基于科学知识图谱谈土壤有机碳研究进展

以"土壤有机碳"为主题词,从ISI Web of Science数据库核心集中检索出1975—2018年文献2 258篇,运用CiteSpace知识图谱分析工具,对合著国家、作者、机构、学科领域、文献共被引网络以及关键词共现网络等进行可视化分析,对土壤有机碳的研究进展及演变趋势进行了图谱解读和追踪分析。结果表明:(1)土壤有机碳研究经历了起步、发展、稳定三个阶段;(2)土壤有机碳研究具有很强的学科交叉性,涉及环境生态学、环境科学、农业综合、农艺学、化学、农学及生态学等众多学科领域;(3)当前的研究方向主要为土壤有机碳储量与稳定土分离;(4)研究趋势已转为碳储量与耕地管理研究;(5)中国土壤有机碳研究起步较晚但发展迅速,在国际上处于重要地位。     

农田土壤有机碳固定机制及其影响因子研究进展

全球气候变暖引起的环境问题已经引起各国政府及科学家的密切关注。农田土壤作为大气CO2的源和库,在全球碳循环中的重要角色日渐被认识。本文围绕土壤固碳的基本问题,总结了农田土壤固碳潜力、土壤有机碳固定机制及其影响因素的国内外研究进展。国内研究表明,目前耕地的地力不稳,土壤有机碳密度较低,农田土壤固碳的潜力较大。因此,加强不同区域农田土壤固碳潜力、固碳过程、固碳机理等方面的研究,设计合理优化的农业管理措施,是今后研究的重点。     

天津市滨海新区1979-2013年土地利用及土壤有机碳储量空间变化

[目的]分析土地利用变化对土壤有机碳分布的影响,为科学评估区域生态系统碳储量的变化提供依据。[方法]利用遥感影像获取滨海新区1979与2013年土地利用变化数据,针对不同土地利用类型均匀布设样点采集2013年表层土壤,试验监测土壤有机碳含量。结合第二次土壤调查数据,计算分析研究区1979—2013年土壤有机碳储量的变化及其空间分布变化。[结果]研究期内土地利用变化明显,耕地、滩涂、未利用地等土地利用类型大量转变为建设用地,同时土壤有机碳密度和储量均相应降低,其中土壤有机碳储量从1979年的1．23×107 t 减少到2013年的9．97×106 t 。[结论]随着人类对土地利用程度的加强,碳储量空间分布由高碳储量分布为主转变为低碳储量分布为主的碳储量分布格局。     

土壤有机碳储量研究进展

如何有效进行土壤有机碳储量估算,世界各国都做了有益地探索和研究。本文通过对比分析目前国内外土壤有机碳相关研究成果,系统总结了土壤有机碳的研究背景、研究方法、评价指标及储量等主要成果,并指出了我国在土壤有机碳储量研究方面存在的若干问题。最后提出目前需要深入的几个研究方向,包括采用大比例尺地形图,进一步提高不同海拔地块土壤碳储量估算精度,加强土壤有机碳与气候相互作用机理分析,综合分析土地利用/覆盖变化对土壤有机碳的影响,并寻求不同时空条件下土壤有机碳估算方法。     

安徽省土壤固碳潜力及有机碳汇(源)研究

利用安徽省多目标区域地球化学调查获取的土壤全碳和有机碳数据,采用"单位土壤碳量"方法计算土壤碳储量以及土壤固碳潜力。结果显示,研究区表层(0~0.2 m)土壤固碳量潜力为237.48 Mt,其中土壤有机碳固碳量潜力为141.67 Mt,土壤无机碳固碳量潜力为95.81 Mt;中层(0~1.0 m)土壤固碳量潜力为1104.61 Mt,其中土壤有机碳固碳量潜力为469.32 Mt,无机碳固碳量潜力为635.28 Mt。与全国第二次土壤普查比较,近30年间区内表层土壤有机碳储量增加了7.07 Mt,本区表层土壤有机碳总体为"碳汇"区。碳汇区主要分布在江淮分水岭(六安—滁州一线)以北地区;碳源区则分布于淮河以北固镇县周围及淮河沿岸局部地区。此项工作为进一步探讨安徽省土壤固碳能力及土壤固碳减排潜力提供科学依据。     

侵蚀条件下土壤有机碳流失研究进展

全球土壤有机碳库储量丰富且活跃,而作为碳流失主要驱动力的土壤侵蚀对陆地碳循环影响巨大,揭示其影响将对气候变化背景下深刻理解碳收支过程和相关政策的制定具有重要意义。该文主要介绍了近年来国内外关于水蚀和风蚀影响土壤有机碳流失过程的研究进展,分析了侵蚀条件下土壤碳的源汇争议,简述了土壤有机碳流失的原位和异位环境效应,并提出了相关研究的主要现实问题和未来发展方向。在侵蚀进程中,土壤有机碳的固定与流失并存,流失部分主要包括在地表径流泥沙和土壤呼吸过程中,当前相关研究多集中于侵蚀有机碳的去向问题。在一定的景观范围内,定量刻画侵蚀过程中土壤碳输入输出关系是今后区域碳循环研究领域亟待解决的关键科学问题。     

黔中石漠化地区水土保持措施对土壤有机碳的影响

土地石漠化是中国西南喀斯特地区的重大生态问题,石漠化治理引发土壤碳转变并对陆地碳循环产生影响。然而,石漠化地区水土保持措施对土壤有机碳的影响机制还不明确。选取典型石漠化区梯田嵌套鱼鳞坑(NL)、鱼鳞坑(FSP)、梯田(TR) 3种水土保持措施作为研究对象,以无任何水土保持措施的退耕还林地(CK)作为对照,研究不同水土保持措施土壤有机碳含量分布规律。结果表明：鱼鳞坑土壤有机碳含量分别是梯田嵌套鱼鳞坑和梯田的1.4,6.2倍,有机碳储量分别比梯田嵌套鱼鳞坑和梯田提高30.78%和444.44%,活性有机碳含量也显著大于其他2种水土保持措施,因此固碳效果最好。土壤有机碳储量与活性有机碳组分易氧化碳、可溶性碳、微生物量碳呈极显著相关(p<0.01),易氧化碳与可溶性碳、微生物量碳呈极显著相关(p<0.01),可溶性碳与微生物量碳呈显著相关(p<0.05),因此土壤活性有机碳组分能在一定程度上反映土壤质量变化情况。鱼鳞坑和梯田措施土壤全氮含量和碳氮比的增加会促进土壤有机碳固存。鱼鳞坑可作为石漠化地区生态恢复中优先考虑的治理措施。     

固碳土壤学的核心科学问题与研究进展

土壤碳固定是当前有关陆地生态系统碳循环与全球变化的地球表层过程研究的重要优先领域。国际社会对全球农业温室气体减排的需求，驱动着土壤学对土壤固碳容量与潜力、固碳与减排的过程与机理的前沿探索，并越来越呈现为一个独特的土壤学新兴分支学科——固碳土壤学（SoilScience of C Sequestration）。本文围绕固碳土壤学的基本科学问题，回顾了最近10多年来，特别是最近5年来国内外关于土壤固碳研究的主要进展，讨论了固碳土壤学中的核心科学问题是土壤固碳容量与固碳作用的机理，论述了土壤物理保护、碳化学结合与碳化学转化稳定与固碳容量及稳定化的关系，提出了土壤-植物（作物）-微生物相互作用是当前固碳土壤学的前沿领域和深化方向，并结合国内对水稻土固碳的研究进展，提出了固碳土壤学的概念性框架，认为我国亟待加强固碳土壤学研究，深入探索我国农业经营管理特色下土壤固碳容量、过程、机理，丰富和发展农业土壤碳循环理论，并服务于全球变化生物学和国家碳管理。     

华北土石山区油松和元宝枫人工林土壤有机碳特征

森林生态系统土壤有机碳的储量及时空变化是制定森林生态系统可持续经营管理措施的重要依据,对全球碳循环与碳平衡的研究具有十分重要的理论价值.以华北土石山区不同密度油松和元宝枫人工林为研究对象,对不同林地类型的土壤密度、pH值以及全氮、速效钾、有机碳的质量分数等参数进行测定,对比分析不同林地类型土壤有机碳的质量分数、土壤有机碳密度、储量及垂直分布特征,探讨土壤有机碳质量分数与土壤理化性状的相关关系.结果表明:元宝枫林的平均土壤有机碳质量分数和有机碳密度均大于油松林的;土壤有机碳质量分数和有机碳密度在土壤表层(0 ～ 10 cm)为最高值并随土壤深度的增加而降低;土壤有机碳质量分数表现为2种林分密度下的元宝枫林无显著差异,而有机碳密度则表现为高密度元宝枫林＞低密度元宝枫林;在油松林中土壤有机碳质量分数、有机碳密度均表现为中密度油松林＞高密度油松林和低密度油松林.油松林和元宝枫林土壤有机碳质量分数与土壤密度均呈显著负相关,而全氮、速效钾与其呈显著正相关,油松林土壤有机碳质量分数与pH值呈显著相关,而元宝枫林土壤有机碳质量分数与pH值不相关.综上所述,华北土石山区元宝枫林较油松林具有更大的固碳潜力,而且土壤的有机碳质量分数及有机碳密度受树种和林分密度影响较大.     

基于Citespace的土壤碳氮磷交互研究可视化分析

为探究土壤碳、氮、磷领域的国际研究现状及发展变化趋势，本文对1990—2020年Web of Science核心数据集中的7 757篇文献进行可视化分析，利用Citespace软件对关键词、共被引文献、国家、机构、作者绘制科学知识图谱。研究结果表明：国际土壤碳、氮、磷领域研究经历平稳期、缓慢增长期及快速增长期3个阶段，目前处于快速发展阶段。土壤碳、氮、磷领域在研究方向上经历了养分和产量管理到环境质量监测与评估，再到以微生物和土壤质量管理为主要方向的转变趋势；对农业中添加有机物质、生物质炭等部分替代化学肥料，降低农业碳排放，减少农业面源污染研究积极推进。中国在该领域发文数量最多，有力推动了土壤碳、氮、磷交互研究的发展，国际间合作交流密切；美国发文数量第二且中介中心性最高，在该领域影响力最强。目前，以土壤微生物过程耦合土壤碳、氮、磷计量比为主要的研究热点，研究分支大幅下降。     

农田土壤固碳作用对温室气体减排的影响

温室气体排放引起的全球气候变暖和平流层臭氧空洞已成为当前人们关注的环境问题之一。土壤碳库作为地表生态系统中最活跃的碳库之一,是甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等温室气体的重要释放源,也是重要的吸收汇。因此,寻找农田土壤系统碳管理的有效方法已经成为缓解温室效应的重要科学问题。西方发达国家已将固碳农业作为环境管理的重要导向,应用颗粒分组13CNMR或CPMAS-NMR技术对土壤碳固定的机制研究指出微团聚体与矿物-粘粒复合体的相互作用是土壤有机碳稳定存在的主要方式,揭示了土壤有机碳的腐殖质转化及其与土壤矿物、金属氧化物结合的微观水平,且从土壤物理结构、化学组成和生物学特性等多学科交叉研究土壤有机碳的固定机理及其稳定机制。长期传统的土地利用方式和管理措施所导致的土壤有机碳含量、密度及垂直分布的变化是造成土壤碳库损失的主要原因,为了增加农业生态系统土壤有机碳的含量,土地利用方式和农业管理措施应该从增加有机碳输入量和减少有机碳矿化两方面着手,加强对农业土壤固碳潜力和土壤碳库稳定性影响因素的多角度研究。     

江西省农田耕层土壤有机碳量分析

土壤中的有机碳主要储存在表层中,分析农田土壤有机碳密度和储量,既可以为提高土壤肥力服务,也可为农田土壤固碳潜力的估算提供依据。本文以第二次土壤普查图、土地利用变更图和GIS技术为基础,通过土壤样品采集、分析,估算了江西省农田表层土壤的有机碳密度和储量,并与第二次土壤普查结果进行了比较。结果表明:江西农田表层土壤平均有机碳密度为3.8391 kgm-2、有机碳储量为109759.9823×106kg,与第二次土壤普查时相比,农田表层土壤有机碳密度增加了0.21 kgm-2,在相同农田面积的状况下,土壤有机碳储量增加了6167.92×106 kg。     

长期不同施肥措施下黑土有机碳的固存效应

利用开始于1979年的黑土长期定位试验,研究长期不同施肥措施下土壤有机碳含量演变特征、固碳效应及外源碳输入对土壤固碳的贡献。结果表明:长期单施化肥土壤有机碳含量较试验前下降了11.6%~16.1%,有机肥与化肥配施土壤有机碳含量呈上升趋势,常量有机肥化肥配施(MNP、MNPK)土壤有机碳含量分别上升了6.5%和8.4%,二倍量有机肥化肥配施(M2N2、M2N2P2)土壤有机碳含量分别上升了7.7%和11.6%。不施肥和施化肥土壤有机碳储量呈现亏缺,亏缺量在3.5~6.1t/hm2。有机肥与化肥配施土壤有机碳储量表现为盈余,M2N2P2处理盈余量最高,达到1.9t/hm2。年均有机碳投入量与土壤固碳速率呈显著的线性正相关,表明黑土仍具有一定的固碳潜力。黑土碳投入的转化效率为34.1%,若要维持黑土有机碳库平衡,则每年至少投入1.416t/hm2有机碳。可见,在黑土区增加土壤碳投入(有机肥)仍然是最有效的土壤固碳措施。     

长期不同施肥方式下土壤有机碳的垂直分布及碳储量

为了研究施肥对土壤有机碳含量的影响,在湖北省农业科学院南湖实验站进行了25年不同施肥方式的长期定位试验。研究结果表明:与对照相比,除单施氮肥与单施有机肥外,其他施肥方式均提高了0～20cm土壤有机碳含量与碳储量;与对照及单施化肥相比,有机肥配施化肥均提高了0～20cm及0～100cm土壤有机碳含量与碳储量。单施化肥与单施有机肥对各土层土壤有机碳含量影响较小,且土壤有机碳累积少;而化肥配施有机肥提高了0～20cm与20～40cm土壤有机碳含量与碳储量。除对照及氮磷钾肥配施过量有机肥处理外,其他处理土壤全氮与有机碳含量间具有显著相关性。有机肥与化肥配合施用是提高农田土壤有机碳,增加土壤碳储量的有效方法。     

植被恢复的土壤固碳效应：动态与驱动机制

植被恢复是影响土壤有机碳库动态变化的关键过程之一,阐明植被恢复过程中土壤有机碳的固持动态及其驱动机制,是全球变化下碳循环研究的热点和前沿问题。本文综述了近年来国内外关于植被恢复过程中土壤有机碳固定动态及其驱动机制方面的研究,剖析植被恢复中土壤有机碳固持动态及其影响因素,探讨植物碳输入对土壤有机碳动态变化的影响机制,揭示植被恢复中土壤有机碳固定的物理、化学和微生物驱动机制,并对目前研究中存在的问题进行总结,进而提出关于植被恢复的土壤固碳效应研究,亟需在土壤有机碳组分的动态、微生物结构和功能,以及植物—土壤—微生物对土壤有机碳固持的协同作用机制等方面进一步加强。本综述可为植被恢复与土壤固碳稳定机制研究指明未来的方向,进而为促进我国植被恢复的土壤碳循环研究,科学评价生态系统土壤固碳潜力和有效实施生态系统碳汇管理提供科学参考。     

基于文献计量分析的土壤固碳研究进展

为了解国内外土壤固碳的相关研究前沿与进展,本文基于Web of Science核心数据库与CNKI数据库,利用文献计量分析方法对领域内的研究现状、研究热点和前沿趋势进行了分析.研究结果表明:关于土壤固碳研究的发文量整体呈上升趋势,且近几年增幅较大.美国的发文量及发文期刊的影响力均较高.从国际合作水平来看,中美两国的合作...     

基于知识图谱分析的土壤有机碳稳定性研究

土壤有机碳稳定性发生变化可能会打破土壤中碳的收支平衡,进而导致大气温室气体排放增加。本文以Web of Science核心合集数据库为数据源,利用文献计量学方法定量分析了1991—2022年土壤有机碳稳定性相关的2144篇文献,并分别以发文数量、总被引频次和联系强度等指标,对国家、机构和主题等进行了分类与可视化展示。土壤有机碳稳定性相关研究发文数量总体呈上升趋势。中国的发文量最高,为793篇,但影响力低,科研创新能力有待加强;美国的中介中心性最高(0.38),其国际影响最大。目前,土壤有机碳稳定性的研究主要集中在土地利用转变、环境效应和耕作制度等对有机碳组分、矿化速率、周转、分布特征及其稳定性的影响。下一步的研究注重对土壤有机碳稳定性进行多角度的综合研究,明确有机碳稳定性机制之间的关系及模型构建;研究不同生态系统有机碳的稳定性及固碳的贡献量,提高矿物碳稳定、土壤侵蚀、组学、微生物碳泵和湿地等主题的关注度。     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

陕西省土壤有机碳密度空间分布及储量估算

土壤有机碳是反映土壤质量以及土壤缓冲能力的一个重要指标,对于温室效应与全球气候变化具有重要的控制作用。研究以陕西省第二次土壤普查数据为主要资料,结合多年的相关研究数据,对陕西省土壤碳密度及储量进行估算,并分析了陕西省土壤有机碳密度的空间分布特征。结果表明:榆林、延安地区北部以及商洛等地区分布的风沙土、黄绵土、石质土等土壤有机碳密度最小,小于4 kg m-2;陕西南部地区的土壤有机碳密度主要在4~9 kg m-2之间;咸阳地区及渭南地区土壤有机碳密度也较高,主要在9~12 kg m-2之间;关中地区渭河及其两岸、秦岭部分山区土壤有机碳密度最大,最高达30 kg m-2以上;陕西省平均土壤有机碳密度为6.87 kg m-2,在全省的22个土壤类型中,有13个土壤有机碳密度低于全国平均水平,占全省土壤总面积的77.42%,全省土壤有机碳储量约为1.41×1012kg。本研究为我国土壤碳库和碳平衡的研究提供基础数据。     

土壤有机碳微生物利用效率的元素计量学驱动机制研究进展

土壤有机碳的微生物利用效率是描述微生物有机碳同化效率的重要参数,也是衡量土壤固碳潜力的重要指标,与土壤碳库的固定、转化、矿化以及温室气体的排放紧密相关。土壤微生物对有机碳的利用效率取决于微生物的种类、数量以及群落结构,理解和评估土壤有机碳微生物利用效率对于解析土壤碳循环和促进土壤固碳减排具有重要意义。因此,理解土壤有机碳微生物利用过程,及其与氮、磷等元素的计量学耦合关系,为揭示土壤有机碳周转的微生物过程机制提供理论依据。未来的研究应关注在多生态系统中多因子影响下的土壤有机碳微生物利用效率的阈值范围和调控机制,以期为生态系统固碳减排和实现“双碳”目标提供新思路。