徐英德

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/土肥高效利用國家工程研究中心 沈陽 110866)

土壤有機(jī)碳(SOC)循環(huán)是驅(qū)動(dòng)土壤肥力和生態(tài)服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)的重要媒介, 識別SOC的固定路徑及驅(qū)動(dòng)機(jī)理屬于土壤學(xué)核心理論范疇。然而, SOC的來源、固定過程和穩(wěn)定機(jī)制仍存在較大爭論。隨著現(xiàn)代土壤分析技術(shù)的進(jìn)步, SOC的研究方法逐漸趨向于原位、可視化和生物標(biāo)識物等更真實(shí)反映碳賦存、周轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的手段; 對于SOC固定的認(rèn)識逐漸由腐殖化理論轉(zhuǎn)變成以微生物代謝為核心驅(qū)動(dòng)力的固碳過程; 有機(jī)碳分子組成主導(dǎo)SOC穩(wěn)定性的作用減弱, 而物理、化學(xué)保護(hù)作用日益凸顯; 通過微生物體內(nèi)合成代謝產(chǎn)生的死亡殘?bào)w在SOC截獲中占據(jù)的重要份額被逐漸認(rèn)可。新的理論發(fā)現(xiàn)極大地推動(dòng)了SOC固定研究新一輪的認(rèn)知革命, 同時(shí)也為構(gòu)建SOC固定-土壤環(huán)境變化-土壤功能實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)帶來新的挑戰(zhàn)。

在所有陸地生態(tài)系統(tǒng)中, 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)簡化和人類活動(dòng)制約而變得更為脆弱, SOC儲(chǔ)量也極易受人為擾動(dòng)影響。隨著世界人口的不斷增長,保障糧食安全成為全球范圍內(nèi)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)估算, 糧食產(chǎn)量在2050年必須增加60%才能滿足人類需要。然而, 當(dāng)前農(nóng)業(yè)的發(fā)展在很大程度上還依賴于農(nóng)資的投入而不是效率的增加。在人為墾殖的催化作用下, 大量SOC被氧化, 溫室氣體排放增加, SOC庫和大氣碳庫之間的平衡被破壞; 同時(shí),長年翻耕、過量施肥和農(nóng)機(jī)使用等不合理的農(nóng)作措施很容易導(dǎo)致土壤侵蝕、退化和結(jié)構(gòu)破壞, 并將土壤由碳匯轉(zhuǎn)為碳源。目前, 世界范圍內(nèi)已有多達(dá)25%的農(nóng)田土壤嚴(yán)重退化, 這迫使我們重新審視耕作在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的意義, 其中的核心任務(wù)就是SOC儲(chǔ)量的穩(wěn)定與提升?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》第21次締約方大會(huì)宣布啟動(dòng)“千分之四全球土壤增碳計(jì)劃”, 旨在通過增加SOC含量實(shí)現(xiàn)保障糧食安全與減緩氣候變化雙重目標(biāo)。無疑, 破解當(dāng)前困局并將“千分之四計(jì)劃”落地的關(guān)鍵就是尋求生產(chǎn)高效且使農(nóng)業(yè)與環(huán)境充分兼容的農(nóng)田管理方式。

近年來, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)(conservation agriculture)措施為世界糧食生產(chǎn)帶來一場“耕作革命”, 并被越來越多的國家所采用。保護(hù)性農(nóng)業(yè)通過減少土壤擾動(dòng),增加地表覆蓋以及綜合的養(yǎng)分管理等措施減少土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn), 提高土壤固碳速率, 保持土壤水分, 改善土壤健康狀況, 增強(qiáng)土壤應(yīng)對氣候變化的能力并保障農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展。保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施可以通過物理、化學(xué)和生物等不同過程調(diào)控SOC的固定水平, 最終影響到不同生態(tài)系統(tǒng)中碳收支的權(quán)衡。在當(dāng)前SOC固定理論發(fā)生重大變革的機(jī)遇下, 有必要在厘清保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施對SOC含量影響的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討其介導(dǎo)土壤固碳過程的機(jī)理, 這對于明確農(nóng)田土壤碳增匯過程, 完善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型意義重大?；谝陨媳尘? 本文對近年來SOC固定這一關(guān)鍵生物地球化學(xué)過程及保護(hù)性農(nóng)業(yè)對SOC固定的調(diào)控等研究進(jìn)行了綜述: 總結(jié)了SOC固定途徑和穩(wěn)定過程新的進(jìn)展與面臨的挑戰(zhàn), 分析了傳統(tǒng)耕作與保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施對SOC固定的影響, 剖析了保護(hù)性農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)SOC固定的機(jī)制, 最后對相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 土壤有機(jī)碳的固定途徑

SOC庫是陸地表面最大的有機(jī)碳庫, 全球土壤數(shù)據(jù)整合計(jì)量表明, 深度為1 m內(nèi)的SOC儲(chǔ)量為1505 Pg, 約是植被有機(jī)碳儲(chǔ)量的2.43倍, 大氣碳儲(chǔ)量的1.71倍; 深度為2 m內(nèi)的SOC儲(chǔ)量超過2000 Pg(圖1)。鑒于以往對SOC儲(chǔ)量的評估缺乏地形和山坡斜率的考慮, SOC的儲(chǔ)量甚至被低估。因此, SOC儲(chǔ)量的微小變化就會(huì)對大氣CO濃度產(chǎn)生強(qiáng)烈影響(1 Pg SOC=0.47 mol·LCO)。同時(shí), SOC的流動(dòng)能夠占到全球陸地碳循環(huán)總量的80%。因此, SOC的固定及其人為管理在調(diào)節(jié)全球氣候變化和農(nóng)田生產(chǎn)力上具有極為重要的意義, 其固定過程與調(diào)控機(jī)理也一直備受關(guān)注, 并出現(xiàn)百家爭鳴的局面。

圖1 全球碳收支模型[16-18]Fig.1 Contemporary global carbon budget[16-18]

在全球范圍內(nèi), 面對愈發(fā)嚴(yán)峻的碳中和及糧食安全的壓力, 土壤固碳研究在近幾十年發(fā)展迅速(圖2)。一方面, 由傳統(tǒng)的化學(xué)提取等研究方法所得到的“盲人摸象”結(jié)果演變?yōu)樵桓叻直媛士梢暬臀⑸镒饔脵C(jī)理趨于清晰的有機(jī)碳固定、轉(zhuǎn)化過程; 另一方面, 有機(jī)碳作為土壤乃至整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)中的基本屬性與驅(qū)動(dòng)力, 其在全球治理服務(wù)及政策管理中扮演的角色越發(fā)重要。目前從SOC的賦存形態(tài)到形成途徑均產(chǎn)生了較大變革, 逐漸由酸堿浸提為基礎(chǔ)的腐殖質(zhì)相關(guān)學(xué)說向生物標(biāo)志物為基礎(chǔ)的有機(jī)質(zhì)分子組學(xué)轉(zhuǎn)變, 其中微生物對土壤固碳起到的推動(dòng)作用逐漸成為共識。

圖2 土壤固碳機(jī)制示意圖Fig.2 Schematic diagram of soil carbon sequestration mechanism

在經(jīng)典土壤學(xué)中, 輸入到土壤中的未分解和半分解的動(dòng)植物殘?bào)w和腐殖質(zhì)被認(rèn)為是SOC的主要賦存形態(tài)。由新鮮有機(jī)質(zhì)礦化-殘余物二次合成-聚合與縮合等過程(即腐殖化過程)形成的分子量大、具有高度異質(zhì)性的長鏈物質(zhì)——腐殖質(zhì)是SOC庫的主體。其中, 有機(jī)質(zhì)分解后的中間產(chǎn)物與含氧芳香烴的聚合過程是腐殖質(zhì)學(xué)說的根本。事實(shí)上, 至今尚未有充足的直接證據(jù)證明“二次合成”過程的真實(shí)存在性, 腐殖質(zhì)的真實(shí)分子結(jié)構(gòu)也存在模糊性。但最近也有研究通過C核磁共振(NMR)和高分辨質(zhì)譜得到了腐殖質(zhì)存在和木質(zhì)素起源學(xué)說的新證據(jù),這為SOC賦存形態(tài)的爭論帶來了新的視點(diǎn)。除土壤腐殖化過程外, 選擇性殘留學(xué)說也是SOC固定途徑的重要理論; 該理論認(rèn)為SOC是微生物對外源有機(jī)質(zhì)完成分解后選擇性保留在土壤中的結(jié)果, 其中易分解組分會(huì)快速被微生物降解, 而那些頑固組分則會(huì)殘留在土壤中構(gòu)成穩(wěn)定有機(jī)碳庫。在此基礎(chǔ)上,一些新的研究認(rèn)為土壤穩(wěn)定有機(jī)碳庫多是由相對較小的短鏈小分子化合物構(gòu)成, 如多糖、多肽和木質(zhì)素碎片等; 而整個(gè)SOC庫則是從大的植物生物聚合物到小分子化合物的連續(xù)體。

在歷史觀點(diǎn)中, 腐殖質(zhì)的形成與木質(zhì)素密切相關(guān), 加之選擇性殘留學(xué)說也認(rèn)為植物源有機(jī)組份的選擇性保留形成SOC, 因而植物源有機(jī)碳是構(gòu)成SOC庫的主力軍。但是, SOC的固定離不開微生物的驅(qū)動(dòng), 土壤微生物可以通過分解代謝和合成代謝這2個(gè)相反的途徑分別將SOC釋放到大氣或?qū)⑽⑸飦碓刺钾暙I(xiàn)于SOC庫。但在傳統(tǒng)的土壤固碳理論中, 大多數(shù)研究只關(guān)注到了前者。越來越多的研究證實(shí)微生物通過周而復(fù)始的同化過程使其死亡殘?bào)w和代謝產(chǎn)物不斷地在土壤中累積并趨向穩(wěn)定化(即續(xù)埋效應(yīng))。因此, 微生物源有機(jī)碳在SOC庫中的權(quán)重可能被遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估; 同時(shí), 以微生物合成代謝為核心的土壤固碳過程成為了近期關(guān)注的焦點(diǎn)。綜合上述觀點(diǎn), 從微生物驅(qū)動(dòng)的角度, 土壤的固碳途徑可能同時(shí)存在被微生物選擇性保留植物源有機(jī)碳組分的過程, 以及被微生物同化合成微生物源有機(jī)碳組分的過程。但需要強(qiáng)調(diào)的是, 隨著SOC庫主要由小分子構(gòu)成的觀點(diǎn)被逐漸接受, 很多研究同樣發(fā)現(xiàn)腐殖質(zhì)是通過小分子物質(zhì)通過疏水力和氫鍵等弱相互作用自組裝聚集而成。這為SOC的形成機(jī)理帶來新的挑戰(zhàn): 植物殘?bào)w和微生物殘?bào)w的分解產(chǎn)物能否進(jìn)一步構(gòu)成具有新內(nèi)涵的“腐殖質(zhì)”？這種“腐殖質(zhì)”中微生物源和植物源的占比如何？

伴隨著土壤固碳途徑觀點(diǎn)的演變, 土壤的儲(chǔ)碳機(jī)理也逐漸趨于清晰, 但也出現(xiàn)了新的爭議點(diǎn)。SOC的穩(wěn)定性取決于有機(jī)碳和土壤環(huán)境因子的相互作用。在傳統(tǒng)腐殖質(zhì)學(xué)說中, 腐殖質(zhì)復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和疏水性使其具有了較高的化學(xué)穩(wěn)定性, 并與土壤礦質(zhì)膠體通過金屬離子橋鍵結(jié)合的方式進(jìn)一步提高了其抗分解的能力。但腐殖質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性只是相對的,假設(shè)有簡單有機(jī)分子穿插在腐殖質(zhì)的疏水締合結(jié)構(gòu)中, 其穩(wěn)定性便會(huì)被破壞; 在適宜的條件下, 微生物對大分子有機(jī)物的分解速度也可以很快; 并且, 其與礦物結(jié)合的過程并不符合熱力學(xué)降低的規(guī)律。由于傳統(tǒng)提取腐殖質(zhì)方法的弊端, 提取出的大分子有機(jī)質(zhì)可能存在假象縮合的現(xiàn)象, 從而掩飾了SOC的真實(shí)形態(tài)。此外, 伴隨著土壤微生物固碳學(xué)說的發(fā)展, 有機(jī)質(zhì)自身內(nèi)源性屬性的差異(如植物殘?bào)w質(zhì)量)對土壤固碳過程的影響受到了爭議。例如, 由木質(zhì)素和軟木脂等組成的植物根茬不易被微生物降解,被認(rèn)為是穩(wěn)定SOC庫的重要前體; 然而, 微生物對植物莖葉有更高的碳利用效率, 從而使其更高效地以微生物殘?bào)w的形式貢獻(xiàn)于SOC庫。新的證據(jù)表明植物殘?bào)w腐解初期主要通過可溶性有機(jī)碳-微生物同化途徑形成礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳, 而在腐解后期植物殘?bào)w則通過物理轉(zhuǎn)運(yùn)途徑形成顆粒有機(jī)碳。這說明有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量或分子組成仍是介導(dǎo)SOC固定的重要因素, 尤其是通過影響微生物的同化/異化過程調(diào)控SOC的形成路徑, 但不同分子組成有機(jī)質(zhì)在微生物同化和選擇性保留途徑的中的分配和權(quán)衡尚待商榷。尤其是隨著時(shí)間的推移, 那些被選擇性保留的植物源有機(jī)碳仍然可能被微生物利用, 這進(jìn)一步增加了相關(guān)科學(xué)問題的復(fù)雜性和厘清的必要性。

至今為止, 雖然眾多研究試圖從有機(jī)碳分子組成角度摸索SOC的穩(wěn)定機(jī)制, 胡敏酸、木質(zhì)素、芳香碳或烷基碳等組分或分子的多寡常被用來預(yù)測SOC的穩(wěn)定性。但近期也有很多研究更傾向于認(rèn)為有機(jī)碳化學(xué)結(jié)構(gòu)本身對SOC穩(wěn)定性的作用被高估, 起碼結(jié)構(gòu)或分子的差異不起決定性作用。例如糖類和氨基酸等碳組分也可以作為穩(wěn)定SOC儲(chǔ)存,而木質(zhì)素在土壤中的周轉(zhuǎn)時(shí)間卻可能很短。而SOC的真實(shí)穩(wěn)定性取決于其被團(tuán)聚體和礦物保護(hù)的情況(即空間上的隔離和生物化學(xué)上的難分解), 或者說取決于土壤生物的可及性。這些理論為揭示SOC固定機(jī)理提供了新的視角和思路。首先, 土壤中的水溶性碳并非意味著易分解碳, 這些碳一方面容易被吸附于礦物表面, 還可以被微生物同化固定, 從而通過不同的化學(xué)-生物途徑組成土壤中的“老”碳。其次, 團(tuán)聚體的物理保護(hù)與礦物的化學(xué)保護(hù)之間同樣存在權(quán)衡關(guān)系, 例如顆粒有機(jī)碳雖然沒有受到礦物的結(jié)合, 但同樣可以通過團(tuán)聚體的物理隔離而成為持久固存的“老”碳。潘根興等主張之前所認(rèn)同的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜有機(jī)碳的抗降解性, 實(shí)際上也來源于團(tuán)聚體、礦物和微生物構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)對這些有機(jī)碳的保護(hù)。但值得注意的是, 有機(jī)碳自身化學(xué)組成對土壤固碳的影響不應(yīng)被全盤否定, 尤其是在外源有機(jī)碳輸入土壤的初期, 這些有機(jī)碳自身性質(zhì)深刻影響著不同組分在微生物-團(tuán)聚體-礦物中的歸趨, 進(jìn)而調(diào)控土壤的儲(chǔ)碳過程。

總體來看, 有機(jī)碳化學(xué)組成、微生物、有機(jī)分子間的凝聚、團(tuán)聚體和礦物在土壤固碳及穩(wěn)定過程中扮演的角色不能被割裂。微生物的同化/異化、團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn)和有機(jī)無機(jī)復(fù)合過程均是同步進(jìn)行的,他們之間既相互協(xié)調(diào), 又相互制約, 最終不同分子組成的外源有機(jī)碳在各條土壤固碳途徑之間的權(quán)衡造就了不同區(qū)域土壤微結(jié)構(gòu)、微生物區(qū)系和SOC固存模式的多樣性。此外, 除了SOC周轉(zhuǎn)的自身過程、外源有機(jī)碳的質(zhì)量和土壤因子外, 日益嚴(yán)峻的全球氣候變化和環(huán)境因子也成為深刻影響SOC固定的重要推手, 這些因素不僅能改變外源有機(jī)碳輸入的數(shù)量、質(zhì)量和地理分布格局, 還能夠調(diào)控微生物的活性與群落組成。尤其是在農(nóng)田土壤中, 還要將人為擾動(dòng)納入到SOC固定模型中; 土地利用方式、耕作模式和農(nóng)田管理措施等對SOC固定的影響會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然變化影響的速率和程度。

2 傳統(tǒng)農(nóng)作方式造成土壤有機(jī)碳的損失

在人類社會(huì)發(fā)展過程中, 由自然生態(tài)系統(tǒng)向人為管理生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化會(huì)消耗SOC存量。人類活動(dòng)影響了約40%的地球表面, 將近92%的天然草地/草原已轉(zhuǎn)為人類使用, 包括放牧和農(nóng)田。平均而言,將天然草地轉(zhuǎn)化為作物生產(chǎn)導(dǎo)致了約50%的有機(jī)碳損失。利用這些土地利用變化和有機(jī)碳消耗量的數(shù)據(jù), 估算出歷史上因土地利用方式變化而造成的SOC損失估計(jì)為115～154 Pg。將泥炭地轉(zhuǎn)換土壤利用方式后, SOC儲(chǔ)量的相對損失比礦質(zhì)土壤更嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)耕作能加劇土壤侵蝕, 造成SOC的氧化以及土壤結(jié)構(gòu)質(zhì)量的下降。早在19世紀(jì)30年代, 美國因沙塵暴的爆發(fā)對耕作的意義進(jìn)行了大討論。特別是進(jìn)入20世紀(jì)60年代以來, 人類通過改良作物品種、施用化肥和除草劑、灌溉和耕作機(jī)械化等農(nóng)業(yè)管理方式的改良, 推動(dòng)了世界范圍內(nèi)糧食產(chǎn)量的飛躍。但這背后所隱藏的是環(huán)境污染、土壤侵蝕和養(yǎng)分耗竭、水資源枯竭等問題。政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示, 近幾十年間, 大氣CO濃度已經(jīng)從原來的316 mol·L上升到400 mol·L以上, 這很大程度上歸咎于SOC的釋放。Lal估算表明, 在2007-2016期間, 由于人為的土地利用方式轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的碳排放量年均約1.3 Pg。在我國, 耕作土壤的有機(jī)碳損失量估計(jì)為15 Mg·hm; 在北方半干旱的壩上地區(qū), Zhao等報(bào)道, 經(jīng)過50年的草地開墾, SOC減少幅度為73%～79%; 東北黑土區(qū)是我國重要的商品糧基地, 由于長期高強(qiáng)度重用輕養(yǎng)等原因, SOC含量在開墾最初20年下降了約30%, 40年后下降約50%, 70～80年后下降約65%, SOC儲(chǔ)量的降低導(dǎo)致黑土越來越瘦。

以犁耕為代表的傳統(tǒng)耕作方式主要通過引發(fā)土壤侵蝕和水土流失而影響SOC固定過程。集約化耕作使土壤疏松并裸露, 為土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)被風(fēng)、雨和流水等外力破壞創(chuàng)造了有利條件。在這些外力的作用下, 土壤團(tuán)聚體發(fā)生破碎, 團(tuán)聚化過程受到阻礙, 從而使包被在團(tuán)聚體中的有機(jī)碳更易接觸到微生物, 進(jìn)而被分解。因此, 加速的土壤侵蝕是大氣CO的重要來源。在全球范圍內(nèi), 因水蝕產(chǎn)生的SOC排放量約為1.1 Pg·a。侵蝕在加速碳損失時(shí), 對不同SOC組分的影響是不一致的; 例如, 顆粒有機(jī)碳更容易通過水蝕作用而分解, 但礦物結(jié)合碳則保留時(shí)間較長; 土壤活性有機(jī)碳在好氧和厭氧條件下會(huì)分別更傾向于通過地表徑流遷移和分解釋放為CO。因此, 傳統(tǒng)耕作模式-侵蝕-SOC損失途徑會(huì)受到土壤特性、微氣候和管理措施等多種因素的影響。對于我國而言, 干旱、半干旱耕地所占比例較大, 尤其是在北方地區(qū), 這在一定程度上加速了土壤的退化和SOC的礦化。此外, 長期秸稈焚燒導(dǎo)致有機(jī)物料不能及時(shí)歸還土壤; 長期耕地粗放管理導(dǎo)致土壤固碳能力不足; 以小四輪拖拉機(jī)為主要?jiǎng)恿Φ睦绺绞綄?dǎo)致耕作層越來越薄; 不合理、過量施肥導(dǎo)致土壤板結(jié)、酸化; 人口增長導(dǎo)致糧食需求量越來越大, 這些都成為SOC流失的重要推動(dòng)因素。因此, 建立合理的農(nóng)業(yè)耕作措施刻不容緩, 對提升SOC儲(chǔ)量和肥力水平意義重大。

3 保護(hù)性農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵

3.1 保護(hù)性農(nóng)業(yè)的發(fā)展及其概念的標(biāo)準(zhǔn)化

保護(hù)性農(nóng)業(yè)是美國在20世紀(jì)30年代由于大規(guī)模開墾和過度耕作所引發(fā)的黑風(fēng)暴、干旱、土壤退化、瘧疾泛濫等資源環(huán)境約束背景下發(fā)展起來的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù), 目前已成為很多發(fā)達(dá)國家主推的可持續(xù)性耕作制度。在黑風(fēng)暴之后, 引起美國政府和民眾對傳統(tǒng)耕作方法的反思和對水土保持新方法的探索。20世紀(jì)40年代以來, 人們逐漸意識到有必要取消傳統(tǒng)耕作, 并在地表保留作物殘茬覆蓋物, 由此產(chǎn)生了一系列新的相關(guān)概念, 如免耕(no-till)、零耕作(zero tillage)、直接播種(direct seeding)、保護(hù)性耕作(conservation tillage)、少耕(minimum tillage)、覆蓋耕作(mulch tillage)和條帶耕作(strip tillage)等,這些概念的發(fā)展也伴隨著對保護(hù)性農(nóng)業(yè)定義的演變(圖1)。如果不加區(qū)別地使用這些概念, 會(huì)加劇該農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐的混淆和爭議。因此, 對保護(hù)性農(nóng)業(yè)的概念進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化是非常重要的。

保護(hù)性農(nóng)業(yè)是在免耕的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 但也有很多研究認(rèn)為免耕技術(shù)在減少水土流失的同時(shí),也存在很多弊端, 如提高雜草和病蟲害數(shù)量、提升土壤壓實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)、NO排放增加和肥料利用率降低等。由于這些局限性和不確定性, 重點(diǎn)應(yīng)將保護(hù)性農(nóng)業(yè)作為一個(gè)在免耕的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的綜合系統(tǒng)進(jìn)行考量, 而保護(hù)性農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的最終效果要取決于系統(tǒng)中不同組件之間的互聯(lián)性及協(xié)調(diào)性?；谶@個(gè)理念, Lal認(rèn)為保護(hù)性農(nóng)業(yè)的定義是在一個(gè)輪作周期內(nèi)由作物殘?bào)w覆蓋(residue mulch)、種植覆蓋作物(cover crop)、免耕(no-till)和養(yǎng)分綜合管理(integrated nutrient management)等技術(shù)組成的耕作系統(tǒng),其目的是有效地保持水土、固碳、適應(yīng)和緩解氣候變化并實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展(圖3)。保護(hù)性農(nóng)業(yè)的目標(biāo)并非是謀求最高的產(chǎn)量, 而是可持續(xù)的最佳產(chǎn)量, 尤其是在作物生長狀況較差的季節(jié)是否能保持穩(wěn)定可觀的產(chǎn)量, 這也體現(xiàn)了其氣候適應(yīng)性。

圖3 保護(hù)性農(nóng)業(yè)的歷史演變與主要內(nèi)容Fig.3 Historical evolution and main contents of conservation agriculture

3.2 保護(hù)性農(nóng)業(yè)主要內(nèi)容

免耕: 在收獲后至播種前不攪動(dòng)土壤, 以減輕風(fēng)蝕和水蝕, 并采用聯(lián)合作業(yè)的免耕播種機(jī)播種。播種機(jī)前部裝有切刀, 在不拖移地表殘留物的前提下,開溝播種、覆土和鎮(zhèn)壓, 一次完成作業(yè)。施肥可與播種同時(shí)進(jìn)行或分期進(jìn)行。

作物殘?bào)w覆蓋: 移除作物殘?bào)w后對土壤性質(zhì)及糧食生產(chǎn)力的不利影響已被廣泛報(bào)道。而對半干旱地區(qū)土壤實(shí)行免耕措施之后, 如果土壤沒有作物殘?bào)w覆蓋層, 將會(huì)大大降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和固碳潛力。作物秸稈蓋土、根茬固土對于保護(hù)土壤和水分, 加強(qiáng)團(tuán)聚化過程, 創(chuàng)造正的SOC收支, 改善土壤動(dòng)物和微生物的活性和多樣性, 最終促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)利用以及維持糧食產(chǎn)量至關(guān)重要。

種植覆蓋作物和輪作。種植覆蓋作物的農(nóng)業(yè)管理措施可以追溯到我國周朝時(shí)期, 但自1960年以來,由于化學(xué)肥料的廉價(jià)高效, 覆蓋作物被逐漸舍棄。進(jìn)入21世紀(jì), 由于覆蓋作物在環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面的重要作用而被納入到保護(hù)性農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中。種植覆蓋作物可為作物保存養(yǎng)分, 減少水土流失, 緩解免耕造成的土壤壓實(shí), 并抑制雜草, 從而提高作物產(chǎn)量。此外, 輪作能夠通過在季節(jié)間或年度間輪換種植不同作物達(dá)到均衡利用土壤養(yǎng)分, 減少病蟲害并改善土壤理化性質(zhì)的目的。

養(yǎng)分綜合管理。充足的養(yǎng)分是維持土壤肥力與作物生長的必備要素。為保持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的最佳生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展, 應(yīng)采取必要的人為施肥調(diào)控策略, 建立有利元素(如氮、磷、鉀和微量元素等)之間的平衡。同時(shí), 養(yǎng)分綜合管理措施也可以有效解決免耕對植物營養(yǎng)吸收帶來的不利因素。需要強(qiáng)調(diào)的是, 土壤養(yǎng)分還有很大一部分來自植物、環(huán)境和自身有機(jī)質(zhì)分解, 因而施肥措施必須建立在遵循不同體系之間養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、遷移和利用過程內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上, 并將施肥同其他保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施以及環(huán)境因素(降水、溫度等)融合考量, 以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分高效利用、環(huán)境友好與作物高產(chǎn)的目標(biāo)。

4 保護(hù)性農(nóng)業(yè)介導(dǎo)下的土壤固碳過程

4.1 保護(hù)性農(nóng)業(yè)對土壤碳固定的影響

南美洲的保護(hù)性農(nóng)業(yè)采用率在全球范圍內(nèi)占領(lǐng)先地位, 尤其是通過輪作與種植覆蓋作物的結(jié)合普遍促進(jìn)了SOC的固定。Sá等在巴西通過22年田間試驗(yàn)表明, 處于保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施下的土壤固碳速率為806 kg(C)·hm·a(0～20 cm)和994 kg(C)·hm·a(0～40 cm); Bayer等報(bào)道顯示在砂質(zhì)壤土和黏土中實(shí)行保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施, 土壤固碳速率分別提升0.30 Mg(C)·hm·a和0.60 Mg(C)·hm·a。此外, Sisti等觀察到免耕只有與覆蓋作物結(jié)合時(shí), 才能提高土壤的固碳效率, 這體現(xiàn)出了保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施的系統(tǒng)協(xié)同特征。美國也對保護(hù)性農(nóng)業(yè)進(jìn)行了大范圍的推廣和研究。Allmaras等在分析美國長期田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上, 報(bào)告了SOC儲(chǔ)量的大小順序?yàn)槊飧痉抢绺纠绺??？傮w上, 世界范圍內(nèi)對保護(hù)性農(nóng)業(yè)提升土壤固碳速率的報(bào)道不勝枚舉, 即使在季節(jié)性干旱的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)也起到了改善SOC儲(chǔ)量的效果。我國雖然在保護(hù)性農(nóng)業(yè)方面的實(shí)踐起步較晚, 但關(guān)于其對SOC固定影響的研究也不斷增加。李景等研究發(fā)現(xiàn), 免耕秸稈覆蓋和深松秸稈覆蓋均提高了大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量, 且有機(jī)碳含量隨耕作年限增加; 武均等在隴中黃土高原旱作農(nóng)田不同耕作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 免耕和秸稈還田均較傳統(tǒng)翻耕提高了SOC含量, 且以免耕秸稈覆蓋處理效果最優(yōu)。王成已等整合分析我國長期定位試驗(yàn)表明, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)處理下旱田和水田SOC平均增幅達(dá)0.21 g·kg·a和0.21 g·kg·a。

雖然由傳統(tǒng)耕作方式向保護(hù)性農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變后有利于表層土壤固定更多有機(jī)碳的規(guī)律已被廣泛證實(shí), 但對于底層土壤(20～50 cm)的固碳效果還存在爭議。一些研究發(fā)現(xiàn)采用保護(hù)性耕作措施后, SOC分布的層化現(xiàn)象更為明顯, 即有機(jī)碳主要在表層富集, 而對底層SOC含量影響不大。這主要是保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施對SOC固定的滯后效應(yīng)導(dǎo)致的。隨著土壤環(huán)境的改善及深根作物的種植, 深層SOC可能會(huì)不斷累積, 并形成相較于表層土壤更穩(wěn)定的碳庫。例如,Walia等發(fā)現(xiàn)采用免耕等保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施44年后1 m深度的SOC儲(chǔ)量明顯提升, 甚至超過了森林土壤。此外, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)對SOC固定的時(shí)間尺度效應(yīng)仍無定論。有研究發(fā)現(xiàn)保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施在短期內(nèi)對SOC影響不大或存在波動(dòng), 但也有研究計(jì)算得出, 任何一個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的耕作方式改變, 在前期SOC都以穩(wěn)定的速率積累, 后期碳積累速率逐漸下降, 最終達(dá)到碳積累速率為零的穩(wěn)定狀態(tài)。

值得關(guān)注的是, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)在一些情況下并不會(huì)產(chǎn)生最大的糧食產(chǎn)量, 也不會(huì)使土壤固定足夠的碳以緩解氣候變化。在保護(hù)性農(nóng)業(yè)實(shí)施的初期, 由于雜草、害蟲和病原體增加、還田秸稈C/N較高、養(yǎng)分失衡以及播種設(shè)備不適宜等問題, 糧食減產(chǎn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。此外, 土壤固碳過程受到氣候和土壤環(huán)境等多種因素的影響, 可能會(huì)制約保護(hù)性農(nóng)業(yè)對固碳的提升效果。例如, Ludwig等并未觀察到不同耕作條件下SOC庫的明顯差異, 但保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施可能會(huì)促進(jìn)SOC庫的再分配, 即增加表層SOC含量而降低犁底層SOC含量。同時(shí), 在一些地區(qū), 夏季休耕也對SOC儲(chǔ)量產(chǎn)生了不利影響, 可以通過將休耕轉(zhuǎn)換為種植豆科植物以達(dá)到最大的固碳效益?？傮w來看, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)有時(shí)需要通過犧牲短期的糧食產(chǎn)量來謀求農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)長期的可持續(xù)性,特別是對于一些生態(tài)脆弱區(qū)。因此, 確定不同特定地區(qū)限制保護(hù)性農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、固碳壁壘的原因極為重要; 同時(shí), 通過合理的布局、組合和優(yōu)化保護(hù)性農(nóng)業(yè)的各項(xiàng)措施, 以使其達(dá)到最優(yōu)的糧食產(chǎn)量與固碳效應(yīng)是當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)之一。

4.2 保護(hù)性農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)下的土壤固碳機(jī)制

改善水土保持狀況是保護(hù)性農(nóng)業(yè)提升土壤固碳能力的主要優(yōu)勢。保護(hù)性農(nóng)業(yè)減少了土壤耕作的頻率和強(qiáng)度, 并將作物殘?bào)w作為覆蓋物保留在土壤表面, 可保護(hù)土壤免受雨滴的沖擊而結(jié)塊或結(jié)皮, 減少了徑流、土壤侵蝕和SOC損失的風(fēng)險(xiǎn), 增強(qiáng)了雨水滲透性, 使土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到恢復(fù), 孔隙比例更加協(xié)調(diào)。研究表明覆蓋作物使土壤保水性提高10%～11%。在此基礎(chǔ)上, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)能進(jìn)一步通過影響團(tuán)聚體的形成與瓦解更加精細(xì)地調(diào)節(jié)SOC儲(chǔ)量。土壤顆粒的團(tuán)聚化過程通過固定有機(jī)碳來增加SOC庫的數(shù)量和質(zhì)量。Li等通過meta分析表明, 各種保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施均能有效地增加土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定特征, 從而為有機(jī)碳的保護(hù)奠定根基。秸稈還田和種植覆蓋作物所引入的植物源有機(jī)質(zhì)可以作為膠結(jié)物質(zhì)參與到團(tuán)聚體的形成過程; 同時(shí), 土壤團(tuán)聚體通過復(fù)雜的物理/化學(xué)空間隔離作用(水分、氧氣和微生物等)增加對新輸入有機(jī)碳的保護(hù)。此外, 叢枝菌根真菌菌絲及其產(chǎn)生的球囊霉素蛋白作為結(jié)合劑是提高團(tuán)聚化過程的重要因素, 免耕和少耕則能顯著增加叢枝菌根真菌濃度, 從而有利于團(tuán)聚體和有機(jī)碳穩(wěn)定性的提高。土壤團(tuán)聚體對有機(jī)碳的固定主要取決于其粒級大小, 其中大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳更新較快且更易受到耕作措施的影響, 而微團(tuán)聚體由于較強(qiáng)的化學(xué)吸附能力更有利于有機(jī)碳的長期累積。因此, 合理的耕作措施所構(gòu)建的團(tuán)聚體-有機(jī)碳良性周轉(zhuǎn)關(guān)系有利于土壤固碳能力的提升。

土壤微生物是外源有機(jī)碳向穩(wěn)定SOC轉(zhuǎn)化的重要通道。大量研究表明, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施能夠?yàn)槲⑸锷鎰?chuàng)造適宜的溫度和水分條件, 并為微生物代謝提供豐富的碳源, 促進(jìn)微生物量的生成, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)活體微生物-微生物殘?bào)w-穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)這一迭代過程的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施在促進(jìn)微生物繁殖的基礎(chǔ)上, 還能通過影響微生物群落組成調(diào)控土壤固碳水平。真菌較細(xì)菌具有較高的碳氮比,對碳需求更高, 對新輸入碳源的響應(yīng)也更強(qiáng)。因此, 在秸稈還田或種植覆蓋作物的條件下, 更有利于真菌的繁殖和累積; 同時(shí), 保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施還可以通過改變土壤pH和團(tuán)聚體通氣性的方式促進(jìn)真菌菌絲網(wǎng)絡(luò)的形成, 而免耕減少了土壤擾動(dòng), 也有助于真菌菌絲的建立和穩(wěn)定性的增加。一般而言,真菌殘?bào)w在土壤中比細(xì)菌殘?bào)w更穩(wěn)定, 加之其較強(qiáng)的底物同化能力, 因而保護(hù)性農(nóng)業(yè)通過真菌和細(xì)菌群落之間的權(quán)衡使土壤固碳進(jìn)一步朝有利的方向發(fā)展。在真菌門類水平, 有報(bào)道顯示免耕和秸稈覆蓋降低了擔(dān)子菌門(Basidiomycota)豐度, 增加了子囊菌門(Ascomycota)豐度, 其中子囊菌門在外源有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化過程中作用很大。此外, 微生物群落多樣性較高的土壤中不同質(zhì)量外源有機(jī)碳參與到微生物周轉(zhuǎn)過程的程度更大。由于微生物群落多樣性對土壤環(huán)境變化較為敏感, 有部分研究指出免耕等措施會(huì)降低土壤微生物群落多樣性, 但更多研究表明輪作和覆蓋作物等措施均有助于提高農(nóng)田土壤微生物群落多樣性, 秸稈還田則能提高土壤自養(yǎng)固碳微生物多樣性。在改善微生物代謝能力的基礎(chǔ)上, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)還對整個(gè)土壤食物網(wǎng)及蚯蚓等動(dòng)物數(shù)量和物種多樣性具有積極影響, 土壤動(dòng)物的穴居活動(dòng)促進(jìn)了SOC向底層土壤的遷移, 提高了SOC的駐留時(shí)間。

除微生物量及其群落組成之外, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)還能夠通過增加微生物可利用資源調(diào)控微生物代謝活性及其衍生的微生物源碳累積過程。土壤酶直接參與到SOC循環(huán)過程, 其活性能夠反映微生物活性。相對于傳統(tǒng)耕作, 免耕、秸稈還田和作物覆蓋等保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施能提高與各類群微生物量密切相關(guān)的脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶和纖維二糖酶的活性。另外, 秸稈還田有助于提高微生物底物利用率、代謝功能和與之相關(guān)的CO固定基因豐度, 從而促進(jìn)了SOC的有效累積。從微生物殘?bào)w累積情況來看, 免耕、施有機(jī)肥和秸稈還田會(huì)有效促進(jìn)土壤表層及各級團(tuán)聚體中微生物死亡殘?bào)w的數(shù)量, 提高土壤SOC庫的質(zhì)量與整體穩(wěn)定性, 其中真菌殘?bào)w提高的幅度更大, 但研究結(jié)果尚未達(dá)成一致。Ding等報(bào)道顯示, 微生物殘?bào)w的累積能夠有效地參與到團(tuán)聚化過程, 且優(yōu)先在微團(tuán)聚體中累積并達(dá)到飽和, 這有利于土壤SOC的形成和穩(wěn)定。還有研究發(fā)現(xiàn)免耕也能增加深層土壤中真菌源氨基葡萄糖在黏粒中的富集, 這對于深層SOC庫的穩(wěn)定性提升具有重要意義。

植物生產(chǎn)力同樣與SOC儲(chǔ)量關(guān)系密切, 地上和地下生物量的產(chǎn)生均可以作為SOC形成的潛在來源。由于保護(hù)性農(nóng)業(yè)土壤中較好的結(jié)構(gòu)與養(yǎng)分供應(yīng)關(guān)系,植物凈初級生產(chǎn)力及其衍生的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、凈生物群系生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量等均會(huì)有所提高, 為SOC固定創(chuàng)造重要前期基礎(chǔ)。同時(shí), 種植深根作物及秸稈深還田等措施有助于將根系分泌物和秸稈源碳輸入到底層土壤, 這也是提高SOC儲(chǔ)量的有效策略。鑒于底層土壤中較高的微團(tuán)聚體、黏粒含量以及較低的氧氣比例, 底層土壤中的SOC更易于與土壤礦物顆粒結(jié)合, 形成穩(wěn)定的化學(xué)保護(hù)結(jié)構(gòu)。

總體來看, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施可以通過減少SOC的礦化, 增加SOC來源, 調(diào)控土壤團(tuán)聚化過程, 促進(jìn)微生物量及其殘?bào)w的累積, 改善微生物群落組成及代謝活性等多種方式協(xié)同作用于SOC固定過程(圖4)。但值得注意的是, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)應(yīng)該是集多種措施的互補(bǔ)性和整體性農(nóng)業(yè)管理方案, 而長期使用單一的耕作措施會(huì)造成土壤的單向演變, 如長期免耕可能會(huì)增加容重, 不利于SOC的良性循環(huán)。因此, 恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)性農(nóng)業(yè)措施選擇與組合是實(shí)現(xiàn)土壤最大固碳能力的關(guān)鍵所在。

圖4 保護(hù)性農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)下的土壤固碳機(jī)制Fig.4 Soil carbon sequestration mechanism driven by conservation agriculture

5 總結(jié)與展望

正確認(rèn)識并理解SOC的形成穩(wěn)定機(jī)制及其與農(nóng)田管理措施的關(guān)系是解決土壤退化以及應(yīng)對全球氣候變化的關(guān)鍵。尤其是在面臨碳中和目標(biāo)的壓力下,提高土壤的碳匯功能至關(guān)重要。長期實(shí)踐證明, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)有望成為破解土壤肥力下降與糧食需求增長矛盾的利刃。然而, SOC具有復(fù)雜性、易變性和相關(guān)理論體系多元化的特征; 保護(hù)性農(nóng)業(yè)也是眾多農(nóng)田管理措施的綜合體, 錯(cuò)綜復(fù)雜且相互影響。在這種背景下, 保護(hù)性農(nóng)業(yè)如何精確調(diào)控SOC循環(huán)過程仍然撲朔迷離、充滿疑問。未來研究應(yīng)在以下幾方面加以深入:

1)明確保護(hù)性農(nóng)業(yè)介導(dǎo)下SOC固定的微生物-團(tuán)聚體-礦物協(xié)同作用機(jī)制。探索SOC的真實(shí)賦存形態(tài)是明確土壤固碳機(jī)制的根本。隨著有機(jī)碳分組和分離技術(shù)的提升, 使準(zhǔn)確地解析SOC組成、結(jié)構(gòu)和豐度, 建立起SOC分子組學(xué)研究體系成為可能。此外, 微生物是SOC截獲過程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)者。在耦合運(yùn)用同位素技術(shù)和組學(xué)方法的基礎(chǔ)上, 如何抽絲剝繭地精準(zhǔn)識別出保護(hù)性農(nóng)業(yè)介導(dǎo)下的微生物群落格局及其碳周轉(zhuǎn)功能的關(guān)聯(lián)是破解土壤固碳黑箱的重中之重。同時(shí), 將活體微生物的代謝過程同微生物死亡殘?bào)w累積的動(dòng)態(tài)進(jìn)行結(jié)合有助于解析SOC形成的微生物連續(xù)性參與機(jī)制。需要注意的是, 微生物雖然主導(dǎo)著SOC的形成與損失, 但有機(jī)碳真實(shí)穩(wěn)定性的產(chǎn)生應(yīng)歸屬于團(tuán)聚體與礦物對其的物理閉蓄和化學(xué)吸附。因此, 明確不同空間格局下土壤顆粒對微生物來源碳和植物來源碳的保護(hù)機(jī)制以及微生物群落響應(yīng)規(guī)律, 綜合構(gòu)建起SOC固定的微生物-團(tuán)聚體-礦物協(xié)同作用框架將成為該研究領(lǐng)域的前沿。

2)建立保護(hù)性農(nóng)業(yè)長效研究體系。SOC的演變是一個(gè)較為緩慢的過程, 其短期含量的變化并不能真實(shí)反映土壤質(zhì)量的增減, 因而迫切需要在不同農(nóng)田類型區(qū)建立保護(hù)性農(nóng)業(yè)長期定位試驗(yàn)基地, 動(dòng)態(tài)持續(xù)監(jiān)測SOC收支狀況、團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)及微生物代謝變化、水分和養(yǎng)分循環(huán)特征、病蟲害變異規(guī)律等與土壤固碳過程密切相關(guān)的因素。在考慮氣候類型、土壤狀況、種植制度等基礎(chǔ)上, 明確不同保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施單獨(dú)或耦合調(diào)控下SOC固定的潛力與實(shí)質(zhì),從而制定出因地制宜的保護(hù)性農(nóng)業(yè)推廣方案。

3)關(guān)注保護(hù)性農(nóng)業(yè)下深層土壤固碳過程。深層土壤是潛在的巨大“碳匯”, 但也存在很多限制微生物活動(dòng)和根系生長的因素, 如能量來源和養(yǎng)分的缺乏。保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施如何影響深層土壤微生物的適應(yīng)性,深根作物根系分泌物如何參與到微生物同化及礦物吸附途徑仍有待進(jìn)一步考證。同時(shí), 探索緩解深層土壤中根系限制因子的有效方法對于增加深層SOC庫和作物產(chǎn)量至關(guān)重要。

4)構(gòu)建基于農(nóng)田實(shí)踐的SOC管理框架。土壤固碳是恢復(fù)退化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的必然選擇, 但明確特定條件下土壤固碳的閾值水平, 理解SOC與農(nóng)田生產(chǎn)力及土壤過程、功能的影響不僅僅是一個(gè)學(xué)術(shù)問題, 還需要進(jìn)一步加強(qiáng)SOC管理實(shí)踐運(yùn)動(dòng)。將土地與農(nóng)田的管理同碳的管理相結(jié)合, 建立起SOC管理框架, 并納入經(jīng)濟(jì)政策、環(huán)境可持續(xù)方案等要素, 這些體系可以幫助土地管理者和農(nóng)戶制定科學(xué)合理的可持續(xù)土地利用戰(zhàn)略。