土壤活性有机碳的监测及在土地管理中的应用

郭 振，王小利*，段建军

(1.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学烟草学院，贵州 贵阳 550025)



·文献综述·

土壤活性有机碳的监测及在土地管理中的应用

郭 振1，王小利1*，段建军2

(1.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学烟草学院，贵州 贵阳 550025)

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中比较活跃的化学组分，在陆地碳的循环研究中扮演了非常重要的作用。土壤活性有机碳可用溶解性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFC)、易氧化有机碳(LOC)、土壤微生物生物量碳(SMBC)和潜在可矿化碳(PMC)表示。本文综述了这五种活性有机碳的分组和测定方法，以及活性有机碳对不同施肥措施、不同耕作措施和土地利用方式的响应。表明在不同土地管理措施下，土壤活性有机碳的不同组分均发生相应变化，这对调节土壤养分循环、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。并展望了今后的研究方向，以期为农业的可持续发展提供科学参考，为土壤养分的高效利用和土地的科学管理奠定基础，为开展有机质的累积与矿化提供依据。

活性有机碳；分组；测定方法；管理措施；响应

土壤活性有机碳是在一定时间和空间内受植物和微生物的影响，并具有一定的溶解性，在土壤中流动性较快，易矿化，其形态和空间位置对植物和微生物都具有较高活性的那一部分土壤碳素[1]，主要含有大量的游离有机物，如动植物残体、根系分泌物、真菌菌丝和微生物生物量及其渗出物等，是易被微生物转化利用的生物和非生物的有机混合物[2，3]。虽然土壤活性有机碳只占土壤总有机碳的一小部分，但由于其对土地管理措施等的响应比土壤有机碳更加灵敏和快速，且可以直接参与土壤生物化学过程的转化，也可以作为土壤微生物活动的动力和土壤养分循环的驱动力[4，5]。因此，近年来已成为全球土壤、生态以及环境科学领域所研究的热点之一。土壤活性有机碳与水体富营养化有密切的相关性，因为溶解性有机碳(DOC)是土壤中 N 、P及某些重金属元素向水体中迁移的重要载体，土壤中许多营养元素的移动都要依靠DOC的运输。DOC在森林土壤溶液中的运输是土壤C、S、N、P等元素从地表生物体到矿质土壤，从陆地生态系统到水体生态系统的重要转运机制[6]。Ghidey[7]认为，土壤活性有机碳是微生物生长的速效基质，其含量高低直接影响土壤微生物的活性，从而影响温室气体的排放，土壤活性有机碳还与养分的矿化与固定有关，通过作物管理措施来改良土壤环境可以明显影响土壤微生物活性。轮作与单一耕作相比，可矿化碳(PMC)和土壤微生物生物量碳(SMBC)平均高出18%，短期休闲PMC和SMBC平均增加5%，比较开始种植与后期收获，PMC和SMBC各增加了9%[8]。轻组有机碳(LFC)化学成分包括单糖、多糖、半木质素等微生物易分解的底物，影响着半数以上的微生物和酶活性，分解速率为重组碳的2～11倍，与草地和森林相比，农田土壤易氧化有机碳(LOC)含量下降，原因是扰动频繁加速了LOC的分解，但采取一定管理措施能够弥补部分有机碳的损失，免耕农田的两种有机碳含量比翻耕农田高，免耕促使更多团聚体形成，使有机碳得到物理保护，微生物难于接触分解，植物残茬还田也可以增加土壤LOC含量[9]。也有研究指出[10]，土壤活性有机碳的存在可以减少污染物，如增强PAH在土壤中的截留、增加农药的水溶性、影响农药在土壤中的迁移；同时土壤活性有机碳作为重金属的有机配体，对土壤溶液中的微量重金属的可移动性和迁移过程以及金属复合物的形成过程中有着重要作用[10]。可见，土壤活性有机碳的活泼性及其在陆地生态过程中的作用，因此对土壤活性有机碳的研究成为土壤学、环境学、生态学等学科研究的热点。

1 不同类型土壤活性有机碳组分及其测定方法

1.1 溶解性有机碳

DOC属于化学分组，主要包含不同种类的低分子量有机物(脂肪族有机酸、酚类、游离氨基酸等)和以胶体状悬浮于土壤溶液中的大分子量有机质(胡敏酸、富里酸等)。狭义的DOC指在用渗漏计或吸杯来提取DOC时，土壤溶液中能够通过0.45 μm直径滤膜的那部分有机碳，主要来自于土壤中的大孔隙[9]。广义的DOC指用各种提取剂(包括水、稀盐溶液)提取后过0.45 μm孔径滤膜得到的那部分有机碳，因为稀盐溶液能够打破土壤表面的吸附平衡，使被矿物颗粒表面吸附的有机碳能够释放出来[11]。DOC的测定方法主要有以下几种：

TOC仪测定法：用水作为提取剂提取的有机碳称作水溶性有机碳。其操作步骤为：用10∶1去离子水和土样混合物25℃恒温间歇震荡5 h，然后离心10 min(12 000 r/min)，用0.45 μm微孔滤膜抽滤得到上清液[12]，然后用TOC碳自动测定仪(Phoenix 8000)测定上清液中水溶性有机碳含量。

湿氧化法：用重铬酸钾-硫酸外加热氧化法测定，借鉴李振高[13]的操作流程：吸取10 mL上清液于150 mL硬质消化管中，再加入10 mL 0.1080 1/6 mol/L K2Cr2O7-15.7 mol/L 1/2 H2SO4混合溶液，继而加入30个玻璃珠于消化管中在180℃油浴沸腾5 min，再加入邻啡罗啉3滴，用 0.05 mol/L FeSO4标准溶液滴定。

紫外分光光度法：先根据TOC仪测定法获得溶解性有机碳提取液，再利用TOC分析仪测得原液浓度，然后将原液稀释至5 ～15 mg/L，再用紫外分光光度计(UV-2802S)在254 nm波长下测得稀释液吸光度，然后利用吸光度和溶液浓度值建立相应的回归方程进行计算[14]。

比色法：在10 mL试管中加入提取液0～5 mL，保证有机碳含量在0～25 mg之间即可，不足5 mL则加蒸馏水水至5 mL，然后加2.5 mL 10 mol/L Mn(Ⅲ)-焦磷酸和2.5 mL浓H2SO4，静置1 h后500 nm处比色。标准曲线的制作是将提取液换成100 mg/L的草酸标准液，然后分别吸取0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL进行测定[15]。

应用以上四种方法对土壤溶解性有机碳进行测定，其结果必然存在一定差异，相比TOC仪法其他三种测定方法误差较大，因此必须权衡各方法之间的差异使误差达到最小。盛浩等[15]研究表明，比色法测得的DOC含量较TOC仪误差最大，其次为湿氧化法，紫外分光光度法与TOC仪法最为接近，且利用湿氧化法和比色法测得的DOC含量较TOC仪测定结果必须乘以校正系数进行换算，这反映出TOC仪法在测定土壤DOC含量时最为敏感，稳定性高、重复性好。

1.2 易氧化性有机碳

土壤碳量的变化主要发生在易被氧化的碳库中，将能够被333 mol/L KMnO4氧化的那部分有机碳称作易氧化有机碳(LOC)[16]。 LOC也属于化学分组。KMnO4能氧化简单糖类、氨基酸、胺基或者氨基糖等有机碳，不能氧化纤维素。KMnO4氧化法的测定步骤为：(1)将土壤样品自然风干，过0.25 mm筛；(2)称取三份土壤样品(每份含有15 mg左右碳)于离心管内，然后加入333 mol/L KMnO4溶液25 mL，在25℃，25 r/min条件下振荡1 h，同时做空白对照实验；(3)振荡后让离心管在2000 r/min条件下离心5 min，然后再取其上清液，用蒸馏水水按照1∶250的比例进行稀释；(4)稀释液在565 nm的分光光度计上进行比色，其标准液的浓度必须包含1 mg碳；(5)根据KMnO4的消耗量，求出样品的易氧化有机碳[17，18]。

土壤活性有机碳并不是单纯的一种化合物，而是土壤有机碳中具有相似特性即较高有效性的那部分有机碳。不同研究者所指的活性有机碳类型不尽相同，但其都可在不同程度上反映有机碳的有效性，指示土壤质量[16]。测定活性有机碳的方法通常有化学分组、物理分组法和生物学分组。Blair等[16]指出活性有机碳是土壤中易氧化分解的有机碳，因此，有研究者将活性有机碳等同于易氧化有机碳。活性有机碳采用化学方法测定如上所示，是将易氧化、不稳定的有机碳作为活性有机碳，因此，化学方法所测的土壤有机碳也称为易氧化有机碳。虽然化学方法测定简单方便，适于大批样品的分析，但需要昂贵仪器、操作技术熟练。

1.3 轻组有机碳

LFC属于物理分组之密度分组。按照土壤在恒定重液中的沉降情况将土壤有机碳分为轻组有机碳(LFC)和重组有机碳，常用的重液为1.70 g cm-3的NaI溶液[19]。LFC主要包括能观察到微生物结构体的真菌和放线菌的孢子，还有大量的游离态有机质，同时，植物根系、木炭和植物残体也是轻组有机碳的重要组成部分[20]。尽管轻组只占土壤质量的一小部分，然而其有机碳含量通常显著高于全土有机碳含量。LFC也因为具备较高的分化率和周转率，是土壤营养的短期储存库[21，22]。其测定方法为：在离心管中放入40 mL 1.7 g/cm3的NaI悬浮液，称取过0.25 mm筛的土壤样品10 g悬浮于离心管中，之后手轻轻摇动离心管，继而用10 mL NaI重液清洗离心管内壁，20 min后，在4000 r/min转速下离心20 min，而后将表层液体过0.45 μm滤膜，边吸边用蒸馏水冲洗至滤液无色，然后将0.45 μm膜上的成分转到铝盒中120℃下烘干，于0.45 μm膜上的组分则为轻组有机碳。然后用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定有机碳含量，3次重复[23]。

LFC与土壤有机碳呼吸速率、土壤可矿化碳和土壤微生物生物量碳氮含量密切相关，有着较高的潜在生物活性，能体现土壤碳的活性，因此也称作土壤活性有机碳[21]。Gregorich等[22]把密度小于2.0 g/cm3的组分定义为LFC，属于游离态的有机质。在从事土壤有机质与肥力间的相关研究中运用LFC作为指标有重要的意义。目前，利用密度分组法测定的LFC尽管能在一定程度上体现土壤活性有机质，但它也有一定的局限性。LFC包含了大量的不分解和很难分解的木炭和烧焦的物质，同时，泥炭土中的LFC也可能包括部分惰性土壤有机碳。

1.4 土壤微生物生物量碳

SMBC属于生物学分组。SMBC是指土壤中体积小于5×103～105×103μm3活的真菌、细菌、土壤微生物和藻类体内所含的有机碳，是土壤有机质中活性较高和较容易矿化的部分有机碳[24]。在土壤碳库中SMBC所占比例很小，一般为1～4%[25]，但却是土壤有效养分的一个重要的源和库。SMBC既可以直接或间接的参与土壤生物化学转化过程，又能反映土壤总碳的变化，而且由于SMBC的周转速率较快，所以SMBC在植物营养调控和土壤肥力的评价中具有重要的作用。其测定方法如下：

1.4.1 预培养阶段 仔细清除土壤中可见的枯枝残体(如根、茎、叶)，然后过2 mm筛混匀备用。用蒸馏水调节土壤水分至田间持水量的45%(用手感觉土壤松散、湿润，但不结块为宜)；然后称取土壤样品60 g放入一次性塑料杯里，密闭收纳箱放置适量水以保持相对湿度为100℃下培养箱培养。

1.4.2 熏蒸 称取经前处理12.5 g新鲜土壤1份，置于50 mL烧杯中。把烧杯放置到干燥器中并抽成真空，同时安放盛有约2/3烧杯的去乙醇氯仿烧杯2个，同时放入一杯NaOH稀碱溶液以吸取熏蒸期间同时释放出来的CO2，干燥器底部还应加入少量的水以保持湿度。再利用真空泵使烧杯中的氯仿激烈沸腾3～5 min后关上真空干燥器阀门，在25℃避光条件下放置24 h。

1.4.3 提取 在土壤熏蒸后小心转移至100 mL的塑料瓶中，加入50 mL 0.5 mol/L K2SO4(土水比为1∶4)震荡30 min(300 r/min)，过滤于塑料瓶中。同时做对照，即把不熏蒸的土壤也用K2SO4溶液浸提、振荡、过滤。同时在TOC碳自动测定仪(Phoenix 8000)上测定熏蒸和未熏蒸的土壤提取液中的有机碳含量，然后进行计算。SMBC = Ec/0.45，Ec表示熏蒸和未熏蒸的土壤在0.5 mol/L K2SO4提取液中碳含量的差值[26-29]，0.45为转化系数。

氯仿熏蒸-0.5 mol/L K2SO4提取法基本如上步骤所示，该方法的局限性在于对风干土壤微生物量的测定不适用；对游离CaCO3含量高的土壤、淹水土壤、pH<4.5的土壤以及新近施过有机肥或绿肥的土壤，其测定结果均不可靠。West等[30]对水溶性有机碳和微生物量碳进行了比较，发现用冷水直接浸提湿土，其提取物几乎不含有来自微生物的碳，且二者之间差距较大。然而，熏蒸浸提法提取物中含有相当数量的可溶性碳，另外发现用温度较高的水(70℃)可以杀死植物微生物细胞，同时可使微生物量碳溶解在水中，而此时水溶性有机碳与微生物量碳也成线性关系[30]。因此，热水提取物碳作为易氧化性土壤有机碳，并不能取代微生物量碳。然而，对于有机碳含量少于10%的表层土壤而言，水溶性有机碳更接近于微生物量碳。

1.5 土壤潜在可矿化碳

PMC也属于生物学分组，被称为生物降解碳，主要是依托土壤微生物分解有机物质释放出CO2，然后测定CO2的矿化量或专性呼吸速率qCO2便可求得土壤潜在可矿化碳量[31，32]。测定PMC的方法有多种，如直接镜检法、熏蒸培养法、三磷酸腺苷分析法(ATP)、底物诱导呼吸法、熏蒸提取法和磷脂脂肪酸法等[33]。但目前实验室常用氯仿熏蒸提取法(实验室培养法)来进行测定。测定步骤为：取一定量过2 mm筛的土壤样品放入密封容器中让其保持田间持水量的50%左右，在25℃有氧环境下预培养一周，然后在容器中放入装有0.1 mol/L的NaOH碱液的小烧杯吸收CO2，培养一段时间后取出密闭容器中的碱液，用稀HCl溶液滴定，再换上新的碱液继续密闭培养，根据滴定所消耗的稀HCl量计算PMC的含量[34-37]。此方法实际上是密闭培养法的一种改进，主要是设计了一种呼吸瓶装置，从而简化了试验操作，改进后的方法适用于研究好气条件下土壤有机碳的分解速率。

2 土壤活性有机碳在土地管理中的应用

2.1 土壤活性有机碳对施肥措施的响应

长期施用有机肥能显著提高土壤活性有机碳的含量，尤其是LFC和DOC的含量提高较多，而长期单施N肥，NP肥或NPK肥则对土壤活性有机碳含量无影响[38]。张恩平等[39]研究表明，SOC含量随N肥施用量的增加而增加且施用有机肥能显著提高SOC含量；在有机肥与NPK肥配施条件下，LOC、DOC和SMBC的含量明显提高，其中以DOC和SMBC的含量的提高幅度最大，说明有机无机肥配施对SMBC、植物生物量以及SOC含量的提高也有一定的促进作用。Chantigny等[40]研究认为，DOC含量与N肥的施用量无明显相关性，但当N的矿化量大于60 mg/kg时，DOC的含量发生微小的变化，当N的矿化量小于60 mg/kg时，DOC的含量却迅速增加，说明DOC的含量与N的矿化量成对数相关，长期施用N肥会使DOC含量下降。田间试验表明，施用无机N肥会使土壤的MBC和MBN比值减少，这就加速了田间原有SOC的降解，导致SOC的积累量越来越少，从而减少土壤微生物，使MBC含量逐渐变少[41]。同时在单施化肥、单施有机肥、有机肥与无机肥配合施用的三个处理下，有机无机肥配施能增加MBC含量；三种施肥措施均能提高LOC含量，但后两个施肥处理显著优于单施化肥；而单施有机肥对DOC含量的升高效应显著高于单施化肥和有机无机配施，此结果与张恩平等[39]研究报道一致。

在黑土长期定位施肥试验中，与CK相比，所有施肥处理的SMBC和PMC均有明显提高，有机肥化肥配施和秸秆配施化肥条件下轮作处理对土壤中SMBC和PMC的促进作用较NPK处理更明显[42]。徐阳春等[43]的研究结果与Dijkstra[41]一致，单施化肥和有机无机肥配施的条件下，与对照组相比，SMBC分别增加了9.6%和32.2%，而单施化肥只能影响LF中的C/N比值。此外，长期单一施用氮、磷、钾等无机肥可破坏土壤团聚体的结构，使微生物的生存环境退化，从而导致土壤活性有机碳含量降低。对于LFC而言，施肥土壤比不施肥土壤含有更多的LFC ，施肥土壤中，70%活性有机碳来源于轻组，而不施肥仅有40%活性有机碳来源于轻组，说明施肥水平显著影响土壤中LFC含量[44]。

在单施氮肥(N)、单施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M1)、低量有机肥与氮肥(M1+N)配施、低量有机肥与氮磷肥(M1+NP)配施、高量有机肥与氮肥(M2+N)配施、高量有机肥与氮磷肥(M2+NP)配施处理中，LFC含量在不同处理下有不同程度的增加，N肥较CK增加了9%，NP和M1处理结果比较接近，有机肥处理下LFC含量增加的顺序是M2+NP>M2+N>M1+NP>M1+N[45]。Garcia-Pausas等[46]指出，在施肥处理下，单施化肥对LOC含量的增加无明显变化，有机肥与无机肥配施对LOC含量的增加极显著，研究结果与王朔林等[45]相似。

以上综述表明，在单施化肥、单施有机肥和有机肥与无机肥配合施用的三个处理下，有机无机肥配施能增加SMBC含量，且三种施肥措施均能提高LOC含量，施有机肥处理显著优于单施化肥，而单施有机肥对DOC含量的升高效应显著高于单施化肥和有机无机配施处理。长期单施N肥会使DOC含量变化不明显甚至会出现降低的趋势。LFC含量会在不同处理中(单施化肥、单施有机肥和有机无机肥配施)有不同程度的增加。可见土壤活性有机碳对施肥措施有积极的响应，调节土壤养分含量也对活性有机碳有较大的影响，因此土壤活性有机碳与土壤内在的生产力高度相关 。

2.2 土壤活性有机碳对耕作措施的响应

秸秆还田耕作模式是全球范围内改善农田生态系统和发展现代农业的一项重要措施，既可以节约资本保护环境又可以增加生态效益，因为秸秆还田可以提高SOC的含量、改善土壤的结构、提高土壤保水保肥能力，所以秸秆还田对促进农业的可持续发展有重要意义[47]。在对秸秆还田是否能增加土壤活性有机碳含量方面，有人认为秸秆还田只能增加SOC含量，对活性有机碳的含量增加并不明显甚至会出现降低的趋势；也有人认为秸秆还田能够明显改善土壤的结构与肥力特征从而增加土壤活性有机碳含量[48]。路文涛等[49]报道表明，秸秆还田能够显著(P< 0.05)增加耕层土壤LOC含量，较常规耕作提高29.3%，其结果与徐明岗[50]的研究结果土壤活性有机碳在秸秆还田措施下先降低后增加的趋势不太一致，可能是由于秸秆还田的年限不同所致，还与土壤的类型与结构及种植制度有关。秸秆还田还可以增加有机物质在土壤中的累积量，减少SOC的矿化分解量，使PMC含量降低[51]。其中高量的秸秆还田与秸秆还田相比并没有表现出较大优势，可能是因为过量的秸秆使土壤中C/N比失衡影响微生物的活性，从而影响秸秆还田的腐殖和分解效果。Perelo等[52]在稻田旱地中添加植物秸秆的研究表明，秸秆腐殖化后土壤微生物可以在短时间内吸收利用土壤中的DOC，使MBC含量迅速增加，增幅为38～54%。同时秸秆覆盖和免耕不覆盖的传统耕作方式相比，LOC含量显著增加。崔凤娟[53]等也有与Perelo等[52]相似的研究结果。在传统耕作、低茬半覆盖、低茬全覆盖、高茬半覆盖、高茬全覆盖等5种处理下，DOC含量表现出在高茬全覆盖处理下显著高于其他处理，比传统耕作DOC含量提高14.37%，说明覆盖量对DOC有显著的影响而茬的高度影响不明显；土壤MBC在各处理下表现出高茬全覆盖>低茬全覆盖>高茬半覆盖 >低茬半覆盖>传统耕作，其中高茬全覆盖处理MBC提高了14.73%；LOC表现出与MBC相似的趋势。在PRB(固定道垄作)、PFT(固定道平作)与CT(传统耕作)三种耕作模式下，垄作较平作、传统耕作能够提高耕作层SOC含量、SMB、土壤酶活性，增加作物产量；0～60 cm土壤有机碳储量的增加，PRB，PFT和CT三种耕作方式对大于10 cm地下部分土壤环境的改良效果不明显[54]。

2.3 土壤活性有机碳对土地利用方式的响应

森林和草地中的SMBC和qMB高于耕地，且qMB在一定程度上可以反映土壤有机碳的转化快慢，表征土壤肥力。王小利等[55]对低山区红壤微生物量碳的研究表明，土地利用方式对SMBC和qMB均产生了显著的影响，水田相比于林地SMBC提高了84%，而旱地相比于林地SMBC减少了29.1%，果园相比于林地SMBC减少了46.1%，四种土地利用方式下，SMBC由高到低的顺序为：水田>林地>旱地>果园，而且qMB的变化与SMBC的变化趋势一致。这说明在表层土壤中，水田有秸秆和有机肥的高投入量；林地有一定量的枯枝落叶；而通过根系分泌物或者作物残渣进入到旱地土壤中的有机质含量则少于林地；果园的有机质一般主要集中在20～50 cm的土层，因而表现出果园的SMBC含量最低。此结果与国外相关研究有一致[56]的结论。另有在黄土高原区林地0～20 cm 土层中，SMBC显著高于农田的2倍，因为林地变为农田后，由于土壤水分、温度、湿度等环境因素的改变和人为因素的影响，使土壤凋落物、根系减少，SOC含量摄入不足，从而导致SMBC下降。同时李太魁等[57]研究指出，在水田、旱地、果园和菜地四种土地利用方式下，由于植被的不同、土壤结构的差异以及人为措施的影响，SMBC仍然表现出水田最高是旱地的2倍左右。

由于种植制度、水分条件和季节性等的差异，DOC在水田中的含量显著高于旱地、果园和菜地[57]。郭宝华等[58]研究报告表明，DOC在不同土地利用方式下表现出 PE(毛竹人工林)>SS(木荷次生林)>CL(杉木人工林)>AL(撂荒地)的趋势，说明土壤活性有机碳与土地利用方式有一定的相关性。在0～10 cm和10～20 cm土层中，CL方式下DOC含量显著高于其他三种土地利用方式；20～40 cm土层中DOC的含量依次是PE>SS>CL>AL；说明地上部土地利用方式之间的差异，使有机物质的摄取量不同，从而影响土壤中DOC的含量。在菜地、林地、果园三种土地利用方式中，菜地土壤的DOC含量最高，可能是由于菜地含有较多的腐殖酸和酚类物质，这些物质虽然是DOC的重要组成部分但却对微生物的活动有抑制作用，因此菜地土壤的MBC表现出最低含量[59]。王小利[60]对燕沟样区的有机碳研究表明，旱地土壤的DOC含量为25.61 mg/kg，果园利用方式下土壤的DOC含量为33.88 mg/kg，林地土壤的DOC含量为旱地的2.79倍左右，因此在三种土地利用方式下DOC含量的排序为林地>果园>旱地，而且DOC含量的递变顺序和SMBC含量的变化趋势一致。

廖洪凯等[61]也指出，在ACS(撂荒地)、PD(水田)、SR(灌木丛)和DL(旱地)4种土地利用方式中，各组分间均表现出水田中LOC含量高于其他土地利用方式，说明水田对于土壤活性有机碳有一定的累积效应。当自然森林变成农田或草地后，LOC含量及其分布规律随土地利用方式的改变而下降，这是因为林地土壤植物根系分布比较密集而且较深，并且含有较多的根系分泌物和残渣，导致其稳定性高于农田土壤，因此林地土壤LOC含量高于田地[62]。由此可以说明在林地变为田地后，土壤活性有机碳含量或者土壤LOC含量便会下降，但有研究表明[63]林地转变为田地后，田地土壤活性有机碳含量或者LOC含量与林地土壤无明显差异，甚至出现LOC含量升高的现象。吴建国等[35]研究表明，当天然林变为人工林或者变为草地和农田后，LOC含量均呈下降趋势，反之当农田和草地变为林地后LOC含量却迅速增加；在0～60 cm的耕层中，农田土壤和草地的LOC含量分别较林地下降了60%和35%左右；当农田和草地变为林地后，0～50 cm耕层的土壤LOC含量分别提高了129%和29%。其结果与Mendham[63]等研究结果一致。

PMC被称为生物降解碳，主要是依托土壤微生物分解有机物质释放出CO2，然后测定CO2的矿化量来求得土壤潜在可矿化碳量[31-32]。qCO2值越小表明土壤微生物利用有机碳的效率越高，间接表明土壤中含有较多的可被利用的碳源。郝瑞军等[37]对苏南水稻土有机碳矿化特征的研究表明，不同水稻土的累积矿化量和呼吸强度均存在显著性差异，且所有水稻土的矿化量均表现出在培养前期较高，然后迅速下降，后期呈稳定的下降趋势。在岩溶区的菜地、草地、灌木丛、橘林地和耕地等5种土地利用方式下，0～30 cm土层有机碳的矿化量依次为：草地(0.12 mg/kg)>菜地(0.08 mg/kg)>橘林地(0.07 mg/kg)>灌木丛(0.05 mg/kg)>耕地(0.04 mg/kg)[64]。Motavalli等[65]研究表明，森林被砍伐变为农田后5年时间，土壤有机碳的矿化速率随着土壤活性有机碳的流失而显著下降。

3 结语

虽然国内外许多研究者在土壤活性有机碳的动态平衡方面均取得了很大的进展，但是因为土壤活性有机碳库成分的复杂性，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[66]。缺乏定量描述土壤活性有机碳对不同土地管理措施的动态响应过程，因此在不同土地管理措施下，土壤活性有机碳库及影响碳库变化的机理仍是目前亟待研究的问题。近年来，虽然国内外对土壤活性有机碳的固持与矿化研究较多，但由于土壤活性有机碳研究方法的不统一性和成分的复杂性，导致不同方法得出的结果无法进行相互比较。今后需要重点研究以下几个方面：

3.1 加强土壤活性有机碳测定方法的标准化研究

土壤活性有机碳可以直接参与土壤生物和化学过程的转化，也可以作为土壤微生物活动的动力和土壤养分循环的驱动力，对土壤有机碳的转化速率以及性质变化都有重要意义。尽管在确定不同活性有机碳组分方面已有大量的研究与报道，在物理、化学和生物分组方面也有相当大的进展，但这些方法都还缺乏统一的标准并且存在一定的缺陷，比如LFC可以用1.6～2.0 g/cm3的碘化钠或者聚乌酸钠浮选；对于DOC的测定，不同方法之间都要提取滤液才能进行下一步的测定，而且滤液提取的多少对测量结果都有着显著的影响；PMC一定要进行密闭培养来进行CO2的吸收测量，稍不注意就会带来严重误差；LOC的测定过程中对高锰酸钾浓度的变化及其敏感，而且高锰酸钾要现配现用不能过夜使用，否则对实验结果会带来一定的误差。因此在今后研究中应改善活性有机碳测定过程中的不足，建立统一的标准化测定过程。

3.2 比较不同活性有机碳组分对环境变化的响应特征以确定较敏感的活性指标

不同活性有机碳组分可以反映土壤肥力特征，也能反映土壤的理化性质。但在不同的环境条件下，哪种活性有机碳组分对土壤肥力的表征最为贴切与相关，至今还没有统一的结论。活性有机碳的测定方法不同其测定结果必然存在一定的差异性，而且彼此之间不能相互解释，因为每一种活性组分的构成并不是孤立单一的，而是由一系列复杂的化合物组合形成，且彼此间存在一定的相关性。qMB能反映出有机碳转化的快慢及生物活性，而PMC与TC的比值也可以反映出有机碳矿化的生物活性，LOC与TC的比值可以衡量SOC氧化的生物活性，PMC的浸提液中也包含部分DOC，LFC经过密度浮选后会有部分DOC含量的损失，由此可见生物活性表达的多样性与各活性组分之间存在潜在的联系。因此，进行不同活性有机碳组分之间的差异性比较，可以间接的反映表征土壤肥力的较敏感指标。

3.3 针对不同土地管理措施，选择适合的有机碳分组方法

任何土地管理措施都能引起多种有机碳组分的变化，到目前为止还没有一种分组方法可以用于所有的管理措施。因此，针对性的分组方法是认识农田措施和有机碳形态变化的关键影响因素。耕作措施如秸秆还田显著增加了土壤的LFC和颗粒有机碳，在这种耕作措施下可以采用物理分组方法；施用有机肥时，土壤中DOC和MBC均可显著增加，可以采用生物化学方法进行分组；深耕等土地管理措施可以破坏土壤的微团聚体结构，使游离态有机碳含量增加，闭蓄态有机碳含量减少，这时可以考虑物理化学联合分组方法加强土地管理措施对土壤活性有机碳的动态研究。加强土壤活性有机碳分组方法的研究，可以增强对有机碳的周转和养分循环的了解，从而采取更合理的土地管理措施。

3.4 针对土地利用存在的问题，加强管理措施的优化

土地利用方式的差异对土壤活性有机碳库的影响也是一个全球在关注与探索的热点问题，尤其是在作用机制方面。我国是一个人口众多的农耕大国，不同的土地利用方式、不同的区域类型、因地制宜的耕作制度，尤其是最近几年对土地的大面积开发，都会对土壤活性有机碳含量及其分布造成一定的影响，产生很大的不确定性，但管理措施对土壤活性有机碳库的动态影响尚未引起足够重视[67]。因此，在今后的研究中应加强以下内容：(1)利用土壤活性有机碳库组成的长期生态定位观测点，深入研究土地利用变化对土壤活性有机碳的长期效应；(2)进行多因子的交互作用影响研究，建立多因子模型，更加准确、深刻反映不同土地利用方式下土壤活性有机碳的变化；(3)注重不同土地利用方式下土壤活性有机碳库的平衡及微生物机理研究，对土壤固碳与矿化方面的机理进行分析和效益评价。

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Monitoring of Soil Active Organic Carbon and Its Application in Land Management

GUOZhen1，WANGXiao-li1*，DUANJian-jun2

(1.Collegeofagriculture，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China；2.CollegeofTobaccoScience，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China)

Soil active organic carbon plays a very important role in the study of terrestrial carbon cycle as the active chemical component in organic carbon.The active organic carbon in soil involved microbial biomass carbon，dissolved organic carbon，mineralizable carbon，oxidizable carbon，and light fraction carbon.This paper summarized the fractionation methods of this five soil active organic and its response to fertilization，different tillage measures and land use pattern.The results showed that different components of soil active organic carbon changed under different land management measures，which was very important for regulating soil nutrient cycling，maintaining soil fertility and improving the dynamic balance mechanism of carbon cycle.And prospect the research direction in the future，in order to provide scientific reference for the sustainable development of agriculture，to lay the foundation for the efficient use of nutrients in the soil and the scientific management of land，to provide a basis for the accumulation and mineralization of organic matter.

active organic carbon；fractionation；determination method；management measures；response

2017-04-11；

2017-05-10

国家自然科学基金项目(31360503，41361064)；贵州大学研究生创新基金(研农2017017)。

S155.5

A

1008-0457(2017)03-0055-07 国际

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.03.010

*通讯作者：王小利(1979-)，女，山西省柳林县人，贵州大学农学院副教授，主要从事土壤肥力与作物施肥研究。E-mail：xlwang@gzu.edu.cn。