土壤有机碳的稳定和形成:机制和模型

土壤有机碳对自然气候解决方案的贡献可以达到25%，提高土壤碳储量是实现“碳中和”的重要途径。合理的土壤有机碳管理和精准的模型预测依赖于对土壤碳循环过程的清晰认识。然而，土壤有机碳的长期保存机制、来源和环境调控作用还不清楚。本文系统评述了土壤有机碳稳定（生化难分解性、矿物保护和团聚体保护）和形成（腐质化、微生物效率?基质稳定框架和微生物碳泵理论）的前沿理论和机制，在此基础上分析了目前土壤碳循环模型的发展（Century模型、微生物模型和微生物?矿物模型），并提出了未来试验和模型研究中亟需解决的关键科学问题。      

氮输入影响滨海湿地碳循环过程的模拟研究:进展与展望

滨海湿地碳循环是控制全球碳储量的关键过程之一,受近岸水体富营养化引起的氮输入影响显著。然而氮输入影响滨海湿地碳循环的过程复杂,利用碳循环模型是研究这些过程的有效手段,在全球气候变化下,评估滨海湿地碳储蓄功能具有重要意义。本研究介绍了滨海湿地碳组分在大气-植被-水体-土壤不同界面间的迁移和转化,总结了氮输入影响碳循环各阶段的规律,发现碳储蓄和碳通量对氮输入的响应受多个因素的共同作用。在此基础上,阐述了目前发展比较成熟且同时具有碳、氮、水相关模块的碳循环主流模型,以及模型为适应湿地而做出的改进及其在湿地的应用情况,为利用模型模拟氮输入影响滨海湿地生态系统碳循环的相关过程提供参考。探讨了将模型应用于湿地,应注意潮汐过程对氮输入影响等相关发展方向,同时就如何减少模型模拟的不准确性等问题展开讨论,对未来的研究方向提出展望。图1表1参126     

人工施肥对草地生态系统碳循环过程影响机制的研究

人类经营性活动对草地生态系统功能的影响已引起人们普遍关注.人工施肥作为草地改良和培育的重要手段,其对草地生态系统碳循环过程已成为研究重点.揭示这一作用对准确理解碳循环的过程和草地保护、利用有重要的指导意义.本研究围绕人工施肥对草地生态系统碳循环2个主要过程,即碳输入与碳输出的影响,探讨了影响草地生态系统碳循环的生物、物理和化学过程,并且简述了这些因素影响碳循环过程关键机制,同时对今后施肥管理草地生态系统碳循环的研究进行展望.     

森林生态系统碳循环研究进展

综述了森林生态系统碳循环研究方面的进展,主要包括森林生态系统的碳储量的数量和组成及其测定方法、森林生态系统二氧化碳释放的主要途径——土壤呼吸过程及其观测方法,最后论述了森林生态系统碳循环模型的研究进展。     

陆地生态系统土壤有机碳储量研究进展

目前,土壤有机碳储量日益成为全球变化和陆地生态系统碳循环研究的前沿和热点问题,其中土壤有机碳又是全球碳循环中最为复杂、受全球气候变化影响最大的部分.本研究结合土壤有机碳储量研究的国内外报道,介绍了陆地生态系统中土壤有机碳库特点及研究意义,总结了当前土壤碳储量研究的5种主要方法(土壤类型法、植被类型与生命地带法、GIS估算法、模型估算法、相关关系统计法)及其各自特点、存在的问题.同时,通过土壤理化特性、气候条件、CO2浓度、土地利用、土地管理等5个方面简要评述了各种因素对土壤碳的积累与循环的影响,并对土壤有机碳储量今后的研究方向进行了展望.     

碳同位素技术在陆地土壤碳循环中的应用

碳同位素技术,着重论述了陆生系统中碳循环过程的~(13)C、~(14)C测定的基本原理及相关方法。聚焦同位素法在土壤有机碳、作物光合碳、土壤呼吸等方面的研究进展及应用实例,在此基础上,提出了全球碳循环研究的未来重点:全球背景下光合碳的循环特征;土壤有机碳的来源、分布和周转;土壤呼吸的区分及环境响应问题;大气二氧化碳增多背景下,土壤碳转化与土壤微生物群落结构的关系;~(13)C-PLFA技术的交叉取食风险评估。     

火地塘林区锐齿栎林土壤碳循环的动态模拟

依据土壤碳循环的分室模型,对火地塘林区锐齿栎林土壤碳各分室的碳储量和通量进行了初步分析。结果表明,火地塘林区锐齿栎林土壤有机碳储量为174.055t/hm2,其中矿质土壤层有机碳储量为167.810t/hm2,凋落物层(A0层和死细根)中的碳储量为6.245t/hm2(A0层占80.5%,死细根占19.5%)。森林植物每年凋落输入到凋落物层中的碳量(包括地上部分的枯枝落叶和地下部分的细根)为3.297t/hm2,其中地上部分占52.5%,地下部分占47.5%,凋落物层分解每年以腐殖酸的形式输入到矿质土壤中的碳量为0.935t/hm2;锐齿栎林地年(生长季节)呼吸释放碳量(含植被根系呼吸量)为6.109t/hm2。     

果园生态系统碳循环规律研究进展

系统阐述了近10余年来果园生态系统碳循环规律的相关研究,得出以下结论:土壤是果园生态系统最大的碳库,碳储量占总体的70%以上;果园生态系统碳输入量大于碳输出量,是碳汇;经营管理措施对碳吸存影响较大,通过增施有机肥、生草、覆盖以及免耕等经营措施不但可以增加系统碳汇,减少碳排放,还可以提高果园土壤肥力。     

雄安“千年秀林”土壤肥力综合评价及碳储量与碳通量研究

为明确雄安“千年秀林”不同景观类型的土壤肥力状况及影响林区土壤碳储量及碳通量的主要因素,对雄安后期城市森林建设提出针对性建议,通过测定林区土壤碱解氮、有机质、容重、微生物量碳等15项肥力指标,采用主成分分析法评价其综合肥力状况,利用ArcGIS10.2绘制土壤肥力分布图;使用土壤呼吸仪监测林区土壤碳通量,明确土壤碳储量、碳通量及其与土壤肥力的相关性。结果表明：不同景观类型下土壤肥力状况差异较大。生态基础林林区土壤综合肥力最高,西南部近自然林土壤等级最低。土壤碳通量表现为夏季高,春秋低,现存碳储量与原始储量差异不大;林区土壤碳通量与土壤有机质含量、微生物量碳含量显著正相关,土壤碳储量仅与有机质及蔗糖酶活性极显著相关。从提升林地土壤综合肥力、提高森林土壤固碳能力的角度来看,多彩花林景观是“千年秀林”最适宜建造的景观类型。     

我国土壤碳库及循环机制研究进展

随着全球气候变暖,节能减排已成为各国共同的目标.全球气候变化背景下土壤碳循环研究已成为国际社会关注的焦点和热点.综述了我国土壤有机碳库、碳循环机制、固碳潜力等方面的研究进展,提出了当前土壤碳循环研究中存在的问题,以期为我国农业土壤地力提升和温室气体减排提供参考和借鉴.     

西部绿洲城市土地利用转型的生态环境效应——以乌鲁木齐市为例

为探讨土地利用转型对生态环境变化的影响,基于乌鲁木齐市2005年和2012年TM影像数据、土地利用现状矢量数据、中国高空间分辨率网格数据（CHRED）,运用土地利用转型、生态系统单位面积生态服务价值评估和碳排放核算等方法,分析城市化过程中乌鲁木齐市土地利用转型前后生态环境变化效应。结果表明,研究区土地利用转型幅度较大,其中园林地、草地、城镇村及工矿用地和未利用地之间的转换较明显,未利用地转出面积最大（10.33万hm²）,说明研究区土地开发程度较高。研究区生态服务价值均呈增加趋势,研究期间生态服务价值增加了89 227.32万元,其中,园林地、草地和水域土地利用转型对生态系统服务价值增加的贡献高。研究区土地利用碳排放量呈上升趋势,碳排放量较高的是城镇村及工矿用地。研究区内土地利用转型后净生态系统服务价值呈现增加趋势,但土地碳排放量变化速度远超生态系统服务价值增加速度,因此在乌鲁木齐市低碳城市建设中,要充分考虑土地利用结构调整与生态环境保护的平衡关系。     

黑龙江省松嫩平原村域农业生态系统碳循环比较分析

运用试验分析与模型计算相结合的方法,对黑龙江省松嫩平原不同农业循环模式的新庄村、兴胜村、同乐村、丰林村村域农业生态系统碳吸收、碳固定、碳排放以及转移出村域农业生态系统外的碳量进行比较分析。研究表明,2010年新庄村、兴胜村、同乐村、丰林村村域农业生态系统碳排放大于碳吸收,村域农业生态系统表现为明显的碳排放源。新庄村、兴胜村、同乐村、丰林村向大气排放的碳量分别为18 688、16 690、19 970、4 385 t,碳排放强度分别达到15、10.4、12.6、4.4 t·hm-2,分析表明不同农业循环模式村域农业生态系统碳排放量差别较大。     

湿地碳循环研究进展

湿地生态系统是陆地生态系统中仅次于森林生态系统的最大碳库,湿地生态系统碳循环在全球碳循环中起着重要作用.由于湿地独特的水文条件,使得湿地碳循环具有与其他生态系统不同的特点.植被、气候条件及水文状况共同决定湿地生态系统的碳收支.系统地研究湿地生态系统碳循环有助于加深对全球碳循环变化的理解.本文从湿地碳循环特点、影响因素及研究方法3个层面对湿地碳循环的工作作了归纳与总结,同时提出了湿地碳循环研究工作今后的发展方向.     

北京市农田生态系统碳足迹及碳生态效率的年际变化研究

近年来,由于北京城市功能的疏解以及郊区城市化进程的加快,使北京市农田生态系统受到了较大的冲击。本文以北京农田生态系统作为研究对象,对2004—2012年农田生态系统的碳汇、碳源、碳足迹以及碳生态效率的年际变化进行了研究,以明确其在北京城市发展中的功能与地位,为北京市健康持续发展及产业布局提供理论依据。结果表明:北京农田生态系统碳汇总体呈增加趋势,年递增幅度为2.8%,年平均碳蓄积量为105.82 万t,决定其碳汇功能的主要因素是粮食作物中玉米与小麦的经济产量及种植面积。北京农田生态系统的年均碳排放量为27.6 万t,基本呈现逐年降低的趋势,年均递减1.3%,决定碳排放量的主要因素为农业化学品中氮素化肥的施用量。北京市农田生态系统年均碳足迹为5.71 hm2²,呈逐年降低的趋势,年递减率为5.5%,处于碳生态盈余状态,但是由于近年北京市耕地面积的减少,碳生态盈余量呈下降趋势;北京农田生态系统的碳生态效率较高,年均为3.854 kg C·kg^-1 CE,农业生产处于较高的持续状态。     

不同植茶年限茶园的土壤有机碳淋溶特性

土壤有机碳库在全球碳循环中起重要作用,影响各生态系统的可持续发展和人类社会发展。茶园作为一种有管理的人工生态系统,评估其栽培管理中土壤有机碳淋溶通量关系到其土壤生态系统的碳储存能力,对促进中国茶业的可持续发展有重要的现实意义。采用原状土柱碳淋溶模拟实验方法,模拟当地强降雨对森林、植茶年限为5年、20年、33年、56年的茶园土壤0~20 cm土层和0~40 cm土层的有机碳(SOC)淋溶规律及淋溶通量。结果表明,0~20 cm土层的SOC淋失通量大于0~40 cm土层,其平均值分别为5607.78 mg·m-2和4358.27 mg·m-2,即0~20 cm土壤层流失的碳22.3%在20~40 cm的土层里被截留,但仍然有占耕层(0~20 cm土层)淋溶损失量77.7%的SOC通过40 cm厚的土层继续向下层淋溶;通过40 cm深土层继续往下淋溶损失的通量与植茶年龄呈显著负相关(P0.05),说明延长植茶年限可以减少SOC的淋溶损失而有利于土壤碳的储存。本研究中,未发现SOC淋溶损失通量受茶园土壤本底有机碳浓度、土壤p H、总氮以及铵态氮的影响。     

基于市政综合监管信息的城市生态系统复杂性分析

随着我国城市化进程的不断加快,城市结构日趋复杂,人类活动对生态系统过程和功能的干扰愈发严重,使城市生态系统更加的复杂.城市生态系统是城市居民与其环境相互作用而形成的统一整体,也是人类对自然环境的适应、加工、改造而建设起来的特殊的人工生态系统.城市生态系统的复杂性不但直接体现在其自然、经济和社会三个子系统的结构和过程中,也通过许多市政综合管理要素和对象呈现出来.通过对北京市东城区2009年6月至11月的城市综合监管信息平台立案数据的归类分析,结合东城区地形图和专题图矢量数据,从公用设施类、道路交通类、市容环境类、园林绿化类、房屋土地类、其他设施等因素,分析了东城区城市生态系统及其人类活动的相互关系.把从市政管理信息中提取出的城市管理部件问题与城市生态系统的水、土、气、噪声、视觉污染和固体废弃物等关键要素进行关联分析.通过挖掘东城区生态系统在组成和空间分布上的复杂性和规律性,阐明东城区城市生态系统与人类活动时空关系的复杂性,以期为城市生态系统管理提供借鉴.     

中国滨海盐沼湿地碳收支与碳循环过程研究进展

滨海盐沼湿地由于其较高的初级生产力和较缓慢的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的有效蓝色碳汇,近年来引起全球范围内的热切关注。我国滨海盐沼湿地分布较广,国内学者对滨海盐沼湿地碳循环及碳收支研究取得了一定进展,深入研究滨海盐沼湿地碳循环有助于对全球碳循环及全球变化的理解,并为利用滨海湿地进行碳的增汇减排提供科学依据。主要从我国滨海盐沼湿地碳循环主要观测方法、碳收支与碳循环过程及特点、碳库的组成与影响因素、气态碳的输入输出、潮汐作用对其碳收支的影响这5个方面出发,对国内的滨海盐沼湿地碳循环与碳收支的研究进展进行了归纳总结,并对今后的研究方向给出如下建议:(1)加强滨海盐沼湿地土壤碳库在深度上和广度上的研究;(2)标准化滨海盐沼湿地碳储量、碳通量的量化方法和观测技术;(3)在研究尺度上要宏观、微观并重,同时加强长期原位监测湿地碳通量的变化与室内模拟研究;(4)量化在潮汐影响下滨海盐沼湿地碳与邻近生态系统之间的横向交换通量。只有对我国滨海盐沼湿地碳库收支进行更准确的评估和长期的碳库动态变化监测,方可进一步认识我国盐沼湿地对全球气候变化的影响及其反馈作用,这对于预测全球变化及制定湿地碳储备功能的提升策略具有重要的意义。     

广东省不同土地利用方式与碳排放规律分析

探讨了广东省1996—2008年不同土地利用方式的碳排放量及时空变化规律。结果表明:在时间序列上,建设用地的碳排放量变化趋势明显,耕地、草地碳排放变化量不明显,林地变化引起的碳排放量增加,增加量近两年得到有效控制;在空间序列上,不同土地利用方式产生的碳排放情况呈明显的区域差异;碳排放量的变化与区域经济发展特征存在时空耦合规律。在此基础上,从低碳经济的发展角度提出土地利用的相关政策建议。     

温度对克氏针茅草原生态系统生长季碳通量的影响

草地生态系统碳通量的驱动机制研究是碳循环研究的重要方面。利用涡度相关技术观测了克氏针茅草原生态系统的净生态系统碳交换(NEE)、生态系统初级生产力(GEP)、生态系统呼吸(Reco)的变化,探讨了2010年生长季内温度对该系统NEE、GEP和Reco的影响。结果表明,2010年生长季内,克氏针茅草原日尺度上NEE和GEP只出现了1个明显的吸收峰,Reco则呈现倒"U"型变化规律。克氏针茅草原空气温度与NEE、GEP和Reco呈极显著相关关系,气温日较差对该系统碳通量的影响程度较小;土壤温度与NEE、GEP和Reco之间也呈极显著相关关系,土壤温度的增加会同时提高克氏针茅草原生态系统的固碳能力、初级生产力及呼吸作用。空气温度和土壤温度都是影响克氏针茅草原生态系统碳收支的重要驱动因子。     

基于土地利用结构变化的河南省碳排放时空格局及驱动力分析

河南省面临生态环境脆弱、生态承载力较低和碳排放基数较大等诸多问题，这给双碳战略的有效实施带来了挑战。本研究旨在系统研究河南省土地利用变化对碳排放量时空格局的影响，为政府制定低碳土地利用模式以及差异化的碳减排政策提供科学依据。基于2000—2020年河南省土地利用和能源消费数据，结合土地利用碳排放量方法和ArcGIS技术，本研究量化了河南省碳排放的时空格局分布，并借助地理探测器方法分析了河南省土地利用碳排放量空间分异的影响因素。结果表明：建设用地和耕地是河南省主要的碳源，林地则是主要的碳汇，碳吸收量占总吸收量的90%以上。总体上，河南省碳排放量呈现出先快速增长后缓慢下降的趋势，从2000年的3.367×107 t增长到2010年的7.337×107 t，增长率为118%；而在2010—2020年下降了5.247×106 t，下降率为7%。空间上，不同市域之间存在着显著的碳排放量水平差异，部分市域存在碳收支不平衡，且碳排放量远超碳吸收量。此外，城镇化水平、人口规模和建设用地占比对碳排放量产生显著影响，尤其是建设用地q值增长幅度最大，而人口规模q值在2020年最高。通过探究土地利用变化导致的碳排放量变化和空间格局变化以及碳排放格局的驱动力，对推动河南省土地利用方式向低碳化转变，制定有效的政策具有重大意义。