土壤学研究进展篇1

关键词：坡耕地；养分流失；优先流；壤中流；地下径流

作者简介：刘海（1984―），女,山西榆社人,西南林业大学环境与工程学院硕士研究生。

通讯作者：陈奇伯(1965―)，男,甘肃通渭人,博士,教授,主要从事土壤侵蚀与流域管理方向的科研与教学工作研究。

中图分类号：S152.7

文献标识码：A

文章编号：16749944(2011)10009904

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1引言

坡耕地作为山区落后生产条件下人口与资源矛盾冲突中出现的产物,是重要的农业生产资源,其养分随水土流失进入河流及湖泊,使得水体富营养化。到20世纪70年代初坡耕地养分流失问题才引起人们的重视。湖泊的严重污染和肥料投入的增加都是养分迁移造成的,据统计,农业非点源污染已占中国全部污染的1/3,并有继续恶化的趋势[1],研究发现造成水体污染的真正根源是土壤养分的流失[2]。前人对养分随地表径流流失做了大量的研究工作,而对土壤养分随地下径流流失研究则较少,对优先流、壤中流等水分运动过程影响养分流失的研究还处于探索阶段。因此全面认识水分运动对养分流失的影响,能够有效减少土壤养分流失,防止面源污染。オ

2坡耕地养分流失特征、途径及影响因素研究

降雨作用于表土,从而引起坡耕地养分流失,其与区域降雨过程密切相关而具有随机性，养分流失随径流进入水体且遍及广大地区而具有广泛性，养分流失在某个固定点无法监测到而具不确定性,随时间空间变化幅度大而具时空性,因养分流失达到一定数量,才反映土壤的贫瘠和退化而具滞后性与潜在威胁性,养分伴随径流产生分布于径流和泥沙中,使得监测、控制和处理的难度增加而具复杂性[3~4]。

土壤养分流失是受降雨特征及下垫面因素综合影响的物理化学过程,土壤养分淋失,土壤养分流失及通过气态挥发或粉尘进入大气是其3个主要途径。李俊波认为土壤养分流失途径为径流泥沙携带和径流水携带[5]。前人从不同角度认识养分流失途径,得到大量研究成果。近年来氮素淋失的研究受到众研究者广泛关注,国外采用同位素示踪等技术研究氮素淋失很多,氮素流失较少,二者相结合的研究更少。我国北方主要集中在降水条件和灌溉水对土壤氮磷淋失影响的研究，南方地区主要集中在红壤养分淋失规律及水稻土氮素流失的研究。

养分流失的特征及途径决定了其影响因素的多面性。降水是产流和产沙的原动力,径流又是携带养分的介质,所以降雨强度是坡耕地养分流失的主要影响因素之一[3,6],而降雨时间、地面坡度、坡长、土壤的理化性质、作物覆盖度、土地利用方式、整地方式等下垫面因素直接影响到坡面径流,故也是影响养分流失的主要因素。前人在人工降雨法或自然降雨条件下就不同影响因素展开地表径流造成的养分淋失、流失规律的研究[7-27],但通常把淋失与流失分开研究,使全面评估农田养分流失对面源污染的影响受到局限。オ

3土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究

3.1优先流对坡耕地养分流失的影响研究

优先流是近年来针对土壤水运动所提出的术语,是一种较为常见的快速非平衡的土壤水分运动形式[28,29],作为快速到达深层土壤甚至地下的非均匀流,极大地影响了地表径流、地下径流的形成和运动过程与养分流失过程,诱发泥石流、滑坡及崩塌等灾害事件形成,其所运移的溶质会造成严重的地下水质恶化[29]。优先流现象作为土壤水分一种特殊运动形式成为当今世界水文学研究的重点和难点问题之一[30]。

目前优先流对坡耕地养分流失的影响的研究在国内报道较少,众学者从优先流的特征及影响因素进行研究[29~32],认为由于入渗水没有充分时间与土壤基质缓慢运移的其他部分保持平衡,使优先流在流动路径具有非平衡性。影响优先流的静态因素主要是土壤理化性质、生物因素和土壤初始含水量,动态因素为降雨强度、灌溉方法、耕作方式及干湿和冻融交替4个方面。一般呈聚集状分布的土壤大孔隙作为土壤中优先路径,一定区域内其数量、联通状况及分布特征影响优先流现象的发生[30];土壤初始含水量反映层状土壤上层物理特征,对优先流产生具有重要作用;Edwards和Essington研究表明土壤初始含水量较高时,施加农药,短时间的降雨使得农药的迁移路径很深[33~34]。降雨强度和灌溉方法影响优先流运动过程,耕作方式、冻融和干湿交替过程改变土壤的结构和孔隙度,从而导致优先流的形成。Gish认为免耕方式在增加土壤渗透性的同时,使得流向地下水中的污染物增加[35],牛健植也认为免耕地中的大型脊髓动物能够极大地驱动优先流产生[31]。区自清采用环割PVC土柱研究表明冻融和干湿交替过程造成土壤大孔隙及由此形成优先流[36]。秦耀东对关于土壤中大孔隙流方面的研究现状与进展做了详细论述[37]。何凡认为优先流流量主要决定于产流次雨量及前期影响雨量,当优先流与地表径流流量过程线为单峰时,二者线性关系随着产流次雨量及前期影响雨量的不同而有所差异[38]。牛健植研究表明土壤松散、多孔、孔隙度较大,低强度、低雨量级和长历时降雨,并具有较厚的地被物层和丰富的根系层这些诱发因素的存在,是优先流形成的条件[39]。王伟使用亮蓝染色法划分林地优先流发生区域,结果表明随土壤深度增加,大孔隙呈现出聚集态的分布且数量逐渐减少,“漏斗”状的孔隙有利于水分优先运移[40]。掌握优先流产生的影响因素,结合养分流失的特征,从而研究优先流对养分流失的影响对全面认识坡耕地养分流失有重要意义。

3.2壤中流对坡耕地养分流失的影响研究

壤中流的形成源于土壤水在土壤内的流动,其与地表径流、地下径流一起构成流域的径流过程[41],也坡地径流的重要组成部分,对径流产生与养分流失等都有重要影响[42]。对壤中流的研究,国外集中于壤中流模型的研究,国内侧重于紫壤、红壤这两类土质坡耕地壤中流的形成、影响因素、产流特征及养分输出特征。

3.2.1紫壤区坡耕地壤中流养分流失特征

壤中流的存在使得地表侵蚀状况发生变化,对养分输出特征产生影响。徐佩利用模拟降雨对紫色土坡耕地壤中产流特征进行研究,表明壤中流增大的主导因素在于土层较浅,耕作改善了土壤结构,增加水分入渗,以及缓坡条件,同时壤中流峰值流量随雨强增大而显著增加[43]。丁文峰,贾海燕采用人工降雨法研究三峡库区紫壤坡耕地壤中流形成,表明壤中流活跃,且土质越松散壤中流越大。在重力侵蚀中活跃的壤中流起到相当重要的促发作用,甚至由此促发的侵蚀量要远远高于片蚀、沟蚀等坡面侵蚀形式[44~45],这与以往研究的长江流域坡面侵蚀以面蚀为主的结论有所不同。郑侃应用坡面流-壤中流的耦合产流模型表明坡度对壤中流流量的影响也不明显[46],这与丁文峰等的研究有所不同。丁文峰采用4个不同坡度与5个不同雨强的组合实验来研究,表明虽总径流量中壤中流总量比例不高,但其携带养分含量却为地表径流养分含量的4.32~63倍[47],这与贾海燕研究结果不一致。壤中流携带而流失的养分还不成熟,仍需进一步的研究。

3.2.2红壤区坡耕地壤中流养分流失特征

尹忠东在红壤缓坡面以地表植被覆盖、死地被物敷盖、裸地三类坡面和雨强的交互作用为研究对象,表明裸地壤中流量远小于采取保水措施后的地块,敷盖地各层壤中流量及总量均大于覆盖;覆盖小区底层壤中流量小于表层,而其它两小区则相反[48,49]。王峰以不同土地利用类型为基点,结合不同的降雨类型表明红壤区壤中流的形成因降雨类型不同而异[50]。褚利平研究表明烤烟坡耕地不同坡位各层壤中流总氮和总磷浓度变化趋势基本一致,但不同坡位壤中流中总磷浓度随深度的变化呈波动递减规律,随深度的增加变异系数变小[51]。

前人对壤中流的形成对养分流失研究的范围较小,且涉及到具体的养分流失量时,大多都与地表径流相结合研究,对氮、磷养分的研究较多,但欠缺对钾的研究。因此,在实践生产中,不仅要控制地表径流,更重要的是要提高土壤的持水能力,减少壤中流,从而能够控制养分流失。

3.3地下径流对坡耕地养分流失的影响研究

地下径流是指渗入地下成为地下水,并以泉水或渗透水的形式泄入河道的那部分降水。国内对地下径流的研究集中在数字模拟法预报地下径流过程[52],其与地表径流的关系[53],地表-地下径流耦合模型在流域中的应用[54],以及对地下径流退水过程规律[55]等方面,而对地下径流影响土壤养分流失的研究则很少。李新虎采用大型土壤渗漏装置对百喜草覆盖、百喜草敷盖、3种生态措施的地下径流养分流失问题进行了研究[56],表明3种生态措施下敷盖养分流失量最大,其次为覆盖,最小;地下径流的养分主要来自上部土体养分的淋溶,淋溶作用越强则地下径流越大,养分流失也越多。目前对地下径流养分流失问题的研究很少且还处于探索阶段,要掌握地下径流对土壤养分流失影响需对养分随地下径流流失进行进一步的研究。

4结语

从目前的研究来看,对坡耕地养分流失的体系研究不够完善,地表径流影响养分流失的研究趋于成熟,而忽视了优先流、壤中流和地下径流对养分流失影响的过程研究。优先流影响土壤养分流失还未定量化;对壤中流影响养分流失的研究较少,通常结合地表径流来研究,而缺乏与地下径流等其他过程的结合;对地下径流影响养分流失的研究甚少,还存在较大研究空间。

研究中注重坡耕地养分流失的机理,开展多重因素影响研究,能使目前定性的研究逐渐定量化,逐一解决尚未研究的方面,能有效掌握坡耕地养分流失的体系,减少水土流失,提高土壤质量,控制面源污染,实现坡耕地可持续发展。

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ReviewoftheImpactsonNutrientLossofSlopedFarmlandduetoSoilwatermovement

LiuHai1,ChenQibo1,ZhouLing2,TangZuoxin1

（1.TheFacultyofEnvironmentScienceandEngineering,SouthwestForestryUniversity,

Kunming650224,China;2.KunmingEngineering&ReasearchInstltuteofNonferrous

MetallurgyCo.Ltd,Kunming650051,China）

土壤学研究进展篇2

关键词土壤退化；概况；进展；方向

中图分类号S158.1

文献标识码A

文章编号1000－3037(2000)03－0280－05

鉴于土壤及土地退化对全球食物安全、环境质量及人畜健康的负面影响日益严重的现实，从土壤圈与地圈—生物圈系统及其它圈层间的相互作用的角度研究土壤退化，特别是人为因素诱导的土壤退化的发生机制与演变动态、时空分布规律及未来变化预测与恢复重建对策，已成为研究全球变化的最重要的组成部分，并将继续成为21世纪国际土壤学、农学及环境科学界共同关注的热点问题。但是，迄今为止，有关土壤退化的许多理论问题及过程机理尚不清楚，还没有公认的或统一的土壤退化指标和定量化评价方法[1]。因此，及时了解国际土壤退化研究的最新动向，并结合我国实际创造性地开展该领域的研究工作，具有重要的学术价值和现实生产意义。

1土壤退化的概念

土壤退化(Soildegradation)是指在各种自然，特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降（包括暂时性的和永久性的）甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。土壤质量(Soilquality)则是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力[2]。土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力。土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力，它一方面是五大自然成土因素，即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果，带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性；另一方面，人类活动也深刻影响着自然成土过程，改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。因此，土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。根据土壤退化的表现形式，土壤退化可分为显型退化和隐型退化两大类型。前者是指退化过程（有些甚至是短暂的）可导致明显的退化结果，后者则是指有些退化过程虽然已经开始或已经进行较长时间，但尚未导致明显?耐嘶?峁??/P>2全球土壤退化概况

当前，因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题，已严重威胁着世界农业发展的可持续性。据统计，全球土壤退化面积达1965万km2。就地区分布来看，地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出，约300万km2的严重退化土壤中有120万km2分布在非洲、110万km2分布于亚洲；就土壤退化类型来看，土壤侵蚀退化占总退化面积的84%，是造成土壤退化的最主要原因之一；就退化等级来看，土壤退化以中度、严重和极严重退化为主，轻度退化仅占总退化面积的

38%[3～6]。

全球土壤退化评价(GlobalAssessmentofSoilDegradation)研究结果[3～6]显示，土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式，全球退化土壤中水蚀影响占56%，风蚀占28%；至于水蚀的动因，43%是由于森林的破坏、29%是由于过度放牧、24%是由于不合理的农业管理，而风蚀的动因，60%是由于过度放牧、16%是由于不合理的农业管理、16%是由于自然植被的过度开发、8%是由于森林破坏；全球受土壤化学退化（包括土壤养分衰减、盐碱化、酸化、污染等）影响的总面积达240万km2，其主要原因是农业的不合理利用(56%)和森林的破坏(28%)；全球物理退化的土壤总面积约83万km2，主要集中于温带地区，可能绝大部分与农业机械的压实有关。

3我国土壤退化状况

首先，我国水土流失状况相当严重，在部分地区有进一步加重的趋势。据统计资料[7]，1996年我国水土流失面积已达183万km2，占国土总面积的19%。仅南方红黄壤地区土壤侵蚀面积就达6153万km2，占该区土地总面积的1/4[8]。同时，对长江流域13个重点流失县水土流失面积调查结果表明，在过去的30年中，其土壤侵蚀面积以平均每年1.2%～2.5%的速率增加[9]，水土流失形势不容乐观。

其次，从土壤肥力状况来看，我国耕地的有机质含量一般较低，水田土壤大多在1%～3%，而旱地土壤有机质含量较水田低，＜1%的就占31.2%；我国大部分耕地土壤全氮都在0.2%以下，其中山东、河北、河南、山西、新疆等5省（区）严重缺氮面积占其耕地总面积的一半以上；缺磷土壤面积为67.3万km2，其中有20多个省（区）有一半以上耕地严重缺磷；缺钾土壤面积比例较小，约有18.5万km2，但在南方缺钾较为普遍，其中海南、广东、广西、江西等省（区）有75%以上的耕地缺钾，而且近年来，全国各地农田养分平衡中，钾素均亏缺，因而，无论在南方还是北方，农田土壤速效钾含量均有普遍下降的趋势；缺乏中量元素的耕地占63.3%[10]。对全国土壤综合肥力状况的评价尚未见报道，就东部红壤丘陵区而言，选择土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、pH值、CEC、物理性粘粒含量、粉/粘比、表层土壤厚度等11项土壤肥力指标进行土壤肥力综合评价的结果表明，其大部分土壤均不同程度遭受肥力退化的影响，处于中、下等水平，高、中、低肥力等级的土壤的面积分别占该区总面积的25.9%、40.8%和 33.3%，在广东丘陵山区、广西百色地区、江西吉泰盆地以及福建南部等地区肥力退化已十分严重[11]。

此外，其它形式的土壤退化问题也十分严重。以南方红壤区为例，约20万km2的土壤由于酸化问题而影响其生产潜力的发挥；化肥、农药施用量逐年上升，地下水污染不断加剧，在部分沿海地区其地下水硝态氮含量已远远高于WHO建议的最高允许浓度10mg/l；同时，在一些矿区附近和复垦地及沿海地区土壤重金属污染也相当严重[8]。

4土壤退化研究进展

自1971年FAO提出土壤退化问题并出版“土壤退化"专著以来，土壤退化问题日益受到人们的关注。第一次与土地退化有关的全球性会议——联合国土地荒漠化(desertification)会议于1977在肯尼亚内罗毕召开。联合国环境署(UNEP)又分别于1990年和1992年资助了Oldeman等开展全球土壤退化评价(GLASOD)、编制全球土壤退化图和干旱土地的土地退化（即荒漠化）评估的项目计划。1993年FAO等又召开国际土壤退化会议，决定开展热带亚热带地区部级土壤退化和SOTER（土壤和地体数字化数据库）试点研究。在1994年墨西哥第15届国际土壤学大会上，土壤退化，尤其是热带亚热带的土壤退化问题倍受与会者的重视，不少科学家指出，今后20年热带亚热带将有1/3耕地沦为荒地，117个国家粮食将大幅度减产，呼吁加强土壤退化及土地退化恢复重建研究，并在土壤退化的概念、退化动态数据库、退化指标及评价模型与地理信息系统、退化的遥感与定位动态监测和模拟建模及预测、土壤复退性能研究、退化系统恢复重建的专家?霾呦低车妊芯糠矫嬗辛诵碌姆⒄埂9?仕?帘3盅Щ嵋灿?nbsp;1997在加拿大多伦多组织召开了以流域为基础的生态系统管理的全球挑战国际研讨会，从生态系统、流域的角度探讨土壤侵蚀等土壤退化等问题。而且，国际土壤联合会于1996年和1999年分别在土耳其和泰国举行了直接以土地退化为主题的第一届和第二届国际土地退化会议，并在第一届会议上决定成立了土壤退化研究工作组专门研究土壤退化，在第二届会议上则对土壤退化问题更为重视，并有学者倡议将土壤退化研究提高到退化科学的高度来认识，并决定于2001年在巴西召开第三届国际土壤退化会议[12]。同时，在亚洲，由UNDP和FAO支持的“亚洲湿润热带土壤保持网(ASOCON)”和“亚洲问题土壤网”也在亚太土地退化评估与控制方面开展了大量的卓有成效的研究工作。总的说来，国际上土壤退化研究在以下方面取得了重要进展：①从土壤退化的内在动因和外部影响因子（包括自然和社会经济因素）的综合角度，研究土壤退化的评价指标及分级标准与评价方法体系；②从土壤的物理、化学和生物学过程及其相互作用入手，研究土壤退化的过程与本质及机理；③从历史的角度出发，结合定位动态监测，?芯扛骼嗤寥劳嘶?难荼涔?碳胺⒄骨飨蚝退俾剩?⒍云浣?心D夂驮げ猓虎懿嘀厝死嗷疃?ㄌ乇鹗峭恋乩?梅绞胶屯寥谰??芾泶胧?┒酝寥劳嘶?屯寥乐柿坑跋斓难芯浚?⒔?寥劳嘶?睦砺垩芯坑胪嘶?寥赖闹卫砗涂?⑾嘟岷希??型恋馗?录际鹾屯寥郎??δ鼙；さ氖匝槭痉逗屯乒悖虎葑⒅卮?臣际酰ㄒ巴獾鞑椤⑻锛涫匝椤⑴柙允匝椤⑹笛槭曳治霾馐浴⒍ㄎ还鄄馐匝榈龋敫咝录际酰ㄒ8小ahref=//dili.7139.com/target=_blankclass=infotextkey>地理信息系统、地面定位系统、模拟仿真、?蚁低车龋┑慕岷希虎薮由缁峋?醚Ы嵌妊芯客寥劳嘶?酝寥乐柿考捌渖??Φ挠跋臁?/P>

我国土壤学研究工作在过去几十年主要集中在土壤发生、分类和制图（特别是土壤资源清查）；土壤基本物理、化学和生物学性质（特别是土壤肥力性状）；土壤资源开发利用与改良（特别是土壤培肥，盐渍土和红壤的改良等）等方面。这些工作虽然在广义上与土壤退化科学密切相关，但直接以土壤退化为主题的研究工作主要集中在最近10多年，其中又以热带亚热带土壤退化研究工作较为系统和深入，并在80年代参与了热带亚热带土壤退化图的编制，完成了海南岛1∶100万SOTER图的编制工作。90年代以来，中国科学院南京土壤研究所结合承担国家“八五”科技攻关专题“南方红壤退化机制及防治措施研究”和国家自然科学基金重点项目“我国东部红壤地区土壤退化的时空变化、机理及调控对策的研究”任务，将宏观调研与田间定位动态观测和实验室模拟试验相结合，将遥感、地理信息系统等高新技术与传统技术相结合，将自然与社会经济因素相结合，将时间演变与空间分布研究相结合，将退化机理与调控对策研究相结合，对南方红壤丘陵区土壤退化的基本过程、作用机理及调控对策进行了有益的探索，并在以下方面取得了重要进展[8、13]：①初步定义了土壤退化的概念，阐明了红壤退化的基本过程、机制、特点。②在土壤侵蚀方面，利用遥感资料和地理信息系统技术编制了东部红壤区1∶400万90年代土壤侵蚀图与叠加类型图及典型地区70、80、90年代叠加土壤侵蚀图，并在土壤侵蚀图、土地利用图、土壤母质图等基础上，编制了1∶400万土壤侵蚀退化分区概图；对南方主要类型土壤可蚀性K值进行了田间测定，并利用全国第二次土壤普查数据和校正的Wischmeier方程，计算我国南方主要类型土壤可蚀性K，编制了相关图件。③在肥力退化机理方面，建立了南方红壤区土壤肥力数据库，初步提出了肥力退化评价指标体系，进行了土壤肥力退化评价的尝试，并绘制了红壤退化评价有关图件；将养分平衡与土壤养分退化研究相结合总结了我国南方农田养分平衡10年变化规律及其与土壤肥力退化的关系，认为土壤侵蚀、酸化养分淋失等造成的养分赤字循环及养分的不平衡是土壤养分退化的根本原因；应用遥感手段及历史资料，编制了0～20cm及0～100cm土层的土壤有机碳密度图，探讨了红壤有机碳库的消长与转化及腐殖质组成性质的变化规律；提出了磷素固定是红壤磷素退化的主要原因，磷素有效性衰减的实质是磷素的双核化和向固相的扩散，解决了红壤磷素退化的实质问题。④在土壤酸化方面，研究了红壤的酸化特点，根据土壤的酸缓冲性能，建立了土壤酸敏感性分级标准，进行了红壤酸敏感性分级和分区，首次绘制了有关地区土壤酸敏感性分区概图；采用MAGIC模型，并进行校正对我国红壤酸化进行预测，揭示红壤酸度的时空变化规律；并在作物耐铝快速评估方面取得了重要进展。⑤在土壤污染方面，利用多参数对重金属的土壤污染进行了综合评估，建立了综合污染指数(CPI)值的计算方法，对不同地区的污染状况进行了评估，绘制了重金属污染概图；应用农药在土壤中的吸附系数(Kd)和半衰期(t1/2)及基质迁移模式，阐明了土壤农药污染的机理；在重金属污染对土壤肥力的影响方面的研究结果表明，重金属污染可降低土壤对钾的保持能力，促进钾的淋失；而对氮和磷而言，主要是降低与其催化降解和循环相关的酶的活性。⑥红壤退化防治方面，提出了区域治理调控对策，“顶林—腰果—谷农—塘鱼”等立体种养模式等，并对一些开发模式进行示范和评价。

然而，我国幅员辽阔，自然和社会经济条件复杂多样，地区间差异明显。各类型区在农业和农村发展过程中均不同程度地面临着各种资源环境退化问题，有些问题是全区共存的，有些则是特定类型区所特有的。过去的工作仅集中于江南红壤丘陵区，而对其它地区触及较少。而且，在研究工作中，也往往偏重于单项指标及单个过程的研究。土壤退化综合评价指标体系的研究基本处于空白，对退化过程的相互作用研究不够。同时，在合理选择碱性物质改良剂种类、提高经济效益以及长期施用改良剂对土壤物理、化学，特别是生物学性质的影响等方面还有许多问题有待进一步研究，对耐酸（铝）作物品种的选择研究也亟待加强。此外，对其它土壤退化问题，如集约化农业和乡镇企业及矿产开发引起的土壤及水体污染、土壤生物多样性衰减等问题，尚未开展系统研究。

5土壤退化的研究方向

土壤退化是一个非常综合和复杂的、具有时间上的动态性和空间上的各异性以及高度非线性特征的过程。土壤退化科学涉及很多研究领域，不仅涉及到土壤学、农学、生态学及环境科学，而且也与社会科学和经济学及相关方针政策密切相关。然而，迄今为止，国内外的大多数研究工作偏重于对特定区域或特定土壤类型的某些土壤性状在空间上的变化或退化的评价，而很少涉及不同退化类型在时间序列上的变化。而且，在土壤退化评价方法论及评价指标体系定量化、动态化、综合性和实用性以及尺度转换等方面的研究工作大多处于探索阶段。

我国土壤退化研究虽然在某些方面取得了一定的、有特色的进展，但整体上还处于起步阶段。为此，作者认为，今后我国土壤退化的研究工作应从更广和更深的层次上系统综合地开展土壤退化的综合评价与主要退化类型农业生态系统的重建和恢复研究，并逐步向土地退化或环境退化方向拓展。具体来说，应加强以下几个方面的研究工作：

(1)土壤与土地退化指标评价体系研究。主要包括用于评价不同土壤及土地退化类型的单项和综合评价指标、分级标准、阈值和弹性，定量化的和综合的评价方法与评价模型等；

(2)土壤退化的监测与预警系统研究。主要包括建立土壤退化监测研究网络，对重点区域和国家在不同尺度水平上的土壤及土地退化的类型、范围及退化程度进行监测和评价，并进行分类区划，为退化土地整治提供依据；

土壤学研究进展篇3

关键词:遥感土壤水定量反演

中图分类号:TP7文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0001-02

土壤水分是表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量,是监测土地退化和干旱的重要指标,同时也是水文学、气象学、土壤学、生态学以及农业科学等研究领域中的一个重要参数。一方面它影响地表与大气界面的水分和能量交换,其变化会引起土壤热学特性、地表光学特性的改变,从而影响气候的变化;另一方面它是植物和作物赖以生存的主要源泉,其大小决定着植物或作物根系的发育,对进行大尺度精准农业的水分调节,节水灌溉具有重要意义。

遥感技术不仅能对农作物长势进行大面积、实时、非破坏性监测,从而实现精准农业的发展对地表土壤水分信息快速、及时的掌握,还能为精准农业的发展提供动态监测和分析作物的健康状况与影响作物产量等必要的技术支持。目前获取土壤水分含量的方法主要有田间实测法、土壤水分模型法和遥感法三种。其中传统的田间实测法和土壤水分模型法,因测点稀、速度慢、范围有限,无法满足精准农业中对土壤水分信息快速获取的需求。而遥感估测土壤水分的方法原理是通过测量土壤表面发射或反射的电磁能量,研究遥感信息与土壤水分含量之间的关系,并建立相关的信息模型,从而反演出土壤水分情况,恰恰克服了前二种估测方法的实时性差、单点测量空间变异性差、不能宏观表现等缺陷,为精准农业中大面积快速获取土壤水分信息、实时准确监测提供科学依据。

1国内外研究进展

如何快速、准确地获取区域地表土壤含水量信息是定量遥感研究的热点之一,也是目前遥感技术应用研究的前沿领域。国内外用遥感技术监测土壤水分的方法有很多,目前在该领域的研究主要集中在光学遥感(即可见光-近红外、热红外遥感)和微波遥感波段进行。主要方法有:基于可见光-近红外土壤水分光谱法、基于热红外遥感的温度法、植被指数法、基于可见光及热红外遥感的植被指数-冠层温度法、微波遥感监测土壤水分法、高光谱遥感监测土壤水分法。

1.1基于可见光-近红外土壤水分光谱法

Bowers等人早在1965年就发现裸地土壤湿度的增加会引起土壤发射率的降低,这为后来利用土壤水分光谱法方法进行土壤水分的遥感监测研究提供了理论依据。土壤水分光谱法正是应用遥感估算光学植被度,分解象元排除法来提取土壤水分光谱信息。国内外学者在这方面做了大量工作,有的根据水的吸收率曲线提出使用中红外波段来监测土壤湿度,采用MODIS数据并结合实地调查资料,建立了MODIS第7通道的反射率与地面湿度的线性光学。另有学者利用遥感资料估算“光学植被覆盖度”,然后利用像元分解法分离植被与土壤信息,提取土壤水分光谱信息。该方法需要根据不同环境、不同土壤组分建立相应的遥感反演模型,应用比较局限,大面积推广较难。

1.2基于热红外遥感的温度法

热红外遥感最重要的应用之一是反演土地表面温度。具有代表性的有热惯量法、区域蒸散法、亮温指数法(LST)、温度状态指数法(TCI)、条件温度指数法和归一化温度指数法。热惯量法反演土壤水分的模型研究,主要集中在对于土壤热惯量的解析式计算、从热平衡与热传导方程的化简与计算、环境因子的影响等多方面着手,得到了大量的热惯量模式,建立了较为完善的土壤水分反演模型。蒸散法根据能量流的传输原理,对实际蒸散(E)与潜在蒸散(Ep)的比值与土壤水分的关系进行研究,其理论基础来源于P-M彭曼公式。针对不同的下垫面情况发展了单层、双层和多层模型。利用卫星一次过境观测的辐射温度值,计算地表辐射温度以及蒸散,结合当地气象台站数据计算出作物缺水指数(CWSI),建立了土壤水分与作物缺水指数的回归方程。随后又有DSI指数、区域缺水指数(RWSI)相关研究,在遥感的定性及半定量阶段估算地表蒸散和干旱程度的精确估算上做了相关探讨。温度状态指数(TCI)和亮温指数(BTI)强调了温度与植物生长的关系,提出了亮度温度,以通过对NDVI、亮温与土壤水分的统计分析来建立三者间的数理关系,从而利用遥感反演的亮温和NDVI计算土壤水分含量,建立了土壤相对湿度和NDVI、亮温的回归模型。归一化温度指数(NDTI)可消除地表温度季节变化的影响,通过能量平衡一空气动力学阻抗模型计算,需要卫星过境时刻的气温、太阳辐射、相对湿度、风速和叶面积指数等数据。该方法也主要适用于裸地或植被生长早期。

1.3植被指数法

植被指数法是研究土壤湿度与遥感植被信息相互关系的重要手段。研究表明归一化植被指数(NDVI)、距平植被指数(AVI)、植被状态指数(VCI)、标准植被指数(SVI)等都与土壤湿度有一定关系。一般来讲,当作物缺水时,作物的生长将受到影响,植被指数将会降低。国内学者也利用VCI研究了我国土壤湿度状况,应用VCI结合常规资料进行综合分析,对我国干旱状况进行宏观动态监测。但该方法较适用于高植被覆盖区域,仍有很多限制性因子和条件。

土壤学研究进展篇4

关键词：桉树；人工林；生态效益

中图分类号：S7

文献标识码：A文章编号：16749944（2016）11010502

1引言

进入21世纪以来，广西桉树每年以200万亩（13.33万hm2）的速度快速发展，广西已成为我国速生桉树的重要生产基地。“十一五”以来，广西实施南方速生丰产林工程，桉树人工林得到迅速发展，造林面积逐步扩大。2010年，广西全区桉树人工林面积达到165万hm2，桉树商品林高达30.5%；总蓄积量高达6000万m3，为全部树种蓄积的20.9%。桉树人工林面积、生长量、蓄积量继续稳居全国第一位[1]。近年来，国家意识到了物种多样性逐渐退化的问题，并投入了大量资金进行物种多样性保护，且制定了多项法律条规限制森林的砍伐。因此，综合国内广大林业工作者研究成果，对桉树人工林生态效益展开评述，并总结桉树人工林生态效益的作用。

2桉树人工林生物多样性研究进展

随着人类活动对自然生态系统影响逐渐加剧，伴随着森林的生物多样性也随之降低，国内外广大学者已将生物多样性研究作为了主要研究方向。桉树是我国华南地区发展最为迅速的人工林，也是人工林发展中争议最多的树种[2]。近年来，我国南方主要引种种植了速生桉，种植面积逐年大范围扩大。速生桉在高速生长的过程中伴随着大量的生态问题，社会大量人员将桉树定义为“吸肥树”、“抽水机”，由于桉树无性系人工林中林木生长较为平均，高度一致，且林下植被较少，可形象为“远看绿油油、近看光溜溜”，同时桉树人工林多为抚育造林，林下物种多样性较低，经常观测到“林下不长草、林上不飞鸟”，结合实际，将桉树人工林种植说成了“绿色沙漠”；但许多林业工作者则表示速生桉是一种效益好的战略性林木，是造纸业的绿色黄金[3]。

张顺恒[4]对闽东南桉树人工林展开林下植被调查发现，通过对桉树人工林合理经营管理可有效提升桉树人工林林下植被的生长，经松土、施肥等经营管理措施，可有效提升土壤肥力，促进林下多样性指数的提高。刘平等[5]针对云南西南部桉树人工林生态演替研究，发现演替的过程有助于桉树人工林林下物种多样性的提高，其中演替观测中发现草本层的物种丰富度最高，个体数也居多。邓荣艳等[6]对广西地区的巨尾桉人工林展开了林下植物样方调查，桉树物种的丰富度低于灌木林，但物种的Shannon-Wiener、Pielou均匀度相对灌木林林下物种种类提升了8.9%、27.5%；在进行草本层观测得出，Shannon-Wiener指数（1.56）和Pielou均匀度指数（1.89）相对灌木林分下降了12.32%和21.83%。邓荫伟等[7]将林龄10年生的广西主要造林树种桉树、马尾松、杉木人工林下的植被与土壤调查进行对比，桉树林内植被种类的平均值为45.66，高于马尾松林的20.19%，高于杉木林的61.21%。温远光[8]在广西东门林场桉树人工林进行长期监测，结果表明：第1代林分（78种）>第2代（39种），连栽人工林物种种类下降了一半，连片栽植对种子繁殖的木本植物影响较大。以上研究为我国南方及广西地区桉树人工林种植提供有效的理论依据，可正确指导桉树的可持续发展策略。

3桉树人工林土壤理化性质研究进展

3.1桉树人工林土壤物理性质研究

在桉树人工林发展中，不同的立地条件对桉树人工林土壤结构造成了巨大的影响。如赵筱青[9]在对云南山地种植的尾叶桉人工林的土壤物理分析过程中发现，尾叶桉林相比常绿阔叶林，土壤总孔隙度下降了6.77%，毛管孔隙度下降了11.96%，土壤含水量下降了10.98%，土壤容重增加了10.14%，表明了桉树人工林的种植显著降低了林地的保水和涵养水源能力。刘月秀等[10]对桉树人工林土壤分析得出，桉树人工林受到海拔和坡度影响显著，表层土壤的物理性质随海拔升高而降低。李国平等[11]研究桉树林和针阔混交林对土壤理化性质的影响认为，桉树l代和2代容重与孔隙度间差异不显著。

3.2桉树人工林土壤化学性质研究

森林土壤化学性质主要分析土壤水分的变化趋势，在肥力研究中，主要探讨土壤氮的变化动态，并且会对人工林和天然林的肥力基质展开分析研究[12]。近年来，广大学者还探讨了生物量与土壤化学性质之间的关系，分析影响土壤化学性质的主要器官。杨繁松[13]曾对云南澜沧县的桉树人工林分析研究得出，结合当地的立地条因子的限制，总结了土壤水分因素受到了该地区森林种类的限制，土壤肥力高的地区，土壤水分含量就较高；刘涛等[14]对桉树人工林土壤养分和化学性质的时空效应进行了研究。

土壤肥力主要作用是给森林植株提供营养物质的输送，保证林分正常的物质循环过程。土壤的养分维持林分正常生长需求的有机物、营养元素等，同时也受到环境和气候因子的限制[15]。国内许多学者已开展了土壤肥力的研究。其中，段文军等[16]结合广西喀斯特和红壤地区的立地条件的限制，分析了抑制桉树人工林生长的生长环境条件，调查结果发现了喀斯特地区种植桉树对土壤养分需求不高，可在土壤比较瘠薄地区生长，但在土壤肥沃的红壤区肥力较大，同时促进桉树人工林不同层分的增长。谭宏伟[17]对广西红壤区不同人工林展开土壤微生物分析，其中，桉树人工林的土壤微生物种类高于广大种植阔叶树种人工林的土壤微生物，其中土壤肥力大小为：天然阔叶树种>桉树>马尾松。南方广泛种植的桉树林，通过对土壤施肥，来提供桉树在短时间快速生长需要的有机物质，保证林分正常的物质供给，目前运用广泛的是氮肥肥料。李睿达等[18]对桉树林生长季土壤温室气体通量测定，结果表明：土壤N2O排放量随着施肥措施的介入呈显著的提升，而CO2排放随着氮环境的增加得到提高。

4桉树人工林生态综合评定研究进展

桉树人工林生态效益综合评定需要结合生态学、植物学、土壤学、统计学等多元化角度分析种群间的搭配关系，可有效的对特定区域植物群落的组成进行诠释，生态系统多样性主要研究内容为生物圈内不同类型生物相互限制与相互促进的生长变化过程[19]。叶绍明等[20]根据土壤理化性质和林下物种多样性指标，采用灰色关联度法探讨不同连栽代次两者之间的相关性，结果发现在土壤物理性质方面，Shannon-Wiener多样性指数、物种丰富度与土壤总孔隙度的关联性最大。李昌荣[21]对21个尾巨桉展开分析评价，结合生长特性、木材指标和林下物种形态指标，采用主成份分析方法，分析得出DH32-28、DH33-27这两个无性系桉树人工林综合效益较好。

5结语

综合桉树人工生态效益研究可见：林地随着桉树的种植生态效益随之降低，林地涵养水源和土壤肥力也随着降低，相比各地区乡土树种生态效益略差，为此，可通过结合乡土树种混交经营，可有效改善桉树人工林生态效益水平。

参考文献：

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[3]伍荣善，覃德文，杨钦潮，等.广西林下经济产业发展现状及经营模式[J].绿色科技，2014（9）：51～54.

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土壤学研究进展篇5

关键词：土壤生态学；野外实习；全员全过程

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）02-0021-02

土壤生态学研究土壤生物与环境的相互关系，包括土壤生态系统的结构功能、土壤生态过程和格局等。土壤生态学课程出现在大学本科生态学教学体系中，在生科类本科教学中具有重要的素质教育作用。土壤生态学教学过程中越来越强调野外实习调查的作用，强调通过野外实习和实验室实验认识土壤生态系统的结构和功能特点。通过野外实习加强对土壤生态过程和格局的理解，掌握土壤生态学学科基本内容，培养土壤生态学研究的基本技能。

一、土壤生态学野外实习的必要性

土壤生态学野外实习是通过在不同的陆地生态系统进行土壤取样，对土壤生物和环境指标监测。在野外实习中，学生们在不同生态系统类型的土壤中取样，在对陆地生态系统地上部分进行物种调查和观测过程中，进一步了解地下生态系统的结构功能，从而理解陆地生态系统地上部分和地下部分的紧密联系。土壤取样是土壤生态学野外实习的重要步骤，通过对土壤剖面的认识，结合土壤物理化学性质的调查，学生能够理解土壤生物与环境的关系，进一步认识土壤生态系统作为一个整体所发挥的重要作用。

土壤生态学野外实习使学生有机会把植被―土壤―大气各界面的生物地球化学循环联系起来考察，对生态学研究热点问题如温室气体的排放、碳循环和氮循环等有了更为深入细致的理解。生科类本科学生通过土壤生态学野外实习，能够把实验室室内实验与野外调查取样结合起来，从而树立生态系统整体认识观念，对提高综合分析问题和解决问题的能力具有重要意义。土壤生态学野外实习逐渐成为大学本科生态学教学体系中的重要环节，在大学生生态素质教育中发挥着越来越重要的作用。

二、土壤生态学野外实习的内容与方法

土壤生态学是土壤学、生态学、地理学以及环境科学相互交叉的一门新兴学科。从土壤生态学这一学科特点出发，土壤生态学野外实习内容涉及广泛，包括土壤生物与土壤结构、土壤生物与生物地球化学循环、土壤生物与生产力、土壤生物与生物防治等。土壤生态学野外实习强调应用整体与局部结合的方法论，重视土壤生态环境与社会环境相结合的思路，通过野外实习观测土地利用管理和土壤管理对土壤生态系统结构功能的改变过程，探索从根本上改善与维持土壤生产力的方法。

土壤生态学野外实习主要包括土壤生物的调查和土壤物理化学性质的监测。土壤生物可分为土壤微生物和土壤动物两大类。土壤微生物包括细菌、放线菌、真菌等类群，利用磷脂脂肪酸检测、微生物纯培养、微生物生物量熏蒸测定等不同方法对土壤微生物进行分析。土壤动物包括环节动物、节肢动物、软体动物、线形动物和原生动物等，通过显微镜观察对土壤中肉眼看不见的原生动物和线虫等进行分类鉴定。野外实习样本的观测训练了学生的实验动手能力，使本科学生对土壤生物有了具体形象的认知。同时，实验室室内实验对土壤物理化学性质进行监测，包括土壤pH、土壤含水量、土壤有机碳、土壤总氮、土壤速效氮、土壤总磷、土壤速效磷等指标，做到较全面地观测对土壤生物影响的环境指标。野外实习和实验室室内实验的结合使学生从生态系统整体上认识生物与环境的关系，并在野外试验和室内操作过程中培养了生态感。

土壤生态学野外实习也关注人类活动对土壤生态系统的影响。人类活动会影响到土壤生物和非生物环境的组成和相互作用，改变土壤生物主导的生态过程。土壤生态学野外实习中引导学生观察人为干扰下土壤生态系统的退化机制，探索适宜的土壤管理方法以利恢复土壤生态系统的结构与功能。土壤生态学野外实习中学生有机会观测到土壤生物多样性和土壤生态系统服务功能之间的相互关系，有助于学生深入理解土壤生态过程的驱动因子和土壤生态系统中食物网的生态功能。野外实习把土壤生态过程与土壤生态系统格局联系起来，有助于学生从宏观和微观多角度理解生态过程和格局之间的关系。

土壤生态学野外实习内容紧密结合当地生态系统管理的需求，教学过程中结合当地生态系统定位研究站的科研工作开展生科类本科学生的野外实习工作。当地生态系统定位研究站属于北亚热带向暖温带的过渡区域，其植物群落具有明显的过渡特征，是许多物种分布的南北分界。当地生态系统定位研究站为本科土壤生态学野外实习提供了良好的平台保障。在土壤生态学野外实习过程中，注意引导学生理解当地生态定位研究站的科研工作，从而更好地理解土壤生态学基本知识，强化土壤生态学研究的基本技能训练。野外实习把多学科交叉知识运用到实践中，通过交流与合作学习的方法在学生的身体力行中提高大学生的整体素质。

土壤生态学研究技术的发展促进了土壤生态学科学研究的进展，使得人们对土壤生态系统的认识进入到更深入的层次。在土壤生态学野外实习中，针对现实生活中存在的土壤退化和土壤污染等现代文明病的解决提出了更多的技术方案。野外实习过程注意引导学生关注当地生态环境实际问题，指导学生从生态系统服务功能评估和土壤管理的角度综合分析问题和解决问题。土壤生态学野外实习作为生态学本科教学课程体系中的重要一环，对培养学生的生态素质起着不可替代的重要作用。土壤生态学揭示的土壤生态过程和格局是自然界长期演化的结果，人类活动的干扰特别是工业革命以来的大规模土地开发威胁到土壤生态系统的健康，减少了土壤生物多样性，破坏了土壤生态环境。土壤生态学对土壤环境和土壤生态过程调控机制的深入观察是野外实习的重要内容。土壤生态学野外实习廓清了土壤生态环境的重要问题，使学生认识到土壤健康的重要性，对土壤退化和恢复的复杂性有所了解，进一步提高保护生态环境的意识。

土壤生态学野外实习中强调联系土壤生态学理论知识，在实习过程中深化理解土壤生态功能。土壤生态学的产生以土壤成土因素学说的形成为标志，生态学知识仍强调土壤作为生态系统组分、作为植物的营养基质所起的作用，但往往忽略土壤的其他功能。在土壤生态学野外实习中，通过实地考察强调了扩展土壤生态学知识范畴的重要性，突出了土壤生态学交叉学科的特色。土壤生态学野外实习把生物因素―非生物因素共存的自然存在物即土壤作为一个整体研究对象，揭示了土壤生物和周围环境介质相互作用的过程。

很多情况下，土壤生态学野外实习对土壤生态过程观察的失效往往是因为缺乏对土壤生态过程发生影响的人类活动的理解。土壤占据着地球大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的中心地位，这个事实本身就说明了对土壤进行多学科交叉研究的必要性。土壤退化影响着地球表面的系列生态过程，对人类社会具有巨大影响。土壤生态学野外实习使学生对土壤在自然界和人类社会中的作用有机会进行全面深入的调查。野外实习调查中强调了土壤对生物提供栖息地和养分的功能，认识到土壤食物网和土壤养分循环的关系。野外实习使得学生认识到土壤生态系统和地上生态系统一样，存在着食物链和食物网，存在着生物对环境的适应，存在着生物之间不同类型的种间关系。土壤食物网中复杂的土壤生物种间和种内关系是野外实习关注的一个重要内容。野外实习中设计实验认识土壤的清洁功能，验证土壤具有的限制病原微生物生长的抗菌作用，了解土壤生物降解土壤表面有机质的过程。土壤生态学野外实习过程中，通过分析全球各种类型土壤的功能，使学生深刻理解土壤和岩石圈、水圈、大气圈、生物圈乃至各民族文化的相互作用。野外实习使学生认识到土壤在生物圈中的重要作用，初步认识土壤形成和岩石圈表面部分矿物质的关系、水循环过程和土壤对古老生命形式的保藏。虽然这些知识只是在野外实习中简单应用，但对学生以后独立从事相关方面的研究工作具有重要的启发意义。

三、土壤生态学野外实习管理

土壤生态学野外实习管理强调全员全过程的系统管理。参与野外实习的每一位教师和学生都参与到实习的管理过程中。本着提高本科生教学质量的目标，野外实习从野外采样到实验室室内实验，同一批教师和学生同时参加同一批的各项工作。从联系实习基地到学习落实实习基地管理规章制度，教师和学生合作完成实习计划的制订和实施。

土壤生态学野外实习过程中，实习指导教师每天按时填写野外工作日志，落实实习基地常规管理措施，组织当天实习计划和具体安排。野外实习过程中，实行学生选择科研题目进行实习的方式，落实野外实习科研化，野外考核常规化的奖惩制度。野外实习中实施分组合作，保证土壤生态学基本内容和基本技能训练到位。野外实习在本科教学体系中占有必要学时，结合学校三学期制落实野外实习的课时安排。按照野外实习时间和进度安排，组织实习研讨课对野外实习内容进行学术讨论和交流，引领学生进入土壤生态学科学研究的殿堂，激发学生的科研兴趣。

参考文献：

[1]刘俊华，夏江宝.生态学野外实习教学模式的改革与探索[J].安徽农学通报，2014，20（22）：148-150.

土壤学研究进展篇6

关键词：林火；森林土壤；有机碳；火强度

中图分类号：S151文献标识码：A文章编号：16749944（2016）02000802

1引言

土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分，在陆地碳循环研究中有着重要的作用。由于碳循环对全球生态系统循环有着重要的影响，因此，土壤有机碳研究受到人们普遍关注，已成为全球变化研究的三大热点之一[1]。要研究有机碳，就必须了解有机碳的储存方式和它的存储位置。据研究者发现，全球约有1400～1500Gt的有机碳储存在土壤中，是陆地植物碳库（500～600Gt）的2～3倍，是大气碳库（750Gt）的2倍[2，3]。根据《2005年全球森林资源评估报告》，2005年全球森林面积39.52亿hm2，占陆地面积（不含内陆水域）的30.3%。因此，研究森林土壤有机碳对研究全球碳循环有着重要的意义。林火是影响森林生态系统的重要因子，火烧不但会对生态系统中的动物、植物、微生物产生影响，而且还会影响到土壤的物理性质（包括土壤结构、土壤湿度和土壤温度）、化学性质（包括有机质、矿物质、土壤呼吸和土壤养分）土壤动物、土壤酶等。不同的火烧强度所产生的影响也会有所差异，但影响程度会随火烧强度的增强而增加。

2国内外对土壤有机碳的研究

中国早在1946年就正式成立中国土壤研究学会，在土壤有机碳研究方面也取得了许多积极的进展。如周玉[11]荣等通过实验研究估算出中国主要森林生态系统的土壤碳储备量约为2.10×1010t，在全国森林生态系统碳总储量中占据74.6%的比例，在全球森林土壤碳储量中占据2.7%的比例；方精云[12]等通过利用我国1949～1998年间进行的7次森林资源清查资料，对我国近50年来森林碳库的变化进行了推算，结果显示在20世纪70年代中期以前由于对森林的不合理采伐利用，使中国森林碳库不断减少，据推算在这期间碳总储量减少了约0.62×1015g，平均每年约减少0.024×1015g，但之后通过对森林利用加强管理和开展植树造林运动，土壤碳库储量呈增加趋势；周莉[13]等对土壤有机碳的主导影响因子进行的研究及进展，对影响土壤有机碳的多种因子（气候、大气成分、植被、土壤理化性质等）进行具体分析。这些科研工作者们在各方面取得的积极进展对我国在土壤研究方面都做出了巨大的贡献。

国外对土壤有机碳的研究开始较早，在20世纪60年代，就有学者开始研究林火对土壤有机碳的影响，如Rashid.GH[4]等人研究火灾对阿尔及利亚地中海橡树林土壤有机碳的影响；Johnson.SE[5]等对北美不同林火影响下土壤有机碳变化进行分析；Dikici[6]等研究了泥炭火对土壤有机碳的影响；Czimczik[7]等研究了火烧对美国俄亥俄州阔叶栎林土壤有机碳的影响；Garc，aOliva[8]等研究了火烧对热带落叶阔叶林土壤有机碳的影响。也有学者对全球土壤有机碳总库存量进行研究，但早期对土壤有机碳库存量的估算大都是根据少数土壤剖面数据进行的，因此对有机碳储存量的估算也有着很大的差异，但有两位学者的估算值成为当前全球土壤有机碳储量的上下限值，分别是1976年Bohn[9]利用土壤分布图及相关土组的有机碳含量，估计出全球土壤有机碳库存量为2946Pg，1951年Rubey[10]根据不同研究者发表的关于美国9个土壤剖面的有机碳含量，推算出全球土壤有机碳库存量为710Pg。由此也可以看出，在土壤有机碳研究方面仍有很多问题等待人们去探索和研究。

3土壤有机碳的测定方法

土壤有机碳根据微生物可利用程度分为易分解有机碳、难分解有机碳和惰性有机碳。易分解者有较高的生物利用率与损失率，难分解者则有较高的残留率，一般占土壤有机质的60%～80%。虽然有机碳在土壤有机质中占据很大的比例，但在日常的实验当中如何能够快速而又精确的对土壤有机碳进行测量呢？对于这个问题，科学界一直在不断地研究、探讨和改进，但方法大都不尽相同。前人在测量时有的是通过干烧法测定CO2，干烧法是先通过稀盐溶液把土壤中的DOM有机物提取出来，紧接着放入蒸箱内在低温下将溶液蒸干，然后在高于700℃的环境下将其与适量的氧气接触，从而产生出CO2，再用红外监测仪器对CO2测定，也有用重铬酸钾和浓硫酸先进行湿硝化，然后再通过滴定法来测定其中的碳。

相比之下，干烧法有着较高的精度，但是有机碳氧化需要用的仪器价格昂贵，样品分析用量少（3～5mg），且必须干燥和细磨，而且当温度高于500℃时，实验结果会因为无机碳的分解而受到影响，尤其在测量石灰性土壤时这种影响会更加明显。因此很多研究人员会采用湿氧化法，湿氧化法通常采用的方法是重铬酸钾氧化滴定技术，但同样有不足之处。主要表现在测定有机碳效果较差，因为滴定过程中不能保证所测样品被完全氧化，所以要对测量的结果进行校正。另外湿氧化法测定所需要的时间较长，这样就很难消除滴定液中的铬和强酸对样品的持续影响，而且一些干扰离子在滴定和比色时也会引起误差[14]。总的来说这些方法都有它们的局限性，而且实验测量的结果往往会与实际值有着或多或少的偏差。现在，人们多采用TOC（总有机碳）分析仪直接测定提取液，这种方法相对简便而且能够有效地避免一些相关条件的影响，因此测量的结果也相对真实可靠。

4不同强度林火对土壤有机碳的影响

林火强度被分为3个等级，即低强度、中强度和高强度（重度）。在不同的森林地段上，由于可燃物的种类和载物量是不同的，因此发生在不同森林地段上的林火行为是有所差异的。

一般情况下，中、低强度的火烧仅烧毁了草本灌木层，以及部分乔木[15]，可以促进林分的更新并减少可燃物，不但不会对林分的碳汇功能造成巨大影响，而且还会增加土壤有机碳的含量，这是因为火烧将地表的枯枝落叶燃烧后留下的灰分中含有剩余的碳，随着雨水进入土壤，土壤碳含量也随之增加。如李纫兰等[16]在研究南方突发性火灾对土壤碳储量的影响时，发现中低强度火烧会显著的增加土壤有机碳的含量。包旭[17]通过研究火烧对大兴安岭湿地生态系统碳循环的影响，发现轻度火烧较未火烧样地土壤碳含量并没有显著的变化，重度火烧样地的生物碳量和土壤碳含量都有显著降低的趋势，而且仅重度火烧样地与未火烧样地存在着显著差异性。孙学明[18]在研究林火对不同林型土壤有机质时也发现轻度火烧后土壤有机质升高的趋势会明显加大。

而高强度的火烧灼伤高度可达到乔木林冠层[15]，致使大量乔木被烧死，而且会显著降低土壤有机碳的含量。火烧的高温不但会直接导致地表及土壤浅层的有机碳含量减少，而且还会通过影响土壤的理化性质、酶、pH值等来间接地影响土壤对有机碳的储存能力。因此，高强度的林火对土壤有机碳的储存起着不利的影响。如崔晓阳等[19]在研究发现，低、中强度的林火在短时间内对土壤有机碳影响是不明显的，但在高强度的林火干扰下土壤有机碳的含量是明显下降的，平均降幅达到14.6%。Wang等[20]总结了200多个火烧迹地土壤有机碳的变化情况，发现高强度的林火会使土壤有机碳减少约25.3%，而预定火烧（低强度火）对土壤有机碳没有显著影响。方东明等[21]在模拟大兴安岭火烧试验时发现高强度火烧后土壤总碳库减少了1.4%～5.4%，变化幅度也均高于中低强度火烧。

2016年1月绿色科技第2期

5林火对不同深度土壤有机碳的影响

林火会烧除林地表面的凋落物，改变土壤的温度，并且随着火烧强度的增强土壤有机碳受到的影响也随之增大，但是随着土壤深度的增加受到的影响也会随之减小。有研究表明，地表有焰燃烧能够在短时间内迅速放热，产生300～1400℃的高温，严重时会使土壤表面的温度达到500～700℃[22]，甚至超过1500℃的情况都有瞬时记录[23]，在这种情况下土壤表层有机质（碳）会随之急剧减少。但随着土壤深度的增加，影响程度会逐渐减小，在土壤5cm深处的温度通常不会超过150℃，对土壤20cm深处及以下的土壤基本没有影响。如何斌[24]等在对皆伐炼山的马尾松林地调查时发现，炼山后0～20cm层的土壤有机质含量明显减少，但在20～40cm层的土壤有机质含量却没有变化。这些研究表明在发生林火的短期内土壤有机碳会受到不同程度的影响。

例如有些学者对火灾发生数年后土壤有机碳的变化情况进行研究，发现森林火灾对土壤有机碳含量是起着积极的影响作用的。如Johnson和Curtis[25]通过对48个森林火烧迹地的土壤有机碳的研究，发现火灾10年后森林土壤中有机碳的含量相比火灾发生前是增加的。方东明用CENTURE模型模拟[21]了林火对兴安岭土壤碳的影响，发现在火后6～8年内，土壤碳是高于火烧前的。因此，林火对土壤有机碳的影响一般具有以下几个特点：①林火对土壤有机碳的影响具有不确定性；②火烧强度越高、火烧时间越长，影响越大；③森林土壤有机碳的含量受着火及其它因子共同的影响。

6问题与展望

由于土壤有机碳的生成和存储本身就受到很多因素的影响，因此，在研究土壤有机碳的过程中也存在很多的不确定性，这也使得研究结果具有一定的局限性和不确定性。因为在不同的环境下土壤有机碳的变化机理存在差异，所以研究局部地区土壤有机碳的变化是不具有代表性和广泛性的。在今后的研究过程中，应该将研究范围扩大化，通过对不同环境下土壤有机碳变化机理的研究来发现更多关于有机碳的活动变化规律。

林火是影响森林土壤有机碳的重要因子之一，但是还有其它因子对土壤有机碳产生着重要的影响作用，如气候、坡位、微生物、海拔等影响因子。当前的研究主要集中在火干扰对土壤有机碳的影响，因此，在今后的研究当中，可以并分别对这些影响因子进行研究，为日后能够合理调节碳循环打下坚实的基础。土壤有机碳在全球碳循环过程中起着重要的作用，近年来，全球变暖问题受到各个国家的重视，研究土壤有机碳的变化机理对缓解和改变这一问题有着重要的意义，也希望研究人员能够在今后的研究中取得突破性的进展，推动全球有机碳研究迈向一个更高的台阶。

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ResearchProgressonEffectofForestFireonForestSoilOrganicCarbon

XuCheng，ZhangShuifeng，LiKelun

（NanjingForestPoliceCollege，Nanjing210023，China）