海洋碳循环研究的关键生物地球化学过程

主要阐述了海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展,包括海—气界面CO2通量过程、溶解一颗粒碳的海洋转化过程、生物固碳与生物泵过程以及河口碳的生物地球化学过程。海—气界面CO2通量随着海—气界面的扰动程度的变化而变化,而海—气界面的扰动程度主要由风速决定,各海域的CO2通量各不相同;溶解一颗粒碳的海洋转化过程则是由海域的初级生产力所决定,是温度的函数,所以受时间和季节更替的影响很大;河口地带由于处在海水和淡水交界面,又有大量河流带来的陆源输入,所以总体碳循环的生物地球化学过程与大洋主体水域不同,碳通量主要由河流带人;生物在海洋碳循环中的作用不可忽视,浮游植物通过光合作用固碳,而浮游动物在垂直分布过程中通过取食呼吸和排泄作用使碳进行垂直迁移。     

夏季环渤海主要入海河流溶解无机碳分布及入海通量估算

河口是连接陆地和海洋的关键通道,每年地表径流通过河口向陆架边缘海输入大量溶解无机碳,导致其碳源汇格局发生改变。本文分析了渤海夏季28条入海河流关键碳循环参数分布特征,估算了主要入海河流夏季溶解无机碳直接输入通量,莱州湾、辽东湾及渤海湾的溶解无机碳直接输入通量分别为0.66 TgC、0.44 TgC、0.17 TgC,直接汇入莱州湾的溶解无机碳通量超过50%,主要贡献来自黄河,另外,汇入辽东湾的大辽河及双台子河贡献了渤海河流溶解无机碳直接输入通量的20%。     

海洋碳循环与海洋生态系统动力学

在讨论了目前海洋碳循环研究的现状和存在的问题基础上,分析了海洋生态系统动力学在海洋碳循环中的作用.早期的碳循环研究着重在无机碳循环,随着研究的深入,考虑简单生物地球化学过程甚至带显式生态系统的碳循环模式正在逐步发展.指出了碳循环研究的未来方向,除了要更加准确理解物理过程外,发展带显式生态系统的碳循环模式是一个重要的研究方向.为此,要研究生态系统动力学中的某些关键过程的参数化方法,确定一些重要的参数值.期望今后的模式可更加准确地用于研究海洋生态系统和碳循环对全球变化的响应.     

湖泊沉积有机碳埋藏效率及其影响要素研究进展

湖泊是地球上重要的碳库之一,湖泊有机碳埋藏效率决定湖泊碳源-汇的转换关系,因而在湖泊碳及全球碳循环中的作用越来越受到人们的重视。本文综述了物理、化学、生物及人类活动对湖泊碳埋藏效率的影响,并探讨了湖泊碳储量和碳循环对湖泊碳埋藏效率变化的响应。目前湖泊有机碳埋藏效率的研究还存在区域研究有限、影响因子少等问题,缺乏系统性,多限于观测,对机制机理的理解比较薄弱。今后的研究可以从以下几个方面加强:(1)不同区域不同环境条件下碳埋藏效率的差异性研究;(2)在全球气候变暖大背景下,探讨碳埋藏效率对增温的响应及碳埋藏效率发生变化后如何反馈于气候变化;(3)定量分析碳埋藏效率的整个地球、物理、化学和生物过程,建立相关的模型。     

湿地碳循环及其对环境变化的响应分析

对湿地碳储量、碳循环及其影响因素与环境变化的响应特征进行了综合分析。阐述了湿地生态系统是地球上重要的碳库,通过光合作用吸收大量的CO2。并将CO2转化为有机物碳,使其具有碳储量丰富、碳密度高等特点;但湿地资源的不合理开发和利用,改变了湿地环境。湿地由“碳汇”向“碳源”转化。湿地温室气体的排放又加剧了温室效应;全球气温升高、海平面上升及降水量的变化又对湿地分布及功能产生重大影响。指出合理控制湿地碳循环通量是保护湿地的关键。     

一种大气CO2源汇反演模式方法的建立及应用

在一个二维全球大气化学传输模式的基础上,通过对模式的修改和调整,建立了一个简单二维扩散、传输模式,用于CO2源汇的反演研究.在验证了模式的有效性之后,将其应用于大气CO2源汇分布的研究.大气CO2的源主要集中在赤道地区和北半球中高纬度地区.其中,海洋和陆地生态系统(热带雨林的破坏)是赤道地区的主要碳源;北半球中高纬度的陆地生态系统是重要的碳汇,而南半球中纬度地区则表现为CO2的弱汇.对El Nino年(1982年)和其他年份的碳源汇分布情况作了比较,两者之间存在显著的差异,由于化石燃料燃烧排放并无明显波动,因此认为碳通量的年际变化是由于El Nino事件对陆地和海洋碳循环产生影响而造成的.     

外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响

人类活动引起的大量的活性氮从大气沉降到生物圈.当前氮沉降对草地生态系统碳循环过程的影响机制仍然存在较大的不确定性.本文综述草地生态系统碳循环过程（植物光合作用、地上生物量、地下生物量、土壤呼吸、凋落物分解和土壤有机碳含量）对添加不同的氮源水平和不同施氮年限的响应,并分析这些过程变化的可能原因,同时,也阐述草地碳循环关键过程对外源碳输入的响应,并进一步分析了外源碳和氮输入对草地碳循环关键过程影响的微生物学作用机制.通过上述总结旨在强调说明碳源可利用性变化作为氮沉降背景下草地生态系统碳循环关键过程重要调控因素之一,开展相关研究对科学的管理我国草地资源配置和增加土壤碳汇方面理论的重要意义.     

~(14)C在全球变化研究中的意义

系统地总结和对比了不同因素对~14C计年的影响及误差校正方法，认为合碳样品的~14C／12C初始比，不仅对~14C计年精度影响极大，而且比值本身对环境变化研究也具有极其重要的意义．年龄校正需要对样品形成的地质地球化学过程进行详细的研究。核实验形成大量的~14C（“弹-14）可以示踪碳在大气、海洋以及陆地生态系统三大碳储库之间的交换通量和滞留时间，“弹-14”在大气、海洋和土壤中的分布可以解决洋流的变化、大气与海洋的相互作用、温室气体CO2的源和汇等许多与气候变化密切相关的问题。     

稳定同位素技术在湿地碳循环研究中的应用

稳定性同位素技术因其准确、灵敏和安全等特点而被广泛应用于生态学研究的诸多领域。稳定同位素技术在生物地球化学循环过程中存在独特的稳定同位素化学效应,近年来稳定同位素技术又被大量用于陆地生态系统碳循环机理方面的研究。湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,其碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。因此,碳的稳定同位素(13C)示踪技术适合研究从年到百年尺度的湿地碳循环过程。文章主要从湿地植被光合作用、土壤有机物质的沉积、溯源和可溶性无机碳的输入以及湿地中二氧化碳、甲烷排放等方面,重点综述稳定同位素技术在湿地生态系统碳循环中的应用。     

青岛西海岸蓝碳生态系统综述

<正>一、引言蓝碳定义为"利用海洋活动及海洋生物吸收大气中的二氧化碳,并将其固定在海洋中的过程、活动和机制"。海洋在气候变化和全球碳循环过程中至关重要,海洋不仅储存了地球上93%的二氧化碳,每年还可吸收约30%的二氧化碳,是陆地碳汇的3倍。中国的海草床、红树林、盐沼三大海岸带蓝碳生态系统分布广泛,适宜开展海水养殖的水域辽阔,贝类、大型藻类养殖能够以不影响食物生产的方式减缓气候变化影     

Overestimates of black carbon in soils and sediments

Several recent reports suggest that black carbon (BC), which broadly encompasses charcoal, soot, and other forms of pyrogenic carbon, may constitute a significant proportion of the refractory carbon in soil and sedimentary organic matter. BC is a sink for biospheric and atmospheric carbon dioxide, and is intimately tied to the biogeochemical cycling of both carbon and oxygen through its role in organic matter cycling. Additionally, BC may represent a large fraction of the missing carbon sink in global carbon accounting. Here, we demonstrate that documented measurements of BC may be the result of methodological artifacts, which inadvertently overestimate the amount of BC. We found that a widely used thermal oxidative method can create a residue that falls under the operational definition of BC in samples that are relatively BC-free. Moreover, during this procedure, labile organic matter constituents are condensed into pyrogenic carbon, implying that the labile components are present in lesser quantities. These methodological deficiencies are promoting overestimates in the amount of refractory carbon in soil and sedimentary organic matter and may endorse inaccuracies in the rates of carbon fluxes, the mean residence times of terrestrial carbon, and organic matter burial rates in oceanic environments.     

中国人-地碳源汇系统空间格局演变及其特征分析

论文从人-地结合视角看待碳移动问题,根据2001—2009 年遥感数据和能源数据,分别计算各省碳排放和碳吸收量,引入流动比率,从而划分出高碳源地、低碳源地和碳汇地,结合标准差椭圆进一步分析人-地碳源汇系统离散和聚集趋势,进而得出人-地碳源汇系统空间格局演变及其特征。研究表明：①高碳源地主要集中在华北地区和上海地区,作为高碳源地的华北地区呈逐步向外扩张趋势,低碳源地主要在华东地区、华中地区和广东地区,呈现不断向西、南方向扩散趋势,碳汇地主要在西北、东北和西南地区;②高碳源地从点状式分布逐步向外扩散,到2009 年呈现华北两端聚集,上海突出的类三角形结构,低碳源地呈现华中和华东两端聚集,广东、吉林突出的类四边形结构,而碳汇地基本是在外围包围低碳源地,人-地碳源汇系统呈现逐级由上至下态势,高碳源地不断由内向外扩散,低碳源地不断转变成高碳源地,同时碳汇地也不断转变成低碳源地;③2001—2009 年高碳源地标准差椭圆位于华东和华北地区,分布格局呈西北—东南格局,范围在2005 年之前基本不变,2005 年之后逐步扩大;2001—2009 年低碳源地标准差椭圆主要集中在华东和华北地区,分布格局从“东北—西南”到“西北—东南”,再到“东北—西南”,最后又回到“西北—东南”,低碳源地在主轴和辅轴上分布不断分散,2001—2003 年间变化最大,2003 年之后变化幅度减少;2001—2009 年期间碳汇地系统呈东北—西南分布格局,且椭圆整体位于中国东部和中部地区,碳汇地系统在此期间并没有出现较大的波动。     

岩溶地下水补给的地表河流溶解无机碳昼夜变化与钙沉降

溶解无机碳昼夜动态变化对河流水体碳通量的估算有重要影响。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征,钙与无机碳昼夜循环产生的生物地球化学控制机理,估算了钙与无机碳昼夜通量。结果表明,白天pH、SIC上升,产生钙沉降和水体无机碳(主要为HCO-3)含量的下降,夜间得到地下水的补给,Ca2+和HCO-3浓度回升。监测期间,官村地下河出口地表河流钙与溶解有机碳的流失或沉降量分别为69.04kg/d和168.68kg/d,即51.14g/(m·d)和124.95g/(m·d),分别占输入量的6.2%和4.7%。受水生植物光合作用和钙化作用控制,沿流程发生无机碳向有机碳转化,是真正意义上的自然碳汇。     

中国农业净碳汇时空演化特征分析

论文以全国范围县级单元为研究对象,对1991—2011年长达21 a的农业净碳汇时空格局变化规律展开了深入分析。研究表明：1）从时间变化角度可以发现,整体上我国农业在长达21 a内均以净碳汇为主,并且总体上处于波动上升趋势,农业净碳汇净增93.7%;2）我国农业碳汇结构相对比较稳定,稻谷、小麦和玉米三者共同占到了80%左右,而碳源结构则在1991—2011年间发生了较大变化,由1991年农药为主,化肥、牛为辅转变成为化肥为主,农药、地膜、牛为辅的结构;3）空间分布方面,我国县域农业净碳汇量地区间差距在不断缩小,存在4种农业碳生态类型区;4）1991—2011年间净碳汇为负值的县级单元数量增多,并且在空间上主要分布于西南地区与内蒙古。农业种植量相对较小,作物生长碳吸收不明显,单位产量农业投入要素多以及农业类型以畜牧业为主是这些地区农业净碳汇为负值的主要原因。     

珠江流域水化学组成的时空变化特征及对岩石风化碳汇估算的意义

基于水-岩-气-生相互作用的碳酸盐风化碳汇模型表明,陆地碳酸盐风化碳汇是大气CO_2汇的重要组成部分;然而,碳酸盐风化碳汇的过程、机制和控制因素仍有待进一步的研究。本文采用野外监测、现场滴定和样品室内测试相结合的方法,对珠江流域支干流分旱季和雨季进行了4次野外监测取样,研究其水化学组成的时空变化特征。结果表明:珠江流域支干流的水化学组成受流域岩石风化、气候和水生光合作用的共同影响,并具有明显的时空变化特征。空间上,南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,水流较慢,水质清澈,水生光合作用强烈,电导率、[HCO_3~-]和[Ca~(2+)]的空间变化主要受水生光合作用控制;从红水河上游蔗香段至肇庆西江大桥监测点,反映的是流域岩石风化对水化学空间变化的影响。季节变化上,西江的电导率、[HCO_3~-]和[Ca~(2+)]呈现出夏季低、冬春季高的特征,主要反映稀释效应的控制。西江干流河水的溶解氧具有明显的季节变化,在上述南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,DO是夏季高冬季低,其他监测点是冬季高而夏季低;DO的季节变化受水生光合作用强度的控制。在南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,温度是光合作用强度的限制因子,而其他监测点的光合作用限制因子为浊度影响的光照。造成上述差异的原因是监测点的水文环境不同。通过对梧州水文站流量和[HCO_3~-]变化的分析发现,[HCO_3~-]的季节变化幅度相对流量小得多,显示在西江流域中,HCO_3~-也存在化学稳定性行为。因此在西江流域中,流量变化是岩溶碳汇通量变化的主控因子。研究还发现,西江流域中具有强烈的生物碳泵效应,由内源有机碳形成的碳汇通量约占传统计算模式碳汇(溶解无机碳-DIC)通量的40%。因此,在估算珠江流域碳酸盐风化碳汇时,必须考虑水生生态系统光合生物对DIC的利用形成的有机碳的贡献。     

中国保护性耕作净碳汇的时空格局

研究中国保护性耕作净碳汇的时空格局对其推广政策的合理制定具有重要意义。在分析保护性耕作固碳排碳机理和构建其测度方法的基础上,以中国各省（市、自治区）为单元,对2000—2019年中国保护性耕作净碳汇的时空格局进行分析,并对其潜力进行预测。结果表明：（1）每年保护性耕作的碳汇基本都是碳排的2倍,土壤固碳占保护性耕作碳汇的2/3以上,生物固碳占比小于1/3。（2）中国保护性耕作净碳汇在时间上呈现逐年递增趋势,其中,华北、西北和东南地区增幅较大;在空间上表现为扩张—集聚—扩张态势,其重心由北向南移动。（3）中国保护性耕作净碳汇具有明显的空间非均衡性特征,2019年呈现华北、西北和东南地区“三足鼎立”之格局,河南、山东、内蒙古、新疆、安徽、湖北和江西7省区属于高碳汇区,河北、吉林、陕西和山西属于低碳汇区,其他省份属于碳中和区。（4）2020—2030年中国保护性耕作的净碳汇潜力继续保持增长态势,2030年的峰值将处于5794.38万~7962.93万t C之间。     

海水无机碳对过量无机氮输入引起的富营养化响应的模拟研究

模拟研究了在添加过量无机氮造成海水的富营养化条件下,水体pH、无机碳体系、海-气CO2通量的变化过程,探讨了海水无机碳对过量无机氮输入引起的富营养化响应机制.结果表明, NO-3添加组中,当浓度≤37.60μmol·L-1,时, HCO-3、p(CO2)增加, pH、CO2-3下降;当浓度≥188μmol·L-1,时,则正好相反. NH 4添加组中,当浓度≤25.20μmol·L-1时能够明显促进水体HCO-3、p(CO2)减少, pH、CO2-3增加,水体表现为吸收大气CO2;当浓度≥126μmol·L-1时,水体表现为向大气释放CO2,且强度随浓度的增加而增强. N0-2添加组中,当N0-2浓度在7.90μmol·L-1时, HCO-3、p(CO2)呈明显的下降趋势, pH、CO2-3则随时间明显增加,水体表现为吸收大气CO2且强度随时间的增加而增强,而当N0-2高于和低于此浓度时,无机碳变化不明显.水体Chl-a较对照组的增加量(△Chl-a)与△p(CO2)具有很好的负相关关系(r=-0.87, p<0.0001, n=16),表明造成以上差异的原因与水体中浮游植物在不同形式不同浓度无机氮作用下对水体无机碳利用性不同有关.     

微囊藻水华对水体中氮转化及微生物的影响

氮是水生态系统初级生产力的限制性生源要素,认识水体中氮的转化特征有利于调控和削减水体中过量的氮,对维持水生态健康十分重要.氨氧化细菌、氨氧化古菌以及反硝化细菌在氮循环中发挥关键作用.通过在室内构建微宇宙模拟蓝藻水华的重复暴发,发现在蓝藻水华暴发和衰亡短期内,TN、氨氮、TOC浓度快速升高和DO急剧降低,但后期逐渐得到恢复,且水体中的TN在高浓度藻存在下迅速降低.在蓝藻水华暴发和衰亡过程中,太湖水体中氨氧化菌演化为AOB占优势,氨氧化功能活性逐渐恢复,有利于水体中氨氮的去除.蓝藻水华暴发促进太湖水体中含nir S和nir K基因反硝化菌的数量增加至起始的100倍左右,从而促进水体中总氮的去除.