Points of view

The soil carbon dilemma: Shall we hoard it or use it?

H.H. Janzen *

Agriculture and Agri-Food Canada, P.O. Box 3000, Lethbridge, Alta., Canada T1J 4B1

Available online 21 November 2005

Abstract

Rapidly rising concentrations of atmospheric CO

2

have prompted a flurry of studies on soils as potential carbon (C) ‘sinks’. Sequestering C in

soils is often seen as a ‘win–win’ proposition; it not only removes excess CO

2

from the air, but also improves soils by augmenting organic matter,

an energy and nutrient source for biota. But organic matter is most useful, biologically, when it decays. So we face a dilemma: can we both
conserve organic matter and profit from its decay? Or must we choose one or the other? In this essay, I contemplate the merits, first of building soil
C and then of decaying (losing) it, partly from a historical perspective. I then consider the apparent trade-off between accrual and decay, and reflect
on how the dilemma might be resolved or assuaged. These fledgling thoughts, offered mostly to stir more fruitful debate, include: finding ways to
increase C inputs to soil; seeking to optimize the timing of decay; and understanding better, from an ecosystem perspective, the flows of C, rather
than only the stocks. Carbon sequestration is a sound and worthy goal. But soil organic matter is far more than a potential tank for impounding
excess CO

2

; it is a relentless flow of C atoms, through a myriad of streams—some fast, some slow—wending their way through the ecosystem,

driving biotic processes along the way. Now, when we aim to regain some of the C lost, we may need new ways of thinking about soil C dynamics,
and tuning them for the services expected of our ecosystems. This objective, perhaps demanding more biology along with other disciplines, is
especially urgent when we contemplate the stresses soon to be imposed by coming global changes.
Crown Copyright

q

2005 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Keywords:

Carbon sequestration; Carbon sinks; Soil organic matter; Decomposition; Global change

1. Introduction

Some three decades ago,

Freeman Dyson (1977)

mused

about building ‘carbon banks’ in the biosphere to control
atmospheric CO

2

. “[I]f ever the danger of catastrophe from

CO

2

accumulation becomes acute”, he said, we might plant

more trees or “build up carbon reserves in the form of humus”,
thereby withdrawing excess CO

2

from the air.

Since then, worries of impending dangers have indeed

escalated. Scientists are increasingly persuaded that swiftly-
rising CO

2

may one day induce unpleasant changes to global

climates (

IPCC, 2001

), and governments have begun enacting

policies to curb CO

2

increases (

UNFCCC, 2005

). In response

has come a flurry of studies and deliberations about building
biological carbon (C) banks. Soil-focused journals, confer-
ences, and symposia, in particular, have been deluged
with papers on C ‘sinks’, C ‘sequestration’, C ‘storage’,
C ‘stabilization’, and C-storing ‘capacity’. This welcome tide
of data is showing how we can manage soils to trap more C,
how much we might store, and for how long.

But in our new-found zeal for locking up C, do we overlook

a fundamental precept: that organic matter has most benefit,
biologically, when it decays? Decades ago,

William Albrecht

(1938)

wrote:

Attempting to hoard as much organic matter as possible in
the soil, like a miser hoarding gold, is not the correct
answer. Organic matter functions mainly as it is decayed
and destroyed. Its value lies in its dynamic nature.

Was there truth in his assertion? And does it still apply? In

this essay, I ponder whether we can, at the same time, both
sequester C and see the benefits of higher soil C. Can we both
conserve organic matter and profit from its decay? Or does
building soil C involve a biological cost, a temporary forfeiture
of dividend?

To address these questions, I ponder the merits, first of

building soil C and then of its decay (loss). I then examine the
apparent paradox that emerges, and proffer some tentative
thoughts for resolving it. Though these contemplations may
apply more broadly, I focus primarily on cultivated soils, the
ones most widely seen as intentional C sinks. And I seek a
partly historical perspective, trying to avoid preoccupation

Soil Biology & Biochemistry 38 (2006) 419–424

www.elsevier.com/locate/soilbio

0038-0717/$ - see front matter Crown Copyright

q

2005 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

doi:10.1016/j.soilbio.2005.10.008

* Tel.:

C

1 403 317 2223; fax:

C

1 403 382 3156.

E-mail address:

janzen@agr.gc.ca

with present pressures and perhaps unearthing again some
insights now buried.

2. Soil organic matter as a C sink

Soil organic matter is the accumulated, decaying debris of

biota living on or in the soil. It is vastly heterogeneous,
encompassing everything from last hour’s root exudate to
persistent humified material, millennia old (

Amundson, 2001

).

The largest of the active terrestrial C pools, soil organic matter
holds about 1500 Pg C to a depth of 1 m (

Eswaran et al., 2000;

Jobba´gy and Jackson, 2000

). Its amount in any place changes

over time, depending on photosynthetic C added and the rate of
its decay (

Fig. 1

)(

Paustian et al., 1998; Janzen, 2004

).

In recent centuries, stored C has often declined, at least in

cultivated soils. Arable agriculture typically depletes soil C
because: it returns less plant litter since a fraction of
photosynthetically-fixed C is harvested; it makes organic
matter more accessible to biological decay by disrupting
soil aggregates and mixing fresh litter into the soil; and it
intensifies erosion which displaces C-rich surface soil. In total,
cultivated soils have lost some 50 Pg C or more (

Paustian et al.,

1998; Amundson, 2001; Lal, 2003, 2004a,b; Janzen, 2005

).

These past losses, now, present the opportunity for future sinks;
C sequestration, usually, means re-building past reserves, not
adding new ones (

Smith, 2004c; Wander and Nissen, 2004

).

How much of the lost C can be recovered? Measured rates of

soil C accrual, under improved management, are typically a
fraction of 1 Mg C ha

K

1

y

K

1

, much less (by definition) than net

primary productivity on croplands, which has a mean, world-
wide, of roughly 3 Mg C ha

K

1

y

K

1

(

Goudriaan et al., 2001;

Sabine et al., 2004

). Globally, as much as 0.4–1.2 Pg C y

K

1

could be stored in agricultural lands (including restored
degraded soils), according to

Lal (2004b)

. But such projected

values are tentative; we do not know exactly the rates of C
accrual under C-conserving practices, nor how widely the
practices will be adopted. Such global estimates may be best
seen as potential targets, subject to social and economic
constraints (

Smith, 2004c

); some have even called them ‘wildly

positive’ (

Schlesinger, 2003

). These debates aside, many

scientists agree that soil C sinks—indeed all biological
sinks—can only, at best, have modest effects on atmospheric
CO

2

at this century’s end (

Amundson, 2001; Royal Society,

2001; Scholes and Noble, 2001; Smith, 2004a,b,c

).

Then why the preoccupation with soil C sinks? There are at

least two reasons. First, soil C sequestration may be a ‘stop gap’
measure to help slow the rise of atmospheric CO

2

in coming

decades, as societies search for alternatives to burning fossil C.
Atmospheric CO

2

is now increasing at about 3 Pg C y

K

1

(

IPCC,

2001

); even a fraction of a Pg C y

K

1

stored in soils could help

slow that increase (

Pacala and Socolow, 2004; Lal, 2004b

). And

secondly, building soil C is meritorious and good even aside
from any benefits to the atmosphere. Soil C sequestration is a
‘win–win’ option, a ‘no-regrets’ option, because a soil with
more organic C, we say, is a better soil, a more productive soil
(e.g.

Lawes and Gilbert, 1885

). So we aim for increased soil C

also because it improves our soils (

Lal, 2002, 2004b; Wander

and Nissen, 2004; Dumanski, 2004

).

But now we encounter a disquieting constraint—the benefits

of organic matter arise, not from its

accumulation

, but from its

decay

.

CO

2

CO

2

CO

2

CO

2

harvest

photo-

sy nthesis

plan t resp irat io n

litter
fall

deca y

SOC pools

CO

2

CO

2

CO

2

CO

2

harvest

photo-

synthesis

plant respiration

litter
fall

decay

SOC pools

Fig. 1. Illustration of the main stores and flows of C in a cropland, showing three pools of soil C for simplicity, though recognizing that soil C spans a continuum of
forms.

H.H. Janzen / Soil Biology & Biochemistry 38 (2006) 419–424

420

3. Soil organic matter as substrate (fuel)

Early in the previous century, scientists studying organic

matter focused on its dynamic nature; they saw organic matter
as a stream of C and other atoms gradually flowing back to CO

2

and other elementary constituents.

Waksman (1936, p. 7)

wrote: “Humus is not in a static, but rather in a dynamic,
condition, since it is constantly formed from plant and animal
residues and is continuously decomposed further by microor-
ganisms.” And

Howard (1940)

agreed: “Humus in the natural

state is dynamic, not static.”

From this vantage, organic matter is fuel for soil’s biological

machinery (

King, 1907, p. 95

;

Shutt, 1916

); in

Albrecht’s

(1938)

words it is “fuel for bacterial fires in the soil, which

operates as a factory producing plant nutrients”. It is in decay
that organic matter becomes most useful. “The old agricultural
investigators

.

”, wrote

Russell (1926, p. 47)

, “knew that

organic matter must suffer decay or decomposition before it
served its proper purpose in the soil: in the language of the
eighteenth century, ‘Corruption’ (using the word in its original
significance) ‘is the mother of vegetation’ ”. Lipman has been
quoted to say: “

.

humus as such is of no use to plants, it

becomes valuable only in so far as it is resolved into the simple
compounds carbon dioxide, nitric acid and various mineral
salts.” (

Woodruff, 1968, p. 153

).

The cited views of Lipman and others, admittedly, may be a

little narrow. Soil organic matter is more than “fuel”; it has
persistent benefits also through physical effects (soil structure,
moisture retention) and chemical effects (ion exchange,
buffering) (

Waksman, 1936; Allison, 1973

). But even here,

ongoing decay may be helpful or even necessary. For example,
soil organic matter helps maintain structure partly through
continual turnover (

Six et al., 2004

). So from a biological

standpoint, at least, the benefits of organic matter depend on
decay. The words of

Hopkins (1910)

may still apply: “It is the

decay of organic matter, and not the mere presence of it, that
gives ‘life’ to the soil”. (Or as

Swanson (1914, p. 646)

quotes

him: “It is not the presence of organic matter which is most
important but the decay of organic matter”.)

Implicitly, we still acknowledge the importance of decay as a

measure of soil performance, as reflected in the wide use of soil
respiration as an indicator of soil ‘quality’ or ‘health’ (

Doran and

Parkin, 1994; Kennedy and Papendick, 1995; Karlen et al.,
1998; Wander and Bollero, 1999; Knoepp et al., 2000

). In effect,

we are saying: the more the decay, the ‘better’ is the soil; the
more active the soil biota, the richer the biological rewards.

But here, now, is the apparent paradox: to build organic C,

we may need to stifle respiration (suppress microbial activity).
With fixed input of C, we cannot increase soil C reserves
without suppressing respiration (decay). And if we constrain
microbial activity, are we also squelching the many ecosystem
functions delivered by the soil’s teeming hordes?

4. The dilemma

In advocating soil C sequestration, we may be chasing two

contradictory aims: storage of organic matter, and also its

decay. (Sometimes we even include the two together, in lists of
soil quality indices, using both soil C and respiration rate as
indicators (

Doran and Parkin, 1994

.)). We imply that the two

are correlated; that when we increase organic matter we also
increase nutrient release and biological activity. For example, a
superb recent paper concluded that “No tillage and increased
cropping intensity improved soil fertility by increasing soil
organic matter and potential nutrient supply to crops.” (

Wright

and Hons, 2005

). No doubt similar inferences appear in many

papers, mine perhaps among them. But the reason that no-till
increases soil organic C (absent differences in erosion or
residue inputs) is because it inhibits microbial activity, it slows
decomposition (e.g.

Lupwayi et al., 1999, 2004

), and

presumably also nutrient release.

We say we want to store more organic C; we say that will

make the atmosphere cooler and the soil better. But organic
matter is most beneficial, biologically, as it dissipates by
microbial activity. With constant C inputs, we cannot both
increase soil C and increase microbial activity (

Table 1

). If we

want higher microbial activity, we have to sacrifice soil organic
C; if we want to store more C, we must quash microbial
activity. So for any patch of land and span of time, we have to
choose one—higher soil C or higher respiration (or a
compromise between them).

Table 1
An illustration of the relationships between change in stored soil C and nutrient
mineralization, microbial activity, and population size of active microbes

Scenario 1
(Losing C)

Scenario 2
(Steady state)

Scenario 3
(Gaining C)

Relative rate or size

Change in stored C

K

0

C

Nutrient mineralization

C

*

0

K

Respiration (microbial
activity)

†††

**

††

†

Active microbial
population (and perhaps
biodiversity?)

†††

**

††

†

*‘

C

’ denotes nutrient mineralization

O

nutrient input in litter; ‘

K

’ denotes

nutrient mineralization

!

nutrient input in litter; **The more bullet points, the

faster the rate or larger the population.

Fig. 2. Illustration of hypothetical hydroelectric plant. If rate of water inflow
(

W

in

) is fixed, then opening valve B temporarily increases power generation,

but at the expense of water storage. As pressure diminishes, rate of outflow
(

W

out

) also declines until

W

out

Z

W

in

. The amount of water stored can be

increased by partially closing valve B, but at the temporary expense of power
generation.

H.H. Janzen / Soil Biology & Biochemistry 38 (2006) 419–424

421

Consider a simple analogy: a hydro-electric plant, driven

by water from a small reservoir (

Fig. 2

). The amount of water

in the reservoir is controlled by two things: the rate of water
entering from the inlet, and the rate of water flowing past
the turbines and escaping from the reservoir. If the rate of
inflow is fixed, the manager controls the level of water in the
reservoir by adjusting outflow: open the valve more and the
rate of water outflow (and power generation) increases
(

Fig. 3

). But only temporarily—as the water storage is

depleted, and head diminishes, the rate of outflow again
declines approaching that of the inflow, but now with lower
water storage. Restrict the outflow again, and the water level
will increase until the increasing pressure eventually results in
outflows as high as the inflow, restoring the rate of power
generation. The options are clear: to increase water stored in
the reservoir, the manager needs to sacrifice temporarily the
rate of power generation. Conversely, the manager can
temporarily increase the rate of power generation, but only
at the cost of reduced water storage.

The same principle applies also to managing C in agricultural

lands (

Fig. 3

). If the amount of C entering the soil as plant litter is

fixed, the manager can create conditions to stimulate decay,
benefiting from that higher decomposition through higher
fertility and microbial activity, but at a cost to amount of C
stored (this is what we did historically). Or the manager can
effectively increase the amount stored, but only by suppressing
decay—and at a cost to energy, nutrients, and other functions
derived from decay (this is what we hope to do).

There is a difference, then, between

having

high soil C and

building

high C.

Having

high soil C gives the manager the

potential to tap into the reserve of accumulated energy, and

temporarily, at least, derive enhanced returns from its
decomposition.

Building

high C, however, involves a cost.

So when we say that increasing soil organic matter benefits soil
performance, we may not be quite right—the benefits accrue
only when we have stopped building; during the phase of C
increase, we may, in fact, have diminished soil quality.

To use another analogy: it is nice to have a large bank

account, but to build a large bank account on a fixed income
requires temporary suppression of outflow. The end result
affords potential spending; but building that potential requires,
sadly, that spending be curtailed.

5. Resolving the dilemma?

How might the apparent conflict between C sequestration

and C decay be assuaged or even used to advantage? Here are a
few preliminary thoughts, intended mainly to foster deeper
debate from which may spring insights more robust than these.

5.1. Find ways to increase C inputs

There is a way out of the paradox: increasing the amount of

C entering the soil. Until now, I have assumed a fixed amount
of C entering the soil; but if we add more C, then we can both
increase decay and augment the C stored. To extend the earlier
analogy: we can increase the rate of water inflow into our
reservoir (

Fig. 2

). In the long run, the average outflow from the

reservoir must equal the average rate of inflow (assuming no
other losses). In time scales beyond decades, beyond the short-
term fluctuations induced by management, the average rate of
soil C decay must almost equal the rate of C added to the soil.
So adding more C, always enhances the benefits from
decomposition of added C.

The amount of C inputs to land is a product of two factors:

C

i

Z

NPP

!

f

r

Where

C

i

, annual C added to soil (Mg C ha

K

1

); NPP, net

primary productivity (Mg C ha

K

1

);

f

r

, fraction of NPP returned

to soil.

Thus C inputs can be enhanced by increasing photosynthesis

(NPP) or by increasing the proportion of NPP added to soil (

f

r

).

But increasing C inputs may not be easy. Although, 20th
century plant breeders and agronomists achieved stunning
increases in crop yields, some of those came, not from higher
photosynthesis, but from allocating more C to harvestable plant
fractions (

Smil, 2000

). According to

Evans (1997)

: “Empirical

selection for yield has not enhanced photosynthetic capacity to
date

.

[G]iven the prolonged and intense natural selection

pressures already endured by photosynthesis, we cannot be
optimistic that photosynthetic efficiency will be increased
significantly in the next few decades.

.

Further increase in the

harvest index will be limited and, so far, the maximum rates of
photosynthesis and crop growth have not been improved
genetically.” In effect, therefore, higher crop yields have come,
at least partly, by

reducing

‘

f

r

’, allocating a smaller fraction of

C to soil.

respiration rate

no-till adopted

soil C storage

water stora

g

e

power generation rate

initial tillage

tillage resumes

valve

opened

valve partly 

closed

valve re-opened

soil C:

water:

Fig. 3. Conceptual illustration showing the relationship between soil C storage
and soil respiration rate (microbial activity), assuming a fixed rate of C input.
Also shown (right-hand axis) is the relationship, parallel to that for C, between
water storage and rate of electrical power generation in the hypothetical
hydroelectric dam described in Fig. 2. (Curves may not be proportional.)

H.H. Janzen / Soil Biology & Biochemistry 38 (2006) 419–424

422

Increasing the flow of C into soils may soon become even

more challenging because of growing competition for fixed C.
For example, industrial interests are increasingly eyeing crop
‘wastes’ as feedstocks for bio-fuel (

Jenny, 1980

). Some have

even proposed dumping agricultural residues into oceans as a
way of sequestering C (

Metzger et al., 2002

).

So the dilemma, in theory, can be resolved easily by

returning more plant litter to soil, directly or in manures. But
can we hope for large increases in C returned to soil, given
rising demands for harvested C?

5.2. Find ways to optimize the timing of decay

Organic matter may give highest benefit when it decays. But

the rewards of that decay are higher at some times than at
others. For example, high rates of decay during a fallow period
or after senescence of plant growth may be wasteful. Can we
better manage the annual balance between C accumulation and
decay, by how we select our crops, time the tillage, manage
residues, apply manures, irrigate the land? Can we hasten
decay when it has most benefit and suppress it when it has
least? (Returning to our analogy: can we adjust water outflow
in accordance with fluctuating power demands?) And, maybe
more daringly, can we better manage the long-term C balance,
over periods of years and decades? For example, is there merit
in long-term cycles of accumulation and decay, encouraging
accumulation for some years, then reaping the benefits, for a
time, of the decay of that accumulation?

A fruitful research objective, in recent years, has been

learning how to sequester C into recalcitrant soil ‘fractions’
that will protect the C against the scrabbling biota that seek to
use it (

Six et al., 2002; Krull et al., 2003; Goh, 2004

). Perhaps

now we should also ask whether it is possible to encourage a
suite of fractions, some that retain the C, others that are
available to microbial populations in synchrony with biological
demands for energy and nutrients. Do we really want only more
cast-iron C?

5.3. Study flows (not only stocks) of C

Westman (1977)

suggested that “To date, those concerned

with quantifying and evaluating benefits of natural ecosystems
to [humanity] have largely focused on the standing stocks of
nature rather than the flows.” Does that apply also to our
studies of soil C? Has our preoccupation now with ‘sinks’ and
‘sequestration’ and ‘capacity’ over-emphasized soils as ‘tanks’
for C? Have we been more intent on measuring how much C is
there and where it resides, than in seeing how C atoms stream
through the soil and what happens to them along the way?
Maybe what is needed is more study of process than of
structure, more study of dynamics than of capacity, more focus
on d

C

/d

t

than merely on C. By definition, this means more

devoted study of the agents of C turnover—the populations of
microbes and fauna which derive their energy from the burning
of the organic matter fuel (

Waksman, 1936

, p. xi). And it may

mean studying them alongside other disciplines, and at
ecosystem levels (

Coleman et al., 2004, p. 294

).

The aim of soil C studies then might be, not merely to

maximize the amount of C stored, but to find a balance between
amounts held in reserve and amounts used for microbial
activity, a balance between amount hoarded for future use
and the amount burned for immediate benefit. “Agriculture
must always be balanced.”, said

Howard (1940, p. 25)

. “If we

speed up growth we must accelerate decay. If, on the other
hand, the soil’s reserves are squandered, crop production
ceases to be good farming: it becomes something very
different. The farmer is transformed into a bandit.”

From this perspective, more is not always better: C gain is

not always good, C loss is not always bad. It is not just a
question of C gain or C loss; what counts is whether the balance
between amount stored and amount used is tuned for the
‘services’ expected of the ecosystem in question. Finding that
optimum balance for all our ecosystems in diverse conditions
might be a promising research objective. And seeking ways of
managing our lands toward that balance might be another.

These objectives might become especially urgent in the face

of pressures and stresses imposed upon our ecosystems with
coming global changes. Soils may grow warmer, litter inputs
may change as CO

2

increases, land use may intensify as

billions more of us compete for food and space. Conserving our
ecosystems and wisely extracting from them the services we
need will, assuredly, depend on our understanding better the
biological flows of C through our soils.

6. Closing thoughts

For much of the history of arable agriculture, soil C reserves

have been declining. Much of what we know about organic
matter was learned during that period of loss. But now that we
are in a period of soil C recovery (a laudable aim!), what we
inferred about organic matter’s benefits may not all apply. The
benefits of organic matter during a period of accrual, when
biological activity and decay rates might need to be suppressed,
may deserve new ways of studying C flows. Almost certainly,
these new approaches will have to look more closely at the
biotic populations that shuffle the C atoms about in the soil,
rather than merely counting how many atoms are stored.

Acknowledgements

Financial support was provided by Agriculture and Agri-

Food Canada. I also acknowledge a debt to many colleagues
whose insights, in conversation or in print, helped shape my
thoughts about organic matter. Leslie Cramer and Yvonne
Bruinsma helped prepare this manuscript. Frank Larney kindly
offered wise advice.

References

Albrecht, W.A., 1938. Loss of soil organic matter and its restoration. In: United

States Department of Agriculture, Soils and Men: Yearbook of Agriculture
1938. US Government Printing Office, pp. 347–360.

Allison, F.E., 1973. Soil Organic Matter and its Role in Crop Production.

Elsevier, Amsterdam. 637pp.

H.H. Janzen / Soil Biology & Biochemistry 38 (2006) 419–424

423

Amundson, R., 2001. The carbon budget in soils. Annual Review of Earth and

Planetary Sciences 29, 535–562.

Coleman, D.C., Crossley Jr., D.A., Hendrix, P.F., 2004. Fundamentals of Soil

Ecology, second ed. Elsevier, Amsterdam. 386pp.

Doran, J.W., Parkin, T.B., 1994. Defining and assessing soil quality. In:

Doran, J.W., Coleman, D.C., Bezdicek, D.F., Stewart, B.A. (Eds.), Defining
Soil Quality for a Sustainable Environment. Soil Science Society of
America Inc., Madison, WI, pp. 3–21.

Dumanski, J., 2004. Carbon sequestration, soil conservation, and the Kyoto

Protocol: summary of implications. Climatic Change 65, 255–261.

Dyson, F.J., 1977. Can we control the carbon dioxide in the atmosphere?

Energy 2, 287–291.

Eswaran, H., Reich, P.F., Kimble, J.M., Beinroth, F.H., Padmanabhan, E.,

Moncharoen, P., 2000. Global carbon stocks. In: Lal, R., Kimble, J.M.,
Eswaran, H., Stewart, B.A. (Eds.), Global Climate Change and Pedogenic
Carbonates. Lewis Publishers, Boca Raton, FL, pp. 15–25.

Evans, L.T., 1997. Adapting and improving crops: the endless task.

Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series
B-Biological Sciences 352, 901–906.

Goh, K.M., 2004. Carbon sequestration and stabilization in soils: implications

for soil productivity and climate change. Soil Science and Plant Nutrition
50, 467–476.

Goudriaan, J., Groot, J.J.R., Uithol, P.W.J., 2001. Productivity of agro-

ecosystems. In: Roy, J., Saugier, B., Mooney, H.A. (Eds.), Terrestrial
Global Productivity. Academic Press, San Diego, CA, pp. 301–313.

Hopkins, C.G., 1910. Soil Fertility and Permanent Agriculture. Ginn and

Company, Boston. 633pp.

Howard, A., 1940. An Agricultural Testament. Oxford University Press,

London. 243pp.

IPCC, 2001. Climate change 2001: the scientific basis. In: Houghton, J.T.,

Ding, Y., Griggs, D.J., Noguer, M., van der Linden, P.J., Dai, X.,
Maskell, K., Johnson, C.A. (Eds.), Cambridge University Press,
Cambridge, UK. 881pp.

Janzen, H.H., 2004. Carbon cycling in earth systems—a soil science

perspective. Agriculture Ecosystems & Environment 104, 399–417.

Janzen, H.H., 2005. Soil carbon: a measure of ecosystem response in a

changing world?. Canadian Journal of Soil Science 85, 467–480.

Jenny, H., 1980. Alcohol or humus? Science 209, 444.
Jobbagy, E.G., Jackson, R.B., 2000. The vertical distribution of soil organic

carbon and its relation to climate and vegetation. Ecological Applications
10, 423–436.

Karlen, D.L., Gardner, J.C., Rosek, M.J., 1998. A soil quality framework for

evaluating the impact of CRP. Journal of Production Agriculture 11, 56–60.

Kennedy, A.C., Papendick, R.I., 1995. Microbial characteristics of soil quality.

Journal of Soil and Water Conservation 50, 243–248.

King, F.H., 1907. The Soil: Its Nature, Relations, and Fundamental Principles

of Management. The MacMillan Company, London. 303pp..

Knoepp, J.D., Coleman, D.C., Crossley Jr., D.A., Clark, J.S., 2000. Biological

indices of soil quality: an ecosystem case study for their use. Forest Ecology
and Management 138, 357–368.

Krull, E.S., Baldock, J.A., Skjemstad, J.O., 2003. Importance of mechanisms

and processes of the stabilisation of soil organic matter for modelling
carbon turnover. Functional Plant Biology 30, 207–222.

Lal, R., 2002. Why carbon sequestration in agricultural soils?. In: Kimble, J.M.,

Lal, R., Follett, R.F. (Eds.), Agricultural Practices and Policies for Carbon
Sequestration in Soil. Lewis Publishers/CRC Press, London/Boca Raton,
FL, pp. 21–30.

Lal, R., 2003. Global potential of soil carbon sequestration to mitigate the

greenhouse effect. Critical Reviews in Plant Science 22, 151–184.

Lal, R., 2004a. Soil carbon sequestration to mitigate climate change. Geoderma

123, 1–22.

Lal, R., 2004b. Soil carbon sequestration impacts on global climate change and

food security. Science 304, 1623–1627.

Lawes, J.B., Gilbert, J.H., 1885. On some points in the composition of soils;

with results illustrating the sources of the fertility of Manitoba prairie soils.
Journal of the Chemical Society 47, 380–422.

Lupwayi, N.Z., Rice, W.A., Clayton, G.W., 1999. Soil microbial biomass and

carbon dioxide flux under wheat as influenced by tillage and crop rotation.
Canadian Journal of Soil Science 79, 273–280.

Lupwayi,

N.Z.,

Clayton,

G.W.,

O’Donovan,

J.T.,

Harker,

K.N.,

Turkington, T.K., Rice, W.A., 2004. Decomposition of crop residues
under conventional and zero tillage. Canadian Journal of Soil Science 84,
403–410.

Metzger, R.A., Benford, G., Hoffert, M.I., 2002. To bury or to burn: optimum use

of crop residues to reduce atmospheric CO

2

. Climatic Change 54, 369–374.

Pacala, S., Socolow, R., 2004. Stabilization wedges: solving the climate

problem for the next 50 years with current technologies. Science 305, 968–
972.

Paustian, K., Cole, C.V., Sauerbeck, D., Sampson, N., 1998. CO

2

mitigation by

agriculture: an overview. Climatic Change 40, 135–162.

Russell, E.J., 1926. Plant Nutrition and Crop Production. University of

California Press, Berkeley, CA. 115 pp.

Sabine, C.L., Heimann, M., Artaxo, P., Bakker, D.C.E., Chen, C.-T.A.,

Field, C.B., Gruber, N., Le Que´re´, C.L., Prinn, R.G., Richey, J.E.,
Lankao, P.R., Sathaye, J.A., Valentini, R., 2004. Current status and past
trends of the global carbon cycle. In: Field, C.B., Raupach, M.R. (Eds.), The
Global Carbon Cycle. Island Press, Washington, pp. 17–44.

Schlesinger, W.H., 2003. The carbon cycle: human perturbations and potential

management options. In: Griffen, J.M. (Ed.), Global Climate Change: The
Science, Economics and Politics. Edward Elgar, Cheltenham, UK, pp. 25–
44.

Scholes, R.J., Noble, I.R., 2001. Storing carbon on land. Science 294, 1012–

1013.

Shutt, F.T., 1916. Soil fertility: its economic maintenance and increase,

Bulletin No. 27-Second Series. Department of Agriculture, Dominion
Experimental Farms, Ottawa, ON. 13 pp.

Six, J., Conant, R.T., Paul, E.A., Paustian, K., 2002. Stabilization mechanisms

of soil organic matter: implications for C-saturation of soils. Plant and Soil
241, 155–176.

Six, J., Bossuyt, H., Degryze, S., Denef, K., 2004. A history of research on the

link between (micro)aggregates, soil biota, and soil organic matter
dynamics. Soil & Tillage Research 79, 7–31.

Smil, V., 2000. Feeding the World: A Challenge for the Twenty-first Century.

The MIT Press, Cambridge, MA. 353pp.

Smith, P., 2004a. Carbon sequestration in croplands: the potential in Europe

and the global context. European Journal of Agronomy 20, 229–236.

Smith, P., 2004b. Soils as carbon sinks: the global context. Soil Use and

Management 20, 212–218.

Smith, P., 2004c. Engineered biological sinks on land. In: Field, C.B.,

Raupach, M.R. (Eds.), The Global Carbon Cycle. Island Press, Washington,
pp. 479–491.

Swanson, C.O., 1914. Chemical Analyses of Some Kansas Soils, Bulletin

No.199. Kansas State Agricultural College: Agricultural Experiment
Station, Manhattan, Kansas. 715 pp.

The Royal Society, 2001. The Role of Land Carbon Sinks in Mitigating Global

Climate Change. The Royal Society (Science Advice Section), London,
UK. 29 pp.

UNFCCC, 2005. Caring for Climate: A guide to the Climate Change

Convention and the Kyoto Protocol (revised 2005 edition). Climate
Change Secretariat (UNFCCC), Bonn, Germany. (

http://unfccc.int/

resource/docs/publications/caring2005_en.pdf

).

Waksman, S.A., 1936. Humus: Origin, Chemical Composition, and Importance

in Nature. The Williams & Wilkins Company, Baltimore. 494 pp.

Wander, M.M., Bollero, G.A., 1999. Soil quality assessment of tillage impacts

in Illinois. Soil Science Society of America Journal 63, 961–971.

Wander, M., Nissen, T., 2004. Value of soil organic carbon in agricultural

lands. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 9, 417–431.

Westman, W.E., 1977. How much are nature’s services worth? Science 197,

960–964.

Woodruff, H.B., 1968. Scientific Contributions of

Selman A. Waksman

. Rutgers

University Press, New Brunswick, NJ. 391 pp.

Wright, A.L., Hons, F.M., 2005. Carbon and nitrogen sequestration and soil

aggregation under sorghum cropping sequences. Biology and Fertility of
Soils 41, 95–100.

H.H. Janzen / Soil Biology & Biochemistry 38 (2006) 419–424

424