火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响研究进展

森林生态系统土壤有机碳作为陆地碳循环研究的重要内容,在全球变化和全球碳收支的研究中占据了重要地位。火干扰能改变森林生态系统中土壤与大气的碳素交换,是森林生态系统碳循环的重要影响因子。为此,加强火干扰下森林生态系统土壤有机碳循环研究,了解火干扰与森林生态系统土壤有机碳循环之间的交互关系,有助于揭示火干扰下土壤碳库动态机理。本研究简要综述了火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响研究进展,探讨了不同强度林火对土壤有机碳的影响,分析了其产生机理;阐述了火干扰不同时间后土壤有机碳变化、火干扰对不同土层土壤有机碳的影响,并分析了其原因。最后讨论了火干扰对森林土壤有机碳影响研究中存在的相关问题,提出了在今后研究中应关注的问题,并对未来的研究方向进行了展望。     

陆地生态系统碳-氮-水循环的关键耦合过程及其生物调控机制探讨

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约评估陆地增汇/减排效果,预测分析全球变化对生态系统生产力和固碳功能影响的瓶颈性问题。本文在综合分析陆地生态系统碳氮水循环的耦合过程基础上,论述了制约生态系统碳氮水循环空间格局耦联关系的生物地理学机制,制约典型生态系统碳氮水循环耦合关系的生物生理生态学机制,以及典型生态系统碳氮水耦合循环的关键生物物理和生物化学过程。重点评述了生态系统碳氮水耦合循环的主要过程及其生物调控机制研究进展,包括:(1)植物叶片冠层生物学过程和根系冠层生物学过程及其对生态系统碳氮水耦合循环控制机制,以及二者之间的关联与互作关系;(2)土壤微生物功能群网络及其对碳氮循环过程的影响;(3)生态系统碳氮水交换通量的时空变化规律,以及生态系统的生态化学计量学理论与实践。本文最后还简要介绍了国家基金委重大研究项目"森林生态系统碳氮水耦合循环的生物控制机制"的研究思路及其主要研究内容。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。     

森林生态系统碳循环研究进展

针对森林生态系统碳循环在全球碳循环中的重要作用,综述了国内外森林生态系统碳循环的研究进展,包括森林生态系统植物和土壤碳固定、森林群落和土壤的碳释放、森林生态系统碳平衡和碳循环模型等方面,并指出今后的研究方向。     

农田生态系统碳循环模型研究进展和展望

农田生态系统是陆地生态系统碳循环过程中最活跃的碳库。研究农田生态系统碳循环,对温室气体减排及研究全球气候的变化都具有极其重要的意义。农田生态系统碳循环研究是一个非常复杂的过程,碳循环模型是研究农田生态系统碳循环最有效的手段。该文综述了农田生态系统碳循环的最新研究进展,总结了农田生态系统碳循环的流动过程,介绍了碳素在不同碳库以及碳库不同组分之间迁移转化的规律,梳理了从1960年至今的农田生态系统碳循环模型并进行了分类,阐述了国际主要模型以及中国自主开发的碳循环模型的应用情况。未来农田生态系统碳循环的研究方向为:1)探索农田生态系统碳循环机制;2)从空间时间上完善对碳循环过程的研究;3)考察氮循环、水循环、微生物与碳循环的关系;4)利用碳循环模型来估算不同的管理实践下碳在不同农田的再分配;5)开发利用碳循环模型,为政府制定相关政策提供相关数据参考。     

森林植被不同尺度的碳水过程及耦合机制研究进展

[目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要作用。目前,对陆地生态系统中碳-水循环的耦合关系和机制缺乏系统的分析和总结。[方法]从森林植被碳与水过程及其相互作用、植被水分利用和耦合机制的角度,综述了森林植被碳与水循环过程及其相互作用的研究与进展,以及不同空间尺度(叶片到区域/全球尺度)碳-水耦合的定义、方法、进展和展望。[结果]新兴的技术和方法实现了不同尺度碳水过程的高频观测,WUE等耦合指标体系推动了碳水耦合机制的研究和发展。[结论]通过系统阐述植被碳水耦合关系的多尺度整合和碳水耦合机理,为系统认识森林碳水耦合机理和水资源管理提供了理论基础,对未来植被经营管理决策具有重要的科学支撑意义。     

丛枝菌根真菌介导的土壤有机碳稳定机制研究进展

土壤有机碳(SOC)的稳定是陆地生态系统碳循环的关键过程之一,对维持土壤肥力和减少温室气体排放具有重要意义。以往认为植物残体中难降解性物质的物理保护和腐殖质影响土壤中有机碳库的稳定性。最近的研究结果表明,微生物介导的碳循环过程在土壤有机碳稳定中发挥着重要作用。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)作为土壤中一类重要的共生微生物,参与植物光合碳向土壤的转运和分配,是陆地生态系统碳循环的重要一环,但其在土壤有机碳稳定中的作用潜力还未得到充分挖掘。基于此,本文估算了植物光合碳在AMF根外菌丝的分配量;总结了AMF介导的土壤有机碳稳定机制,主要包括AMF活体菌丝对碳的截留,分泌物及残体的分子结构抗性和土壤矿物吸附,提高植物源碳的质量和数量,菌丝分泌物及残体的激发效应和稳定土壤团聚体;探讨了影响AMF介导的稳定性有机碳形成的非生物(气候因子、土壤养分和土壤矿物)和生物因子(植物和AMF种类);提出了AMF与土壤有机碳周转互作机理进一步的研究方向,包括探究菌根植物光合碳转化为稳定性SOC的机制,解析不同生态系统中AMF对稳定性SOC的贡献及影响因素,并厘清...     

陆地生态系统碳循环对土地利用变化的响应

陆地生态系统碳循环在全球碳循环中占有重要地位,而土地利用变化是估测陆地生态系统碳储存与释放的最大不确定性因素。植被和土壤是陆地生态系统的两大碳库,是碳循环中的两个重要纽带,土地利用变化影响陆地生态系统土壤和植被碳的固定、积累与释放,从而影响整个碳循环过程。本文主要从土壤和植被碳库的角度出发,综述了近年来土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响及其机理,以及研究方法进展,着重分析了模型在此方面的应用;并提出了未来研究方向的展望。     

大气CO_2升高与农田土壤碳循环研究

大气CO2浓度的升高通过植物-土壤-微生物的相互作用对陆地生态系统中最大碳库土壤的稳定性产生重要影响。大气CO2浓度升高,影响许多植物生长发育过程,进而影响土壤有机碳输入量。与此同时,土壤微生物的群落与功能也会随之发生变化,参与土壤碳的转化,深刻影响陆地生态系统的碳循环。文章分析了大气CO2浓度升高影响农田土壤碳循的有关过程,包括高CO2浓度条件下,作物地下部分的生长响应,以及向土壤中输入作物光合有机物量和质的变化,探讨了土壤碳库对大气CO2浓度升高反馈的土壤微生物作用机制,进一步解析了土壤微生物群落结构在土壤碳与大气CO2浓度之间的相互作用,提出研究土壤有机碳转化的土壤微生物作用机制是预测全球气候变化条件下的农田土壤碳循环规律的关键。图1,参79。     

遥感分析中亚地区生态系统水分利用效率对干旱的响应

生态系统水分利用效率(water use efficiency,WUE)是碳水循环中的重要参数。全球干旱在未来几十年将会持续增加,干旱对生态系统WUE的影响研究成为了区域及全球尺度上的研究热点与难点。该文研究中亚地区生态系统WUE对干旱的响应。以中亚5国及中国新疆为研究区,利用基于中分辨率成像光谱仪的总初级生产力产品和蒸散产品计算2000—2014年生态系统尺度上的WUE,使用归一化植被指数和陆地表面温度计算温度植被干旱指数分析干旱区生态系统WUE与干旱的关系。结果表明,WUE对干旱的响应在不同地区和植被类型中表现出一定的差异;当干旱发生时,干旱区生态系统WUE对干旱通常表现出负面响应,同时干旱对生态系统WUE有滞后影响;干旱事件结束后,生态系统WUE与干旱指数呈现正相关关系;另外,干旱区生态系统WUE对干湿环境突变敏感,当环境从干旱转向湿润,郁闭灌木林,农田,森林,草地,稀疏灌木林WUE分别增加了30.03%,49.57%,18.39%,54.71%,49.28%,WUE的快速增长表明了干旱区生态系统有较强的恢复力稳定性。     

基于森林资源清查资料的森林碳储量计量方法

基于森林资源清查资料的森林碳储量估算是在景观、区域甚至全球尺度上评估森林碳收支的重要手段,且在陆地生态系统碳循环和全球变化研究中有着重要作用。森林植被碳储量的估计,常通过测定森林植被的生物量乘以生物量中碳元素的含量（0.45～0.55）推算而得。基于森林清查资料的森林生物量的估算方法主要有IPCC法,BEF为常数的生物量转换因子法,生物量转换因子连续函数法和生物量经验（回归）模型估计法等。概述了基于森林资源清查资料的森林植被碳储量的4种定量研究方法,并提出了该领域研究存在的主要问题与发展建议。分析结果表明,在今后的森林碳储量研究中,需要加强遥感技术手段的利用,增加碳通量在森林资源清查中的调查,开发适合我国实际情况的反演模型。     

武汉市环城林带森林碳储量及其动态变化

为了促进城市森林固碳增汇,提升城市森林生态系统功能和价值,基于武汉市环城林带2008年和2018年的两期森林资源二类调查数据,采用生物量连续转化因子法和含碳系数法,对环城林带的森林碳储量和碳密度进行了估算,对比分析了10 a间的动态变化。结果表明:(1)10 a间环城林带森林碳储量和碳密度增幅明显,分别由64692.4133 t和27.3897 t/hm²增长到119789.9613 t和47.2434 t/hm²。到2018年,环城林带森林碳储量理论价值约为987.85万元;(2)到2018年,森林碳储量最多的区域为江夏区段,但各区段之间的碳储量差异在缩小。森林碳密度最大的区段已由东西湖区段转变为蔡甸区段;(3)森林碳储量呈现出向少数几个群落类型聚集的趋势,到2018年樟树林已成为环城林带碳储量最多的群落类型;(4)近、成熟林的碳储量和碳密度增幅明显,但是幼龄林依然是环城林带森林碳储量的绝对主体。综上,武汉市环城林带森林碳储量具有较大的增汇潜能,但需要及时开展森林精准抚育,以确保增汇潜能的有效释放并促进碳储量结构平衡。     

北京山区生物多样性分析与碳储量评估

基于森林资源二类调查数据,应用InVEST模型对北京山区生物多样性和碳储量进行了评估和估算,并讨论了二者之间的相互关系。结果表明,在所有森林生态类型中,单位面积生物多样性得分最高的是天然桦树林,为0.76;得分最小是人工油松林,为0.49。北京山区总碳储量为49 193 742t,总碳储量最大的是人工经济林,为10 402 900t;得分最小的是天然针叶林,为423 132t。各森林类型的单位面积平均碳储量均较高。一般来说,生物多样性较大的森林生态类型碳储量也较大,生物多样性与碳储量有一定的相关性,但并不十分明显。     

森林生态系统土壤呼吸研究进展

森林土壤碳是全球碳库的重要组成部分,在全球碳循环方面发挥着重要作用。土壤呼吸是当前碳循环研究领域中的一个热点问题,而且目前土壤呼吸已经成为陆地生态系统中向大气释放CO2最大的源。把土壤呼吸量与植物群落生长之间的关系进行分析比较,是理解森林生态系统碳素平衡的核心。在综合介绍国内外有关土壤呼吸的各种测定方法的基础上,对国内外有关森林土壤呼吸的已有研究成果进行了述评,指出了森林土壤呼吸研究工作今后的努力方向。     

太行山区不同土地利用方式下土壤碳贮量的研究

通过实测对比分析了太行山区不同土地利用方式下土壤有机碳贮量的变化。研究结果表明：（1）不同土地利用方式下，土壤有机碳含量有明显差异，总的趋势是经济林（板栗林）〉水土保持林〉农田；（2）各种土地利用方式下，土壤有机碳和有机碳密度均随土壤深度增加呈现递减的趋势，但土地利用方式不同，其减少程度不同，农田土壤有机碳含量在土层深度上变化较小；（3）研究区域土壤总碳贮量为41573．67t，土壤碳贮量以经济林（板栗林）最大，达到了46．02％，水土保持林次之，而农田贡献最小，仅占5．43％。分析表明：土地利用方式对陆地生态系统碳贮量有明显影响，通过调整土地利用方式可以增加土地生态系统的碳贮量；经济林虽然人为干扰较为强烈，但由于人为投入较大，土壤碳贮量仍能保持较高的水平。     

我国湿地碳循环的研究进展

湿地生态系统的碳循环正成为全球变化与陆地生态系统碳循环研究中的一大热点,在稳定全球气候变化中占有重要地位,其重要性主要表现在湿地土壤是陆地重要的有机碳库,土壤碳密度高,能够相对长期地储存碳,是多种温室气体的源和汇。目前湿地碳循环的研究主要集中在碳循环的影响因素方面,对我国湿地土壤有机碳储存的变化及其空间分布规律的特点研究较少。本文通过文献综述,研究我国不同气候区湿地土壤有机碳的储存变化及空间分布规律,对于了解湿地土壤有机碳的储存特点及其与陆地生态系统碳循环的关系,评价和保护湿地生态系统都具有重要的科学意义。     

北京市松山天然油松林生态系统的碳储量

[目的]分析北京市松山地区天然油松林生态系统碳储量,为研究区天然油松林的碳固定和碳储量管理研究提供理论依据。[方法]以北京市松山天然油松林生态系统为研对象,设置标准样地进行乔木。灌木。草本。凋落物调查,采集并分析0—100cm土层土样,根据相关方程计算出生态系统以及各个层次的碳储量。[结果]植物体含碳率变化在42.39%~49.95%,0—100cm土壤含碳率变化在0.26%~1.31%。天然油松生态系统碳储量为147.24 Mg/hm2,其中植被碳储量为57.14 Mg/hm2,占生态系统碳储量的36.7%,植被各层碳储量的顺序为乔木(54.93Mg/hm2)灌木(0.45Mg/hm2)草本(0.29Mg/hm2);土壤碳储量为66.35 Mg/hm2,占生态系统碳储量的46.30%,分别是植被碳储量的1.16倍和凋落物碳储量的2.79倍,且随着土层深度的增加而递减;凋落物碳储量为23.75 Mg/hm2,占生态系统碳储量17%。[结论]松山地区天然乔木对植被碳储量的贡献率最大,松山地区天然油松林植被含碳率表现为:乔木灌木草本凋落物。     

基于InVEST模型重庆市建设用地扩张的碳储量变化分析

建设用地的扩张是影响陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素。以重庆市为研究区域,基于重庆市土地利用数据、土壤数据、植被数据,从建设用地扩张的视角,采用InVEST模型,结合收集的碳密度数据,对重庆市2000年、2005年及2010年碳储量的变化进行了分析。结果表明:2000-2010年重庆市土地利用变化显著,建设用地是主要的转入者,共增长1 505.58 km²,其中90%以上的区域来自耕地以及阔叶林,造成碳净损失1.796 Mt。2005-2010年重庆市建设用地变化更加剧烈,这期间建设用地共扩张998.19 km²。建设用地主要是由西部中心逐渐向四周扩张,且增长速率加快。建设用地由2000年的598.88 km²增加到2005年的1 097.27 km²,扩张导致总碳储量减少了1 169 982.18 t,其中阔叶林的碳损失达到72%;2010年建设用地增加至2 095.46 km²,占用耕地以及阔叶林是主要的扩张形式,扩张导致总碳储量减少了1 169 982.18 t。可见,建设用地扩张过程中,碳损失的主要来源为耕地及阔叶林,其次是针叶林、草原、草地等。选择固碳能力较弱的裸地与草甸作为建设用地的扩张目标,有利于重庆市碳储量的保护与增长。     

基于RS与GIS的平朔露天矿区土地利用类型与碳汇量的动态变化

为了研究矿区土地复垦与生态重建对陆地生态系统碳素生物地球化学循环的影响,以平朔安太堡露天煤矿为研究对象,通过遥感影像解译,对矿区1976-2009年33a期间的土地利用类型与碳汇量变化进行了研究。结果表明:1)由于采矿活动和土地复垦工程的交互影响,矿区5224.98hm2范围内土地利用类型发生了巨大变化:3346.35hm2的耕地和906.45hm2的林地全部转化为工业广场、剥离区、露天矿坑、未复垦的排土场和已复垦的排土场,其中复垦面积为1167.72hm2;2)矿区生态系统的碳汇量和碳汇价值,分别由1976年的602040.22t和63214.22万元,下降为2009年的351173.50t和36873.22万元;3)1990-1996年和2001-2005年期间,矿区生态系统碳汇量分别有所上升。通过设置研究区域在33a间"全部废弃地未复垦"、"全部废弃地常规复垦"以及"全部废弃地生态复垦"3种情景模拟,得出碳汇量分别为62279.57t、961622.2t和1250108.86t,说明采取科学的土地复垦与生态重建措施,有利于整个矿区生态系统碳汇量的增加。