基于大比例尺数据库的福建省耕地土壤固碳速率和潜力研究

明确土壤固碳速率和潜力是制定耕地固碳减排措施的基础。以我国典型亚热带地区—福建省不同地理位置的闽侯、浦城、同安、武平和永定5个县为研究区,运用生物地球化学过程模型DNDC（DeNitrification and Decomposition）,模拟这5个县在目前区域尺度最详细的1:5万土壤数据库下1980─2009年和2010─2039年有机碳动态变化,并运用尺度上推的方法估算出全省耕地土壤固碳速率和潜力。结果表明,福建省耕地土壤1980─2009年的固碳总量为7.37 Tg,而2010─2039年的固碳潜力为7.04 Tg,两个时段的年均固碳速率分别为：190 kg·hm-2和176 kg·hm-2,说明目前的农田管理措施有利于研究区长期固碳。其中,水稻土和盐渍水稻土分别在土类和亚类级别中固碳速率最大,不同时段均大于175 kg·hm-2·a-1;而红壤在土类和亚类级别中固碳速率皆最小,不同时段均小于3 kg·hm-2·a-1。总体来看,1980─2009年和2010─2039年水稻土的固碳总量均占全省耕地固碳总量的92%以上,是今后制定固碳减排措施的重点。     

中国农田土壤有机碳变化:II土壤固碳潜力估算

中国作为世界上一个重要的农业大国,提高中国农田土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要影响.在前人研究的基础上,利用中国第一次和第二次土壤普查数据,结合大量前人调研资料和田间试验数据整理分析,根据近20年来中国各省(市、区)农田土壤有机碳量变化趋势,估算了农田土壤碳源、汇潜力.由估算得出,假设在20世纪80年代土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤固碳潜力约为668 Tg C,即表明假设条件下,中国农田土壤要吸收668 Tg C才能达到一种相对稳定的平衡状态,也说明80年代后期中国农田土壤为碳汇效应.本研究对认识和评价中国农田土壤碳汇能力及其农田土壤固碳潜力提供了方法和依据.     

不同耕作措施下江苏省稻田土壤固碳潜力的模拟研究

以江苏省稻田为对象,整合DNDC和1:100万土壤数据库,以土壤图斑为基本模拟单元,定量估算少耕、免耕和综合措施（少耕 + 30% 秸秆还田）下江苏省稻田土壤的固碳潜力（0 ~ 30 cm）。模拟结果表明：相对于传统耕作,采用少耕、免耕和少耕 + 30% 秸秆还田均可明显地增加稻田SOC的积累,其在2009—2050年间的固碳潜力分别为24.5、47.7和43.8 Tg。免耕和少耕 + 30% 秸秆还田条件下稻田固碳速率大约是少耕的2倍。结合实际情况,少耕 + 30% 秸秆还田将是最可行的固碳措施之一。     

下辽河平原区农田土壤固碳潜力估算

利用1980年第二次土壤普查数据和2010年耕地地力评价数据,结合近30年来的调查研究资料和田间试验数据,建立该地区耕地土壤固碳潜力模型。预测该地区土壤固碳潜力(饱和碳密度)为4.95 kg m-2,其空间分异明显,整体表现为东部高西部低、北部高南部低;根据最新土壤调查数据所建立的模型进行估算,该区域潜在耕地土壤碳汇密度增加值为2.18kg m-2,可增加耕地土壤固碳量为57.52 Tg。     

河北省北部森林植被碳储量和固碳速率研究

为了了解河北省北部森林植被固碳能力,本文以该区域阔叶林、针叶林、混交林、经济林和灌丛为研究对象,基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)推荐采用的加拿大林业碳收支模型(CBM-CFS3),利用第7次全国森林资源连续清查数据和野外森林植被调查样地数据,拟合出研究区的蓄积-生物量转换参数和林木器官生物量比例参数,建立研究区内不同森林植被类型的蓄积生长方程、蓄积-干材生物量转换方程、生物量组分比例方程,采用这些方程评估了2010年河北省北部森林生态系统植被碳储量、碳密度和固碳速率。结果表明:拟合的不同森林植被蓄积生长方程的决定系数均大于0.7,蓄积-干材生物量转换方程的决定系数均大于0.8,生物量组分比例方程拟合效果较好,可用于评估该区域森林植被碳汇功能和潜力。2010年河北省北部森林植被碳储量为59.66 Tg(C),平均森林植被碳密度为25.05 Mg(C)×hm~(-2),森林植被固碳速率为0.07~1.87Mg(C)×hm~(-2)×a~(-1);其中阔叶林、针叶林、混交林、经济林碳储量和碳密度分别为30.97 Tg(C)、12.36 Tg(C)、15.73Tg(C)、0.60 Tg(C)和26.09 Mg(C)×hm~(-2)、26.14 Mg(C)×hm~(-2)、24.50 Mg(C)×hm~(-2)、7.53 Mg(C)×hm~(-2)。河北省北部森林植被碳密度与固碳速率均从西北到东南呈升高趋势。造林后森林面积增加6 400 km2,森林植被碳储量增加19.54 Tg(C)(不包括灌丛);林龄结构以中幼龄林为主,未来森林固碳潜力巨大。说明造林在增加森林植被碳储量和提高森林的固碳速率中起到了重要作用。     

城市土壤无机碳空间分布特征及其与城市化历史的关系

城市化过程深刻影响了土壤的碳循环过程。利用城市土壤空间精细化采样,结合1900年—2010年南京城市化历史重建,分析城市土壤无机碳空间分布与城市化过程的时空关系,评估城市土壤无机碳的固碳潜力。研究表明,城市土壤无机碳密度与城市化历史具有良好的对应关系,历史老城区的无机碳库储量远高于快速城市化的新城区,揭示城市土壤无机碳具有良好的固碳潜力。随着城市化历史的增加,无机碳密度平均值表现出线性增长,研究区的城市土壤表层无机碳库为2.94Tg,其未来仍拥有的固碳潜力为1.45Tg。本研究可为阐明城市系统碳循环的机制、开展城市土壤无机碳固碳技术研究提供理论依据。     

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。     

贵州主要作物固碳现状和潜力估算

近年来,农田土壤碳固定的研究已经成为国际全球气候变化研究的一个重要热点。为明确贵州农田主要作物固碳潜力,借鉴经验公式对贵州主要农作物碳固定和生产过程中的碳排放进行测算。结果表明,近10年贵州6种作物的总固碳量平均(1 151.16±62.99)万t.a-1,变幅为1 052.65万～1 268.28万t.a-1,呈波动变化缓慢增加趋势,主要作物间接碳排放量为(48.53±1.82)万t.a-1,变幅为45.87万～51.68万t.a-1,只相当于固碳量的4.21%。贵州农田作物的固碳潜力巨大。     

2000—2020年陕西省陆地生态系统NPP时空变化与潜力

[目的] 在“双碳”战略实施背景下,准确评估陆地生态系统固碳现状、速率与潜力对实现“碳中和”目标意义重大。陕西省横跨3个气候带,南北气候差异大,植被类型丰富。近年来,由于多项生态工程(退耕还林还草、三北防护林等)的实施,陕西省植被覆盖度进一步提升至60.7%,固碳能力巨大。陆地生态系统NPP(植被净初级生产力)是反映植被固碳能力的重要指标,然而,关于陕西省NPP的时空动态变化,以及NPP未来潜力的空间分布鲜有研究。[方法] 以陕西省陆地生态系统为研究对象,利用CASA模型和邻域相似空间分布法评估陕西省植被NPP及其潜力的时空分布特征。[结果] (1)陕西省植被总固碳量在2000年和2020年分别为687,1 020 Tg,增加333 Tg,增幅为48.5%。(2)陕西省NPP呈南高北低,中间存在最高值或最低值的空间分布态势,平均值在2000年和2020年分别为333.2,494.8 gC/m²,共增加161.6 gC/m²,增加幅度呈北高南低的分布态势。(3)陕西省生态系统NPP的实际最大潜力为2 304 Tg,相比于2020年增加41.3%,空间分布态势表现为由南到北逐渐降低,且空间分布特征均表现高度空间自相关特性,但局部差异较大。[结论] 陕西省植被总固碳量在2000—2020年显著增加,同时,未来植被固碳潜力巨大。评估和预测陕西省区域尺度生态系统NPP时空动态变化及潜力空间分布特征,可为科学评价提升区域碳汇能力提供一定的评价体系和理论参考。     

红壤水稻土有机碳库的平衡值确定及固碳潜力分析

平衡状态时的土壤有机碳含量水平确定对于正确评价土壤的固碳潜力和制定合理的有机物质分配措施有重要意义。本文通过比较红壤典型地区不同时期水稻土有机碳含量变化、不同利用年限水稻土有机碳含量动态、以及有机碳输入输出量状况,分析红壤水稻土有机碳库的平衡值,进而估计较大区域内水稻土的固碳潜力。过去20余年来江西省余江县水稻土的有机碳含量总体呈上升趋势,但高产水稻土的有机碳含量稳定在18.5 g kg-1;水耕利用30 a,土壤有机碳含量达到19.0(±1.20)g kg-1,其后变化幅度很小;若使目前的较高形成量水平达到平衡,则土壤有机碳含量为19.2(±1.10)g kg-1。综合分析,在较高生产力水平条件下,红壤水稻土有机碳的平衡值为18~20 g kg-1,平均为19.0±1.0 g kg-1。过去20余年来,江西省余江县水稻土有机碳储量增加了6 955(±1 116)kg hm-2。据此计算我国亚热带地区水稻土过去20年固定大气CO2量555.1(±88.7)Tg,其作为碳汇的作用是相当明显的。目前仍有相当面积的水稻土其有机碳含量低于平衡水平,估计还可平均固碳5 150(±1 063)kg hm-2。据此,若保持现实较高生产力水平,则我国亚热带地区水稻土未来可新固定大气CO2量411.0(±84.7)Tg。     

Change in soil organic carbon following the ‘Grain‐for‐Green’ programme in China

Agricultural soils are considered to have great potential for carbon sequestration through land‐use change. In this paper, we compiled data from the literatures and studied the change in soil organic carbon (SOC) following the ‘Grain‐for‐Green’ Programme (GGP, i.e., conversion from farmland to plantation, secondary forests and grasslands) in China. The results showed that SOC stocks accumulated at an average rate of 36·67 g m⁻² y⁻¹ in the top 20 cm with large variation. The current SOC storage could be estimated using the initial SOC stock and year since land use transformation (Adjusted R² = 0·805, p = 0·000). After land use change, SOC stocks decreased during the initial 4–5 years, followed by an increase after above ground vegetation restoration. Annual average precipitation and initial SOC stocks had a significant effect (p < 0·05) on the rate of change in SOC, while no significant effects were observed between plantation and natural regeneration (p > 0·05). The ongoing ‘Grain‐for‐Green’ project might make significant contribution to China's carbon sequestration. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

中国稻田土壤有机碳汇特征与影响因素的研究进展

稻田是中国面积最大的耕地之一，稻田土壤有机碳（SOC）是重要的农业碳库，被认为在减缓大气二氧化碳（CO2）浓度上升和全球变暖中起着重要作用。明确中国稻田SOC汇特征与影响因素，有助于制定合理的农业管理措施，科学地增强稻田土壤固碳减排潜力。研究发现，在空间分布上，中国稻田SOC含量具有地域性差异，总体表现为华南、西南高于华北、西北，长江中游高于长江下游；且稻田SOC含量沿海拔升高而增加，随土壤深度增加而减少。在组成上，稻田土壤活性碳比例不超过5.3%，惰性碳比例远大于活性碳，高达60%以上，稻田固碳重点在于惰性组分。在影响因素上，人为管理措施是导致稻田碳汇变化的主要原因，并与自然因素密切相关。为充分发挥稻田土壤碳汇功能，未来研究应加强稻田SOC稳定机制研究，制定因地制宜的农业管理推广方案，为中国“双碳”目标的实现提供科学依据。     

Re‐evaluating the biophysical and technologically attainable potential of topsoil carbon sequestration in China's cropland

To assess the topsoil carbon sequestration potential (CSP) of China's cropland, two different estimates were made: (i) a biophysical potential (BP) using a saturation limit approach based on soil organic carbon (SOC) accumulation dynamics and a storage restoration approach from the cultivation‐induced SOC loss, and (ii) a technically attainable potential (TAP) with a scenario estimation approach using SOC increases under best management practices (BMPs) in agriculture. Thus, the BP is projected to be the gap in recent SOC storage to either the saturation capacity or to the SOC storage of uncultivated soil, while the TAP is the overall increase over the current SOC storage that could be achieved with the extension of BMPs. The recent mean SOC density of China's cropland was estimated to be 36.44 t/ha, with a BP estimate of 2.21 Pg C by a saturation approach and 2.95 Pg C by the storage restoration method. An overall TAP of 0.62 Pg C and 0.98 Pg C was predicted for conservation tillage plus straw return and recommended fertilizer applications, respectively. This TAP is comparable to 40–60% of total CO₂ emissions from Chinese energy production in 2007. Therefore, carbon sequestration in China's cropland is recommended for enhancing China's mitigation capacity for climate change. However, priority should be given to the vast dry cropland areas of China, as the CSP of China is based predominantly on the dry cropland.     

淤地坝保碳、减排、增汇作用与其能力评估

淤地坝是黄土高原地区重要的沟道治理措施,也是陆地生态系统中重要的储碳场所。评估淤地坝的碳汇作用与能力,可为研究其他水土保持措施碳汇提供重要借鉴,也为我国碳达峰、碳中和目标提供科学依据。以黄土高原淤地坝为研究对象,系统探讨淤地坝的碳汇效应与机理,提出淤地坝碳汇能力估算方法。结果表明:淤地坝具有保土保碳、减蚀减排和增绿增汇作用。在过去50年中黄土高原淤地坝保碳能力为2.16×10⁷ t C,减排能力为4.33×10⁶~8.66×10⁶ t C,增汇能力为6.84×10⁵ t C。淤地坝产生积极的碳汇效益,对提升生态系统碳中和能力、降低碳达峰的峰值发挥重要作用。淤地坝与其他主要水土保持措施都具有保土、减蚀等多种水土保持效益,可充分发挥保碳、减排、增汇等多种碳汇作用。推行碳汇水土保持工作、实施水土保持增汇行动,既可全面巩固陆地生态系统碳汇作用,又能持续提升生态系统增汇能力,对碳达峰与碳中和作出水土保持贡献。     

2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征及碳汇区识别

淮海经济区垦殖率约70%，是中国粮食主产区之一，掌握其耕地碳储量时空变化规律、识别耕地碳汇碳源区，对保护区域耕地质量和发挥耕地生态系统碳汇功能，助力"双碳"目标实现有重要意义。该研究基于淮海经济区土壤类型碳密度计算耕地土壤碳储量，再运用NEP（Net Ecosystem Productivity）模型计算耕地植被固碳量，同时借助ArcGIS空间分析和地理探测器等方法研究2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征、耕地"碳"属性及其驱动因子。结果表明：1）2005-2020年淮海经济区耕地土壤碳储量由于地类转移总体减少了1.393×107 t，在空间上呈"东高西低"分布；耕地植被固碳量则呈现出以2015年为拐点"先增加后减少"变化趋势，NEP在空间上呈现出"东南高，西北低"分布特征；随时间推移，耕地总碳储量空间分布集聚性呈下降趋势，其"高-高"类型区数量也逐渐减少，主要向不显著区和"低-高"离散区转变；2）淮海经济区耕地碳汇区县数32个，中强度碳汇区21个主要分布于淮海经济区西部，高强度碳汇区5个集中分布于东北部；3）驱动淮海经济区耕地碳储量时空分异的因子中，主要因子是交通通达度、粮食产量、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）、高程、坡度和坡向，次要因子是人口。未来耕地保护过程中，耕地碳源区县可借鉴碳汇区耕地保护政策和管理措施，以减少耕地碳储量的流失、维持耕地质量，同时也让更多区县的耕地生态系统发挥碳汇作用。     

退耕生态系统碳储量时空动态变化的研究进展

退耕还林还草作为土地利用方式改变的重要形式之一,对退耕生态系统碳储量产生深远影响。从时间、空间以及退耕还林还草模式等方面综述了退耕还林还草对植被碳库和土壤碳库产生的影响,同时探讨了枯落物和根系周转对土壤碳库动态的效应。现有研究表明,退耕生态系统碳储量对退耕时间、空间和模式有不同程度的响应。最后,提出了退耕生态系统碳储量时空动态研究需解决的关键问题。     

1950--2010年间中国茶园碳储量的演变特征

Tea(Camellia sinensis),an economically important crop grown in mountain regions,has been planted for thousands of years in South China.Tea plantations can potentially act as carbon(C) sink in local agrosystems due to their high plant biomass and provide soil conservation service.To assess the contribution of tea plantations to C sequestration,the chronosequence variations of C storage were assessed in the plants and soils(0-20 cm) of tea plantations in China from 1950 to 2010,and then the inter-annual and decadal variabilities of total C storage were estimated.Total C stocks in tea plants and soils in 2010 were 34.4 and 93.45 Tg,respectively.Carbon sequestration from 1950 to 2010 was 30.6 and 39.0 Tg in the plants and soils,respectively.The highest C sequestration happened during the 1980 s and the lowest during the 1950 s.The decadal average C sequestration rate ranged from 20.4 to 113.9 g m~(-2) year~(-1) in the standing tea plants,and from 54.6 to 98.8 g m~(-2) year~(-1) in soils during the period of 1950 to 2010.The average ratio of C storage in soils to that in plants was 3.00 ± 0.35 before 1970 and 2.44 ± 0.18 after 1970.The results suggested that tea plantation ecosystems made an important contribution to the C sinks in Chinese tea-producing regions.     

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。     

作物植硅体形态的应用及其封存有机碳研究进展

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,在维系生命的生长发育和环境的动态平衡等方面起着至关重要的作用,在其生长发育和环境演变的过程中储存大量的环境变化信息,能够反映古农业的发展变迁。植硅体是一种长期稳定存在于土壤中的非晶质二氧化硅颗粒物,它可以指示气候变化。近年来,植硅体分析主要应用在农业考古、古气候重建、生物地球化学循环和全球碳汇潜力估算的研究中。世界上作物分布广泛,作物栽培历史悠久,研究作物植硅体与植硅体碳,对探讨农业起源与发展,估算农田生态系统植硅体碳汇潜力,应对全球气候变化具有重要意义。本文在查阅国内外与作物植硅体研究相关文献的基础上,综述了作物植硅体的形态研究、植硅体在考古学中的应用、作物植硅体碳含量与分布、碳汇潜力以及植硅体碳汇在全球碳汇中的贡献,阐明了作物植硅体未来的研究方向。1）不同作物产生的植硅体形态不同,而且对作物植硅体形态的研究较多处于优势的禾本科中,其他作物的研究较少;2）作物植硅体碳含量与其本身的固碳能力和效率有关,不完全由植硅体含量的多少决定,此外,植硅体碳含量的多少也可能受生长环境和植物基因型的影响;3）不同生态系统中气候、地表植被、土壤环境等诸多因素直接或间接地影响区域植硅体的碳汇潜力;4）农田生态系统不同作物植硅体碳汇存在显著差异,施加硅肥或硅-磷复合肥、种植高植硅体含量和高植硅体碳含量的作物等均可显著提高农田生态系统碳汇潜力。今后应进一步研究不同作物植硅体碳汇,以帮助识别过去的农业碳汇,评估当前农业碳汇潜力;加强植物、根系、土壤迁移规律的探讨,进一步分析不同作物植硅体积累与碳汇效应;阐明不同植物吸硅机制、植物根系硅化过程与其植硅体含量、植硅体碳含量间的关系;了解西南喀斯特生态脆弱区农业碳汇潜力,以期为作物科学种植、农田生态系统碳汇估算等提供参考。