我国湿地碳循环的研究进展

湿地生态系统的碳循环正成为全球变化与陆地生态系统碳循环研究中的一大热点,在稳定全球气候变化中占有重要地位,其重要性主要表现在湿地土壤是陆地重要的有机碳库,土壤碳密度高,能够相对长期地储存碳,是多种温室气体的源和汇。目前湿地碳循环的研究主要集中在碳循环的影响因素方面,对我国湿地土壤有机碳储存的变化及其空间分布规律的特点研究较少。本文通过文献综述,研究我国不同气候区湿地土壤有机碳的储存变化及空间分布规律,对于了解湿地土壤有机碳的储存特点及其与陆地生态系统碳循环的关系,评价和保护湿地生态系统都具有重要的科学意义。     

土壤有机碳研究进展

回顾了国内外土壤有机碳研究进展及趋势,阐述了全球土壤有机碳库存量及分布、我国土壤有机碳库储量概况、农田土壤有机碳组成及其影响因素、农田土壤有机碳转化规律及影响因素,指出了我国在土壤有机碳研究方面存在的问题及今后的发展方向.     

土壤碳循环研究及中国稻田土壤固碳研究的进展与问题

土壤碳循环是与全球气候变化密切相关的重要地球表层系统过程,是国际地学和生态学界近年来的热点领域。本文简要概述了国际土壤碳循环研究的进展和发展态势,着重讨论了中国稻田土壤固碳研究已获得的认识。提出碳循环研究越来越走向与生物学的结合,且越来越依赖于长期试验和观测。中国稻田土壤的固碳水平、潜力已有较丰富的认识和资料积累,在团聚体尺度上也开展了较多的固碳机理的研究,包括物理保护、化学结合、生物学的稳定等。无论是野外还是实验室的培养均表明稻田土壤碳矿化潜力较低,这与团聚体的物理保护有关外,还与稻田土壤中存在的碳的化学结合而稳定的机制有关;固碳与农田生态系统生产力和生态服务功能的耦合机制是当前稻田土壤固碳研究的中心内容,一些研究已经表明生物多样性可能是控制碳稳定和温室气体减排与生产力提高的关键因素。未来研究的重点是定量表征固碳中碳更新的关键环节,同时需要加强对作物-土壤微生物相互作用对碳输入、转化和固定的影响及机理的研究。中国稻田土壤固碳与农业发展意义值得进一步重视。     

森林生态系统碳循环研究进展

针对森林生态系统碳循环在全球碳循环中的重要作用,综述了国内外森林生态系统碳循环的研究进展,包括森林生态系统植物和土壤碳固定、森林群落和土壤的碳释放、森林生态系统碳平衡和碳循环模型等方面,并指出今后的研究方向。     

水力侵蚀对土壤碳循环及土壤微生物多样性影响的研究进展

[目的] 针对水力侵蚀对土壤碳循环"源汇"效应争议,综述水力侵蚀对土壤有机碳矿化作用和土壤微生物多样性的影响机制,提出未来定量研究的方向与注意事项。[方法] 在提出水力侵蚀对土壤碳循环"源"汇"效应概念和理论的基础上,分析现阶段研究中水力侵蚀对土壤碳循环"源汇"效应争议的核心问题,进而探讨水力侵蚀导致不同种类土壤微生物多样性变化的差异及其作用机制。[结果] 水力侵蚀过程导致土壤有机碳矿化作用形成碳循环中的"源"效应,而沉积过程导致有机碳迁移至低洼处固存形成碳循环中的"汇"效应,微生物的呼吸和分解作用可能解释土壤碳循环中消失的碳"汇"问题;水力侵蚀过程削弱细菌群落结构复杂性,而沉积过程可增加细菌群落结构的复杂性,但侵蚀和沉积过程都可能降低土壤真菌的α多样性和群落结构复杂性;水力侵蚀过程通过影响土壤有机碳含量、植被覆盖度和土壤pH等因素间接影响土壤微生物多样性。[结论] 未来研究应强化不同尺度水力侵蚀过程对土壤碳循环的影响机制、水力侵蚀过程与土壤微生物多样性的相互作用机制及水力侵蚀过程中土壤微生物对碳循环的影响机制相关量化研究。     

农田生态系统碳循环模型研究进展和展望

农田生态系统是陆地生态系统碳循环过程中最活跃的碳库。研究农田生态系统碳循环,对温室气体减排及研究全球气候的变化都具有极其重要的意义。农田生态系统碳循环研究是一个非常复杂的过程,碳循环模型是研究农田生态系统碳循环最有效的手段。该文综述了农田生态系统碳循环的最新研究进展,总结了农田生态系统碳循环的流动过程,介绍了碳素在不同碳库以及碳库不同组分之间迁移转化的规律,梳理了从1960年至今的农田生态系统碳循环模型并进行了分类,阐述了国际主要模型以及中国自主开发的碳循环模型的应用情况。未来农田生态系统碳循环的研究方向为:1)探索农田生态系统碳循环机制;2)从空间时间上完善对碳循环过程的研究;3)考察氮循环、水循环、微生物与碳循环的关系;4)利用碳循环模型来估算不同的管理实践下碳在不同农田的再分配;5)开发利用碳循环模型,为政府制定相关政策提供相关数据参考。     

陆地生态系统碳循环对土地利用变化的响应

陆地生态系统碳循环在全球碳循环中占有重要地位,而土地利用变化是估测陆地生态系统碳储存与释放的最大不确定性因素。植被和土壤是陆地生态系统的两大碳库,是碳循环中的两个重要纽带,土地利用变化影响陆地生态系统土壤和植被碳的固定、积累与释放,从而影响整个碳循环过程。本文主要从土壤和植被碳库的角度出发,综述了近年来土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响及其机理,以及研究方法进展,着重分析了模型在此方面的应用;并提出了未来研究方向的展望。     

黄土丘陵区土壤侵蚀对土壤有机碳流失的影响研究

土壤侵蚀是造成土壤中有机碳迁移、流失的主要原因，也是陆地碳循环的重要动力过程之一。通过野外径流小区观测和室内分析的研究结果表明：土壤有机碳流失主要随着泥沙流失，最高可以达到95％以上；土壤侵蚀造成了有机碳在泥沙中的富集，且富集比大于1。植被覆盖度对小区有机碳的流失有很大的影响，随着植被覆盖度增大，土壤有机碳的流失减小。侵蚀强度与泥沙中有机碳含量呈递减的对数关系；而与土壤有机碳流失程度呈明显的线性关系。     

土壤无机碳研究进展

在全球碳循环研究中,土壤有机碳(SOC)的作用倍受关注,而土壤无机碳(SIC)的研究相对较少。土壤无机碳是近地表环境中主要碳库之一,主要指土壤母岩风化过程中形成的土壤碳酸盐矿物态碳,是干旱、半干旱地区土壤碳库的主要形式。本文综述了土壤无机碳的组成、来源、成因模型及与全球碳循环特别是土壤有机碳的关系,并提出未来研究需要加强的几个方面。     

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。     

土壤孔隙结构与土壤微环境和有机碳周转关系的研究进展

土壤结构是土壤功能的基础,不仅影响土壤养分的供应、水分的保持及渗透、气体的交换等过程,还为土壤微生物提供了物理生境,并调控土壤有机碳的周转这一关键过程。土壤的孔隙特征能够直接、真实地反映土壤结构的好坏;用土壤的孔隙特征作为试验指标能更好地反映土壤结构对这些过程的调节作用。在此基础上,将高度异质性的土壤孔隙结构同土壤微环境的变化和土壤有机碳的周转过程进行定量分析,对深入了解土壤结构在土壤生态系统中的功能至关重要。因此,着重从土壤孔隙结构对土壤微环境的影响及其与有机碳的关系两方面展开,剖析土壤孔隙结构调控作用下的土壤微环境响应过程,阐述土壤孔隙结构对土壤有机碳周转产生的直接、间接影响,强调土壤孔隙结构在调节土壤有机碳周转进程中的重要作用,并对土壤孔隙结构在调节土壤有机碳周转、植物残体分解及其与微生物协调作用机制等方面研究提出展望。     

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。     

陆地碳循环中的微生物分解作用及其影响因素

土壤微生物是有机物的主要分解者,在陆地生态系统碳循环中扮演着重要角色,土壤微生物活性与底物性质和环境因子密切相关,环境条件的改变对微生物的分解活动影响很大。本文概述了制约有机物分解的因素,包括有机物自身的物理化学性质、非生物因素(温度、水分和通气状况、pH值、粘粒含量、激发效应等)和生物因素等。人为活动(如土地利用/覆被变化)和气候变暖对土壤微生物活性具有一定的影响并产生相应的陆地碳循环变化。最后提出了陆地生态系统碳循环与土壤微生物驱动相关联的研究热点问题。     

施用生物质炭对旱地红壤有机碳矿化及碳库的影响

为探究生物质炭施入旱地红壤后对该地区土壤有机碳矿化以及有机碳库的影响,采用田间定位试验,设置7种生物质炭施用量处理,分别为0(C0),2.5(C1),5(C2),10(C3),20(C4),30(C5),40t/hm2(C6),以三库一级动力学理论为基础,对这7种处理的土样进行了室内呼吸培养试验。结果表明:(1)与C0相比,C4、C5和C6处理的土壤有机碳含量呈上升趋势,C5处理土壤有机碳含量上升幅度最大为14.66%;C2、C3、C4、C5和C6处理土壤活性碳均显著增加,C6处理增幅最大为25.00%;土壤惰性碳在C3、C4、C5和C6处理中显著增加,增幅分别为18.92%,40.09%,53.60%和49.55%;除C5处理外,其他生物质炭施用量下土壤缓性碳相对于C0处理,分别降低了1.96%,6.54%,8.82%,9.31%和12.91%。(2)与C0处理相比,施加生物质炭后土壤有机碳累积矿化量均显著降低,C6处理降低幅度达25.93%。随着生物质炭施用量的增加,土壤有机碳累积矿化量逐渐降低。(3)土壤有机碳、活性碳和惰性碳与生物质炭施用量存在极显著(p0.01)的正相关,土壤缓性碳与其存在显著(p0.05)的负相关。研究结果可为提升典型旱地红壤肥力,减缓温室气体排放提供科学依据。     

不同施肥措施对潮土有机碳平衡及固碳潜力的影响

以中国科学院封丘农业生态实验站的长期定位施肥试验为研究平台,研究不同施肥措施对潮土有机C含量的影响,并利用Jenny模型对不同施肥措施下的潮土有机C动态进行模拟。结果表明,施肥措施明显改变了潮土有机C含量,并且有机肥处理的作用效果要明显优于化肥处理。不同施肥措施不仅改变了潮土有机C的平衡水平,也影响了有机C的分解速率,NPK、1/2OM和OM施肥处理的有机C平衡值分别为7.19、7.75和9.37g/kg,而分解速率分别为0.038、0.113和0.1451/a。在目前施肥模式不变的情况下,与试验初相比,达到平衡时CK处理的潮土将会损失C1478kg/hm2,而NPK、1/2OM和OM处理的潮土则会分别增加C7376、7790和12066kg/hm2。因此,可以认为施肥处理促进了潮土的C固定。     

黄绵土土壤活性有机碳的侵蚀和沉积效应

活性有机碳作为土壤有机碳中活性最强的部分,它比土壤有机碳更敏感于环境的变化。通过野外径流小区观测和室内分析,研究了侵蚀对土壤活性有机碳的影响。结果表明,土壤和泥沙中活性有机碳含量分别在0.15～0.34g/kg和0.28～2.92g/kg之间;坡度≤20°时,活性有机碳的流失量随着坡度的增加而增加;其富集比介于3.25～8.47,且随着侵蚀强度和坡度的增大均减小。泥沙中活性有机碳含量随着侵蚀强度的增加呈对数递减趋势,而活性有机碳流失程度则相反。     

黄土丘陵区不同坡度下土壤有机碳流失规律研究

通过野外径流小区观测与采样分析,研究了自然降雨条件下坡度对土壤有机碳流失的影响.结果表明:在黄土丘陵区,随着坡度增加(10°～30°),其侵蚀强度(A)变化趋势为:A_20°>A_30°>A_15°>A_10°>A_25°,表明在20°和25°之间存在着临界坡度;土壤有机碳流失的变化趋势与侵蚀强度一致,可见有机碳流失主要受侵蚀强度的影响.土壤侵蚀造成了泥沙中有机碳的富集,其平均富集比为2.27～3.74,且富集比随着侵蚀强度和坡度增大而减小.土壤有机碳流失程度与降雨特征值PI₃₀呈幂函数关系.减少地表径流和土壤侵蚀是降低土壤有机碳流失的关键.     

陆地生态系统土壤呼吸研究进展

对陆地生态系统土壤呼吸的研究进展进行了简要总结分析了影响土壤呼吸时空变化的主要因素及与土壤呼吸的关系,提出了土壤呼吸的研究趋势以及进一步的研究方向。     

草地和农田生态系统中黑土活性有机碳的特征

为阐明植被覆盖与施肥管理综合作用下黑土活性有机碳的数量特征,探讨合理调控农田土壤质量的施肥模式。本试验以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验为平台,对比和研究了草地与农田生态系统中不同施肥处理下土壤总有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳、冷水提取有机碳以及热水提取有机碳数量上的差异及相互关系。结果表明:经过25年的自然恢复,草地生态系统中土壤有机碳及各活性有机碳的数量显著高于农田生态系统中的无肥处理(P<0.05)。农田生态系统中,化肥处理对农田土壤有机碳和活性有机碳的提高作用并不明显;经过长期化肥+有机肥处理后,农田土壤总有机碳与各活性组分的数量较无肥和化肥处理显著提高(P<0.05),除微生物生物量碳外,总有机碳与其他活性有机碳组分的数量均达到草地植被下的碳水平,土壤总有机碳及冷水和热水提取有机碳的含量与草地生态系统的差异不显著,颗粒有机碳含量比草地生态系统坛加43.7%。相关性分析表明,土壤有机碳总量、微生物生物量碳、冷水提取有机碳以及热水提取有机碳两两之间的相关性均达到显著或极显著水平。长期化肥与有机肥配施是提高黑土有机碳及其活性有机碳数量的有效措施。     

添加秸秆及生物质炭对风沙土有机碳及其活性组分的影响

以宁夏贺兰山东路风沙土为研究对象,分析秸秆、生物质炭等碳量添加下土壤有机碳及活性碳组分的变化,为确定该地区最佳施肥措施提供科学理论依据。结果表明:添加生物质炭和秸秆均显著增加了土壤有机碳含量,与对照相比土壤有机碳含量分别增加了7.7%、7.5%。添加生物质炭有利于土壤易氧化有机碳、颗粒有机碳的积累,二者含量分别比对照增加49.6%、17.5%;而添加秸秆更有利于土壤微生物生物量碳、可溶性有机碳的积累,其含量分别比对照分别增加25.8%、59.9%。秸秆与生物质炭添加均显著增加了土壤速效氮、容重和黏粒含量,且以添加生物质炭增加作用更为明显,显著降低了土壤全盐、砂粒含量。土壤有机碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳与速效氮含量极显著正相关,与全盐、砂粒含量极显著负相关;土壤可溶性有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳与容重极显著负相关;而土壤微生物生物量碳与理化性质之间无显著相关性。综上,在风沙土中添加生物质炭更有利于土壤活性碳库提升和理化性质改善,且以年添加量7 t/hm²以上为宜。