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。     

冀西北栗钙土有机碳、酶活性及土壤呼吸强度特征研究

土壤有机碳(质)水平的高低是评价土壤肥力高低的重要指标之一,如何提高土壤有机碳(质)研究一直是国内外土壤科学工作者关注的课题。近年来,随着全球环境变化对陆地生态系统的影响,土壤有机碳逐渐成为公众和科学界关注的热点[1]。研究陆地碳循环机制及其对全球变化的响应,是预测大气CO2含量及气候变化的重要基础,这已引起科学界的高度重视[2]。目前,有关土壤碳循环研究主要集中在大气CO2浓度升高对土壤酶活性、有机物料分解、土壤微生物、土壤有机质、腐殖质组成、农作物养分利用、植物生长、光合作用、根系生长及其分泌物等生理生态方面的影响[3～12],以及施肥对农田土壤碳循环、微生物及酶活性的影响[13～16],     

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。     

稳定13C同位素示踪技术在农田土壤碳循环和团聚体 固碳研究中的应用进展

农田土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解直接影响陆地生态系统碳贮藏与全球碳平衡。土壤团聚体是土壤结构的物质基础和土壤肥力的重要载体,也是土壤有机碳的固定场所。稳定~(13)C同位素示踪技术是研究土壤碳动态变化的有效手段,能够揭示新输入碳在土壤及团聚体中赋存状态、周转过程以及微生物的调节机制。本文主要归纳与阐述了稳定~(13)C同位素示踪技术在农田土壤有机碳循环及土壤团聚体固碳机理方面的研究进展,提出~(13)C同位素示踪技术在未来土壤碳循环和固碳机制方面的主要研究方向。     

我国东北地区土壤有机碳密度和储量的估算研究

土壤有机碳库(Soilorganiccarbonpool)是陆地碳库的主要组成部分,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。据估计,全球大约有15 0 0Gt碳是以有机质形态存在于土壤中[1] ,因此,土壤有机碳库量的微小变化,都会对大气温室气体浓度及全球气候产生相当大的影响。另一方面,土壤有机碳含量     

CENTURY模型在土壤有机碳研究中的应用

通过对CENTURY模型在土壤有机碳研究中的应用和研究成果进行总结,结果表明,对于不同的生态系统,CENTURY模型只要输入有效的参数就能够顺利运行,在土壤有机碳研究中有较强的适用性。利用该模型对土壤有机质积累和分解过程及其含量的变化进行研究,可为土壤肥力、土壤质量、土壤健康的评价及科学管理陆地生态系统提供依据,也为全球碳循环研究提供基础依据。据此得出CENTURY模型有着广泛的应用前景,在不同生态系统土壤有机碳研究中的应用会更加广泛和深入。参26。     

露天煤矿区复垦土壤碳库研究进展

土壤是地球陆地生态系统中碳的重要贮藏库。露天煤矿区既是"碳源",也是"碳汇",研究其土壤碳的变化对区域碳平衡具有重要意义。本文梳理了当前世界范围内对露天煤矿区土壤碳库的构成、土壤有机碳库的区分测定方法、积累、转化和时空分布的研究。已有研究成果表明:(1)复垦与未复垦排土场中土壤无机碳含量无显著差异。(2)土壤有机碳的含量受复垦植被、年限、地形及土壤理化性质的影响。(3)不同因素通过影响土壤中的矿质态氮和微生物活性而影响有机碳的分解矿化率。(4)不同类型有机碳在土壤剖面中的分布呈不同规律,生物成因有机碳主要积累在土壤表层和亚表层,而地球成因有机碳积累在土壤底层。在此基础上提出深入研究方向:土壤无机碳和有机碳的相互转化关系、土壤碳循环与氮、磷、水循环的耦合关系及与生态系统生物多样性之间的内在联系。     

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。     

高寒山区地形序列土壤有机碳和无机碳垂直分布特征及其影响因素

地形、生物气候条件具有明显差异的青藏高原约占我国陆地面积的五分之一,开展该地区土壤有机碳和无机碳分布特征的研究对于理解青藏高原土壤碳循环过程与陆地碳库的精确预测以及应对全球气候变化具有重要意义。研究选取位于祁连山中段的阴、阳坡地形序列土壤,分析了不同坡向间以及同一坡向内随海拔高度变化土壤有机碳和无机碳的垂直分布特征及其影响因素。结果表明:阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的速率(66%~91%)明显高于阴坡(31%~77%);阴坡土壤中碳酸钙基本淋失,通体无机碳含量较低(5.0 g kg-1),阳坡B层土壤无机碳含量是A层的2倍,表现为明显富集。阴坡和阳坡1 m土体总碳密度相当(分别为16.1~33.9 kg m-2和11.8~32.8 kg m-2),其中,阴坡以有机碳为主(占总碳密度的82%~99%),而阳坡有机碳和无机碳密度变化均较大(分别占总碳密度的27%~81%和19%~73%)。因此,坡向是影响高寒山区土壤碳垂直分布和组成的重要因素。此外,降雨量和植被类型对地形序列土壤有机碳和无机碳含量的空间变异也具有重要影响:降雨量每增加1 mm,表层(0~20 cm)土壤有机碳含量增加0.4 g kg-1,而淀积层(40~80 cm)土壤无机碳含量下降0.2 g kg-1;植被类型在一定程度上影响了土壤有机碳的富集程度。本研究揭示了青藏高寒山区土壤碳循环及其碳库预测应充分考虑微地形对坡面尺度下土壤碳垂直分布、碳库组成和空间变异的影响。     

土壤侵蚀对陆地碳源汇的作用机制研究进展

土壤碳库是全球碳循环的重要组成部分,土壤侵蚀作为重要的地表过程,每年导致大量陆地生态系统内碳发生迁移,显著改变碳在地表的空间分布格局,影响植物初级生产力与土壤呼吸。然而,因欠缺对侵蚀与碳循环过程的了解、被侵蚀碳去向的不确定性以及研究手段与所关注侵蚀过程的差异,目前土壤侵蚀对陆地生态系统碳源汇的贡献仍存在较大争议。本文从侵蚀过程、迁移过程与沉积过程的角度分别探讨了土壤侵蚀过程中影响碳动态的主要机制及影响碳收支的主要环境因素,总结当前研究的主要问题与发展方向。分析认为,在全球变化背景下,深入研究侵蚀过程中的碳动态,探讨多因素交互作用过程,明确合理的时间和空间研究尺度,对认识土壤侵蚀在碳源汇及其在全球变化中的作用具有重要意义。     

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。     

外源磷输入对农区湿地土壤碳库有效性及周转特性的影响

通过添加土壤原总磷(TP)0~60%的过磷酸钙和室内培养的技术手段,研究了外源磷素输入对农区湿地土壤碳库有效性及其周转特性的动态影响。结果表明,随外源磷素输入水平的增加,土壤可溶性有机碳(DOC)含量和微生物量碳(MBC)含量增加;土壤总有机碳(TOC)含量下降,下降率最高达23%。活性有机碳成分中,外源磷输入对高活性有机碳(HLOC)影响最显著,60%磷素输入处理HLOC含量比未施加外源磷素高54%;易氧化有机碳(ROC)含量随外源磷输入水平的增加而下降,最大下降率为22%;中活性有机碳(MLOC)含量、活性有机碳(LOC)含量无明显改变。涉碳循环生物酶中,β-葡聚糖苷酶(βG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性均随外源磷素输入水平的增加而显著提升,但脱氢酶(DH)活性并无显著变化。此外,土壤碳矿化强度和潜在矿化势也与外源磷素输入后的土壤TP呈正相关。总体来看,外源磷素输入显著增加了湿地土壤碳库的有效性及周转速率。     

鄱阳湖南矶山湿地不同植被类型对土壤碳组分、羧化酶及cbbl基因的影响

选取鄱阳湖南矶山湿地南荻群落(ND)、芦苇苔草混合群落(HH)、苔草群落(TC)、茭白群落(JB)及裸滩地(LT)土壤为研究对象,分析土壤中不同碳组分、固碳酶(1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)酶活及其大亚基编码基因(cbbl)及环境因子对它们的影响。结果表明:土壤中全碳(TC)、有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)依次为6 380~33 830、1 209~2 259、124.6~1 282、2.848~18.00 mg kg~(-1),其平均值变化表现为NDHHTCJB;土壤中RubisCO酶活性在38.08~125.1 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1)之间,ND土壤RubisCO酶活性最高(125.1 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1)),TC最低(38.08 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1));HH与JB的RubisCO酶活性分别为38.85、66.05 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1)。土壤cbbl基因总拷贝数在36.07×10~4~195.6×10~4 copies g~(-1)之间,ND最高,JB最低。相关性分析表明,MBC和DOC与cbbl基因均呈极显著正相关(p0.01),而TC、SOC分别与RubisCO酶活性呈显著正相关关系(p0.05)。本研究结果说明,固碳酶及cbbl基因与各碳组分具有密切的关系,这对于进一步揭示鄱阳湖湿地土壤碳素循环及其微生物机制具有重要的参考意义。     

河北省表层土壤有机碳和全氮空间变异特征性及影响因子分析

【目的】在陆地生态系统中, 土壤全氮和有机碳是重要的生态因子。本研究基于土壤调查获得大量土壤剖面的空间和属性信息,研究河北的土壤有机碳和全氮的空间分布特征,为河北的土壤养分监测和管理提供科学依据,同时也为其他类似地区土壤采样提供参考,减少采样成本。【方法】运用传统统计学和地统计学分析方法,以变异函数为工具,初步分析了河北土壤全氮和有机碳的空间变异特征,并应用普通克立格法和回归克里格法进行插值, 得出全氮和有机碳含量的分布格局。【结果】研究区土壤有机碳和全氮的平均值分别为15.25 g/kg和1.23 g/kg,变异系数分别为0.73和0.63,属于中等强度变异。经对数转换后,土壤有机碳和全氮均符合正态分布。选择球状模型作为土壤有机碳和全氮的半方差函数理论模型,土壤有机碳和全氮的块金值/基台值的比值分别为1.8%和1.2%,有机碳和全氮的块金系数均小于25%,表明有机碳和全氮具有强烈的空间相关性。有机碳和全氮空间变异的尺度范围不同,分别为50.400 km和59.200 km。研究区的有机碳总体空间分布规律是有机碳在北部较高、南部较低,呈自北向南递减趋势,土壤全氮与有机碳的空间分布趋势相似,但有机碳的空间变异特征较全氮明显,这种空间分布格局主要受环境因子、 土壤质地、 土壤类型以及土地利用类型等的影响,其中环境因子中的气温和海拔对有机碳和全氮的影响较大。通过比较普通克里格和回归克里格的预测结果,回归克里格能较好地反映东南部有机碳和全氮较低地区的局部变异外,对于西北部的山区也能更好地反映碳、 氮与地形及气候等因素的关系。【结论】河北土壤有机碳和全氮的空间变异和分布特征较为类似,受地形地貌、 气候等因素的影响。通过比较普通克里格法和回归克里格法的空间预测结果,回归克里格法可以消除环境因子的影响,从而得到更准确的空间预测结果,因此建议使用回归克里格法进行预测,以期获得一个更为准确的土壤有机碳和全氮的空间预测结果。     

梁子湖湿地土壤养分的空间异质性

2003年10月利用地统计学方法对梁子湖湿地保护区内一块63.9km2区域的土壤养分的空间变异进行了研究。以400m400m的网格采集了101个表层(015cm)土壤样品。分析结果表明,土壤养分有较大的空间变异,土壤有机质、全氮、全磷、速效氮变异系数分别是36.0%、30.6%1、3.7%和29.3%;速效磷的变异系数最高为50.4%。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷的理论模型均为球状模型。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮具有中等空间自相关性,随机变异分别是68.5%、68.3%、75%和71.5%;速效磷的自空间相关性较弱,变异为82.4%。5种养分的空间自相关距离比较接近,变程在2853m～963m之间。通过克里格插值进行土壤养分空间插值制图显示,土壤养分表现出空间分布的相似性。     

三峡库区消落带湿地土壤有机碳及其组分特征

湿地生态系统土壤有机碳库的组分变化对于全球碳平衡起着极其重要的作用。本研究选取三峡库区消落带湿地3个海拔梯度的土壤,以从未淹没的样地作为对照,研究消落带湿地不同海拔梯度土壤有机碳组分的特征。结果表明:土壤有机碳、易氧化有机碳、水溶性碳水化合物有机碳和和微生物生物量碳均以消落带小于未淹没样地。在消落带,海拔最低、淹没持续时间较长且正处于水位波动期的样地土壤有机碳、易氧化碳和微生物生物量碳显著低于其他样地,而土壤矿化碳显著高于其他样地。相关性分析表明,土壤有机碳与微生物生物量碳(R~2=0.94)的正相关性显著高于与易氧化有机碳(R~2=0.88)、水溶性有机碳(R~2=0.73)及其水溶性碳水化合物(R~2=0.70)之间的正相关性,但是与矿化碳之间无显著的相关性。因此,土壤微生物生物量碳是消落带湿地土壤有机碳随不同海拔梯度变化的最敏感的组分。     

土壤有机碳稳定性影响因素的研究进展

增加土壤碳汇是应对全球气候变化的有效措施,作为土壤碳汇来源之一的有机碳在其中发挥重要作用。过去几十年,土壤有机碳的分子结构性质被认为是预测有机碳在土壤中循环的主要标准。然而最近的研究结果表明有机碳的分子结构并非绝对地控制着土壤有机碳的稳定,而土壤环境因子与有机碳的相互作用显著降低了土壤有机碳被降解的可能性。土壤微生物不仅参与有机碳的降解,其产物本身也是土壤有机碳的重要组成成分。非生物因子直接或间接地控制着土壤有机碳的稳定,包括土壤中的无机颗粒、无机环境以及养分状况等。其中,有机碳与土壤矿物的吸附作用和土壤团聚体的闭蓄作用被普遍认为高效地保护了有机碳。土壤矿物的吸附作用取决于其自身的矿物学性质和有机碳的化学性质。土壤团聚体在保护有机碳的同时也促进了有机碳与矿物的吸附,而有机-矿物络合物同样可以参与形成团聚体。此外,土壤无机环境也影响着有机碳循环。总之,土壤有机碳的稳定取决于有机碳与周围环境的相互作用。同时,有机碳的结构性质也受控于环境因素。然而,无论有机碳的结构性质,还是其所处的生物与非生物环境,都是生态系统的基本属性,且各属性间相互影响、相互作用。因此,土壤有机碳的稳定是生态系统的一种特有性质。     

中国土壤有机碳密度和储量的估算与空间分布分析

基于 1∶40 0万的《中华人民共和国土壤图》和第二次土壤普查数据 ,运用地理信息系统技术 ,对中国土壤有机碳密度及储量做出估算 ,并且分析了土壤有机碳密度的空间分布差异。结果表明 :10 0cm深度的土壤有机碳密度介于 1 19kgm- 2 到 176 46kgm- 2 之间 ,2 0cm深度的土壤有机碳密度介于 0 2 7kgm- 2 到53 46kgm- 2 之间 ;10 0cm和 2 0cm深度的土壤有机碳储量分别为 84 4Pg (1Pg =10 15 g)和 2 7 4Pg ;土壤有机碳密度具有高度的空间变异性 ,东北地区、青藏高原的东南部、云贵高原等森林、草甸分布的地区有机碳密度最高 ,准噶尔盆地、塔里木盆地、阿拉善高原与河西走廊、柴达木盆地等沙漠化地区的土壤有机碳密度最低 ;土壤有机碳密度的空间分布主要受气候、植被以及人类活动的影响     

三江平原湿地不同土地利用方式对土壤养分及酶活性的影响

以中国科学院三江平原湿地生态试验站为对象,研究了不同利用方式（湿地草甸、旱田系统、退耕成草、退耕成林）对土壤酶活性分布特征及相关因子的影响。结果表明:土壤利用方式不同,土壤酶活性（转化酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶）、有机碳含量和土壤养分含量有较大差异。土壤有机碳、全氮、全钾、速效磷、碱解氮、微生物量碳和氮均呈现出一致的变化规律,依次表现为湿地草甸 > 退耕草地 > 退耕林地 > 旱田系统,也即由湿地草甸退化过程中,土壤养分含量逐渐降低,其中不同土地利用方式下土壤全磷含量差异不显著（p>0.05）,在湿地的退化过程中,土壤全磷并没有发生显著的变化。与湿地草甸相比,土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均显著降低,其活性分别降低了32.69%,36.71%,50.00%,44.28%,由旱田系统恢复为湿地草甸系统后,土壤各种酶活性均显著增加,其中土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性分别比旱田系统增加了26.68%,31.51%,48.19%,43.84%;表明由湿地草甸开垦为耕地和由耕地恢复为湿地草甸和林地,发生着两种不同的生物学过程,前者为微生物降解过程,而后者则为微生物累积过程。相关性分析表明SOC,TN和SMBC对土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的贡献为正,对土壤酶活性起到主导作用。主成分分析表明影响土壤酶活性最主要的因子为SOC,TN和SMBC。