近20年新疆农田生态系统碳足迹时空变化

利用1994—2013年新疆农田生产投入和农作物产量等数据,采用碳排放系数法估算了新疆农田生态系统的碳排放量、碳吸收量及碳足迹的变化动态以及在各县市的空间分布特征。结果表明:新疆农田生态系统的碳排量从1994年的179.46万t增长到2013年的474.15万t;不同年份农业碳排放均主要源于化肥使用量的增加和不科学的灌溉方式,其最大贡献率分别为40.02%和41.56%;农田生态系统的碳吸收量20年间增加了2185.04万t,棉花对新疆农田生态系统的碳吸收量贡献最大,多年平均贡献率达47%;新疆农田生态系统的碳排放量、碳吸收量区域主要集中在南疆的县市并呈现出沿天山对称的趋势;1994—2013年,农田生态系统碳足迹呈现快速增长态势,从1994年的2 732.63×104C·hm-2·a-1增加至2013年的4 474.89×104C·hm-2·a-1,碳足迹增加了283.59×104C·hm-2·a-1,表明新疆农田生态系统存在碳生态盈余的现象,种植结构生态效益指数大于1的年份为11个,种植结构的调整迫在眉睫。     

水资源管理增强下的塔里木河上中游碳储量动态评估

自2000年实施流域综合治理和2010年推行流域体制改革以来,塔里木河流域水资源管理能力不断增强。然而,水资源管理对流域生态系统固碳能力的提升效果如何,未曾开展评估。以胡杨林集中分布的塔里木河上中游为研究靶区,采用InVEST模型,基于2000年、2010年、2018年土地利用/覆被变化数据,分析了水资源管理增强下流域生态系统碳储量的变化特点。结果表明:(1)2000年、2010年、2018年塔里木河上中游的总碳储量分别为93.70 Tg、93.92 Tg、93.01 Tg,平均碳密度分别为67.63 t·hm~(-2)、67.78 t·hm~(-2)、67.12 t·hm~(-2),基本保持稳定。林地是塔里木河上中游的主要碳库、草地次之。(2)2000—2010年碳储量增加0.22 Tg,主要由于大量草地类型(69.35 t·hm~(-2))转化成耕地类型(73 t·hm~(-2))。自2000年塔里木河综合治理实施后,植被恢复使得地表生物量增多,林地、草地碳密度和碳储量增加;2010—2018年碳储量减少0.91 Tg,碳损失途径主要源于大量林地类型(73.77 t·hm~(-2))转化成耕地类型(73 t·hm~(-2)),造成草地总碳储量降低。(3)碳储量空间分布具有较强的空间异质性,其特点以塔里木河上中游为条带向四周波动递减。碳储量变化显著区域在空间分布上与土地利用变化区域基本一致。研究可为深入了解干旱区碳循环,提升流域生态系统固碳功能,优化水资源管理提供科学依据。     

内蒙古西部自然植被土壤碳库及其影响因素

选取内蒙古西部的温带森林、温带草原、温带灌丛、温带荒漠和草甸共70个样地,对其土壤有机碳进行研究。结果表明,内蒙古西部不同植被类型的土壤有机碳含量不同,温带森林的固碳效果最好,其次为温带灌丛和草原,再次之为草甸和荒漠。内蒙古西部20cm土壤有机碳储量为11.034×10~8t,100cm土壤有机碳储量为22.062×10~8t,温带草原和荒漠碳储量最高。气候因素对内蒙古西部土壤有机碳含量的影响显著,偏相关分析结果表明气温是主要的影响因子。土壤全氮含量与土壤有机碳含量有明显的线性正相关关系。     

陕西省森林植被碳储量、碳密度及其空间分布格局

采用森林植被生物量换算因子连续法,估算了2009年陕西省森林植被碳贮量和碳密度及其地理分布特征。结果表明:陕西省森林植被碳储量为19942.20万t,以栎类最大,占全省碳储量的58.13%。天然林是森林植被碳储量的主体,占全省碳储量的95.30%。陕西省森林植被碳密度为31.20t/hm2,以桦木最高,为45.92t/hm2。天然林的碳密度为36.23t/hm2,是人工林的4.57倍。陕西省森林植被碳储量主要分布在管辖区内涉及黄龙山、桥山、关山、秦岭和巴山林区的行政区,其中以汉中最大,占全省碳储量的26.16%。森林植被碳密度以西安最高,为45.58t/hm2,而处于陕西省最北部榆林的碳储量和碳密度最低。根据碳储量与碳密度的空间差异,陕西省应采取分区森林经营与管理措施,一方面通过科学抚育和管理提高现有自然林的碳汇能力,另一方面加强重点造林工程,扩大人工林覆盖面积,增加森林碳汇潜力,使陕西省森林在全球碳汇中发挥重要作用。     

新疆不同植被类型土壤有机碳特征

准确评估不同植被类型的土壤有机碳库,对揭示土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用具有重要意义。通过分析新疆地区10种植被类型的土壤有机碳密度(SOCD)的分布特征,估算了该地区的土壤有机碳储量。结果表明:在10个植被类型的0~100 cm土壤剖面中,SOCD垂直分布特征明显,呈逐渐降低趋势。新疆SOCD以针叶林最大,其值为63.86 kg·m~(-2),其他植被类型依次为:草甸、阔叶林、沼泽、草原、灌丛、高山植被、栽培植被、荒漠和无植被类型。土壤有机碳储量最大值分布在草甸中,为4.89 Pg,其他植被类型依次为:荒漠、草原、高山植被、无植被(裸地)、针叶林、栽培植被、阔叶林、灌丛、沼泽。在0~100 cm的土壤层,新疆地区土壤有机碳储量为16.4Pg。     

绿洲化过程中塔里木地区农田土壤固碳速率与驱动因素分析

通过对不同时期塔里木北部灌区农田样地土壤采样及剖面分析,结合第二次全国土壤普查和塔里木北部灌区相关农业资料,利用Arc GIS软件分析农田土壤有机碳储量和碳密度变化,揭示绿洲化过程中塔里木北部灌区农田土壤有机碳库的演变规律,分析影响土壤有机碳固存的主要因素。结果表明:1灌区不同类型土壤的固碳能力差异显著,有机碳含量从高至低依次为草甸土、盐土、潮土和风沙土;剖面土壤有机碳含量自上而下递减,其中表层土壤有机碳含量高达2~8 g·kg~(-1)。2剖面0~20 cm和20~40 cm深度的平均土壤有机碳密度分别为(1.36±0.09)kg·m~(-2)和(1.10±0.07)kg·m~(-2),其中风沙土的土壤有机碳密度远低于该区平均水平。3与1981年相比,2011年塔里木北部灌区土壤有机碳密度增量不明显,固碳速率为-0.01~0.03 kg·m~(-2)·a~(-1);不同类型土壤的有机碳密度变化差异显著。总体而言,在绿洲化过程中,新疆塔里木北部灌区的土壤有机碳含量呈增加趋势,土地开发年限及农田管理措施是影响该变化的主要因素。     

地形因子对老哈河流域土壤有机碳的影响

研究流域尺度土壤有机碳与地形因子关系,对准确估计大尺度土壤有机碳变化具有重要意义。文中选取老哈河流域支流-黄花甸子流域为试验区,通过现场采样采集148个土壤剖面,2220个土壤样品(0-100cm),运用地统计学和GIS技术相结合的方法,研究土壤有机碳的空间分布特征与地形因子的关系。结果显示:研究区土壤有机碳与高程(440～906m)呈线性关系;与坡度呈单峰型曲线关系;土壤有机碳总体呈现半阴坡半阳坡阴坡阳坡。主成分分析表明,海拔梯度变化是影响土壤有机碳的主导因素(p0.05),其次是坡度(p0.05),最后是坡向(p0.05)。     

黑河上游冰沟流域4种土壤有机碳分布特征与土壤特性的关系

为了探讨黑河上游冰沟流域不同土壤有机碳分布特征与土壤特性的关系,为黑河上游冰沟流域水源涵养研究提供科学依据,采用野外采样,室内分析方法,研究了4种土壤有机碳分布特征及其与土壤特性的关系。结果表明：4种土壤有机碳含量和密度在整个土壤剖面上均表现为：森林灰褐土＞高山灌丛草甸土＞高山草甸土＞山地栗钙土,且垂直分布均随土壤深度增加而减少,说明黑河上游冰沟流域的森林灰褐土比其它土壤更有利于土壤有机碳储存和积累。森林灰褐土0～10 cm土壤有机碳密度为4．54 kg·m-2,略高于我国森林土壤0～10 cm土壤平均碳密度（4．24 kg ·m-2）,说明黑河上游冰沟流域的森林灰褐土区雨量充沛,林下植被丰富,凋落物现存量充足。4种土壤0～10 cm土层有机碳含量是整个土壤剖面土壤有机碳含量的30．69％～37．99％,有机碳密度是整个土壤剖面有机碳密度的29．31％～36．77％,说明黑河上游冰沟流域土壤有机碳含量和有机碳密度在表层具有很强的表聚性,不合理的人为活动引发的水土流失极易造成土壤有机碳储量的减少,应增加黑河上游冰沟流域植被覆盖度,保护生态环境,减少水土流失。4种土壤有机碳、全氮、CEC、田间持水量、团聚体在整个土壤剖面上均随土层深度增加而降低,而土壤容重、pH值在整个土壤剖面上均随土层深度增加而增大。经回归统计分析,4种土壤有机碳含量与土壤田间持水量、团聚体、全氮、CEC之间呈显著的正相关关系,与土壤容重、pH之间呈显著的负相关关系。这种变化规律与多数学者研究结果基本一致。     

有机污染水灌溉对土壤有机碳状况的影响

以长期采用有机污染型水灌溉的陕西交口灌区的农田土壤作为研究对象,并以气候条件、土壤条件以及耕作制度基本一致,长期采用未污染的地下水灌溉的农田土壤作为对照,分别测定土壤剖面上总有机碳含量、有机碳组成等指标,结合第二次全国土壤普查资料,分析长期采用有机污染水灌溉对土壤有机碳累积速率及有机碳密度的影响,探讨关中土壤"环境碳容量"水平及提升土壤有机碳潜力的途径。结果表明:长期采用有机污染水灌溉,土壤有机碳主要在耕层(0~20 cm)极显著地增加,且增加部分主要是活性有机碳组分,其累积速率是对照灌区的近3倍,非活性有机碳处于相对平衡状态。土壤有机碳的剖面分布发生了明显的分化现象,活性有机碳的变化比总有机碳的变化更为显著。有机污染水灌溉的土壤有机碳密度显著高于对照土壤,尤其在0~40 cm范围内其差异达极显著水平。结果证实渭河水中富含的有机污染物提升了灌溉农田土壤有机碳贮量,关中地区农田土壤环境碳容量仍未达到饱和水平,通过外源有机碳的输入,仍然有增加土壤有机碳含量的可能。     

甘肃省土壤有机碳储量及空间分布

根据甘肃省第二次土壤普查所得的37个土壤类型、281个典型土壤剖面的理化性质和土壤各类型分布面积,以及1:300万甘肃省纸质土壤图,利用土壤类型法估算了甘肃省土壤有机碳的储量,并借助M ap-G IS软件分析了土壤碳密度的空间分布规律。结果表明:甘肃省土壤有机碳含量约为39.87×108t,占全国储量的4.47%;其中有机碳储量占前5位的土壤类型为亚高山草甸土、高山草甸土、褐土、灰褐土、亚高山草原土,五者之和占全省总储量的39.67%;另外,甘肃省土壤有机碳密度较高,土壤平均碳密度为17.62kg.m-2,高于全国平均水平9.60kg.m-2;泥炭土的有机碳密度最大,高达208.53kg.m-2;粗骨土的碳密度含量最低,为0.73kg.m-2,全省的土壤有机碳密度主要在0~15kg.m-2范围内变动。     

土地利用对陕北水土流失区土壤有机碳、水分的影响

通过实地调查和采样,结合室内分析,研究了当地四种土地利用方式(果园、林地、草地、坡耕地)下土壤有机碳分布特征.结果表明:流域内所有土样土壤有机碳(SOC)含量的均值为13.13g·kg-1.其中,坡耕地的土壤有机碳均倩为12.93g·kg-1,与坡耕地相比,果园土壤有机碳均值(12.97g·kg-1)略有升高;草地和林...     

侵蚀作用对黄土丘陵沟壑区有机碳迁移-沉积的影响

土壤有机碳(SOC)作为陆地碳库的重要组成部分,不仅对土壤肥力产生重要影响,而且在一定程度上影响着全球变暖趋势,为了深入探究土壤侵蚀与有机碳的关系,利用137 Cs核示踪法,以黄土丘陵沟壑区典型流域王茂沟坡耕地、林地、草地和梯田四种土地利用为研究对象,分析了不同坡面下土壤侵蚀对SOC迁移和沉积的影响规律。结果表明:与该流域137 Cs面积浓度背景值相比(1237 Bq/m²),坡耕地平均137 Cs面积浓度最小,平均137 Cs流失率最大,达到95.86%。根据侵蚀速率,四种坡面景观侵蚀速率大小依次为:坡耕地>草地>林地>梯田。根据土壤有机碳空间分布特征发现,除坡耕地外,林地、草地和梯田土壤沉积与土壤侵蚀同时发生,并且土壤137 Cs面积浓度与有机碳面积浓度呈现显著相关关系(p<0.05)。研究结果表明采用137 Cs核示踪法可以较为科学的解释该区域土壤侵蚀作用对坡面有机碳迁移-沉积的影响规律。     

干旱区荒漠新垦土地土壤有机碳含量特征

以克拉玛依生态农业开发区为例,研究了干旱区荒漠新垦土地不同土地利用方式下的土壤有机碳与活性有机碳含量差异及其剖面分布特征,并讨论了干旱区荒漠开垦利用对荒漠"碳汇"功能的促进作用,以及土地利用方式对土壤有机碳与活性有机碳剖面分布特征的影响。结果表明:克拉玛依生态农业开发区土壤有机碳含量普遍较低。在0~20cm深度内,速生杨林地与苜蓿地土壤有机碳含量随土层加深而降低,棉花地、打瓜-棉花地耕作类土壤有机碳垂直分布相对较均匀,但是表层0~5cm土壤有机碳略低于下层,土壤活性有机碳剖面分布特征与有机碳类似。农田与林地的土壤有机碳与活性有机碳含量均明显高于荒漠,农田对土壤有机碳的汇聚作用优于人工林地。     

土地利用方式对东祁连山土壤表层有机碳的影响

在祁连山东段高寒地区,选取天然草地、退耕自然恢复地、坡耕地和人工草地4种土地利用方式,研究了土地利用方式对土壤表层有机碳含量和有机碳密度的影响.结果表明:在4种土地利用方式中天然草地土壤表层有机碳含量最高,坡耕地和退耕自然恢复地土壤表层有机碳含量较低;土壤表层有机碳密度整体上随着土层加深而逐渐降低,在0～30cm土层土...     

宁夏旱区湿地生态系统碳汇功能研究

采用3S技术对2012年宁夏旱区TM卫星假彩色数字影像进行解译,并利用GPS仪进行了野外考察验证,实地调查了宁夏湿地典型植被,获取了较为全面、完整和系统的宁夏湿地资源数据,在此基础上研究了不同湿地类型碳汇功能。结果表明:宁夏湿地总面积为19.65万hm2,占国土面积的3.1%,位居我国西部干旱半干旱地区之首。其中自然湿地面积(包括河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地)为17.03万hm2,占宁夏湿地面积的82.38%,主要分布在宁夏沿黄经济区。宁夏湿地总碳储量为1502.80万t,约占宁夏旱区五种主要生态系统(林地、灌木、草地、湿地、特色经果林)碳汇的45.03%,比全球湿地总碳储量占全球陆地生态系统碳库的百分比(10%-35%)高出10多个百分点。预测了2015年的碳汇潜力为1593.48万t,与2012年相比,2015年湿地面积增加0.34万hm2,碳汇量增加90.68万t。     

Spatial variability of soil water content and related factors across the Hexi Corridor of China

Soil water content(SWC) is a key factor limiting ecosystem sustainability in arid and semi-arid areas of the Hexi Corridor of China, which is characterized by an ecological environment that is vulnerable to climate change. However, there is a knowledge gap regarding the large-scale spatial distribution of SWC in this region. The specific objectives of this study were to determine the spatial distribution patterns of SWC across the Hexi Corridor and identify the factors responsible for spatial variation of SWC at a regional scale. This study collected and analyzed SWC in the 0–100 cm soil profile from 109 field sampling sites(farmland, grassland and forestland) across the Hexi Corridor in 2017. We selected 17 factors, including land use, topography(latitude, longitude, elevation, slope gradient, and slope aspect), soil properties(soil clay content, soil silt content, soil bulk density, saturated hydraulic conductivity, field capacity, and soil organic carbon content), climate factors(mean annual precipitation, potential evaporation, and aridity index), plant characteristic(vegetation coverage) and planting pattern(irrigation or rain-fed), as possible environmental variables to analyze their effects on SWC. The results showed that SWC was 0.083(±0.067) g/g in the 0–100 cm soil profile and decreased in the order of farmland, grassland and forestland. The SWC in the upper soil layers(0–20, 20–40 and 40–60 cm) had obvious difference when the mean annual precipitation differed by 200 mm. The SWC decreased from southeast to northwest following the same pattern as precipitation, and had a moderate to strong spatial dependence in a large effective range(75–378 km). The SWC showed a similar distribution and had no significant difference between soil layers in the 0–100 cm soil profile. The principal component analysis showed that the mean annual precipitation, geographical position(longitude and latitude) and soil properties(soil bulk density and soil clay content) were the main factors dominating the variance of environmental variables. A stepwise linear regression equation showed that plant characteristic(vegetation coverage) and soil properties(soil organic carbon content, field capacity and soil clay content) were the optimal factors to predict the variation of SWC. Soil clay content could be better to explain the SWC variation in the deeper soil layers compared with the other factors.     

长期施肥对绿洲农田土壤有机碳和无机碳的影响

以中国科学院阜康荒漠生态站的绿洲农田养分循环长期定位试验（始于1990年）为研究平台,研究了无施肥处理（CK）、单施化肥处理（NPK）、有机/无机配施处理（NPKM）和秸秆还田处理（NPKS）下,土壤无机碳(SIC)和有机碳(SOC)在剖面和各施肥年限的含量变化特征及其影响。结果表明：施肥、剖面层次和施肥年限对SOC与SIC含量变化影响显著(P<0.01)。在各施肥处理中,与CK相比,NPK、NPKM和NPKS的SOC与SIC含量明显增加(P<0.05）,并且有机/无机肥配施模式下的SIC含量显著高于单施化肥模式;在剖面层次间,SIC含量从0～20 cm 的9.12 g/kg 增加到40～60 cm 的9.94 g/kg,而SOC变化趋势与之相反。表明合理施肥能够增加土壤表层有机碳含量,有机/无机配施会使耕层以下土壤无机碳增加。     

Characteristics of soil organic carbon and total nitrogen under various grassland types along a transect in a mountain-basin system in Xinjiang,China

Soil organic carbon(SOC) and soil total nitrogen(STN) in arid regions are important components of global C and the N cycles, and their response to climate change will have important implications for both ecosystem processes and global climate feedbacks. Grassland ecosystems of Funyun County in the southern foot of the Altay Mountains are characterized by complex topography, suggesting large variability in the spatial distribution of SOC and STN. However, there has been little investigation of SOC and STN on grasslands in arid regions with a mountain-basin structure. Therefore, we investigated the characteristics of SOC and STN in different grassland types in a mountain-basin system at the southern foot of the Altai Mountains, north of the Junggar Basin in China, and explored their potential influencing factors and relationships with meteorological factors and soil properties. We found that the concentrations and storages of SOC and STN varied significantly with grassland type, and showed a decreasing trend along a decreasing elevation gradient in alpine meadow, mountain meadow, temperate typical steppe, temperate steppe desert, and temperate steppe desert. In addition, the SOC and STN concentrations decreased with depth, except in the temperate desert steppe. According to Pearson's correlation values and redundancy analysis, the mean annual precipitation, soil moisture content and soil available N concentration were significantly positively correlated with the SOC and STN concentrations. In contrast, the mean annual temperature, p H, and soil bulk density were significantly and negatively correlated with the SOC and STN concentrations. The mean annual precipitation and mean annual temperature were the primary factors related to the SOC and STN concentrations. The distributions of the SOC and STN concentrations were highly regulated by the elevation-induced differences in meteorological factors. Mean annual precipitation and mean annual temperature together explained 97.85% and 98.38% of the overall variations in the SOC and STN concentrations, respectively, at soil depth of 0–40 cm, with precipitation making the greatest contribution. Our results provide a basis for estimating and predicting SOC and STN concentrations in grasslands in arid regions with a mountain-basin structure.