陆地土壤碳循环研究进展

[目的]对近年来国内外碳循环方面的研究进展进行综述,为退化土地的生态恢复及环境治理和保护提供依据。[方法]总结了当前土壤有机碳循环研究中的几种主要方法(室内培养法、同位素示踪法、碳循环模型和计算机模拟法等),分析对比了这几种方法的特点和存在的问题,并对土壤有机碳循环机理和影响土壤有机碳循环的主要因素进行分析。[结果]目前,在土壤有机碳库的估算方法、数据依据、结果以及土壤有机碳循环模型上存在较大差异,给土壤有机碳变化和循环研究带来一定的困难。土地利用方式和土地覆盖变化是影响陆地土壤有机碳变化及循环最直接的人为因子。[结论]应注重土地利用及覆被变化在土壤碳循环中的作用及地位。并建立适用于中国国情的碳循环模型。未来的土壤碳循环研究应探索标准化、高精度的有机碳库储量估算方法。     

基于碳足迹和碳承载力的新疆碳安全评价

[目的]探索新疆碳足迹和碳承载力的的变化,评价其碳安全程度,为新疆低碳经济的发展提供理论依据。[方法]利用碳足迹理论对新疆2000—2014年的碳足迹、植被碳承载力、净碳足迹进行计算分析,并利用碳压力指数(CTI)构建了碳安全评价模型。[结果]新疆碳足迹呈上升趋势,从2000年的1.08×108 t上升到2014年的5.04×108 t,其中化石能源碳足迹占总碳足迹的比重达到96%;碳承载力不断增加,草地固碳量所占的比重最大,其次是森林、农田、园地和城市绿地;人均净碳足迹、碳压力指数均呈现增长趋势,导致新疆碳安全程度不断下降,从2009年开始就处于极不安全的状态。[结论]化石能源消费的增加是导致新疆碳足迹升高和碳安全程度下降的主要原因,虽然其能源利用率不断提高,但在未来一段时间仍然面临严峻的生态环境问题。     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大,且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

不同有机物料还田对华北农田土壤固碳的影响及原因分析

中国农业面临着废弃物数量大、污染严重,农田土壤生产力低的现实问题。该研究以增加农田土壤固碳为目标对砂质农田进行有机物料还田,将秸秆、猪粪、沼渣和生物炭4种物料用尿素调节等氮还田,对农田土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量进行测定,并探究不同有机物料还田对土壤有机碳的影响原因。研究结果表明:物料还田3a后,生物炭、猪粪和沼渣处理土壤有机碳(SOC)比秸秆处理分别高262.4%、26.8%和20.7%;2014—2015年生物炭处理的土壤微生物量碳(MBC)较秸秆处理降低2.9%~35.5%,猪粪处理和沼渣处理的土壤可溶性有机碳(DOC)分别提高17.1%~60.1%和7.2%~64.8%;2014—2015年生物炭、猪粪和沼渣处理土壤颗粒有机碳(POC)较秸秆处理提高10.8%~148.2%、9.5%~58.3%和11.3%~57.6%;物料还田后,土壤总有机碳(TOC)和POC呈极显著的回归关系(R2=0.67,P0.001),土壤DOC与MBC有极显著相关性(R2=0.52,P0.001)。与秸秆还田相比,生物炭还田有利于土壤POC的累积进而促进土壤有机碳的提升,猪粪和沼渣则通过提高土壤MBC、DOC和POC的含量,促进土壤有机碳的周转和固定。从农田土壤固碳角度而言,生物炭,猪粪和沼渣还田优于秸秆还田。     

Organic matter availability for denitrification in soils of different textures and drainage classes

Abstract

Soils from the A, B, and C horizons representing three natural drainage classes and differing textures were chosen to study relationships between denitrification rate and estimates of available carbon. The highest correlation with denitrification rate was obtained with total organic C. Water‐extractable C, mineralizable C and 0.1 N Ba(OH)2‐extractable C produced less satisfactory correlations. When soils of the B and C horizons only were included in the regression analysis, 0.1 N Ba(OH)₂‐extractable C was found to be unsatisfactory as a predictor of available C for soil denitrifiers. None of the four methods for estimating available C were found adequate for B and C horizon soils which were relatively low in available C. Coarser‐textured soils with relatively low C levels had correspondingly low denitrification rates. Regressions of denitrification rate on mineralizable C or water‐extractable C were nonsignificant with poorly drained soils whereas they were highly significant with well or imperfectly drained soils.     

长白山森林土壤有机碳库大小及周转研究

主要分析不同森林植被下有机碳的分解动态和土壤碳库各组分大小、周转时间。结果表明：土壤样品培养90天，CO2累计释放量表层大致为1723～5065mg／kg、下层大致为178～642mg／kg。分解速率总的趋势是前期快，后期慢，表层明显大于下层。大小顺序为：冷杉林〉针阔混交林和阔叶林〉针叶林。在不同植被下的表层和下层土壤中，活性碳占总有机碳的0．54％～1．67％，0．45％～5．48％．平均驻留时间为11～56天、60～88天；缓效性碳占总有机碳的23．0％～63．3％，33．2％～72．2％，平均驻留时间为4～70年、24～161年；惰效性碳占总有机碳的35．5％～75．5％．26．0％～65．%。表层土壤的总有机碳、活性碳、缓效性碳和惰效性碳含量都明显大于下层。凋落物的化学组成主要决定活性碳库、缓效性碳库含量，土壤的粘粒含量等性质主要决定惰效性碳库含量。     

A framework for integrating the terrestrial carbon stock of estates in institutional carbon management plans

Many institutions have substantial landholdings, but few consider soil carbon preservation and augmentation in their carbon management plans. A methodical framework was developed to analyse terrestrial carbon stocks (soil and tree biomass) for credible carbon offsetting strategies in institutional land. This approach was demonstrated at two farms (805 hectares) managed by Newcastle University. Soil carbon for three depths (0–30 cm, 30–60 cm and 60–90 cm) and above-ground tree biomass were quantified. These data provided a terrestrial carbon baseline to evaluate future land management options and effects. Historical land-use records enabled the following comparisons: (1) agricultural land vs. woodland; (2) arable land vs. permanent grassland; (3) organic vs. conventional farming; (4) coniferous vs. broadleaved woodland; and (5) recent vs. long-established woodland. Carbon storage (kg/m²) varied with land usage and woodland type and age, but only agricultural land vs. woodland, and for agriculture, arable land vs. permanent grassland, significantly affected the 0–90 cm soil carbon. At the university-managed farms, current terrestrial carbon stocks were 103,620 tonnes in total (98,050 tonnes from the 0–90 cm soil and 5,569 tonnes from tree biomass). These terrestrial carbon stocks were equivalent to sixteen years of the current carbon emissions of Newcastle University (6,406 tonnes CO₂ equivalents-C per year). Using strategies for alternative land management, Newcastle University could over 40 years offset up to 3,221 tonnes of carbon per year, or 50% of its carbon emissions at the current rate. The methodological framework developed in this study will enable institutions having large landholdings to rationally consider their estates in future soil carbon management schemes.     

滇中尖山河小流域不同土地利用类型土壤活性有机碳分布特征

土壤活性有机碳对土地利用方式最为敏感,定量分析不同土地利用方式对土壤活性有机碳分布特征的影响对流域的土壤碳循环研究具有重要意义。从滇中尖山河小流域坡耕地、荒草地、林地、园地4种不同土地利用类型角度,系统地分析了0—10,10—20,20—30 cm土层土壤有机碳（SOC）、微生物有机碳（MBC）、易氧化有机碳（EOC）及可溶性有机碳（DOC）的分布特征及其相关性。结果表明:不同土地利用类型下土壤SOC,MBC,EOC,DOC整体均表现为园地 > 林地 > 坡耕地 > 荒草地;4种土地利用类型MBC,EOC,DOC整体上随着土层深度的增加而逐渐降低,且主要分布在0—20 cm土层,在20—30 cm土层含量较低（低于30%）;4种土地利用类型下SOC和MBC,EOC,DOC呈极显著正相关关系,MBC,EOC,DOC两两之间也表现出极显著正相关。综上,退耕还林以及在荒草地种植人工林可作为提高土壤有机碳及活性有机碳含量的有效措施,并将在减少流域水土流失和面源污染、改善土壤质量、恢复土壤肥力等方面起到重要作用。     

A device in the determination of si in dithionite-citrate-bicarbonate extract

In the determination of Si in dithionite-citrate-bicarbonate (DCB) extract (2) by the molybdenum blue heteropply method, the color develppment, is interfered by the presence of dithionite and citrate. Weaver el al. (4) have eliminated the interference by introducing air-bubbling for oxidation of the former and by the use of a large excess of molybdate solution as a complexing agent of the latter. This method, while,giving satisfactory results, has a disadvantage that air-bubbling is time-consuming. Moreover it often occurs that the analysis is delayed also due to the limitation of bubbling facilities particularly when many samples are treated at a time.     

Landuse impacts on soil organic carbon fractions in different rainfall areas of a subtropical dryland

Landuse can alter soil organic carbon (SOC) fractions by affecting carbon inflows and outflows. This study evaluated changes in SOC fractions in response to different landuses under variable rainfalls. We compared cropland, grassland and forest soils in high rainfall (Islamabad ~1142 mm) and low rainfall (Chakwal ~667 mm) areas of Pothwar dryland, Pakistan. Forest soils in both rainfall areas had highest SOC (11.32 g kg^?1), particulate organic carbon (POC, 1.70 g kg^?1), mineral-associated organic carbon (MOC, 7.17 g kg^?1) and aggregate-associated organic carbon (AOC, 7.86 g kg^?1). However, in rangeland and cropland soils, these varied with rainfall. Under high rainfall, SOC and MOC were 12% and 17% higher in rangeland than in cropland while POC and AOC were equal. Under low rainfall, SOC and MOC were higher in rangeland than in cropland by 7.21 and 1.79 g kg^?1 at 0–15 cm and equal at 15–30 cm depth. POC and AOC were higher in rangeland than in cropland, in both depths. Averagely, SOC, POC, MOC and AOC were 26%, 68%, 76% and 30% higher in high rainfall than in low rainfall soils. Sensitivity of SOC fractions to landuses observed under different rainfalls could provide useful information for soil management in subtropical drylands.     

Long‐Term Changes in Soil Carbon Stocks in the Brazilian Cerrado Under Commercial Soybean

The net effect of agriculture on soil carbon is not yet fully understood. While a number of studies on shallow profiles have been published, evidence suggests that carbon stock changes occur in deeper layers. In this study we analyzed the effect of agriculture in the Cerrado soil C looking at changes in seven different profile depths from 0 to 100 cm in a commercial grain farm. We also used isotopic techniques to distinguish between the original Cerrado C₃ carbon and the C₄ carbon derived from the grasses used in agriculture. At 0–5 cm depth C stocks significantly decreased with cultivation time. The C stock did not change significantly when it was calculated using the 0–10, 0–20, 0–30, 0–50 or 0–75 cm profile (p > 0·05) but increased with cultivation time when the profile considered was 0–100 cm (p < 0·05). A two‐source isotope model revealed that there was a significant increase in carbon derived from C₄ grasses for all depths with cultivation time. Annual carbon sequestration rates for the upper 100 cm of soil were 1·1 Mg C ha⁻¹ year⁻¹ for total carbon and 0·8 Mg C₄ C ha⁻¹ year⁻¹ for C₄ carbon. The oldest area, with 23 years of cultivation, had a soil C stock increase compared to the native Cerrado soil of 17·6%. These findings suggest that commercial grain farms practices may increase soil C stock compared to native Cerrado soil, if a more complete soil profile down to 100 cm is used to assess C stocks. Copyright © 2015 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。     

杭州市城市土壤有机碳的积累和特性

杭州市城市土壤有机碳具明显的积累并具较大的空间变异性,城区土壤表土(0~10 cm)和0~100 cm深度土壤平均有机碳贮量约为远郊区土壤的4.3和5.7倍。城市土壤有机碳中含较高比例的碳黑、颗粒态碳和较低比例的易氧化态碳,表明城市土壤有机碳较为稳定。随着人为影响程度的增加,土壤碳黑、颗粒状碳量增加,易氧化态碳的数量减少。     

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。     

上海市绿地表层土壤有机碳储量的估算

本文调查了上海市472个绿地土壤样点,通过对其土壤有机碳含量、密度等指标进行测定分析,最终估算出上海市绿地土壤表层有机碳储量,同时为预测上海市未来十几年的碳库变化提供数据支撑。研究结果表明:①上海市绿地表层(0～20 cm)土壤有机碳空间分异性较大,土壤有机碳含量和密度表现为西高东低,且自中心向四周逐渐增高。②不同绿地类型土壤有机碳含量大小依次为:公园绿地>公共绿地>道路绿地;有机碳密度的大小依次为:公共绿地>公园绿地>道路绿地。不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异显著,其中,城区不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异显著(P<0.05),但郊区不同绿地类型土壤有机碳含量和密度差异不显著(P>0.05)。③2015年上海市绿地表层土壤有机碳储量约为4.26×106 t。预计到2035年,上海市绿地表层土壤有机碳储量约可达到1.53×107 t。     

上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析

以1990—2009年上海市农作物产量、农田面积、农业投入等相关统计数据为依据,对上海农田生态系统主要碳源汇进行了测算,分析了上海农田生态系统碳源汇的时空变化特征,并探讨了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明,1999—2009年上海农田生态系统碳吸收总量总体处于逐步下降趋势,且经济作物和果蔬作物碳吸收比例分别下降和上升明显;碳排放总量则呈逐步下降并趋于稳定的趋势,农用化学品投入是其主要排放源;单位面积碳吸收和排放量则一直处于波动状态。2009年上海各区县农田生态系统碳吸收量、碳排放量和单位耕地面积碳吸收量均为远郊大于近郊,而单位耕地面积碳排放量则为近郊大于远郊。碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与粮食作物和经济作物产量显著正相关,而与果蔬作物产量显著负相关;碳排放与农用化学品投入和燃料动力使用以及耕作灌溉管理均显著正相关。     

Importance of periphytic biofilms for carbon cycling in paddy fields: A review

Paddy fields play an important role in global carbon(C) cycling and are an important source of methane(CH₄) emissions. Insights into the processes influencing the dynamics of soil organic C(SOC) in paddy fields are essential for maintaining global soil C stocks and mitigating climate change. Periphytic biofilms composed of microalgae, bacteria, and other microorganisms are ubiquitous in paddy fields, where they directly mediate the transfer of elements at the soil-water interface. How...     

土壤中钙键和铁/铝键结合的有机碳差异的比较

为研究矿质元素在有机碳矿化中所起的作用,以棕壤、黄棕壤、红壤为供试土壤,比较了不同利用方式和施肥处理土壤中钙键、铁/铝键结合的有机碳的差异。结果表明,从北至南的地带性土壤(棕壤、黄棕壤和红壤)系列中,全钙及与有机碳结合的钙依次降低,钙键结合的有机碳占有机碳总量的比值依次升高;铁/铝键结合的有机碳及其占全碳的比值依次升高。与自然土壤相比,耕作土壤在不施肥条件下,钙键有机碳、铁/铝键有机碳占有机碳总量的比值增加,且铁/铝键有机碳占有机碳总量比值的增加率始终比钙键有机碳占有机碳总量比值的增加率要高;覆膜比不覆膜时铁/铝键有机碳占有机碳总量比值的增加率比钙键有机碳占有机碳总量比值的增加率高得多。这表明,与全土有机碳相比,有机碳矿化稳定性由高到低依次是铁/铝键有机碳、钙键有机碳、全土有机碳。     

黄土丘陵区不同退耕还林地土壤有机碳库差异分析

为揭示不同人工还林地影响土壤碳库储量、质量的效应及差异特征,探讨了黄土丘陵区不同退耕还林地土壤有机碳及其组分质量分数、密度及碳库管理指数(CMI)的变化情况。结果表明:退耕12a后,与坡耕地相比,不同还林地主要提高了0～40cm土层总有机碳质量分数,增幅总体为沙棘>刺槐>山杏>杨树>撂荒,且在0～10cm土层增幅最高(71.1%～156.9%),20～40cm土层增幅最低(23.5%～68.9%)。这也使不同还林地0～100cm土壤总有机碳密度均显著增加。0～100cm土层活性有机碳密度增幅为山杏、杨树(平均106.8%)>刺槐、沙棘(平均55.4%)>撂荒(9.9%),而非活性有机体碳密度增幅则为沙棘(43.0%)>刺槐、山杏、杨树(平均22.1%)>撂荒(14.2%),这与不同还林地影响各土层活性与非活性有机碳质量分数和分布差异大有关。与坡耕地相比,山杏、沙棘及刺槐使0～20cm土层CMI平均增加1.28倍,杨树和山杏则使20～100cm土层CMI增加1.20～2.49倍。综上所述,退耕还林具备提升土壤碳库及其质量的潜力,且短期内总体以沙棘提升碳库效果较佳,山杏改良碳库质量较好。     

中国农田生态系统的碳足迹分析

采用1990-2009年农作物产量、农田生产投入等统计数据,对中国农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹进行估算,得到以下主要结论：碳排放量和碳排放强度、碳吸收量、碳足迹呈现增加趋势,碳吸收强度表现稳定,随着农用化石能源的大量使用,单位面积碳足迹从1990年的0.08hm2/hm2增加到2009年的0.13hm2/hm2。各省（市、自治区）单位面积碳足迹差异十分明显,2009年最高的福建为0.27hm2/hm2,最低的黑龙江为0.08hm2/hm2。中国农田生态系统存在碳生态盈余,碳足迹占同期生产性土地面积（耕地）的比例在10%左右,但随着年份的递进,所占比例有增大的趋势,1990年为8.46%,2009年为12.75%。