人为干扰对小兴安岭森林湿地土壤碳组分和酶活性的影响

以小兴安岭落叶林沼泽湿地为研究对象,对比研究皆伐地、火烧地和落叶松湿地土壤碳组分和酶活性.结果表明:(1)3种湿地类型土壤SOC含量表现为对照地显著高于皆伐地和火烧地(p0.05),在0~10 cm土层中皆伐地与对照地相比降低了58.38%,火烧地与对照地相比降低了61.96%.皆伐地与火烧地在不同土层的土壤中SOC含量差异不显著(p0.05);DOC含量对照地显著高于皆伐地和火烧地(p0.05).在0~10cm土层中火烧地DOC含量是皆伐地的1.99倍,两者差异不显著(p0.05);不同干扰方式对土壤MBC含量影响的差异主要表现在0~10 cm的土层土壤,对照地分别比皆伐地和火烧地高23.13%和95.79%(p0.05).在不同的土层中皆伐地MBC含量均大于火烧地,与SOC含量的变化趋势一致.(2)与对照地相比,皆伐地与火烧地0~10 cm土层的土壤蔗糖酶活性分别降低了45.59%和36.76%,脲酶活性显著降低了18.22%和55.69%(p0.05),蛋白酶活性降低了19.65%和17.34%,淀粉酶活性降低了6.29%和10.69%.土壤碳组分和酶活性在垂直方向上均表现为随着土层深度增加而减小.皆伐和火烧造成森林湿地土壤碳组分和酶活性降低.     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

北京松山国家级自然保护区典型植被类型表层土壤碳密度及周转速率特征

为阐明不同植被类型下表层土壤有机碳的分布特征,本文选取北京松山国家级自然保护区内胡桃楸阔叶林、蒙古栎阔叶林、油松针叶林、针阔叶混交林、灌丛和草甸6种典型植物群落作为研究对象,基于野外调查、采样与实验室分析对不同植被类型下表层土壤有机碳含量、密度及周转速率进行了研究。结果表明：草甸表层土壤有机碳含量和密度最高,分别为188.5 g/kg和10.9 kg/m²,周转速率最低,为0.019 6/a;针阔叶混交林表层土壤有机碳含量和密度最低,分别为68.6 g/kg和5.7 kg/m²,周转速率为0.074 9/a;灌丛表层土壤有机碳周转速率为0.077 4/a。土壤有机碳含量整体上随土壤深度增加而逐渐减少。土壤水分的增加和土壤温度的下降使表层土壤有机碳含量及密度呈上升趋势,而使有机碳周转速率呈下降趋势。土壤有机碳密度随海拔升高呈逐渐上升趋势。海拔通过影响不同植被群落土壤水热条件来影响微生物活动及凋落物的分解,进而影响表层土壤有机碳含量、密度和周转速率。本文为松山国家级自然保护区典型植被类型土壤碳储量和周转研究提供了有效参考。     

人为干扰对浑善达克沙地东部森林-草原交错带的影响及其恢复治理的生态对策

开垦土地、过度放牧、机动车辆毁地和旅游等人为活动给浑善达克沙地东部的森林-草原交错带造成了一系列环境问题,像草场退化、土地沙化、野生动植物资源枯竭等。为了使森林-草原交错带的土地资源可持续利用,采取措施保护森林-草原交错带的土地资源并对退化沙化的土地进行整治和恢复是十分必要的。     

人为干扰对浑善达克沙地东部森林—草原交错带的影响及其恢复治理的生态对策

开垦土地、过度放牧、机动车辆毁地和旅游等人为活动给浑善达克沙地东部的森林—草原交错带造成了一系列环境问题，像草场退化、土地沙化、野生动植物资源枯竭等。为了使森林—草原交错带的土地资源可持续利用，采取措施保护森林—草原交错带的土地资源并对退化沙化的土地进行整治和恢复是十分必要的。     

新疆阿尔泰山森林生态系统碳密度与碳储量估算

为科学评估新疆森林碳汇功能提供更准确的基础数据,论文基于在阿尔泰山布设的35个样地实测数据,参考2011年新疆森林资源清查资料,研究了我国境内阿尔泰山森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布特征。结果表明：1）阿尔泰山森林生态系统平均生物量为126.67 t·hm^-2,各组分生物量大小排序为：乔木层（120.84 t·hm^-2）>草本层（4.22 t·hm^-2）>凋落物层（1.61 t·hm^-2）,乔木各器官中,干、根、叶和枝分别占乔木生物量的50%、22%、16%和12%,干所占比例最大;林龄对植被生物量影响显著,生物量随林龄的增长而增加;2）生物量平均含碳率在0.40~0.53范围内,各组分、乔木各器官含碳率均不同,且林龄对含碳率影响显著;3）阿尔泰山森林生态系统碳密度为205.72 t·hm^-2,碳储量为131.35 Tg,其中土壤层、乔木层、草本层和凋落物层碳储量分别为86.67、43.09、1.03、0.56 Tg,土壤层和乔木层碳储量分别占阿尔泰山森林生态系统总碳储量的66%和33%,构成阿尔泰山森林生态系统的主要碳储存库;不同龄级的碳储量表现为成熟林最大,过熟林次之,两者合计占生态系统总碳储量的61%;4）阿尔泰山森林生态系统碳密度整体呈南高北低分布,是由西北—东南不同的环境因子影响所致。     

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.     

人为干扰对漫滩植被分布格局的影响研究

以强人为干扰区——滦河流域为研究对象,分析了人为干扰下的"流域—生态区—河段"多尺度植被分布格局。漫滩植被在宏观尺度上受河流连通性的影响,在中观尺度上受洪水峰值频度的干扰,在微观尺度上受局部人为因素的影响以及斑块特性、地貌特征等微生境因素的影响。研究结果表明,从流域尺度、生态分区尺度看,漫滩植被从河源到河口的空间变化规律存在明显差异。随着河源到河口人为干扰强度的增加,河岸带植被破碎化程度加强,人为干扰对漫滩植被群落组成呈现显著的影响,且外来物种呈增加趋势。     

长期开垦与放牧对内蒙古典型草原地下碳截存的影响

以围封26 a草地(E26)为对照,研究了内蒙古典型草原区长期开垦与放牧对土壤-植物根系系统碳截存的影响.结果表明,0～40 cm土壤和根系中的C贮量, E26(7 307.59和950.32 g·m-2)≈连续放牧草地(LG)(7834.01和843.43 g·m-2)>开垦35 a耕地(LC)(4537.04和277.35 g·m-2). E26、LG和LC中,0～40 cm土壤贮存的C分别占各自土壤-根系系统C总贮量的88.49%、90.28%和94.24%.长期开垦完全破坏了草地原生的植被-土壤系统,造成严重的土壤风蚀:相对于E26,比中O～10 cm和10～20 cm砂粒含量分别增加了81%和39%,0～40 cm土层中根系生物量减少了71%;长期开垦导致草地土壤及根系碳截存分别降低了37.9%和70.8%.因此,在草原地区,若将长期开垦的耕地恢复为天然草地,土壤和植物根系将会有较大的固碳潜力.放牧对该区土壤有机碳含量及根系生长的影响较小;但长期放牧样地土壤表层容重显著增加,预示目前放牧压力已达到或接近草地的承载阈值,应及时减小放牧压力以避免草地的进一步退化.     

燕山北部山地人工林和天然次生林的生物碳贮量

为了了解人工林与天然次生林碳汇功能的差异,以燕山北部山地华北落叶松人工林和杨桦天然次生林为研究对象,对不同年龄阶段的两种林分的生物碳贮量进行了研究。结果表明:13、18、28 a生杨桦天然次生林总生物碳贮量分别为27.33、35.77、46.13 t/hm²,9、13、30 a华北落叶松人工林分别为21.97、34.14、55.62 t/hm²; 0~13 a,14~18 a,19~28 a杨桦林生物总碳贮量的年碳积累速率分别为2.10、1.69、1.04 t/hm², 0~9 a,10~13 a,14~30 a落叶松林分别为2.44、3.04、1.34 t/hm²;华北落叶松单木生物量增长速率明显高于白桦和山杨,在10~25 a的年龄段,落叶松生长速度是白桦、山杨的1.63~5.83、2.26~7.87倍;华北落叶松的BCEF(生物量转化和扩展因子)和BEF(生物量扩展因子)随年龄和胸径的增长有逐渐降低的趋势,而白桦和山杨的两个参数则有逐渐增加的趋势。由此得出结论,在燕山北部山地,与杨桦天然次生林相比,华北落叶松人工林表现出更强的碳吸存能力,该地区大面积的华北落叶松幼、中龄林具有巨大的碳汇潜力;同时,使用生物量碳计量参数时应考虑树种、林龄和胸径的差异。     

典型岩溶土壤微生物丰度与多样性及其对碳循环的指示意义

探讨土壤微生物指标的变化规律,用于揭示其在岩溶土壤碳循环中的指示意义.以桂林岩溶试验场洼地、坡地和垭口这3种岩溶地貌形态下的剖面(0~10、10~20、20~30cm)土壤为研究对象,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)和荧光定量PCR相结合的方法,分析这个典型岩溶土壤剖面中的微生物多样性和丰度变化.数据显示,16S rRNA最高丰度出现在洼地,为1.32×1011拷贝·g-1,而18S rRNA最高丰度出现在垭口,为1.12×1010拷贝·g-1;洼地和垭口剖面的16S rRNA丰度随着深度的增加而降低,3种岩溶地貌形态的18S rRNA丰度均随着剖面深度的增加而降低,与土壤有机碳质量分数的变化趋势一致.但是,在3种岩溶地貌形态中,3个16S rRNA和6个18S rRNA的多样性指数均随土壤剖面深度的增加而增大.由于16S rRNA和18S rRNA的多样性与丰度和土壤有机碳之间总体上表现出相反的变化趋势,说明微生物丰度指标在土壤碳循环中的指示意义比微生物多样性指数更重要.     

亚热带典型景观单元土壤有机碳含量和密度特征

以我国亚热带四类典型景观单元表层土壤为对象,对比分析了土壤有机碳（SOC）含量和密度特征.结果表明,四类景观单元SOC含量加权平均值差异明显,以平原湖区加权平均值最高（25.10 g·kg^-1）,其次为喀斯特低山（20.84 g·kg^-1）和红壤低山（17.75 g·kg^-1）,红壤丘陵平均值最低（12.07 g·kg^-1）.四类景观单元SOC含量变异系数在24.06%～43.76%之间,均属于中等程度变异.平原湖区景观SOC含量主要分布区高于20 g·kg^-1,其它三类景观单元主要分布区则相反.四类景观单元SOC密度加权平均值大小顺序与SOC含量高低极为一致,其顺序为平原湖区（6.12 kg·m^-2）> 喀斯特低山（4.30 kg·m^-2）> 红壤低山（4.25 kg·m^-2）> 红壤丘陵（3.04 kg·m^-2）.研究结果揭示成土母质、耕作强度、地形差异和土地利用方式比例是SOC含量景观变异的主要原因,亚热带地区典型景观单元土壤可能是我国重要的碳库.     

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。     

中国典型农田土壤有机碳密度的空间分异及影响因素

农田土壤有机碳密度(SOCD)是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标.为理解我国农田SOCD空间分异特征及其影响因素,基于中国生态系统研究网络19个典型农田生态站2005～2015年SOCD的监测数据,利用地理探测器方法,分析了农田SOCD空间分异的影响因素.结果表明,我国不同站点农田SOCD平均值变化范围为0.83～4....     

西藏退化高寒草原土壤团聚体有机碳的变化特征

为进一步了解高寒草原土壤碳动态变化特点与变化过程,采用湿筛法对藏北高原未退化、轻度退化和严重退化高寒草原表层（0~10 cm）、亚表层（>10~20 cm）不同粒级w（SAOC）（SAOC为土壤团聚体有机碳）进行研究.结果表明,与未退化草地相比,不同程度退化草地w（SAOC）均呈下降趋势,但严重退化草地表层、亚表层中w（SAOC）、>0.25 mm粒级w（SAOC）、 < 0.25 mm粒级w（SAOC）降幅均显著低于轻度退化草地;不同程度退化草地表层、亚表层中>0.25、 < 0.25 mm粒级w（SAOC）在总体上趋于下降,且亚表层的降幅明显高于表层的降幅,但退化草地亚表层中w（SAOC）仍高于表层（未退化草地、轻度和严重退化草地亚表层较表层分别增加51.84%、31.34%、6.83%）,w（SAOC）的土层差异随草地退化加剧而大幅缩小;轻度、严重退化草地不同粒级w（SAOC）的土层分布特征仍与未退化草地一致,其表层、亚表层中>0.25 mm粒级w（SAOC）均明显较高;与未退化草地相同,退化草地表层、亚表层w（SAOC）贡献率亦均呈|2~0.25 mm| > | < 0.25~0.053 mm| > | > 2 mm| > | < 0.053 mm|粒级;退化草地环境对团聚体与w（SAOC）,以及w（SOC）（SOC为土壤有机碳）与w（SAOC）间的关系具有重要影响.研究显示,高原冷干环境下不同粒级SAOC及其变化受草地退化程度、土层深度等的深刻影响,需要从影响土壤有机碳形成与转化的土壤机制等方面进行深入研究.      

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

典型设施环境条件对土壤活性有机碳及腐殖物质碳的影响

为明确设施环境对土壤有机碳形态变化的影响,选取武汉城郊设施土壤为研究对象,分别设置环境温度(4、10和25℃)、土壤酸化(土壤pH分别为6.89、6.11和5.30)和土壤盐渍化[土壤w(可溶性盐分)分别为1.90、3.05和5.01 g/kg]3种典型设施环境条件,通过为期90 d的室内模拟强化试验,研究以上3种典型设施环境条件对土壤活性有机碳动态变化、腐殖物质碳组成及有机碳矿化率的影响.结果表明:与4℃的对照处理相比,随着设施环境温度升高,土壤w(MBC)(MBC为微生物生物量碳)和w(ROOC)(ROOC为易氧化有机碳)呈上升趋势,25℃时的最大增幅分别达19.43%和55.56%;而土壤w(DOC)(DOC为可溶性有机碳)总体呈先升后降的趋势,10℃下最大增幅为17.23%,25℃下最大减幅为60.89%.与对照土壤[pH为6.89,w(可溶性盐分)为1.90 g/kg]相比,土壤pH为5.30的酸化处理下w(MBC)和w(ROOC)平均降幅分别为29.80%和5.93%,土壤w(可溶性盐分)为5.01 g/kg的盐化处理下的平均降幅分别为35.64%和6.26%,而酸化和盐化使土壤w(DOC)较对照的平均增幅分别达58.19%和119.73%.此外,设施环境温度提高会降低土壤有机碳矿化率和HU(胡敏素碳)所占比例,其HA/FA(胡敏酸碳富里酸碳含量之比)较对照增加了1.05倍;而土壤酸化和盐化会使有机碳矿化率较对照分别增加3.78和7.80倍,其HA/FA较对照分别降低了65.72%和73.21%.可见,提升设施环境温度、减缓或改善设施土壤的酸化及盐化问题,均有利于设施土壤的固碳减排.