亚热带樟树和枫香林土壤呼吸动态特征

土壤呼吸是构成森林生态系统碳平衡的重要组成部分, 在全球碳平衡中扮演着十分重要的角色. 樟树(Cinnamo- mum camphora)是中国亚热带地区地带性植被常绿阔叶林的优势树种, 枫香(Liquidambar formosana)是次生演替早期的优势树种, 研究以这两种树种为主要组成的森林土壤呼吸有助于了解亚热带地区森林碳源汇时空分布格局及碳循环过程驱动因子. 本研究的目的是: (1) 比较樟树林和枫香林日、季动态特征; (2) 确定土壤温度和含水量对土壤呼吸日、季动态影响, 验证土壤呼吸与土壤温度和含水量之间的关系模型, 为模拟樟树和枫香林的土壤呼吸速率变化格局提供科学依据.     

陆地生态系统土壤铁结合态有机碳:含量、分布与调控

土壤是陆地生态系统最大的有机碳库,其有机碳储量超过植被和大气碳库的总和.铁氧化物的矿物保护被认为是土壤有机碳长期稳定性的关键机制之一.铁氧化物具有比表面积大、吸附能力强的特点,且在热带和亚热带地区含量丰富.然而,目前关于陆地生态系统土壤铁结合态有机碳占土壤总有机碳的比例(f_Fe-OC)及其分布格局和调控机制仍不明晰.本文整理了已报道的陆地生态系统351组土壤f_Fe-OC数据,分析了其在不同土层、生态系统、气候带的分布格局和受气候、土壤、矿物因子的调控机制.结果表明:(1)陆地生态系统土壤f_Fe-OC平均为21.9%,且深层土f_Fe-OC(37.5%)显著高于表层土(15.4%, P<0.01).(2)土壤平均f_Fe-OC在不同生态系统表现为:湿地(24.5%)>草地(16.2%)>森林(14.9%)>农田(14.8%),贫氧生态系统(24.2%)显著高于有氧生态系统(15.7%, P<0.01).土壤平均f_Fe-OC在不同气候...     

化能自养微生物的固碳功能及人工调控策略

生物固碳是地球碳循环过程的重要组成部分,也是控制碳排放的有效方法.在海洋深处、水体沉积物、地表土壤甚至极端环境中,化能自养微生物可通过硫化物、氨、氢气等还原性物质的氧化获取化学能固定无机碳.诸多研究表明化能自养微生物的固碳功能对吸收大气、海洋、湿地、土壤和极端环境中的CO₂具有重要作用,特别是对深海、湖泊深层等无光环境以及深海热液区等极端生境中初级生产的重要贡献.然而,目前区域生态系统碳汇核算模型的建立普遍忽视了化能自养微生物类群及固碳潜能,低估自然生态系统实际碳汇能力.本文基于化能自养微生物固碳研究的现状,阐述了化能自养微生物在不同生态系统中的固碳潜能,介绍了参与化能自养固碳过程的主要微生物类群的代谢特征及固碳途径,重点分析了基于固碳途径和能量代谢提升自养微生物固碳效率的人工调控策略及应用进展.最后,本文对区域生态系统化能自养微生物碳汇功能的精准量化、开发人工增汇技术等未来研究方向进行了展望,为认识和调控化能自养微生物驱动的自然碳汇过程,助力实现“双碳”战略目标提供参考.     

模拟蒙古栎林生态系统碳收支对非对称性升温的响应

夜间最低气温与白天最高气温的非对称性升高现象普遍存在于北半球.应用BIOME-BGC模型模拟了北京东灵山地带性植被蒙古栎林生态系统碳收支在多种气候变化情景下的变化趋势,通过协方差分析探讨非对称性升温对暖温带落叶阔叶林生态系统固碳的潜在效应.结果表明,当大气CO2浓度不变时,对称性升温对GPP和NPP影响不大,但促进了Rh;蒙古栎林生态系统为一个较强的碳源,而非对称性升温则显著地提高了GPP,NPP和Rh,只是Rh的变化幅度较小,碳源功能随着升温不对称性的不断加强而减弱.当大气CO2浓度和气温同时升高时,两者的正交互作用显著地提高了GPP,NPP和Rh,但Rh的变化幅度较小,蒙古栎林生态系统转变为一个较强的碳汇,且随着升温幅度及其不对称性的不断加强,各通量变化幅度增大,碳汇功能不断加强.总之,非对称性升温较对称性升温更有利于蒙古栎林生态系统的碳吸收.鉴于此,推测基于平均气温变化的估算都可能在一定程度上高估了暖温带落叶阔叶林生态系统对气候变暖的正反馈.但该模型模拟的结果还没有得到相应观测和实验的证实.强调今后只有采用协同方法,充分考虑最低气温、最高气温和平均气温各自的生态效应及其与其他生态因子的交互作用,才能更加真实地评价非对称性升温现实世界中森林生态系统的碳源/汇功能.     

中国森林植被的碳汇/源空间分布格局

利用1984～1988年和1999～2003年间2次森林详查资料,结合1:100万森林植被图及同期基于CASA模型模拟的NPP空间分布,采用空间降尺度技术,定量估算了1km分辨率下1984～2003年间我国森林植被碳源/汇的空间分布.结果表明:(1)在1984～2003年间我国森林植被是大气的碳汇,碳储量增加了0.77PgC,年均增加约为51.0Tga?1.其中,碳的吸收量为0.88PgC,释放量为0.11PgC.(2)我国森林植被碳汇/源分布存在明显的空间分布规律,碳汇面积主要集中在亚热带和温带地区,高值区集中在海南地区、横断山脉地区、吉林境内的长白山脉,大兴安岭南部和西北山地;碳源主要分布在以东北至西南一带上,高值区主要集中在云南南部、大兴安岭北部和四川盆地中部.(3)碳汇强度与NPP的增长存在明显关联性,统计模型表明东北、华北、西北以及中南4个地区的碳汇量80%以上的变化能够由NPP增长驱动来解释.(4)碳汇强度的空间分布与森林林龄分布存在着明显的对应关系,碳汇强度整体上随着林龄的增加而降低.     

关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域. 本文回顾了中国土壤碳库估算的研究成果, 分析了我国土壤碳库在气候变化下的演变态势, 并探讨了土壤有机碳矿化与温室气体的释放问题. 整合已有的研究资料, 可以认为中国土壤总有机碳库接近90 Pg, 无机碳库约为60 Pg, 农田土壤已有的固碳速率在20~25 Tg/a 水平. 农田土壤固碳的理论容量可以达到2.0 Pg 水平, 但农业技术的实施能够实现的技术潜力可能仅为理论潜力的1/3 左右. 因此, 改善土壤管理和农田经营机制可能是提高土壤固碳技术潜力的关键.土壤固碳中有机碳积累并不表现出分解的敏感性, 固碳显得有利于提高农田生产力和改善生态系统功能, 一些农田综合温室气体排放的生命周期评价的案例研究反而显示有机质积累下农业生产的碳排放强度没有提高甚而降低. 未来中国土壤碳库研究的重点发展方向在于: (1)以流域为尺度和地球表层系统为对象的系统固碳与碳汇研究; (2) 生态系统土壤碳固定与稳定机制, 特别是土壤固碳与生产力和生态服务功能的协同机理和多界面过程. 中国土壤碳科学将面临多学科集成和多目标服务的新发展机遇.     

中国分省区森林碳汇量的一个估计

在CO2FIX 模型的基础上, 对中国各省市自治区(除台湾省)的森林碳汇量进行估计, 为省 级区域上二氧化碳减排的有效管理提供数据支持. 根据第六次全国森林资源清查资料, 在估算原 有森林碳汇量的基础上, 文章假设对全国的无林地进行造林, 实现新造林面积57323200 ha, 并估 算其碳汇潜力. 估算结果显示, 2005~2050 年, 中国森林生态系统可从大气中吸收固定的碳量累计 达到8.4 GtC, 其中原有森林累计固定4.9 GtC, 新造林累计固3.5 GtC, 所有森林的年碳汇量随着 时间表现出减少的趋势. 在各省市自治区中, 内蒙古自治区、云南、四川、甘肃和黑龙江等省, 是 重要的碳增汇区域, 对碳汇的贡献较大.     

中国南方4种林型乔木层地上生物量及其碳汇潜力

根据我国第5次(1994～1998年)和第6次(1999～2003年)森林资源清查数据,估算了热带亚热带8个省区4种主要林型(马尾松林、杉木林、硬阔林和软阔林)5个林龄组的乔木层地上生物量碳(TABC)与碳积累速率(TNEP).结果表明:(1)4种林型的TABC均随着林龄的增长而增加,阔叶林(硬阔林和软阔林)各林龄组的TABC均大于针叶林(马尾松林与杉木林)相应林龄组的水平,并且这种差距随着林龄的增长而增大;(2)4种林型的TNEP均随着林龄的增长呈现先增大后减小的趋势.阔叶林成熟阶段的TNEP远高于该阶段针叶林的水平;(3)利用logistic回归曲线分别拟合4种林型的TABC与林龄的关系(P<0.01,R2>0.95),预测了2010～2050年各林型乔木层地上部分的碳储量,同时计算同期4种林型的乔木层地上部分年均碳增汇量分别为41.14(马尾松林)、31.53(杉木林)、75.50(硬阔林)和75.68(软阔林)gCm2a1.基于森林资源清查数据估算和logistic回归曲线模拟的结果均表明阔叶林是更强的碳汇,并且在演替后期具有更大的碳吸存能力.相比于针叶林,阔叶林是我国热带亚热带区域碳汇林的最佳选择.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

喀斯特地表水生生态系统生物碳泵的碳汇和水环境改善效应

碳汇研究是全球碳循环研究的重要内容.近年来,陆地水生生态系统的碳汇日益受到重视,被认为是"遗失碳汇"的重要组成部分.最新研究发现,碳酸盐风化碳汇占岩石风化碳汇的94%,因此,喀斯特地表水生生态系统的碳汇显得尤为重要.生物碳泵效应作为一种稳碳和固碳过程,是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的重要机制,是碳循环的重要环节.生物碳泵效应的核心控制元素是碳元素,该效应在富含溶解无机碳(DIC)的喀斯特地表水生生态系统中发挥着重要作用.目前生物碳泵效应的研究主要集中在两个方面:(1)内外源有机碳的区分是准确评价和计算生物碳泵效应碳汇的关键;(2)发现生物碳泵效应影响水环境指标和水质状况.未来,一方面应精确地对陆地水生生态系统碳汇量进行估算,研究不同气候和土地利用对碳汇量的影响;另一方面,揭示生物碳泵效应与水环境的相互作用机制.重点包括以下4个方面:(1)验证地表水生生态系统"元素比值控制假说";(2)生物碳泵效应对水体元素化学计量比的调控潜力;(3)形成不同碳汇机制(生物碳泵效应和富营养化机制)的根本原因;(4)生物碳泵效应通过物理-化学-生物耦合作用改善水环境的可能机制.最后,探究微生物碳泵效应应用于陆地水生生态系统的可能性.