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.     

湖泊沉积研究中一种定量估算陆源有机碳的方法

<正>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.     

中国国家级湿地自然保护区保护成效初步评估

国内外实践证明,建立自然保护区是保护典型生态系统和生物多样性、拯救珍稀濒危野生动植物的有效措施.中国政府圈地式抢救了大批湿地,目前基本形成了以湿地自然保护区为主体,国际重要湿地、湿地公园等相结合的湿地保护网络体系.但是至今还没有在国家水平上评估中国湿地自然保护区保护成效以及保护区布局的合理性.本文利用最新完成的中国湿地自然保护区保护价值评价数据库和按照同一分类体系提取的4期(1978～2008年)中国湿地遥感制图数据,辅以相关保护区、环境等数据,对30年来91个中国国家级湿地自然保护区的保护成效进行初步评估.主要结果如下:(ⅰ)30年来,湿地自然保护区内湿地面积总体呈现下降趋势,总净减少面积8152.47km2,占全国湿地总净减少量的9%;(ⅱ)虽然在国家级湿地自然保护区中湿地大幅减少的势头得到有效控制,但仍然有79%(面积)的保护区保护效果较差,主要分布在长江湿地区、滨海湿地区、三江源湿地区和西南诸河湿地区;保护效果优良的面积只占15%,主要分布在松花江湿地区;(ⅲ)在全部湿地自然保护区中,52个是自然原始的,面积占88%,远高于个数所占的比例(57%),但有相当比例的保护区达到预警等级,亟待引起重视;(ⅳ)根据保护成效和生态压力的评估结果,列出中国国家级湿地自然保护区的"优先关注排行榜",并提出了一些建议.     

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.     

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.     

1978～2008年中国湿地类型变化

分别基于美国陆地卫星(Landsat MSS/TM/ETM+)和中巴资源卫星(CBERS-02B)影像数据,以人工目视解译为主,完成了中国1978～2008年4期(基准年分别为1978,1990,2000和2008年)湿地遥感制图,并进行了大量的室内外验证.在此基础上,对我国湿地现状及近30年来湿地变化进行了初步分析,得到以下主要结论:(ⅰ)截止2008年,中国湿地面积约为324097km2,其中以内陆沼泽(35%)和湖泊湿地(26%)为主.(ⅱ)1978～2008年,中国湿地面积减少了约33%,而人工湿地增加了约122%.过去30年里湿地减少的速度大幅降低,由最初5523km2/a(1978～1990年)降为831km2/a(2000～2008年).(ⅲ)减少的自然湿地(包括滨海湿地和内陆湿地),其类型变化由湿地向非湿地转化的比例逐渐降低.初期(1978～1990年)几乎全部(98%)转换为非湿地;在1990～2000年间减少的自然湿地约有86%转化为非湿地,而在2000～2008年,这一比例下降为77%.(ⅳ)气候变化和农业活动是中国湿地变化的主要驱动因素,湿地变化在中国分为三大不同特征区域,即西部三省/自治区(西藏、新疆和青海)、北部两省/自治区(黑龙江和内蒙古)和其他省市区.其中西部区域尤其是青藏高原,湿地变化的驱动因子以气候增温为主;新疆湿地由于气候增温和农业活动共同作用造成变化不大.北部省/自治区的湿地变化则主要由农业活动引起;而其他省市区的湿地变化几乎完全受控于人类的农业经济活动.     

《中国国家级湿地自然保护区保护成效初步评估》中的偏差

对《中国国家级湿地自然保护区保护成效初步评估》一文中使用的方法、数据和结论进行了分析,发现作者建立的湿地自然保护区保护成效评估方法存在多方面的缺陷,主要包括没有区分人为因素的影响和自然生态系统的变化,评价因子缺乏与湿地的核心功能和保护目标的相关性.同时,在数据的来源和可靠性方面也存在一些问题.文章的重要结论没有任何的验证,结果自相矛盾.基于以上种种不足,作者在文中所做出的占总面积79%的中国国家级湿地保护区保护成效为差的结论不具可靠性.     

杭州市大气PM2.5中有机碳元素碳的同位素组成

为了探讨杭州市区大气细颗粒物(PM2.5)中有机碳(OC)和元素碳(EC)的来源, 以离线分步加热法氧化提取了PM2.5中的OC和EC, 用质谱仪测量了两者的碳同位素组成. 分析结果显示, 春、夏、秋、冬4个季节的δ¹³C_OC平均值分别是-52.8‰, -48.1‰, -50.0‰, -52.5‰, 总平均值为-50.9‰ (-85.0‰ ~ -35.6‰). δ¹³C_EC在相应季节的平均值分别是-26.4‰, -26.9‰, -26.7‰, -25.9‰, 总平均值为-26.5‰ (-30.5‰ ~ -23.8‰). 表明杭州市区大气PM2.5中OC和EC的碳同位素组成有很大的差别. d 13COC值普遍偏轻, 变化幅度大. 春、冬两季δ¹³C_OC值最轻, 秋季次之, 夏季相对最重. δ¹³C_EC值普遍偏重, 变化幅度小, 4个季节的平均值基本一致.     

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.     

应用双重优化方法估计碳通量

<正>贝叶斯综合反演方法(BSIM)利用先验CO2通量和大气CO2浓度观测数据估计碳通量分布,其结果在很大程度依赖于先验碳通量的偏差.实际应用中,通常用生态碳通量模型计算先验通量,可是不恰当的短期生态过程的模拟将引起先验通量的刻度误差,从而导致BSIM估计结果的偏差.我们提出了一种双重优化算法,     

海草床有机碳组成与微生物转化及其对富营养化的响应

海草床作为蓝碳生态系统之一,具有巨大的储碳能力,储碳能力受到其有机碳组成和微生物转化过程的影响.然而,全球海草床面积逐年减少,富营养化是导致其退化的重要原因.本文回顾了国内外相关研究,对海草床有机碳组成、微生物转化及其对富营养化响应进行总结.研究表明,活性有机碳和惰性有机碳由不同的物质与分子表征,均可贡献碳存储.微生物...     

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...     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于&#8722;22.6‰ ~ &#8722;27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

影响湖泊沉积物有机碳同位素变化的新因素

正[本刊讯]中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室古生态学科组的旺罗副研究员及其合作者的研究显示:在北方,由冰冻期长短控制的湖泊生物生长期,引起生活在不同水动力条件下的底栖和浮游硅藻相对含量的变化,是控制湖泊有机碳同位素变化的重要因素之一。该研究成果发表在Organic Geochemistry,2013,54:62-68。     

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...     

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     

甘肃西峰黄土-古土壤剖面的碳酸盐与有机碳的碳同位素差值(Δδ13C)的变化及其古环境意义

选取位于黄土高原中部的甘肃西峰剖面作为研究对象, 分析了该剖面末次间冰期以来土壤有机碳和全岩碳酸盐的碳同位素组成变化. 该剖面的土壤有机碳同位素组成(δ¹³C_SOM)变化范围为&#8722;23.8‰~&#8722;20.2‰, 间冰期偏高, 冰期偏低. 全岩碳酸盐的碳同位素组成(δ¹³C_TC)变化范围为&#8722;8.5‰~&#8722;3.6‰, 但总体显示出与δ¹³C_SOM值相反的变化趋势, 即δ¹³C_TC值在冰期偏高, 而在间冰期偏低. 土壤无机碳酸盐碳同位素与有机碳同位素的差值(Δδ¹³C)的变化范围为14.1‰~19.4‰, Δδ¹³C值的大小反映了源区原生碳酸盐物质在全岩碳酸盐中所占相对比例的多少. 据此, 计算了西峰剖面源区碳酸盐的贡献: 在黄土沉积阶段, Δδ¹³C值较大, 源区碳酸盐与次生碳酸盐的相对比例最高可达6:4; 而在古土壤(弱古土壤)阶段, Δδ¹³C值较小, 原生碳酸盐物质的相对比例低. 同时, 由于风尘颗粒包含了原生碳酸盐物质, 研究认为黄土沉积中的Δδ¹³C值变化指示了粉尘对黄土高原的贡献程度.     

对《中国国家级湿地自然保护区保护成效初步评估中的偏差》一文的回应

基于我国国情,我们提出湿地保护区保护成效评价方法,利用目前在国家尺度层面可以获取的湿地自然保护区数据和全国湿地遥感制图数据,对我国91个国家级湿地自然保护区的保护成效和生态压力做了初步评价[1],有一定的科学价值[2]和现实意义[3].杨军等人[3]根据国际上提出的保护区管理有效性评价方法对我们的工作提出批评,体现了作者基于全球学术视角、丰富的实践经验和独特的科研见解,为     

华北北部中元古界洪水庄组埋藏有机碳与古生产力的相关性

总有机碳(TOC)是直接表征古生产力状况的传统指标,但是,TOC并不仅仅受到初始有机质输入量的控制,还可能受到氧化-还原环境和陆源碎屑物输入状况的影响.本文采用元素地球化学指标评价了冀浅1井洪水庄组氧化-还原环境和古生产力状况,进而探讨了埋藏有机碳与古生产力的相关性.碳-硫关系,V/Cr和Mo含量表明,洪水庄组白云岩形成于氧化环境,大部分黑色页岩形成于静海环境.洪水庄组沉积物中P/Ti可类比于被认为是中等-高生产力的日本Ubara二叠-三叠系剖面的P/Ti,Ba/Al仅略低于被认为是高生产力的中加利福尼亚大陆边缘薄层沉积物的Ba/Al,表明洪水庄组沉积期古生产力状况为中等-高.洪水庄组沉积物埋藏有机碳含量与氧化还原环境指标(V/Cr和Mo含量)呈正相关,与反映古生产力的参数(P/Ti和Ba/Al)呈弱或无直接相关性,说明洪水庄组沉积期虽然总体生产力水平较高,但埋藏有机碳含量主要受控于氧化-还原环境,与古生产力之间无直接关系.     

洞穴滴水溶解有机碳三维荧光光谱特征及其对环境的响应: 以贵州4个洞穴系统为例

荧光光谱是洞穴次生沉积物古环境、古气候重建的重要指标之一, 充分理解产生洞穴次生沉积物的滴水的荧光变化对现代环境、气候的响应关系, 是较好利用该指标的关键. 利用三维荧光光谱分析4个岩溶洞穴系统溶解有机碳(DOC)荧光特征, 结果表明洞穴系统中土壤水及洞穴滴水中的DOC荧光类型主要以类富里酸荧光和类蛋白荧光为主; 类富里酸荧光强度与DOC浓度有很好的线性关系, 指示了洞穴滴水DOC来自洞穴上覆土壤层. 洞穴滴水类富里酸荧光在林地覆盖下的凉风洞激发发射波长变化较小, 激发波长相对于其他3个洞穴滴水的稍长, 而荧光强度变化较大; 灌草丛覆盖的将军洞激发发射波长及荧光强度变化最大, 激发波长较短, 揭示洞穴系统上覆植被的变化明显地影响到滴水的荧光光谱特征.