中國不同地區(qū)土壤有機質特征比較研究

盛 明，韓曉增，龍靜泓，2，李 娜

(1.中國科學院 東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所 黑土區(qū)農業(yè)生態(tài)重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150081； 2.中國科學院大學，北京 100049)

0 引 言

土壤有機質(Soil organic matter,SOM)是土壤的重要組成部分，它有助于土壤的穩(wěn)定性、養(yǎng)分和水分的保持以及抵抗風蝕和水蝕，具有保持土壤耕作，吸收和降解污染物等重要作用[1-3]。土壤有機碳庫是陸地生態(tài)系統表層最大和最活躍的碳庫之一，研究發(fā)現，全球的土壤有機碳庫儲量約為1 500 Pg，相當于大氣碳庫的2倍[4]，土壤有機碳的數量和質量對于全球碳循環(huán)有重要影響，對全球氣候變化研究有著重要意義[5]。土壤有機碳庫的數量大小可有效地反映出當地植被狀況、土壤生物群、氣候、景觀、母質以及自然和人類擾動的歷史[6]。土壤有機質的演變是一個長期過程，其數量取決于初始土壤有機質水平、不同土地利用方式以及土壤管理措施下外源有機物質的輸入和原有土壤有機質的礦化損失[7-9]。輸入土壤的有機物經過微生物分解轉化后一部分以CO2的形式直接排入大氣，一部分形成不同組分和結構的衍生物進入土壤，進一步參與SOM的形成和穩(wěn)定。不同組分和結構的有機質動態(tài)變化受不同氣候環(huán)境條件、地上植被類型、土壤自身性質和微生物活性的影響。由于土壤有機質組成和結構的復雜性，把具有高度異質性的土壤有機質作為一個整體進行分析，極大限制了人們對陸地生態(tài)系統碳循環(huán)過程的認知[10]。因此，充分認識土壤有機質的轉化循環(huán)必須從土壤有機質的數量、組分和化學結構特征研究入手，這對于評估陸地生態(tài)系統碳循環(huán)，了解陸地生態(tài)系統中養(yǎng)分循環(huán)和動態(tài)平衡，對農業(yè)可持續(xù)發(fā)展都至關重要[11]。

我國幅員廣闊，氣候和地形復雜多變，不同地區(qū)土壤有機質性質呈現明顯差異，對土壤有機質多年研究發(fā)現，不同氣候條件和植被類型是造成不同地區(qū)土壤有機質差異的主要原因。根據我國地理格局特征，本文主要從東北、華北、西北、東南、西南以及中部地區(qū)的典型土壤展開介紹，闡明不同地區(qū)土壤有機質的數量、組分和結構特征，并深入分析不同地區(qū)氣候和地上植被等因素對土壤有機質變化的影響，旨為評估區(qū)域乃至全國土壤碳循環(huán)，合理規(guī)劃和利用土地資源，控制區(qū)域碳源匯機制轉變，以及為未來土壤有機質管理和應對未來氣候變化的策略提供參考資料。

1 不同地區(qū)土壤有機質數量變化特征

我國主要地區(qū)有機質數量趨勢為西南地區(qū)>東北地區(qū)>東南地區(qū)>華北地區(qū)>西北地區(qū)>中部地區(qū)[12](表1)，西南地區(qū)和東南地區(qū)有機質含量處于高水平的原因是該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，全年雨量充沛，濕度很大[13]，主要以森林生態(tài)系統為主，地表凋落物來源極其豐富，導致其土壤表層有機質含量很高。但是西南地區(qū)具有大面積的喀斯特地貌，近些年受氣候和人類的影響導致該生態(tài)系統出現了不同程度的石漠化[14]，影響該地區(qū)土壤有機質的含量。

表1 中國主要地區(qū)土壤表層有機質含量及變異系數[15-16]Table 1 The surface SOM contents and their variation coefficients in main regions of China

東北地區(qū)是我國重要的糧食產業(yè)基地，其土壤有機質含量高，較高的土壤肥力是糧食高產穩(wěn)產的重要保證[17]，該區(qū)地處中緯度亞洲大陸東部，屬中溫帶大陸性季風氣候，年降水量在500～700 mm左右，主要集中在4-9月的作物生長季，占全年降水總量的70%～90%左右。溫度自北向南溫度逐漸升高。夏季溫暖濕潤，生長季雨熱同期；冬季嚴寒少雪，土壤凍結深且持續(xù)時間長，季節(jié)性凍層明顯。該地區(qū)獨特的氣候條件形成了茂密的草原化草甸和森林植被，每年10月中下旬氣溫迅速轉冷結冰，土壤中的微生物活性受到抑制，土壤表層有機物質積累大于分解，為土壤積累腐殖質創(chuàng)造了有利條件，形成了深厚肥沃的土壤[18-21]，土壤碳庫中的活性組分和穩(wěn)定性組分含量都很高，有利于土壤有機碳的固定和周轉。

華北地區(qū)的氣候和東北相比更為濕潤，以華北平原為主，但溫度較高，土壤有機碳的周轉速率較快，固碳能力較弱，因此土壤儲存的有機碳含量低。

中部地區(qū)屬于溫帶季風氣候和亞熱帶季風氣候，日照充足、溫度較高、降水較少，經常出現干旱，使得該地區(qū)植被情況不如其他幾個地區(qū)，外來的有機質輸入較低，由于溫度較高使微生物的分解和代謝活動旺盛，進而對外源有機質的分解程度高，不利于SOM的積累，因此該地區(qū)的活性有機碳含量較低，從氣候和地形方面來看該地區(qū)不利于有機碳的周轉。

西北地區(qū)各個區(qū)域的SOM含量差異更為明顯，主要是因為西北地區(qū)地形復雜，有海拔較高的高寒地區(qū)，也有極度干旱的沙漠地區(qū)，使得有機質的積累過程呈現兩極化，高寒地區(qū)氣候寒冷而且較為濕潤，雖然很難形成類似于東北地區(qū)的高海拔植物，但是地表較為低矮的植被生長豐富，同樣提供了充足的凋落物等有機質來源，極低的溫度使得分解速度非常緩慢，可以充分積累土壤有機質[22]。而西北地區(qū)的沙漠、荒漠等地區(qū)由于植被覆蓋很低、溫度高、降水少等極其惡劣的環(huán)境條件使SOM難以得到穩(wěn)定積累，導致SOM含量極低。

除了環(huán)境條件的影響，各個地區(qū)不同的土壤類型所造成的自身土壤性質各異也是影響各個地區(qū)SOM含量和周轉的主要原因。東北地區(qū)主要的土壤類型為暗棕壤、棕壤、黑土、黑鈣土、白漿土、草甸土及沼澤土等。此類土壤具有較厚的腐殖質層，土壤團粒結構好，土壤內部水分充足，眾多條件都有利于土壤有機碳(SOC)的固定和周轉[15-16]。華北地區(qū)的主要土壤類型為褐土，該類型土壤的腐殖質形成過程較弱，地表的凋落物大多以干燥的形式覆于土壤表面，通常是以機械摩擦破碎和好氧分解為主，從而導致積累的腐殖質較少，惰性碳庫含量較低，不利于有機碳的固定。中部地區(qū)主要的土壤類型為黃棕壤、黃褐土及棕壤等，其土壤質地多為壤質土、粒狀、團塊狀結構居多，礦物化學風化和淋溶、淋移作用強烈，土壤有機質含量較低且周轉快。東南地區(qū)主要的土壤類型為紅壤、磚紅壤和赤紅壤，土壤成土母質為花崗巖、砂頁巖風化物以及第四紀紅土，土壤酸度高，土壤pH一般為4～5.0左右，全氮、鉀、磷等養(yǎng)分含量也偏低，加上較高的溫度，不利于SOM的積累。西南地區(qū)具有代表性的土壤為紫色土，磷、鉀含量高，肥力較高，礦質養(yǎng)分含量豐富，是我國南方肥力最高的自然土壤，而且西南地區(qū)生態(tài)系統以森林為主，因此其表層SOM含量豐富，但是西南地區(qū)含有我國面積最大的喀斯特地貌，該地貌區(qū)石漠化嚴重，水土流失現象頻發(fā)，其SOM含量較高于全國平均水平。西北地區(qū)的土壤類型較為復雜，整體上來說主要有棕鈣土、灰鈣土、荒漠土及風沙土，土壤性質主要為砂質土壤，土壤顆粒中>0.02 mm的粗沙和細沙含量較大，土壤孔隙較大，不利于養(yǎng)分的儲存，而且西北地區(qū)土壤偏堿性，pH通常高于8.0，大多數地區(qū)自然植被趨向旱化，外源有機質輸入量低，持續(xù)的高溫和稀疏的土壤質地導致絕大多數西北地區(qū)的土壤有機質含量很低，但是在一些海拔較高的山脈上，含有高寒草甸土，具有強烈的腐殖質積累層，SOM含量很高，外界較低的環(huán)境溫度使得有機質輸入大于分解，累積的有機質含量高于該地區(qū)其它土壤類型[15,23-24]。

2 不同地區(qū)土壤有機質組分特征

在SOM周轉特征及其動態(tài)變化過程的研究中，有機質分組研究扮演著重要角色。SOM的組成非常復雜，主要包括易被作物和微生物迅速分解利用、易分解的活性有機質，同時還包括轉化時間長、難分解的惰性有機質。目前對于有機質組分的研究大多依據SOM在土壤當中的轉化時間以及分解程度，將SOM劃分為3個主要碳庫[25]：(1)不穩(wěn)定土壤有機碳庫(活性碳庫)、(2)穩(wěn)定土壤有機碳庫(緩效性碳庫)、(3)極穩(wěn)定有機碳庫(惰性碳庫)3個組分[26-27]。不同土壤有機質組分其有機碳的組成也有很大差異，活性碳庫主要是由微生物量碳(MBC)、可礦化碳、水溶性碳(DOC)和碳水化合物為主，具有活性強，分解速率快，轉化周期短的特點，在為作物提供養(yǎng)分需要以及為微生物提供能量方面起著重要作用，但由于這部分碳穩(wěn)定性極差，所以很難被土壤真正固定轉化。緩效性碳庫主要是顆粒有機物、脂類和碳水化合物，在周轉速度和分解速度方面都要慢于活性碳庫，它是土壤固定有機碳的主要來源[28-29]。惰性有機碳庫主要是木質素、多酚以及被保護的多糖等，其分解速度和轉化周期非常長，是土壤有機碳中穩(wěn)定存在的主要部分。

根據不同的分組原理和技術方法，目前對土壤有機碳組分的劃分方法主要有物理、化學和生物分組技術。物理分組技術主要包括密度分組、顆粒分組和團聚體分組3種方法。在密度分組中主要依據土壤在一定比重(1.6～2.5 g·mL-1)溶液中的沉降將其分作輕組和重組土壤，所對應的有機碳即為輕組有機碳(LFOC)和重組有機碳(HFOC)。

東北地區(qū)作為我國重要的商品糧基地，耕地面積占我國耕地面積的10%。以往研究發(fā)現，自然條件下，東北地區(qū)不同生態(tài)系統的土壤剖面(0～40 cm)LFOC含量的關系是：草地>林地>農田>裸地(圖1)，并且在表層土壤上尤為顯著(P<0.05)，因為LFOC來源為動植物殘體、根系及其分泌物，草地生態(tài)系統中根系生物量相對其他3種生態(tài)系統更為豐富，可提供大量活性有機碳，其次是土壤微生物代謝調控機制引起，土壤表層理想的生存環(huán)境使得微生物的生物量和活性都要高于深層土壤，草地及森林地表凋落物被微生物分解轉化產生大量的活性有機碳，農田中作物收割后田間殘渣移除，只留下很小部分作物殘渣導致土壤產生激發(fā)效應，LFOC被迅速分解。深層土壤除草地外其他3種生態(tài)系統的LFOC沒有顯著差異(P>0.05)。

注：不同字母表示同一土層不同生態(tài)系統間在P<0.05水平差異顯著。Note:Different letters indicate significant differences between ecosystems in the same soil layer at 0.05 level.The same is as below.圖1 東北黑土不同生態(tài)系統下土壤剖面中游離態(tài)輕組的碳含量[20]Fig.1 The organic carbon contents of free light fraction in soil profiles under different ecosystems in the black soil of northeast China

土壤中HFOC占土壤總有機碳90%左右，是土壤有機質的主體部分，土壤中HFOC主要與礦物態(tài)緊密結合，其穩(wěn)定性極高，難以被分解利用，深層土壤環(huán)境對于細菌、真菌及土壤微動物等土壤微生物的抑制作用較強，使其活性下降，分解能力降低[30-35]。在我國東北黑土區(qū)0～40 cm的表層土壤中HFOC含量的關系是農田>裸地>林地>草地[36-38]，主要是因為農田和草地生態(tài)系統新鮮有機物投入較少，活性有機質來源低于草地以及林地生態(tài)系統，使SOM趨向于更穩(wěn)定的方向發(fā)展。

華北地區(qū)的地形以平原為主，華北地區(qū)屬于溫帶季風氣候，相對東北地區(qū)更為濕潤。華北地區(qū)的土壤類型主要為棕壤及褐土。從氣候條件和土壤環(huán)境等方面分析，華北地區(qū)主要農作物以小麥、大豆及玉米為主。因此華北地區(qū)有機質密度組分差異不大。

西南地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，常年炎熱多雨，氣候濕潤，地形以山地丘陵為主。土壤類型主要為紅壤和磚紅壤等。由于適宜的氣候條件和地形結構，所以這兩個地區(qū)的主要植被類型為熱帶季雨林、亞熱帶常綠闊葉林等。豐富的外源有機物，使得該地區(qū)的易氧化有機碳(ROC)、MBC及DOC等土壤中易變化和活躍的組分含量高，而且自然生態(tài)系統下，來源于新鮮動植物殘體和腐殖化有機物的顆粒有機碳(POC)含量高，有利于SOM的固定和積累。但近些年來西南地區(qū)由于農業(yè)用地的迅速擴增以及人口壓力的持續(xù)增長，大面積的自然森林轉變?yōu)檗r田，SOM的組分發(fā)生轉變，活性高的ROC、MBC及POC含量下降，惰性碳(IOC)含量升高，土地利用方式的改變破壞了原生態(tài)系統中的微生物群落結構，裸露土壤面積增加導致更多土壤暴露在溫度較高的環(huán)境中，表層有機質的分解速率加快[39-42]。

東南地區(qū)不同生態(tài)系統中SOM降低主要是由于細根生物量的下降(P<0.05)，說明該地區(qū)有機碳來源主要是植物的殘根[43]。不同剖面的各個生態(tài)系統TOC變化顯著，表層土壤中ROC和LFOC降低的幅度比底層土壤更大，說明表層土壤LFOC對于生態(tài)系統的改變較底層土壤敏感性更高(圖2)。在自然森林、人工森林、坡耕地和果園4種生態(tài)系統中LFOC的含量關系為自然森林>人工森林>果園>坡耕地，且這種關系在表層土壤中更為顯著(P<0.05)。主要原因是良好的氣候條件為自然森林生態(tài)系統提供了適宜的生存環(huán)境，根系及周邊生物量豐富，LFOC和活性有機碳來源豐富[44-47]。相比之下，人工森林和果園由于種植的植被類型較為單一，土壤LFOC含量相對自然森林有所降低。東南地區(qū)地形以丘陵為主，土壤有一定坡度，森林生態(tài)系統轉變?yōu)檗r田生態(tài)系統后，土壤有機碳總量以及各組分有機碳含量均顯著降低，主要是農田的外源有機物攝入過低，嚴重影響土壤有機質的動態(tài)平衡，坡耕地因為雨水頻繁導致土壤侵蝕嚴重，更不利于各個組分有機碳的積累[48-49](圖3)。在毀林還田過程中，人為擾動破壞了土壤的團聚結構，導致土壤中閉蓄態(tài)有機碳(OFOC)失去物理保護而被微生物分解，HFOC在此過程中雖然影響較小，但由于土壤環(huán)境的改變使其含量也有所改變。另外，農田生態(tài)系統雖然LFOC的含量顯著降低，但其HFOC含量略高于人工林和果園等生態(tài)系統，說明農田生態(tài)系統更有利于土壤有機碳的穩(wěn)定。

圖2 我國東南部不同生態(tài)系統不同土層輕組有機碳和易氧化有機碳含量變化[42]Fig.2 The soil organic carbon changes of light and easily oxidized groups with different soil depths under different ecosystems in southeast China

西北地區(qū)屬于溫帶季風氣候和溫帶大陸性氣候，少雨且較為寒冷干燥。其主要土壤類型為棕鈣土和草甸土等，草原生態(tài)系統為西北地區(qū)的主要生態(tài)系統類型，林地和耕地相對較少，由于其地形和水分的差異較大，不同地區(qū)的草原生態(tài)系統差異很大，主要包括荒漠草原、亞高山草甸、高山草甸和高寒草原。大量研究發(fā)現，西北地區(qū)ROC、MBC、DOC、POC和LFOC的含量在不同草原系統中呈現的關系是：高寒草原>高山草甸>亞高山草甸>荒漠草原。出現這種關系的原因主要有以下兩方面，一是不同生態(tài)系統土壤本身的差異，荒漠草原的土壤主要是由碳酸鹽發(fā)育而來的石灰型土壤，自身的Ca、Mg含量較高，土壤中細菌、真菌等微生物在該環(huán)境中較為活躍，對外源有機物的分解能力較強，將絕大多數有機物轉變?yōu)楦迟|，不利于LFOC等活性有機質的積累；二是氣候環(huán)境條件造成的，大多數研究認為氣候是造成西北地區(qū)有機碳組分含量差異的根本原因。隨著海拔高度增加，氣候條件發(fā)生劇烈改變，外源有機碳的攝入和質量也發(fā)生變化，在高寒草原及高山草甸等生態(tài)系統中由于海拔較高，溫度較低，氣候相對濕潤，土壤微生物活性和分解能力受到限制，對于表層殘根及凋落物轉化能力降低，使活性有機碳部分得到積累。在西北地區(qū)土壤礦物結合態(tài)有機碳(MOC)和HFOC、IOC的含量大小關系為：高寒草原>高山草甸>亞高山草甸>荒漠草原，因為荒漠草原處于一個半干旱的氣候帶，海拔相對于其他生態(tài)系統較低，其植被覆蓋率較低和氣溫相對較高，雖然有機質的腐殖化程度相對較高，但是外源的有機物質攝入的較少，導致其轉化為HFOC的含量也相對較低。

圖3 東南地區(qū)不同生態(tài)系統下不同土壤深度有機碳和細跟生物量的關系圖[42]Fig.3 The relationship between organic carbon and fine root biomass with different soil depths under different ecosystems in southeast China

中部地區(qū)氣候干燥且主要以農田為主，外源活性有機碳來源很少；因此該地區(qū)的ROC、DOC、MBC、POC及LFOC等含量很低；而穩(wěn)定性組分的MOC、HFOC及IOC的含量較高[50]。

除了氣候和地形因素外，SOM的不同組分含量和土地利用方式也有很大關系，大量研究得到在森林和草原等生態(tài)系統中ROC、MBC、DOC和POC等活性組分碳含量相對于農田生態(tài)系統輪作條件下較低，但礦物結合態(tài)MOC、HFOC和IOC等穩(wěn)定性組分含量均顯著高于農田生態(tài)系統，說明農田生態(tài)系統使有機碳更趨向于脂肪化和簡單化，造成團聚體和礦物質結合對有機碳的保護作用降低，SOM穩(wěn)定性下降[50]。不同組分的SOM會影響作物對其利用效果，如活性組分易被微生物和作物利用，理論上和絕大多數實驗證實這部分有機碳含量高會提升作物產量，因此有機質的整體含量并不能說明土壤肥力的強弱，還要根據當地的氣候和環(huán)境條件以及土壤的成土母質情況，但提升土壤活性碳庫對有機碳的周轉和土壤肥力的提升都具有重大意義。

3 不同地區(qū)土壤有機質化學結構特征研究

近年來，受益于科技的飛速發(fā)展，對SOM化學結構的研究突破和進展也非?？欤芯考夹g也不斷完善更新，主要的測定分析方法有：元素分析法、差熱分析法(Differential thermal analysis,DTA)、化學分析法、同位素示蹤法、熱解氣相色譜/質譜法(Pyrolysis-GS/MS,Py-GC/MS)、傅里葉紅外光譜分析法(Fourier transform infrared spectrometer，FTIR)、核磁共振分析法(Nuclear magnetic resonance，NMR)和X射線吸收近邊結構(X-ray absorption near edge structure，XANES)。每種分析技術都有其獨特優(yōu)勢和特點，這里不做詳細介紹，主要基于核磁共振分析法得到的我國主要地區(qū)的SOM化學結構進行分析。

核磁共振波譜技術(NMR)主要用于測定物質的化學成分和分子結構，它獨特的優(yōu)勢在于無需破壞土壤樣品，可直接分析土壤全土或有機碳組分中不同化學官能團的組成，而且在測定的過程中不會改變有機碳的結構，可有效避免在化學提取過程中產生新的或更復雜的化學物質，保證了分析結果更接近自然狀態(tài)[50]。在定量和定性研究中，NMR技術可以定量有機碳各個官能團的含量，定性分析有機碳化學官能團的比例，已成為土壤化學官能團和不同物質組分動態(tài)變化強有力的分析技術[51-52]。

目前，應用NMR技術對SOM的研究得出，SOM的化學結構可分為烷氧碳區(qū)(δ=45～110 ppm，O-Alkyl C)、烷基碳區(qū)(δ=0～45 ppm，Alkyl C)、芳香碳區(qū)(δ=110～160 ppm，Aromatic C)和羰基碳區(qū)(δ=160～220 ppm，Carbonyl C)4個主要官能團區(qū)[53]。不同的官能團，其有機碳來源不同，含量最高的烷氧碳主要是來自碳水化合物，活性較強，在LFOC中其含量較高。烷基碳主要來自脂肪族化合物，活性相對烷氧碳相對較弱。芳香碳主要來自單寧及木質素等，其穩(wěn)定性很強，難被分解利用，是土壤有機碳中的穩(wěn)定組分[54]。羰基碳主要來自氨基酸和脂肪酸，目前關于羰基碳的研究相對匱乏。

不同地區(qū)土壤有機碳化學官能團的差異與土地利用方式、土壤類型、有機碳含量、pH值、黏粉粒含量和顆粒組成等有密切聯系。農田生態(tài)系統中，SOC官能團相對含量的整體趨勢是：烷氧碳>烷基碳>芳香碳>羰基碳；森林生態(tài)系統和草地生態(tài)系統中，SOC官能團的相對含量差異不大，整體趨勢為：烷氧碳>芳香碳>烷基碳>羰基碳(表2)，烷氧碳主要來源于植物殘體，來源豐富，森林和草地生態(tài)系統中的凋落物含量豐富，農田系統下雖然外源碳較少，但是和自身有機質的官能團含量相比，其烷氧碳數量還比較大[55]。土壤中大部分有機質與土壤中黏土礦物顆粒結合，正是這種礦物結合對有機質的動態(tài)平衡起著至關重要的作用，在這部分中有機質主要是以芳香碳的形式存在，所以芳香碳代表著土壤當中穩(wěn)定有機質組分。東南地區(qū)和西北地區(qū)的烷基碳含量較高，主要是由于土壤當中酶的活性和微生物的活性較強，使得芳香碳物質被氧化分解，導致芳香碳比例降低，羰基碳比例升高。烷基碳和烷氧碳的比值可以反映出土壤有機質的腐解化程度。核磁共振波譜技術之上，近些年來發(fā)展起來的XANES結合掃描投射X射線顯微鏡(STXM)技術可以有效地描繪出土壤有機質微觀的空間結構。有研究發(fā)現，在酸性和鈣質森林土壤中，總有機碳和處于不同降解階段的有機碳波譜分析得到的形態(tài)非常相似，通過NEXAFS光譜可以發(fā)現雖然來自不同環(huán)境的SOC形態(tài)相似，但每一個單獨的土壤當中，其內在不同空間和不同區(qū)域，SOC表現出高度的功能變化。同時，X射線吸收近邊結構技術還可以得到土壤團聚體中的有機碳官能團組成信息和形態(tài)結構特征[56]，在分析過程中不同的元素濃度可用來判斷不同土壤類型的團聚體之間的化學異質性和各個元素之間的相關性，得到團聚體中的有機碳空間分布以及各個礦物的含量組成和內在結構。

4 研究展望

本文對我國主要地區(qū)不同生態(tài)系統的SOM數量、組分和結構特征進行了概述，筆者認為對于SOM的研究還可以從以下幾個方面進行拓展。

4.1 土壤微生物代謝調控對有機質數量影響的深研究

影響SOM的因素分為自然因素和人為因素兩大類型，自然因素主要是由于溫度和降水引起的氣候變化，人為因素主要是土地的利用方式和施肥管理措施等，均屬于宏觀調控。結合微生物代謝調控對SOM影響機制的深層次研究或許成為未來的研究熱點，在實驗中運用同位素示蹤技術和微生物分析技術等更加先進的技術手段，研究不同土壤類型中土壤微生物的生物化學轉化和調控機制，闡明其影響SOM的組分和結構的機理，構建影響SOM特征演變的預測模型，揭示土壤微生物對SOM的作用機制，為土壤碳循環(huán)和土地管理提供依據。

表2 核磁共振波譜技術測定的我國主要地區(qū)表層全土土壤有機碳官能團相對含量變化分析[54]

4.2 有機質組分改變對提升土壤肥力的重要意義

我國人口眾多，糧食需求量巨大，為保證我國糧食安全，必須提升土壤肥力。農田生態(tài)系統中惰性有機質的含量和比例很高，下一步的研究重點可以適度轉向SOM組分的轉變機制上來，能否將惰性有機質轉變?yōu)榭杀焕玫幕钚杂袡C質，同時在此過程中完善SOM組分分離技術，最大限度發(fā)揮SOM對土壤肥力的促進作用，可以作為未來的一個研究方向。

4.3 SOM化學結構研究技術

目前針對SOM化學結構的研究在實驗過程中多數是運用一種技術方法，較為單一的方法都存在分析上的缺點，例如本文重點介紹的核磁共振技術，它對于SOM化學結構只能夠定性或半定量分析，不能定量分析各個官能團碳的含量，在很大程度上影響了對SOM穩(wěn)定性和有機質生態(tài)功能的認知，未來在SOM結構方面應該構建更加科學健全的研究方法，開發(fā)出更新、更好、更高效的技術，從定性、定量、相互關系及轉化過程角度搭建較為完整的數據平臺。

4.4 區(qū)域研究的整合與提升

以往研究大多是針對某一氣候帶或一種類型土壤進行研究，未來應更加注重多尺度、多土壤類型和多氣候因素下SOM方面的研究。加強區(qū)域合作，信息和資源更大程度上共享，聯合攻關，發(fā)揮現有技術優(yōu)勢，揭示SOM對全球碳庫源匯效應的影響機制，為土壤肥力穩(wěn)定和提升，為應對未來氣候變化策略提供科學依據。