土壤有机碳的分类

土壤有机碳是通过微生物作用所形成的腐殖质、动植物残体和微生物体的合称，是土壤极其重要的组成部分，不仅与土壤肥力密切相关，而且对地球碳循环有巨大的影响，土壤有机碳的组成成分和结构十分复杂，是土壤学的研究热点问题。

一、 土壤有机碳物理分类

土壤有机碳的物理分类主要以有机碳相对密度、土壤颗粒大小或土壤团聚体等为依据。因原生质土壤状态在物理分类过程中被破坏度较低且性能保持良好。物理分类主要通过崩解、分散、密度离心和沉降等方法来分离出活性不同的有机碳组分。

1.1 根据密度分类

20世纪80年代就开始采用密度分类法，指采用某种相对密度的溶液将土壤中不同密度的颗粒有机物质分离开来的过程。其中，溶液中沉淀部分被定义为重组有机碳(HFOC)，悬浮部分物质被定义为轻组有机碳(LFOC)。密度分离过程最常采用碘化钠、聚钨酸钠等水溶性分离溶液。轻组有机碳库是介于植物残体和腐殖质类物质的碳库，主要以游离态存在。轻组有机碳是指能观察到真菌和放线菌孢子的微生物结构体，在土壤总量中的占比较小，大多来自植物碎片、植物根系及木炭，化学成分多为碳水化合物和氨基酸。重组有机碳主要成分为腐殖质，在土壤中以有机-无机复合体形式存在。

1.2 根据颗粒大小分类

由于土壤有机碳与土壤颗粒结合紧密，为了研究颗粒结合有机碳物理组分，将土壤中粒径在53~2 000 μm 的碳定义为颗粒有机碳(POC)。土壤颗粒有机碳是动植物遗体向土壤腐殖质转化的过渡产物，可为微生物、植被生长提供必要的营养元素，一般情况下周期约为6~18年。由于颗粒有机碳对外界条件变化的反应灵敏，因此土壤中的植物残留物质量、数量、土壤类型、气候条件以及耕作管理模式等都会影响颗粒有机碳的盈缺。

1.3 根据团聚体分类

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，对土壤有机碳起到保护作用，可阻碍微生物与底物相互接触，降低、抑制微生物活动，在土壤形成过程中扮演重要角色。土壤团聚体具有协调土壤水肥气热、影响土壤酶的种类和活性，保持土壤疏松熟化层三大作用。土壤团聚体含有表层土90%左右的有机碳，对揭示人为干扰对碳循环的影响具有重要意义。土壤团聚体形成过程依赖有机胶结剂的作用，根据形成团聚体胶结剂的不同，以250mm为界将团聚体分为大团聚体(A)和微团聚体(M)，并规定粒径>250μm的团聚体为大团聚体，粒径<250 μm的团聚体为微团聚体。其中大团聚体可细分为>5 000、2 000~5 000、250~2 000 μm,微团聚体可分为 53~250、<53 μm。

二、 土壤有机碳化学分类

最初土壤有机碳化学分类以腐殖质类物质为主，目前土壤有机碳化学分组主要以碳组分在各种提取剂中的氧化性、溶解性和水解性不同进行分类，提取剂包括氧化剂、水或酸溶液等。

2.1 根据物质组成分类

土壤腐殖质(HS)是土壤固相中呈棕色或黑色胶体状且性质较为活跃的物质，在土壤总质量中仅占一小部分，但在维持土壤肥力、保护生态环境、保障农业可持续发展等方面十分重要。主要表现3个方面:

(1)土壤腐殖质是土壤中氮、磷的主要来源，与土壤形成、发育过程关系密切，对植物生长起到促进作用。

(2)土壤腐殖质本身的吸附、络合作用能降低土壤重金属、有机化合物等对土壤的污染。

(3)土壤腐殖质利用土壤的通透性、渗透性、吸附性和缓冲性等产生作用，改变土壤结构、胶体状况，起到调控水分运动的作用。

土壤腐殖质根据物质组成细分为富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Humin)3类。富里酸和胡敏酸是腐殖质的主要成分，统称为腐殖酸。胡敏酸是由具有芳香气味的芳香碳架和具有亲水集团的侧链碳两部分组成，其分子大小，芳构化程度和功能团的数量都会影响团聚体形成过程的速率。胡敏酸性质较为活泼，与富里酸的比值(HA/FA)可有效反映出土壤腐殖质的品质和稳定性，比值越高，说明腐殖质聚合程度越高，品质越好，稳定性越好形成良好土壤结构的能力也越强。胡敏素与土壤矿物质结合最为紧密，主要以有机无机复合体形式存在，属于惰性腐殖质。

2.2 根据化学溶剂分类

根据土壤有机碳测定过程中使用的化学溶剂不同，将土壤有机碳划分成易氧化有机碳、溶解性有机碳和酸水解有机碳。

能被333 mmol/L 高锰酸钾氧化的有机碳命名为易氧化有机碳(ROC)。易氧化有机碳为植物生长、土壤微生物活动提供能源，在土壤中易分解、易氧化、易矿化，其周转时间较短，参与的碳循环范围较大，能敏感反映群落植被与土壤环境早期的细微变化。测定过程中常用的氧化剂为重铬酸钾和高锰酸钾。

溶解性有机碳(DOC)是指能通过孔径为0.45μm滤膜、结构各异的有机分子统一体，主要成分为蛋白质、氨基酸、大分子腐殖质以及碳水化合物。植物凋落物、根系及其分泌物、土壤腐殖质以及微生物为溶解性有机碳提供碳源，溶解性有机碳性质活泼，易溶于水或稀盐溶液，其亲水部分对溶解性有机碳的溶解起到促进作用，含量随土壤深度的增加而减少;疏水部分为土壤微生物提供碳源，参与温室气体的排放。溶解性有机碳作为陆地生态系统中较为活泼的有机碳组分，既能被矿质土壤吸附，也能随土壤水分的移动进入水体环境，成为土壤圈层连接其他圈层的重要物质形式。

酸水解是指利用硫酸和盐酸作为提取剂来提取土壤中的氨基酸、氨基糖以及碳水化合物等物质。提取过程中，硫酸可提取22%~45%有机碳而盐酸可提取 30%~87%有机碳。酸水解作用将酸水解有机碳分为活性有机碳和惰性有机碳，以此计算惰性指数、衡量惰性有机碳库大小。酸水解成分为多糖、核酸和蛋白质，未水解成分主要为木质素、脂肪、蜡、树脂和软木脂等，2%盐酸可水解半纤维素，80%硫酸可水解结晶纤维素。

三、土壤有机碳的生物分类

土壤有机碳的生物分类是用特定的生物方法将土壤有机碳分为生物潜在可矿化碳(PMC))、微生物生物量碳(MBC)。微生物生物量碳是土壤中最活跃的一部分有机碳。微生物生物量碳在土壤中占比较少，直接参与土壤代谢与分解，是土壤中至关重要的部分。把微生物生物量碳与土壤有机碳的比值来衡量土壤碳的平衡、积累或消耗,即为评价土壤有机碳动态变化的指标。目前可测定土壤微生物生物量碳的方法很多，例如直接镜检法、三磷酸腺苷分析法、熏蒸培养法，熏蒸提取法，底物诱导呼吸法和磷脂脂肪酸法等，其中最常用的则是氯仿熏蒸法。生物潜在可矿化碳的测定需要采用微生物学方法，即微生物分解有机物质过程中每单位微生物量产生的CO2量。高值代表发酵微生物区系的活性，低值则反映稳态土著性微生物区系的活性，该指标同时是评价土壤肥力的重要尺度之一，在整个碳循环过程中起着至关重要的作用。