2011-2020年汾渭平原农田生态系统碳足迹的时空格局演变

农田是重要的温室气体排放源,同时也是陆地生态系统的重要碳汇。充分认识我国重要粮食生产基地——汾渭平原的碳库潜力,深入了解汾渭平原农业活动的碳排放特征,可为汾渭平原产业结构调整和区域可持续发展提供基础信息。通过收集2011-2020年汾渭平原农田生态系统农业投入要素及作物产量数据,解析了汾渭平原农田生态系统的碳源/碳汇及碳足迹时空变化及影响因素,核算了汾渭平原农田生态系统的碳生态盈余/赤字。2011-2020年,汾渭平原碳排放总量从3.78×10⁶ t先升高至4.16×10⁶ t后逐步下降到3.72×10⁶ t,单位播种面积碳排放呈上升趋势,最高达0.880 t·hm^-2,两者均呈现西部高于东部、中心高于边缘的分布格局,而化肥使用是碳排放的主要因素(碳排放总量年均贡献率达58.8%),其所贡献的碳排放量与总碳排放量的变化趋势大体一致。汾渭平原碳吸收总量从2.48×10⁷ t先升高到2.69×10⁷ t后下降至2.38×10⁷ t,空间分...     

南川市三泉镇岩溶区农田生态系统有机碳密度

通过在重庆南川市三泉镇岩溶区选取样地进行植被样方观测、植被与土壤样品采集与实验分析,进而计算和讨论该区不同土地利用方式下农田生态系统植被碳密度、土壤有机碳密度和农田生态系统总有机碳密度.结果表明不同土地利用下农田生态系统无论是植被有机碳密度.土壤有机碳密度,还是整个农田生态系统有机碳密度都存在十分明显的差异.在4种农田生态系统土地利用类型中,冬水田的有机碳密度最高,两季田次之,旱地和菜地有机碳密度最低.而且土壤有机碳在农田生态系统有机碳密度的组成中占主导地位(占90%以上).因此,进一步发展生态农业,搞好生态环境建设,维持农田生态系统土壤有机碳储量的稳定是该区土地合理利用和农田生态系统碳减排的首要任务.同时通过改进耕作制度和措施,提高农业生产水平;不断探索农作物秸杆的综合利用,增加农田生态系统有机碳的滞留时间等措施也是农田生态系统碳减排的有效途径之一.     

2001-2020年内蒙古植被碳源/碳汇时空动态及对气候因子的响应

掌握植被动态及其对气候变化的响应,对于提升全球变化背景下陆地生态系统的固碳能力至关重要。内蒙古作为中国北方的重要生态屏障,是气候和生态系统最为多样化的省份之一。虽然已有研究表明植被碳源/碳汇与气候变化密切相关,但这种响应在生态脆弱且包含多种生态过渡带与植被类型的内蒙古,是否存在及如何响应尚不清楚。以净生态系统生产力(NEP)为固碳评估指标,基于遥感植被指数数据、土地覆被数据和气象观测数据,采用净初级生产力和土壤呼吸模型估算了2001-2020年内蒙古植被碳源/碳汇,并通过实测数据验证,重点研究了不同植被类型NEP的时空变化及其对降水、温度和太阳辐射等3种典型气候因子的响应。结果表明,(1)内蒙古植被碳源/碳汇有明显的时空异质性,植被NEP由东北向西南逐渐降低,平均NEP为C 61.2 g·m^-2;不同植被类型的NEP有显著差异,森林、草地和耕地的年均NEP分别为C 270g·m^-2、54.7 g·m^-2、140 g·m^-2。(2)2001-2020年,内蒙古陆地生态系统碳汇呈上升趋势,但存在一定波动...     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳＂汇＂功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳＂源＂的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物（底物、pH、温度、氧化还原条件）等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-150 mV是产甲烷菌产生甲烷的最高电位。总体上,由于湿地生态系统的复杂性和碳吸收与排放过程的复杂,以上这些因子相互作用,且在一定条件下会相互转化。最后针对如何充分发挥湿地生态系统的碳＂汇＂功能,控制湿地向碳＂源＂转化的条件措施方面进行了讨论,包括间歇灌溉、种植多年生草本植物或木本植物等来增强湿地的固碳能力。     

湿地生态系统碳汇与碳源过程的控制因子和临界条件

湿地生态系统由于其自身的结构组分特征,已成为地球表层系统中最为重要的碳汇。但是近年来对于湿地系统的不合理开发利用、降水减少等原因使其碳汇功能减弱,湿地的碳蓄积能力下降且有转变为碳源的趋势。文章从湿地生态系统的水份、植物类型、土壤厚度、微生物(底物、pH、温度、氧化还原条件)等方面总结了影响湿地碳汇/源过程的控制因子和临界交替条件。湿地水位的高低决定湿地的氧气环境,与甲烷产生量成正相关,但却与二氧化碳产生量有一定的负相关关系。湿地植物通过通气组织与根系分泌物等影响湿地碳的吸收与排放通量,湿地植株的高度、覆盖率等也是影响湿地作为碳汇与碳源的重要因素。不同深度土层由于其产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性不同导致各个土层碳吸收、排放通量的差异,通常浅层土壤中的CO2、CH4的产生率高于深层土壤。微生物的活跃程度直接影响到湿地碳的吸收与排放,影响活跃程度的因素包括湿地底物、pH、温度与氧化还原条件等。湿地底物浓度的增加会在一定程度上提高甲烷的产生率,中性或者是弱碱性环境是产甲烷菌的最适宜条件,在一定范围内温度越高,甲烷产生量越大,而温度对于二氧化碳的影响则是通过改变光合作用来实现。氧化还原电位与甲烷产生量成负相关关系,-...     

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。     

不同灌溉方式冬小麦农田生态系统碳平衡研究

全球气候变暖趋势明显,陆地生态系统碳循环的研究成为目前的研究热点,而农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,由于农田生态系统是受人类强烈调节与控制的复合系统,其碳循环受各类农作措施的影响极大。新疆地处干旱区,水分条件是农田碳循环的最重要限制因子。为此,分析不同灌溉方式对冬小麦（Triticum aestivuml）农田生态系统碳平衡的影响,从而提出有利于新疆冬小麦生产的固碳减排的灌溉方式。试验于2012—2013年在伊宁县科技示范园冬小麦试验田进行,选择伊农18冬小麦品种为供试材料,确定滴灌和漫灌为两个试验主因子并设置小区。试验自冬小麦返青开始至完全成熟结束,期间平均每7天采1次样,其中用典型样株法采集小麦植株,分根、茎、叶等不同器官单独烘干测定植株固碳量;用静态钠石灰吸收法测定冬小麦土壤呼吸;收集整理已发表国内外文献中的各类碳排放参数确定本研究中所需参数;采用王小彬的碳平衡计算方法分析不同灌溉方式农田生态系统碳平衡,据此对滴灌和漫灌两种灌溉方式的冬麦农田作物生物量固碳、土壤碳排放量和作物生产过程中物质投入的间接碳排放量,以及两种灌溉方式下冬麦农田生态系统净碳值进行分析。试验结果表明：滴灌条件下冬麦农田生态系统小麦的固碳量、土壤碳排放总量分别比漫灌小麦的高出15.38%和11.43%,冬小麦穗是差异形成的主要原因;而农业生产资料排碳总量比漫灌少排3.88%;但无论是滴灌还是漫灌,耗电碳排放量均占农业生产资料碳排放总量的59%以上,是农业生产资料碳排放的第一大来源。两种灌溉方式下冬小麦田生态系统的净碳值均呈现出固碳并存在显著差异（p〈0.01）,且滴灌冬麦农田生态系统净碳值比漫灌高25.39%。因此,新疆冬小麦生产中采用滴灌方式更有利于农田生态系统的固碳,     

基于MODIS GPP/NPP数据的三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量时空变化研究

陆地生态系统碳循环研究是全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,准确地评估陆地生态系统碳储量和碳汇量是估算未来大气 CO2浓度,预测气候变化及其对陆地生态系统影响的关键。已有相关研究多集中于对区域生态系统碳储量和碳汇量的量的估算,而缺乏针对时间尺度上的变化过程的分析,以及对变化特征空间差异性的分析。本研究基于MODIS NPP数据,结合土地利用数据及土壤有机碳密度分布数据,对三江源地区2000─2010年草地生态系统碳储量时空变化特征进行了分析,同时,基于MODIS GPP数据及China FLUX和America FLUX数据,建立草地生态系统呼吸估算模型,对其碳汇量的时空变化特征进行了分析,以期明确该地区的碳储存能力及其变化过程,为该区域草地生态系统保护和管理提供科学依据。研究结果表明：（1）三江源地区草地生态系统总碳储量为53.38×108 t,平均碳密度为14.94 kg·m-2（以C计）。土壤和植被碳储量分别为53.07×108 t和0.31×108 t,平均碳密度分别为14.85 kg·m-2和86.77 g·m-2。（2）近10多年来,三江源地区草地生态系统多年平均碳汇量为0.4×108 t,单位面积平均碳汇量为86.80 g·m-2·a-1（以C计）,表明该地区草地生态体统是一个碳汇。（3）2000年以来,三江源地区草地生态系统总碳储量及总碳汇量均呈波动增加趋势,碳汇功能有所增强。（4）三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量的空间分布格局及其变化趋势的空间分布均呈现明显的空间差异性。（5）MODIS GPP/NPP数据能够支撑较大尺度草地生态系统碳储量及碳汇量格局与变化趋势分析,较传统方法更为便捷高效。     

中国主要沿海地区鱼/贝类中PBDEs暴露水平现状、特征和发展趋势

多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是一种溴代阻燃剂,稳定性强,并具有生物蓄积性和长距离迁移特性.海洋环境是疏水性PBDEs的全球汇集点,自本世纪初研究者在海洋生物中陆续发现了PBDEs.本文分析了近16年来我国环渤海,东部沿海及南海北部三个沿海地区鱼/贝类中PBDEs的暴露水平现状及分布特征.现有的研究结果表明:环渤海、东部沿海以及南海北部地区鱼类中PBDEs总体暴露含量差异显著,分别为0.56—215.81 ng·g^-1lw(脂重)、ND—77.0 ng·g^-1lw和ND—167 ng·g^-1lw;贝类样品PBDEs含量最高为渤海莱州湾地区230—720 ng·g^-1lw,其次是浙江台州地区58.33—78.98 ng·g^-1dw(干重);渤海沿岸鱼类中PBDEs浓度呈现上升的趋势,南海北部鱼类中的PBDEs浓度呈下降趋势,东部沿海地区鱼类体内PBDEs浓度没有明显变化;3个沿海区鱼类中PBDEs的同系物暴露特征总体表现为低...     

中国沿海地区植被NDVI时空变化及驱动力分析

研究植被变化对区域生态修复具有重要意义。以中国沿海地区为例,基于归一化植被指数（NDVI）和降水、夜间灯光等自然和人为因子数据,运用Theil-Sen Median趋势分析+Mann-Kendall检验、最优参数地理探测器（OPGD）、相关分析和Hurst指数,多时空尺度探讨了中国沿海地区植被NDVI时空变化规律及其驱动力。结果表明：1)2001-2020年研究区植被状况较好,NDVI多年均值为0.762,具体到各分区,东北沿海的NDVI均值最高,其次是华南沿海,华东沿海和华北沿海;全区NDVI逐年变化率为0.019/10 a(P<0.01),不同分区的上升趋势从大到小为华南沿海、东北沿海、华北沿海和华东沿海,区域内植被状况不断改善,退耕还林还草和沿海防护林等生态工程效益不断显现;2）夜间灯光指数在全区各个因子中的解释力最大（q值为0.354）,人为因素对NDVI的解释力明显大于自然因素,其对植被恢复产生了积极影响,并且随时间推移逐渐增强;3）两因子结合后的解释力大于单因子,表现为双因子增强和非线性增强。在全区范围内,影响最大的一对交互作用为土壤类型∩夜间灯光,其他分区则为日照时...     

我国农田土壤碳氮耦合特征的区域差异

利用中国第2次土壤普查数据,分析了稻作和旱作方式下农田耕层土壤有机碳和全氮特征及其区域差异。结果表明,水田土壤有机碳和全氮含量分别为旱地的147.8%和145.5%,但水田碳氮含量的区域变异低于旱地。全国水田和旱地土壤有机碳氮比值分别为10.8和9.9,各区域水田土壤碳氮比值普遍高于旱地,其中东北水田最高,而华东旱地和西北旱地最低。旱地碳氮比值的区域变异显著,水田则不显著。农田耕层土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关,除华北地区外,各区域无论水田还是旱地其碳氮含量之间相关系数都超过0.8,达极显著水平。由此可见,我国农田耕层土壤有机碳和全氮含量之间存在显著耦合关系,而且不同利用方式和区域之间差异显著;相同氮水平下,水田土壤可能储存更多的有机碳。     

天津市滨海地区围海新造地生态系统重建

以生态学相关理论为理论指导，提出了一种综合生物工程技术、土壤工程技术和咸水淡化技术的生态系统重建方法及其在天津滨海地区围海新造地的应用。     

中国农田N_2O排放量的估算

排放量估算是温室效应气体研究的重要内容。本文论述了影响农田Ｎ２Ｏ排放量估算准确性的因素，讨论如何提高农田Ｎ２Ｏ排放量估算的准确性，并估算了中国农田Ｎ２Ｏ排放总量。     

利用农田系统中源汇型景观组合控制面源磷污染

通过田间调查、采样分析和小区试验,研究浙江省农田系统中源汇型景观组合及其控制面源磷污染的效果.调查表明,浙江省农田系统中源、汇配置的景观类型主要有:蔬菜地 - 稻田系统、蔬菜地 - 茭白田系统、桑园地 -稻田系统、旱地 - 稻田系统、高施肥稻田 - 低施肥稻田系统、农地(稻田、旱地) - 多塘系统、农地(稻田、旱地) - 植草水道(泥质排水沟)等.不同利用方式农田排水中磷含量有较大的差异,总磷平均含量为桑园>蔬菜地>稻田、小麦田、油菜田>休闲地>茭白田.小区试验表明,利用蔬菜地(旱地) - 稻田 - 茭白系统、蔬菜 - 稻田系统、桑园 - 稻田系统和蔬菜地 - (多)水塘系统可明显降低磷流失.建议对某些养分流失严重的农业流域,通过调整土地利用方式和增加养分汇型景观面积来控制农业面源污染.     

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。     

紫色土丘陵区农用地土壤水分动态变化规律研究

依据定位观测数据,对紫色土丘陵区农用地土壤水分的动态变化规律进行了初步研究。结果表明,该区农用地土壤水分的季节变化主要受降水、蒸发和土地利用状况的影响,呈现出明显的三峰三谷型;垂直梯度变化由于受降雨入渗分布与土壤水分向上蒸发的综合作用,基本表现为增长型。并利用标准差和变异系数对土壤水分的垂直梯度变化进行了具体描述和层次划分。最后,通过分析该地区典型农作物及其不同栽培方式对农用地土壤水分的影响,认为优化农作物栽培方式是提高紫色土丘陵区农用地土壤水分利用效率和减少水土流失的有效途径。     

云南省会泽县农田土壤中全氟化合物污染特征研究

为探究云南省会泽县农田土壤中全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)的污染特征及其潜在来源,2015年6月采集云南省会泽县农田土壤42份,利用高效液相色谱-串联质谱仪(HPLC-MS/MS)分析了11种PFCs的含量水平。结果表明,云南省会泽县农田土壤中全氟己酸(perfluorohexanoic acid,PFHx A)、全氟庚酸(perfluoroheptanoic acid,PFHp A)和全氟己烷磺酸(perfluorohexane sulfonate,PFHx S)均未检出,其余8种PFCs(ΣPFCs)的平均含量水平为0.392 ng·g-1,含量范围为0.298~0.998ng·g-1。全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)和全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)是最主要的PFCs,相对百分含量范围为45.93%~81.86%,其平均含量水平分别为0.116 ng·g-1和0.120 ng·g-1。与国内其他地区土壤中PFCs的含量水平相比,云南省会泽县农田土壤中PFCs含量水平低于上海,与广州、深圳、东莞、安徽、中国东部农村等地区土壤中PFCs的含量相当。主成分分析结果表明,以全氟癸酸(perfluorodecanoic acid,PFDA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟十三酸(perfluorotridecanoic acid,PFTr DA)为主要标志物的2个主成分可以解释云南省会泽县农田土壤中73%的ΣPFCs。工业活动、大气沉降及长距离传输为云南省会泽县农田土壤中PFCs的主要来源。