湿地碳计量方法及中国湿地有机碳库初步估计

湿地碳计量是湿地资源保护和增汇技术实施的前提条件. 在全面整理碳计量方法和探讨湿地碳计量的困难性后, 认为清单法是在国家尺度上估算中国湿地有机碳库的一种现实可行的方法. 为了弄清楚我国湿地到底固了多少有机碳? 在先前的研究基础之上, 利用改进后的清单法进行了研究. 主要结果如下: (1) 中国湿地有机碳库总计达5.39~7.25 Pg, 约占全球湿地碳储量(154~550 Pg)的1.3%~3.5%. (2) 中国湿地土壤有机碳库(5.04~6.19 Pg)>中国水体有机碳库(0.22~0.56 Pg)>中国湿地植被碳库(0.13~0.50 Pg), 分别占中国湿地有机碳库的85.4%~93.5%, 4.1%~7.7%和2.4%~6.9%. 本文估算的中国湿地土壤有机碳库要高于先前的研究结果3.67 Pg, 但低于前人的研究结果12.20和8~10 Pg. 在讨论和不确定性分析的基础上, 对今后深入研究的方向进行了展望.     

南阳盆地PETM事件的高分辨率碳同位素记录

PETM事件是发生在古新世-始新世界线附近、由大量甲烷注入大气圈引发的全球快速增温事件. 生物地层和同位素地层研究表明, 南阳盆地玉皇顶剖面的湖相泥灰岩沉积完整地记录了PETM事件, 其δ¹³C值负偏幅度达6.1‰, 是迄今为止世界上分辨率最高的PETM记录. 记录显示, PETM事件在2 cm厚的泥灰岩沉积中触发, 其δ¹³C值由−3.2‰迅速降低到−5.2‰, 表明大量甲烷在极短时间内释放出来, 其原因很可能同灾难性地质事件有关. 全球记录对比表明, PETM事件可以概括为三阶段模式: δ¹³C值的快速负偏、继续缓慢负偏和逐渐回返, 分别对应于甲烷的快速释放、继续缓慢释放和逐渐消耗.     

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.     

植物-微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-微生物共生系统具有降污固碳双重作用.本文围绕植物-微生物共生系统降解污染物和固定二氧化碳的两大生态功能,系统梳理了共生系统三个要素之间的相互作用关系.从植物、微生物和二者共生关系三个角度归纳了共生系统的污染修复途径,总结了植物和微生物的固碳机制.同时也分析了土壤中重金属和有机污染物对植物固碳过程造成的不利影响.本文最后对未来植物和土壤微生物在降污和固碳方面的研究进行了展望,旨在促进土壤污染的研究与治理,改善土壤生态系统的固碳功能.     

中国不同生态型竹子植硅体固碳

<正>目前,全球大气中CO2的浓度已经达到了391μL L-1,并且在未来CO2浓度的升高速度有越来越快的趋势.将大气中的CO2移除或固定在陆地生物圈中或许是降低大气中CO2浓度最有效的方法之一.植硅体固定碳是最有前景的生物地球化学固碳机制之一,在全球碳循环及气候控制与调节中起到重要作用.     

基于碳烟表面活性的多步碳烟生成机理研究柴油机碳烟生成的主要影响因素

随着排放法规对发动机碳烟排放量以及碳烟颗粒尺寸的要求日益严格,柴油机部分预混燃烧技术通过协同控制燃烧过程中混合与化学反应参数,可以实现高热效率与超低的碳烟排放.这样使得燃烧边界条件对碳烟生成过程的影响成为研究的关键问题.本研究利用三维CFD数值模拟方法,耦合正庚烷化学动力学简化模型以及改进的多步现象学碳烟模型,来预报以正庚烷为替代燃料的柴油机部分预混燃烧过程及其排放特性.乙炔作为碳烟前驱物形成以及碳烟表面生长的主要组分,其生成历程的准确预报为模拟碳烟形成奠定了基础.碳烟表面生长过程是碳烟质量积累的重要过程,本研究引入碳烟颗粒活化表面比例分数αCH作为评价碳烟表面活化程度的标准,探讨了不同燃烧边界条件对碳烟表面活化程度的影响.研究结果表明,对于混合气均匀的燃烧工况,氧浓度降低导致燃烧温度降低,引起单位面积上的碳烟生长速率大幅降低是表面生长速率减慢的主要原因,最终导致碳烟的生成量减少;随着混合气分层程度增加,燃烧过程中积累了大量未燃碳氢化合物,促进了乙炔的生成和碳烟表面活化程度升高,加速了碳烟表面生长过程,导致最终碳烟排放恶化.此外,燃烧过程中残留的CO对碳烟后期氧化产生一定的抑制作用.     

现代土壤中含季碳支链烷烃的分布特征及环境意义

利用色谱质谱(GC-MS)技术对中国及蒙古国不同气候区的26个深约20 cm表层土壤中的类脂物进行了系统分析. 讨论了在现代土壤中首次发现的含季碳的支链烷烃系列化合物, 如5, 5-二乙基烷烃、6,6-二乙基烷烃、5-丁基, 5-乙基烷烃和6-丁基, 6-乙基烷烃等. 它们每个系列都只有奇碳或偶碳分布, 明显指示生物来源, 其碳数分布具有协变性. 其中5,5-二乙基烷烃的分布同正构烷烃一样具有规律性的空间变化趋势, 与气候和植被的空间分布有很好的一致关系. 在湿热的东南和西南地区其低碳数组分占优势, 主峰基本上为C₂₁或C₂₃; 而在寒冷干旱的西北地区及蒙古国高碳数组分丰度较高, 主峰基本上为C₂₉. 研究结果证明: 和正构烷烃的SC₂₁^-/SC₂₁⁺一样, 5,5-二乙基烷烃的高低碳数分布优势作为一个新的独立指标, 可以敏感地指示土壤生态和气候的变化.     

湖泊沉积研究中一种定量估算陆源有机碳的方法

湖泊沉积研究中常把总有机质含量(TOM)或总有机碳含量(TOC)作为判识湖泊环境的一个重要指标.事实上,湖泊沉积物中的有机碳来源广泛,简单地可分出内源和陆源两部分.     

近20年来中国大陆农田表土有机碳含量的变化趋势

调研并分析了中国大陆1993年以来关于区域农田土壤有机碳变化的文献200余篇. 为了客观评价中国大陆农田有机碳的变化, 从中选出132篇具有代表性的文献, 这些文献涵盖了不同地区60000余个土壤样品的测定结果. 分析结果表明, 近20年来占中国大陆农田面积53%~59%的土壤有机碳含量呈增长趋势, 30%~31%呈下降趋势, 4%~6%基本持平. 进一步分析结果指出, 中国大陆农田表土有机碳贮量总体增加了311.3~401.4 Tg. 其中, 华东和华北地区增加明显, 但东北地区呈下降趋势. 有机碳含量增加明显的土壤类型为水稻土和潮土, 黑土下降显著. 有机碳含量增加主要归因于秸秆还田与有机肥施用、化肥投入增加与合理的养分配比以及少(免)耕技术的推广; 黑土区有机碳含量下降的主要原因是水土流失和投入不足. 为了有效地促进农田土壤碳固定, 最大限度地遏制东北地区土壤有机碳下降的趋势, 未来应通过配套技术的研究、农户培训和政府补贴等措施, 进一步推广秸秆还田、平衡施肥、少(免)耕等保护性耕作措施, 加大水土流失的综合治理力度. 与此同时, 为了应对后《京都议定书》时代对中国可能产生的减排压力, 未来需加强4个方面的研究: (1)第二次土壤普查期间及目前中国农田土壤有机碳贮量, (2)由自然因素和人为因素控制的农田土壤有机碳变化机理, (3)增加土壤碳固定及减少碳损失的有效途径, (4)农田土壤的固碳潜力及未来演变趋势.     

岩溶湖库生产力的溶解无机碳施肥及碳增汇和富营养化缓解效应

内陆水体在全球碳循环中的作用日益受到关注,特别是喀斯特地表水体与水生光合作用有关的生物泵(biological pump, BP)将溶解无机碳(dissolved inorganic carbon, DIC)转化为有机碳沉积,是形成长期稳定碳酸盐风化碳汇的关键.富营养化作为BP的特殊阶段,是地表水环境面临的主要环境问题之一.然而,通常认为富营养化的控制元素是磷(P)和氮(N),而BP的控制元素还包括碳(C),如喀斯特湖库尽管DIC浓度高,但其碱性环境使得水中的CO₂ 很低,因此BP效率受到C限制.同时BP产生的碳酸钙促进了水中P的共沉淀,缓解了水体向蓝藻型富营养化的发展,可能促成水质安全和水体碳增汇的双赢.未来需通过对不同气候(温度、降水差异)、不同土地利用(N-P营养输入差异)和不同岩性(碳酸盐岩-硅酸盐岩风化产生pH和DIC差异)条件下的喀斯特地表水体BP的DIC施肥及其碳增汇和富营养化缓解效应进行系统研究,重点揭示以下关键科学问题:(1) DIC对BP施肥的机制及控制因素;(2)水体C:N:P:Si与浮游-沉水植物群落结构/组成的耦合关系及机制;(3) DI...     

岩粉施加对水稻生态系统植硅体碳的增汇作用

<正>植硅体态碳(phytolith-occluded organic carbon,Phyt OC),在植硅体的坚硬外壳"保护"下,可以长时间地保存在一些土壤和沉积物中,作为一种相对稳定和"安全"的长期有效的生物固碳机制,在全球农业生态系统碳汇和气候变化中有着重要的作用,目前已经引起了越来越多科学家的关注.如何加强和提高农业生态系统中植硅体碳汇潜力是目前研究的热点和重点.Li等人研究发现水稻植株植硅体态碳产生量,不仅与其植硅体占干物质的量有关,也与植硅体封存有机碳     

子午岭森林灰褐土保护有机碳的能力及各密度组分生化特征

物理保护是稳定土壤有机碳的主要方式之一, 为了理解在全球气候变化和碳循环中土壤作为碳汇(或碳源)所起的作用并正确管理土壤, 首先应该知道特定的土壤中有多少有机碳是被物理保护的. 通过密度分组和超声波技术将每个土样分为3个组分: 自由轻组、闭合组分和重组, 并分别分析每个组分的有机碳含量、碳水化合物含量和顽固性碳含量. 结果表明: (ⅰ) 整个土壤剖面上, 重组中的有机碳占明显优势, 自由轻组次之, 闭合组分中有机碳的分布最少, 说明土壤中大部分有机碳是受物理保护的. 随土壤深度增加, 自由轻组有机碳由25.27%下降为3.72%, 而重组有机碳由72.57%上升为95.39%, 闭合组分有机碳为2.16% ~0.89%. (ⅱ) 从顽固性指数看, 轻组碳和重组碳的顽固性是相似的, 甚至在土壤表层以下, 轻组碳的顽固性比重组碳的顽固性高, 说明轻组并非像经常定义的那样是最新鲜或很少被分解的组分, 并且在表层10 cm以下, 受物理保护的有机质, 其有机质质量也相对较高.     

中国区域主要颗粒物及污染气体的排放源清单

利用政府部门公布的最新数据, 包括社会-经济数据、化石燃料和生物质燃料消耗数据等,同时采用一些新的、中国特有的排放因子, 计算了中国大陆2007 年高时空分辨率的颗粒物及污染气体的排放源清单. 计算的年排放量分别是: PM_2.5 1321.2 万吨, BC 139.9 万吨, OC 294.6 万吨,SO₂ 3158.4 万吨, NO_x 2324.8 万吨, NH₃ 1601.7.0 万吨, CO 16485.6 万吨, VOCs 3546.4 万吨. 计算出的全国和各地区的排放量采用0.5°×0.5°的网格来图示, 表明沿海地区及部分中部地区的排放强度明显高于西部地区; 部分污染物的排放具有较强的季节性, 主要是由于自然因素及居民采暖、农业秸秆的露天焚烧的季节性等所致. 分析对比表明, 本文计算的排放结果与其他清单基本相当, 但在不同污染物分类别的排放量上则不尽相同; 估算误差相对以往清单小.     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤CO2气体碳同位素组成、更新特征及来源比例

给出了雨季(7月)鼎湖山季风常绿阔叶林两个土壤剖面(DHLS和DHS)中CO₂气体的碳同位素组成和更新特征, 探讨了土壤CO²气体的来源比例. 结果表明: 该林区土壤CO₂气体含量变化范围为6120~18718 μL•L⁻¹, 随深度增加而增大, 75 cm以下则逐渐减少. 在DHLS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值的变化范围为−24.71‰~−24.03‰, 与同层位气体含量呈显著负相关(R²=0.91), 模拟结果显示该剖面中的CO₂气体主要来源于根系呼吸作用(>80%); 而在DHS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值变化范围为−25.19‰~−22.82‰, 模拟结果显示除表层(20 cm)90%来源于根系呼吸作用外, 深部(40~105 cm)主要来源于微生物的分解作用(51%~94%). ¹⁴C年龄显示, DHLS和DHS剖面中土壤CO₂气体中的碳均为现代碳, ¹⁴C年龄之间最大差值分别为8和14个月, DHLS剖面中土壤CO₂气体更新速率较快. 在DHLS和DHS剖面中, 土壤CO₂气体?¹⁴C值的变化范围分别为100.0‰~107.2‰和102.5‰~112.1‰, 高于现代大气CO₂和同层位土壤有机碳的?¹⁴C值, 土壤CO₂气体可能是大气核爆¹⁴C的一个重要储库.     

中国陆地生态系统土壤呼吸的时空变异研究取得新进展

土壤呼吸(即土壤CO2排放)是碳循环中一个重要过程,在全球尺度上,土壤呼吸量仅次于全球陆地总初级生产力(GPP)的估算值,是陆地生态系统第二大碳通量过程.准确估算中国陆地生态系统土壤呼吸量对于研究碳循环过程具有重要意义.以往的估算研究中,年土壤呼吸量值存在较大不确定性,最高与最低值之间相差约每年1×1015克碳,并且关于其年际间变异规律及其与气候因子关系的研究尚     

温带森林土壤浸提液和渗漏液中溶解性有机碳降解及其与紫外吸收的关系

森林地表溶解性有机碳(DOC)含量及其生物可降解性影响到表层土壤异养呼吸碳排放和矿质层土壤碳素蓄积.研究森林生态系统不同来源的DOC动态及其稳定性对于正确认识森林土壤碳循环关键过程以及对全球变化的适应和响应均有重要意义.由于     

2001～2010年中国陆地生态系统碳收支的初步评估

<正>定量评估陆地生态系统的碳收支现状是实施区域碳汇管理、减缓气候变化行动计划的基础.因此,定量研究全球以及不同国别的陆地生态系统生产力及其在各种碳库或生态学过程中的利用与分配规律,评估陆地生态系统碳源/汇强度的空间格局和动态变化,不仅是生态系统与全球变化科学研究的重要内容,也是履行《联合国气候变化框架公约》、增强全球和国别温室气体管理的重大科技需求.     

中国温带典型草原土壤呼吸特征的实验研究

1998~2000年间在内蒙古草原对中国温带典型草原土壤呼吸特征进行了实验研究, 所采用的观测手段为静态箱法和GC/FID分析技术. 对观测资料的分析表明, 中国温带草地的土壤呼吸的变化范围为390~866 gC/m²· a^-1, 表现有明显的季节变化和较大幅度的年际变化, 土壤呼吸平均占草地总呼吸的70%~88%. 研究结果还发现, 丰水年土壤呼吸与土壤温度有较强的关系, 1998年中国北方雨水增多使草地土壤呼吸显著增强, 而在干旱年份, 土壤呼吸与土壤温度的关系明显减弱, 而与空气温度的关系却显著增强, 土壤含水量在土壤呼吸与温度之间的相关性方面有着重要的制约作用.     

中国东部新生代玄武岩中超镁铁质捕虏体的CO_2包裹体的碳、氧同位素初步研究

自从Roedder发现地幔矿物含有原生的CO_2包裹体以来,CO_2这种形式的碳就受到研究地球深部流体性质的学者的密切注意.火山岩中超镁铁质捕虏体含有分布很不均匀的、纯CO_2或以CO_2为主要成分的CO_2包裹体.例如,浙江西垄石榴石二辉橄榄岩中早期形成的CO_2包裹体几乎为纯CO_2而晚期CO_2包裹体以CO_2为主.此外还有少量或微量的H_2O,CO,CH_4,H_2,SO_2和H_2S等挥发组分存在.     

基于土壤团聚体组分的14C分析及其在不同林龄土壤有机碳周转研究中的应用

目前关于人工造林后土壤有机碳库变化的趋势、幅度及其碳汇功能仍存在很大的不确定性.应用放射性碳(14C)方法,研究河北塞罕坝草甸草原与人工林土壤有机碳周转时间,以加深对人工造林后土壤有机碳库变化的认识.实验结果显示,14C示踪方法所估算出的人工造林后土壤有机碳周转时间可长达几十年至几百年.在草甸草原营造樟子松林后表层土壤全样以及团聚体有机碳的周转时间均明显变短,并随着林龄的增大而改变,这将导致土壤CO2通量的增加,因此,草地造林有可能削弱了表层土壤储存有机碳的能力.对不同林龄的土壤团聚体组分进行稳定同位素与14C分析,发现草甸草原营造樟子松林后土壤中年轻碳库与较老碳库对草地造林的响应存在差异:在幼龄和中龄阶段,土壤中较老碳库CO2排放量的比例呈现出增加趋势,而进入成龄阶段,其比例开始下降,表明林龄对人工林土壤固碳机制有所影响.用14C方法所得到的土壤CO2通量相对较低,这可能与未能有效地从土壤团聚体中分离出较年轻碳库的组分有关.今后的研究应在发展多种组分分离方法的基础上进行碳同位素分析,以提高土壤CO2通量估算的准确性.