城市土壤碳循环特征研究进展

由于城市化进程的加速,与人类活动密切相关的城市土壤成为陆地生态系统的重要组成部分.城市土壤碳循环作为城市土壤的重要过程,逐渐成为探讨城市生态系统与全球变化关系的重要介质.文章综述了城市土壤碳储量特征、微生物对城市土壤碳循环的影响及城市土壤的碳管理.概青之,城市土壤碳储量分布具有空间和时间的差异性;自然因素与人为因素均对城市土壤碳储虽有重要影响;城市诸多代谢过程相互作用可以通过影响土壤微生物进而影响土壤有机碳的转化过程.同时,作为城市生态系统的重要组成部分,城市土壤的碳管理有助于提高城市土壤的生态服务功能,也有利于城市生态系统的可持续发展.文章分析认为,城市土壤碳循环与城市生态系统其他功能的相互作用将是今后研究的主要方向.     

深圳福田秋茄红树林生态系统碳循环的初步研究

滨海红树林的生产力极高,在全球碳循环中占有重要地位,但是其碳循环的系统测定却鲜见报道。以深圳福田秋茄林为研究对象,2011年4月-2012年4月对内滩天然林、中滩和外滩人工林的植被、凋落物、粗木质残体、土壤的碳密度和净增量,以及植被和土壤呼吸进行了实际观测,并探讨了土壤有机碳来源,初步构建了秋茄林沿不同滩位的生态系统碳循环模式。结果表明,深圳福田秋茄林的碳密度在234.58～694.46 t.hm^-2之间,其中植被碳密度为44.54～239.51 t.hm^-2,凋落物和粗木质残体碳密度为2.02～24.56 t.hm^-2,土壤碳密度（深度为50 cm）为188.02～430.39 t.hm^-2,生态系统碳密度整体上表现为自内滩向外滩降低的趋势。在研究时段内,3个滩位的植被碳密度净增量为4.31～13.28 t.hm^-2.a^-1,凋落物和土壤碳密度没有显著变化。红树林的凋落物生成量为2.17～10.55 t.hm^-2.a^-1,约有49.94～94.01%通过食草动物、冲入海洋和腐烂分解等途径消耗。植被呼吸量为2.20～12.08 t.hm^-2.a^-1,土壤微生物的异氧呼吸量为0.25～1.61 t.hm^-2.a^-1,甲烷排放为0.09～0.31 t.hm^-2.a^-1,土壤有机碳输入约18.99%～44.43%来自植被内源输入,其余来源于海洋碳输入。生态系统的总初级生产力介于8.68～35.91t.hm^-2.a^-1之间,约有47.38%～74.08%转变为净初级生产力（6.48～23.84 t.hm^-2.a^-1）。碳平衡分析表明,在研究时段内,内滩的天然林是个很大的碳汇,约20.08 t.hm^-2.a^-1,中滩和外滩的人工林碳汇量分别为9.98 t.hm^-2.a^-1和4.03 t.hm^-2.a^-1。相对于陆地森林,秋茄红树林有着显著的碳汇效益,在全球碳循环中起着不可忽视的作用。     

密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及变化模拟

农田土壤有机碳(SOC)库对粮食安全和全球气候变化具有重要影响,因此,开展农田土壤有机碳储量及其动态变化研究在政治经济和生态环境层面具有重要意义.采用农业生物地球化学模型--DNDC对密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及其变化进行模拟研究,首先应用当地实测结果进行模型验证,然后根据当地气候条件、土壤性质和现行农业耕作管理特点等建立GIS区域数据库,并在数据库的支持下进行区域模拟和分析.结果表明:2006年密云水库上游地区214 920 hm~2农田土壤(0～25 cm)的总有机碳储量为7 646×10~6 kg,其中位于河北省境内的该地区63.1%的农田储存了全区68.1%的SOC;平均每公顷农田SOC储量为35 576.1 kg,低于全国平均水平;由于化肥和有机肥投入的增加,经过1 a耕种后,2006年该地区农田SOC储量增加142.5×10~6 kg,整个地区及各区县农田土壤碳收支均为正,是大气CO_2的一个汇.情景分析表明,气温升高对该地区农田SOC积累具有显著的负效应;而提高秸秆还田比例、适量施用化肥、增施有机肥、增加灌溉和采取免耕方式等措施均能有效增加土壤有机碳的积累.     

秸秆还田条件下农田系统碳循环研究进展

秸秆还田是农田生态系统的固碳减排的一种措施,现已成为国内外学者研究的热点。本文在分析农田系统碳循环流通的基础上,将系统划分为土壤、植物和大气3个子系统,对秸秆还田条件下各个子系统中碳的流动变化情况进行讨论。在土壤子系统中,秸秆还田对土壤有机碳（SOC）、土壤矿化碳、土壤微生物碳（MBC）的变化都有作用。秸秆还田的初期可能会降低微生物利用碳源的能力,影响群落物种分布的均匀度,致使作物对碳、氮利用率下降;然而,长期的效应仍会增加土壤微生物的多样性和活性。研究亦认为秸秆还田特别是与有机肥配合使用,能够提高土壤有机碳的含量;对土壤有机碳矿化具有明显促进作用,但是对土壤原有的有机碳矿化影响尚不清楚。秸秆还田在植物子系统中的影响主要集中在植物光合碳变化。已有的研究表明秸秆还田对作物光合作用的影响表现为正效应;然而根际碳流通的变化尚不清楚。在大气子系统中,秸秆还田能够增强旱地耕作土壤的呼吸作用,促进CO2的排放;而淹水条件下,秸秆还田使土壤有机碳矿化受到了明显抑制,对CO2没有明显影响。与此类似,淹水条件促进CH4排放,排水良好可以减少CH4的释放。事实上对CH4的排放而言,水份的影响可能比秸秆还田所产生的影响更大。笔者认为秸秆还田后土壤有机碳流通变化机理,及根际碳的流通变化影响仍有待进一步解析。其次,农业机械使用所产生的 CO2气体在研究秸秆还田模式时也应被考虑在内。除此之外,秸秆还田这种减排措施（CO2）的减排潜力、适宜应用的区域、可能的协同作用和一些限制及不利因素还没有得到确切的评估,实施过程中应考虑社会和经济层面上的因素。     

气候变暖背景下森林土壤碳循环研究进展

由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林牛态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地牛物嘲表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面(土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库),综述了近10 a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点.参70     

湿地碳循环研究综述

湿地由于其巨大的碳库储存能力而成为碳循环研究的热点之一.从湿地CO_2/CH_4释放时空格局,CO_2/CH_4释放影响因子,碳"源""汇"评估及人类活动影响四个方而综述了国内外湿地碳循环方面的研究工作.认为当前对湿地碳排放过程各种潜在的影响因素比较清楚,但碳排放过程各种影响因子之间存在的交互作用有待于进一步深入研究.在进行不同湿地类型碳循环研究的同时,应加强包括微生物、植物根系等地下碳动态研究,加强碳、氮耦合研究.在评估人类活动对湿地碳循环的影响过程中,要综合考虑植被碳库、土壤碳库及土壤碳排的变化.另外,无论从认识不同湿地类型碳过程特征及机理的角度,还是从减少全球或区域碳收支估测不确定性的角度来看,加强数据缺乏地区的湿地类型的碳平衡及相关碳过程的研究都具有重要意义.     

黄土高原丘陵沟壑区小城镇建设的生态经济学意义及其特点

论述了小城镇建设与区域小流域治理之间的相互关系,阐明了小城镇建设在黄土丘陵沟壑区的生态经济学意义,即发展小城镇,不仅能促进和加快区域产业结构调整,缓解人口对土地的压力,有利于小流域生态环境的恢复和保护;而且还将大大提高流域的各种基础设施建设水平,加强流域与外部的经济活动联系,促进区域经济发展。进一步讨论了黄土丘陵沟壑区小城镇建设的特点:以小流域为基础的小城镇建设呈"袖珍型"发展状态;在很长一段时间内以加工业和制造业为主;建设中心城镇,加强区域小城镇之间的联系。     

中国农田生态系统土壤碳库的饱和水平及其固碳潜力

在利用反硝化-分解（DNDC）模型估算中国分县农田土壤碳库及其变化量的基础上，分析中国分省农田土壤碳库的饱和水平，估算各省市自治区农田土壤的固碳潜力，比较旱田与水田固碳能力的差异。结果表明：笔者所得到的中国农田土壤碳库的饱和水平可代表在1990年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下农田土壤经过耕种后所能达到的碳含量的平衡值，为农田选择土地利用方式、耕作栽培措施和施肥方式以固定更多的碳素提供依据。在分布上，中国农田土壤碳库的饱和水平以华北地区较低，以华北地区为中心向外呈辐射状递增。在1990年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下，中国农田土壤的固碳潜力为-0．969Pg。从单位面积的固碳潜力看，以西藏自治区最高，黑龙江省最低；从分布看，从南向北有逐渐递减的趋势。中国水田比旱田有更大的固碳能力。     

酸沉降对森林生态系统碳循环关键过程的影响研究进展

随着经济飞速发展与能源消耗快速攀升,中国已成为全球酸沉降最严重的地区之一.酸沉降能够引起地表植被破坏、土壤酸化等一系列的环境问题,在全球范围受到普遍关注.作为全球最重要的生态系统之一,森林生态系统受到酸沉降的深刻影响.本文通过分析国内外已发表的相关文章,综述酸沉降对森林生态系统碳循环关键过程的影响及可能的机理.(1)对...     

稻田综合种养模式对土壤生态系统的影响研究进展

稻田综合种养模式可实现稳产增收,粮渔共赢,同时也对稻田土壤生态系统产生了显著影响。该文总结了近年来国内外有关稻-鱼、稻-虾、稻-蟹、稻-鳖和稻-鸭等稻田综合种养模式的研究进展,分析了稻田综合种养模式对农田土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物和农田生态系统服务功能的影响及作用机制。结果表明,稻田综合种养模式降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度,改善了土壤团聚体的稳定性,增加了土壤养分含量;改变了土壤动物的丰度和群落结构,提高了土壤微生物的数量和活性,调节了微生物群落的组成和多样性;促进了农田生态系统的文化服务功能。然而,稻田综合种养模式也可能造成土壤潜育化、重金属污染等潜在风险。此外,不同的稻田综合种养模式对农田粮食供给和温室气体排放功能的影响各异。未来应进一步加强长期稻田综合种养模式对土壤物理、化学和生物学特性的影响研究;阐明不同稻田种养模式下土壤物质、能量和信息流过程以及土壤生态系统服务功能的差异及其作用机制;集成应用科学合理的稻田综合种养模式,实现农业的可持续发展。     

Estimation of soil carbon saturation and carbon sequestration potential of an agro-ecosystem in China

Soil is believed to be the most important sink for sequestering atmospheric carbon. Hence, estimating soil carbon sequestration potential has been carried out for different regions and agricultural practices. However, soil carbon saturation (SCS), a fundamental concept for estimating soil carbon sequestration potential, has not been estimated for countries or regions. In this study, we estimated SCS of agricultural land for most provinces in China for 1990 by the DNDC model, a carbon and nitrogen biogeochemical cycle model, in order to provide a basis for farmers to select the land use, tillage and fertilization regimes to sequester more carbon. The result showed that SCS was as low as 0.48% in Tianjin and up to 5.14% in Tibet. There was a positive correlation between SCS and the proportion of paddy field in a province. In 1990, cropland soil carbon sequestration potential (SCSP) in China was -0.969 Gt C (-2.706 to 0.767 Gt C). This suggests that agricultural soil will be a carbon source to the atmosphere if agricultural practices are not altered. However, SCSP differed between provinces in China. SCSP was highest in Tibet (7.9 t C ha-1) and lowest in Heilongjiang Province (-60.8 t C ha-1), with a gradual decrease from south to north in China.     

中国农田生态系统土壤碳库的饱和水平及其固碳潜力

在利用反硝化-分解(DNDC)模型估算中国分县农田土壤碳库及其变化量的基础上,分析中国分省农田土壤碳库的饱和水平,估算各省市自治区农田土壤的固碳潜力,比较旱田与水田固碳能力的差异。结果表明:笔者所得到的中国农田土壤碳库的饱和水平可代表在1990年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下农田土壤经过耕种后所能达到的碳含量的平衡值,为农田选择土地利用方式、耕作栽培措施和施肥方式以固定更多的碳素提供依据。在分布上,中国农田土壤碳库的饱和水平以华北地区较低,以华北地区为中心向外呈辐射状递增。在1990年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤的固碳潜力为-0.969 Pg。从单位面积的固碳潜力看,以西藏自治区最高,黑龙江省最低;从分布看,从南向北有逐渐递减的趋势。中国水田比旱田有更大的固碳能力。     

Simulation of soil carbon changes due to land use change in urban areas in China

Land use change can have a strong impact on soil carbon dynamics and carbon stocks in urban areas. Due to rapid urbanization, large areas of land have been paved, and other areas have undergone rapid land use change. Evaluation of the impact of urbanization on carbon dynamics and carbon stock (30 cm) has become an issue of urgent concern. The soil carbon dynamics, due to rapid land use change in Tianjin Binhai New Area of China, have been simulated in this paper using the RothC model. Because this area is saline, a modified version of RothC that includes a salt rate modifier provided more accurate simulations than the original model. The conversion to urban green land was not accurately simulated by either of the models because of the undefined changes in soil and plant conditions. According to the model, changes of arable to grassland resulted in a decline in soil carbon stocks, and changes of grassland to forest and grassland to arable resulted in increased soil carbon stocks in this area. Across the whole area simulated, the total carbon stocks in 2010 had decreased due to land use change by 6.5% from the 1979 value. By 2050, a further decrease of 21.9% is expected according to the 2050 plan for land use and the continuing losses from the soils due to previous land use changes.     

黄土丘陵区土壤水分空间分布差异性探讨

在对黄土丘陵区典型区域多点土壤水分调查数据的分析的基础上,系统总结了研究区土壤水分分布的区域性和地块性差异特征及其发生分异的主要因子。文章认为,降水格局是土壤水分具有南、北向逐渐增加的区域分布特征的主导因子。热量、地貌、植被等的不同组合使得土壤水分发生地块尺度的分异。地域尺度土壤水分表现为南部好于中部,中部好于北部。在地块尺度内,则由于地貌、植被、土地类型等因素,土壤水分一般表现为:坡下部>坡中部>坡上部;阴坡>半阴-半阳坡>阳坡;隔坡梯田好于梯田;植被不同会造成土壤水分利用型差异。由于影响土壤水分的因素之间存在复杂的关系,其分布的差异性随季节、土壤层深度等不同而在表现程度上具有差异性。这一研究对黄土丘陵区植被恢复中合理利用土壤水资源具有十分重要意义。     

宁南黄土高原不同土地利用模式对土壤的影响研究

宁南黄土高原采取退耕、还林、还草措施5年后,区域局部生态环境发生了较大变化。文章针对退耕后的典型土地利用方式,阐述了自然撂荒坡地、柠条(CaraganakorshinskiiKom.)灌木林地、坡耕地产生的土壤水热、养分效应,其结果对减少宁南黄土高原土壤养分流失、提高土地生产力和合理农业布局具有重要的意义。利用径流小区试验方法,研究结果表明:不同土地利用方式下土壤储水量的变化为单峰型,与雨量峰值相比,对应储水量略有滞后现象。土壤储水量整体表现为农耕地>自然荒坡>柠条林地。受植被类型影响,坡面土层温度为荒坡草地>柠条林地>农地。随坡度增加,自然荒坡土壤有机质有降低的趋势,相同坡度下(25°)自然荒坡土壤有机质平均为12.76g/kg,是农耕地、柠条林地的1.2倍和1.94倍。在3种土地利用方式下,全磷含量没有明显差异,坡耕地土壤速效磷、速效钾含量较高,柠条林地和自然荒坡速效磷、速效钾含量没有明显差异。不同土地利用方式下,Ca-P(钙结合态的磷酸盐)占无机磷总量的比例,达29.6%～59.07%,O-P(闭蓄态磷酸盐)最少,仅占4.73%～22.45%。土壤过氧化氢酶、与土壤全氮、有机质、碱解氮呈显著正相关。     

绿肥轮作对植烟土壤酶活性与微生物量碳和有机碳的影响

为探讨绿肥作物改良土壤的生态作用,试验以冬闲连作地为对照,在云南曲靖和晋宁烟草种植区,研究了小麦轮作收获后留根茬（20 cm左右）翻压后种植烟草（麦-烟）,紫花苕子收获后留根茬（30 cm左右）翻压后种植烟草（绿-烟）及豆类轮作（豆-烟）收获后根茬及秸秆全部移除地外种植烟草的4种轮作模式,结果表明：绿-烟和豆-烟复种模式下,植烟生长期内根区土壤酶活性（SEA）、土壤微生物量碳（SMBC）及土壤有机碳（SOC）均高于麦-烟复种及冬闲连作地,并且差异达显著或极显著水平;不同复种模式的SMBC、SOC及SMBC/SOC间呈显著相关性,对提高土壤SEA、SMBC与SOC质量分数影响为：绿-烟〉豆-烟〉麦-烟〉冬闲地。研究认为,SEA及SMBC/SOC可作为评价轮作模式影响烟地红壤质量变化的生物学指标。     

不同林分土壤有机碳密度研究

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,已成为森林生态系统碳循环研究的重点之一;而森林土壤有机碳在剖面上具有明显的垂直分布差异,根据土壤发生层次特点,分别研究各层土壤有机碳含量分布规律,对于准确确定森林土壤碳储量具有重要意义。2008年7月在北京西山妙峰山林区侧柏（Platycladus orientalis）林、刺槐（Robinia pseudoacacia）林、栓皮栎（Quercus variabilis）林和侧柏、油松（Pinus tabulaeformis）混交林内,分别随机选取3个位置挖土壤剖面,然后根据土壤发生层次性特点,把各剖面划分为四个土层（0～10 cm,10～20 cm,20～40 cm和40～60 cm）,每层用环刀取样测定土壤容重,用土壤袋采集1 000 g的土壤样品,经除杂、风干、过筛等程序后,对土样的有机碳含量和碳密度进行了测定和初步研究。结果表明：4种林分下土壤有机碳平均含量和土壤有机碳密度不同,不同林分土壤0～10 cm有机碳含量和碳密度最高,并且均随土壤深度增加呈降低的趋势;其土壤有机碳密度的大小顺序为：栓皮栎林〉侧柏、油松林〉侧柏林〉刺槐林。4种林分类型0～20 cm土层单位面积有机碳储量占总有机碳储量分别为：栓皮栎林51.1%,刺槐林44.2%,侧柏林43.0%,侧柏、油松混交林37.7%,平均为44.0%。     

中国水稻土碳循环研究进展

文章首先分析了水稻土在碳循环研究中的地位和重要性，进而对我目水稻土碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述，对其主要研究结论进行了深入的剖析。中国大而积的水稻土自1980年以来显示出有机碳库增加现象，说明水稻田对大气CO2可能产生汇效应。水耕熟化过程足有机碳的积累过程，水稻土的碳密度是早作土碳密度的2-3倍。水稻土的同碳能力与土壤的微团聚体的粒径有关。但对于水稻土中有机碳的分布和结合状态与农业管理措施、水稻土质量变化、农业生态环境变化的关系仍不清楚。因而建议就这一问题从土壤物理学、化学和生物学的相互作朋与土壤微团聚体中矿物质、有机质和微生物的相互结合关系的层面上进行多学科研究。同时提出了今后我困水稻土碳循环的重点研究方向和领域，即从整体和系统的角度来研究碳循环和平衡，从不同的时空区域来研究碳循环的过程和强度。