干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

近50a玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对碳储量的影响

土地利用变化对碳收支的影响是当前全球变化研究领域的重点内容之一,中国西北干旱区土地利用变化对陆地生态系统碳收支的影响尚不清楚。论文以西北干旱区流域绿洲水土开发的典范--玛纳斯河流域为研究区,基于Bookkeeping模型,利用多期土地覆被类型图、植被和土壤碳密度历史文献及实地调查资料,开展玛纳斯河流域近50 a荒漠转变为绿洲农田和农田弃耕两种主要土地覆被变化对碳收支的影响研究。玛纳斯河流域的垦殖活动有利于碳储量的增加,在1962-2008年的46 a间,土地利用变化导致流域植被碳储量增加6.34×10⁵ t,土壤碳储量增加3.14×10⁶ t,总碳储量增加3.77×10⁶ t。受土地覆被变化面积和转换类型碳密度差异的影响,不同土地覆被类型转换对碳储量的影响存在显著差异:荒漠草地、裸地开垦为耕地均引起植被和土壤碳储量显著增加;林地开垦为耕地引起植被碳储量减少,土壤碳储量增加,总碳储量减少;而耕地弃耕通常会导致流域碳储量减少。     

喀斯特山区植被恢复过程中土壤水解酶和氧化酶活性的响应

土地利用方式的改变,如农田退耕是影响土壤有机碳固持的重要因素.喀斯特地区正开展大规模的生态系统恢复工程,然而生态系统恢复过程中土壤有机碳的固持机制依然不甚清楚.土壤有机碳的分解是土壤碳循环的一个关键过程.不同组分有机碳的分解受不同酶的活性控制,因此,在西南喀斯特山区不同植被恢复阶段下开展土壤酶活性特征研究,有助于了解该地区土壤有机碳固持机制并为该地区的生态恢复实践提供理论支撑.本研究在广西河池市环江县典型喀斯特区域的农田、草地、灌丛、次生林4种不同植被恢复阶段下采集0~10 cm深度的土壤样品,采用荧光光度法和紫外分光光度法测定3种土壤水解酶(即β-葡糖苷酶、α-纤维素酶和β-木糖苷酶)和1种氧化酶(过氧化物酶)的活性及相关土壤理化属性指标,研究植被恢复过程中土壤水解酶(参与活性碳库的分解)和氧化酶活性(参与惰性碳库的分解)的响应.结果显示,随着植被恢复土壤水解酶活性不断增加(次生林灌丛草地农田),而土壤氧化酶无明显变化.导致该结果的原因可能是由于喀斯特地区土壤有机碳极高的稳定性导致微生物趋向于利用活性有机碳库,而对于惰性有机碳库的分解并无显著差别.本研究间接说明喀斯特地区农田退耕后将有利于土壤惰性有机碳的累积.     

西藏生态系统碳蓄积动态的土地利用/覆被变化归因分析

论文利用InVEST模拟了2001—2010年西藏生态系统碳蓄积动态变化,并从土地覆被类型转移和土地覆被碳密度变化两方面对碳蓄积动态进行归因分析。研究发现：1）2001—2010年西藏碳蓄积增加0.5×10⁸ t。藏西北、藏东南碳蓄积变化较大,藏中、藏北相对稳定。牧区碳蓄积增加,农区、半农半牧区减少。水源涵养区和防风固沙区碳蓄积增幅大,生物多样性保护区和特色产业区下降。草原碳蓄积持续增长,森林、稀疏植被碳蓄积稳中有降,灌丛碳蓄积下降。2）草地、林地等碳密度高的地类面积增加,灌丛、稀疏植被等碳密度低的地类面积减少,土地覆被类型转移增强了碳蓄积功能,对碳蓄积变化的贡献率为269%。3）森林等碳密度较高的地类碳密度下降明显,稀疏植被等碳密度较低的地类碳密度略有增加,碳密度变化对碳蓄积变化的贡献率为-169%。     

南长山岛不同土地利用方式下的土壤有机碳密度

土壤有机碳库是陆地生态系统中重要的碳库之一,以往对海岛生态系统土壤有机碳储量估算及其影响因素的研究较少.因此,本研究在南长山岛实测了不同土地利用方式下表层土壤的有机碳密度,比较了相互之间的差别,分析了与土壤理化性质的相关性.结果表明,南长山岛不同土地利用方式土壤有机碳密度差异显著(p0.01),表现为:针阔混交林刺槐黑松侧柏农田水库沿岸草地果园;森林土壤有机碳密度高于其他类型土壤.森林土壤有机碳密度与坡度(r=-0.459,p=0.085)、海拔相关性不显著.在土壤理化性质中,土壤全氮(r=0.763,p0.01)、有机质(r=0.833,p0.01)含量与森林土壤有机碳密度呈显著正相关.     

青藏高原土壤有机碳密度垂直分布研究

通过对青藏高原土壤普查数据的整理分析,定量研究了青藏高原28个典型土壤类型、14个主要生态系统类型0～20cm、20～50em及50～100cm深度内土壤有机碳密度的垂直分布规律.结果表明,青藏高原28个典型土壤类型3个土层的有机碳密度平均值为(6.16±1.08)kg·m-2、(5.06 ±0.85)kg·m-2、(5.30±0.82)kg·m-2;在0～100cm土层内,暗棕壤、沼泽土的有机碳密度显著高于其它土壤类型,而高山漠土、灰棕漠土、亚高山漠土的有机碳密度不仅远远低于区域平均水平,而且显著低于其它土壤类型.14个典型生态系统土壤的有机碳密度均值为(7.47±1.38)kg·m-2、(6.07±1.24)kg·m-2、(6.46±1.16)kg·m-2;其中,以沼泽草甸、针叶林土壤的有机碳密度最高,而温性荒漠、高寒荒漠、高寒草原及亚高山草原土壤有机碳密度显著低于其它生态系统.这不仅体现了青藏高原土壤-植被显著的地带性分布,而且为青藏高原土壤有机碳循环模型,及有机碳对全球变化的响应研究提供重要的基础数据.     

基于InVEST与CA-Markov模型的昆明市碳储量时空演变与预测

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-Markov模型,分析2000～2020年及“三线”约束下未来不同土地利用情景陆地生态系统碳储量变化的时空差异特征.结果表明：(1)昆明市土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,土地利用转移也发生在三者之间.(2)2000～2020年,昆明市碳储量整体表现为南低北高的空间分布特征,碳储量逐年下降,累计损失5.27×10⁶ t,林地和草地退化是碳储量减少的主要原因.(3)2020～2030年,4种情景碳储量均有所减少,其中惯性发展情景碳储量下降最明显,主要是建设用地快速扩张引起;耕地保护情景相比惯性发展情景有效减缓了碳储量减少幅度;生态保护情景则能够增强研究区固碳能力,碳储量达到262.49×10⁶ t,但不能有效控制耕地面积的减少;防止城市扩张情景有效抑制了建设用地无序扩张,间接防止了碳储量进一步减少.因此,研究区可统筹考虑耕地保护情景、生态保护情景和防止城市扩张情...     

上海耕层土壤有机碳空间差异及影响因素

区域耕层土壤碳密度及碳储量的变化已经成为全球变化中碳循环研究的重要问题。文章采用了上海市第二次土壤普查资料,估算上海农田耕层土壤有机碳密度及有机碳库,结果表示上海市农田耕层土壤有机碳密度为25.82tC/hm2,低于全国水平;耕层有机碳库含量为1.15×108t;碳密度分布为:西部东部中部岛屿;在水稻土、潮土、滨海盐土、黄棕壤四种常见土类中,水稻土有机碳密度及有机碳库在研究区占有很重要的比重,因此在上海农田耕层土壤中,保护水稻土有很重要的意义。     

上海市城市扩展格局及土壤无机碳分布特征分析

土地利用方式变更引起的土壤碳库变化对全球温室效应、全球碳循环有重大影响。基于1：250000多目标地球化学调查数据,利用RS影像和GIS统计技术研究了上海城市扩展进程中的土壤无机碳空间分布与演化特征。根据上海地区1980、2000．2005年3期遥感影像分析,上海市城区扩张以原市区为中心向周边快速扩展,1980～2005年间,城区面积由193．08km^2增加到1570．52km^2,城市用地面积比例由3．05％迅速上升到24．77％。比较城区,郊区、乡村地区土壤无机碳分布,城区表层土壤无机碳密度为（1．12±0．64）kg／m^2,深层土壤无机碳密度为（1．24±0．40）kg／m^2,表层土壤无机碳积累明显,深层土壤呈现轻度积累,城区土壤无机碳空间分布变异系数降低。比较1980年前建城区、1980～2000年建城区．2000～2005年建城区与郊区土壤无机碳密度分布,城区土壤无机碳分布呈现富集。并且随建城区年限的延长,土壤无机碳积累渐趋显著,城市土壤无机碳分布的空间异质性降低。本项研究提供城市化进程中的土壤无机碳分布演变趋势信息,可为土壤固定碳潜力研究提供数据支持,也为推动中国城市生态系统碳循环研究提供参考。     

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.     

湖北宜城陆地生态系统碳储量特征及影响因素

陆地生态系统的固碳功能对于全球碳循环具有重要意义,而不同的陆地生态系统的有机碳分布特征又不尽相同。文章以湖北宜城市4种陆地生态系统为研究对象,分析了不同生态系统植被和土壤碳库的有机碳储量和碳密度空间特征,讨论了有机碳分布的影响因素。结果表明：(1)宜城市植被碳密度较低,乔木层碳密度为4.44 t/hm²(以C计,下同),碳储量为2.22×10⁵t。草灌层在不同陆地生态系统中的有机碳分布各不相同,草灌层在森林生态系统中的有机碳密度为2.88 t/hm²,碳储量为1.43×10⁵t,在草原生态系统中的有机碳密度为7.79 t/hm²,碳储量为1.1×10⁴t,在湿地生态系统中的有机碳密度为20.84 t/hm²,碳储量为3.4×10⁴t。(2)宜城市土壤有机碳的平均含量5.5 g/kg,1 m以上土壤平均密度为66.77 t/hm²,有机碳储量为1.13×10⁷t。0～20...     

黄土区农田和草地生态系统土壤呼吸差异及其影响因素

明确土地利用方式变化对土壤呼吸速率的影响,对预测黄土区退耕还草条件下的土壤碳循环变化具有重要的意义.于2010年7月～2011年12月,利用Li-8100系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测黄土高原沟壑区塬坡上相邻农田和草地的土壤呼吸速率,用以验证不同土地利用方式是否导致土壤呼吸速率的变化.结果发现,土地利用方式的改变导致了土壤呼吸速率的显著(P<0.05)变化,试验期间草地平均土壤呼吸速率[1.67μmol·(m2.s)-1]较相邻农田[1.35μmol·(m2.s)-1]提高24%(P<0.05),累积土壤呼吸草地(856 g·m-2)较农田(694 g·m-2)提高了23%(P<0.05).农田与草地的土壤温度差异显著,草地平均土壤温度(14.9℃)较农田(12.4℃)高2.5℃(P<0.05).农田和草地生态系统土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系(P<0.000 1).但农田和草地生态系统中土壤呼吸对温度响应存在本质差异(α=0.05),农田土壤呼吸的Q10(2.30)高于草地(1.74).土壤温度能够很好地解释农田和草地生态系统之间土壤呼吸的差异.     

川中丘陵地区近55年来农田生态系统植被碳储量动态研究——以四川省盐亭县为例

通过农田样方观测与实验分析获得主要农作物的含碳率、经济系数、果实水分系数,再根据盐亭县近55年来(1949~2004年)农作物产量与耕地面积的相关数据,估算了该区农田生态系统植被碳储量与碳密度的动态变化。结果表明,近55年来该区农田植被碳储量和植被碳密度都有一定程度的提高,具有碳汇效应;但植被碳储量和碳密度很不稳定。植被碳储量以大春作物为主(占总碳储量的70.80%);近期大春作物的比重略有下降,而小春作物所占比重则略有上升。今后该区应加强农田基本建设,维持农业生产和农田植被碳储量的稳定;改进农业生产技术和管理水平,提高作物单产、农田植被碳储量和碳密度;适度扩大水稻、马铃薯和油菜等作物的种植面积,稳定小麦播种面积。     

岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。     

降水变化对荒漠草原土壤呼吸的影响

全球气候变化使得降水格局发生显著改变.土壤呼吸作为土壤碳库向大气释放CO₂的重要途径,其对降水变化的响应可能会影响陆地生态系统碳循环进程,并对全球气候变化产生反馈作用,但目前关于土壤呼吸对降水变化的响应没有一致的结论.以黄土高原西部荒漠草原为对象,通过野外降水控制实验减水40%（-40%）、减水20%（-20%）、自然降水、增水20%（20%）和增水40%（40%）,探究降水变化对土壤呼吸动态的影响及其与土壤含水量、土壤温度、地上生物量、土壤有机碳、微生物量碳和碳氮比（有机碳总氮比）等因素的关系.结果表明,在3 a期间不同降水处理下土壤呼吸的日变化呈现较一致的单峰和双峰模式.土壤呼吸随降水量的增加均呈增加趋势,且相较对照,土壤呼吸在降水控制实验第二年（偏湿年份）和第三年（偏干年份）表现出显著差异,表明降水变化对土壤呼吸产生了遗留效应.同时,相比对照,偏湿年土壤呼吸在-40%处理下显著最低,在40%处理下显著最高,土壤呼吸对减水处理的负响应强于对增水处理的正响应;偏干年土壤呼吸在增水处理下显著高于对照,且对增水处理的正响应明显强于减水处理.此外,土壤含水量、地上生物量、土壤有机碳和碳氮比是显著影响土壤呼吸的环境因子,且随降水量的增加而增加;土壤呼吸随土壤含水量、地上生物量、土壤有机碳和碳氮比的增加而增加,随微生物量碳的增加而减少,其中土壤含水量对土壤呼吸的解释率最高,这表明土壤含水量是控制荒漠草原区土壤呼吸的主要环境因子.无论在偏湿或偏干年份,降水变化下,植物生物量输入幅度均低于土壤呼吸输出幅度,表明降水变化可能不利于土壤碳固存,尤其偏干年份降水变化对碳库输出的影响更强.因此,荒漠草原区不同干湿年份降水变化对土壤呼吸的影响可能对生态系统碳循环过程产生不同的影响,进而为区域碳预算评估提供参考.     

中国湿地生态系统碳库对环境变化的响应分析

湿地作为全球最大的碳库之一,在全球碳循环中发挥着重要作用.而湿地碳库受到温度、降水量等环境因子的影响,所以评估多种环境因子的交互作用,对于深入理解和预测湿地生态系统不同碳库(植物、土壤和土壤微生物量)的碳储量变化至关重要.基于对42例1999-2019年发表文献研究数据的Meta分析,讨论了多种环境因子对湿地碳库的影响...     

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。     

江汉平原农田土壤有机碳分布与变化特点:以潜江市为例

以地处江汉平原腹地的潜江市农田土壤(水田、旱地)为研究对象,于2011年实地采样分析表层土壤(0~20 cm)有机碳的分布现状,并对比第二次土壤普查(1983年)资料,探讨28 a来江汉平原农田土壤有机碳的分布与变化特点.结果表明,2011年潜江市农田表层土壤有机碳密度为30.50 t·hm-2,碳储量为452.82×104t,与1983年相比有明显下降,下降速率分别为0.10 t·(hm2·a)-1和1.53 t·a-1,碳储量共损失了9%.两个时期水田土壤有机碳密度均明显高于旱地土壤,分别是旱地土壤的1.6倍和1.3倍,但是经过28年的常规耕作管理,水田土壤有机碳密度呈下降趋势,下降速率为0.23 t·(hm2·a)-1,导致的有机碳损失为52.83×104t,损失比例达16%;而旱地土壤有机碳则以0.05 t·(hm2·a)-1的速率缓慢增长,碳储量共增加了8.57×104t,增加比例为5%,远不能抵消水田土壤的有机碳损失.水田土壤碳储量的损失主要来自于低产潜育型水稻土碳密度的大幅下降所致(尽管其所占面积比例较小),其碳损失量占水田碳损失量的比例达80%;其次为占水田面积比例最大的潴育型水稻土,其碳损失量占水田碳损失量的15%.旱地土壤碳储量增长缓慢,完全来自于面积占96%的灰潮土有机碳密度的增长.因此,江汉平原区水田土壤有机碳的变化决定了农田土壤有机碳的整体动向,今后需着力提升有机碳下降迅速的低产水田以及面积较大的土壤类型的有机碳积累和固持能力.     

黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a 来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明：1990-2010 年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm^-2·a^-1,年均土壤保持总量为190×10⁸ t。1990-2000 年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285 和640 t·hm^-2·a^-1,2000-2010 年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990-2000 年不同,2000-2010 年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。     

垃圾填埋场成城市最大碳库

近年来,以全球变暖为主要特征的气候变化使碳循环成为研究热点,而城市作为人为碳排放的主要发生区域,城市碳循环的研究也越来越受重视。城市碳循环包括碳的输入和输出,碳的输入主要是以食物、能源、产品等形式进入城市生态系统,经过代谢,一部分固定在城市生态系统中,形成城市碳库,另一部分返回到自然生态系统。过去的城市碳循环研究主要关注碳排放,随着城市碳循环系统整体研究的开展,城市碳储存逐渐得到关注。