底土有機(jī)碳特征、影響因素與作用機(jī)理研究進(jìn)展

郭思宇, 周萍, 黃運(yùn)湘, 郭曉彬, 陳香碧, 吳金水

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源學(xué)院,湖南 長沙 410128;2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室&長沙農(nóng)業(yè)環(huán)境觀測研究站,湖南 長沙 410125)

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫,其碳含量遠(yuǎn)超大氣和陸地植被的總和,在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色[1]。底土有機(jī)碳是土壤碳庫的重要組成部分,以1 m深土壤為例,約50%～81%的土壤有機(jī)碳(SOC)儲(chǔ)存在20 cm以下的底土層[2-3]。一些決定生態(tài)系統(tǒng)功能和質(zhì)量的土壤性狀隨土層深度的變化而發(fā)生強(qiáng)烈改變[3],進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)。目前關(guān)于土壤有機(jī)碳庫及其穩(wěn)定性的研究大多集中在有機(jī)碳含量高、微生物活性強(qiáng)的表土層(0～20 cm);而對(duì)惰性有機(jī)碳相對(duì)富集的底土層有機(jī)碳周轉(zhuǎn)及其量化的研究,尤其是礦質(zhì)土壤碳庫的質(zhì)量和穩(wěn)定性對(duì)管理措施的響應(yīng)研究相對(duì)較少[4-5]。近十幾年來,底土有機(jī)碳變化及其調(diào)控因子正受到越來越多的關(guān)注。已有部分研究表明,底土有機(jī)碳庫并不穩(wěn)定,極易受到人為干擾(土地利用等)或環(huán)境(氣候、土壤性質(zhì)等)變化的影響,進(jìn)而影響整個(gè)土壤剖面碳庫對(duì)全球氣候變化的反饋[4,6-7]。然而,目前有關(guān)底土有機(jī)碳庫分配、周轉(zhuǎn)過程與關(guān)鍵調(diào)控機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍存在不足。

底土指土壤剖面的底界部分,本文所論述的多為20～100 cm或>20 cm的土壤剖面。底土分布有30%以上的植物根系和50%以上的土壤有機(jī)碳,是土壤有機(jī)碳庫的重要組成部分,與土壤碳庫的長期儲(chǔ)存息息相關(guān)[8]。但當(dāng)前關(guān)于底土有機(jī)碳庫分布與穩(wěn)定性,特別是關(guān)于底土有機(jī)碳時(shí)空變化的研究相對(duì)較少[3,9]。主要原因如下:(1)底土采樣工作量大,且底土空間變異較大,重復(fù)樣本量難以保證;(2)以往的研究大多將底土有機(jī)碳作為惰性的、穩(wěn)定的且不易受環(huán)境變化影響的組分。以稻田土壤為例,由于犁底層的存在,水稻根系分布不深,向下的垂直水通量較低,減少了表層土壤與底層土壤的聯(lián)系[10],導(dǎo)致對(duì)稻田底土有機(jī)碳變化的關(guān)注明顯不足。此外,底土有機(jī)碳含量、土壤呼吸和微生物種群結(jié)構(gòu)的空間異質(zhì)性均高于表土,其土壤發(fā)生特性、土體環(huán)境和土壤理化性狀與表土存在很大差異[11],這就導(dǎo)致底土有機(jī)碳周轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)過程與機(jī)理可能與表土并不一致。因此,本文就底土有機(jī)碳的分布特征及其對(duì)人為管理和環(huán)境變化的響應(yīng),以及底土碳庫變化的調(diào)控機(jī)理等國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行綜述,以期為區(qū)域土壤碳庫演變的精確預(yù)測和區(qū)域碳平衡的準(zhǔn)確估算提供理論參考,助力區(qū)域碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 底土有機(jī)碳的主要特征及其影響因素

1.1 底土有機(jī)碳對(duì)外界因素的響應(yīng)

底土有機(jī)碳對(duì)植被(植被類型、根系、根系殘留物、分泌物等)、人為管理措施(耕作、施肥、土地利用等)、環(huán)境因素(海拔、溫度、水分、氧氣等)、土壤性狀(黏粒含量、礦質(zhì)成分、pH等)等變化的響應(yīng)十分敏感[4,12-14],進(jìn)而影響未來氣候趨勢和生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量。有研究顯示,表土有機(jī)碳主要受氣候和人為管理措施的影響,底土有機(jī)碳則更多受土壤性狀(pH、黏粒含量、礦質(zhì)成分等)的影響[4]。盡管氣候?qū)Φ淄劣袡C(jī)碳的影響隨土層深度的增加而逐漸減弱,但其作用依然顯著,而pH、黏粒含量等土壤性狀對(duì)土壤有機(jī)碳的影響則隨土層深度的增加而增強(qiáng)[14]。Jia等[15]通過青藏高原高寒草原的模擬升溫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氣候變暖易導(dǎo)致土壤基質(zhì)發(fā)生變化,底土有機(jī)碳相較于表土有更高的敏感性,也更容易流失。即使在高寒草地,增溫也會(huì)對(duì)底土有機(jī)碳造成影響[16]。在森林土壤中,表層土的有機(jī)碳含量隨緯度升高而增加,底層土的有機(jī)碳卻并不具備明顯的緯度梯度特征,其在緯度上的變化更多地受溫度影響[17]。另外,在某些人為或植被因素的影響下,土壤有機(jī)碳剖面分布模式也會(huì)存在差異,主要表現(xiàn)為均一分布、表層聚集和不規(guī)則分布等形式[18-20]。

1.2 底土有機(jī)碳對(duì)于土壤碳源匯的影響

底土有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)易受表土溶解性有機(jī)物質(zhì)的滲透、植物根系增加、根系分泌物或凋落物的輸入以及生物擾動(dòng)的影響[21]。由于底土有機(jī)碳含量低,通過根系和溶解性有機(jī)質(zhì)淋溶輸入的新鮮有機(jī)碳可以在底土積累,并在短期內(nèi)影響底土原有有機(jī)碳的分解或營養(yǎng)元素的固定,因此使得底土具備一定的固碳潛力[22-23]。Yan等[24]通過分析近30 a來我國農(nóng)田土壤有機(jī)碳的變化,發(fā)現(xiàn)農(nóng)田底土20～100 cm有機(jī)碳含量增加速率(8.94%)遠(yuǎn)高于0～20 cm表土(6.03%),并推測其可能是底土根系周轉(zhuǎn)和根系分泌下碳輸入的增加所致。但是也有研究認(rèn)為,有機(jī)碳在向底土輸入或遷移的過程中容易受到微生物的分解,因此底土有機(jī)碳可能不會(huì)一直存在積累趨勢[25]。比如Li等[26]通過對(duì)比中國1980—2010年時(shí)期森林、草地、農(nóng)田和濕地等主要生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)碳儲(chǔ)量變化,發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳的積累現(xiàn)象主要發(fā)生在表層(0～20 cm),底土層有機(jī)碳并不具有明顯的積累趨勢。由此可見,關(guān)于不同利用方式下底土有機(jī)碳對(duì)于土壤碳源匯的影響尚存在爭議。

1.3 底土有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響因素

農(nóng)業(yè)管理措施是影響底土有機(jī)碳儲(chǔ)量的主要因素之一,其影響甚至可達(dá)1 m深的剖面土壤。一般來說,合理的農(nóng)業(yè)管理措施可以促進(jìn)底土有機(jī)碳積累,反之則導(dǎo)致底土有機(jī)碳損失。Boddey等[12]在巴西南部鐵鋁土的長期試驗(yàn)顯示,森林土壤中0～30 cm表土層有機(jī)碳的年積累速率為0.04～0.88 Mg/hm2,若考慮0～100 cm剖面,有機(jī)碳的年積累速率則可增長到0.48～1.53 Mg/hm2,積累量增加了59%,說明表層及底層土壤的有機(jī)碳均表現(xiàn)為積累。Gal等[27]認(rèn)為,常規(guī)耕作可以增加深達(dá)50 cm底土層的有機(jī)碳含量,原因是翻耕促使作物殘茬進(jìn)入這些土層,貢獻(xiàn)于土壤有機(jī)碳的積累。而長期免耕和深松下0～60 cm土層有機(jī)碳含量較常規(guī)耕作均有明顯提升,說明長期免耕和深松對(duì)土體有機(jī)碳改善的作用深度可以達(dá)到60 cm[28]。Menichetti等[6]也認(rèn)為,長期53 a碳輸入(玉米根系、糞肥)促進(jìn)底土有機(jī)碳的積累。此外,合理的肥料配施也能提高底土有機(jī)碳含量,比如Syed等[29]發(fā)現(xiàn)礦物質(zhì)與有機(jī)肥配施下20～40 cm土層有機(jī)碳含量增加了61.5%,化肥配施有機(jī)肥后60～80 cm土壤相比于不施肥處理有機(jī)碳儲(chǔ)量提升了38.5%。關(guān)于亞熱帶稻田土壤有機(jī)碳積累的長期試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),外源碳輸入(施肥、秸稈還田)條件下土壤有機(jī)碳的積累不僅僅局限于土壤表層(0～20 cm),更有向犁底層以下遷移的趨勢[30]。在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中,氮添加和氮磷添加均增加了10～60 cm土層的穩(wěn)定性碳和不穩(wěn)定性碳組分[31]。但是,也有研究認(rèn)為長期的農(nóng)業(yè)管理措施或許僅促進(jìn)表土有機(jī)碳積累,而底土有機(jī)碳則遭受明顯損失,在特定土壤環(huán)境的影響下,甚至可部分抵消表土有機(jī)碳的積累,呈現(xiàn)碳“源”特征[10,13]。Li等[26]發(fā)現(xiàn)成都地區(qū)多年農(nóng)業(yè)利用土壤表層有機(jī)碳含量增加了3.78 g/kg,而20～40 cm和40～60 cm土層則分別降低了0.90和1.26 g/kg。1960—2006年間比利時(shí)北部農(nóng)田土壤1 m深剖面土壤有機(jī)碳的損失量達(dá)2.04～3.99 kg/m2,其原因除了長期的農(nóng)業(yè)管理,還可能跟該地區(qū)土壤溫度較高,土壤通氣較好,部分團(tuán)聚體保護(hù)的有機(jī)質(zhì)更易被微生物分解有關(guān)[32]。

此外,土地利用變化是影響底土有機(jī)碳儲(chǔ)量的主要因素之一,目前國內(nèi)關(guān)于土地利用變化對(duì)底土有機(jī)碳影響的研究主要集中在黃土高原和亞熱帶丘陵區(qū)[33-34]。在黃土高原地區(qū),黃土疏松且土層深厚,林地底土的碳庫明顯大于農(nóng)業(yè)用地,在其退耕還林20 a后,林地0～4 m深土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量比農(nóng)業(yè)用地提高了78%～183%,其中1～4 m深土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量比農(nóng)業(yè)用地提高了65%～109%,但土地利用活動(dòng)能顯著影響底土碳儲(chǔ)量并減少1 m以下深層底土的輕組有機(jī)碳數(shù)量,尤其以天然林退耕和農(nóng)業(yè)措施的介入影響最大[5,35-37]。據(jù)張帥等[33]的報(bào)道,黃土丘陵區(qū)天然灌木林地改為農(nóng)田后,表層與底層土(0～2 m)有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著降低了12%～22%。在亞熱帶丘陵區(qū),天然林地被劃作其他農(nóng)林用地后,水土流失、土壤質(zhì)量及生產(chǎn)力的下降以及植被改變所引起的碳礦化損失和底層碳輸入的減少,不僅導(dǎo)致表層土壤有機(jī)碳損失,也導(dǎo)致了底土碳庫儲(chǔ)量減少和碳庫的穩(wěn)定性下降[34]。天然林改為農(nóng)業(yè)用地后,即使恢復(fù)為林地用途,短期內(nèi)表層土壤有機(jī)碳可以明顯提升,但是底土有機(jī)碳依然呈下降趨勢[3,38]。草地作為重要的土地利用方式之一,相應(yīng)研究也多集中在放牧、圍封和割草等農(nóng)業(yè)管理措施下表土有機(jī)碳的變化,有關(guān)底土的尚不完善[39]。上述分析表明,目前對(duì)不同區(qū)域、施肥和利用方式下底土有機(jī)碳“源/匯”功能的認(rèn)識(shí)尚存在差異,造成這一問題的原因可能和不同土壤特性、具體的管理措施有關(guān)。因此,在國家碳中和目標(biāo)與土壤固碳息息相關(guān)的背景下,有必要明確不同區(qū)域和管理方式下底土有機(jī)碳積累或損失的具體因素和途徑。

2 底土有機(jī)碳的作用機(jī)理

土壤有機(jī)碳的分解與轉(zhuǎn)化是各類環(huán)境因素復(fù)雜作用的綜合結(jié)果,多與化合物化學(xué)、表面活性礦物、氣候、水有效性、土壤酸性、土壤氧化還原狀態(tài)等有關(guān),并非是某個(gè)機(jī)理的單一作用[40],其中土壤性質(zhì)對(duì)底土有機(jī)碳變化的解釋率高達(dá)27%[14]。相較于表土,底土有機(jī)碳含量低、周轉(zhuǎn)時(shí)間長、碳氮比高、穩(wěn)定性強(qiáng),加上底土的環(huán)境條件比表土更復(fù)雜,因此底土可能存在獨(dú)特的有機(jī)碳周轉(zhuǎn)特性與調(diào)控機(jī)理[41-42]。目前對(duì)底土有機(jī)碳關(guān)鍵作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)主要包括底土有機(jī)碳的穩(wěn)定和分解、活性碳庫組分的作用(見圖1)。

圖1 底土有機(jī)碳穩(wěn)定與分解的關(guān)鍵作用機(jī)理Figure 1 The key mechanism of organic carbon stabilization and decomposition in subsoil

2.1 底土有機(jī)碳穩(wěn)定的作用機(jī)理

關(guān)于底土有機(jī)碳穩(wěn)定的機(jī)理主要包括以下三點(diǎn):一是由于外源新鮮有機(jī)碳(包括根系)輸入、溶解性有機(jī)碳向下淋溶,以及微生物和底物之間的物理化學(xué)隔離。如礦質(zhì)和團(tuán)聚體的結(jié)合和微團(tuán)聚體衍生的物理保護(hù)[28,43-44],富含木質(zhì)素的根系碎片包裹于大團(tuán)聚體中,使得微生物群落活動(dòng)受限,從而限制了微生物對(duì)有機(jī)碳的分解轉(zhuǎn)化[21,43,45]。底土中團(tuán)聚體包裹的有機(jī)碳的年齡最老,并與黏粒相結(jié)合而穩(wěn)定,從物理上隔離了微生物對(duì)有機(jī)碳的分解,這可能是底土有機(jī)碳的關(guān)鍵穩(wěn)定機(jī)理之一[46],同時(shí)在底土空間中,活躍的微生物群落和活性有機(jī)質(zhì)的分布很少,減弱了微生物對(duì)底土有機(jī)碳的分解作用[47]。一些草地生態(tài)系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理措施,如施氮和割草,通過減少根系凋落物對(duì)土壤養(yǎng)分的歸還,也抑制了微生物對(duì)底土碳的分解[48]。二是雖然底土和表土有機(jī)碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成相似,但是底土有機(jī)碳具有更為穩(wěn)定的芳香族化合物結(jié)構(gòu),化學(xué)抗性更強(qiáng)[45]。如稻田中有機(jī)碳充分積累的原因,除了秸稈還田以及厭氧條件下有機(jī)碳分解速率減緩,還包括稻田土中有機(jī)碳周轉(zhuǎn)與礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和流通的耦合作用,使有機(jī)碳與團(tuán)聚體、植硅體、黏土礦物和鐵氧化物的鍵合相對(duì)穩(wěn)定[49-51]。三是底土本身較為獨(dú)特的環(huán)境條件限制了底土有機(jī)碳的分解。如較低的土溫、養(yǎng)分有效性、pH和通氣性(低O2和高CO2分壓),這對(duì)于解釋底土有機(jī)碳較長的周轉(zhuǎn)時(shí)間非常重要,而土壤物理化學(xué)參數(shù)只能部分解釋這一現(xiàn)象[34,51]。這些分析表明,目前認(rèn)識(shí)到的表土有機(jī)碳的穩(wěn)定性機(jī)理,包括團(tuán)聚體物理保護(hù)、土壤礦質(zhì)吸附和有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在底土中均有存在[47,50-51],但鑒于底土和表土的土壤結(jié)構(gòu)、氧氣濃度等環(huán)境條件和理化性狀的不同,微生物數(shù)量與種類的多樣性[11,21]的差異,導(dǎo)致這些有機(jī)碳穩(wěn)定機(jī)理的作用程度可能與表土存在一定的區(qū)別。如底土有機(jī)碳通過吸附作用與礦質(zhì)相結(jié)合的程度比表土更加緊密,與礦質(zhì)結(jié)合的有機(jī)碳數(shù)量可較表土增加8%,從而形成更有效的微生物分解壁壘[45]。亞熱帶地區(qū)的黏土礦物以高嶺石為主,鐵鋁氧化物含量高,使得底土有機(jī)碳與礦質(zhì)的化學(xué)鍵合程度可能比表土更高。

2.2 底土有機(jī)碳分解的作用機(jī)理

關(guān)于底土有機(jī)碳分解的機(jī)理主要包括以下三點(diǎn):一是強(qiáng)烈的外部環(huán)境干擾(如土層翻動(dòng)、化肥投入)打破了底土固有的穩(wěn)定性,加速底土有機(jī)碳的微生物分解和礦化損失。Salomé[11]對(duì)法國一種飽和始成土的培養(yǎng)試驗(yàn)認(rèn)為,底土有機(jī)碳礦化的能力與表土相當(dāng),培養(yǎng)過程中底土的土體結(jié)構(gòu)破壞是導(dǎo)致其有機(jī)碳礦化增加的主要控制因素,而表土并未受到影響,其原因可能跟不同類型土壤中底土有機(jī)碳的物理有效性或者微生物種群結(jié)構(gòu)組成的差異有關(guān)[11,45,52]。二是新鮮有機(jī)物質(zhì)(如纖維素、葡萄糖、作物殘?bào)w)輸入可能打破了底土有機(jī)碳原有的穩(wěn)定性,即土壤有機(jī)碳的“激發(fā)效應(yīng)”[5,45,53-54],其在底土有機(jī)碳的分解轉(zhuǎn)化過程中同樣適用。Zhang等[5]通過東北第四紀(jì)黏土的培養(yǎng)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)添加葡萄糖后底土也存在激發(fā)效應(yīng),并改變了底土微生物群落以及有機(jī)碳活性和抗性組分的化學(xué)組成。Liang和Balser[55]的研究也指出,底土有機(jī)質(zhì)中也含有結(jié)構(gòu)簡單的易被微生物分解利用的有機(jī)化合物,人為管理措施通過改變底土有機(jī)碳的來源,可能也會(huì)影響底土有機(jī)碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在森林底土有機(jī)碳研究中[17],通過外源碳輸入引起的激發(fā)效應(yīng)相較表土更為顯著,這可能是由于森林土壤的底土有機(jī)碳穩(wěn)定性更低。三是微生物功能群與有機(jī)質(zhì)的空間關(guān)系,作為可能調(diào)控底土碳循環(huán)的一個(gè)重要因素[56],在特定條件下,可能加速了有機(jī)碳的微生物分解和礦化損失。特別是當(dāng)植物體所獲養(yǎng)分不夠充足時(shí),養(yǎng)分可能會(huì)被優(yōu)先利用到根際區(qū)域,這可能刺激了微生物群落,從而加速了底土有機(jī)質(zhì)的分解[3],如濕地生態(tài)系統(tǒng),其對(duì)氣候變化比較敏感,升溫會(huì)增強(qiáng)植物的光合作用,光合產(chǎn)物通過根系輸入成為不穩(wěn)定性碳,加速了底層頑固碳的分解[57]。

2.3 活性碳庫組分在底土有機(jī)碳周轉(zhuǎn)過程中的作用

底土有機(jī)碳對(duì)管理措施和環(huán)境變化的響應(yīng)也與其活性碳庫的組成密切相關(guān)。盡管活性碳庫占土壤有機(jī)碳的比例很小,但其周轉(zhuǎn)快、微生物可利用性強(qiáng),對(duì)管理措施的短期響應(yīng)十分敏感,受到越來越多研究者的關(guān)注。表土中溶解性有機(jī)碳(DOC)向下淋溶遷移,成為底土有機(jī)碳的來源之一,其通過被底土礦質(zhì)組分吸附而在底土中積累,這對(duì)于底土有機(jī)碳的長期保存非常重要[30,58-59]。Kimura等[60]曾報(bào)道,稻田土壤中DOC滲透速率快,同時(shí)能與礦物質(zhì)相結(jié)合形成較為穩(wěn)定的有機(jī)碳,整個(gè)水稻生長期間約120 kg/hm2的DOC貯存在底土中,占底土有機(jī)碳的0.6%。但是,由于溶解性有機(jī)碳周轉(zhuǎn)快,易被微生物分解利用,因此底土有機(jī)碳庫對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)也比較敏感。關(guān)于草地土壤的分析資料顯示,草地土壤剖面中有10%～40%的底土有機(jī)碳組分比較活躍,周轉(zhuǎn)時(shí)間僅數(shù)年至數(shù)十年[61]。由于植被類型、根系分布、土地利用、水分含量、溫度、土壤狀況以及氧氣含量等的影響,底土有機(jī)碳及其活性組分的分布具有高度的空間異質(zhì)性,且對(duì)管理措施的變化反應(yīng)敏感,如天然林的土地方式轉(zhuǎn)變所帶來的人為干擾及植被變化,使底土中DOC的損失量高達(dá)26%～41%[61]。

3 不足與未來研究方向

底土有機(jī)碳庫是陸地碳循環(huán)的核心組成部分,比較容易受到人類活動(dòng)和環(huán)境變化的影響。過往研究大多關(guān)注表層土壤有機(jī)碳的變化特點(diǎn)和源匯特征。未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)底土有機(jī)碳的變化特點(diǎn)的研究,明確其對(duì)各類外界因素的具體響應(yīng)。關(guān)于底土有機(jī)碳的源匯特征,目前研究對(duì)象多為農(nóng)田土壤,未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)注。

合理的農(nóng)業(yè)管理措施如施肥、免耕等有利于底土有機(jī)碳的積累。但也有部分研究指出長期農(nóng)業(yè)管理措施下底土有機(jī)碳的含量變化比較復(fù)雜,可能會(huì)造成底土有機(jī)碳的損失。因此未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田底土有機(jī)碳的源匯狀況的長期關(guān)注,并據(jù)此明晰各類農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)其的長期影響。土地利用方式的變化也會(huì)影響底土有機(jī)碳的源匯情況。目前研究多集中在林地與農(nóng)田二者之間的轉(zhuǎn)變對(duì)底土有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響,而關(guān)于其他土地利用方式轉(zhuǎn)變的研究尚不完善,且研究區(qū)域多集中在黃土高原和亞熱帶丘陵地區(qū),相關(guān)結(jié)論可能受制于地區(qū)特性。未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)不同地理區(qū)域底土有機(jī)碳的源匯特征的研究,探究其與多種土地利用方式變化的關(guān)系。

底土有機(jī)碳的穩(wěn)定機(jī)理有很多在表土中也存在,但由于環(huán)境條件的差異,其作用程度存在差異,未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各機(jī)理作用程度的差異的具體研究?！凹ぐl(fā)效應(yīng)”導(dǎo)致的有機(jī)碳分解在底土和表土中均有驗(yàn)證,少部分研究認(rèn)為該效應(yīng)在底土中不存在,應(yīng)為此提供更多的研究佐證。底土微生物的變異性更大,微生物群可能是調(diào)控底土有機(jī)碳的重要因素,未來也應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注。活性碳庫成分DOC是底土有機(jī)碳的重要來源之一,其對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)明顯,周轉(zhuǎn)過程深刻影響著底土有機(jī)碳的源匯,但對(duì)于其過程機(jī)理仍需進(jìn)一步探索。

4 結(jié)語和展望

底土有機(jī)碳作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的重要組成部分,對(duì)人類活動(dòng)和環(huán)境變化的響應(yīng)非常敏感。底土有機(jī)碳的來源主要包括表層有機(jī)質(zhì)、根系及根系分泌物的輸入以及DOC的淋溶等,但其在向底土遷移的過程中能否被積累保存尚存在爭議。目前關(guān)于表土有機(jī)碳積累與穩(wěn)定的機(jī)理在底土中同樣存在,包括團(tuán)聚體物理保護(hù)、土壤礦質(zhì)吸附和有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但是,由于底土的環(huán)境條件與表土存在差異,其可能存在獨(dú)特的有機(jī)碳周轉(zhuǎn)與調(diào)控機(jī)理。當(dāng)前對(duì)底土有機(jī)碳庫的組成、來源、時(shí)空變化特征尚缺乏系統(tǒng)深入的研究,對(duì)底土有機(jī)碳的源匯功能以及在陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳減排和碳中和策略中的角色地位的認(rèn)知尚不明晰。未來應(yīng)加強(qiáng)不同區(qū)域(鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣域、區(qū)域、國家)和生態(tài)系統(tǒng)(森林、草地、農(nóng)田、濕地等)底土有機(jī)碳庫分配與周轉(zhuǎn)過程的差異研究,剖析其碳源匯特征及關(guān)鍵物理化學(xué)調(diào)控機(jī)理,為區(qū)域固碳減排與碳中和策略的選擇提供理論基礎(chǔ)。