几种不同方法估算农田表层土壤固碳潜力:以甘肃庄浪县为例

通过采样分析,结合80年代全国第二次土壤普查以及2006年耕地质量评价土壤有机碳数据,采用几种不同的估算方法对庄浪县农田表层(0~20cm)土壤固碳潜力进行了估算.结果表明:1最大值法和分类定级法(高)对同一地区农田土壤理想固碳潜力估算结果差异不大.最大值法估算庄浪县农田表层土壤理想固碳潜力为1.13 Mt,而分类定级法(高)估算的理想固碳潜力为1.09 Mt.2分类定级法(中)、饱和值法、加权法这3种固碳潜力估算方法求得庄浪县农田土壤现实固碳潜力分别为0.37、0.32、0.28 Mt,约为理想固碳潜力水平的1/3.3采用分类定级法(中)、饱和值法和加权法估算现实固碳潜力,有机碳密度增量依次为6.76、5.21、4.56 t·hm~(-2).按照庄浪县近30年农田表层(0~20 cm)土壤的固碳速率,达到现实固碳潜力水平大约需要24~34 a.4在县域尺度上估算现实固碳潜力,加权法优于饱和值法,饱和值法优于分类定级法(中);估算理想固碳潜力,分类定级法(高)优于最大值法.     

重庆市农田土壤有机碳时空变化与固碳潜力分析

区域土壤有机碳库、固碳潜力的估算,对全球气候变化中的碳循环研究具有重要意义.本研究基于1978—1979年全国第二次土壤普查和2007—2011年农业部"测土配方施肥"项目的数据,并结合大量前人调研资料和田间试验数据进行整理与比较分析.同时,采取土壤类型法估算了重庆市农田土壤碳库储量和碳密度;基于GIS分析了重庆市农田土壤碳密度的空间分布特征;对30年来各区县农田土壤碳量变化趋势进行拟合分析,估算了农田土壤固碳潜力.结果表明,土壤表层有机碳库总储量为233.54×106t,土壤有机碳密度平均值为3.08 kg·m-2;渝西南、渝东北和渝东南的农田土壤有机碳密度较高,长江干流沿岸及附近低山丘陵地区土壤有机碳密度较低;重庆市农田土壤固碳潜力约为30.82 Tg(以C计),农田土壤单位面积固碳潜力平均值为6.71 t·hm-2.     

不同电导率盐碱土壤固碳潜力

采集内蒙古河套灌区盐碱土壤(电导率EC为0.27mS/cm),利用NaCl调节土壤电导率为(0,10,20,40,80mS/cm),基于稳定碳同位素分析不同电导率土壤添加定量δ¹³C-CO₂后,土壤CO₂吸收量以及土壤难溶性无机碳含量(SIC)-δ¹³C值.结果表明,盐碱土壤能够吸收CO₂,随土壤电导率(EC)升高,土壤CO₂累积吸收量增加, S5(EC=80mS/cm) CO₂累积吸收量比S1(0.27mS/cm)高1.6640mg.土壤SIC含量(R²=0.7080,P<0.05)和土壤可溶性无机碳含量(DIC)(R²=0.6096,P<0.05)与土壤EC显著负相关关系.盐碱土壤吸收CO₂部分固存于土壤无机碳中,外源添加δ¹³C-CO₂,盐碱土壤SIC-δ¹³C值(-5.299‰ ~ -0.8341‰)显著增加.EC为20mS/cm土壤固相保存δ¹³C-CO₂总量最高1.276mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例30.28%最高;EC为80mS/cm固碳量最低为0.2749mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例5.579%.     

松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量和固碳潜力研究

农田土壤有机碳储量和固碳潜力是陆地碳循环和全球气候变化研究中的一个重要问题。论文基于第二次土壤普查数据和实地取样数据,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量,分析4个县市(德惠市、九台市、农安县、公主岭市)农田表层土壤碳库的饱和水平和固碳潜力,比较旱田与水田土壤固碳潜力的差异。结果表明,1980-2005年间,松嫩平原玉米带农田土壤有机碳储量增加了7.20 TgC。各县市农田土壤碳库的饱和水平以德惠市最大,为4.11 kgC·m^-2,九台市次之,公主岭市最低,为3.14 kgC·m^-2。假设在1980年土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,估算得到松嫩平原玉米带农田土壤的固碳潜力为8.17 TgC。从单位面积固碳潜力看,九台市最高,为0.77 kgC·m^-2,农安县次之,德惠市和公主岭市均低于松嫩平原玉米带。松嫩平原玉米带旱田和水田土壤碳库的饱和水平基本持平。     

印江槽谷型喀斯特地区植被碳储量及固碳潜力研究

以印江槽谷型喀斯特石漠化地区11种植被类型(人工纯林、人工混交林、天然纯林、天然混交林、疏林、竹林、经果林、灌木林、石山地、宜林地、草地)为研究对象,分析了植被碳储量的空间分布格局,并对区域植被固碳速率、碳储量进行了估算,并预测了理论最大固碳潜力。结果表明:印江研究区植被碳储量空间分布为,乔木层(25.06 t/hm²) > 灌木层(3.51 t/hm²) > 草本层(1.10 t/hm²),其平均固碳速率为10.63 t/(hm²·a),植被碳储量为172.23×10³ t,植被理论最大固碳潜力为94.02 t/hm²。研究结果对于评价和估计印江槽谷型喀斯特石漠化地区森林的碳汇功能,以及提高碳储量有重要意义。     

印江槽谷型喀斯特地区植被碳储量及固碳潜力研究

以印江槽谷型喀斯特石漠化地区11种植被类型(人工纯林、人工混交林、天然纯林、天然混交林、疏林、竹林、经果林、灌木林、石山地、宜林地、草地)为研究对象,分析了植被碳储量的空间分布格局,并对区域植被固碳速率、碳储量进行了估算,并预测了理论最大固碳潜力。结果表明:印江研究区植被碳储量空间分布为,乔木层(25.06t/hm2)灌木层(3.51t/hm2)草本层(1.10t/hm2),其平均固碳速率为10.63t/(hm2·a),植被碳储量为172.23×103 t,植被理论最大固碳潜力为94.02t/hm2。研究结果对于评价和估计印江槽谷型喀斯特石漠化地区森林的碳汇功能,以及提高碳储量有重要意义。     

黄土高原草地植被与土壤固碳量研究

在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明:4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原＞梁塬典型草原＞丘陵典型草原＞荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物、0~100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38~97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04~68.80 t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33~62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93~19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中:活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。     

稻田土壤固碳功能微生物群落结构和数量特征

研究不同类型稻田土壤自养微生物数量和多样性差异及其影响因子,对全面认识稻田生态系统的固碳潜力及其机制具有重要意义.鉴于此,本文选取4种典型稻田土壤,通过室内培养实验对具备卡尔文循环途径碳同化微生物进行了研究.利用荧光定量PCR(qPCR)、克隆文库以及末端限制性长度多态性分析(T-RFLP)技术,研究了卡尔文循环关键酶(1,5二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶Rubis CO)的2种编码基因(cbbL和cbbM)的丰度和多样性.结果表明,与培养前相比,培养45 d后碳同化自养微生物数量有所增加,cbbL基因丰度比cbbM基因高3个数量级.不同稻田土壤中碳同化功能微生物优势种群存在差异,且这些微生物大多不能归类到已知的细菌类群中,部分可归类的与变形菌和放线菌有较高相似度.RDA分析结果显示土壤有机碳(SOC)、阳离子交换量(CEC)、pH、黏粒、粉粒和砂粒含量对碳同化功能微生物群落结构有显著影响.本文的研究结果对于理解微生物在碳循环过程中的作用具有一定的科学意义,也可以为稻田土壤肥力科学化管理和构建低碳农业提供科学依据.     

土壤团聚体制备方法对其稳定性及固碳潜力评价的影响研究

为探讨不同土壤团聚体制备方法对评价城市土壤固碳潜力的影响,本研究采集北京市两种典型的不同利用类型土壤—城市绿地土壤和城郊农田土壤,分别采用干筛法和湿筛法制备土壤团聚体,对其团聚体组成、有机碳含量以及稳定碳同位素特征进行了解析.结果表明:干筛法制备的机械稳定性团聚体均以>0.25mm的大团聚体为主(城市绿地土壤:69.80%;农田土壤:71.36%);而湿筛法制备的水稳性团聚体均以<0.25mm微团聚体为主(城市绿地土壤:57.70%;农田土壤:52.14%).红外光谱解析发现,不同制备方法下,两类土壤中微团聚体中均是稳定有机碳比活性有机碳相对含量高;北京城郊农田土壤中稳定芳香碳的相对含量较多,而脂肪碳相对含量较少;城市绿地土壤则具有相反特征,说明城市绿地土壤中有机碳具有更高活性易在一定条件下被释放.结合稳定碳同位素比值解析发现,湿筛制备方法下¹³C在<0.053mm团聚体颗粒组中富集,更符合土壤团聚体胚胎发育模型,说明在土壤固碳潜力研究中,湿筛法比干筛法制备团聚体更具有实际评价价值,本研究为进一步评价我国城市土壤的固碳潜力具有参考意义.     

生物炭对农田土壤-植物系统有机碳储量的影响

为探究生物炭对农田土壤有机碳储量以及作物固碳量的作用效应,在长江中下游地区地带性土壤黄棕壤上设置田间小区试验,采用玉米-小麦轮作方式,在不同生物炭用量[0.0 kg/(m~2·a)-(CK)、0.5 kg/(m~2·a)-(BC1)、4.5 kg/(m~2·a)-(BC2)]条件下,对土壤有机碳含量、作物生物量、作物光合固碳量等指标进行了测定分析,并估算了试验条件下农田土壤-植物系统有机碳储量。结果表明:(1)在0~20cm土层,BC2处理两季玉米收获时的土壤有机碳储量(3.72和3.77 kg/m~2)分别比CK处理增加18.93%和19.23%。小麦季BC2的土壤有机碳储量达3.43 kg/m~2,也比CK增加了12.83%。BC1处理比CK虽有增加,但未形成显著差异。土壤有机碳含量是土壤有机碳储量增加的基础。(2)两季玉米收获时其BC1处理的单株固碳量未显著高于对照,BC2处理的玉米单株固碳量(80.06和80.69 g/株)则分别比对照提高6.46%和7.16%。在小麦季,2个生物炭处理的植株单株固碳量均高于对照,尤以BC2处理较为突出,其单株固碳量达到3.06 g/株,比对照显著提高16.17%。作物生物量对植株单株固碳量有显著贡献。(3)就土壤-植物系统有机碳储量而言,BC2处理下,在两季玉米收获时该值分别为4.42和4.50 kg/m~2,显著高于CK处理,增幅达16.75%和17.09%。小麦季BC2处理的土壤-植物系统有机碳储量也达到了3.70 kg/m~2,比CK显著提高13.07%。在三季作物中,土壤有机碳储量占整个土壤-植物系统有机碳储量的80%~93%,土壤是农田生态系统碳增汇的主要来源,减少土壤碳排放可以使整个农田生态系统固定更多的碳。     

神农架大九湖泥炭地碳储量估算及固碳能力研究

通过对神农架大九湖泥炭地进行野外调查和长期观测,采用经验公式和实验室分析方法,计算了神农架大九湖泥炭地土壤有机碳含量和有机碳储量,并对2016-2018年神农架大九湖泥炭地的固碳能力特征进行了分析.结果 表明:在0～100 cm深度范围内,神农架大九湖泥炭地土壤有机碳含量的变化范围为282.90～516.10 g/kg...     

亚热带不同稻田土壤微生物生物量碳的剖面分布特征

土壤微生物生物量碳是稻田土壤有机质最具活性的组分之一,可有效地指示土壤质量状况.为探明亚热带地区不同类型稻田土壤微生物生物量碳的剖面分布特征及其与土壤有机碳及养分的关系,通过选取5种不同母质发育的稻田土壤,采集土壤发生层次分层样品,分析其有机碳、微生物生物量碳以及土壤养分的分布特点.结果表明,土壤有机碳和微生物生物量碳含量均随土壤深度的加深而急剧下降,分别介于2.45～26.19 g.kg-1和4.55～1 691.75 mg.kg-1,以耕作层和犁底层的含量最为丰富.不同母质发育的稻田表层土壤微生物生物量碳含量存在显著差异,以板岩风化物发育的黄泥田Ⅰ最高,河沙泥和红黄泥最低;而有机碳含量却以红黄泥和河沙泥最高,其余几种土壤之间并无明显差异.尽管如此,土壤微生物生物量碳依然受有机碳数量的限制,两者呈显著的正相关关系.土壤微生物商亦随土壤深度的增加而明显降低,不同类型土壤耕作层微生物商以河沙泥(2.11%)和红黄泥(1.37%)相对最低,而板岩风化物发育的黄泥田Ⅰ最高(8.24%),说明河沙泥和红黄泥的底物有效性明显低于黄泥田,这也是河沙泥和红黄泥有机碳含量最高而微生物生物量最低的原因之一.土壤微生物生物量碳含量与土壤全氮、碱解氮和有效磷呈显著的正相关关系,而与土壤速效钾的相关性不明显,说明稻田土壤微生物生物量碳除受有机碳的限制外,还与土壤养分存在较为复杂的关系.     

四川省宝兴县碳汇效应评估与碳减排

利用第三次森林清查(1984-1988年)中宝兴县数据,结合2005年TM遥感影像土地利用类型图土壤类型图,采用植被类型碳密度以及土壤碳密度经验值的方法,估算了宝兴县碳库以及自然生态系统碳汇。并收集宝兴能源消耗、土地利用变更、替代能源工程等人为因素的数据估算了宝兴县2005年的人为碳排放及碳减排放效应,从而计算出宝兴县总碳增汇效应,碳汇为452.80×106kg C,并分区定量、图形表示,为地方政府提供决策支持。     

秸秆还田对江西农田土壤固碳影响的模拟分析

秸秆还田等农田管理措施能有效地增加土壤碳储量,从而有利于减缓大气CO₂浓度的上升趋势。论文基于环境政策综合气候模型(EPIC),采用千烟洲生态试验站和鹰潭生态试验站农田监测场长期观测数据,验证和优化了EPIC模型参数,同时利用1990-2010年江西省气象资料以及土壤清查资料,模拟分析了4种秸秆还田(CR)比例情景下2010-2030年江西省水稻田土壤的固碳潜力。研究结果表明,无秸秆还田 (CR0%)和秸秆还田25%(CR25%)两种处理下耕作层土壤有机碳储量分别下降21.3%和6.5%,秸秆还田50%(CR50%)和100%(CR100%)处理下土壤有机碳储量分别增加5.4%和11.9%;相对CR0%情景而言,CR25%、CR50%、CR100% 情景下江西省水稻田土壤总固碳潜力分别为6.43、14.92和25.26 TgC(1 Tg = 10⁶ t)。研究结果表明,通过合理的调控措施,采用保护性耕作(秸秆还田)是提高水稻田土壤固碳能力的一种有效途径。     

Organic carbon stock in topsoil of Jiangsu Province, China, and the recent trend of carbon sequestration

Data collection of soil organic carbon(SOC) of 154 soil series of Jiangsu, China from the second provincial soil survey and of recent changes in SOC from a number of field pilot experiments across the province were collected. Statistical analysis of SOC contents and soil properties related to organic carbon storage were performed. The provincial total topsoil SOC stock was estimated to be O. 1 Pg with an extended pool of 0.4 Pg taking soil depth of 1 m, being relatively small compared to its total land area of lOl?00 km^2. One quarter of this topsoil stock was found in the soils of the Taihu Lake region that occupied 1/6 of the provincial arable area. Paddy soils accounted for over 50% of this stock in terms of SOC distribution among the soil types in the province. Experimental data from experimental farms widely distributed in the province showed that SOC storage increased consistently over the last 20 years despite a previously reported decreasing tendency during the period between 1950--1970. The evidence indicated that agricultural management practices such as irrigation, straw return and rotation of upland crops with rice or wheat crops contributed significantly to the increase in SOC storage. The annual carbon sequestration rate in the soils was in the range of 0.3-3.5 tC/(hm^2. a), depending on cropping systems and other agricultural practices. Thus, the agricultural production in the province, despite the high input, could serve as one of the practical methods to mitigate the increasing air CO2.     

植被恢复对侵蚀型红壤碳吸存及活性有机碳的影响

依托江西水土保持生态科技园,研究了侵蚀型红壤退化裸地恢复为百喜草地、柑橘果园和湿地松林后,0~100 cm深度范围内不同土层(0~10、>10~20、>20~40、>40~70和>70~100 cm)中w(TOC)(TOC为总有机碳)以及表层(0~40 cm)土壤中活性有机碳组分含量的变化. 结果表明:①退化裸地土壤中w(TOC)和有机碳库储量分别仅为4.73 g/kg和48.41 t/hm2,均处于较低水平,w(TOC)的垂直分布特征也不明显;恢复为百喜草地和柑橘园后,w(TOC)分别增至7.08和7.69 g/kg,有机碳库储量分别增至55.09和70.78 t/hm2,并且植被恢复对表层土壤中w(TOC)影响显著,而对深层(>40 cm)土壤影响有限. ②以退化裸地为对照,百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存量分别为6.68和22.36 t/hm2,平均碳吸存速率分别为0.51和1.72 t/(hm2·a);以保存较好的湿地松林为参照,退化裸地、百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存潜力分别为23.71、17.03和1.34 t/hm2,说明严重侵蚀地的碳吸存潜力巨大. ③侵蚀型红壤退化裸地的植被恢复可积极促进表层土壤中DOC(水溶性有机碳)、MBC(微生物生物量碳)和POC(颗粒有机碳)的积累,同时该影响存在表聚效应,即植被恢复后土壤表层中活性有机碳组分含量在w(TOC)中所占比例增大.      

我国典型陆地生态系统固碳重要区范围界定

全球变暖已成为当今最主要的全球性环境问题之一,建立固碳重要区也是应对全球气候变化的重要途径之一.根据我国陆地生态系统现状以及固碳相关的最新研究结果和政府文件,以森林、草地生态系统为主要研究对象,采用GIS空间叠置分析方法,界定我国典型陆地生态系统固碳重要区(注:涉及“全国”的各要素范围均未包含港澳台地区)的空间范围.研究结果:固碳重要区评价指标体系包括生态系统碳储量、碳汇和固碳潜力3个核心因子,界定过程包括界定范围选择、固碳高值区识别、固碳重要区范围确定和分区命名等步骤.在全国尺度界定了森林、草地两大类共计20个固碳重要区,总面积285.6×104 km2.其中,森林生态系统固碳重要区主要分布在我国东北部、西南部的深山区和东南部的山地丘陵,草地生态系统固碳重要区主要分布在内蒙古高原中东部、新疆西北部山地和青藏高原东南部.固碳重要区面积占全国国土总面积的29.8%,所提供的NPP(净初级生产力)量占全国NPP总量的40.7%,固碳能力是全国平均水平的1.37倍.固碳重要区范围界定结果符合“以较小面积获取较大服务”原则,适于作为我国实现碳减排目标的优先保护区域.