【争鸣】从《土壤学》教材的变化窥视土壤有机质理论的发展
近些年关于土壤有机质的讨论一直很激烈，百家争鸣。回归到大学课堂，土壤学教材应该是最能反映大家公认学术观点“圣地”。中国农业出版社出版的先后几个版本的《土壤学》是很多高校农业资源与环境专业的经典教材，现对以往应用较广范的《土壤学》（2000）和现在的《土壤学（第四版）》（2019）关于土壤有机质章节稍作对比，以窥视土壤有机质理论的一些进展。两个版本教材的主要架构是一致的，但也对一些科学前沿内容进行了适当更新，现挑选主要的地方梳理如下。
（1）关于土壤有机质的重要性方面多了“全球变化”、“土壤生态系统功能”“新型有机污染物”、“病原菌”、“生物污染物”等词汇。（2）对于土壤有机质的定义和囊括的范围有些许变化。现将前后两个版本的定义完整摘录如下。1）土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。2）土壤有机质是指存在于土壤中的所有有机物质，它包括土壤中各种动植物残体、微生物体、微生物分解和合成的各种有机物质，以及因火灾而产生的黑炭（或焦炭）物质。主要的变化一个是去掉了“含碳的”，另一个是添加了“黑炭”。（1）在土壤有机质来源段落，添加了土壤有机质的次要来源为“动物排泄物及动物残体”（2）在植物残体化学组成段落，植物残体中主要有机化合物包括“碳水化合物、木质素……”改为“糖类、木质素……”，在后文中也均作了相应修改（3）表2-1全球土壤碳含量中，更新了不同土纲面积，并增加了无机碳含量，并强调出“大约有一半的有机碳存在于有机土、始成土和冻土3个土纲中”（4）在土壤有机质含量段落，在说明土壤有机质含量约是有机碳含量的1.724倍的基础上，补充“也有人采用2倍来粗略估算土壤有机质的含量”。（5）在土壤有机质组成段落，将有机质中含碳量由“52%—58%”改为了“55%—60%，平均为58%”，含氮量由“3.7%—4.1%”改为了“3%—6%，平均为5.6%”。（6）在土壤有机质组成段落，补充了水溶性有机质的特性“水溶性土壤有机质只占土壤有机质的较小部分，但它容易被土壤微生物分解，在提供土壤养分方面起重要作用。水溶性有机质对土壤生态系统中元素的生物地球化学循环及污染物的毒性和迁移也有重要影响”（7）在土壤有机质的组成部分，新增加了由于火灾形成的黑炭（black carbon）这一类别，并概述了黑炭的独特性质；还简要介绍了人工制备的生物质炭（Biochar）。（1）在本节开篇，补充了根据有机质分解难易程度所进行的有机质库划分，包括1）活性有机质，其构成土壤有机质的活性库（active pool）；2）惰性有机质，其构成土壤有机质的惰性库（passive pool）；3）缓效有机质，其构成土壤有机质的缓效库（slow pool）。并介绍了不同有机质库的组成，概述如下：活性有机质主要包括微生物生物量、游离微粒有机质（POM）、部分易降解富啡酸、多糖等其他非腐殖物质，惰性有机质主要包括黏土矿物腐殖质复合体中受物理保护的腐殖质、大部分胡敏酸和胡敏素以及黑炭，换效库主要包括木质素等不易降解化合物含量较高的微粒有机质。（2）在本节补充了图2-1，土壤不稳定碳库的转化和稳定碳库的形成。（3）在简单有机化合物的分解和转化段落，对一些有机化合物的性质作了更新，其中更新最多的是木质素，摘录如下：“木质素是植物细胞壁的成分，是一类复杂的具有多环或酚类聚合物，其中大部分是含有各种甲氧基的苯丙烯类结构，比糖类要稳定的多，容易在土壤中积累，只发现少数白腐真菌等微生物能够分解木质素”（4）在植物残体的分解转化段落，在分解的第一阶段，补充“第一阶段被认为是r型微生物的分解作用”，在分解的第二阶段，补充“对应于第二阶段分解的微生物主要是K型微生物，这类微生物数量少，生长繁殖过程缓慢，但能够利用结构较复杂的高分子有机物质，营养条件受限往往是影响微生物对有机质分解的限制因素”。此外，说明植物根系“因含有较多难降解成分（例如木质素、角质）”，因而在土壤中的年残留量比地上部分秸秆更高。（5）补充了黑炭的分解和转化相关内容：“黑碳是十分稳定的碳库，尽管其表面性质可因氧化、还原、溶解、沉淀等过程发生变化，但其高度芳环化结构可使其在土壤中保留几百年甚至几千年”（6）在植物残体的特性影响有机质分解转化段落，增加了“疏水性有机物质的分解速率比亲水性有机物质缓慢”，补充了“除了碳氮比外，植物残体的木质素与氮的比值、鞣质与氮的比值等也可作为衡量土壤中植物残体分解速率的指标，这些指标越高，表示植物残体越不易分解，反之亦然”（7）在土壤特性影响有机质分解转化段落，对黏土比砂质土含有更多有机质的原因做了补充“黏质土能产出更高的植物生物量和具有较差的通气性”（1）将原来“土壤腐殖物质-粘土矿物复合体”部分改为“土壤腐殖物质-黏土矿物-微生物相互作用”，并单独增加了“微生物与土壤有机质和黏土矿物之间的相互作用”段落。（2）针对土壤腐殖酸的提取和分组补充以下内容：“但最近，采用强碱提取的腐殖物质是否还能帮助人们进一步理解土壤、沉积物和水溶液中有机质的动态和特性，引起了广泛的争论。主要有两种完全不同的观点，一种新的观点认为碱可提取性有机质实际上是一种'人工合成品’，根本不适合用来表征自然环境中天然土壤有机质的结构和功能，另一种是持肯定态度的传统观点，认为腐殖化是自然环境中真实存在的一个过程，碱处理对腐殖物质仅发生轻微的化学改变，提取得到的腐殖物质能够代表环境中持久性的天然有机质，是研究土壤和水中天然有机质结构和功能的有用途径”（1）在土壤有机质在土壤肥力上的作用补充：“植物和微生物的作用还会向土壤中释放化感物质（allelochemical），常见的化感物质主要有低分子质量有机酸、酚类和萜类，它们能影响周围其他植物和微生物的生长、健康、行为或群体关系”（2）在土壤有机质对有机污染物的固定作用段落，除原来的“农药”外，补充了“多环芳烃、多氯联苯、抗生素等有机污染物”，并添加“根据双模式理论，土壤有机质由无定形的橡胶态和紧密交联的玻璃态组构成。橡胶态有机质结构相对疏松，其对有机污染物的吸附以分配作用为主，速度较慢，呈线性且无竞争。而玻璃态有机质不仅结构致密紧实，而且内部存在诸多纳米孔隙，其对有机污染物的吸附除了分配吸附外，还有相当比例的孔隙填充作用，因而吸附较快，呈非线性，且存在竞争吸附现象”（3）在土壤有机质对全球碳平衡的影响段落，补充以下内容：“在工业革命前，大气中的二氧化碳浓度为280μL/L，到2015年已高达400μL/L，大气中二氧化碳浓度每年大约以0.5%的速率递增。尽管矿物燃料燃烧是大气二氧化碳浓度增加的一个重要贡献者，但主要原因是由于全球土地利用方式发生改变而导致土壤有机质分解产生大量的二氧化碳。”（4）在土壤有机质的管理段落补充：“耕作土壤有机质含量实际上是经过一段耕种年限后其达到新的平衡时维持在一个相对更低的稳定值”、“施用生物炭可以改善土壤结构、提高土壤保肥和供肥能力、降低温室气体排放、修复重金属或有机污染的土壤等，也可以增加土壤有机质的含量”（因时间紧张且能力有限，有疏漏和不当之处请指正！——徐英德）
参考文献：
[1] 黄昌勇，土壤学，2000，中国农业出版社
[2] 徐建明，土壤学（第四版），2019，中国农业出版社
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