林火干扰对广东马尾松林土壤有机碳密度及其活性有机碳的影响

【目的】森林在全球碳循环中发挥着重要作用。林火干扰是全球生物地球化学循环的关键驱动因子,影响植被结构变化及森林演替方向,从而对森林生态系统土壤有机碳密度及碳周转产生重要作用,进而影响森林碳循环与碳平衡。笔者定量研究林火干扰对森林生态系统土壤有机碳密度及其活性有机碳的影响,科学阐明林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响机制,为火烧迹地恢复与森林碳减排增汇提供参考。【方法】以广东省佛冈马尾松林为研究对象,采用相邻样地比较法、化学分析法,在森林生态系统水平上,定量测定不同林火干扰强度对土壤有机碳密度、土壤活性有机碳含量和细根生物量的影响,对林火干扰后土壤有机碳密度的变化进行定量研究,探讨林火干扰对土壤有机碳密度以及活性有机碳的影响机制,深入分析森林生态系统土壤有机碳的循环与分配过程。【结果】林火干扰对马尾松林的土壤有机碳密度、活性有机碳含量和细根生物量均有影响,不同林火干扰强度下土壤有机碳密度与土壤活性有机碳含量变化趋势均表现为对照>轻度林火干扰>中度林火干扰>重度林火干扰。轻度林火干扰对土壤有机碳密度的影响差异不显著(P>0.05),而中度和重度林火干扰则显著降低土壤有机碳密度(P<0.05)。林火干扰的马尾松林土壤细根生物量均低于对照样地,变化趋势为重度林火干扰>中度林火干扰>轻度林火干扰,轻度林火干扰只显著降低土壤表层细根生物量(P<0.05),而中度和重度林火干扰显著降低了土壤表层和浅层细根生物量(P<0.05)。【结论】林火干扰减小了土壤有机碳密度,减少幅度随土壤剖面深度增加而逐渐变小。轻度林火干扰仅显著降低了表层土壤有机碳密度,而中度和重度林火干扰显著降低了土壤表层和浅层土壤有机碳密度,进而导致土壤有机碳密度显著变化。林火干扰对土壤活性有机碳含量产生了影响。林火干扰后马尾松林4种土壤活性有机碳含量均呈下降趋势,但仅中度和重度林火干扰差异显著。活性有机碳含量各组分随林火干扰强度增加沿土壤剖面递减的幅度呈现一定差异,重度林火干扰后的递减趋势最强。此外,林火干扰还降低了马尾松林土壤细根生物量。     

根系输入对森林土壤碳库及碳循环的影响研究进展

植物根系输入是森林土壤碳库的重要来源。全球气候变化可能引起森林地下部分碳通量改变,进而影响森林土壤碳库及碳循环。笔者综述了根系输入对土壤碳累积、土壤活性碳库(包括土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳)和土壤碳库稳定性的影响,综合分析了森林土壤呼吸、土壤微生物和土壤酶活性对根系输入变化的响应。分析发现:①根系输入减少可能减弱根际的激发效应,使土壤有机碳(SOC)短期增加,但从长期来看根系输入的缺失会导致SOC的减少;②根系分泌的一些物质促进土壤初始团聚体的形成,但其对矿物-有机质结合物稳定性的影响还不完全清楚;③根系输入减少会降低土壤呼吸作用;④微生物群落结构对根系输入变化的响应主要取决于微生物对底物质量和数量的适应,而这些响应在不同森林生态系统间可能也有差异;另外,酶合成主要取决于与微生物生长相关的资源分配到酶生产中的成本效率。目前,关于根系输入对碳循环,特别是土壤呼吸的研究比较多,但根系输入物组成复杂,微生物与酶对不同根系输入物的响应机制尚不清楚,这些响应在不同森林生态系统中也有差异;此外,根系输入对土壤碳库稳定性的作用常被忽视,根系与微生物的相互作用对碳循环和土壤碳库稳定性的影响还有很大不确定性。建议加强植物根系、土壤和微生物的相互关系研究,以深入理解气候变化背景下森林生态系统碳循环。     

福州市自然和人工管理绿地土壤有机碳含量分析

随着城市化进程的迅速发展,城市生态系统碳循环在全球碳循环中的作用开始受到人们的关注.与自然土壤相比,城市生态系统土壤性质发生了显著的变化,城市化进程对于城市土壤碳含量产生了较大的影响.文章以福州市建成区城市自然绿地和人工管理绿地为对象,研究了自然绿地和人工管理绿地之间土壤有机碳含量的差异以及绿地土壤有机碳含量的垂直分布规律.结果表明:福州市自然绿地景观0~10 cm土层有机碳含量均值比人工管理绿地均值有机碳含量均值降低,且不同人工管理绿地类型之间0~10 cm土层有机碳含量变异性较大,城市各绿地类型土壤有机碳含量均随深度的增加而减少,只有在交通绿地土壤剖面中20~40 cm出现了较高的有机碳含量.     

土壤有机碳化学性质的研究及NMR和Py-GC/MS技术的应用

土壤有机碳表征着土壤的质量和生产力,从化学本质来看,有机碳化学主要涉及化学结构及化学成分2方面.以土壤有机碳的化学性质为主要对象,在土壤有机碳化学结构和功能方面,对其涉及的主要研究方法进行概述,同时综述了人为因素和自然因素对有机碳化学性质的影响研究,总结当前研究中的不足,并提出了今后有关土壤有机碳化学的研究方向,以期为深入开展土壤生态系统碳循环的研究提供参考.     

草地改良对土壤有机碳的影响--以福建省建瓯市牛坑龙草地生态系统试验站为例

在分析影响土壤有机碳源／汇的主要因素的基础上,利用定位观测的方法,对福建省建瓯牛坑龙草地生态系统试验站中影响土壤碳循环的主要因子,如草被覆盖度、土壤侵蚀模数、土壤温度、土壤水分含量和土壤有机碳含量及密度等,在草地改良过程中的变化进行观测研究．探讨了草地改良对土壤有机碳影响的机理和规律,指出进行草地改良、增加植被覆盖度是提高土壤碳汇能力、减少土壤碳排放的关键。     

长江口滨海湿地有机碳循环过程及影响因素研究进展

滨海湿地是“蓝碳生态系统”的重要组成部分。综述了长江口滨海湿地土壤有机碳时空分布及含量、碳汇速率、有机碳横向输入输出通量及量化方法、有机碳循环定量分析模型以及有机碳储量和组分对不同影响因素所做出的动态响应规律,发现在土壤有机碳水平空间分布上,崇西湿地＞崇明东滩＞九段沙＞南汇潮滩;有机碳通量和浓度变化主要受到植物生物量和结构、水和土壤的理化性质、陆源输入和潮汐动力、间隙水交换以及人类活动和全球气候变化的影响。未来应加强长江口湿地土壤碳库和有机碳输运通量统一观测,准确量化各主要因素对有机碳的贡献,这对研究盐沼湿地的碳循环机理和碳汇评估具有重要意义。     

不同纬度兴安落叶松林土壤碳氮含量特征及影响机制

土壤碳和氮是生态系统物质循环的重要组成部分。在全球变化背景下,对森林生态系统土壤碳和氮含量的变化规律和机制的研究是当今生态学的研究热点。本文沿不同纬度梯度的天然兴安落叶松林进行了野外土壤采样调查和分析,以期阐明兴安落叶松林中土壤碳氮含量的分布规律及机制。结果表明,兴安落叶松林土壤有机碳含量和碳氮比均随纬度的降低而增加,土壤总氮含量则随纬度的降低而先升高后降低,深层土比浅层土土壤碳、氮含量低。土壤碳与氮均受到气候因素和土壤因素的影响,且响应机制大致相同。年均温和年降水与土壤碳、氮含量呈显著正相关关系;海拔与土壤碳、氮含量呈显著负相关关系。土壤容重、砂土含量、pH与土壤有机碳和土壤总氮含量呈正相关关系;土壤黏土含量和壤土含量与其呈负相关关系。该研究为揭示森林生态系统中土壤碳、氮含量响应气候变化的规律及机制提供科学依据。     

全球气候变化中的滩涂湿地土壤有机碳研究

湿地生态系统的碳循环正在成为全球变化与陆地生态系统碳循环研究中的一大热点。湿地在稳定全球气候变化中占有重要地位,其重要性主要表现在湿地土壤是陆地上重要的有机碳库;土壤碳密度高;能够相对长期地储存碳,湿地是多种温室气体的源和汇。全球沿海湿地的分布面积大约为20．3万km^2,碳的积累速度为C（210±20）g／m^2·年,要远远高于泥炭湿地;并且沿海湿地大量存在的SO。。离子阻碍了甲烷的产生量,从而降低了甲烷的排放量。高的碳积累速率和低的甲烷排放量使沿海湿地对大气温室效应的抑制作用更加明显。盐城沿海滩涂芦苇沼泽地虽已列入世界重点湿地名录,但其有机碳循环及其分布特点尚未有资料报道。通过研究沿海滩涂湿地土壤有机碳储存变化及其空间分布规律,从微团聚体水平的有机碳转化与结合机制上研究土壤对有机碳的固定机制,对于了解湿地土壤有机碳的储存特点及其与陆地生态系统碳循环的关系,为评价和保护湿地生态系统提供依据具有重要的科学意义。     

马尾松人工林生态系统碳库的研究进展

碳循环研究是全球气候变暖大背景下应运而生的科学热点,碳循环作为地球系统中伴随着各种复杂的物质循环和能量流动工程,它的动态变化必然对气候产生重大影响。自20世纪50年代以来,大量化石燃料被开采利用,人工合成化学氮肥的产量和用量日益增加,森林及土地利用状况的急剧变化等,使人为产生的温室气体排放量不断增加从而打破了生态系统碳循环的自然平衡状态。森林在全球生态系统中扮演了不可或缺的角色,森林演替的动态直接影响到全球生态系统的碳循环及碳储量动态。目前,人工林种植已成为我国增加森林绿地面积必不可少的一项工程,而马尾松由于其适应性强,栽植范围广,易存活等特点而成为我国主要的荒山造林树种之一,我国有大量的马尾松林地,然而如何应用这有限的土地资源来达到增值增汇效应是我们目前值得思考的一个问题。研究马尾松林分土壤有机碳动态,掌握其碳循环机制及碳的有效固定过程可有效的增加林地增汇效应,以期对减排,减缓全球气候变暖等提供理论基础。     

中国东北样带碳循环研究进展

近年来,以中国东北样带为研究对象的陆地碳循环研究取得了较大进展,不仅建立了用于模型发展与比较研究的不同时间和空间尺度的中国东北样带陆地碳循环数据集,分析了自然与人为干扰下草原生态系统土壤呼吸作用的日、季动态,而且从机理上探讨了影响土壤呼吸作用的主导影响因子,发展了叶片-冠层尺度耦合的羊草草原生态系统动态模型和基于林窗原理的森林生态系统动态模型.在此基础上,指出了当前陆地碳循环研究的不足,进而针对我国作为发展中国家,财力有限的特点,提出了未来中国东北样带陆地碳循环研究的发展趋势与研究重点,以增进对陆地碳循环的理解及准确地评估陆地碳收支.     

我国土壤有机碳储量及影响因素研究进展

土壤有机碳储量、分布及其转化在陆地碳循环中起着重要的作用.本文对我国土壤有机碳储量、估算方法以及影响有机碳贮量的自然和人文因素等方面的研究进展进行了综述.介绍了土壤有机碳变化对土壤质量的影响,认为研究应从保护生态环境和可持续发展的理论出发,加强土地管理方式的改变,促进土壤有机质的积累,提高土壤生产力.     

贵阳次生林土壤有机碳含量对土壤生物学活性的影响

 次生林是喀斯特森林生态系统的组成部分,未来的森林可能就是次生林。土壤有机碳（SOC）是土壤有机质的重要组成,其含量是土壤肥力的重要指标,对土壤生物学活性有重要影响。为了解次生林土壤有机碳对土壤生物学活性的影响,在贵阳市郊设置灌丛、女贞林、马尾松林3个样点,于2008年6月—2009年5月进行为期1a的采样,并与农田土壤进行对比分析。结果显示,灌丛SOC含量最高,基于SOC/g来看,其含C底物的利用率却最低,土壤生化过程弱,植物和微生物可利用的营养物质较少;女贞林N转化速率较快,林下具有反硝化能力的菌群的酶丰富,气态N流失严重;马尾松林基于每克SOC的土壤有机残体分解的速度快、强度高,微生物活性、土壤酶活性高,土壤生化过程强烈,气态氮流失率最低。总的来说,研究区域土壤SOC含量限制了微生物群落规模,对灌丛土壤酶活性影响较大,SOC含量也间接地影响了微生物体N转化速率和有机物的分解速率,但对反硝化作用的影响不显著;建议在土壤恢复初期优先让草或灌木生长,改善立地条件,之后再选择适宜的树种按照针阔混交模式植树造林。     

有机物添加对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响

【目的】 探讨添加不同类型有机物对油松林土壤有机碳组分及土壤呼吸的影响,为预测山西太岳山油松林生态系统中土壤的碳收支平衡提供参考。【方法】 采用随机区组设计,以山西太岳山油松林地表的平均自然凋落物量为标准,向油松林地0~20 cm土壤中分别添加生物炭(BC)、玉米秸秆(JG)、辽东栎叶(LD)和油松叶(YS)等4种类型有机物,使用LI-8100 CO₂通量全自动测量系统对有机物添加条件下的土壤呼吸速率进行连续测定,并对各处理的土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)含量进行监测,结合土壤呼吸与土壤有机碳及其组分之间的关系,探讨添加有机物对山西太岳山油松林土壤呼吸及碳组分的影响。【结果】 ①向土壤中添加BC显著降低了土壤呼吸速率,添加JG后土壤呼吸速率较CK显著提高了11.67%。,其余处理与CK差异不显著。在2014年7—11月和2015年5—10月,不同添加物处理间土壤呼吸速率从大至小表现为JG>LD >YS>CK。②有机物添加下土壤SOC含量随时间的增加有上升的趋势,在2014年8月,添加JG后显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加BC显著提高了土壤MBC含量,添加LD和YS显著提高了土壤SOC和MBC含量。在2014年10月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC、ROC、DOC含量,添加LD显著提高了土壤MBC和ROC含量,添加YS显著提高了土壤SOC、MBC含量。在2015年3月,添加JG显著提高了土壤SOC、MBC和ROC含量,添加LD显著提高了土壤ROC含量。2015年5月,添加JG显著增加了土壤MBC含量。③与对照相比,添加BC后土温10 ℃时的土壤呼吸速率(R₁₀)显著降低了18.01%,添加YS后R₁₀显著增加了30.88%,添加其他有机物对温度敏感性系数(Q₁₀)和R₁₀没有显著影响。④土壤呼吸速率与土壤温度、SOC、MBC、ROC和DOC含量显著正相关。【结论】 添加有机物显著影响土壤碳动态和土壤温湿度,这些都会对土壤CO₂排放产生显著影响,添加JG对土壤有机碳及其碳组分的提高效果最显著,但土壤呼吸速率最高,不利于碳的储存;添加LD可增加土壤活性有机碳含量,短期内可明显改善土壤有机碳库质量;添加BC可在短期内提高土壤微生物生物量碳含量,并显著降低土壤呼吸速率,减少土壤CO₂排放的效果最好。     

广西森林土壤有机碳储量估算及空间格局特征

准确估算森林土壤有机碳库,研究其空间格局特征是陆地碳循环研究的关键与热点。利用森林资源连续清查样地资料,结合土壤剖面实测数据,估算广西森林土壤有机碳蓄积,分析不同经度、纬度、海拔的土壤有机碳密度的分布特征。研究结果表明:广西森林土壤有机碳 1 852.5 Tg,其中红壤和赤红壤土壤碳约占76.1%,是土壤有机碳储量的重要组成部分。广西森林土壤碳密度为12.13 kg/m²,碳密度低于全国平均水平,地带性土壤有机碳密度大小顺序为黄壤>红壤>赤红壤>砖红壤。森林土壤有机碳密度的空间分布总体上有北部高于南部、四周高于中部的规律。从三向地带性上看,碳密度均呈现出高—低—高的“U型”分布,有机碳密度低值区域主要是受岩溶地区的影响。     

广州典型森林土壤有机碳库分配特征

 对广州2种典型森林土壤碳库分配特征进行了研究,结果表明：① 两种森林土壤有机碳（SOC）表层含量及其差异程度最高,随土壤深度增加,差异逐渐减小。马尾松林SOC密度范围为55.54～66.69 t/hm²,常绿阔叶林SOC范围为84.91～151.16 t/hm²。② 两种森林土壤活性有机碳（AOCs）含量为马尾松林<常绿阔叶林;各种AOC分配比例均随龄级增长而升高。③ 两种森林土壤的水溶性有机碳（WSC）、易氧化态碳（EOC）和微生物量碳（MBC）含量分别与SOC相关性达到极显著水平,轻组碳（LFC） 与颗粒性碳（POC）含量分别与SOC相关性达到显著水平。④ 幼龄林与中龄林的土壤碳库大于相应的地上部植被碳库,而成龄林的土壤碳库小于植被碳库;土壤碳库占森林生态系统总碳库的比例随着生物量的增长呈下降趋势。     

干旱影响森林土壤有机碳周转及积累的研究进展

随着全球气候变暖趋势加剧,伴之而来的干旱问题成为全球关注的热点。干旱对森林生态系统碳积累和周转可能产生显著影响,其主要过程包括植被地上部分和地下部分凋落物对土壤有机碳的输入、凋落物的分解及土壤有机碳的矿化等。笔者综合分析了近年来国内外相关研究成果,对干旱影响森林土壤有机碳的主要过程与机制进行了归纳和总结,结果表明:①干旱通过促进叶片提前脱落,短期增加森林凋落物量,长期干旱则影响森林植物生长,降低森林初级生产力从而降低植物地上凋落物量。轻度和中度干旱下植物为补偿水分缺失增加细根生物量维持植物生命力,重度干旱下植物丧失自我修复能力导致细根生物量降低,干旱也会造成细根死亡率增加。平均而言,全球范围内干旱会造成森林凋落物量降低(1.9%)和细根生物量降低(8.7%),最终减少植物有机碳向土壤的输入量。②干旱可通过改变凋落物化学性质,对分解者——土壤动物、微生物产生胁迫,从而引起凋落物分解速率下降(10%~70%)。干旱使凋落物碳氮含量变化,造成凋落物次生代谢物,如纤维素、木质素、单宁等积累,改变根系分泌物化学组分,从而影响凋落物分解。干旱导致真菌生物量和分解者等土壤动物丰度降低,增加分解者捕食压力,使相关微生物和酶活性下降,造成凋落物分解速率下降。③干旱驱动微生物群落组成变化(真菌细菌比、革兰阳阴细菌比增加),造成微生物生物量下降,活性减弱,此外还会降低腐食动物的摄食活性、酶活性,最终导致土壤有机碳矿化速率下降(10%~50%)。④干旱对土壤有机碳不同组分影响不同,干旱会减小土壤微生物生物量碳(MBC)库(2%~30%),造成表层土壤溶解性有机碳(DOC)积累(30%~60%)。而在全球范围内的不同区域,干旱对土壤有机碳积累的影响也不同,亚热带森林中干旱对土壤有机碳积累的影响多是负面的,热带森林中则相反。总体而言,干旱对森林土壤有机碳库储量影响可能不大,但降低了土壤碳周转效率。而森林土壤有机碳周转过程不仅受干旱这一单一因素影响,温度、物种等因素会共同作用于土壤有机碳的周转与积累,且单因子的简单叠加模拟可能与现实环境中多因子综合对土壤碳通量的影响有一定差别。未来需要通过长期观测、延长控制实验时间、模拟原生环境条件等,开展多因素综合实验,加强干旱对土壤动物和微生物影响的研究,以深入了解干旱对森林土壤有机碳影响的生物学与生态学的过程与机制。     

南京市不同功能区城市林业土壤有机碳含量与分布

为了解城市化过程中人为活动对城市林业土壤性质及土壤碳库的影响,以南京市土壤为对象,测定了7类功能区城市林业土壤0～30 cm土层的总有机碳(SOC)、溶解有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化态碳(ROC)和轻组有机碳(LFOC)的含量,分析了城市林业土壤有机碳的分布规律及其相互关系。结果表明:城市林业土壤表层(0～10 cm)活性有机碳富集特征明显,土壤活性有机碳含量随着土层加深而减小,人为干扰对土壤有机碳含量影响较大; 城郊天然林土壤积累了较高含量的ROC和MBC,道路绿化带土壤由于交通源有机物质的输入,SOC、DOC、LFOC含量较高。人类活动频繁的居民区、公园和校园的土壤活性有机碳各组分含量多处于较低水平。研究表明,土壤总有机碳与各活性有机碳之间有显著相关关系。     

林业碳汇提升的主要原理和途径

降低大气CO₂含量、缓解气候变暖,已成为当今科学界和国际社会广泛关注的前沿热点问题。林业碳汇作为基于自然解决方案实现“碳达峰、碳中和”的一个重要途径,在应对全球气候变化方面发挥着基础性、战略性、独特的作用。林业碳汇不仅是森林碳汇,林产品碳汇也起着不可忽视的重要作用。林业碳汇潜力提升是一个森林生态系统净碳收支平衡和全产业链林产品碳汇的调控过程,主要包括无机碳的植物固定(光合过程、净生产力等)、土壤有机碳的周转与固定(动植物和微生物残体分解与黏土固定)、林产品碳的固持(林产品产量、木材转换效率、种类和使用寿命等)等3方面的调控原理。笔者从森林碳汇和林产品碳汇两个维度阐述了提升林业碳汇的主要原理、方法或途径。提升林业碳汇潜力的主要途径包括:①通过适地适树、适钙适树人工造林,以增加森林面积;②以完善森林经营措施来增加森林净生产力;③利用矿质黏土对有机碳的保护来增加森林土壤碳汇;④提升林产品产量和改进林产品用途以增加其寿命。在全球尺度上,增加森林面积或提高森林净生产力3.4%,或用可再生能源替换薪炭木材,再将薪炭木材用于制造锯材和人造板,都可以连续30 a每年增加1 Pg的碳汇量。减少全球森林火灾面积1/4或增加森林土壤有机碳含量0.23%,也可以增加碳汇1 Pg。此外,林业固碳还有巨大潜力可以挖掘。