江西省森林土壤有机碳储量研究

根据江西省第2次土壤普查资料,结合“十五”期间(2001—2005年)江西省森林资源二类调查资料,采用GIS技术和国际上常用的土壤分类系统对江西省森林土壤有机碳密度和碳储量进行了估算,并分析其空间分布特征。江西省森林总面积为1 004.32万hm2,其0~20 cm和0~100 cm土层有机碳储量分别为4.01×108 t和1.03×109 t。总体上看,从中北部平原向外至山地,土壤有机碳密度水平呈递增趋势,表现出受气候、植被和地形影响的地带性分布特征。森林土壤0~20 cm土层的平均有机碳密度(以面积加权)为3.89 kg/m2,低于我国自然土壤表层平均有机碳密度值(570 kg/m2),略高于全国耕作土壤平均有机碳密度值(3.00 kg/m2);在0~100 cm土层的平均有机碳密度为10.21 kg/m2,略高于近年来中国土壤平均有机碳密度的估算值(5.46~9.60 kg/m2)。     

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。     

三峡库区森林土壤有机碳空间分布模型的建立

森林土壤有机碳(SOC)深度分布模式影响其稳定性,一般下层SOC较上层稳定。笔者选取三峡库区秭归县马尾松林地、退耕林地、针阔混交林地等3类森林类型的黄壤、黄棕壤、石灰土、紫色土等4类土壤类型共12种组合,通过典型地段取样法构建研究区SOC密度的深度分布模型,确立模型参数与土壤性质的回归关系,确定土壤传递函数(PTFs)方程式。结果表明:森林类型仅在土壤表层影响SOC密度,土壤类型对SOC密度影响不显著,土壤质地对各深度层SOC密度影响显著; 黏土表层SOC密度比砂质土高,SOC密度随深度下降的速率受土壤质地和森林类型的影响,黏土SOC下降速率高于砂质土; 通过森林类型和土壤质地信息,构建的模型可以预测SOC深度分布模式; 运用构建的模型估算出三峡库区黑沟小流域30 cm土层内SOC储量约为(5 290.32±74.85)t,0～100 cm土层SOC储量约为(8 280.87±120.98)t,0～30 cm土层SOC储量约占整个剖面层的63.89%。     

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。     

Science杂志刊登我国科学家重要发现：成熟森林土壤可持续积累有机碳

经典生态学理论认为与非成熟森林相比,成熟森林作为碳汇的功能较弱,甚至接近于零.然而,中国科学院华南植物园周国逸研究员及其同事的最新研究成果表明,在过去25年期间,成熟森林在地上部分净生产力几乎为零的情况下,土壤持续积累有机碳,表现出强大的碳汇功能.这一成果发表在最新一期的国际权威学术杂志Science(2006年12月1日)上,引起了广大生态学家的密切关注以及众多国内外读者及媒体的极大兴趣.自工业革命以来,人类大量使用化石燃料,导致大气中二氧化碳的浓度不断上升,带来了温室效应等一系列全球性的环境问题.过去几十年,科学家们在全球…     

“碳中和”背景下碳输入方式对森林土壤活性氮库及氮循环的影响

森林生态系统具有碳源和碳汇双重功能,调控森林中碳输入方式对于实现我国“碳中和”目标具有重要意义。作为森林土壤有机碳(SOC)的主要来源,不同碳(C)输入方式(如地上凋落物、地下植物根系等)对森林生态系统土壤氮(N)循环的影响一直是相关学者的研究重点。笔者综述了目前国内外不同C输入方式对土壤活性N库、土壤N矿化、硝化过程及氧化亚氮(N₂O)排放的影响研究现状,分析了森林土壤活性N库及N转化过程对不同C输入变化的响应,发现:① 地上C排除可以降低土壤有效态氮(主要包括$NH_{4}^{+}$-N和$NO_{3}^{-}$-N)的含量,但地下C排除却增加了土壤$NH_{4}^{+}$-N含量。C输入方式的改变对土壤微生物生物量氮(MBN)含量影响具有不确定性,这可能与生态系统类型、树种组成、时间尺度等因素相关。此外,地下C排除对土壤可溶性氮(DON)含量的影响较地上C排除的大,地下根系可能是影响土壤DON含量的主要贡献者。② 地上C输入对土壤N矿化及硝化速率的影响在短期内较大,而长期影响较小。其主要是通过间接改变土壤微生物活性从而影响了土壤N矿化及硝化过程,地下C排除增加了土壤N矿化速率,且随着时间尺度的增加表现更加明显。③ 地上C输入通过改变硝化和反硝化微生物的可利用C源而间接影响了N₂O的排放,且受到树种影响显著,而地下C输入对N₂O的影响因根系质量等的差异而发生改变。综上可知,森林土壤活性N库及N循环过程对不同C输入具有不同的响应机制,且受生态系统类型、物种、时间等因素影响较大。目前关于两种乃至多物种不同C的输入对森林土壤N影响的研究较少,且定性研究较为普遍;对优化森林生态系统地上地下C输入动态模型和精准预算不足,尚未建立完整的碳减排生态补偿机制。今后的研究亟须定量了解不同森林生态系统不同的C输入及其两者或者多物种之间的交互影响对土壤N的影响机制,且需更多地考虑在时间尺度上的长期变化过程;需要提升核算与预测森林地上地下碳中和能力,加快森林碳中和技术研发,为提前实现“碳中和”战略目标提供科技支撑。     

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。     

短期氮添加对杨树人工林表层土壤 可溶性有机碳的影响

在江苏省北部杨树人工林集中分布区开展短期氮添加实验,以研究表层土壤(0～10 cm)可溶性有机碳的响应规律。结果显示:杨树人工林表层土壤可溶性有机碳随着氮添加浓度上升呈现增加趋势,林龄间差异逐渐减小; 对表层土壤可溶性有机碳影响因子分析发现,短期氮添加过程中土壤微生物生物量碳与土壤可溶性有机碳动态的相关性最大,与相对于凋落物量和细根生物量没有明显相关关系,说明短期外源氮素输入会导致土壤微生物生物量的增加,从而引起作为微生物代谢产物的土壤可溶性有机碳浓度的上升。     

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。     

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。     

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。     

火烧对北亚热带天然次生林土壤有机碳的影响

【目的】研究火烧对北亚热带天然次生林土壤有机碳的影响,为火后森林生态系统恢复提供参考。【方法】以北亚热带天然次生林火烧迹地为研究对象,灾后1 a在火烧迹地和对照林地上分别设置20 m×20 m样地各5块,分层采集0～50 cm土层的土壤样品,测定各层土壤有机碳和土壤养分含量。【结果】火烧迹地土壤里含有的轻组有机质、易氧化碳、有机碳均比对照区域高,上升的幅度分别为1.2%～61.5%、9.6%～47.4%、3.9%～35.1%,且在0～10 cm土层的差异极显著(P<0.01)。次生林火灾之后,轻组有机质、易氧化碳、总有机碳基本都存储于土壤表层,深度为0～20 cm。火烧迹地土壤0～50 cm的剖面中,含有的有机碳比对照区域高,上升的幅度约18.8%且差异显著。过火后土壤总有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效钾)的相关性均达到极显著水平。【结论】天然次生林发生火灾1 a后,火烧迹地土壤总有机碳、土壤养分的增加主要集中在表层土壤中。     

模拟氮磷沉降和凋落物处理对两种林型红松林土壤有机碳组分的影响

【目的】阐明模拟氮(N)磷(P)沉降和凋落物处理对两种林型红松(Pinus koraiensis)林土壤有机碳(SOC)组分的影响,为该地区红松林的合理施肥提供参考。【方法】以黑龙江省伊春市带岭区凉水国家级自然保护区红松人工林与阔叶红松林为对象,每个林型设置3块20 m×30 m样地,每块样地间隔20 m,每块样地内布设12个样方,共计72个样方。每个样方实施两种处理：(1)凋落物处理：2017年10月进行该处理的去除(R)、添加(A)和原状(CK1)3个水平的试验,每个水平设定3个重复;(2)模拟氮磷沉降处理：2018年与2019年的5—10月,每月进行1次该处理的试验,分别使用(NH₄)₂SO₄和(NH₄)₂HPO₄作为氮源和磷源配置成不同质量浓度的液体肥,施肥量设置低剂量(L,N、P添加量均为5 g/m²)、中剂量(M,N添加量为15 g/m²,P添加量为10 g/m²)、高剂量(H,...     

城乡空间差异对麻栎林土壤活性有机碳的影响

了解城乡空间差异下森林土壤活性有机碳的动态变化和影响因素,为城市森林生态系统的碳循环研究提供数据支撑。     

气候变化对黑土有机碳库影响模拟研究

以黑龙江海伦为研究地点，利用CENTURY模型模拟了自然状态下的黑土在1953—2000年实际气象条件及以此为基础的9种气候变化情景下的土壤有机碳(0～20cm)。模拟结果表明，自然状态下的黑土在48年间实际气象条件下，土壤有机碳含量产生了波动；不同气候变化情景的模拟结果表明，温度升高或降水量的减少能够降低土壤有机碳含量，相反则有利于其升高，其中气温是影响黑土有机碳变化的主要气候因素。当气温升高2口时，无论降水量不变、减少或增加20％，都能导致土壤有机碳含量下降。温度升高且降水量减少模式下的土壤有机碳含量最低，温度降低且降水量增加模式下的土壤有机碳含量最高。