荒漠地区土壤表层固碳作用研究进展

 干旱、半干旱地区的生态环境条件脆弱,光能自养生物在荒漠地区地表的物质循环和能量流动中起着重要作用。藻类和苔藓是荒漠地区地表普遍存在的固碳生物,不仅能够改善土壤的物理性质,起到保护土壤的作用,同时能够通过特定蓝藻的固氮作用增加土壤的氮含量,最重要的是这些固碳生物能够通过光合作用固定空气中的CO₂,是荒漠地区土壤表层固碳的主要贡献者。荒漠地区生态系统固碳量的研究也是研究全球气候变化的重要组成部分,固碳量的大小不仅受自然条件的约束,也与土壤表层固碳生物（主要是藻类和苔藓）的组成密切相关。当土壤中仅有丝状蓝藻存在时固碳速率较低,随着绿藻等高等藻类和苔藓的出现,固碳速率快速增加。本文综述了荒漠地区土壤表层固碳生物组成和影响地表固碳的因素,回顾和展望了地表固碳的研究方法。     

吉林西部盐碱区农田土壤盐碱程度与碳的稳定同位素比值的关系

为了探讨农田土壤盐碱程度对土壤碳固定和碳排放的影响,选取吉林西部不同开发年限的盐碱旱田、水田为研究对象,进行野外采样和实验测量。测定土壤盐碱程度的基本理化指标:土壤pH、电导率和碱化度;同时测定土壤有机碳和无机碳的稳定碳同位素比值。研究结果表明,旱田土壤整体盐碱程度较高、固碳水平较低,土壤-大气碳循环较慢。随开发年限的增加,盐碱程度没有显著降低;而水田土壤盐碱程度相对较低,固碳水平较高,促进了土壤-大气碳循环。随开发年限的增加,土壤盐碱程度得以改善,土壤固碳水平提高。总体而言,玉米的种植无法较为有效地改善土壤盐碱程度和土壤碳的固定,而水稻的种植则可以改善土壤条件,有利于土壤对碳的固定从而降低碳排放。在全球温室效应大环境下,研究区应大力关注水稻种植产业的发展,改造盐碱土壤,为减缓区域变暖做出一定贡献。     

森林生态系统的固碳功能和碳储量研究进展

森林是陆地生态系统的重要组成部分,充分发挥森林的固碳能力关系到能否降低大气CO2浓度和抑制全球变暖趋势.本文在回顾森林固碳作用和碳储量研究进展的基础上,对未来研究提出粗浅看法:探知全球森林生态系统的碳储量和碳通量是调控碳循环过程的必要环节和最大难题之一,样地清查、遥感分析和模型模拟等方法的综合运用将是解决这一问题的根本途径;森林生态系统的固碳和生物多样性保护等生态功能与采伐森林资源不存在绝对对立关系,以演替理论指导森林管理有利于发挥森林生态系统的固碳作用和生物多样性保护功能,同时能够实现对森林资源的适度经济利用;应重视和加强对中高纬度森林枯落物碳库的研究.     

我国农作物残体制生物炭的固碳潜势和环境影响

应用生命周期评价方法并结合Gabi软件量化了我国农作物残体在生物炭制备及其土壤应用过程中的固碳潜势和环境影响.结果表明:生物炭系统的年度GWP100值(100年尺度下的全球变暖潜势)可达-921.66kg CO2e,能显著提高我国的固碳量;碳负性的实现主要依赖于所产生的生物油和热解气抵消燃煤发电,以及生物炭入土实现的碳固存,其中,生物炭产率对整个系统固碳潜势的影响最大;生物炭系统对人类毒性潜势、酸化潜势等环境问题均有改善和缓解;生物炭应用的环境可行性较强.     

不同施肥强度和更新方式对杉木人工林碳固存的影响

研究不同施肥强度和更新方式对杉木人工林固碳的长期影响,对提升人工林固碳潜力具有重要意义。应用FORECAST模型模拟了不同施肥强度和更新方式对杉木人工林固碳的长期影响,达到优化经营杉木人工林的目标。研究表明,在中等立地条件下,150 a不同施肥强度处理对总固碳量的影响依次是:60 kg/hm~2N120 kg/hm~2N30 kg/hm~2N0 kg/hm~2N,适宜的施肥可以提高土壤有机碳储量,如果过量会造成土壤"氮饱和"效应。杉木实生林生物碳储量要高于萌芽林,但萌芽林在水土保持、土壤养分及生物多样性等方面具有优势,在萌芽林下补植阔叶树形成杉阔混交林是一种理想的固碳经营模式。     

农田土壤中生物炭定量方法研究进展

生物炭还田是一种绿色可持续的固碳技术,可实现农田土壤碳封存、农林废弃物高效资源化利用和土壤改良等多重目标。量化农田土壤中的生物炭不仅有助于估量其长期稳定的碳储量,为生物炭碳汇计量提供数据支撑,同时也可作为大田土壤中生物炭稳定性的评价指标。生物炭属于黑炭类物质,基于环境中黑炭的定量方法,依据测定原理将生物炭定量方法归纳为热氧化法、化学氧化法、苯多羧酸分子标记法和光学法,综述了各种方法的测试原理、技术特点及其优缺点,旨在为精准选择合适的生物炭定量方法提供技术参考。     

水力侵蚀过程中土壤有机碳循环研究进展

水力侵蚀(水蚀)是土壤侵蚀研究的焦点和热点领域,研究水蚀作用下侵蚀与沉积过程中土壤有机碳的动态变化对于评估土壤碳的“源/汇”效应具有重要意义。笔者总结了水蚀过程中土壤碳循环的研究现状,从侵蚀过程中土壤有机碳流失的定量研究、有机碳迁移与再分配以及有机碳矿化的影响等3个方面明确了土壤水蚀过程中土壤有机碳动态,并对国内外土壤水蚀过程中的有机碳主要研究成果进行了对比分析。建议未来研究中先对水蚀过程中有机碳的破坏、搬运和沉积等全过程进行精准解析和量化,在此基础上揭示其物理、化学及生物等共同作用下碳矿化特征的响应机制,全面探究水蚀过程中土壤碳收支的动态,量化土壤侵蚀对全球土壤碳循环的贡献率。     

土壤碳转移动力学及其环境意义

综观土壤碳转移动力学及其环境效应的相关研究,土壤碳转移动力学对环境具有极其显著的作用,表现在土壤特性、土壤中碳转移动力学过程等控制并调节了土壤碳转移与环境污染物间的相互关系,土壤碳转移动力学对于大气CO2的升降影响巨大,而土壤碳转移动力学过程本身就具有大气CO2源、汇的效应。同时土壤碳转移动力学与环境有机污染物、重金属污染物等的运移有关,并且其特性控制了土壤碳的转移。但由于目前对土壤碳的环境交换过程研究未曾考虑土壤的特性,加上全球古环境变化研究的需要,了解土壤碳转移过程对于更好地解译古环境记录具有决定性的作用。现今土壤碳转移动力学资料的缺乏,需要加强对土壤碳转移动力学与环境间相互关系的研究。     

土壤重金属有效态和生物碳关系研究进展及展望

阐述了国内外对重金属有效态和生物碳含义的界定,概括了土壤重金属有效态和生物碳的研究进展,从生物碳对土壤重金属有效态的吸附动力学模拟、p H的影响、生物碳组分及制备温度不同对有效态吸附的影响等方面对生物碳与重金属有效态关系的研究成果进行总结,并提出相应展望。     

土壤碳转移动力学及其环境意义

综观土壤碳转移动力学及其环境效应的相关研究,土壤碳转移动力学对环境具有极其显著的作用,表现在土壤特性、土壤中碳转移动力学过程等控制并调节了土壤碳转移与环境污染物间的相互关系,土壤碳转移动力学对于大气CO2的升降影响巨大,而土壤碳转移动力学过程本身就具有大气CO2源、汇的效应.同时土壤碳转移动力学与环境有机污染物、重金属污染物等的运移有关,并且其特性控制了土壤碳的转移.但由于目前对土壤碳的环境交换过程研究未曾考虑土壤的特性,加上全球古环境变化研究的需要,了解土壤碳转移过程对于更好地解译古环境记录具有决定性的作用.现今土壤碳转移动力学资料的缺乏,需要加强对土壤碳转移动力学与环境间相互关系的研究.     

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。     

滨海滩涂不同土地利用类型土壤活性有机碳含量与垂直分布

近年来,滨海滩涂已成为人类围垦开发的主要区域。围垦,一方面改变了土壤基本的理化性质,另一方面也加速了土壤有机碳库的变化,特别是对围垦活动比较敏感的活性有机碳,因此研究围垦区不同土地利用类型下土壤有机碳及其活性组分的含量与差异,能够为合理开发利用滨海湿地,了解围垦区的土壤碳循环特征提供参考。     

Perspectives on studies on soil carbon stocks and the carbon sequestration potential of China

Soil carbon stocks and sequestration have been given a lot of attention recently in the study of terrestrial ecosystems and global climate change.This review focuses on the progress made on the estimation of the soil carbon stocks of China,and the characterization of carbon dynamics of croplands with regard to climate change,and addresses issues on the mineralization of soil organic carbon in relation to greenhouse gas emissions.By integrating existing research data,China's total soil organic carbon(SOC) st...     

管理措施对绿洲农田土壤总有机碳及易氧化有机碳季节变化的影响

研究了新疆干旱区绿洲棉田不同管理措施对土壤有机碳及易氧化有机碳变化的影响,揭示棉田土壤质量的变化,以期为棉花合理施肥及提高农田土壤肥力,实现资源的可持续利用提供依据。结果表明：土壤总有机碳含量在棉花播种前较低,花铃期有机碳含量有所增加,至收获期达到最大值;土壤易氧化有机碳含量在棉花播种前较低,在花铃期达到最大值,而在收获期明显降低。不同农业管理措施下,不同土层土壤总有机碳含量和易氧化有机碳含量均表现出土壤上层最高、随土层深度增加呈降低的趋势。不同灌溉方式下,滴灌棉田土壤易氧化有机碳的含量提高,土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例增加,而漫灌棉田增加了土壤有机碳的稳定性,有利于土壤有机碳的积累。     

黑龙江省三江平原湿地土壤碳储量变化

为湿地保护和减缓全球气候变化政策的制定提供科学依据,根据对黑龙江省三江平原不同类型和不同开垦年限的湿地土壤有机碳含量、土壤视密度、土层厚度和面积的测量结果,估算土壤碳储量及农业开发50a以来的碳储量变化。对不同土壤类型碳密度随时间的变化,用回归分析的方法,建立土壤碳密度变化模型。结果显示,湿地开发初期20a碳密度降低很快,之后逐渐趋于平稳。三江平原的湿地土壤是一个重要的有机碳库,其有机碳储量为621Mt,该区湿地土壤碳储量随耕地面积的增加而减少。人类活动导致的湿地丧失和退化、水土流失和不合理的耕作措施等是土壤碳储量减少的主要原因。     

土地利用变化的碳排放机理及效应研究综述

就影响陆地生态系统碳储量的主要生态机制(CO2施肥效应、氮沉降增加、污染、全球气候变化、土地利用变化和土地管理),阐述了土地利用变化对陆地生态系统结构和功能产生的影响,以及对系统造成的碳储量变化.主要从土地利用变化和土地管理两方面对土地利用碳排放效应进行论述:森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低;农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用,能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集;森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性,导致土壤碳汇集速率差异极大;保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平.土地利用碳排放核算主要从陆地生态系统的植被碳和土壤碳入手,综述了目前国内外的研究进展.     

林木根源有机C对大气CO2浓度升高的响应

林木根源有机C包括根系通过根枯落物、根系(根共生菌丝)分泌物和根共生菌周转3条途径向土壤输入的有机C.它是森林生态系统中一个重要的、潜在的C汇.综述了根源有机C与其微生物对CO2浓度升高的响应.虽然对根系寿命的变化尚不清楚,但CO2浓度升高将导致根系生物量、生产量、死亡量和分泌物的增加;同时,CO2升高亦促使根共生菌生物量的增加而增加了共生菌的C归还潜力,表明CO2升高使根源有机C的输入增加了.CO2浓度升高情况下,根系化学性质(根N浓度降低)和形态特征(根直径增加)的这些变化均有利于增加土壤C的吸存;而根分布深度的降低则对土壤C吸存不利;CO2浓度升高对根分泌物和根共生菌质量的影响研究则极少.CO2浓度升高下土壤微生物活性和群落组成的变化存在较大的不确定性.目前CO2浓度升高下林木根源有机C对森林长期C吸存的贡献仍很不清楚.     

小麦秸秆还田对华北高产粮区碳截留的作用

根据公开发表的文献资料中的数据,从秸秆还田对土壤有机碳的增加、对生物量碳的增加和秸秆还田减少化学N、P、K肥料的使用可减排碳三个方面,定量研究了华北平原冬小麦-玉米轮作区秸秆还田对农田生态系统碳截留的作用。结果表明,在高产粮区,若小麦秸秆全部还田,可以增加土壤有机碳690 kg C.hm-1.year-1;增加生物量碳580 kg C.hm-1.year-1;因增加土壤N、P、K含量少施化肥减排碳40 kg C.hm-1.year-1;合计大约可以增加1310 kg C.hm-1.year-1的碳截留。     

松嫩草地碳和水通量对全球变化的响应

全球变暖和氮格局的改变对生态系统碳通量的变化具有深远的影响,长期的模拟增温和氮沉降实验对预测21世纪全球气候变化下草地生态系统生产力和碳匮缺的响应有着至关重要的意义.在中国东北松嫩草地开展4年的增温和施氯实验,通过测定羊草草地光合特性,试图揭示全球变化对羊草草地的碳、水通量产生的影响.试验采用一个封闭的光合测定系统(LI-6400)测定草地的碳、水通量变化,通过计算CO2的变化量确定净生态系统CO2交换量.结果表明,增温降低了净生态系统CO2交换量(NEE),净生态系统生产力(GEP)和生态系统蒸腾作用(ET),升高了生态系统呼吸(ER)和水分利用效率(WUE);施氮处理刺激了NEE、ER、GEP和WUE;增温加施氮处理,氮素的添加缓解了因增温对生态系统产生的负效应.碳、水通量对全球变化的响应是通过改变生物群落中优势物种羊草的数量实现的,全球变化能在短期内迅速改变松嫩草地的碳通量.这些结果都有助于理解未来生态系统碳循环对全球气候变化的反馈.     

鄱阳湖季节性淹水湿地土壤有机碳动态模拟与预测

该文以鄱阳湖国家级湿地自然保护区的泗洲头、常湖池以及蚌湖季节性淹水湿地为研究对象,选择典型湿地植被芦苇(Phragmites australis)、苔草(Carex spp)和南荻(Triarrhena lutarioriparia),基于DNDC模型模拟和预测不同湿地植被下表层(0～20 cm)土壤有机碳含量(m_SOC)动态变化,估算土壤碳储量和CO₂的年排放量.结果表明:DNDC模型能够准确模拟研究区不同典型植被下的m_SOC动态变化,δ_RSME<30%,R²>0.9.敏感性分析显示:影响m_SOC动态变化的敏感因素是初始土壤有机碳和黏粒含量.常湖池、蚌湖和泗洲头土壤平均有机碳密度分别为36.71、17.12和11.47 t·hm^-2,土壤碳储量分别为8 738、66 090和21 174 t,常湖池具有较大的碳储量.苔草、南荻和芦苇平均土壤碳密度分别为21.96、21.86、15.98 t·hm^-2,土壤碳储量分别为933 928、62 933、166 458 t,苔草固碳能力巨大.基于DNDC模型模拟预测表明:在未来120年内研究区不同植被类型土壤有机碳含量将呈稳定下降趋势.