川中丘陵紫色土区农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20 cm耕层土壤有机碳密度为111~426 kg/m2,平均值为266 kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为345和234 kg/m2,均低于全国平均值;全县20 cm深度土壤有机碳总储量250×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为153×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

川中丘陵典型农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20cm耕层土壤有机碳密度为1.11~4.26kg/m2,平均值为2.66kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为3.45和2.34kg/m2,均低于全国平均值;全县20cm深度土壤有机碳总储量2.50×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为1.53×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

洞庭湖区不同利用方式下农田土壤有机碳含量特征

土地利用方式是影响土壤有机碳含量和动态的重要因子之一。其利用方式的改变必将引起土壤有机碳含量发生相应的变化。在洞庭湖腹地选取典型样区,通过调查走访和密集取样,分析了不同土地利用方式（旱地、水旱轮作地、一季稻水田和双季稻水田）下623个农田耕层土样有机碳含量。结果表明,研究区内土壤有机碳含量高低顺序为双季稻水田（28.12 g/kg） > 一季稻水田（27.03 g/kg） > 水旱轮作地（24.79 g/kg） > 旱地（17.96 g/kg）,其差异均达到极显著水平（P < 0.01）。土地生产力、秸秆还田量和土壤水文状态是导致不同利用方式下耕层土壤有机碳含量差异的主要原因。进一步分析表明：加强作物秸秆还田（土）、提高土地复种指数、增加地表覆盖是维持和提高洞庭湖区耕作土壤有机碳含量的可行措施,尤其是旱作土壤。     

长江三角洲地区土壤有机碳库研究

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响。基于新近完成的1：250 000多目标地球化学调查及相关研究成果,运用地理信息系统软件ARCGIS 9.2、统计软件SPSS13.0,对长江三角洲地区0~20、0~100、0~180 cm深度土壤有机碳密度及储量作出实测统计。结果表明:长江三角洲地区0~20 cm土壤有机碳库储量为238.65 Tg,有机碳密度为3.28±0.92 kg/m2,各类型土壤有机碳密度均值介于2.63~3.57 kg/m2;0~100 cm土壤有机碳库储量为822.76 Tg,有机碳密度为11.30±3.48 kg/m2,各类型土壤有机碳密度均值介于9.35~11.94 kg/m2;0~180 cm土壤有机碳库储量为1 245.72 Tg,有机碳密度为17.11±7.04 kg/m2,各类型土壤有机碳密度均值介于14.27~18.00 kg/m2。与第二次土壤普查比较,全区0~20、0~100cm土壤有机碳密度均值都表现为上升趋势,有机碳库储量增加,土壤表现为碳汇功能。提供了新的土壤碳库实测统计信息,为研究中国区域土壤碳固定潜力、深入全面理解区域碳循环提供基准数据。     

江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应

运用地统计学、地理信息系统、方差分析和回归分析相结合的方法,研究江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应,尺度分为省域尺度、完整地貌单元尺度和完整地貌单元相对应的县域尺度。结果表明：(1)不同尺度下耕地土壤有机碳均值差异显著,变异系数基本不变;(2)从县域尺度到地貌单元尺度再到省域尺度,块金效应值和空间自相关距离呈增大趋势;(3)不同尺度土壤有机碳空间分布级别和面积比例差异明显,小尺度插值图信息更丰富;(4)方差分析和回归分析结果表明秸秆还田、成土母质、土壤类型、高程和土壤侵蚀对土壤有机碳空间变异存在显著影响,但不同尺度下影响程度有所差异。秸秆还田和土壤类型对土壤有机碳空间变异的影响不存在尺度效应,成土母质、高程和土壤侵蚀对其影响存在尺度效应。结果可为详细地理解不同尺度下土壤有机碳空间变异及估测土壤有机碳密度提供一定的参考依据。     

上海土壤有机碳储量及其空间分布特征

区域土壤碳库的估算不仅是陆地土壤碳循环研究的重要内容,同时也可为国家尺度的土壤碳库的估算提供更多的数据支持。利用上海第二次土壤普查资料,结合GIS技术对上海土壤有机碳储量、碳密度及其空间分布格局展开研究,结果表明,上海地区0～100 cm深度的土壤有机碳总储量为576×107 t,占全国的0.062 6%,0～100 cm的平均土壤有机碳密度为1055 kg/m2,高于全国平均值,反映出上海土壤具有较高的碳蓄积能力。各类土壤中,水稻土的土壤碳储量最大,其次是灰潮土和滨海盐土,而黄棕壤由于面积狭小,所以土壤碳储量最小。各类土壤0～100 cm土壤有机碳密度的大小顺序依次为水稻土>灰潮土>黄棕壤>滨海盐土。从空间分布格局来看,上海土壤碳密度呈现为西高东低,在局部范围内还表现出高低相间,错综复杂的局面,这种分布规律在一定程度上体现了地形、微地貌、母质、土地利用方式等因素的影响。而快速的城市化引起的土地利用变化造成了土壤碳库的净碳损失量为39244万t,相当于2000年化石燃料产生的碳排放的9.86%,这表明在经济和城市快速发展地区,土地利用变化已经成为影响土壤碳库的重要驱动力。     

基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

红壤丘陵区土壤有机碳储量模拟

土壤的有机碳蓄积量及其动态变化,不仅是维持农业生产可持续发展的重要因素,而且在全球变化碳循环研究中具有重要地位.本文基于GIS技术和DNDC模型,以江西省余江县为例,模拟研究了典型红壤丘陵区不同土地利用方式下的土壤有机碳储量及其变化.结果表明:余江县表层土壤有机碳储量为3.52×109 kg,平均土壤有机碳密度为4.24 kg m-2.不同利用方式中,灌溉水田的土壤有机碳密度最高,其次是望天田、园地、林地和菜地,旱地的较低,草地的最低.该县土壤有机碳库的年度变化量为8.63×107 kg, 变化率为+2.45%.土壤有机碳密度下降的地区多位于农田区内,特别是旱地,部分灌溉水田的碳密度略有增加,林地、园地、草地的土壤有机碳密度是增加的,其中园地的增幅最大.在不考虑土壤流失的情况下,自然植被覆盖下的土壤碳截留能力强于农业植被下的土壤,但是灌溉、施肥、种植绿肥等保护性农业措施可以减少土壤碳的损失,甚至增加有机碳的储量.     

三峡库区主要森林植被类型土壤有机碳贮量研究

根据全国森林资源清查资料,按主要优势树种和分布面积将三峡库区主要森林植被划分为马尾松针叶林、栎类混交林、灌木林等11种主要森林植被类型。基于196个土壤剖面数据,分析了11种主要森林植被类型下土壤有机碳含量、碳密度大小和分配特征。研究发现,三峡库区主要森林植被类型下土壤有机碳含量和碳密度均存在较大差异,二者总体上都随土层加深而降低。11种主要森林植被类型中以杉木针叶林土壤有机碳密度最大,达16.0 kg/m2,温性松林下土壤碳密度最小,仅为7.9 kg/m2。不同植被类型下土壤有机碳贮量在土层中的分配比例也不同,以灌木林和柏木林土壤碳贮量在土层间的差异最大。11种主要森林植被类型土壤平均厚度为56.3～98.5 cm,其中杉木针叶林土壤最厚,达98.5 cm,灌丛土壤最薄,平均厚度仅56.3 cm。三峡库区11种主要森林植被类型总面积为3 313 251 hm2,土壤总有机碳贮量为 366.36 t,其中0～10、10～20、20～40和＞40 cm土层分别占22.90%、18.36%、28.33%和30.41%。     

鄱阳湖生态区长期施肥对稻田土壤碳汇效应与固碳潜力的影响

在施肥条件下确定平衡状态时,土壤有机碳含量水平对于正确评价土壤的固碳潜力和制定合理的有机物质分配措施具有重要意义。分析了前人研究的江西省有机碳储量数据并采用Jenny模型对长期不同施肥下有机碳动态数据进行模拟。结果表明,鄱阳湖生态区有机碳储量占全省的46%,以鹰潭地区最高,九江地区最低。施肥明显增强了土壤的碳汇作用,单施有机肥或有机无机肥配施（70F+30M、50F+50M、30F+70M、NPKM、NPK+S、NPK+P和NPK+C）处理的土壤有机碳含量明显高于施化肥处理,以南昌县的30F+70M、进贤县的NPKM和余江县的NPK+P处理最高,其平衡时有机碳含量和固碳潜力分别较施化肥处理提高了3061%和6115%、3017%和5496%、3826%和7479%。因此,提高鄱阳湖生态区农田有机碳密度和固碳潜力最有效方法是有机无机肥配施,其配施方式以猪粪配施化肥相对最好,配施比例以70%有机肥配施30%化肥为宜     

Global estimates of soil carbon sequestration via livestock waste: a STELLA simulation

It has become increasingly well documented that human activities are enhancing the greenhouse effect and altering the global climate. Identifying strategies to mitigate atmospheric carbon dioxide emissions on the national level are therefore critical. Fossil fuel combustion is primarily responsible for the perturbation of the global carbon cycle, although the influence of humans extends far beyond the combustion of fossil fuels. Changes in land use arising from human activities contribute substantially to atmospheric carbon dioxide; however, land use changes can act as a carbon dioxide sink as well. A soil carbon model was built using STELLA to explore how soil organic carbon sequestration (SOC) varies over a range of values for key parameters and to estimate the amount of global soil carbon sequestration from livestock waste. To obtain soil carbon sequestration estimates, model simulations occurred for 11 different livestock types and with data for eight regions around the world. The model predicted that between 1980 and 1995, United States soils were responsible for the sequestration of 444–602 Tg C from livestock waste. Model simulations further predicted that during the same period, global soil carbon sequestration from livestock waste was 2,810–4,218 Tg C. Our estimates for global SOC sequestration are modest in proportion to other terrestrial carbon sinks (i.e. forest regrowth); however, livestock waste does represent a potential for long-term soil carbon gain. SOC generated from livestock waste is another example of how human activities and land use changes are altering soil processes around the world. Readers should send their comments on this paper to: BhaskarNath@aol.com within 3 months of publication of this issue.     

Soil organic carbon dynamics of croplands in European Russia: estimates from the “model of humus balance”

The Model of Humus Balance was used to estimate the influence of climate effects and changing agricultural practices on carbon (C) levels in soddy–podzolic soils in the Russian Federation for the years 2000–2050. The model was linked with a spatial database containing soil, climate and farming management layers for identification of spatial change of C sequestration potential. Analysis of relationships between C, soil texture and climate indicated that compared with a business-as-usual scenario, adaptation measures could increase the number of polygons storing soil organic carbon (SOC) by 2010–2020. The rate of possible C loss is sensitive to the different climate scenarios, with a maximum potential for SOC accumulation expected in 2030–2040, thereafter decreasing to 2050. The effect is most pronounced for the arid part of the study area under the emission scenario with the highest rate of increase in atmospheric CO₂ concentration, supporting findings from the dynamic SOC model, RothC. C sequestration during the study period was permanent for clay and clay loam soils with a C content of more than 2%, suggesting that C sequestration should be focused on highly fertile, fine-textured soils. We also show that spatial heterogeneity of soil texture can be a source of uncertainty for estimates of SOC dynamics at the regional scale. Figures in color are available at     

长江中上游防护林体系森林植被碳贮量及固碳潜力估算

基于“八五”期间长江中上游流域各省的森林资源调查资料，结合经典的材积源生物量法估算了长江中上游防护林体系生物量碳密度和碳贮量，并根据不同树种生物量-生产力回归关系推算了该地区当前的固碳潜力。结果表明：长江中上游地区森林平均碳密度为2575 t/hm2；碳贮量为1 39459 Tg (1 Tg = 1012 g)，其中林分（包括经济林）碳贮量为1 20430 Tg，灌木林为13437 Tg，竹林为5592 Tg，三者分别占总碳贮量的8636%、963%和401%。整个防护林体系森林植被的固碳潜力为36856 Tg/a。位于本区西部的四川盆地嘉陵江流域和西部高山峡谷区，其森林碳密度、碳贮量和固碳潜力较高，而东部地区的川鄂山地长江干流、鄱阳湖水系以及洞庭湖水系相对较低，因此，长江中上游森林碳密度、碳贮量和固碳潜力总体上呈现自西向东逐渐降低的趋势。     

Evaluation of carbon stock variation in Northern Italian soils over the last 70 years

Carbon (C) sequestration in soils is gaining increasing acceptance as a means of reducing net carbon dioxide (CO₂) emissions to the atmosphere. Numerous studies on the global carbon budget suggest that terrestrial ecosystems in the mid-latitudes of the Northern Hemisphere act as a large carbon sink of atmospheric CO₂. However, most of the soils of North America, Australia, New Zealand, South Africa and Eastern Europe lost a great part of their organic carbon pool on conversion from natural to agricultural ecosystems during the explosion of pioneer agriculture, and in Western Europe the adoption of modern agriculture after the Second World War led to a drastic reduction in soil organic carbon content. The depletion of organic matter is often indicated as one of the main effects on soil, and the storage of organic carbon in the soil is a means of improve the quality of soils and mitigating the effects of greenhouse gas emission. The soil organic carbon in an area of Northern Italy over the last 70 years has been assessed In this study. The variation of top soil organic carbon (SOC) ranged from −60.3 to +6.7%; the average reduction of SOC, caused by agriculture intensification, was 39.3%. This process was not uniform, but related to trends in land use and agriculture change. For the area studied (1,394 km²) there was an estimated release of 5 Tg CO₂-C to the atmosphere from the upper 30 cm of soil in the period 1935–1990.     

长江三角洲地区土壤无机碳库研究

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响。研究基于最新完成的1〖DK〗∶250 000多目标地球化学调查及相关研究成果,运用地理信息系统软件ARCGIS 92、统计分析软件SPSS130,对长江三角洲地区0~20、0~100、0~180 cm深度土壤无机碳密度及储量做出实测统计。长江三角洲地区0~20、0~100、0~180 cm深度土壤无机碳库储量分别为5099、35647、67726Tg,无机碳密度分别为070、490、930 kg/m2。研究区主要分布土壤为水稻土、潮土,水稻土0~20、0~100、0~180 cm深度土壤无机碳密度分别为057、385、886 kg/m2;潮土无机碳密度分别为117、854 、1537 kg/m2。研究提供最新的土壤无机碳库实测统计信息,弥补中国区域土壤无机碳库清单的空白,完善了中国区域土壤碳库清单,为研究中国区域土壤碳固定潜力、深入全面理解区域碳循环提供了基准数据.     

长江中上游防护林体系森林植被碳贮量及固碳潜力估算

基于“八五”期间长江中上游流域各省的森林资源调查资料,结合经典的材积源生物量法估算了长江中上游防护林体系生物量碳密度和碳贮量,并根据不同树种生物量-生产力回归关系推算了该地区当前的固碳潜力。结果表明：长江中上游地区森林平均碳密度为2575 t/hm2;碳贮量为1 39459 Tg (1 Tg = 1012 g),其中林分（包括经济林）碳贮量为1 20430 Tg,灌木林为13437 Tg,竹林为5592 Tg,三者分别占总碳贮量的8636%、963%和401%。整个防护林体系森林植被的固碳潜力为36856 Tg/a。位于本区西部的四川盆地嘉陵江流域和西部高山峡谷区,其森林碳密度、碳贮量和固碳潜力较高,而东部地区的川鄂山地长江干流、鄱阳湖水系以及洞庭湖水系相对较低,因此,长江中上游森林碳密度、碳贮量和固碳潜力总体上呈现自西向东逐渐降低的趋势。     

Estimation of Soil Carbon Gains Upon Improved Management within Croplands and Grasslands of Africa

Many agro(eco)systems in Africa have been degraded as a result of past disturbances, including deforestation, overgrazing, and over exploitation. These systems can be managed to reduce carbon emissions and increase carbon sinks in vegetation and soil. The scope for soil organic carbon gains from improved management and restoration within degraded and non-degraded croplands and grasslands in Africa is estimated at 20–43 Tg C year^?1, assuming that 'best' management practices can be introduced on 20% of croplands and 10% of grasslands. Under the assumption that new steady state levels will be reached after 25 years of sustained management, this would correspond with a mitigation potential of 4–9% of annual CO₂ emissions in Africa. The mechanisms that are being put in place to implement the Kyoto Protocol - through C emission trading - and prevailing agricultural policies will largely determine whether farmers can engage in activities that enhance C sequestration in Africa. Mitigation of climate change by increased carbon sequestration in the soil appears particularly useful when addressed in combination with other pressing regional challenges that affect the livelihood of the people, such as combating land degradation and ensuring food security, while at the same time curtailing global anthropogenic emissions.