1 引言

双碳背景下，土壤固碳技术以其独有的优势在二氧化碳减排领域受到了广泛的关注。早在20世纪末、21世纪初，就有学者对土壤碳汇（Carbon sink）和固碳能力进行了研究，结果发现全球每年由土壤中生物的呼吸作用排放的二氧化碳约占陆地生态系统与大气间碳交换总量的2/3，接近大气碳库的1/10^[3,4]。由此可见，土壤中的有机碳库作为地表系统中最大的生态系统碳库，不仅能够调节全球气候的变化，同时影响着陆地生态系统的分布、组成、功能与结构。

土壤作为人类最宝贵的财富之一，在环境恶化、资源逐渐枯竭的今天显得尤为重要^[5–7]。如何通过合理的利用手段，提高土壤有机碳储量并进一步缓解温室气体对全球气候变化的影响，成为了该领域学者研究的难点与重点。本文简单综述了土壤固碳的含义与过程，并对土壤固碳的影响因素进行了总结，希望对土壤固碳技术的研发由一定的借鉴意义。

2 土壤固碳的含义与过程

土壤作为一种复杂的多功能体，与人类社会活动息息相关。碳以各种形式被储存在土壤中即形成了土壤碳库，根据碳的化学形式，可以将土壤中的碳库分为有机碳库和无机碳库。无机碳库占比小且组成稳定，变化周期时间长，而与之相对的，土壤有机碳库相对容易受外在条件的影响，在地球表面生态系统碳库中占比答，是成为了理想的研究对象。

土壤有机碳主要来源是植物的残体、根系和分泌物，同时伴随着土壤微生物的代谢产物，包含着不同大小、类群的有机物质集合体^[3,8]。根据其与土壤中团聚体和矿物质结合的形式，可以分为颗粒态有机质和矿物结合态有机质。前者以物理形式被保护在土壤的团聚体内或团聚体间，是潜在的快速跟新有机碳库；后者则是以化学结合态被固定在矿物质组分之间，分解较慢，属于慢更新有机碳库。

土壤固碳的过程实际是是大气中的二氧化碳通过植物与微生物的吸收与代谢转化为有机物并被保存在土壤中的过程。在有机质进入土壤后，会在不同的条件和机理下形成团聚体、被吸附在矿物质表面或是被微生物再利用，随着学者们的不断研究，有机质在土壤中的迁移和转化终将由“黑箱”转化为“白箱”^[9]。

3 土壤固碳的影响因素

陆地生态系统主要包含森林、草原、湿地与农田等，不同生态系统中的土壤有机碳库潜力是不同的，这与土壤本身的理化条件有关^[10,11]。而即使是同一生态系统中的土壤的固碳潜力也会受到外界因素的影响。如图1所示，土壤的固碳效率与潜力与土壤属性、气候条件和管理措施等因素有关^[12]，通过对这些影响因素及其可能的机理进行总结后发现，土壤固碳效率（carbon sequestration efficiency, CSE）受到多种因素的交互影响，其机理与情况复杂，还需要进一步的研究与探索。

图1 土壤固碳效率的主要影响因素

3.1 土壤属性

土壤的属性及其理化性质从本质上影响着土壤的固碳效率与潜力。土壤的质地，即粘粒、粉粒、沙粒的含量与比例与土壤固碳的关系得到了广泛的关注。一般来说，随着土壤中粘粉粒组分的增加，粘粒对有机物的化学保护作用增大，形成的有机无机复合体增多而进一步提高土壤的固碳效率与潜力。土壤中包含的金属离子、N、P等营养元素和无机矿物质的多少，都直接或间接的影响着土壤的固碳能力。

作为生态系统中碳循环的重要参与者，土壤中微生物也对土壤的固碳能力有着巨大的影响。刘若^[13]通过对多种植被和成土母岩土壤进行采集与分析比对，考察植被类型和土壤质地对亚热带森林生态系统碳汇功能的影响，实验结果表明，母岩对土壤理化性质、有机碳组分以及固碳细菌的丰度和结构影响均大于植被，其中花岗岩发育土壤与粉页混岩、凝灰岩差异显著，推测有较大的碳功能。土壤中有机碳的转化与迁移，不仅受到微生物群落组成、生物量及其代谢产物的直接影响，还受到气候条件、土壤质地理化条件和土壤管理措施的间接影响。具体包括金属对微生物的毒害作用、无机盐造成的微生物渗透压的改变、pH条件对微生物活性的影响、矿物对土壤有机碳的吸附或是土壤结构导致的空气与水条件差异从而影响微生物活性等，其机理复杂，因素间交互作用明显，需要进一步的探索与研究。

3.2 气候条件

降水、大气压、气温等气候条件也会对土壤固碳能力产生重要影响^[14,15]。一方面，气候条件影响着该生态系统的植被种类和丰度，从而影响二氧化碳被植物利用封存进入土壤的路径、固碳量和固碳效率；另一方面，气候条件的改变会影响土壤中微生物的代谢从而从土壤有机碳库的转化与输出方面对土壤固碳能力产生重要影响。

除去对微生物的影响从而间接导致的土壤固碳能力改变，气温的变化还会改变土壤中空气的理化性质而影响土壤有机碳的迁移转化。刘国栋^[16]等人对东北松辽平原表层土壤有机碳密度和储量进行了调查，结果表明该区域有机碳储量自20世纪80年代下降了7.4%，其原因可能在于30年来松辽平原气温的升高。而王瑾^[17]等人探究了不同气候条件下不同地区土壤有机碳平均周转时间的差异性，通过对大量数据的分析与拟合，结果表明不同采样点土壤有机碳平均周转时间存在极显著差异，且这种差异主要与土壤和气候因素的差异有关。由此可见气候对土壤固碳能力和土壤有机碳库稳定性方面具有重要影响。

3.3 管理措施

与土壤性质、气候条件不同的是，土壤的管理措施受到人类活动范围和活动强度的限制。在之前提到的生态系统中，农田土壤生态系统是与人类活动关系最为密切的一种。在人类对农田土壤的管理措施中，施肥和耕作是对土壤有机碳库影响较大的两种手段。其中施肥对土壤有机碳库的影响包括以下几个方面：长期施用有机肥直接改变了土壤有机碳库含量与组分；施肥造成的植物代谢加快并进一步提高了二氧化碳被植物转化并以有机物形式由根系分泌进入土壤的过程；施肥导致土壤成分的改变从而影响微生物活性而间接影响土壤中有机碳的转化^[18–21]。张久明^[22]等人通过对东北春麦区的土壤施加不同浓度的有机肥，研究有机肥来替代部分化肥对土壤有机碳、土壤肥力的影响，结果表明在该区域，采用有机肥替代25%～50%化肥能够增加土壤有机碳组分含量，提高碳氮比。

而耕作对土壤有机碳的影响包括通过机械作造成大团聚体的破环，加快了随之形成的小团聚体或有机分子的降解从而减少土壤有机碳库的含量^[23]；耕种造成土壤氧含量、水分含量、表层温度等指标的改变，通过微生物的作用间接改变土壤的有机碳固定能力。周伟^[24]等人以吉林公主岭黑土为实验对象，研究了不施肥和撂荒两种处理方式对土壤有机碳组分的影响，实验结果表明长期撂荒利于表层碳积累和稳定，而较深土层的碳固持能力会变弱。

4 总结与展望

土壤有机碳库固碳潜力大、效率较高，是土壤固碳的理想研究对象。在双碳背景下或将成为碳减排的重要手段，为改善土壤性质，缓解温室气体导致的气候变化问题有实际意义。如何提高土壤的固碳能力和固碳效率，已经成为该领域研究的重难点，目前针对农田土壤的固碳措施包括秸秆还田、投加生物质炭和保护性耕作等，但是全球性的二氧化碳减排仅靠土壤的固定于封存是不够的，只有将各个领域的新理论、新观点、新技术联合起来，才能最终实现双碳目标，实现可持续性发展。