植煙土壤有機碳庫修復(fù)的研究進展

代曉燕，張 芊，劉國順，王建安

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450002）

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物，煙葉品質(zhì)與生態(tài)、品種、栽培等條件密切相關(guān)，其中土壤肥力條件是直接影響到煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的重要生態(tài)因子。土壤有機質(zhì)表征土壤肥力的變化，其含量高低影響到土壤的物理、化學(xué)以及生物學(xué)特性，是土壤質(zhì)量優(yōu)劣的重要反映指標[1]。土壤有機質(zhì)中的碳即為有機碳（SOC），它的變化與煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量風(fēng)格特色密切相關(guān)。對皖南4種主要植煙土壤類型的微生物量碳含量與煙葉風(fēng)格特色關(guān)系研究表明，皖南焦甜香氣風(fēng)格表現(xiàn)較好的烤煙比較集中地產(chǎn)自微生物生物量碳在350～380 mg/kg的土壤中[2]。因此，研究土壤有機碳含量的變化對煙葉的生產(chǎn)具有重要的意義。

受氣候條件、農(nóng)業(yè)管理和土地利用不合理等因素的影響，土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的貧瘠化現(xiàn)象相當(dāng)普遍，而土壤有機碳的數(shù)量和質(zhì)量在很大程度上與維持和提高土壤肥力密切相關(guān)。因此，土壤有機碳庫水平已成為我國眾多植煙區(qū)土壤生產(chǎn)力的限制性因子。本文綜述了植煙土壤碳庫組成、儲量以及固定與平衡，分析了造成植煙土壤有機碳損失的主要因素，并指出了植煙土壤有機碳庫修復(fù)與改良的措施，以期為優(yōu)化管理我國植煙區(qū)土壤有機碳庫、提高土壤生產(chǎn)力和保持煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 植煙土壤碳庫的組成

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中儲量最大的碳庫，土壤碳庫總量約為大氣碳庫的 3.3倍[3]，主要是由有機碳庫和無機碳庫兩部分組成。其中土壤有機碳以固體形態(tài)、生物形態(tài)和溶解態(tài)存在于土壤中，包括動植物殘體、腐殖質(zhì)、微生物及各級代謝產(chǎn)物等含碳化合物，無機碳庫則包括土壤溶液中HCO3-、土壤空氣中CO2及土壤中淀積的CaCO3，后者多以結(jié)核狀、菌絲狀存在于土壤剖面。據(jù)研究，全球 0～100 cm深度土壤碳庫儲量約為2400 Pg，其中土壤有機碳庫儲量約為1500 Pg，無機碳庫儲量約為835 Pg[4]。因此，土壤有機碳庫在土壤總碳庫中占有重要的地位，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)最活躍的碳庫。

1.1 土壤有機碳的組成

按有機碳在土壤結(jié)構(gòu)中的分布和功能劃分，可將土壤有機碳分為游離態(tài)和閉蓄態(tài)顆粒有機碳、礦物結(jié)合態(tài)有機碳及可溶性有機碳。通常情況下，將土壤有機碳庫根據(jù)其具有的物理、化學(xué)及生物學(xué)特性進行劃分，又分為輕組有機碳、重組有機碳、可溶性有機碳、微生物量碳及顆粒狀有機碳。其中各有機碳組分在土壤總有機碳中所占比例明顯不同，如可溶性有機碳只占0.2%～2.5%，微生物生物量碳約占2%～5%，而輕組有機碳占5%～35%，微粒態(tài)有機碳則可占到15%～45%[5]。因分解轉(zhuǎn)化速率快，而且對外界環(huán)境條件和土地利用管理措施等反應(yīng)較為敏感，又把可溶性有機碳、微生物量碳和輕組有機碳組分作為有機碳庫的活性組分[6]。通常自然土壤有機碳庫的背景值較高，難以觀測出短期內(nèi)的輕微變化，活性有機碳組分含量的變化常常被用來指示有機碳庫的變化[7-9]。

植煙土壤有機碳庫的組成與農(nóng)田土壤有機碳庫的組成相似[10]，但有其自身特點，特別是煙草長期連作后根系分泌物質(zhì)對土壤有機碳庫的循環(huán)有重要的影響作用。研究表明，煙田長期連作后根系分泌物質(zhì)增加，如有機酸類的苯甲酸、酚酸、對羥基苯甲酸等，它們多屬化感自毒物質(zhì)，這些化感物質(zhì)除對烤煙幼苗有較強的抑制作用外，在植煙根際土壤中大量存在還會增加斯氏小小梨形菌、普氏立克次氏體、多形鏈球菌等病原菌的數(shù)量，而減少與碳元素循環(huán)相關(guān)的 Braphyrobacter tepidarius、Blastomonas natatoria等細菌的數(shù)量，從而影響植煙土壤的有機碳含量[11-12]。

1.2 土壤有機碳的儲量

土壤有機碳的儲量與外來有機物料的輸入量、當(dāng)季作物殘茬量和土壤有機碳分解速度密切相關(guān)。國外對土壤有機碳儲量的估算較早，因土壤有機碳主要分布在土壤上層1 m深度以內(nèi)，其估算結(jié)果大都是根據(jù)1 m深度以內(nèi)有機碳含量得出的[13]。最早是根據(jù)美國的9個土壤剖面的碳含量，推算出全球土壤有機碳庫的儲量約為710 Gt[3]（其中1 Gt =109 t = 1015 g = 1 Pg）。隨著統(tǒng)計方法和3S技術(shù)在土壤有機碳庫儲量估算中的逐漸應(yīng)用，1982年重新估計全球SOC庫儲量為2200 Gt和1500 Gt（土層深度為1 m），按經(jīng)緯度劃分世界土壤圖后，通過基本的網(wǎng)格單元計算出來的全球1 m深土層的有機碳儲量約為1462～1548 Gt[14-15]。目前，普遍認可和引用的全球土壤有機碳儲量為1400～1500 Gt。

因研究手段的差異性，對我國土壤有機碳儲量的估算結(jié)果并不相同。其中潘根興[17]根據(jù)第二次土壤普查數(shù)據(jù)及中國土種資料估算認為：我國土壤總有機碳庫是加拿大土壤碳庫的27%，相當(dāng)于全球碳庫的1/40～1/30，約為50 Pg。而第236次香山會議專家把我國土壤總有機碳儲量默認為90 Pg[18]。我國土壤有機碳庫存在地區(qū)分布差異性，其中高值地區(qū)主要分布在我國東北和西北，土壤總面積約占全國面積的41%，土壤有機碳總量約占全國土壤有機碳總量的61%，低值地區(qū)主要分布在華東地區(qū)，總量僅為2.8 Pg[4]。西南地區(qū)因特殊地形地貌情況有機碳含量較低，其單位土壤面積有機碳庫含量約占總量的15%[4]。因此，我國國土面積中有50%以上是處于土壤有機碳密度缺乏狀態(tài)，其中包括很多植煙地區(qū)，也是低土壤有機碳密度國家[19]。從耕地土壤有機碳儲量上看，我國耕地土壤有機碳含量水平也普遍較低，其平均值約比歐洲等國低30%以上。

1.3 土壤有機碳的平衡

外界有機物料不斷進入土壤，同時土壤微生物也在分解植物殘體，此過程是一個連續(xù)的動態(tài)平衡過程，其平衡結(jié)果直接決定著土壤有機碳的儲量。在自然植被覆蓋條件下，土壤可以積累大量有機碳，土壤碳固定量不斷增加，是一個富集過程；然而，在耕作等人為干擾條件下，土壤固碳能力下降甚至消失，原有有機碳被分解，并向大氣中排放CO2，動態(tài)平衡被打破，導(dǎo)致土壤有機碳含量下降。

有機碳的固定是土壤碳循環(huán)的關(guān)鍵部分，也是土壤碳庫的決定因素。土壤可通過物理、化學(xué)及生物學(xué)機制固定有機碳[20]。首先，土壤的礦質(zhì)結(jié)構(gòu)可以固持大量有機碳，如通過膠結(jié)劑吸附有機碳顆粒，或通過有機無機復(fù)合體形成團聚體，屬于有機碳固定的物理保護性機制[21-23]；其次，土壤膠體及表面電荷可以吸附含碳顆粒，形成有機-無機復(fù)合體等，屬于化學(xué)固定機制[21]；再次，土壤中存在各種微生物，微生物可以促進土壤有機碳的循環(huán)利用，積累有機碳，同時自身死亡后也可以形成難降解的木質(zhì)素、幾丁質(zhì)等難降解產(chǎn)物，屬于土壤有機碳固定的生物學(xué)機制。

土壤有機碳也可通過遷移、流失、分解礦化損失掉[24]，其造成不同土壤有機碳損失途徑的因素有很多，主要有氣候因素、耕作制度、土地利用方式改變等。對于農(nóng)田土壤，如農(nóng)作物收獲移出、降雨淋失等均會造成土壤有機碳密度的降低。因此，土壤有機碳的固定和分解是處在不斷的轉(zhuǎn)化平衡中。

2 植煙土壤有機碳庫損失的主要影響因素

2.1 氣候因素

氣候因素是影響土壤有機碳積累轉(zhuǎn)化的重要生態(tài)因子，其微小變化直接影響著有機碳的輸入量和輸出量。氣候變化可通過影響植物的呼吸速率影響土壤有機碳庫的輸入，也可通過影響土壤有機質(zhì)的分解速率進而影響土壤有機碳含量，其中溫度和水分又是氣候因素調(diào)控中重要的因子。

溫度影響著土壤微生物的活性，土壤微生物活性變化控制著土壤有機質(zhì)的分解速率，溫度高，微生物種群數(shù)量大，土壤有機碳分解速度快。研究表明，平均溫度在5 ℃時，溫度每升高1 ℃，會導(dǎo)致全球10%的土壤有機質(zhì)分解損失，每升高10 ℃，會導(dǎo)致土壤有機質(zhì)的分解損失速度加快2倍[25]。據(jù)專家預(yù)測，到 2050年，我國亞熱帶和黃土高原地區(qū)因溫度升高造成的農(nóng)田土壤有機碳積累損失量將會達到3.6%～10.9%[26]。

水分也是影響土壤有機碳積累轉(zhuǎn)化的一個重要氣候因子。干旱脅迫會改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和區(qū)系組成，進而改變土壤有機質(zhì)的積累轉(zhuǎn)化速率。適宜的降雨可促進作物生物量的增加，有利于土壤有機碳的累積，但也會改變土壤微生物的活性，引起土壤呼吸速率增強，造成土壤有機碳的損失[27]。如植煙土壤有機碳密度與土壤持水量呈顯著正相關(guān)[28]，土壤微生物量碳含量也表現(xiàn)在煙草移栽后快速增加，至現(xiàn)蕾期最高，之后下降，成熟期最低[29]。此外，干濕交替條件下，隨著土壤團聚體的土崩瓦解，團粒內(nèi)受保護的有機碳易礦化，從而引起激發(fā)損失。

2.2 土壤因素及植被條件

土壤環(huán)境因素也可影響有機碳穩(wěn)定性，如土壤粘粒含量、pH、土壤三相比、土壤溫度、水分含量等。例如，土壤中的有機碳量隨粉粒和粘粒含量的增加而增加[30]。研究表明，植煙土壤有機碳密度與土壤粘粒含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[28]。土壤呼吸會消耗土壤中的有機碳儲量，加速土壤有機碳的周轉(zhuǎn)速率，是土壤有機碳損失的主要表現(xiàn)形式。土壤環(huán)境因子可通過影響土壤微生物的活性和土壤根系的呼吸代謝進而調(diào)控土壤呼吸速率。土壤微生物活性增強，土壤有機質(zhì)分解快，CO2釋放量增大，土壤中有機碳損失加劇。不同植被覆蓋情況下，因作物光合作用的產(chǎn)物分配模式不同也會造成土壤有機碳含量的差異。

2.3 農(nóng)田管理措施

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤耕作、施肥等農(nóng)業(yè)措施因改變了土壤環(huán)境條件，直接影響到土壤有機碳的固定和轉(zhuǎn)化，尤其象耕作和施肥等是造成植煙土壤有機碳庫損失的主要影響因素。

2.3.1 耕作 長期耕作情況下土壤的有機碳含量降低，原因主要是一耕作破壞了土壤中的大團聚體結(jié)構(gòu)，使土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致土壤易遭受水風(fēng)等的侵蝕從而引起土壤有機碳的損失；二是耕作可改善土壤的通氣性狀，使土壤的微生物活性增強，有機質(zhì)分解速率增強，導(dǎo)致土壤有機碳降解加速。長期定位觀測試驗研究表明，長期耕作可使土壤表層有機碳儲量減少 40%～60%，而免耕則使旱地土壤每年固定碳量增加233 kg/hm2，少耕可使每年固碳量增加25 kg/hm2[31-32]。

長期連作也可顯著影響到土壤有機碳含量。如何川等[33]研究表明，隨著烤煙連作年限的延長，土壤有機碳含量總體趨勢表現(xiàn)為先升高后降低，在連作2～3年時，土壤有機碳高于連作1年，但在連作3年以上時，有機碳含量則表現(xiàn)下降趨勢，且明顯低于連作1年，說明長期連作可造成植煙土壤有機碳的損失。連作7年可顯著降低植煙土壤微生物量碳含量[34-35]，進一步分析研究表明，不同的種植模式影響到植煙土壤酶類活性和微生物群落結(jié)構(gòu)[36]，進而影響到有機碳的分解轉(zhuǎn)化。

水旱輪作也是導(dǎo)致我國植煙地區(qū)土壤有機碳累積量降低的一個重要因素，特別是南方煙區(qū)。土壤在淹水狀態(tài)下，有機碳分解較慢，而旱作時土壤頻繁地發(fā)生干濕交替作用，良好的通氣條件促進了有機碳的礦化，導(dǎo)致土壤有機碳的損失。

休閑和撩荒也是改變土壤有機碳固定和分解的一種重要方式。但夏季土地休閑，高溫天氣反而導(dǎo)致土壤微生物的活性增強，造成有機碳含量的降解加速。同樣，撂荒前遭受嚴重破壞的開墾地土壤有機碳的恢復(fù)能力也是非常有限的。有研究結(jié)果顯示[37]，輪作后撩荒 45年的土壤，碳儲量的恢復(fù)需要230年才能達到開墾前狀態(tài)的95%水平。

此外，其他的煙田耕作措施也會影響到植煙土壤有機碳的積累，如煙田起壟。起壟是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的重要栽培措施，可起到提高地溫、防澇防旱、減少煙田病害、便于覆蓋地膜、利用控制密度等作用，但暴露在空氣中的壟體由于所感受溫度差異以及水風(fēng)侵蝕，從而影響到土壤有機碳的礦化。

深翻耕也可改變植煙土壤微生物數(shù)量和微生物量碳含量[34]。

2.3.2 施肥 施肥可改變土壤中的有機碳總量及有機碳的組分含量，但與肥料種類、用量、配比等密切相關(guān)。長期單施無機肥，會造成土壤的碳氮比值下降，而土壤微生物活性提高，導(dǎo)致土壤原有碳和新鮮的有機碳的分解礦化加快，土壤總有機碳量下降，而施用有機肥和配施無機肥可明顯提高土壤總有機碳庫和活性有機碳庫的有效率[38-40]。長期過量施用磷鉀肥也會導(dǎo)致植煙土壤有機碳的損失。如我國部分煙區(qū)常年根據(jù)土壤氮素條件配施磷鉀肥，而煙草收獲后降雨通常較少，導(dǎo)致大量磷鉀元素在土壤中富集，微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而與碳循環(huán)相關(guān)的細菌群落減少，影響有機碳的積累。對植煙土壤施用有機肥料如餅肥、生物碳肥可顯著改變土壤的有機碳含量[29,41]。對云南省幾種主要植煙紅壤的有機無機復(fù)合體顆粒大小進行分組研究表明，植煙紅壤有機無機復(fù)合體顆粒大小呈現(xiàn)以粉粒級為主的特征，土壤有機碳主要結(jié)合在粉粒級復(fù)合體中，而不同的粒徑復(fù)合體量的差異與耕作施肥相關(guān)，其中長期主施化肥和單施化肥的植煙紅壤復(fù)合體解散度較高，有機碳的累積量少[42]。對不同肥料施用下土壤有機碳盈虧分布研究表明[43]，有機肥與化肥配施，土壤有機碳呈盈余平衡，僅施化肥時土壤有機碳虧缺主要來自穩(wěn)結(jié)態(tài)和緊結(jié)態(tài)的腐殖質(zhì)，不施肥時農(nóng)田土壤有機碳虧缺主要來自松結(jié)態(tài)有機無機復(fù)合體及縮合程度較低的腐殖質(zhì)，在一定數(shù)量的化肥下配施稻革或土糞，可促進土壤有機質(zhì)的周轉(zhuǎn)改善土壤供肥性能。

2.4 土地利用方式

土地利用方式的變化主要影響土壤有機碳的礦化率，而礦化率的改變又與土壤有機質(zhì)的穩(wěn)定性有關(guān)。研究表明，即土壤有機碳礦化速率與土壤有機質(zhì)含量和土壤微生物碳含量呈正相關(guān)關(guān)系，且隨有機質(zhì)穩(wěn)定性增加而減少[44]。這可能是土壤生物群落組成、植被凋落物性質(zhì)及土壤溫濕度等物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變造成的。

3 提高植煙土壤有機碳的主要措施

對整個地球生態(tài)系統(tǒng)而言，土壤有機碳庫的變化對全球氣候生態(tài)變化及土壤生產(chǎn)力的保持都有重要的調(diào)控作用。而從農(nóng)業(yè)經(jīng)營的角度來考慮，保持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高農(nóng)田土壤的碳截獲潛力，增加土壤有機碳含量，也是提高土地生產(chǎn)力和減排溫室氣體緩解氣候變暖的一項雙贏措施。據(jù)國際植物保護公約（即IPPC）估計，合理的調(diào)控措施每年可增加碳0.4～0.9 Pg，50年世界碳庫量可累積增加24～43 Pg，而已損失的60%～70%土壤有機碳均可通過合理的措施而得以恢復(fù)[45]。根據(jù)我國兩次土壤普查結(jié)果，對中國部分省市地區(qū)農(nóng)田土壤耕層20 cm有機碳含量變化數(shù)據(jù)進行分析表明[46]，中國農(nóng)田土壤有機碳自60年代以來已有60%農(nóng)田耕層土壤有機碳含量出現(xiàn)下降趨勢，而在 1980—2000年期間，由于保護性耕作等措施的實現(xiàn)，農(nóng)田耕層土壤有機碳含量逐漸增加。因此，我們可以通過合理的管理措施來提高我國土壤有機碳含量。

通過對不同農(nóng)田管理方式下土壤有機碳匯估算，表明土壤有機碳可以再較短時間尺度上加以調(diào)節(jié)[47]。對于植煙土壤有機碳而言，通過合理的農(nóng)田管理措施調(diào)節(jié)土壤碳庫也是增加土壤有機碳庫儲量的重要措施，如生物黑炭技術(shù)、免耕、休耕等保護性耕作措施、重視有機肥的施用、秸稈還田、合理輪作和合理施肥等。

3.1 生物黑炭技術(shù)

隨著國際上對將農(nóng)田廢棄物如秸稈等制成生物黑炭施用于土壤作為農(nóng)業(yè)增匯減排的一種關(guān)鍵途徑的呼聲越來越高，生物黑炭技術(shù)在用于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和提高碳匯上越來越受到重視。生物黑炭源于巴西亞馬遜流域分布的一種深厚富碳的肥沃土壤，是古代人在熱帶酸性土上經(jīng)過農(nóng)業(yè)創(chuàng)造出的人為土壤。生物黑炭來源的土壤有機質(zhì)碳含量可高達35%，更新周期至少為1000年，具有高度的穩(wěn)定性，在很多現(xiàn)代土壤中均有發(fā)現(xiàn)，因此被科學(xué)的認為可以使用在提高土壤固有的有機碳儲量上?，F(xiàn)在所指的生物黑炭通常是指化石燃料或生物體不完全燃燒產(chǎn)生的一種非純凈碳的混合物，它含有60%以上的碳，生物黑炭因碳組分的高度芳香化而具有生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性[48]。當(dāng)前用于固碳減排的生物黑炭是指各種作物秸稈在無氧條件下高溫?zé)峤夂蟮墓虘B(tài)產(chǎn)物的統(tǒng)稱，主要為纖維素、羰基、酸及酸的衍生物、呋喃、吡喃以及脫水糖、苯酚、烷屬烴及烯屬烴類的衍生物等成分復(fù)雜有機碳的混合物。

研究表明，生物黑炭施用于土壤可快速提升土壤穩(wěn)定性碳庫。據(jù)專家估算[49-50]，如果把產(chǎn)量10.5 t/hm2的稻田所產(chǎn)秸稈就地轉(zhuǎn)化為生物黑炭[以秸稈中w(C)=40%，C轉(zhuǎn)化率按20%計]，則每年可增加土壤有機碳儲量0.84 t/hm2，全國稻田（2900萬hm2）可增加土壤20 tg以上碳匯量；如果將全國農(nóng)田秸稈均通過生物黑炭技術(shù)還田，可增加土壤碳匯56tg。

煙葉采收后的煙稈、煙根等廢棄物也可進行高溫發(fā)酵制成生物炭材料，殘余物也是一種很好的煙草有機肥料，且可改善煙葉品質(zhì)[51-52]。

生物黑炭也可明顯改善土壤質(zhì)量、提升作物生產(chǎn)力，因此生物黑炭在改善土壤質(zhì)量和作物增產(chǎn)上也發(fā)揮著重要重要作用。目前國外對于生物黑炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)，主要是針對旱地作物的作物秸稈，但對生物黑炭在國內(nèi)作物秸稈就地還田的養(yǎng)分配比、施用量等方面還需進一步的研究。

3.2 保護性耕作

保護性耕作措施，如免耕、休耕等是減少農(nóng)業(yè)土壤碳損失的重要措施。國外如美國、巴西、澳大利亞等國家保護性耕作農(nóng)田面積占總耕地面積的70%以上。免耕可減緩?fù)寥烙袡C物質(zhì)的礦化率，增加土壤易氧化有機碳的含量，增強土壤顆粒的膠結(jié)作用，有利于土壤團聚體的形成。試驗證明[53]，免耕可增加植物有機殘體向土壤中的輸入，使土壤生物量增加，生物體活動加劇，因而，土壤中大團聚體的周轉(zhuǎn)速度降低，有利于有機碳的保護固定。免耕等保護性耕作所產(chǎn)生的有機碳總量和活性有機碳組分含量可比傳統(tǒng)耕作高出33%～125%，對提高土壤有機碳含量作用明顯[54]。此外，對植煙土壤進行翻耕和旋耕處理也可使有機碳含量增加[34]。

3.3 施用有機肥

施入有機肥也是植煙土壤有機碳輸入的主要途徑。研究表明[29]，施用芝麻餅肥可明顯提高根際植煙土壤酶活性和土壤微生物量碳和氮含量，與單施化肥相比，芝麻餅肥和化肥配施可提高根際土壤微生物碳含量79.88%～97.14%。添加不同C/N有機物料可改變土壤的有機碳含量，同時可明顯地影響煙葉的碳氮代謝平衡和協(xié)調(diào)烤煙葉的化學(xué)成分[41]。

草炭是一種具有眾多優(yōu)良特性的有機肥，也是改良土壤提高土壤有機碳的優(yōu)良材料。國家煙草生理生化研究基地通過不同草炭用量對植煙土壤理化性狀和烤煙品質(zhì)影響研究表明[55-56]，土壤有機質(zhì)和腐殖質(zhì)隨草炭用量的增多而增多，而且草炭用量和土壤有機質(zhì)相關(guān)達到顯著或極顯著水平，而隨著炭用量的增加，烤后煙葉物理、化學(xué)特性得到改善，中性致香物質(zhì)組分顯著增加，在一定程度上改善煙葉的品質(zhì)。

3.4 秸稈還田

我國每年的秸稈產(chǎn)量達上億噸，但大部分秸稈的利用率比較低，焚燒和廢棄現(xiàn)象嚴重。除用現(xiàn)代的生物黑炭技術(shù)將秸稈還田轉(zhuǎn)化土壤碳外，將秸稈直接還田或過腹還田也是增加土壤有機碳儲量的重要方式。腐爛的秸稈融入土壤后，不僅可以促進土壤水穩(wěn)定性團粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的通透性等物理結(jié)構(gòu)，也可減少因水土流失造成的土壤有機碳的損失，同時，又因秸稈本身含碳量高，還田后形成的有機碳儲量也會增加。研究表明[57]，秸稈還田后表層土壤的輕組有機碳含量顯著增加，如再結(jié)合持續(xù)免耕，則土壤的有機碳含量可增加14%～31%。Chen等[10]研究表明，植煙土壤中添加腐熟秸稈后土壤總有機碳和微生物量碳含量顯著增加，特別是在烤煙移栽后75 d時土壤微生物量碳含量可增加81%～111%。在連作5年的煙田上進行玉米秸稈還田試驗結(jié)果也表明[58]，秸稈還田不僅能提高土壤有機碳含量，而且能改善有機碳質(zhì)量，但秸稈的施用量應(yīng)考慮到有效氮的成分適量施用。

3.5 合理輪作

輪作是避免連作障礙的一項重要農(nóng)業(yè)措施，它不僅能改變作物殘茬種類，有效防治雜草和病蟲害發(fā)生，同時與保護性耕作技術(shù)結(jié)合，還能改善土壤物理化學(xué)特性，減少土壤徑流和風(fēng)蝕，因此也是提高土壤肥力增加土壤碳庫的重要措施。煙草本身又是一種忌連作作物，因此，除合理的水旱輪作外，可通過選種一些生物量高的綠肥作物或碳氮比高的農(nóng)作物，如毛葉苕子、黑麥草、燕麥、油菜等與煙草進行輪作，增加有機植物殘體向土壤中的輸入量，有利于土壤有機碳的固定。通過3年田間定位試驗，研究發(fā)現(xiàn)春煙種植前連年輪作翻壓綠肥能夠顯著提高土壤微生物量碳和總有機碳含量，并且這種提高趨勢隨著翻壓年限的增加而增加[59]。對云南紅壤植煙區(qū)不同輪作模式下土壤有機碳和活性有機碳含量研究也表明[60]，綠-煙和豆-煙復(fù)種模式下，植煙生長期內(nèi)根區(qū)微生物量活性有機碳含量及總有機碳含量均高于麥-煙、菜-煙復(fù)種及冬閑地，并且差異達顯著或極顯著水平，因此，可以將微生物量活性有機碳含量及總有機碳含量作為輪作模式影響煙地紅壤質(zhì)量變化的生物學(xué)評價指標。

3.6 合理施肥

施肥是農(nóng)田管理中的一項重要固碳措施，施肥能補充土壤中的 N、P、K等營養(yǎng)元素含量，但應(yīng)注意用地養(yǎng)地相結(jié)合合理施用的原則，注意肥料施用的類型、比例和數(shù)量。重視農(nóng)家肥的施用和有機無機肥的配施，可改善土壤結(jié)構(gòu)，避免表層土壤有機碳的流失。如廄肥與化肥配合施用后土壤活性有機碳組分和土壤微生物生物量碳增加就非常明顯，約97%的土壤有機碳較穩(wěn)定[61]。

此外，在土壤中施用一些高分子聚合物質(zhì)也可起到減少土壤流蝕，穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，修復(fù)土壤有機碳庫的效果[62]。

4 小 結(jié)

土壤有機碳庫是地球生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的生態(tài)系統(tǒng)碳庫之一，對土壤肥力有著重要的意義。我國很多煙區(qū)土壤肥力下降、土壤結(jié)構(gòu)惡劣與植煙土壤有機碳含量的變化直接相關(guān)，因此，植煙區(qū)土壤有機碳儲量的提高應(yīng)引起煙葉生產(chǎn)部門的廣泛關(guān)注。通過采取合理施肥等農(nóng)田管理措施對土壤有機碳庫進行修復(fù)與改良，從而優(yōu)化我國植煙地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)，保證我國煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]LaI R, LoganT J, Fausey N R.Long-term tillage effects on Mollic Ochraqualf in northwestern Ohio soil nutrient profi1e[J].Soil & Tillage Research, 1990, 15∶ 371-382

[2]邱立友，祖朝龍，楊超，等.皖南烤煙根際微生物與焦甜香特色風(fēng)格形成的關(guān)系[J].土壤，2010，42（1）：45-52.

[3]汪業(yè)勖，趙士洞，牛棟.陸地土壤碳循環(huán)的研究動態(tài)[J].生態(tài)學(xué)雜志，1999，18（5）：29-35.

[4]潘根興.中國土壤有機碳和無機碳庫量研究[J].科技通報，1999，15（5）：330-332.

[5]Balesdent J.The significance of organic separates to carbon dynamics and it’s modeling in some cultivated soils [J].European Journal of Soil Science, 1996, 47∶485-493

[6]Whitbread A M, Lefroy R D B, Blair G J.A survey of impact of cropping on soil physical and chemical properties in northwestern New South Wales [J].Australian Journal of soil Research, 1998, 36∶ 669-681.

[7]Blair G J, Lefroy R D.Soil C fractions based on their degree of oxidation and the development of a C management index for agricultural systems [J].Australian Journal of Agricultural Research, 1995, 46∶1459-1466.

[8]He Z L, Wu J, O’Donnell A G, Syers J K.Seasonal responses in microbial biomass carbon, phosphorus and sulphur in soils under pasture [J].Biology and Fertility of Soil, 1997, 24∶ 421.

[9]Grierson P F, Comerford N B, Jokela E J.Phosphorus mineralization and microbial biomass in a Florida Spodosol∶ effects of water potential, temperature and fertilizer application [J].Biology and Fertility of Soils,1999, 28∶ 244-252.

[10]Hong Li Chen, Guo shun Liu, Yong feng Yang, et al.Effects of rotten wheat straw on organic carbon and microbial biomass carbon of tobacco-planted soil [J].Journal of Food, Agriculture & Environment, 2013,11(1)∶ 1017-1021.

[11]高欣欣，于會泳，張繼光，等.烤煙根系分泌物的分離鑒定及對種子萌發(fā)的影響[J].中國煙草科學(xué)，2012，33（3）：87-91.

[12]吳文祥.煙草自毒物質(zhì)及其對根際土壤微生物影響的研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2010：28-38.

[13]陳慶強，沈承德，易惟熙，等.土壤碳循環(huán)研究進展[J].地球科學(xué)進展，1998，13（6）：555-562.

[14]Bohn, HINRICH.Estimate of organic carbon in world soils [J].Soil Science Society of American Journal, 1976,40∶ 468-470.

[15]J BOHN HL.Estimate of organic carbon in world soils [J].Soil.Sci.Soc.Am J., 1982, 46∶ 1118-1119.

[16]BATJES N H.Total carbon and nitrogen in the soils of the world [J].European Journal of Soil Science, 1996, 47∶151-163.

[17]潘根興，李戀卿，張旭輝，等.中國土壤有機碳庫量與農(nóng)業(yè)土壤碳固定動態(tài)的若干問題[J].地球科學(xué)進展，2003，18（4）：609-618.

[18]趙生才.我國農(nóng)田土壤碳庫演變機制及發(fā)展趨勢—第236次香山科學(xué)會議側(cè)記[J].地球科學(xué)進展，2005，20（5）：587-590.

[19]李甜甜，季宏兵，孫媛媛，等.我國土壤有機碳儲量及影響因素研究進展[J].首都師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，28（1）：93-97.

[20]羅龍皂，李渝，蔣太明.我國土壤碳庫及循環(huán)機制研究進展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（10）：81-85.

[21]Hassink J.Preservation of plant residues in soil differing in unsaturated protect capacity [J].Soil Science Society of America Journal, 1996, 60∶ 487-491.

[22]陳建國，田達倫，閆文德，等.土壤團聚體固碳研究進展[J].中國林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2011，31（5）：74-80.

[23]潘根興，周萍，李戀卿，等.固碳土壤學(xué)的核心科學(xué)問題與研究進展[J].土壤學(xué)報，2007,44（2）：327-337.

[24]孟勇，艾文勝，漆良華，等.土壤有機碳損失及影響因子研究進展[J].湖南林業(yè)科技，2010，37（4）：29-35.

[25]李小涵，郝明德，王朝輝，等.農(nóng)田土壤有機碳的影響因素及其研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26（3）：176-181.

[26]吳金水，童成立，劉守龍.亞熱帶和黃土高原區(qū)耕作土壤有機碳對全球氣候變化的影響[J].地球科學(xué)進展，2004，19（1）：131-137.

[27]陳全勝，李凌浩，韓興國，等.水分對土壤呼吸的影響及機理[J].生態(tài)學(xué)報，2003，25（5）：972-978.

[28]邱學(xué)禮，李軍營，李向陽，等.云南省植煙土壤有機碳分布特征及其影響因素[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（4）：51-56.

[29]武雪萍，劉增俊，趙躍華，等.施用芝麻餅肥對植煙根際土壤酶活性和微生物碳、氮的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（4）：541-546.

[30]Freixo A A, Machado P L, Santos H P.Soil organic carbon and fractions of a rhodic ferralsol under the influence of tillage and crop rotation systems in southern Brazil [J].Soil and Tillage Research, 2002, 64∶ 221-230.

[31]張金波，宋長春.土壤利用方式對土壤碳庫影響的敏感性評價指標[J].生態(tài)環(huán)境，2003，12（4）：500-504.

[32]Halvorson A D, Wienhold B J, Black A L.Tillage,Nitrogen, and Cropping system effects on soil Carbon sequestration[J].Soil Science Society of American Journal, 2002, 66∶ 906-912.

[33]何川，劉國順，李祖良，等.連作對植煙土壤有機碳和酶活性的影響及其與土傳病害的關(guān)系[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，45（6）：701-705.

[34]劉紅杰，習(xí)向銀，劉朝科，等.深翻耕和連作對植煙土壤養(yǎng)分及其生物活性的影響[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，26（2）：298-303.

[35]丁偉，葉江平，蔣衛(wèi)，等.長期施肥對植煙土壤微生物的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2012，18（5）：1168-1176.

[36]張繼光，鄭林林，石屹，等.不同種植模式對土壤微生物區(qū)系及煙葉產(chǎn)量與質(zhì)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（19）：93-101.

[37]Knops J M H, Tilman D.Dynamics of soil nitrogen and carbon accumulation for 61 years after agricultural abandonment [J].Ecology, 2000, 81(1)∶ 88-89.

[38]沈宏, 曹志洪.長期施肥對不同農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤有效碳庫及碳素有效率的影響[J].熱帶亞熱帶土壤科學(xué)，1998，7（1）：1-5.

[39]徐陽春，沈其榮，冉煒.長期免耕與施用有機肥對土壤微生物生物量碳、氮、磷的影響[J].土壤學(xué)報，2002，399（1）：89-95.

[40]尹云鋒，蔡祖聰，欽繩武.長期施肥條件下潮土不同組分有機質(zhì)的動態(tài)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（5）：875-878.

[41]李雪利，葉協(xié)鋒，顧建國，等.土壤C/N比對烤煙碳氮代謝關(guān)鍵酶活性和煙葉品質(zhì)影響的研究[J].中國煙草學(xué)報，2011，17（3）：32-36.

[42]張曉林，和麗忠，陳錦玉，等.云南植煙紅壤不同施肥條件下有機無機復(fù)合體顆粒大小分組研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，19（增刊）：188-195.

[43]馬成澤，周勤，何方.不同肥料配合使用土壤有機碳盈虧分布[J].土壤學(xué)報，1994（1）：34-41.

[44]吳建國，張小全，王彥輝，等.土地利用變化對土壤物理組分中有機碳分配的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2002，38（4）：19-29.

[45]IPPC.Climate change 1955-impacts.Adaptations and mitigation of climate change∶ scientific-technical analyses [M].Cambridge∶ Cambridge University Press,1996∶ 35-48.

[46]梁二，蔡典雄，代快，等.中國農(nóng)田土壤有機碳變化：I驅(qū)動因素分析[J].中國土壤與肥料，2010（6）：80-86.

[47]金琳，李玉娥，高清竹，等.中國農(nóng)田管理土壤碳匯估算[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（3）：734-743.

[48]張阿鳳，潘根興，李戀卿.生物黑炭及其增匯減排與改良土壤意義[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（12）：2459-2463.

[49]馬驥.中國農(nóng)戶秸稈就地焚燒的原因：成本收益比較與約束條件分析——以河南省開封縣杜良鄉(xiāng)為例[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟，2009（2）：77-84.

[50]潘根興，張阿鳳，鄒建文，等.農(nóng)業(yè)廢棄物生物黑炭轉(zhuǎn)化還田作為低碳農(nóng)業(yè)途徑的探討[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2010，26（4）：394-400.

[51]李想，趙立欣，韓捷，等.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新方向一沼氣干發(fā)酵技術(shù)[J].中國沼氣，2006，24（4）：23-27.

[52]陳智遠，姚建剛.秸稈厭氧干發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2009（10）：24-26.

[53]唐曉紅，邵景安，高明，等.保護性耕作對紫色水稻土團聚體組成和有機碳儲量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（5）：1027-1032.

[54]趙鑫，宇萬太，李建東，等.不同經(jīng)營管理條件下土壤有機碳及其組分研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006，17（11）：2203-2209.

[55]劉國順，劉韶松，賈新成，等.煙田施用有機肥對土壤理化性狀和煙葉香氣成分含量的影響[J].中國煙草學(xué)報，2005，11（3）：29-33.

[56]徐辰生.草炭對土壤理化特性和烤煙品質(zhì)的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004：19-20.

[57]Nyborg M, Solberg E D, Malhi S S, et al.Fertilization N,crop residue, and tillage alter soil C and N content in a decade [C]//Lal R, Kimble J, Levine E and Steward B A.Soil Management and Greenhouse Effect.Advance in Soil Science[J].Boca Raton, F L∶ Lewis Publisher, CRC Press, 1995∶ 93-100.

[58]田艷洪，劉文志，趙曉鋒，等.秸稈還田對連作煙田土壤性狀及煙株生長的影響[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2011（11）：29-31.

[59]李正，劉國順，葉協(xié)鋒，等.綠肥翻壓年限對植煙土壤微生物量C、N和土壤C、N的影響[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，22（4）：62-65.

[60]官會林，郭云周，張云峰，等.不同復(fù)種模式對云南植煙紅壤根區(qū)有機碳和微生物量碳的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30（1）：133-138.

[61]王晶，朱平，張男，等.施肥對黑土活性有機碳和碳庫管理指數(shù)的影響[J].土壤通報，2003，34（5）：394-396.

[62]吳淑芳，吳普特，馮浩，等.高分子聚合物防治坡地土壤侵蝕模擬試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20（2）：19-22.