气候变化和放牧干扰对草地土壤有机碳的影响研究进展

草地土壤有机碳库是陆地重要的碳库之一,其积累和分解的变化直接影响全球的碳平衡,研究草地生态系统土壤有机碳对预测气候变化及未来全球碳收支有重要的意义。本文通过对土壤有机碳的研究现状进行综述,分析土壤有机碳稳定性维持的物理、化学和生物机制,探究气候变暖和大气氮沉降增加等全球变化因子对草地土壤有机碳及其稳定性的影响,同时分析放牧干扰对草地生态系统土壤有机碳的作用,有助于深入了解全球变化和人类活动干扰下草地生态系统土壤碳收支情况,为草地生态系统碳循环研究提供依据,为草原生态保护和可持续发展提供理论参考。     

晋南县域农田生态系统土壤碳氮时空变化特征

气候变化背景下,对农田土壤有机碳和氮的研究是陆地生态系统碳、氮循环的热点之一。利用第2次山西省和县级土壤普查资料,通过野外调查、采样和分析不同土壤类型,探讨1980—2010年晋南农田土壤C,N的时空变化规律。结果表明,1980,2010年土壤有机碳的平均值分别为7.13,6.62 g/kg,全氮的平均值分别为0.70,1.01 g/kg,2个时期的C/N的平均值分别为10.19和7.12。30 a间,土壤有机碳、C/N都有所下降,而全氮含量有所增加,主要由于长期耕作和秸秆焚烧造成农田生态系统土壤有机碳的大量损失,使农田成为温室气体的一个排放源。近年来,通过推广免耕、秸秆还田、合理施肥等农田管理措施,促使农田土壤有机碳提高,并将其成为温室气体的吸收汇。     

土壤有机碳损失机制研究进展

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,由于其储量巨大且性质较为活跃,其产生的任何微小变化都将对全球气候产生影响。近年来,土壤有机碳在全球碳循环、气候变化及农业发展等领域备受关注。因此,明晰土壤有机碳的损失机制对于应对气候变化、生态环境保护及农业可持续发展等具有重要意义。本文主要从自然和人为两大方面对土壤有机碳的损失机制进行探讨,其中自然因素主要由气候变化(温度、降水、CO₂浓度)、土壤侵蚀(水蚀、风蚀)引起的土壤有机碳损失;人为因素主要由土地利用/覆被类型的变化(将富含有机质的森林、草地和湿地土壤转变为农田土壤)以及农田管理措施(耕作、施肥)引起的土壤有机碳损失,最后根据国内外学者的研究结论和思路提出建议与展望,以期为土壤有机碳损失的进一步研究提供理论依据。     

不同土地利用方式土壤呼吸速率动态研究进展

陆地生态系统土壤呼吸是全球碳循环的重要过程之一,陆地土壤碳库的微小变化将直接影响全球碳平衡,并对大气CO_2浓度造成大的扰动。森林、草地及农田三大生态系统土壤碳库作为陆地生态系统土壤碳库的重要组成部分,是决定未来土壤碳源、汇动态的关键部分。综述了不同土地利用方式的土壤呼吸测定方法及土壤呼吸动态,并结合目前不同空间尺度及生态系统土壤呼吸的研究现状,提出未来研究中应加强不同测定方法所得结果间的比较,以及复杂环境条件下土壤呼吸模型的研究与尺度扩展应用。     

造林对土壤有机碳储量的影响(综述)

造林作为一种重要的增加碳汇方式已经或正在被很多国家应用,但是造林后土壤有机碳库储量的变化和影响因素尚不明确。在总结了近年来的相关文献后认为:造林前土地利用类型、纬度变化、土壤类型和树种选择都能对造林后土壤有机碳储量的变化产生重要影响;农田和裸地造林后土壤有机碳汇显著增加,草地造林后土壤有机碳变化的不确定性是由林龄的不同导致的;温带地区造林后土壤有机碳汇快速增加,随着纬度的上升,造林后土壤有机碳储量先下降后达到或高于造林前的水平所需要的时间越来越长;土壤黏粒与粉粒的含量与造林后土壤有机碳库储量呈正相关关系;农田造乔木林和灌木林土壤有机碳储量都会显著增加,而草地最好选择阔叶乔木,灌木可以广泛应用于造林前的各种土地利用类型。     

温室农业生态系统土壤有机碳与重金属关系研究进展

温室农业生态系统作为农田生态系统的一部分，因种植的高肥需求以及连作的特点导致其与农田生态系统不同，在已有的研究中，温室农业生态系统中的土壤有机碳和重金属的含量要高于农田生态系统。土壤有机碳作为土壤肥力的基础，同时还影响着温室气体的排放，在生态系统碳循环中占据着重要地位。土壤重金属作为土壤重要的污染物之一，它在土壤中的富集、迁移、淋溶影响着农作物和环境的质量，还会对人体健康造成威胁。因此本文综述了土壤有机碳和土壤重金属的研究进展，以及二者在农田生态系统中的关系，为后续研究二者在温室农业生态系统中的关系做铺垫。研究表明，影响农田土壤有机碳和重金属的因素主要有大气沉降、灌溉、肥料的施用，而温室土壤的影响因素主要为有机肥的不合理施用和种植年限，虽然过量施用有机肥和增加种植年限能够有效增加土壤有机碳，但是这也造成土壤重金属在土壤中富集。土壤有机碳会络合吸附土壤中的重金属离子，并且还会引起土壤酸化，进而提高重金属的有效性和迁移性，二者之间呈现正相关性，所以合理控制土壤有机碳输入会在一定程度上减少温室农业生态系统土壤重金属的污染。     

喀斯特地区林草生态系统动态变化研究——以贵州省南部山地罗甸县为例

以遥感数据为基础数据,基于反演、模型分析等方法,利用GIS技术定量分析了罗甸县近35年来林地和草地生态系统的面积变化。研究结果表明,森林生态系统面积比例呈现微弱的上升趋势,且阶段变化显著;草地生态系统面积比例呈现下降趋势,波动变化显著。林草生态系统的转化主要在森林生态系统、草地生态系统和农田生态系统等生态用地之间转化,还有部分退化为石漠化状态。通过林草生态系统的动态变化及转化研究,为当地生态保护提供科学参考。     

藏东南地区不同土地利用方式下土壤有机碳组分及周转变化特征

【目的】自然植被转变为农业用地显著影响土壤有机碳储量。青藏高原东南部地区森林或草地转换为农田的面积逐年增加,但其对土壤有机碳组分及周转特征的影响尚不明确。因此,阐明藏东南地区不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响程度和作用机制,可为该地区农业土地资源合理利用提供科学依据。【方法】采集藏东南地区长期耕作的农田(50年以上)及毗邻的自然森林和草地土壤,采用物理-化学联合分组技术以及稳定性碳同位素测定,分析3种土地利用方式下土壤有机碳组分的数量、碳含量的差异,探究不同有机碳组分周转差异及其对农田耕作的响应规律。【结果】农田0—20 cm表层土壤有机碳储量为(39.4±2.0) Mg C·hm~(-2),比自然森林的(81.5±8.5)Mg C·hm~(-2)和草地的(71.4±7.3)Mg C·hm~(-2)分别降低了约52%和45%。农田耕作导致粗颗粒有机质(cPOM)数量相对于自然植被降低了63.4%—70.8%,微团聚体(μagg)和黏粉粒(dSilt+Clay)的数量分别增加了10.0%—25.9%和65.7%—86.2%。农田土壤的有机碳含量与森林和草地土壤相比降低了51.7%—58.1%,其中不稳定性、物理稳定性和生物化学稳定性有机碳库分别降低79.8%—86.3%、72.4%—73.1%、32.4%—39.8%,且与总有机碳的变化显著正相关,但化学稳定性有机碳库没有显著变化。土地利用方式不同导致不同有机碳组分的C/N值和δ~(13)C值差异明显。农田土壤cPOM组分的C/N值(10.0±0.5)显著低于森林(13.5±0.4),而δ~(13)C值(-21.6±0.5)‰则显著高于森林土壤(-23.6±0.4)‰。微团聚体保护的颗粒有机质(iPOM)和难酸解组分(NH-dSilt+Caly和NH-μSilt+Clay)具有较低的δ~(13)C值(-25.3‰—-27.2‰),并且其C/N在农田土壤为8.4—9.4,显著低于森林土壤(13.5—15.9)。【结论】藏东南地区长期耕作的农田土壤有机碳储量相比于自然植被降低了约50%。农业耕作显著加速了不稳定颗粒有机质的周转,减少了稳定性有机碳组分如微团聚体保护的有机碳组分的形成,是导致土壤有机碳库明显下降的关键原因。因此,为有效降低农业耕作对土壤有机碳储量的负面影响,免耕和保护性耕作或可成为藏东南农耕区固碳增汇、维持该地区土地资源可持续利用的技术选择之一。     

农田生态系统碳循环模型研究概述

陆地生态系统的碳循环过程中最活跃的碳库是农田生态系统。农田生态系统碳循环模型是研究碳循环的重要方法之一。简要介绍了碳素在不同碳库之间迁移转化的规律,阐述了农田生态系统碳循环模型的发展历程以及国内外主要的碳循环模型,并对未来农田生态系统碳循环模型研究趋势进行了展望,以期为减少农业面源污染、温室气体排放和研究全球气候变化提供科学依据。     

森林土壤有机碳模型评述与应用

土壤有机碳(SOC)库是陆地生物圈中最大的碳库,约占陆地总碳储量2/3,而森林土壤碳占全球土壤碳贮量73%,森林SOC储量及其变化直接影响到了全球的碳平衡。森林土壤碳储量及收支计量多采用模型方法,基于研究文献,对现有主要土壤有机质模型的类型、应用对象及其模拟精度等进行简介,重点分析和比较现在常用模型的应用范围、特征及适用对象,并对模型的模拟面积、模型性能、时空尺度及模拟结果等特征进行评估,以CENTURY模型阐述模型模拟机理、计算法则、影响因素、土壤、气候植被等输入参数的不确定性。