圖片：有時老師可以試著帶著小朋友挖掘土壤剖面來瞭解土壤剖面的垂直結構
作者：嚴融怡
近幾年，氣候暖化仍在加劇，也連帶促使許多環境災難的持續發生。然而很多時候，社會大眾普遍仍然並不知道土壤除了作為農作物的重要生長介質以及生長養分吸收來源以外，土壤環境更是萬千微生物的生長搖籃，也同時是地球碳的重要儲存庫，因此土壤才有『黃碳』的稱呼，土壤環境(黃碳)是與海洋環境(藍碳)以及森林環境(綠碳)並駕齊驅作為二十一世紀協助人類固碳甚至潛在碳封存場域的重要希望所在之一。土壤可以透過有機物結合或是礦物夾層的吸附、錯合等各類形式，來進行碳素的固定，並且有助於減輕全球大氣當中的碳含量組成，進而減緩氣候暖化。在全球範圍當中，土壤碳儲量佔陸域總碳儲量的三分之二以上。而森林土壤（包括泥炭土）則蘊藏約佔森林碳庫總量的69%。尤其溫帶森林土壤與溫帶草原土壤的有機質是全球土壤碳儲藏的重要大宗。土壤中儲存的碳量常常取決於生物群的有機物質輸入(包括特定地點的植被類型及其生產力的影響)，以及主要透過土壤微生物分解含碳物質與微生物呼吸所造成的儲碳損失。森林可以透過光合作用與呼吸作用不斷進行碳循環；然而，碳在植被與土壤剖面之間運移的時間跨度有時可以從幾年到幾個世紀之間，這中間也取決於森林土壤所在的物種、場地條件、干擾狀況以及和人類對於人工林區的管理實踐等等。人為的干擾有時會促進土壤碳的損失，也因此無論是在農業土壤或是森林土壤，近幾年有關於人們如何管理土壤的過程所會對於全球碳封存的影響一直都是碳管理科學上很重要的一環。像是在人工林區全面性的皆伐或是在農業土壤當中不斷進行翻耕、或是人們的農業活動破壞草原內部的泥炭土等等，這些都可能影響原有的土壤碳儲存環境。
在土壤與海洋沉積物當中，鐵質所對於碳儲存運作的影響也是近幾年科學家所重視的環節；這是因為活性鐵是土壤中有機碳的重要吸收源；而在海洋表層沉積物當中所保存約20%的總有機碳也經常是以反應性鐵結合（FeR-OC）的形式而存在的。然而，FeR-OC也仍然牽涉微生物的利用，進而影響其穩定性。近幾年，有科學家認為應該要重視包括土壤、海洋沉積物、全球水庫沉積物等各項沉積物當中的FeR-OC。因為FeR-OC儲層與沉積生物地球化學過程相互作用的情形牽涉到大量的有機碳的轉換情形，當中還涉及到鐵和硫的氧化還原反應過程，但這當中有很多機制是科學家還不是很清楚的。活性鐵可以在土壤、河床與海洋沉積物當中促進有機物的保存，但是在一些特定位置(像是受地下水位波動影響比較劇烈的深層土壤或是沉積層，也會讓活性鐵與有機物之間的穩定性受到影響。土壤當中，鐵氧化物可以透過吸附和共沉澱來穩定有機碳，而微生物鐵所進行的還原作用則可以破壞鐵結合有機碳（Fe-OC），進一步增加有機碳礦化。由鐵氧化物介導的有機碳保存和礦化的淨效應仍不清楚，特別是對於舊碳（由植物凋落物經過數百萬年形成的物質）以及結晶鐵氧化物的交互作用。最近科學家發現結晶鐵氧化物可以透過對於微生物群落結構的調節來促進有機碳礦化的增加，而富含芳香族和烷基的舊碳則會促進 Fe-OC 的形成並進一步增加有機碳的持久性。
關於土壤碳如何在土壤當中進行固定與儲存真的是近幾年科學上正在如火如荼展開的研究進程。不過這些新發現與科學家研究中所發現的存在於自然界土壤環境當中的故事卻不是這麼容易去和學生們作說明(包括中小學生)，這是因為在臺灣，我們的學生普遍仍然比較缺乏對於土壤的接觸和瞭解。前一段時間，我曾經看到有工作坊帶著小朋友去挖土壤剖面以及認識土壤剖面的大致分布和性質，這是一個好的開始，因為土壤其實和我們的關係相當密切，只是人們真的比較欠缺對於腳下土壤的認識。生態學家珍古德(Dame Jane Goodall)曾說：『唯有了解，才會關心；唯有關心，才有行動；唯有行動，全體生命才有希望。』我想，這句話無論對於生態環境當中的生物與環境的本身，都是具體而適用的。愛護土壤並維護土壤的功能，就從瞭解認識土壤做起。
參考資料與延伸閱讀：
1.蔡呈奇、許正一(2022)。土壤：作物與林木生長的基礎。五南出版。
2.Zerva, A. and Mencuccini, M. (2005). Carbon stock changes in a peaty gley soil profile after afforestation with Sitka spruce (Picea sitchensis). Ann. For. Sci. 62 (2005) 873–880. HAL OPEN Science. Retrieved from https://hal.science/hal-00883938v1/document
3.Ni, B., Yu, X. Duan, X., Zou, Y. (2024). Wetland soil organic carbon balance is reversed by old carbon and iron oxide additions. Front Microbiol 8, 14, 1327265. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1327265 Retrieved from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38260908/
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