土壤中碳的存在形態(tài)與數(shù)量，既植物對(duì)土壤碳的吸收與釋放

前天每天早晨，打開微信某一個(gè)群中全是有關(guān)有機(jī)碳肥的內(nèi)容，企業(yè)為了盈利宣傳自己的產(chǎn)品，也許是無可厚非的;但是為了一個(gè)產(chǎn)品，不考慮土壤——植物——大氣連續(xù)體中碳的循環(huán)，只講碳肥確實(shí)讓人聽著看著不可思議，但是就是這樣不可思議的論述我們的很多農(nóng)民朋友們被洗腦，為此可能付出經(jīng)濟(jì)甚至更多的代價(jià)。今天這篇文章我不想講這些肥料的功過是非，只講一下土壤——植物——大氣中碳的存在形態(tài)，以及植物吸收釋放情況。

首先、土壤碳的現(xiàn)狀

陸地碳循環(huán)與全球氣候變化之間的關(guān)系是當(dāng)前環(huán)境問題研究的核心內(nèi)容之一，而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤有機(jī)碳的源匯問題、碳庫(kù)儲(chǔ)量、CO2釋放量、碳循環(huán)平衡等更是國(guó)內(nèi)外研究焦點(diǎn)。

土壤是僅次于海洋的第二大有機(jī)碳庫(kù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球約有1400~1500Gt的碳是以有機(jī)質(zhì)形式儲(chǔ)存于土壤中，約相當(dāng)于4倍陸地植物中的有機(jī)碳，約相當(dāng)于3.1倍全球大氣中的碳貯量。換句話說，土壤上所以植物和大氣中二氧化碳全部到土壤中，土壤有機(jī)碳增加量不足50%。

土壤中的碳包括有機(jī)碳和無機(jī)碳，其中以有機(jī)碳為主。土壤無機(jī)碳主要以碳酸鹽的形式存在。土壤有機(jī)碳主要包括動(dòng)、植物殘?bào)w以及微生物的排泄物、分泌物等，是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分。土壤無機(jī)碳庫(kù)包括土壤溶液中碳酸氫根、土壤空氣中二氧化碳及土壤中淀積的碳酸鈣，碳酸鈣多以結(jié)核狀、菌絲狀存在于土壤剖面，土壤無機(jī)碳以碳酸鈣占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

第二、土壤有機(jī)碳庫(kù)

土壤有機(jī)碳庫(kù)組分較為復(fù)雜，根據(jù)其穩(wěn)定性可將其分為不穩(wěn)定有機(jī)碳庫(kù)和穩(wěn)定性有機(jī)碳庫(kù)，不穩(wěn)定有機(jī)碳是一種有效碳，在調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分流向方面有重要作用。

土壤不穩(wěn)定有機(jī)碳是土壤中可在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生周轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)化，可為植物和微生物利用，且對(duì)碳平衡有重要影響的那部分有機(jī)碳;也稱為活性有機(jī)碳或有效碳。學(xué)術(shù)界把在一定的時(shí)空條件下，受植物、微生物影響強(qiáng)烈、具有一定溶解性、在土壤中移動(dòng)比較快、不穩(wěn)定、易氧化、分解、易礦化，其形態(tài)，空間位置對(duì)植物、微生物來說活性比較高的那部分碳認(rèn)為是土壤活性有機(jī)碳。主要包括：土壤微生物量碳、土壤易氧化碳、溶解性有機(jī)碳、生物可降解碳、輕組有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳(周轉(zhuǎn)期5—20年，是與砂粒結(jié)合的有機(jī)碳部分，屬于有機(jī)碳庫(kù)中的慢碳庫(kù))。土壤穩(wěn)定性有機(jī)碳庫(kù)，與土壤活性有機(jī)碳庫(kù)相對(duì)的一種碳庫(kù)，它的穩(wěn)定性強(qiáng)，包括以下一些術(shù)語，如“惰性”有機(jī)碳、礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳、重組有機(jī)碳等。

方精云粗略估算中國(guó)土壤有機(jī)碳庫(kù)為185.7Gt，潘根興根據(jù)《中國(guó)土種志》的土種剖面資料得出中國(guó)土壤有機(jī)碳庫(kù)為50Gt，王紹強(qiáng)根據(jù)中國(guó)第一次土壤普查236個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)，估算出中國(guó)土壤有機(jī)碳庫(kù)為100.2Gt，之后又根據(jù)第二次土壤普查2473個(gè)典型土種剖面數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果在61.5~121.1Gt之間。

基于1:400萬土壤植被圖以及其他數(shù)據(jù)資料利用陸地生物圈模型BIMEO3估算出中國(guó)土壤有機(jī)碳庫(kù)為119.76Gt;基于中國(guó)1:100萬土壤數(shù)據(jù)庫(kù)，采用“土壤類型GIS連接法”，通過制圖單元碳儲(chǔ)量求和得出中國(guó)土壤有機(jī)碳庫(kù)為89.14Gt。

第三、土壤無機(jī)碳現(xiàn)狀

土壤無機(jī)碳包括固、液、氣三相。氣相指來源于土壤呼吸產(chǎn)生的二氧化碳;液相指來源于二氧化碳與水反應(yīng)生成的碳酸根和碳酸氫根溶液;固相指碳酸鹽，來源于成土母質(zhì)、含有碳酸根的地下水、動(dòng)植物殘?bào)w和人為帶入等，主要來源是石灰性母質(zhì)和風(fēng)積灰塵。作為干旱半干旱地區(qū)主要碳庫(kù)形式的無機(jī)碳庫(kù)，一般比該地區(qū)有機(jī)碳庫(kù)大2.0~2.5倍。潘根興曾算出我國(guó)土壤無機(jī)碳約為60Pg;全國(guó)第二次土壤普查得出中國(guó)土壤0~100cm深度總碳庫(kù)為161.7Pg，無機(jī)碳庫(kù)為77.9Pg，主要分布于西北和華北。

土壤無機(jī)碳與有機(jī)碳密切相關(guān)，體現(xiàn)在有機(jī)碳分解釋放的二氧化碳與水作用后形成碳酸根和碳酸氫根與鈣鎂離子結(jié)合為土壤碳酸鹽。不過，在干旱條件下，隨著土壤水分狀態(tài)及二氧化碳分壓的變動(dòng)，碳酸鈣的溶解與淀積在時(shí)間及剖面空間上都會(huì)可逆發(fā)生。

第四、植物碳循環(huán)

光合作用的碳固定是綠色植物葉綠體在光的作用下，將二氧化碳和水同化為碳水化合物、并釋放氧氣的過程。綠色植物光合作用是固定碳的。

呼吸作用是指在酶的參與下，生活細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物逐步氧化分解并釋放能量的過程。呼吸作用是釋放碳的過程。

全球變暖，溫室效應(yīng)等等實(shí)現(xiàn)下，植物總量應(yīng)該是減少的，植物碳儲(chǔ)量應(yīng)該是減少的。

第五、土壤——植物根系的碳釋放

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和土壤碳排放的重要過程,是土壤和大氣之間CO2交換的重要組成部分,也是植物固定碳后,重新以CO2形式返回大氣的主要途徑。土壤呼吸作為一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程,主要包括土壤微生物呼吸和植物根系呼吸。土壤中因生物呼吸與生命活動(dòng)而消耗、吸進(jìn)氧氣和產(chǎn)生并放出二氧化碳的過程。也就是土壤增加碳的過程。

另外，土壤被視為土壤微生物豐富的大本營(yíng),土壤微生物是土壤中最活躍的組分之一。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,土壤微生物和土壤環(huán)境體現(xiàn)出了相互的關(guān)系,土壤微生物的分布、生理特性功能受到土壤的各個(gè)因素影響,而土壤性質(zhì)的改善、土壤肥力和物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)也離不開土壤微生物的作用。

第六、植物能否利用有機(jī)碳

根系是連接植物和土壤的紐帶，作為吸收養(yǎng)分的主要器官，對(duì)于植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用。根系主要吸收的是礦物離子。近年研究發(fā)現(xiàn)，植物能夠直接吸收土壤中分子態(tài)氨基酸態(tài)氮，但土壤中氨基酸若能構(gòu)成植物的一種重要營(yíng)養(yǎng)氮源,其本身必須滿足以下兩個(gè)條件之一:1)在土壤中具有足夠的數(shù)量/濃度;2)或者具有很大的流通量。植物吸收有機(jī)氮，尤其是氨基酸氮的相關(guān)研究近年很多;但是我在整個(gè)中國(guó)知網(wǎng)檢索未發(fā)現(xiàn)植物吸收有機(jī)碳的一篇報(bào)道，或者說只有少量關(guān)于有機(jī)污染物吸收的報(bào)道。

第七、土壤有機(jī)碳的生物作用

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中最活躍的物質(zhì)組成部分，對(duì)植物養(yǎng)分供應(yīng)和土壤微生物生命活動(dòng)至關(guān)重要，其數(shù)量和品質(zhì)都與土壤肥力有密切關(guān)系。

(1)土壤結(jié)構(gòu)是土壤重要的物理性狀之一，它直接影響土壤肥力的高低，而適當(dāng)施用有機(jī)物料有利于形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，從而改善土壤的物理性狀。

(2)改善土壤養(yǎng)分庫(kù)容量與特性，單純施用無機(jī)氮肥，土壤會(huì)有一個(gè)相對(duì)大的無機(jī)氮庫(kù)，而相對(duì)小的有機(jī)碳氮庫(kù)，減小了土壤的緩沖能力，增加了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

(3)提高土壤微生物活性和酶活性。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其參與土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)等過程。耕地表層土壤中微生物量碳一般占土壤有機(jī)碳總量的3%左右。

(4)有機(jī)肥料含有植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，有助于刺激種子發(fā)芽和根系生長(zhǎng)，增強(qiáng)作物呼吸和光合作用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，所以施用有機(jī)肥可以提高土壤對(duì)作物的供肥能力，從而提高作物產(chǎn)量。

通過這些基礎(chǔ)資料的整理與分析，土壤中包括有機(jī)碳和無機(jī)碳碳庫(kù)，地球上植物和大氣中二氧化碳全部到土壤中，土壤有機(jī)碳增加量不足50%;現(xiàn)在理論發(fā)現(xiàn)植物可以吸收有機(jī)肥，但是目前研究發(fā)現(xiàn)僅僅是氨基酸氮，而不是有機(jī)碳;土壤有機(jī)碳能夠改土和為土壤微生物提供養(yǎng)分;有機(jī)肥的作用是直接作為碳肥還是通過影響微生物和土壤物理性狀影響作物對(duì)其他養(yǎng)分吸收，甚至是通過補(bǔ)充中微量元素實(shí)現(xiàn)的呢?

另外，大氣中二氧化碳整體上是增加的，雖然對(duì)于玉米等密植作物施碳(二氧化碳)、溫室補(bǔ)充二氧化碳都能增產(chǎn)，這個(gè)不應(yīng)該歸功于碳肥，只是不應(yīng)該是有機(jī)碳肥，碳酸氫銨可能效果更直接。

土壤碳——植物/大氣碳整體上數(shù)量差距大;土壤中有無機(jī)碳和有機(jī)碳，不同碳對(duì)應(yīng)的是根系呼吸和土壤微生物;根系可以吸收有機(jī)物，但主要是氨基酸氮，碳的作用還有待確定;因此，什么是碳肥，到底是有機(jī)碳還是無機(jī)碳的作用還是要搞清楚再說;對(duì)應(yīng)水肥一體化條件或者設(shè)施農(nóng)業(yè)可以試試碳酸氫銨等無機(jī)碳素肥料;有機(jī)肥≠碳肥這個(gè)是基本原則;氨基酸就是氨基酸，腐殖酸就是腐殖酸，海藻酸就是海藻酸;不應(yīng)該打包統(tǒng)一稱為碳肥的。