土壤可溶性有機碳研究進展

孫超峰

摘要：土壤中豐富的有機碳為動植物的生長提供了必要的物質(zhì)基礎。土壤可溶性有機碳（DOC）作為土壤有機碳的成分之一，雖然所占比例較小，但極為活躍，是土壤圈與其他圈層之間養(yǎng)分移動的重要載體因子。關于DOC的產(chǎn)生及影響因素的研究成為當前土壤碳循環(huán)研究的重點。對DOC的來源以及影響其變化的自然因素和人為因素進行概括和總結，提出當今研究的不足之處，并對待解決的科學問題和研究方向進行展望。

關鍵詞：土壤; DOC;影響因素

在當今全球氣候變暖的背景下，土壤碳儲量的動態(tài)變化越來越受到人們的關注。土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機碳庫，對地球生物化學循環(huán)具有重要影響[1]。

可溶性有機碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）是土壤有機碳的組成部分，雖然在土壤碳庫中所占比例較小[2]，但因受外部環(huán)境影響較大，在土壤中移動較快、易分解氧化，所以對土壤化學物質(zhì)循環(huán)有著顯著影響[3]。土壤DOC由簡單的有機酸和復雜的大分子物質(zhì)共同構成[4]，因此，很難給予其一個化學上的定義。目前，人們把能溶于水且能通過0.45μm微孔濾膜的部分有機碳稱為DOC[5-6]。由于土壤DOC 特殊的性質(zhì)和對碳循環(huán)的重要作用，國內(nèi)外專家學者對其動態(tài)變化及其影響因素進行了大量研究。對前人的研究成果進行總結，對今后更進一步地研究不同土壤DOC含量、遷移轉(zhuǎn)化特性、土壤碳素循環(huán)和保護生態(tài)環(huán)境等都有重要意義。

1 DOC的來源

土壤DOC的來源多種多樣，以植被凋落物、腐殖化的有機質(zhì)、植物根系分泌物和人為施入的有機肥料為主要來源[7]。Casals等[8]研究發(fā)現(xiàn)，凋落物輸入量是影響森林凋落物層土壤DOC含量的重要因素之一。 Edwards等[9]研究認為，由于植物根系分解和代謝作用，植物根系的碳含量一般較高。任寅榜等[10]通過對紅壤植被恢復的研究發(fā)現(xiàn)，植物根系的死亡和周轉(zhuǎn)影響地下微生物的活性，土壤微生物的分泌物與枯死物是土壤DOC的重要來源。通過以上研究可知，在不同的環(huán)境條件和影響因素下，土壤DOC的來源呈多元化趨勢。

2 DOC的提取

研究結果證明，土壤DOC的測定受采樣時間、土壤樣品的保存環(huán)境和預處理方式、浸提溶液共同影響[11]，不同測量方法導致測定結果存在明顯差異，使實驗結果無法進行有效對比。張甲珅等[12]通過研究發(fā)現(xiàn)，開展提取土壤DOC實驗時，采樣應當避開惡劣天氣，若存在降水現(xiàn)象，應在雨停72 h后進行土壤樣品的采集。測定時應采用新鮮土壤樣品，若不能立即測定，應將樣品冷藏保存，減少水分損失。李太魁等[13]通過對土地利用方式不同的土壤進行研究認為，采集的土壤鮮樣首先通過2 mm篩去除內(nèi)部雜質(zhì)，采用5∶1的水土比，用25℃去離子水作為浸提溶劑，連續(xù)振蕩4 h來測量土壤DOC的含量較為合理。綜上所述，不同研究者在自己的研究領域?qū)ν寥繢OC的提取方法不盡相同，目前為止，還沒有形成一套系統(tǒng)的提取方法。

3 土壤 DOC 含量動態(tài)變化影響因素

影響土壤DOC含量動態(tài)變化的因素有很多，包括植被類型、土地利用方式、季節(jié)變化、土壤含水量等，歸納為自然因素和人為因素兩大方面。

3.1? 自然因素

3.1.1 植被類型

大量研究發(fā)現(xiàn)，不同的植被類型會導致凋落物的數(shù)量和質(zhì)量發(fā)生變化，同時，對植物細根殘體的分解和生物分泌物及土壤腐殖質(zhì)產(chǎn)生不同影響，進而引起土壤DOC含量的動態(tài)變化。萬曉華等[14]以杉木林采伐跡地上種植的米老排與杉木人工林為對象，使用不同溶劑提取土壤DOC，結果表明，米老排土壤DOC含量明顯高于杉木人工林，引起這一現(xiàn)象的主要原因與不同樹種的凋落物質(zhì)量和數(shù)量差異有關。劉翥等[15]研究發(fā)現(xiàn)，當傳統(tǒng)的天然林轉(zhuǎn)換成錐栗及福建柏等植物時，土壤表層土壤DOC濃度明顯降低?？傮w來看，不同類型的植被由于自身獨特的生長習性以及植被凋落物和根系分泌物不同，改變了DOC的產(chǎn)生和積累條件，引起不同植被類型下DOC含量的差異。

3.1.2 季節(jié)

季節(jié)的改變會引起降水量和溫度等諸多因素的變化，進而對土壤性質(zhì)及土壤微生物活性產(chǎn)生影響，引起DOC含量的動態(tài)變化。汪偉等[16]研究發(fā)現(xiàn)，土壤剖面DOC含量隨季節(jié)變化為冬季最多、秋季次之、春季和夏季較少。不同深度土壤DOC含量隨季節(jié)變化的差異顯著，其中，表層土壤間 DOC含量差異最為顯著。王連峰等[17]對廬山地區(qū)森林系統(tǒng)的研究表明，土壤DOC濃度的季節(jié)性變化顯著，且呈冬秋季偏高、夏春季偏低的變化趨勢。這種差異可能與凋落物數(shù)量和質(zhì)量的季節(jié)變化以及DOC本身的分解礦化程度有關。總體而言，影響土壤DOC含量季節(jié)變化的因素非常復雜，存在多種因素共同產(chǎn)生影響的現(xiàn)象，因此，需要進行長期的觀察研究，進一步揭示土壤DOC含量隨季節(jié)變化的內(nèi)部機理。

3.1.3 凍融循環(huán)

凍融循環(huán)現(xiàn)象普遍存在于高海拔及中、高緯度地區(qū)[18]，在生物化學循環(huán)的過程中扮演著重要的角色，其中，土壤微生物群落以及整個地區(qū)土壤碳、氮含量和植物對養(yǎng)分的吸收過程都會受到凍融循環(huán)的影響[19]。汪太明等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤在相同次數(shù)的凍融循環(huán)中， DOC含量出現(xiàn)不同的變化，如暗棕壤和水稻土在首次凍融后DOC含量升高，而黑土DOC含量降低，說明土壤的理化性質(zhì)不同，對凍融循環(huán)結果具有一定的影響。魯博權等[21-23]通過對不同濕地、不同林型的研究發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)對土壤DOC含量影響顯著，土壤 DOC含量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，呈先增后減的變化趨勢，且短期效應較為顯著。在當今全球變暖的背景下，土壤凍融循環(huán)的變化對土壤碳庫產(chǎn)生重大影響。土壤DOC是土壤碳庫較為敏感的組成部分。研究土壤DOC與凍融循環(huán)之間的動態(tài)變化關系，對研究全球土壤碳庫的變化具有重要意義。

3.1.4 土壤水分

土壤水分的變化往往對土壤微生物活性產(chǎn)生影響。通過改變微生物的分解速率，使代謝產(chǎn)物積累以及微生物細胞裂解死亡，進而導致土壤DOC濃度發(fā)生變化。同時，水分的變化也會改變土壤團聚體的結構，引起土壤DOC含量的動態(tài)變化[24]。張雪雯等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在濕處理條件下， DOC 變化響應強度最大，增加率最高，干濕交替次之;在干處理條件下，響應強度最小。樂藝等[26-27]通過研究不同強度、不同頻率的降水模擬干濕交替對土壤DOC穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn)，高強度的干濕交替處理較低強度的處理， DOC的含量更高，因為在高強度的干濕交替處理下，土壤的呼吸作用更強，消耗了土壤中的可利用碳。綜合來看，水分對DOC的影響機制尚不明確，含水量過高、過低都會改變土壤結構及微生物活性，進而引發(fā)土壤DOC含量的變化。

3.2 人為因素

土地利用方式的改變，影響著土壤養(yǎng)分和生物化學循環(huán)過程，改變了土壤養(yǎng)分原來的循環(huán)過程和通量，進而使土壤碳庫發(fā)生變化[28]。李太魁等[29]以川中丘陵區(qū)5種土地類型為研究對象，發(fā)現(xiàn)DOC含量呈菜地最多，果園次之，水田、林地、旱地相對較少的趨勢，其中，種植制度和有機質(zhì)的輸入是造成差異的主要原因。郭岳等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在三江平原地區(qū)，在不同的土地利用方式下，土壤DOC含量不同，其中，小葉章濕地>林地>農(nóng)田，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動促使土壤DOC含量下降。簡興等[31]通過對濕地、林地、耕地和果園土壤的研究發(fā)現(xiàn)，濕地土壤的DOC含量大于林地等土壤。因為濕地土壤長期處于水分飽和條件下， DOC含量較高?？傮w而言，土地利用方式的改變，促使土壤內(nèi)外部條件發(fā)生變化。 DOC的累積和降解過程因輸入土壤的有機質(zhì)和生物降解過程的改變而改變，進而引起土壤DOC含量的動態(tài)變化。

4 結論與展望

土壤DOC作為土壤碳庫的重要組成部分，因特殊的性質(zhì)以及對環(huán)境變化的敏感性，成為重要的研究對象。目前，研究主要集中在土壤水熱變化、植被類型及凋落物、不同土地利用類型以及季節(jié)性動態(tài)變化等方面。在前人研究的基礎上，未來對土壤DOC的研究應注重以下方面：（1）土壤DOC 的測定受采樣時間、土壤樣品的保存環(huán)境和預處理方式、浸提溶液共同影響，不同測量方法導致測定結果存在明顯差異，使實驗結果無法進行有效對比。統(tǒng)一提取方法對未來在各個領域研究土壤DOC具有重要意義。（2）野外監(jiān)測數(shù)據(jù)的匱乏、監(jiān)測標準的不統(tǒng)一導致數(shù)據(jù)匯總和耦合困難。未來應加大野外監(jiān)測強度，通過與室內(nèi)模擬實驗數(shù)據(jù)相結合，利用不同分析方法的對比驗證，提高結果的準確性。（3）可借助新型技術（如地理信息系統(tǒng)），多學科、跨領域、大尺度、全方位地進行綜合研究，揭示影響土壤DOC含量的各種因素及其生態(tài)環(huán)境效應。

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