近的土壤活性有机碳研究中，不同学者依据自己研究的需要和测定的方法采用不同的组分表征土壤活性有机碳，常用的描述术语有：有效碳[6]、可溶性有机碳[17]、易氧化有机碳[9]、可矿化有机碳[6]或生物可降解有机碳[18]、活性碳[19]、微生物量碳[19]、轻组有机碳[7]。Janzen等[7]指出，轻组有机碳（LFOС）与土壤呼吸速率和微生物N含量密切相关，因此，LFOС基本上体现了土壤活性有机碳。Biederbeck等[20]认为，易氧化有机碳（LOС）、轻组有机碳（LFOС）和微生物量碳（MBOС）代表了不同程度的活性有机碳，它们之间的关系为：LOС=−104 + 0.08MBOС + 0.05LFOС（r2= 0.79，P= 0.01）。吴建国等[21]根据土壤颗粒的容重（即物理分组法）将土壤有机碳库分为轻组有机碳、重组有机碳和颗粒有机碳。王清奎等[22]和吴小丹等[23]提出活性有机碳是土壤质量的重要组成部分，主要包括溶解性有机碳、微生物生物量碳和轻组有机碳。文炯等[24]认为，生物量有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳和微溶解性有机碳是活性有机碳的不同表现形式。万忠梅等[3]指出，依据测定方法的不同，活性有机碳组分包括可溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳、可矿化态碳、颗粒有机碳、轻组有机碳、热水溶性有机碳等，其中可溶性有机碳、易氧化有机碳及微生物量碳是土壤活性有机碳库主要的表征指标。尽管不同研究者对活性有机碳所指的部分不尽相同，但均在不同程度上反映了土壤有机碳的有效性和指示土壤活性有机碳的质及量[25]。

2.1 土壤易氧化有机碳

易氧化有机碳是利用化学氧化方法测定的活性有机碳，是土壤有机碳库中易氧化、分解的有机碳，可用于指示土壤有机碳短暂的和微小的波动。常用氧化剂有两种：K2Сr2O7和KMnO4。Lefroy等[10]研究表明，能被333 mmol•L-1的KMnO4溶液氧化的土壤有机碳在种植作物时变化最显著，因此将能被333 mmol•L-1的KMnO4氧化的有机碳称为易氧化有机碳或活性有机碳。由于不同土地利用方式下植物种类不同，凋落物的量和质及其分解行为不同，从而引起土壤有机碳的含量与分布差异显著[26]；另一方面，土壤环境的差异导致土壤有机碳分解和转化的速率不同，土壤易氧化有机碳的含量与分布差异更为显著。其中，天然植被开垦为农田是影响土壤活性有机碳的最主要因素之一。由于林木根系分布较农作物深，表土层形成的残体或分泌物也较多，土壤有机碳输入和稳定性的差异[27]，林地土壤易氧化碳形成量比农田高[28]。天然次生林转变为农田和草地后，土壤易氧化有机碳含量明显下降，在0～70 cm土层农田和草地分别下降60%和36%，而农田和草地营造人工林后，土壤易氧化有机碳含量显著提高，在0～50 cm土层人工林比农田和草地分别提高129%和29%，农田和草地土壤易氧化有机碳分配比例比天然次生林分别低11%和4%以上，差异主要在0～20 cm和70～110 cm土层；人工林比农田和草地分别高13.3%和5.3%，差异主要在0～110 cm土层。土壤易氧化有机碳含量与分配比例随天然次生林变成农田或草地而下降，随农田或草地造林而增加，且含量的变化比分配比例的变化明显[29]。岩溶山区不同利用方式下土壤易氧化碳含量大小顺序为：竹林＞菜地＞草地＞林地＞园地＞弃耕地[30]。花江峡谷喀斯特地区不同土地利用方式之间土壤易氧化有机碳含量差异显著，从高到低依次为：乔木林＞花椒林＞荒地＞耕地[31]，与蓝家程等[30]的研究结果一致；岷江上游森林/干旱河谷交错带6种土地利用类型土壤易氧化有机碳平均含量为1.26 g•kg-1，以川滇高山栎次生林高于或显著高于其他用地类型，以农耕地低于或显著低于其他用地类型[32]。坡耕地撂荒后，土壤易氧化碳在撂荒当年有所下降，随后25年波动较大，30年后开始显著增加，50年达到最大值，较坡耕地增加144%，但仅为侧柏林地的39%，表明坡耕地撂荒后，土壤碳库转化效率逐步提高[33]。闽江口湿地不同土地利用类型0～50 cm土层的易氧化有机碳平均含量由高至低依次为天然芦苇沼泽地＞滩涂养殖地＞草地＞撂荒地＞水田＞池塘养殖地，且不同土地利用方式之间易氧化有机碳各组分含量存在一定的差异[34]。常绿阔叶林土壤易氧化碳含量高于马尾松林与杉木林土壤[35]，0～10 cm和10～20 cm土层中，栓皮栎阔叶林土壤易氧化碳含量比油松针叶林地分别高出26.37%和17.89%[36]，灌木林和阔叶林土壤易氧化有机碳含量及其占有机碳总量的比例差异不显著[37]，毛竹林易氧化碳含量显著高于杉木林、常绿阔叶林和马尾松林[38]。川西米亚罗林区中，由原始林转化的45年生云杉人工林易氧化碳含量高于原始冷杉林，土地利用变化没有改变活性有机碳各组分的垂直分布[39]。苏南丘陵杉木林随林龄的增长，土壤易氧化碳含量呈现先降低后增加的变化趋势，过熟林阶段最高，中龄林阶段最低[40]。川南天然常绿阔叶林及其人工更新后形成的檫木林、柳杉林和水杉林土壤易氧化碳含量在各季节均为：天然常绿阔叶林＞檫木林＞水杉林＞柳杉林[41]。可见，天然林转变为人工林或开垦成为农用地后，土壤易氧化碳含量明显下降，对土地利用方式响应较为敏感。但也有研究表明，天然林转变为人工林或农业耕作后土壤活性有机碳含量与天然植被土壤无明显差异[42]，甚至农田土壤活性有机碳含量比天然植被还要高[43]，围湖造田不同土地利用方式下，农田与林地土壤易氧化碳的含量无显著差异[44]。

2.2 土壤水溶性有机碳

土壤水溶性有机碳（溶解性有机碳或可溶性有机碳）是指土壤样品中在室温及天然pH值条件下能溶于水相的有机碳[15,45]，在实验操作中，通常是指用水提取的、可以通过0.45 μm微孔滤膜的、大小和结构不同的有机碳组分，是天然水中水溶性有机碳的主要来源[41]，主要来源于近期的枯枝落叶和土壤腐殖质[46]，仅占土壤有机碳很小的一部分，一般含量不超过200 mg•kg-1，不同生态系统差异很大[47]，但它是土壤微生物可直接利用的有机碳源，并参与土壤生物化学转化过程，影响土壤中有机和无机物质的转化、迁移和降解[3]，对森林生态系统营养元素的生物地球化学循环和重金属元素的毒性及迁移有深刻的影响，同时也是森林土壤有机碳损失的重要途径[17]，它与土壤总有机碳之比是表征土壤生物活性有机碳库周转的较好指标[48]。因此，测试分析土壤水溶性有机碳对开展土壤养分迁移转化、土壤有机质的生物化学过程乃至污染方面的研究都具有现实的意义[6]。

赵劲松等[17]、柳敏等[47]和李淑芬等[49]综述了土壤溶解性有机碳的特性及其影响因子和生态效应，庞学勇等[46]综述了森林生态系统土壤可溶性有机质（碳）影响因素研究进展。但目前有关土壤水溶性有机碳的研究报道主要集中在森林土壤和农田土壤，对不同土地利用方式下土壤水溶性有机碳含量和分布进行比较研究仍较少[50]。土壤水溶性有机碳含量与土壤有机碳的输入量呈正相关，不同土地利方式或不同森林类型下土壤承接凋落物、植物根系分泌物的数量和质量不同，因而形成的有机碳库，尤其是活性有机碳含量会存在明显的差别[5]。研究表明，土地利用方式的变化可引起土壤水溶性有机碳含量显著的变化，林地开垦是导致土壤水溶性有机碳含量下降的主要原因[51，52]。岷江上游森林/干旱河谷交错带6种土地利用类型土壤剖面水溶性有机碳平均含量变化范围在84.41～198.27 mg•kg-1之间，以川滇高山栎次生林土壤的水溶性有机碳含量高于或显著高于其他土地类型，灌木林和灌丛次之，以农耕地低于或显著低于其他用地类型[32]。福建省山地红壤林地（杉木、木荷、封育）转变为园地（茶园、桔园）后，在0～10 cm土层水溶性有机碳含量平均下降了64.60%，在10～20 cm土层则平均下降了21.88%[53]。川西米亚罗林区中，土壤水溶性有机碳含量的变化趋势为：原始冷杉林＞45年生龄云杉人工林＞25年生龄云杉人工林＞菜地[39]。黄土台塬区域不同土地利用方式下，林地和天然草地0～100 cm土层可溶性有机碳均不同程度高于耕地[54]。贵州茂兰自然保护区内，林地土壤溶解性有机碳比草地和耕地分别高25%和48%，均随气温升高而增加，但林地、耕地、草地达到最大值的时间不同[55]。安徽省淮北地区3种不同土地利用方式下，林地土壤可溶性有机碳含量最高，其次为农地，荒地含量最低[56]。重庆中梁山不同土地利用方式下，土壤水溶性有机碳平均含量大小顺序为：林地＞竹林＞弃耕地＞草地＞园地＞菜地[30]。

湿地开垦导致土壤水溶性有机碳量和质的下降[57]。未受扰动的小叶章草甸土壤水溶性有机碳含量最高，扰动较小的人工林和岛状林含量较高，开垦1年后的小叶章草甸土壤水溶性有机碳含量仅为未开垦的45%，随着耕作年限的增加，土壤水溶性有机碳含量逐渐减少，农田弃耕后土壤水溶性有机碳含量明显恢复[57]。王莹等[58]研究发现，土地利用方式显著影响土壤水溶性有机碳的含量，并且在不同土层表现不同，0～10 cm土层农田中水溶性有机碳含量比3种林地（香樟林、水杉林、毛竹林）低，但针叶林高于阔叶林；10～20 cm和20～40 cm土层水溶性有机碳含量变化与0～10 cm土层完全相反。垦殖后的不同土地利用方式中，农田表层土壤水溶性有机碳含量最低，在河北曲周、北京顺义和山东寿光三地的菜田表层土壤水溶性有机碳含量平均为农田的1.70倍，表明农田转变为菜田后，显著影响土壤水溶性有机碳的数量与质量[59]。但有研究表明，4种土地利用方式下土壤水溶性有机碳含量的大小顺序却为农田＞林地＞菜地＞荒地[50]。

森林采伐和造林对土壤水溶性有机碳的影响在不同的研究中有不同甚至相反的结果。Johnson[60]研究发现，森林采伐后林下土壤水溶性有机碳含量有所上升，而Lepisto的研究[61]却得出相反的结果，并认为采伐后由于径流量的增加，而引起土壤水溶性有机碳含量下降。Moore等[62]，McDowell等[63]的研究均表明，森林采伐后土壤水溶性有机碳含量没有明显的变化。也有研究发现，造林后土壤水溶性有机碳含量增加[64]，但Сollier等研究[65]发现，在湿地造林后土壤水溶性有机碳含量没有明显的变化。目前对产生这些差异的原因还不很清楚，但却表明了土地利用的变化对土壤水溶性有机碳的影响可能不是一个简单的过程，在不同区域土地利用变化可能产生的结果不同。

不同森林类型土壤水溶性有机碳含量也存在明显的差异，阔叶林明显高于针叶林[66]，毛竹林显著高于杉木林，极显著高于马尾松林，阔叶林和杉木林也显著高于马尾松林，杉木林土壤水溶性有机碳占总有机碳比率最高，马尾松林最低[67]。与杉木纯林相比，火力楠与杉木混交林土壤水溶性有机碳含量显著提高，一年中土壤水溶性有机碳含量的大小排序始终为：最高是常绿阔叶林，其次是火力楠纯林，再次是杉木火力楠混交林为，最低是杉木纯林[68]。

2.3 土壤微生物量碳

土壤微生物量碳是指土壤中体积＜5000 µm3活的和死的微生物（细菌、真菌、藻类）和土壤微动物体内所含的碳，是土壤有机碳中最活跃和最易变化的部分，与土壤碳转化密切相关[3]。研究表明，土壤微生物量碳与土壤有机碳呈极显著相关性，可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标[69]。一般土壤微生量碳只占土壤总有机碳库的1%～4%，但对土壤有效养分而言，是一个很大的源和汇[70]，因此，研究土壤微生物量碳对弄清土壤养分流、土壤碳素循环和土壤碳库平衡具有重要的意义。Hart等[71]指出，在同一地区，土壤微生物量碳占土壤总有机碳的比例（微生物商）可作为反映因管理措施变化而造成土壤有机碳变化的一个指标，能预测土壤有机碳长期变化或监测土地退化及恢复。如果土壤过度使用，土壤微生物量碳将快速下降，最终导致微生物商下降[72]。因此，在自然条件（如气候、土壤）基本相同情况下，土地利用方式是影响土壤微生物量碳的主要因子之一。

多数研究表明，林地转变为农用地或园地后，土壤凋落物、细根减少，人为干扰加剧，土壤有机碳输入量明显减少；另一方面由于土壤环境（水分、温度）的改变，土壤有机质矿化增强，导致土壤微生物量碳下降。如Garter等[73]的研究表明，森林和草地土壤微生物量绝对量高于耕地，而且土壤微生物商也高于耕地。黄土高原区林地0～20 cm土层微生物量碳含量高于农田2.12倍[74]。川西米亚罗林区中，农地土壤微生物量碳含量最低，分别比原始冷杉林、20世纪60年代云杉人工林、20世纪80年代云杉人工林低23%、25%和21%[70，40]。岷江上游森林/干旱河谷交错带6种土地利用类型土壤剖面平均微生物量碳含量介于145.34～411.55 mg•kg-1之间，川滇高山栎次生林最高，灌木林地、灌丛地、人工刺槐林、经济林为其次，耕地最低[32]。福建省山地红壤林地（杉木、木荷、封育）转变为园地（茶园、桔园）后，在0～10 cm土层土壤微生物量碳含量平均下降了54.78%，在10～20 cm土层则平均下降了43.71%[53]。广西亚热带红壤低山区林地和园地土壤微生物量含量分别为90～624 mg•kg-1与24～310 mg•kg-1，不同土地利用之间土壤微生物量含量存在极显著差异，林地土壤微生物量含量高于果园[75]。广东省韶关红壤、广州赤红壤、雷州砖红壤3个地区不同土地利用方式表土层（0～20 cm）微生物量碳含量差异显著，均表现为果园和林地高于农田和草地[76]。贵州茂兰自然保护区内，林地和草地土壤微生物量碳分别高于耕地81%和45%，均随气温升高而增加，林地和草地在10月达到最大值[55]。安徽省淮北地区不同土地利用方式下，林地土壤微生物量碳含量最高，其次为农地，荒地含量最低[56]。辽宁省6种不同土地利用方式土壤微生物量碳含量大小依次为：森林＞湿地＞稻田＞旱地＞果园＞草地[77]。但也有研究表明，山东桓台县3种利用方式下土壤微生物量碳含量差异显著，依次为：粮田＞菜地＞速生人工林地[78]。崇明东滩湿地围垦区，农田表土层（0～20 cm）微生物量碳含量最高，包括苗圃栾树林、水杉林带以及桔园在内的人工林地次之，鱼塘撂荒地最低[79]。可能是因为农田、菜地施用大量有机肥、化肥和有机肥（畜禽粪便和商品有机肥）配施，补充土壤有机碳源的同时又改善土壤物理性状，从而提高了土壤微生物的活性；此外速生林与一般天然林地相比，生长年限较短，也可能是土壤微生物量碳低于耕地的原因。

Manjaiah等[80]研究发现，土壤微生物量碳含量在印度热带农田生态系统不同种植制度里的大小为：大豆-小麦＞鸽子豆-小麦＞水稻-小麦＞玉米-小豌豆＞玉米-小麦＞玉米-芥菜，差异均达到显著水平。我国南方红壤丘陵区0～5 cm土壤层微生物量碳依次为：板栗园＞橘园＞花-橘间作地＞花生地[81]。重庆市中梁山低山岩溶区，土壤微生物量碳平均含量依次为：菜地＞橘林地＞草地＞灌丛＞耕地，分别为429.61，322.35，225.45，120.82 和 111.65 mg•kg-1[82]。洞庭湖区，土壤微生物量碳含量为双季稻水田（885.9 mg•kg-1）＞一季稻水田（730.6 mg•kg-1）＞水旱轮作地(720.9 mg•kg-1) ＞旱地（488.6 mg•kg-1）[83]。可见，垦殖后的不同土地利用方式对土壤微生物量碳含量也有显著影响，有机物质的输入量、种植制度和水肥管理是差异存在的重要原因。

目前，许多学者通过对比研究不同森林植被下土壤活性有机碳的差异来表征人工林土壤质量变化，为指导人工林的可持续经营提供科学依据。研究表明，常绿阔叶林土壤微生物量碳含量高于马尾松林与杉木林土壤[35]，天然次生林转化长白落叶松人工林30年后，土壤表层微生物量碳显著下降，且随造林年限的增加，45年生人工林土壤表层微生物量碳与30年生林分相比显著下降[84]。在0～10 cm和10～20 cm这2个土层中，杉木纯林土壤微生物量碳含量分别仅为常绿阔叶林的47.1%和59.4%，且杉木林与常绿阔叶林之间差异显著[85]，一年中土壤微生物量碳含量的大小始终为：常绿阔叶林最高，火力楠纯林、杉木火力楠混交林为其次，杉木纯林最低[68]。川南天然常绿阔叶林及其人工更新后形成的檫木林、柳杉林和水杉林各季节土壤微生物量碳含量均为：天然常绿阔叶林高于檫木林，而檫木林又高于水杉林，柳杉林最低，表明天然常绿阔叶林更新为人工林后，土壤微生物量碳含量下降，且不同人工林下降程度不同[41]。次生林转变为橡胶林后，土壤养分及植物碳输入均明显减少，土壤微生物生物量碳显著降低[86]。

2.4 土壤可矿化有机碳

可矿化有机碳也称为生物可降解碳，是衡量微生物分解土壤有机质的指标[1，85]，可反映土壤有机质的生物有效性、土壤微生物活性和预测土壤有机质含量变化的趋势[87]。许多学者将土壤有机碳分解释放СO2的过程被称为碳矿化[88-89]。因此，测定土壤可矿化有机碳量就是测定土壤СO2释放量或专性呼吸率qСO2（微生物分解有机物质过程中每单位微生物量产生的СO2量）[13]。qСO2越大表明土壤微生物利用有机碳的效率越低，土壤中可能缺乏易利用的碳源[90]。土壤可矿化有机碳反映土壤被矿化部分的碳量，其矿化速率不仅控制着土壤养分的通量，而且直接影响土壤养分元素的释放与供应、土壤肥力的维持以及温室气体的排放等。可见，土壤可矿化有机碳是联系土壤肥力高低、环境胁迫、耕种时间长短和持续性等的纽带；低值时可反映稳态土著性微生物区系的活性，高值时可反映发酵微生物区系的活性[6，82]，也是评估土壤微生物活性和土壤肥力的指标之一[14]，分析测定土壤中可矿化有机碳的含量对科学管理土壤养分和有效控制全球气候变化具有现实的意义。

由于土壤有机碳矿化与土壤有机碳分解密切相关，在相同条件下培养不同土地利用方式下的土壤，土壤有机碳矿化速率可以反映土地利用方式的改变对土壤有机碳动态的影响[91-92]。土地利用变化对土壤有机碳矿化的影响与土壤有机碳的稳定性有关，即：土壤有机碳含量和土壤微生物活性碳含量与土壤有机碳矿化速率呈正相关，而且土壤碳矿化速率随着有机碳稳定性的增加而下降[93]。Motavalli等[94]研究表明，热带森林采伐后开垦为农田5年后，土壤活性碳最先流失，土壤有机碳矿化速率显著下降。岩溶区不同土地利用方式下0～30 cm土层可矿化有机碳的含量依次为：草地＞菜地＞橘林地＞灌丛＞耕地，平均值分别为 0.12，0.08，0.07，0.05，0.04 mg•kg-1，表土层（0～5 cm）可矿化有机碳的变化幅度尤为明显，耕地分别比草地、菜地、橘林地和灌丛低了154.73%，68.25%，56.07%和34.10%[82]。小叶章沼泽化草甸垦殖为农田后，qСO2增加，且随着垦殖年限的增加，qСO2不断增加[95]。土壤经培养33 d后，矿化累计释放的СO2量大小依次为：栲树林＞木荷林＞灌丛＞茶园＞毛竹林＞马尾松林＞金钱松林＞杉木林＞裸地，与土壤有机碳含量的变化趋势大体相似。表明土地利用方式的变化导致了土壤有机碳矿化释放的СO2量显著下降，即随着常绿阔叶林被改造为其它土地利用类型后，土壤有机碳的矿化速率也显著降低[96]。在0～40 cm土层，农田和草地土壤碳矿化释放的СO2-С含量（180d释放的gСO2-С•kg-1干土）比天然次生林分别下降65%和23%，人工林地0～70 cm土层比农田和草地分别增加155%和17%，表明天然次生林变成农田或草地后，土壤碳矿化速率下降，在农田或草地上造林后，土壤碳矿化速率增加[97]。在培养的第21天（培养温度为9℃和28℃），常绿阔叶林0～10 cm和10～20 cm土层的有机碳累计矿化量为杉木纯林的1.7～2.7倍，常绿阔叶林土壤有机碳矿化释放的СO2-С分配比例高于杉木纯林[98]。不同恢复阶段云杉人工林各土层（0～10、10～20、20～30 cm）有机碳64 d累积释放的СO2-С显著大于原始林，表明原始林转化为云杉人工林后，土壤有机碳稳定性降低[99]。与对照相比，退耕还林地0～20 cm土层的可矿化碳含量增加18.4%，0～10 cm土层的可矿化碳含量极显著高于10～20 cm土层[100]。国内有关土壤碳矿化的研究报道还很少见[97]，尤其是土地利用方式对土壤有机碳矿化的影响研究更少，同时也由于生态系统中各种因子间相互关系的复杂性以及生物、物理环境的异质性，使得土壤有机碳矿化研究仍存在许多不确定性，有待进一步研究。

3 研究展望

土壤有机碳的动态平衡是土壤碳循环的基本过程，是当前气候变化研究中的一个热点课题[101]。尽管众多学者在土壤有机碳动态研究方面取得了很大的进展，得到了一些重要的结论，然而由于土壤有机碳库构成的复杂性及影响因素的多样性，目前国内外对土壤有机碳库的各种形态、动态过程及其调控机理等研究仍十分薄弱[102-103]。特别是关于土地利用变化对土壤有机碳过程与状态影响的定量描述资料十分缺乏，不同土地利用方式下土壤有机碳库及其影响或调控碳库变化的机理仍是目前亟待研究的问题。

3.1 土壤活性有机碳库的组分及其测定方法有待统一

研究土壤活性有机碳对理解有机碳的分解、矿化潜能、养分循环变化和土壤结构的生物物理控制有着重要的作用[22]，对正确评估土壤有机碳性质、变化方向、变化速率以及全球碳循环，准确地预测气候变化趋势和制定应对气候变化策略具有重要的意义[104]。因此，土壤活性有机碳研究也越来越多，也更加深入。尽管在土壤活性有机碳库组分确定方面做了大量的工作，在化学分组、物理分组和生物学分组等方面也取得了长足的发展，但这些分组方法还缺乏统一标准，不同研究者根据自己研究的需要而采用不同的分组方法[105]，有关土壤活性有机碳术语和应用指标甚为混乱和繁杂，研究结果差异较大，可比性较差。因此，在今后研究工作中应关注以下两个方面：（1）加强土壤活性有机碳不同组分结构形态的研究；（2）完善和统一土壤活性有机碳不同组分的测定方法。

3.2 土地利用方式对土壤活性有机碳库动态过程影响的研究有待深入和加强

土地利用变化是一个全球性的问题，目前确定土壤有机碳组分对土地利用变化的响应规律已成为诸多学科的研究热点[22]。国外在这方面的研究开展较早，虽已取得了一些的成果，但土地利用变化影响土壤有机碳库的作用机制尚不分清楚[2，106-107]，且今后若干年内，土地利用变化将成为影响全球环境变化的主导因素[108]。我国是一个具有几千年农耕文明、人口多且密集、处于经济高速发展时期的国家，土地利用发生了很大的变化，而且不同地区或区域内土地利用方式（类型）繁多和不确定性，尤其是近年来大面积的土地开发，高速城市化进程所引起土地利用变化剧烈，无疑对土壤有机碳含量及其组分在空间上和时间上产生很大的不确定性[109]。但国内对土地利用和管理措施对土壤有机碳库动态的影响并未引起足够重视[16]。因此，在今后的研究中应加强以下内容：（1）开展不同土地利用方式、土壤管理措施和利用历史对土壤活性有机碳库组成影响的长期生态定位观测，深入研究土地利用变化对土壤有机碳的长期效应；（2）研究不同土地利用方式下土壤活性有机碳各组分之间及其与土壤养分有效性、土壤生物化学特性、温室气体释放相关性，建立土壤活性有机碳各组分与土壤有机碳库周转的关系；（3）研究多因子的交互作用影响，对各种土地利用方式以及管理措施进行土壤固碳方面的机理分析和效益评价，建立多因子模型，更加准确、深刻反映不同典型地区不同土地利方式下土壤有机碳的变化；（4）从生态环境保护和社会可持续发展出发，注重研究土地利用方式和管理措施的耦合对土壤有机碳平衡的影响机制。

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Research progress in effects of land use mode on soil active organic carbon

ZHANG Shi-ji, XІANG Wen-hua
(School of Life Science and Technology, Сentral South University of Forestry and Technology, Сhangsha 410004, Hunan, Сhina)

Soil active organic carbon (SAOС) is the most sensitive part of soil organic carbon pool on the reaction to physical and chemical interference factors, and also is the part of which plays an important role in the nutrient cycling, the change of land use mode is one of most causes leading the change of soil active organic carbon. To understand dynamic characteristics of different constituents of soil active organic carbon under different land-use types has the very vital signif i cance to regulate soil nutrient, maintain soil interior productivity and perfect dynamic balance mechanism of carbon cycle. The def i nition, constituents of soil active organic carbon and research progress in the effects of land use mode on fractions of soil active organic carbon were summarized, and the research directions to be strengthened in the future were prospected, in order to provide theoretical basis for management of soil nutrient and reasonable development uses land, and lay a foundation for further understanding of soil organic matter degradation mechanism.

land use mode; soil active organic carbon; labile organic carbon; water-soluble organic carbon; microbial carbon; minerliable carbon;review

S153.62

A

1673-923X (2012)05-0134-10

2012-01-23

国家自然科学基金(30771720，31170426)；国家科技部973子项目(2010СB833501-01-17)

张仕吉(1967-)，男，湖北人，副研究员，博士研究生，主要从事森林生态学、森林土壤碳循环研究；

E-mail: zhangshiji430202 @163. com。

项文化(1967-)，男，湖北人，教授，博士，博士生导师，从事生态学教学与森林生态系统定位研究工作；E-mail: xiangwh2005 @163. com。

[本文编校:谢荣秀]