土壤中碳的存在形态与数量，既植物对土壤碳的吸收与释放

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这几天每天早晨，打开微信某一个群中全是有关有机碳肥的内容，企业为了盈利宣传自己的产品，也许是无可厚非的；但是为了一个产品，不考虑土壤——植物——大气连续体中碳的循环，只讲碳肥确实让人听着看着不可思议，但是就是这样不可思议的论述我们的很多农民朋友们被洗脑，为此可能付出经济甚至更多的代价。今天这篇文章我不想讲这些肥料的功过是非，只讲一下土壤——植物——大气中碳的存在形态，以及植物吸收释放情况。

首先、土壤碳的现状

陆地碳循环与全球气候变化之间的关系是当前环境问题研究的核心内容之一，而农田生态系统中土壤有机碳的源汇问题、碳库储量、CO2释放量、碳循环平衡等更是国内外研究焦点。

 

土壤是仅次于海洋的第二大有机碳库，据统计全球约有1400~1500Gt 的碳是以有机质形式储存于土壤中，约相当于4倍陆地植物中的有机碳，约相当于3.1倍全球大气中的碳贮量。换句话说，土壤上所以植物和大气中二氧化碳全部到土壤中，土壤有机碳增加量不足50%。

土壤中的碳包括有机碳和无机碳，其中以有机碳为主。土壤无机碳主要以碳酸盐的形式存在。土壤有机碳主要包括动、植物残体以及微生物的排泄物、分泌物等，是土壤有机质的重要组成部分。土壤无机碳库包括土壤溶液中 碳酸氢根、土壤空气中二氧化碳及土壤中淀积的碳酸钙，碳酸钙多以结核状、菌丝状存在于土壤剖面，土壤无机碳以碳酸钙占绝对优势。

第二、土壤有机碳库

土壤有机碳库组分较为复杂，根据其稳定性可将其分为不稳定有机碳库和稳定性有机碳库，不稳定有机碳是一种有效碳，在调节土壤养分流向方面有重要作用。

 

土壤不稳定有机碳是土壤中可在一定时间内发生周转或转化，可为植物和微生物利用，且对碳平衡有重要影响的那部分有机碳；也称为活性有机碳或有效碳。学术界把在一定的时空条件下，受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化、分解、易矿化，其形态，空间位置对植物、微生物来说活性比较高的那部分碳认为是土壤活性有机碳。主要包括：土壤微生物量碳、土壤易氧化碳、溶解性有机碳、生物可降解碳、轻组有机碳、颗粒有机碳（周转期 5— 20年，是与砂粒结合的有机碳部分，属于有机碳库中的慢碳库）。土壤稳定性有机碳库，与土壤活性有机碳库相对的一种碳库，它的稳定性强，包括以下一些术语，如“惰性”有机碳、矿物结合态有机碳、重组有机碳等。

方精云粗略估算中国土壤有机碳库为185.7 Gt，潘根兴根据《中国土种志》的土种剖面资料得出中国土壤有机碳库为50 Gt，王绍强根据中国第一次土壤普查236个土壤剖面数据，估算出中国土壤有机碳库为100.2 Gt，之后又根据第二次土壤普查2473个典型土种剖面数据，得到的结果在61.5~121.1 Gt之间。

基于1:400万土壤植被图以及其他数据资料利用陆地生物圈模型BIMEO3估算出中国土壤有机碳库为119.76 Gt；基于中国1:100万土壤数据库，采用“土壤类型GIS连接法”，通过制图单元碳储量求和得出中国土壤有机碳库为89.14 Gt。

第三、土壤无机碳现状

土壤无机碳包括固、液、气三相。气相指来源于土壤呼吸产生的二氧化碳；液相指来源于 二氧化碳与 水反应生成的碳酸根和碳酸氢根溶液；固相指碳酸盐，来源于成土母质、含有碳酸根的地下水、动植物残体和人为带入等，主要来源是石灰性母质和风积灰尘。作为干旱半干旱地区主要碳库形式的无机碳库，一般比该地区有机碳库大 2.0~2.5 倍。潘根兴曾算出我国土壤无机碳约为 60 Pg；全国第二次土壤普查得出中国土壤 0~100 cm 深度总碳库为 161. 7 Pg，无机碳库为 77. 9 Pg，主要分布于西北和华北。

 

土壤无机碳与有机碳密切相关，体现在有机碳分解释放的二氧化碳与水作用后形成碳酸根和碳酸氢根与钙镁离子结合为土壤碳酸盐。不过，在干旱条件下，随着土壤水分状态及二氧化碳分压的变动，碳酸钙的溶解与淀积在时间及剖面空间上都会可逆发生。

第四、植物碳循环

光合作用的碳固定是绿色植物叶绿体在光的作用下，将二氧化碳和水同化为碳水化合物、并释放氧气的过程。绿色植物光合作用是固定碳的。

 

呼吸作用是指在酶的参与下，生活细胞内的有机物逐步氧化分解并释放能量的过程。呼吸作用是释放碳的过程。

 

全球变暖，温室效应等等实现下，植物总量应该是减少的，植物碳储量应该是减少的。

第五、土壤——植物根系的碳释放

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环和土壤碳排放的重要过程,是土壤和大气之间 CO2交换的重要组成部分,也是植物固定碳后,重新以 CO2形式返回大气的主要途径。土壤呼吸作为一个复杂的生物学过程,主要包括土壤微生物呼吸和植物根系呼吸。土壤中因生物呼吸与生命活动而消耗、吸进氧气和产生并放出二氧化碳的过程。也就是土壤增加碳的过程。

另外，土壤被视为土壤微生物丰富的大本营,土壤微生物是土壤中最活跃的组分之一。在陆地生态系统中,土壤微生物和土壤环境体现出了相互的关系,土壤微生物的分布、生理特性功能受到土壤的各个因素影响,而土壤性质的改善、土壤肥力和物质循环和能量流动也离不开土壤微生物的作用。

第六、植物能否利用有机碳

根系是连接植物和土壤的纽带，作为吸收养分的主要器官，对于植物的生长发育起着重要作用。根系主要吸收的是矿物离子。近年研究发现，植物能够直接吸收土壤中分子态氨基酸态氮，但土壤中氨基酸若能构成植物的一种重要营养氮源,其本身必须满足以下两个条件之一:1)在土壤中具有足够的数量/浓度;2)或者具有很大的流通量。植物吸收有机氮，尤其是氨基酸氮的相关研究近年很多；但是我在整个中国知网检索未发现植物吸收有机碳的一篇报道，或者说只有少量关于有机污染物吸收的报道。

第七、土壤有机碳的生物作用

土壤有机质是土壤中最活跃的物质组成部分，对植物养分供应和土壤微生物生命活动至关重要，其数量和品质都与土壤肥力有密切关系。

（1）土壤结构是土壤重要的物理性状之一，它直接影响土壤肥力的高低，而适当施用有机物料有利于形成良好的土壤结构，从而改善土壤的物理性状。

（2）改善土壤养分库容量与特性，单纯施用无机氮肥，土壤会有一个相对大的无机氮库，而相对小的有机碳氮库，减小了土壤的缓冲能力，增加了环境污染风险。

（3）提高土壤微生物活性和酶活性。土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，其参与土壤有机质分解、腐殖质形成、土壤养分转化和循环等过程。耕地表层土壤中微生物量碳一般占土壤有机碳总量的3%左右。

（4）有机肥料含有植物生长所必需的营养元素和植物生长调节物质，有助于刺激种子发芽和根系生长，增强作物呼吸和光合作用，促进作物生长发育，所以施用有机肥可以提高土壤对作物的供肥能力，从而提高作物产量。

通过这些基础资料的整理与分析，土壤中包括有机碳和无机碳碳库，地球上植物和大气中二氧化碳全部到土壤中，土壤有机碳增加量不足50%；现在理论发现植物可以吸收有机肥，但是目前研究发现仅仅是氨基酸氮，而不是有机碳；土壤有机碳能够改土和为土壤微生物提供养分；有机肥的作用是直接作为碳肥还是通过影响微生物和土壤物理性状影响作物对其他养分吸收，甚至是通过补充中微量元素实现的呢？

另外，大气中二氧化碳整体上是增加的，虽然对于玉米等密植作物施碳（二氧化碳）、温室补充二氧化碳都能增产，这个不应该归功于碳肥，只是不应该是有机碳肥，碳酸氢铵可能效果更直接。

土壤碳——植物/大气碳整体上数量差距大；土壤中有无机碳和有机碳，不同碳对应的是根系呼吸和土壤微生物；根系可以吸收有机物，但主要是氨基酸氮，碳的作用还有待确定；因此，什么是碳肥，到底是有机碳还是无机碳的作用还是要搞清楚再说；对应水肥一体化条件或者设施农业可以试试碳酸氢铵等无机碳素肥料；有机肥≠碳肥这个是基本原则；氨基酸就是氨基酸，腐殖酸就是腐殖酸，海藻酸就是海藻酸；不应该打包统一称为碳肥的。

新疆农垦科学院梁飞整理，希望对大家有用，具体操作可以私信我。

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