土壤侵蝕影響環境，表現出一系列環境效應，影響人類的生產與生活

導語：

土壤侵蝕的發生和發展不可避免地會在不同尺度上影響著環境系統，

表現出一系列環境效應。

由於對人類生產與生活活動產生即時和直接的影響，

土壤侵蝕的環境效應受到廣泛關注。

凋落物和表層礦質土壤中存在大量的有機碳

，但是這一部分碳的主要成分是複雜的和難分解的化合物例如木質素和腐殖酸，

對於微生物而言難以獲取。

深入瞭解土壤水蝕的環境效應，土壤有機碳是有機質的核心組成元素

1、環境效應

目前關於土壤水蝕的環境效應的研究進展主要有以下3個方面

：一是土壤肥力與質量的下降。在長期水力侵蝕影響下，養分肥沃的表層土壤逐漸被剝蝕，土壤養分隨著徑流與泥沙大量流失，

導致土壤肥力的下降和土壤抗侵蝕能力的降低，

造成“侵蝕–流失–侵蝕”的惡性迴圈。

當土壤流失速率大於形成速率時，

土壤侵蝕導致土層厚度變薄，土壤通氣透水性降低，土壤質量下降。

由於長期大面積的陡坡開墾和土壤質地的疏鬆

，我國黃土高原地區水土流失十分嚴重，

土壤肥力嚴重退化。

根據延安地區水保站的長期監測資料，

1984-1991年8年間，

土壤有機質、全氮、鹼解氮和速效磷含量平均下降速率分別為1。3%、1。4%、2。5%和6。2%。

二是植物生產力的降低。水蝕的直接作用物件是土壤

，長期水力侵蝕影響下土壤肥力的降低與結構的惡化會進一步影響植物的生長與發育，

在農業用地上直接表現為對作物生產力的影響。

全球尺度上，每年因土壤侵蝕導致的糧食減產

，穀物達1。9×108t，大豆達6。0×106t，根莖作物達7。3×107t，

其中亞洲、撒哈拉以南的非洲地區和熱帶部分地區

的植物生產力受侵蝕影響最為嚴重。三

是土壤侵蝕對碳迴圈與全球變化的影響。

土壤有機碳是有機質中碳素的總稱，

是有機質的核心組成元素

。

雖然土壤有機碳含量只佔土壤總量的很小一部分

，但它對土壤肥力、結構、生態環境與農林可持續發展等方面都有著重要作用。

現有研究結果表明，

土壤水蝕分離、搬運與沉積過程都對土壤有機碳庫具有顯著影響，

且主要從有機碳的橫向遷移流失與垂向碳交換兩個方面改變土壤有機碳庫。

全球因侵蝕而發生遷移的有機碳為4.0~6.0PgCyr-1

，其中20%被礦化分解為CO2進入大氣，

即每年約0.8~1.2PgC因侵蝕而釋放到大氣中。

由於侵蝕對土壤有機碳庫的這一巨大影響，

土壤侵蝕作用下陸地生態系統碳迴圈

與碳平衡的變化規律研究逐漸成為全球前沿研究領域之一。

2、微生物影響

可溶性有機碳只佔土壤有機物質的小部分但卻是功能非常重要的部分。

很多野外和培養試驗已經證明，微生物活性隨著易分解碳的新增而增加。而且，新增易分解碳通常會增加纖維素、

植被凋落物以及其他腐殖化的土壤有機物質的分解。

通常認為

，易分解對土壤有機物質分解的影響都是來源於快速生長的專門利用易

分解

有機物質的微生物

（r-策略者）

與那些以聚合態的有機物質為食的微生物（K-策略者）之間對能量和養分的競爭。

研究表明細菌和真菌對土壤有機碳底物

的響應存在差異。

在水力侵蝕遷移與富集過程中，土壤有機碳庫中的輕組成分易被微生物利用和分解。

有近

20%~30%

的土壤有機碳在侵蝕過程中被微生物礦化釋放進入大氣中。在土壤侵蝕發生後，

由於侵蝕區土壤溫度、溼度、質地以及通氣性發生改變，

進而改變微生物底物利用效率；

而在沉積區或沼澤地帶通常因具有過量的水分及高度富集的有機碳含量。

容易形成厭氧發酵環境，

從而有利於產甲烷菌的生長活動，相當量的土壤有機碳因此被轉化成甲烷而釋放進入大氣。

土壤團聚體的形成缺少不了植物根系

及微生物的作用，經過水力侵蝕影響的土壤，

微生物正常的生存環境被破壞。

無論是在群落多樣性還是在個體數量上都發生波動

，從而導致其對土壤團聚作用的貢獻減弱，

嚴重阻礙土壤對於有機碳的封存。

與侵蝕區相比，

沉積區土層具有較高的酶活性，

這主要有三個方面的原因。

首先，長期的水力侵蝕改變了土壤養

分在坡面各部位的分佈模式，

使得沉積區土壤養分含量明顯高於侵蝕區。

沉積區土壤較高的養分含量，

不僅有助於土壤微生物的生長繁殖，而且能誘導微生物胞外酶的釋放，

從而提高沉積區土壤酶的活性。

其次，長期的侵蝕過程使沉積區表層土壤含水率、孔隙度明顯增大，

這有利於沉積區表層土壤動植物及微生物的呼吸代謝，進一步促進酶的釋放。

再次，土壤酶能夠與土壤黏粒及腐殖質結合

以有機無機複合物的形式存在於土壤中，從而能夠長時間保持活性。

絕大多數酶在土壤中均處於被吸附的狀態，

所以土壤固相的表面特徵決定了酶活性在土壤中的長久保持。

長期的土壤侵蝕使得坡上細顆粒選擇性遷移至坡底

，坡下沉積區表層土壤較高的黏粒含量有利於土壤酶活性的保持。

3、土壤有機碳礦化的微生物作用機制

微生物對土壤有機質的礦化分解是土壤呼吸的重要組成部分，

是陸地生態系統CO2排放的重要途徑。

在過去幾十年，

國內外學者就微生物在土壤有機碳礦化過程中所起的作用做了大量研究，

但有關土壤有機碳礦化的微生物調控機制仍然存在分歧。

作為土壤有機質的主要分解者

，大多數研究者認為自然或人為擾動誘導的土壤微生物丰度、

群落組成及其活性的改變都將在一定程度上影響土壤有機碳礦化，

即微生物群落是土壤有機碳礦化的主要調控者。

例如，

應用室內礦化培養實驗研究了不同土地利用型別

土壤有機碳礦化與微生物特性之間的關係，

發現微生物量碳與有機碳的比值與土壤有機碳礦化速率呈現耦合變化規律

。透過在無菌土壤中接種本地微生物群落與外來微生物群落，指出土壤有機碳的微生物礦化呈現出

“主場優勢”

這一特點，接種本地微生物的土壤其有機碳礦化速率是接種外來微生物土壤的

1.29倍。

他們認為自然或人為干擾誘導

土壤理化性質的改變主要透過影響土壤微生物群落與有機碳的生物可利用性間接影響有機碳礦化速率。

例如，侵蝕誘導的土壤團聚體破壞與有機碳的深埋分別透過促進與抑制微生物與有機碳的接觸以間接影響有機碳的儲存與礦化；

微生物呼吸的季節性變化主要由溫度變化對微生物活性的影響而造成的。

自然或人為擾動也會影響土壤侵蝕以及土壤有機碳礦化，需深入瞭解

除總微生物丰度與物種多樣性

，自然或人為擾動誘導微生物群落組成的改變也會對土壤有機碳礦化產生顯著影響。

細菌與真菌佔整個微生物群落的90%以上，

是土壤中最主要的兩大微生物類群，

且與土壤有機碳的礦化和固存密切相關。

已有研究指出土壤真菌/細菌比是影響土壤有機碳礦化和固存的重要生物因子，洩高精

通常認為土壤中真菌/細菌比回口認值越大

，土壤有機碳的釋放速率越組頂小，

平均停留時間越長，真菌/細菌比與土壤有機碳的釋放速率負相關。

微生物群落組成與有機碳礦化的這一內在關係可能與細菌

、真菌在土壤有機碳利用效率、細胞壁與分泌物組成以及土壤顆粒聚合等方面的差異有關。細菌與真菌同時利用單位有機碳，

真菌所產生的生物量碳要遠大於細菌，

更高比例的碳將被儲存於真菌主導的生態系統中。

相對於細菌群落，真菌對土壤有機碳的利用效率更高，增長效率更大。

就細胞壁與分泌物組成而言

，真菌壞死部分主要由幾丁質與其他潛在的難分解膜組分構成（如麥角固醇），

它們在土壤中具有較長的停留時間，

因而在真菌主導的生態系統中微生物壞死部分

分解速率往往低於細菌主導環境。

此外，真菌與細菌群落生長形態的巨大差異也與土壤碳的物理保護密切相關。

土壤中大部分真菌具有較長的菌絲，

它們能夠對土壤顆粒進行物理纏繞，

加速土壤顆粒聚合形成團粒結構，

提升土壤碳組分的物理保護，進而促進土壤碳的固存。

結語：綜上所述，明確侵蝕坡面土壤微生物群落及其呼吸特徵是科學認識侵蝕影響下碳迴圈及

CO2排放源匯效應的關鍵

。目前，相關研究顯著拓展了對土壤微生物多樣性和功能的認識，

明確了土壤微生物在碳迴圈中的作用及侵蝕條件下環境因子的變化、

有機底物數量和質量等對土壤碳迴圈微生物驅動過程的影響。