【理学论文】土壤有机碳的主要成分研究与周转速率估算

 　　土壤有机质（soil organic matter，SOM）包括土壤层的空间范围内除活植物根系外，处于分解过程各个阶段的有机化合物。根据这一概念，SOM具有高度异质性，包括新鲜的和半分解的微生物、土壤动物、进入土壤的凋落物、死根，以及上述各部分的代谢产物及其重新合成的物质（包括在微生物作用下重新合成的、附着于矿物质上的腐殖质）。土壤碳周转研究常根据其研究目的，选择某些特定组分进行研究。
　　土壤有机质中周转较快的组分是根的分泌物，包括单糖或多糖等，化学结构单一，平均存留时间只有几分钟。未完全分解的植物残体主要成分为纤维素、半纤维素，存留时间可达几百年到上千年。土壤腐殖质是土壤有机物中被分解并再合成的一类棕色或黑色的、难分解、大分子的有机化合物胶体，具有极强的持水能力和吸附、释放养分离子的能力，大大超过其无机的对应物- - 矿物粘粒。腐殖质中约 5-15%是具有与已知化合物相同结构的单一物质，如碳水化合物、碳氢化合物如石蜡、脂肪族有机酸、酯类、醇类、醛类、树脂类和含氮化合物；其余的部分是土壤中特有的腐殖类物质，化学结构尚不清楚，按照在酸碱中的溶解性分为富里酸、胡敏酸、胡敏素。
　　等将土壤有机碳分为活性、缓性、钝性三个分碳库（1977），此后的若干土壤有机碳模型都基于上述框架建立，如常见的 RothC 模型（Jenkinson, 1991）和 CENTURY 模型，都将土壤有机碳分为若干子碳库，假设每个子碳库的分解遵从一阶动力学模型，并为之设定了最大分解速率和一些受环境控制的因素（Smithetal.,1995）。
　　模型基于英国Rothamsted实验室的长期农业实验样地数据，将土壤分为5个子碳库。和一般土壤有机质组分存在对应关系（Jenkinson, 1990）：RPM 对应 POC，IOM 对应在紫外线照射下不分解的碳（UV/photo-oxidation resistant）（Char C），HUM对应SOC中的其它部分（TOC-POC-CharC），以腐殖质为主。
　　模型是基于美国科罗拉多州立大学实验数据建立的，将模拟对象土壤有机碳分为 6 大部分，其中包括：三个土壤有机质库，即活性、缓性和钝性的碳库；地表凋落物碳库，包括凋落物和动物粪便；地下凋落物碳库，包括死的根系，动物残体和代谢物；地表微生物碳库。活性碳库包括微生物及其代谢产物，其中微生物代谢产物的碳量约为微生物生物量的2-3倍，在土壤中的存留时间短于一年。缓性碳库一般包括植物材料中经生物代谢难分解的部分，钝性碳库一般指化学代谢反应中难反应的部分，包括木质素和部分纤维素。地表凋落物和地下凋落物碳库都可以分为结构性碳库和代谢性碳库。结构性碳库包括全部木质素和部分纤维素。木质素全部进入缓性碳库，纤维素一定比例进入缓性碳库，一定比例进入微生物碳库。因此对于凋落物来说，C/N 越高，结构性碳在全碳中的比例越高，分解速度越慢（Smithetal.,1995）。
　　为了验证不同周转速率的 SOC 的存在并描述其在周转上的性质，在实验中可利用土壤的密度、粒度、溶解度等物理性质与化学性质，采用多种手段对其进行分组。