中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

栗钙土不同土地利用方式下有机碳和无机碳剖面分布特征

栗钙土是半干旱地区典型的地带性土壤,主要分布在内蒙古自治区。文章以内蒙古自治区乌兰察布盟(简称乌盟)和锡林河流域为例,分析了栗钙土有机碳和无机碳含量及其密度的剖面分布特征,旨在了解不同土地利用方式下土壤碳库的储量和分布特点及其成因与机理。结果表明:土壤无机碳在剖面上的分布有两种类型:高—低—(高)—(低)型和低—高—(低)—(高)型,后者可能是由于土壤侵蚀引起的碳酸盐再分布所形成的。100cm深的土壤有机碳密度的平均值为8.48kg·m-2,退耕地>耕地>干旱半干旱草原>典型草原,主要分布在表层,0～30cm土壤有机碳密度为0～100cm的43%左右;而土壤无机碳密度的平均值为7.10kg·m-2,退耕地>典型草原>耕地>干旱半干旱草原,主要分布在下层土壤,50～100cm无机碳密度为0～100cm的58%左右。     

保护性耕作对农田土壤有机碳库的影响

农田土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。有机碳库的储量除了受气候和环境因素的影响外,还受农业耕作措施的影响。综述了保护性耕作对土壤有机碳库的影响,并从碳输入、碳分解和碳固持3个方面讨论了保护性耕作影响有机碳库的途径。大量实验结果表明,保护性耕作在表层土壤中能提高作物根系生物量1.0%~142.9%;增加土壤微生物的生物量2.2%~140%。免耕还显著降低土壤的呼吸强度,在0.9%~72.6%之间,从而减少碳的损失。免耕还提高了土壤团聚体数量,从而有利于有机碳在土壤中的固持。今后的研究应该在如下几方面加强：（1）加强区域性对比研究;（2）加强长期定位研究;（3）加强对固碳机理的研究;（4）建立模型加强对多种因子综合效应的研究。     

不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分影响研究

测定了5种土地利用方式下（人工草地、围封样地、一年耕地、弃耕地、自由放牧样地）土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳组分含量特征,比较分析土地利用变化对典型草原土壤起源下土壤有机碳组分的变化。结果表明,1）人工草地土壤有机碳含量为（14．98±3．47）g·kg-1,围封样地的为（12．41±6．40）g·kg-1,一年耕地的为（12．20±5．59）g·kg-1,弃耕样地的为（10．39±5．08）g·kg-1,自由放牧样地的为（9．45±3．19）g·kg-1。人工草地土壤有机碳含量明显高于其他样地,围封样地和一年耕地的含量相似,自由放牧样地的含量最小。2）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的含量在不同土地利用方式下的变化趋势与土壤有机碳含量的变化趋势基本一致。土壤有机碳及其组分含量在土壤剖面上,随着土层深度的增加而逐渐降低。3）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的平均分配比率在不同类型样地范围分别为0．24％～0．66％、0．002％～0．019％和0．05％-0．25％,显示出各组分对土壤环境变化的敏感度不同,其中土壤微生物生物量碳更能反映土壤有机碳的早期变化,可以作为表征土壤有机碳变化和土壤肥力的敏感指标。     

辽宁省森林植被碳储量及其动态变化

森林是陆地生态系统的主要组成部分,在全球碳循环中起着十分重要的作用。利用1990─2010年间5期的森林资源清查资料,采用森林植被生物量换算因子连续法,估算了辽宁省森林植被碳储量和碳密度,并分析其动态变化。结果表明:在1990─2010年间,辽宁省森林面积增加了17.05×105 hm2,年均增长率为1.70%。辽宁省5次(1989─1993、1994─1998、1999─2003、2004─2008、2009─2013年)森林资源清查期的植被碳储量分别是87.10、100.78、108.04、122.06、141.80 Tg,年均增长率为2.47%,这说明辽宁省森林起着碳汇作用。乔木林、疏林和灌木林、经济林碳储量分别增加50.90、2.97、0.83Tg,碳储量平均年增加量分别为2.55、0.15、0.04 Tg·a-1。在不同植被类型中,阔叶林的碳储量和碳密度均大于针叶林,其中,栎类、杨树及阔叶混交林是阔叶林碳储量的主要贡献者,而在针叶林中,落叶松、油松占主导地位。在不同龄级的乔木林中,幼、中龄林碳储量所占比重大。在现阶段(2010年),辽宁省乔木林碳储量分别为121.49 Tg,碳密度为31.12 Mg·hm-2。幼龄林和中龄林的面积占总面积的73.38%,碳储量占总碳储量的60.12%,其碳密度仅为19.52和36.18 Mg·hm-2,远低于成熟林的碳密度(54.32 Mg·hm-2)。可知现阶段辽宁省森林具有幼龄林和中龄林面积大、林龄小和平均碳密度低的特点,因此随着幼龄林和中龄林的碳密度和碳储量的不断增长,未来辽宁省森林植被的碳汇功能将进一步增强。     

森林生态系统土壤可溶性有机质(碳)影响因素研究进展

土壤活性有机质在土壤碳、氮、磷等养分元素的牛物地球化学循环方面起着十分重要的作用.森林土壤活性有机碳(SAOC)库是极易变动的,其组分动态与周转速率主要受森林植被类型、演替过程以及由此造成的凋落物输人类型、数量、质量和季节与温湿度、pH等变化的控制.尽管在过去几十年中,关于土壤可溶性有机碳(DOC)已开展了大量的研究,但关于其形成、转移与转化速率,以及对环境变化的反应等结论仍然零散,甚至相互矛盾,因此,研究土壤DOC动态及持续管理,必需从探讨其影响因子出发,找出其关键限制凶子进行调控.在将来的研究中,主要应集中在:(i)各种可溶性有机质(DOM)源和汇的大小与DOC定量变化关系,如何进行调控?(ii)在高度人为化管理的森林生态系统中,土壤DOC如何改变?(iii)DOC动态及周转速率的现代研究方法探索等.参110     

1987-2008年南四湖湿地植被碳储量时空变化特征

利用研究区1987、1997和2008年的LandsatTM／ETM＋卫星遥感数据,结合实地采样调查和收集的资料,计算3个时期山东省南四湖湿地各植被类型的面积和碳储量;同时依照不同覆被类型（植被类型）的平均碳储量将各覆被类型的斑块划分为不同储碳等级,绘制3个时期的南四湖湿地植被碳格局图,分析植被碳储量的时空变化特征、变化产生的原因和变化对湿地的潜在影响。研究结果表明：研究前期（1987年）植被储碳格局存在着明显的植被碳储量以湖南北中心线向两岸增大的带状特征,研究中后期（1997-2008年）带状储碳格局不断破碎化并最终消失。整个研究期高储碳等级的斑块面积不断减小,低储碳等级的斑块面积增加。湿地植被碳储量呈现前期基本稳定后期显著减少的特征,1987、1997和2008年湿地植被碳储量均值分别为1．07、1．08和O．64TgC,1987-1997年湿地植被碳储量平均年增加0．001TgC,变化幅度不大;1997-2008年年减少0．04TgC,下降较明显。其中自然植被碳储量在整个研究期内持续减少,人工植被碳储量呈现先增加后减少的波动变化特征,分析认为这一变化特征产生的主要原因是南四湖地区多因子驱动的土地覆被变化活动。通过区域湿地植被的碳平衡动态分析认为,植被碳储量（碳库）的减少可能会导致整个湿地碳储量的入不敷出,使整个湿地碳汇能力下降甚至可能变为碳源。     

不同耕作方式对玉米田土壤有机碳含量的影响

在华北夏玉米生产体系中,采用田间试验,研究了撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种耕作方式下,玉米4个生育期(苗期、拔节期、灌浆期、成熟期)耕层(0~20 cm)土壤总有机碳质量分数、活性有机碳质量分数和碳库管理指数的变化.结果表明:在观测期间,玉米不同生育期(0~20 cm)土层有机碳质量分数和活性有机碳质量分数均呈明显的动态变化,就3种耕作方式来讲,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为免耕最高,翻耕和旋耕次之;成熟期免耕、旋耕、翻耕3种处理的土壤碳库管理指数比撂荒分别提高了47.38%、30.43%、27.00%;土壤活性有机碳与总有机碳、碳库管理指数均存在显著相关关系,玉米产量与土壤总有机碳质量分数存在显著相关性,与土壤活性有机碳质量分数和土壤碳库管理指数无明显相关性.综合考虑以上因素,免耕有利于提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数,改善土壤质量,提高土壤肥力.     

祁连山中部土壤颗粒组分有机质碳含量及其与海拔和植被的关系

调查分析了祁连山中段不同海拔土壤颗粒有机碳及其与植被的关系.结果显示,土壤颗粒组分比例在0～15 cm和15～35cm土层随海拔升高而呈现下降趋势(P>0.2);土壤颗粒有机碳比例在0～15 cm土层随海拔升高也呈现下降趋势(P≤0.001).土壤颗粒组分比例0～15 cm土层在阴坡3 000 m～3 500 m、15～35 cm土层在阴坡3 200 m和3 500 m及半阴坡2 200和2 800 m处较高;土壤颗粒有机碳比例0～15 cm土层在阴坡3 000 m和3 200 m、半阴坡2 200 m和2 800 m,以及15～35 cm土层在阴坡3 200 m和3 500 m、阳坡3 300 m和3 500 m处较高(P<0.05).土壤颗粒有机碳和颗粒组分碳含量随海拔升高变化不显著(P<0.9).土壤颗粒有机碳含量0～15cm土层在阴坡3 000 m～3 500 m、15～35 cm土层在阴坡3 000 m～3 500 m及阳坡3 300m处较高;土壤颗粒组分碳含量0～15 cm土层在阴坡3 000 m～3 400 m和阳坡3 300 m,以及15～35 cm土层在阴坡3 200 m和3 400 m及阳坡3 300 m处较高.土壤颗粒组分比例0～15 cm土层在森林和灌丛草甸中较高;15～35 cm土层在森林、灌丛草甸和干旱草原中较高(P<0.05).土壤颗粒有机碳比例0～15 cm土层在荒漠草原和干旱草原,以及15～30 cm土层在森林和灌丛草甸中较高(P<0.05).土壤颗粒组分碳含量0～15 cm和15～35 cm土层在森林和灌丛草甸中较高(P<0.05).土壤颗粒有机碳含量0～15cm和15～35cm土层在森林中最高(P<0.05).土壤颗粒组分碳含量和颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量有显著的正相关性(P<0.001),土壤颗粒有机碳含量与颗粒组分碳含量也有显著的正相关性(P<0.001),土壤颗粒组分比例与有机碳含量相关性不显著(P=0.15),土壤颗粒有机碳含量与颗粒组分比例有显著正相关性(P<0.005).结果说明祁连山中部北坡土壤有机碳稳定性受植被和海拔共同影响,荒漠草原和干旱草原表层土壤有机碳稳定性较低,森林和灌丛草甸土壤中非保护性碳含量较高.     

南方冬季覆盖作物的碳蓄积及其对水稻产量的影响

冬季覆盖作物为在冬闲季节以减少土壤裸露、增加生物产量、抑制硝态氮淋溶等为目的而种植的作物。南方水稻种植区地处热带、亚热带湿润地区有利于冬闲覆盖作物生产。冬季覆盖作物在增加生物产量的同时,可以增加稻田生态系统碳蓄积效应。本研究在南方水稻种植区选择冬闲季覆盖作物黑麦草、紫云英、油菜,以冬闲田为照进行生产比较试验,考察不同覆盖作物碳蓄积能力及对后茬作物产量的影响。结果表明,黑麦草地上部碳蓄积为4044.9kg·hm-2,地下部碳蓄积为1533.7kg·hm-2,紫云英地上部、地下部碳蓄积分别为1799.6kg·hm-2,1023.8kg·hm-2,油菜的分别为1023.8kg·hm-2,339.0kg·hm-2;黑麦草的碳蓄积量显著高于紫云英和油菜,各覆盖作物处理碳蓄积量均显著高于冬闲田。黑麦草地下根系表现强大的碳蓄积能力,可以提高土壤碳汇效应。不同覆盖作物-双季稻稻田生态系统,冬季覆盖作物残茬短期内对主作物的产量因素均没有显著的影响。     

重庆四面山五种人工林土壤有机碳储量研究

对重庆四面山杉木纯林、杉木×马尾松、杉木×马尾松×木荷、木荷×石栎×枫香×香樟、木荷×石栎人工林进行了有机碳储量研究。运用网格取样法取样,每个样地各层各取样81个,共计取样810个。结果表明：（1）林分类型不同,A层土壤有机碳含量总体差异显著（p〈0.05）。在此五种林分类型中,土壤平均有机碳含量以杉木人工纯林为最高,石栎木荷枫香香樟人工混交林为最小;B层土壤有机碳含量总体差异不显著（p〉0.05）。在垂直剖面上,五种人工林均差异显著（p〈0.05）,且表现出随着土层深度的增加,林下土壤有机碳含量随之减小,体现出土壤有机碳含量的表聚作用。（2）有机碳储量规律基本与土壤有机碳含量规律一致。在垂直剖面上,此五种人工林有机碳储量均差异显著（p〈0.05）,表现出随着土层深度的增加而减小的规律。不同林种类型、同一土层深度或是不同土层深度、同一林种类型其有机碳储量变异系数大小均不一样,这说明此五种林地土壤普遍存在空间异质性且其异质程度不一样。（3）就 A 土层而言,本研究区五种人工林平均有机碳密度为5.34 kg·m^-2,比相关研究的重庆市土壤有机碳密度3.11 kg·m^-2,全国森林土壤有机碳密度4.24 kg·m^-2,全国土壤有机碳密度2.67kg·m^-2等分别多出71.70%,25.94%,100%。     

广州市灰霾期间大气颗粒物中有机碳和元素碳的粒径分布

使用冲击式采样器(MOUDI)采集广州市灰霾形成过程的大气颗粒物.分析了有机碳(OC)和元素碳(EC).结果表明,灰霾期间大气主要消光部分积聚态颗粒物及其中的OC和EC,在PM10(可吸入颗粒物)中所占的比例及其绝对浓度要远高于正常天气.正常天气OC和EC呈双模态分布,严重灰霾天气EC的粒径分布呈单一模态分布,OC的粒径分布呈双模态分布,峰值都向大粒径方向偏移.结果显示,大气颗粒物、OC和EC在积聚态的大幅度增长是形成灰霾天气的重要原因.     

南岳水濂洞景区规划设计初探

水濂洞是南岳风景区系中的一个重要组成部分,本文就水濂洞景区的规划、设计和建筑提出了一些看法。指出在设计时,要重点突出:静、险、古、幽、奇五个特点。     

中国农田作物植被碳储量研究进展

作物植被碳储量是全球陆地生态系统碳库的重要组成部分。中国农田作物植被碳储量的估算主要采用参数估算法、遥感资料反演法和环境参数模型法。通过对中国近几十年来全国和区域尺度作物植被碳储量的估算研究,获得了一些作物的经济系数、含碳率和作物收获部分水分系数等估算参数值,探讨了遥感反演和环境参数模型方法,并提出加强农田基本建设、改进农业生产技术与管理、调整作物结构和加强作物秸秆利用等固碳措施。目前对中国农田作物植被碳储量的估算仍存在较大的不确定性,获取的估算参数尚不充分,估算方法和模型有待完善,对作物植被碳储量变化的源/汇效应尚未取得统一认识。虽然在农田生态系统中土壤碳储量（密度）普遍大于作物植被碳储量（密度）,但作物植被碳储量仍然是一个数量可观、并有增加潜力和可能的碳库,其大小及秸秆利用情况直接影响着土壤碳库。因此,对农田作物植被碳储量应分时段和区域具体分析,才能认识其源/汇效应。今后应在以下几方面进一步加强作物植被碳储量的研究：进一步完善和改进估算方法;加强作物植被碳储量估算及固碳措施的区域个例研究,探索不同空间尺度作物植被碳储量的尺度转换;开展作物碳储量动态及固碳机理的综合研究。此外,还应就气候变化与作物植被碳储量的相互耦合关系进行探讨。     

广东省森林植被碳储量空间分布格局

基于广东省2007年森林资源清查档案数据,采用材积源生物量法,量化广东省森林植被碳储量,研究广东省森林植被碳储量空间分布格局。结果表明,广东省森林植被碳储量为246.35Tg,碳密度为22.96mg·hm-2。受人为干扰和环境因素的影响,广东省森林植被碳储量在不同经济区和流域空间分布格局严重不均。就不同经济区而言,粤北及周边经济区森林植被碳储量最大,达180.22Tg;珠三角经济区次之,为34.60Tg;接着是粤西沿海经济区,为21.49Tg;粤东沿海经济区最小;仅为10.04Tg。在不同流域方面,森林植被碳储量依次为：北江流域〉东江流域〉西江流域〉韩江流域〉其他流域。广东省乔木林碳储量为202.85Tg,以中幼龄林为主,占77.1%;乔木林龄组结构与碳密度近乎成正比关系,存在较大的相关性。     

工业化高速发展时期广州市的碳收支变化初步研究

为了了解我国发达城市在工业化高速发展进程中CO2的收支状况,以广州市为研究对象,首次估算了其从1990年到2003年每年的净固碳量和释碳量,并分析了其变化趋势。研究结果表明,这13年间广州市的净固碳量与总释碳量年均增长率分别为0.93%与7.16%;到2003年,其净固碳量为2.57Mt,而其总释碳量已达到22.79Mt,其中约70%的释碳量源于化石燃料的燃烧。工业化高速发展时期也是释碳量日益高于净固碳量的时期,两者之间差距的逐步加大,已经使得广州市目前的碳收支状况发展到了极不平衡的程度。而逐年递增的人口和以化石燃料为主的能源消费是造成广州市碳收支严重失衡的主要原因。     

中国水稻土有机和无机碳的空间分布特征

农业土壤碳库对陆地生态系统碳循环的研究具有重要意义。水稻土是中国主要的耕作土壤,在土壤碳固定研究中具有现实意义。文章根据最近建成的中国1∶100万数字化土壤图和全国1490个水稻土剖面数据,估算我国水稻土碳密度和储量,并进一步分亚类和区域研究了水稻土碳库的分布特征。结果表明,中国水稻土面积为45.69×104km2,占我国土壤总面积的4.92%。中国水稻土无机碳的分布面积为5.93×104km2,仅占水稻土总面积的13%。水稻土碳密度具有高度的空间变异性,水稻土剖面0~100cm有机碳密度介于0.53kg·m-2~446.2kg·m-2之间,无机碳密度介于0.05kg·m-2~90.03kg·m-2。水稻土表层0~20cm有机碳密度介于0.17kg·m-2~55.38kg·m-2之间,无机碳密度介于0.01kg·m-2~21.85kg·m-2。中国水稻土剖面0~100cm和表层0~20cm碳总储量分别为5.39Pg和1.79Pg。水稻土碳储量以有机碳为主,约占水稻土碳总储量的95%,水稻土剖面0~100cm和表层0~20cm有机碳储量分别为5.09Pg和1.72Pg。水稻土无机碳储量较低,仅占水稻土碳总储量的5%左右,水稻土剖面0~100cm和表层0~20cm无机碳储量分别为0.30Pg和0.07Pg。     

不同轮作模式对潮土团聚体及其有机碳分布的影响

为揭示不同轮作模式下潮土土壤团聚体及其有机碳含量变化规律,于2018-2019年在山西大同进行了田间试验.设置处理为油菜—荞麦(RB)、玉米—荞麦(CB)、马铃薯—荞麦(PB)和燕麦—荞麦(OB)4种轮作模式,荞麦—荞麦(BB)连作和休闲—休闲(FF)为对照,测量指标为土壤团聚体组成、稳定性和团聚体内有机碳分布.结果显示:与连作模式(荞麦—荞麦)相比,各轮作模式均提高了土壤大团聚体数量和稳定性;油菜—荞麦(RB)轮作模式0-60 cm土层的大团聚体含量均增加,其0-20 cm土层的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)增幅为5%和7%,20-40 cm土层的团聚体R0.25、MWD、GMD值增幅为8%、26%和37%.各轮作模式土壤有机碳主要富集在土壤表层,且>3 mm粒级土壤团聚体中有机碳含量对整个土壤有机碳含量和土壤有机碳库的贡献率最高.同时,各轮作模式0-20 cm土层各个粒级团聚体的有机碳含量均显著增加,油菜—荞麦(RB)轮作模式20-40 cm土层各个粒级团聚体的有机碳含量显著增加,随粒径级数递减其增幅分别为41%、49%、72%和39%,其>3 mm粒级团聚体的有机碳储量及贡献率也最高.总之,轮作有利于增加土壤团聚体的有机碳含量,可改善土壤团聚体组成及稳定性,增加土壤的固碳能力,但不同轮作模式间有差异.本研究表明油菜—荞麦轮作更有利于土壤固碳,可以在研究区域作为重要轮作模式进行推广和应用.(图2表5参41)     

不同林分土壤有机碳密度研究

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,已成为森林生态系统碳循环研究的重点之一;而森林土壤有机碳在剖面上具有明显的垂直分布差异,根据土壤发生层次特点,分别研究各层土壤有机碳含量分布规律,对于准确确定森林土壤碳储量具有重要意义。2008年7月在北京西山妙峰山林区侧柏（Platycladus orientalis）林、刺槐（Robinia pseudoacacia）林、栓皮栎（Quercus variabilis）林和侧柏、油松（Pinus tabulaeformis）混交林内,分别随机选取3个位置挖土壤剖面,然后根据土壤发生层次性特点,把各剖面划分为四个土层（0～10 cm,10～20 cm,20～40 cm和40～60 cm）,每层用环刀取样测定土壤容重,用土壤袋采集1 000 g的土壤样品,经除杂、风干、过筛等程序后,对土样的有机碳含量和碳密度进行了测定和初步研究。结果表明：4种林分下土壤有机碳平均含量和土壤有机碳密度不同,不同林分土壤0～10 cm有机碳含量和碳密度最高,并且均随土壤深度增加呈降低的趋势;其土壤有机碳密度的大小顺序为：栓皮栎林〉侧柏、油松林〉侧柏林〉刺槐林。4种林分类型0～20 cm土层单位面积有机碳储量占总有机碳储量分别为：栓皮栎林51.1%,刺槐林44.2%,侧柏林43.0%,侧柏、油松混交林37.7%,平均为44.0%。