(一)土壤碳的形态

土壤碳库的变化与其碳的存在形态和生物有效性有密切的关系，这种关系进而影响到土壤碳与地球表层系统间的交换，与温室效应有密切的联系。

(1)土壤有机碳的固体形态

土壤有机碳的存在形态包括以粗有机质和有机质-土壤矿物质结合的细颗粒态两类。不同土壤中有机碳的存在形态及比例不同，在非洲热带土壤中，残落粗有机质和颗粒状有机质构成土壤总有机质的20％～30％，且未熏蒸土壤的CO₂产生量与粗有机质呈极显著正相关。土壤团聚体中有机碳的分布及其对环境变化的响应在土壤碳储存研究中一直受到重视。一般以国际制土壤颗粒分类区分土壤微团聚体，并以重液来区分出与细土土壤矿物质紧密结合的重组结合态有机碳和团聚于较粗颗粒的轻组有机碳。

对于轻组有机碳，亦认为是土壤中未和矿物结合的游离有机物质，是土壤中易分解的碳库。而重组有机碳，认为是与矿物结合形成有机无机复合体的有机碳，这部分有机碳由于受土壤矿物的保护，是土壤中分解较慢的碳库。在早期的研究中重液大多采用溴仿-乙醇混合液和杜列液以及硫酸镁、溴化锌和碘化锌等溶液，而日前主要选择碘化钠和多聚钨酸钠溶液。轻组有机碳部分通常只占土壤质量的0.03％～8.2％，但它的含碳量则是有机碳总量的1％～85％。许多研究表明，轻组有机碳对种植制度、耕作方式、施肥措施和土地利用以及气候变化的响应比土壤总有机碳更为敏感，是反映土壤质量变化的一个敏感指标。重组有机碳含量一般占土壤总有机碳含量的50％～90％，同轻组有机碳部分相比，具有转化慢、C/N值低等特点，该组分对土壤肥力的保持以及土壤碳的固持具有重要意义(韩士杰等2008)。

(2)土壤有机碳的生物形态

近年来，对土壤环境中微生物碳的研究日益活跃。微生物碳(C_mic)是活跃的移动性碳库，通常采用氯仿熏蒸-K₂SO₄分散提取法测得。上壤微生物碳量(C)一般达0.1～0.4 kg/m²，占土壤有机碳的0.5％～4.6％。我国黑土地区表层0～20 cm土壤中的微生物碳量为130～240 mg/kg，红壤微生物碳量介于20～425 mg/kg间，水稻土介于91～917mg/kg间，因土壤肥力而异。土壤微生物碳不仅因土壤类型不同而异，而且土壤微生物碳量明显地随着作物生长季节和耕作制度变化而变化。微生物碳量与土壤有机碳量的比值可作为土壤碳的生物有效性指示。

(3)土壤有机碳的溶解态

溶解性有机碳(DOC)是目前生态系统移动性碳的又一研究热点。DOC是指能溶解于水中的有机碳，它是陆地水系统中的重要物质。一般采用野外土壤溶液样品直接经TOC仪测定而得到，亦可用热水浸提测定。水稻土DOC在10～30mg/kg；庐山酸沉降影响下森林生态系统土壤DOC浓度介于150～700 mg/kg间，因植物生长期以及季节变化而异，并且与溶解铝浓度和单核铝-多核铝的比值高度相关，它表明了DOC作为移动性碳库对于土壤环境中元素迁移的驱动意义。森林生态系统灰化土DOC通量可高达1000～1500kg/(hm²·a)(潘根兴等2000)。

(二)土壤碳的活性

土壤碳的活性是指土壤碳有效性的高低，为微生物分解与利用的难易程度和可为植物直接利用的营养元素的多寡等。通常所指的土壤活性有机碳是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，且在土壤中移动较快、不稳定、易氧化、易分解和易矿化，其形态和空间位置对植物和微生物有较高活性的那部分土壤碳素。主要包括微生物生物量、轻组有机质、易矿化的碳和氮、容易浸提的碳氮及碳水化合物等。

化学有效性指标在研究土壤碳库稳定性上很有价值，通常可用有机质的氧化稳定性(Kos)和氧化移动度表示。有机质氧化稳定性是指难氧化有机质与易氧化有机质的比值。我国各主要土壤类型的有机质氧化稳定性为0.5～1.2，此值越低，土壤碳的生物有效性越大，它与土壤肥力和环境质量有关。通常可用土壤碳的(氧化)移动度来评价土壤碳的移动性，即1/3 mmol/L的KMnO₄可氧化碳除以残余碳得到的比值就称之为土壤碳的移动度。巴西热带氧化土壤中碳的移动度约为1，桂林岩溶洼地表土的碳移动度为2～4，而太湖地区肥沃水稻土碳移动度为2左右。

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