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。     

湖南省阔叶林生态系统碳储量及其分布

根据2017年湖南省森林资源清查资料和野外实地调查实测数据,对湖南省阔叶林生态系统碳储量、碳密度的动态特征进行了研究。结果表明:湖南省阔叶林森林生态系统总碳贮量为505.17 TgC,其中乔木层、灌草层、枯落物和土壤层层分别为113.75 TgC、9.92 TgC、9.64 TgC和377.86 TgC,分别占阔叶林生态系统碳贮量的22.52%、1.96%、1.91%和73.61%;湖南省阔叶林森林生态系统碳密度为154.51 t·hm^2,各层碳密度的大小顺序为土壤层(113.74 t·hm^-2)>乔木层(34.79 t·hm^-2)>灌草层(3.03 t·hm^-2)>枯落物层(2.95 t·hm^-2)。在3种类型阔叶林中,乡土阔叶林生态系统碳贮量为485.56 TgC,所占全省阔叶林生态系统碳贮量的96.12%;乡土阔叶林生态系统碳密度最大,为154.72 t·hm^-2,杨树林生态系统碳密度最小,为149.59 t·hm^-2。在阔叶林各龄组中,中、幼龄林约占湖南省阔叶林生态系统碳贮量的67.13%,是阔叶林的主要碳库且固碳潜力巨大;湖南省阔叶林碳密度幼龄林、中龄林、近熟林和成过熟林的碳密度分别介于24.60～55.51 t·hm^-2之间,具体表现为成过熟林(55.51 t·hm^-2)>近熟林(47.51 t·hm^-2)>中龄林(44.68 t·hm^-2)>幼龄林(24.60 t·hm^-2)。全省阔叶林生态系统空间分布表现为碳贮量呈现明显的湘西、湘南,湘中较低特征,而碳密度整体表现出洞庭湖流域地区大于其他地区的趋势。     

Pd/mpg-C_3N_4催化剂的制备、表征及其对松香加氢反应的催化性能

以SiO_2和三聚氰胺为原料,通过高温焙烧法制得介孔类石墨相氮化碳(mpg-C_3N_4),以浸渍法负载Pd纳米粒子制得Pd/mpg-C_3N_4,并用于催化松香加氢反应。采用XRD、FT-IR、TEM、ICP-AES、XPS、氮气吸附-脱附及GC分析对催化剂的结构、形貌特征、Pd负载量、金属价态、比表面积和孔径以及催化活性进行分析。结果表明:Pd纳米粒子成功地均匀分散在了氮化碳的层状结构中,Pd的负载并没有改变mpg-C_3N_4的骨架结构,Pd/mpg-C_3N_4仍然保持着介孔结构;但是Pd的负载使mpg-C_3N_4的比表面积、孔容和孔径均有所减小,Pd/mpg-C_3N_4的比表面积、孔容和孔径分别为47.73 m^2/g、0.17 cm^3/g和3.39 nm。在负载量为7.96%,5 MPa H_2、150℃和反应4 h的松香催化加氢优化条件下制得去氢枞酸GC含量5.99%,枞酸GC含量小于1%的氢化松香产品(其中四氢枞酸为37.12%,二氢枞酸为56.71%)。催化剂Pd/mpg-C_3N_4重复使用4次后,四氢枞酸GC含量由37.12%下降至24.71%,去氢枞酸GC含量由5.99%上升至9.76%。     

不同径级红松挥发性碳贡献变化特征及其影响因子分析

目的植物含碳率是研究森林碳储量的关键因素之一,精确测定含碳率及其影响因子有利于提高森林碳储量的预测准确率。方法以吉林蛟河阔叶红松成熟林固定样地内红松为研究对象,获取冷冻干燥、自然干燥和烘干干燥3种处理方式下的红松茎干连年含碳率,对比分析3种处理方式下不同径级红松含碳率年际变化特征。发现自然干燥含碳率波动较大,因此本文的挥发性碳贡献由冷冻干燥含碳率和烘干干燥含碳率来量化。通过比较大小径级红松挥发性碳贡献年际变化特征,分析其在时间尺度上的差异与稳定性,并构建挥发性碳贡献与气候因子和生长量等因子的相关关系,揭示影响挥发性碳贡献的主要因子。结果(1) 不同干燥方式仅对大径级红松的含碳率的测定结果有显著影响(P < 0.05),而3种干燥方式下小径级红松含碳率不存在显著差异。(2)红松挥发性碳贡献有一定阶段性。小径级红松挥发性碳贡献较大径级波动更大,小径级红松挥发性碳贡献最高和最低值分别为24.46%和0.03%,大径级红松挥发性碳贡献最高和最低值则为9.72%和1.18%,同时大径级红松挥发性碳贡献存在明显的滞后现象。(3)红松挥发性碳贡献主要受到冬季温度的影响,其中小径级红松挥发性碳贡献仅与当年12月的温度呈现显著负相关(P < 0.05),而大径级红松则与上一年12月的温度呈显著负相关(P < 0.05)。(4)当年1月降水对大径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05),而当年6月的干旱指数对小径级红松挥发性碳贡献有促进作用(P < 0.05)。推测挥发性碳可能与树木非生长季的生理活动有关。结论在评价森林碳储量时要考虑挥发性碳贡献,同时不能忽视径级差异的影响及挥发性碳的时间稳定性,从而实现对不同特征林分碳储量的精确估算。      

黄土高原不同植被带草本植物叶片与土壤碳氮分布特征

【目的】黄土高原植被受水热因子作用明显,植被分布自东南向西北总体呈现出森林向草原过渡的地带性规律。本研究选取黄土丘陵区从南向北形成的4种典型植被带(森林带、森林.草原带、草原带和草原.荒漠带)作为研究对象,探讨不同植被带草本植物叶片与土壤碳?、氮(N)的分布差异及影响因素,为预测黄土高原植物的生长发育前景、生态系统的植物营养元素和土壤养分状况提供理论依据。【方法】以陕北黄土丘陵区富县、甘泉县、安塞县、靖边县、横山县以及榆林市榆阳区为研究区域,基于野外取样调查和室内分析相结合的方法,分别测定研究区4种植被带草本植物叶片和不同土层碳氮含量,最后利用方差分析研究不同植被带草本植物叶片及土壤碳氮差异,并与全球、中国尺度等研究结果进行比较;同时采用相关分析,阐明4种不同植被带植物叶片和不同土层有机碳、全氮的相关关系。【结果】1)土壤有机碳和全氮含量在0—10、10—20、20—40cm各个土层中均表现出极显著的相关性(P<0.001),在0—40cm土层中,随着深度增加,土壤有机碳和全氮整体呈下降趋势,由高到低依次为森林带、森林.草原带、草原带、草原.荒漠带,但不同植被类型的垂直变化规律差异较大。2)草本植物叶片有机碳和全氮含量存在显著的相关关系(P<0.01),植物叶片碳含量平均值为442.9g/kg,略低于全球492种陆地植物叶片碳含量的平均值464.2g/kg;而氮含量平均值为25.8g/kg,略高于全球水平20.6g/kg,说明黄土高原4种不同植被带在碳氮积累上存在差异,且该地区草本植物的C∶N相对较低。3)植物叶片C、N、C∶N与土壤SOC、STN含量表现出较为显著的相关关系(P<0.05),总体来看与不同土层相关关系各不相同。【结论】不同植被带土壤C、N空间分布具有一致性,且C、N含量均存在一定的相关关系。黄土高原由南向北,呈现植物叶片C含量降低而N含量升高的趋势,因此C/N呈现减小趋势。植物叶片C、N、C/N与不同土层的土壤C、N均存在一定相关关系。     

柴油机分卷流燃烧系统燃烧和排放性能试验研究

为了提高柴油机燃烧室的油气混合性能、降低燃油消耗率和碳烟排放,该文提出了柴油机分卷流燃烧系统。利用单缸机试验系统和仿真计算分析了分卷流燃烧系统在不同工况下的燃烧和排放性能。单缸机试验结果表明:在各试验工况下,分卷流燃烧系统燃油消耗率均比双卷流燃烧系统低,油耗最大降幅为5.41%,碳烟排放最大降幅为20.48%。仿真计算表明分卷流燃烧系统当量比为0.66到2区间内的燃油比例较高,当量比大于2的燃油比例较低,分卷流燃烧系统缸内当量比分布均匀,因而油耗降低,热效率提高,碳烟生成较少。分卷流燃烧系统对于推动柴油机节能减排有着重要的意义。     

秦岭南坡林地土壤有机碳密度空间分异特征

【目的】研究陕西秦岭南坡林地土壤有机碳密度空间分异特征,为秦岭林区土壤有机碳科学管理提供理论依据。【方法】在陕西秦岭南坡不同林区(洋县长青、佛坪县龙草坪、太白县太白山、宁陕县宁东和宁陕县宁西)及立地条件(海拔、坡向、坡位和坡度)设置样地,通过调查、取样和测定,采用差异性检验分析不同立地因子对土壤有机碳密度(tC·hm^-2)的影响,并通过逐步回归分析量化各因子对土壤有机碳密度影响的相对重要性。【结果】秦岭南坡林地土壤有机碳密度均值为125.41tC·hm^-2(52.60~307.36tC·hm^-2),在0~10,10~30和30~60cm土层分别为59.04,41.65和24.73tC·hm^-2,分别占土壤有机碳总密度的47.07%,33.21%和19.72%;秦岭南坡不同林区土壤有机碳密度差异较大,表现为龙草坪(143.55tC·hm^-2)>宁东(138.37tC·hm^-2)>宁西(134.09tC·hm-2)>太白山(109.29tC·hm^-2)>长青(90.22tC·hm^-2);土壤有机碳密度随海拔升高先增后降,在海拔800~1200m最低(平均90.24tC·hm^-2),在海拔2000~2400m最大(平均166.43tC·hm^-2),当海拔高于2400m后下降(平均132.51tC·hm^-2);阴坡土壤有机碳密度(127.23tC·hm^-2)稍高于阳坡(123.25tC·hm^-2);土壤有机碳密度随坡度增大而降低,由147.52tC·hm^-2减至87.06tC·hm^-2;土壤有机碳密度在下坡位(166.36tC·hm^-2)大于中坡位(129.43tC·hm^-2)和上坡位(77.14tC·hm^-2)。【结论】秦岭南坡林地土壤有机碳密度存在显著的区域差异,并随海拔升高先升后降,在各海拔间和不同坡位间均差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01),但在阴坡与阳坡间无显著差异。逐步回归分析表明,坡位和海拔是影响土壤有机碳密度差异的主导立地因子。与我国其他主要林区相比,陕西秦岭南坡林地土壤有机碳密度处于较高水平,在我国森林土壤碳库中具有重要地位,应加强管理。     

2013年河南省乔木林植被碳储量特征

准确评估区域范围内森林生态系统的固碳能力和趋势,系统分析不同森林类型的固碳能力时空异质性,对于实现森林可持续经营和固碳增汇具有重要意义。以河南省第八次森林资源清查数据为基础,运用生物量扩展因子法,研究了河南省乔木林植被的碳储量及碳密度特征。结果表明:2013年河南省乔木林植被碳储量7 422.78万t,其中栎类、杨树2个（组）树种植被碳储量占全省乔木林植被碳储量的67.32%。河南省乔木林植被平均碳密度为24.31 t/hm²,低于全国平均水平。河南省乔木林以幼、中龄林为主,其植被碳储量分别占全省乔木林植被碳储量的34.09%和40.84%。河南省天然林、人工林植被的碳储量相差不大,分别为3 512.35万t和3 910.43万t;平均碳密度分别为26.72 t/hm²,22.49 t/hm²。研究表明河南省乔木林植被,特别是人工林,未来固碳潜力巨大,将会在森林植被碳储量中占有越来越重要的地位。     

野生型水稻及其低硅突变体中植硅体和植硅体碳的含量与分布特征

【目的】水稻是典型的富硅植物,植硅体沉积在水稻体内可封存有机碳。本文分析不同吸硅能力基因型水稻植硅体含量、形态、分布及其固碳特征,探究水稻植硅体固碳机理。【方法】盆栽试验在浙江大学玻璃房内进行。供试材料为水稻低硅突变体Lsi1和Lsi2及其野生型,所有施肥和管理措施一致。于成熟期,取水稻地上部茎、叶、鞘样品,常规方法测定硅、植硅体、植硅体碳含量。【结果】1)不同基因型水稻体内硅含量、植硅体含量、生物量干物质植硅体碳含量存在显著差异,均表现为突变体显著低于其野生型,大小依次为Lsi1野生型> Lsi2野生型> Lsi2突变体> Lsi1突变体,Lsi1和Lsi2突变体水稻植硅体碳含量显著高于其野生型,大小依次为Lsi1突变体> Lsi2突变体> Lsi2野生型> Lsi1野生型。2)野生型水稻硅与植硅体含量为鞘>叶>茎,而突变体水稻硅与植硅体含量为叶>鞘>茎,水稻叶片中的植硅体碳与生物量干物质植硅体碳含量最高,植硅体碳含量整体分布趋势为叶>茎>鞘,生物量干物质植硅体碳含量整体变化趋势为叶>鞘>茎。3)水稻植硅体含量与硅含量之间呈极显著正相关(P <0.01),高吸硅的水稻植硅体含量高,且形成的植硅体比表面积小,表明植硅体含量及其形态受其遗传特性的影响。植硅体含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著正相关(P <0.01),植硅体碳含量与生物量干物质植硅体碳含量之间呈极显著负相关(P <0.01),表明生物量干物质植硅体碳含量除了受植硅体含量影响,还受植硅体所包裹的有机碳浓度影响。4) Lsi1及Lsi2野生型水稻生物量、植硅体储量、植硅体碳储量显著高于其突变体。【结论】具有高吸硅能力的野生型水稻与其突变体相比,生物量、硅、植硅体、生物量干物质植硅体碳含量增加,分布不同,虽然植硅体碳含量降低,但植硅体碳储量增加。Lsi1及Lsi2野生型水稻比低硅突变体水稻具有更高的固碳潜力。     

基于不同林分类型下土壤碳氮储量垂直分布

以辽东大伙房水库周边防护林典型林分针阔混交林(落叶松-油松-刺槐混交林)、油松林、落叶松林、刺槐林为研究对象,对其土壤养分含量进行测定,研究了不同林分土壤剖面上有机碳、全氮、有机碳储量的分布规律。结果表明:随着土层深度的增大,4种林分的土壤有机碳、全氮含量均逐渐降低;4种林分土壤剖面有机碳含量大小顺序为落叶松林(24.16g/kg)刺槐林(23.07g/kg)针阔混交林(16.06g/kg)油松林(15.76g/kg);全氮含量大小顺序为刺槐林(5.23g/kg)落叶松林(4.57g/kg)油松林(3.45g/kg)针阔混交林(2.42g/kg);C/N平均值大小顺序为落叶松林(7.36)针阔混交林(6.51)油松林(4.67)刺槐林(4.57);4个林分0-40cm土层的有机碳储量大小为落叶松林(112.94t/hm~2)刺槐林(107.40t/hm~2)针阔混交林(105.42t/hm~2)油松林(89.89t/hm~2);4种林分土壤pH无明显差别,各土层土壤pH随土层深度增加而增大;4种林分土壤容重由高到低顺序依次为针阔混交林(1.73g/cm~3)油松(1.65g/cm~3)落叶松(1.64g/cm~3)刺槐(1.56g/cm~3)。4个林分土壤有机碳含量与土壤全氮含量互相间均存在极显著正相关关系,土壤有机碳、全氮含量与C/N之间则没有明显相关关系;在针阔混交林中,土壤容重、土壤全氮含量和土壤pH与土壤有机碳之间存在线性数量关系,而其他纯林则没有这种关系。