در اکوسیستم های بالغ قابلیت افزایش کربن آلی خاک تا سطح پتانسیل بسته به نوع اقلیم، پستی بلندی، خاک و گیاه وجود خواهد داشت. چون کربن اضافه شده به خاک از طریق گیاهان معادل مقدار کربنی است که به دلیل هدر رفت ماده آلی از بین خواهد رفت .اما در سامانه های کشاورزی مقدار ماده آلی خاک، نتیجه و برآیند طیف وسیعی از عوامل محیطی، خاکی و کشاورزی است. برخی از این عوامل مانند اقلیم و نوع خاک به صورت طبیعی و ثابت است. اما عملیات کشاورزی نظر، شخم تناوب زراعی و کود پاشی نیز بر سطح مواد آلی خاک تاثیر دارند. به طور کلی ماده آلی خاک تحت تاثیر توام عوامل طبیعی (خاک و اقلیم) و مدیریت کشاورزی است. هرچه بقایای آلی به خاک افزوده شود ماده آلی را افزایش می دهد اما هر عاملی که موجب تجزیه سریع ماده آلی شده و یا از طریق فرسایش خاک موجب اتلاف آن گردد، سطح آن را کاهش خواهد داد. در زیر به عوامل موثر در مقدار ماده آلی خاک اشاره می گردد.
میزان ماده آلی در خاک ها در حد بسیار زیادی متغیر می باشد. تشکیل پیوند های قوی میان مواد آلی، رس ها و سیلت ریز دانه، قرار گرفتن در قسمت داخلی خاکدانه های کوچک (حفاظت فیزیکی) و زهکشی محدود که در برخی مواقع با بافت مرتبط بوده و فعالیت ریزجانداران هوازی (نیازمند به اکسیژن برای فعالیت) را کاهش می دهد، از جمله عوامل خاکی هستند که بر مقدار ماده آلی خاک تاثیر دارند. خاکدانه های بزرگ از تعداد بی شماری از خاکدانه های کوچک تشکیل شده که توسط مواد دارای چسبندگی و هیف های قارچی به یکدیگر متصل شده اند. مواد آلی در قسمت بیرونی خاکدانه های کوچک که سازنده خاکدانه های بزرگتر هستند، قرار داشته و از ذرات ریز آلی تشکیل شده اند، این مواد آلی قابل دسترس ریز جانداران می باشند. با این وجود، تهویه ضعیف که در نتیجه زهکشی محدود ایجاد می شود، ممکن است موجب نرخ پایین تجزیه مواد آلی توسط ریزجانداران گردد. از این رو، می بایست در شکل شیمیایی و در موقعیت فیزیکی مناسبی برای استفاده ریزجانداران قرار گیرند. این شرایط شامل رطوبت و تهویه کافی برای اغلب ریز جانداران جهت استفاده از بقایا و پیشروی آنها می باشند. خاک های با بافت ریز (حاوی درصد بالای رس و سیلت) نسبت به خاک های شنی با بافت درشت و لومی دارای مقادیر بالاتری از ماده آلی می باشند . میزان ماده آلی خاک های شنی ممکن است کمتر از یک درصد، لومی 2 تا 3 درصد و رسی 4 تا بیش از 5 درصد باشد . پیوند های شیمیایی قوی که میان ماده آلی، رس و سیلت ریزدانه ایجاد می شود، از مولکول های آلی در برابر حملات و تجزیه ریزجانداران و آنزیم های آن ها محافظت می نماید. همچنین رس و سیلت ریزدانه در ترکیب با ماده آلی، تشکیل خاکدانه های بسیار کوچکی را می دهند که از تجزیه مواد آلی توسط ریز جانداران و آنزیم های آن ها محافظت می کند. افزون بر این خاک هایی با بافت ریز حفرات کوچک تری داشته و اکسیژن کمتری نسبت به خاک های درشت تر در خود جای می دهند. این مسئله همچنین شدت و سرعت تجزیه را نیز محدود می نماید . این خود یکی از دلایلی است که سبب می شود سطح ماده آلی در خاک های با بافت ریز نسبت به خاک های لومی و شنی بالاتر باشد. تجزیه مواد آلی در خاک هایی با تهویه ضعیف با سرعت کمتری روی می دهد. برخی ترکیبات اصلی گیاهی مانند لیگنین نیز به هیچ وجه در شرایط محیطی بی هوازی تجزیه و پوسیده نمی شود . به همین دلیل، مواد آلی در خاک های مرطوب تجمع می یابد .زمانی که شرایط خاک مرطوب و خیس بوده یا به مدت طولانی به صورت باتلاقی و لجن زار باشد، خاک های آلی ( پیت یا ماک ) با میزان ماده آلی بیش از 20 درصد توسعه پیدا میکنند. هنگامی که این خاک ها به طور مصنوعی برای اهداف کشاورزی یا سایر استفاده ها، خشک شوند، ماده آلی خاک به سرعت تجزیه گردیده و سطح خاک پایین می رود.
خاک های واقع در نواحی پست در انتهای تپه ها همواره در معرض رواناب ، نشست رسوبات (شامل مواد آلی) و نفوذ از قسمت بالای شیب تپه قرار داشته و امکان تجمع مواد آلی نسبت به خاک های خشک تر بالای شیب ، بیشتر می باشد. بر عکس خاک های مستقر در سرازیری شیب به دلیل فرسایش دائمی خاک سطحی مقادیر اندکی مواد آلی را در خود دارند. تجزیه ماده آلی در خاک های اسیدی نسبت به خاک هایی با pH خنثی، آهسته تر می باشد.
تاثیر دما بر سطح ماده آلی خاک بسیار واضح و مشخص است. هرچه میزان درجه حرارت بالا باشد، ماده آلی خاک کمتر می شود . در مناطق گرمتحت شرایطی که بارندگی کافی باشد، دو اتفاق روی می دهد؛ ابتدا پوشش گیاهی بیشتر ی تولید می شود، زیرا فصل رشد طولانی تر شده، سپس شدت و سرعت تجزیه مواد آلیدر خاک ها افزایش می یابد، زیرا ریز جانداران خاکی با سرعت بیشتری فعالیت نموده و مدت زمان بیشتر ی از سال فعال می باشند. لذا تجزیه سریع تر باافزایش دما، عامل تعیین کننده مقدار ماده آلی خاک می باشد.
خاک های مناطق خشک، معمولا دارای مقادیر پایین تری از ماده آلی می باشند. در اقلیم خیلی خشک مانند بیابان ها، رشد پوشش گیاهی کمتر است .سرعت تجزیه نیز بسیار پایین می باشد، زیرا هم مقادیر مواد آلی ورودی کمتر بوده و هم فعالیت ریز جانداران در زمانی که خاک خشک است، کمتر می باشد. اما زمانی که در نهایت باران می بارد، تجزیه مواد آلی خاک تسریع می گردد. سطوح ماده آلی خاک عموما با افزایش میانگین بارندگی سالانه افزایش می یابد. با بارندگی بیشتر، آب بیشتری در دسترس گیاه قرار گرفته و در نتیجه رشد گیاه افزایش می یابد. با افزایش بارش ها، بقایای بیشتری به خاک بازگردانده می شود .در همان زمان، خاک های واقع در نواحی با بارندگی شدید ممکن است دارای سرعت تجزیه ماده آلی کمتری نسبت به خاک هایی با تهویه خوب باشند که علت آن کاهش سرعت تجزیه به واسطه محدودیت تهویه می باشد.
نوع گیاهانی که در خاک رشد می کنند، نیز عامل مهمی در سطح ماده آلی خاک بشمار می روند. خاک های تشکیل شده تحت پوشش گیاهی علف زار عموما حاوی موادآلی بیشتر و توزیع عمیق تر مواد آلی نسبت به خاک های تشکیل شده تحت پوشش جنگل می باشند. این موضوع ممکن است در نتیجه سیستم های ریشه ای عمیق و گسترده گونه های علفی باشد . ریشه های گونه های علفی دارای آهنگ رشد بیشتر و سرعت برگشت بالای مواد آلی حاصل از مرگ و تجزیه می باشند . در جنگل ها به دلیل تجمع برگ ها و لاشبرگ ها در سطح خاک، لایه های سطحی ممکن است حاوی بیش ار 50 درصد ماده آلی باشند در حالی که لایه های معدنی زیر سطحی خاک های جنگلی دارای مواد آلی کمتر از 2 درصد باشند.
از آنجا که ریشه تقریبا به خوبی در اعماق خاک توضیع شده و با خاک در تماس می باشند، درصد بالاتری از مواد آلی پایدار تر (غیر فعال و هوموس) در مقایسه با بقایای اندام هوایی در سطح خاک تشکیل می دهند. افزون بر این در مقایسه با بخش های فوقانی گیاه بسیاری از ریشه های گیاهان زراعی دارای مقادیر بالاتری از مواد لیگنینی بوده که به کندی تجزیه می شود . برای مثال در گیاه جو پس از یکسال تنها یک سوم بقایای اندام هوایی در داخل خاک باقی می ماند در صورتی که 42 درصد ماده آلی ریشه در خاک وجود داشته و مشارکت کننده اصلی در تشکیل ذرات ریز ماده آلی می باشد. در گیاه ماشک نیز پنج ماه پس از فصل بهار، 13 درصد کربن بقایای اندام هوایی در خاک باقی می ماند این در حالی است که نزدیک به 50 درصد کربن حاصل از ریشه هنوز در خاک وجود دارد. لذا بقایای ریشه ای نسبت به بقایای موجود در سطح خاک در تشکیل ذرات ریز مواد آلی (فعال و غیر فعال) مشارکت بیشتری دارند. از طرفی مقدار ماده آلی در نزدیکی سطح خاک نسبت به عمق بیشتر است و این یکی از دلایل اصلی حاصلخیز تر بودن خاک سطحی نسبت به خاک زیرین است.
بخشی از بقایای گیاهی که سرانجام ماده آلی خاک را تشکیل می دهند از بخش هوایی گیاه تولید می شوند. اما در بیشتر موارد نقش ریشه گیاهان در تشکیل ماده آلی خاک نسبت به اندام هوایی (ساقه و برگ) بیشتر است. لایه های لاشبرگی که معمولا در سطح خاک های جنگلی توسعه می یابند از نظر محتوای مواد آلی بسیار غنی می باشند . البته عملیات کشاورزی و شخم زدن خاک های جنگلی لایه های لاشبرگی را با بخش معدنی خاک مخلوط نموده و لاشبرگ های مخلوط شده سریعا تجزیه می شوند .
سطح مواد آلی خاک در تناوب های زراعی متفاوت نیز نوسانات زیادی داشته به طوری که ممکن است گاهی کاهش یافته سپس افزایش و مجددا کاهش یابد . لگوم های دائمی، گراس ها و گیاهان زراعی علوفه ای مواد آلی خاک را افزایش می دهند حجم بالای ریشه تولید شده توسط یونجه و گیاهان زراعی که برای چرای دام کشت می شود ، همراه با کاهش به هم خوردگی خاک، موجب تجمع مواد آلی در خاک می شود.
افزون بر این، مقادیر بقایای گیاهی برگردانده شده به خاک به نوع گیاهان زراعی کشت شده بستگی دارد. معمولا ذرت بقایای گیاهی بیشتری نسبت به گندم، لوبیا و سیب زمینی یا کاهو باقی می گذارد. کشت گیاهان چمنی به عنوان بخشی از تناوب، هدر رفت ماده آلی خاک سطحی را کاهش داده و میزان آن را از طریق افزودن بقایای ریشه بالا می برد.
زمانی که خاک جنگلی یا علفزار ها برای اولین بار مورد کشت و کار قرار گیرند، ماده آلی به سرعت رو به کاهش خواهد گذاشت. در خاک های جنگلی مقدار قارچ ها نسبت به باکتری ها به مراتب بیشتر است. در علفزار ها مقدار این دو تقریبا معادل و یکسان می باشد ولی در خاک های کشاورزی که به طور رایج شخم زده می شوند مقدار قارچ ها کمتر از باکتری ها است . عملیات شخم تعداد ریزجانداران را در سطح خاک کاهش می دهد. با متراکم شدن خاک ها در ابتدا حفرات درشت تر و بزرگتر حذف می شوند. بنابراین، تعداد ریز جانداران در خاک های متراکم شده کاهش می یابد. نوک ریشه گیاهان به طور کلی در حدود 1/0 میلی متر ( 250/1 یک اینچ ) قطر دارد و در خاک های بسیار متراکم که حفرات و تخلخل های درشت از ین می روند، مشکلات جدی برای ریشه دوانی خواهد داشت. بررسی ها نشان می دهد در تبدیل اراضی چمنزار به اراضی بسیاری از خاک ها نیمی از مواد آلی خود را طی چهل سال پس از شروع کشت و زرع از دست می دهند . اتلاف سریع مواد آلی خاک در سال های اولیه روی می دهد زیرا مقادیر بالای ماده آلی فعال در دسترس ریز جانداران قرار دارد. پس از اتلاف بخش فعال، نرخ کاهش کند شده و آنچه بیشتر باقی می ماند بخش غیرفعال ماده آلی است.
خاک سطحی غنی از ماده آلی در اثر فرسایش، ماده آلی خود را از دست می دهد و عملکرد محصول به همین علت در آن کاهش می یابد . نتایج مطالعه بر روی سه نوع خاک نشان می دهد فرسایش خاک اثر زیادی بر سطوح ماده آلی و توانایی نگهداری آب خاک دارد.
عملیات کشاورزی فرسایش را تسریع می نماید و تخمین زده شده فرسایش خاک در ایالات متحده مسئول هدر رفت سالانه تقریبا یک میلیارد دلار عناصر غذایی قابل دسترس می باشد. فرسایش متوسط 5 تا 10 درصد و فرسایش شدید 10 الی 20 درصد عملکرد را کاهش دهد. با افزایش شدت فرسایش ، میزان ماده آلی خاک های رسی و لومی و ظرفیت آب قابل استفاده کاهش می یابد.
مصرف نا صحیح و بیش از اندازه کود های نیتروژنی در خاک هابه ریزجانداران کمک می کند تا بقایای گیاهی را سریع تر تجزیه نموده و ماده آلی خاک کاهش یابد. در مقابل استفاده از کود های حیوانی یا دیگر بقایای آلی در زمین های زراعی به حفظ یا افزایش ماده آلی خاک کمک می نماید . با وجود این انواع کود های دامی با بستر های مختلف اثر بسیار متفاوتی بر فراهمی عناصر غذایی و میزان ماده آلی خاک دارند. افزون بر این، شیوه نگداری، فرآوری، حمل و مصرف آن ها در خاک های کشاورزی (به عنوان مثال کاربرد سطحی یا اختلات با خاک) بر میزان باقی مانده مواد آلی و عناصر غذایی خاک موثر است.
عدم رعایت تناوب زراعی باعث می شود تا تجزیه مواد آلی افزایش یافته و جمعیت ریزجانداران خاک کاهش یابد. تراکم خاک در اثر ادوات سنگین نیز اثرات زیان باری در بخش زیستی خاک ها در پی خواهد داشت. تراکم خاک، تعداد و قطر حفرات و تخلخل های متوسط تا بزرگ خاک را کاهش داده و حجم قابل دسترس هوا و آب را کم کرده و جمعیت ریز جانداران خاک را که برای زیستگاه خود نیازمند حفرات بزرگ می باشند، کاهش می دهد.
