土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

研究土地利用变化对土壤有机碳及其动态变化规律,有助于掌握全球气候变化与土地利用变化之间的关系。本文分别从土地利用及其管理方式变化的角度,综合阐述了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理。     

土壤呼吸和有机碳对增温的响应及其影响因素分析

增温是影响土壤呼吸和有机碳变化的一个重要因素,但近年来关于增温对土壤呼吸和有机碳影响的研究结果存在不一致的情况。本研究利用从国内外已发表的128篇研究论文中提取的有效数据进行Meta分析,探讨了增温对土壤呼吸和有机碳的影响。结果表明：（1）增温促进了土壤二氧化碳的排放并降低了土壤有机碳的含量,增温对土壤呼吸的影响程度（11.7%）明显大于对土壤有机碳的影响程度（4.4%）。（2）相较于其他生态系统,增温对森林生态系统的土壤呼吸和有机碳的影响程度最小,分别为9.3%、4.1%。（3）土壤呼吸对增温的响应与增温幅度之间呈二次负相关,且＜2℃的增温对土壤呼吸和有机碳的影响最大;增温时间的延长不利于土壤碳的释放,土壤呼吸作用随着增温时间延长对温度升高产生了一定的适应性。以上研究结果进一步强化了增温对土壤呼吸和有机碳影响的理解。     

太湖地区3种水稻土不同温度培养中有机碳库变化及其对升温的响应

全球变暖下土壤有机碳储存的变化是土壤与全球变化研究的热点问题.本研究选择了3种太湖地区代表性水稻土的表层土壤,分别进行20℃和25℃的室内恒温培养,监测培养过程中总有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳的变化动态,试图了解这些土壤的有机碳分解过程对全球变暖的响应特点.结果表明,这些土壤培养中总有机碳变化可以用一级衰变动力学方程或对数衰减方程描述,但动力学特征依培养温度的不同而异.升温大大促进了铁渗水耕人为土和潜育水耕人为土中有机碳的分解与呼吸损失,而铁聚水耕人为土没有显著变化.供试土壤总有机碳损失的Q₁₀系数分别为:潜育水耕人为土(11.1～14.1)＞铁渗水耕人为土(4.4～6.4)＞铁聚水耕人为土(0.63～0.73).这一方面说明温度敏感性在同一地带的不同土壤间的差异超过文献上报道的不同气候带的差异,但另一方面揭示了水稻土可能是一类对全球升温敏感响应的人为土.溶解性有机碳和微生物量的碳的变化还提示不同温度培养下水稻土微生物群落结构可能改变,因而影响到土壤有机碳库的生物有效性在温度条件下的变化.可以认为,土壤升温下有机碳的变化不但与土壤有机碳的性质有关,而且与土壤性质控制下的生物条件的改变有关.故土壤升温下有机碳的损失不仅仅是温度对分解过程的反应速度的影响.当然,对于不同土壤间的这种差异还需从有机碳-土壤环境-土壤生物的相互关系上做进一步的工作.     

采伐林窗对马尾松人工林土壤微生物生物量的初期影响

为了解人为采伐活动形成的林窗对马尾松低效人工林土壤微生物生物量的影响,以39 a生的马尾松人工林7 种不同大小林窗(G1:100 m²、G2:225 m²、G3:400 m²、G4:625 m²、G5:900m²、G6:1 225 m²、G7:1 600 m²)以及林下为研究对象,分析了林窗中央和林窗边缘土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)的季节变化。结果显示:①林窗大小显著影响了林窗内各位置土壤MBC和MBP,对MBN影响不显著;MBN与MBC变化趋势相同,均随林窗增大呈先升后降的单峰型变化,但MBN变化幅度较小,MBP仅在林窗中央具有单峰型变化。MBC、MBN和MBP分别在面积为400~900 m²、225~625 m²和625~900 m²的林窗较高。总体来看,中型林窗更有利于微生物生物量的增值。②季节变化对土壤MBC、MBN、MBP均有极显著影响,MBC为夏高春低,MBN夏高冬低;MBP的变化较复杂,秋季相对较高。③林窗中央与边缘间MBC、MBN、MBP差异不显著,但MBC、MBN显著高于林下。说明较之马尾松纯林,林窗内土壤微生物活性有较大提高。④土壤温度对MBC、MBN有显著影响,土壤含水量对MBN、MBP有显著影响,土壤温度和水分是林窗形成后影响土壤微生物生物量的重要环境因子。     

废弃物焚烧处理温室气体排放情景模拟与预测

为模拟废弃物焚烧处理过程中产生的温室气体排放,积极推动温室气体减排工作,早日实现碳达峰碳中和目标.基于系统动力学和IPCC温室气体排放计算方法,构建了以基准情景（BAU）为基础,从单一和综合技术类型减排情景出发的焚烧处理温室气体排放模型,并模拟预测了2010~2050年温室气体排放量（以CO_2e计,CO_2e为CO₂当量）的趋势变化、减排潜力以及空间分布.结果表明：①2010~2019年我国废弃物焚烧处理温室气体排放量呈增长趋势,于2016年后显著提升,年增速为18.61%.②2020~2050年,单一技术减排情景的中端改进情景（S2）和终端减排情景（S3）温室气体排放量分别于2043年和2036年达到峰值8410万t和6966万t.综合技术减排情景相较于单一技术减排情景较早达到排放峰值,综合技术减排情景中全过程减排情景（S7）采用多种减排技术协同控制温室气体排放,2050年累积排放量为205927万t,相对BAU情景减排了78.27%,排放达峰时间最早且减排潜力最大.③焚烧处理温室气体排放空间差异显著,排放量较多的省份主要分布在人口密集且经济发达的区域,江苏和广东省排放量最多,甘肃、吉林和宁夏等6个省份为排放低值区.     

成都城区PM2.5季节污染特征及来源解析

于2009—2010年各季节典型月在成都城区采集了大气PM_2.5样品,对PM_2.5的质量浓度及其主要化学成分(含碳组分、水溶性无机离子和元素)进行了测定. 结果显示:成都城区PM_2.5平均质量浓度高达(165.1±85.1)μg·m^-3,是国家环境空气质量标准年均PM_2.5限值的4.7倍. OC、EC和水溶性二次离子(SO₄^2-,NO₃^-和NH₄⁺)的平均浓度分别为(22.6±10.2)μg·m^-3,(9.0±5.4)μg·m^-3和(62.8±44.3)μg·m^-3,分别占PM_2.5浓度的13.7%、5.5%和38.0%. PM_2.5及其主要化学成分浓度季节特征明显,即秋冬季高于春夏季. 利用正交矩阵因子分析(PMF)对成都城区PM_2.5的来源进行解析,结果表明,土壤尘及扬尘、生物质燃烧、机动车源和二次硝酸盐/硫酸盐的贡献率分别为14.3%、28.0%、24.0%和31.3%. 就季节变化而言,生物质燃烧源贡献率在四个季节均维持在较高水平;土壤尘及扬尘的贡献率在春季显著提高;机动车源的贡献率在夏季中表现突出;而二次硝酸盐/硫酸盐的贡献率在秋冬季中则最为显著.     

氯消毒对再生水可同化有机碳的影响

考察了再生水氯消毒过程中的氯消耗特性及水质特性的变化,发现加氯后5 min,氯消耗速率最大,同时254 nm的紫外吸光度和三维荧光强度的变化最为显著.发现再生水消毒后生物可同化有机碳(AOC)浓度显著增加,说明消毒后水质生物稳定性变差.AOC变化趋势呈现为先增长后降低的趋势,对于不同处理工艺再生水,二级出水的AOC水平普遍高于深度处理出水,但深度出水消毒5 min后AOC的增长率却高于二级出水消毒后的增长率.进一步研究发现,再生水水样消毒后的AOC变化量与三维荧光积分值变化量之间有一定的正相关关系.     

植被类型对黄土丘陵区流域土壤有机碳氮的影响

恢复植被是遏止水土流失和提高土壤有机碳氮(SOC,TSN)积累的重要措施。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为基础,分析了主要植被类型的SOC,TSN变化及其分布特征。结果表明,自然恢复的辽东栎群落SOC含量为29.5g/kg,其次为黄刺玫,狼牙刺群落11.6～21.3g/kg,铁杆蒿(+长芒草)群落为8.4～10.6g/kg。人工建造的刺槐林5.53～11.9g/kg,小叶杨12.8～18.4g/kg,沙棘群落为8.7g/kg,仁用杏为4.7g/kg,苹果园SOC含量3.4～3.9g/kg,退耕苜蓿为4.2g/kg,耕地3.3～4.8g/kg。自然恢复的灌丛群落和人工乔木群落可有效地改变坡面SOC含量与分布。土壤有机碳氮具有显著线性关系,而C/N比例和作用区间随着农田到林地的演变而变大。     

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.     

持续放牧和围封对科尔沁退化沙地草地碳截存的影响

研究了科尔沁退化沙地草地持续放牧和围封恢复下土壤-植物系统的碳(C)贮存,以揭示草地管理对C动态的影响.结果表明,0～15cm土壤OC和植物系统贮存的C(包括初级生产固定的C,立枯和地表凋落物C和根系C)贮量大小为:围封10年草地(584g·m^-2和309 g·m^-2)＞围封5年草地(524g·m^-2和146g·m^-2)＞持续放牧草地(493g·m^-2和95 g·m^-2).在围封10年,围封5年和持续放牧草地中,0～15cm土壤贮存C分别占各自土壤-植物系统C的65.3%,78.2%和83.9%.在风蚀严重的科尔沁沙地,持续放牧对植被,土壤及其周围环境有极严重的恶化作用.采取围封恢复措施后,植被恢复和凋落物积累使土壤免遭风蚀,也显著增加了土壤有机质的输入,因而显著作用于大气C的截存.但排除家畜放牧的长期围封使植物C向土壤C的再循环受到限制,截存的大部分C以凋落物的形式积存在土壤表面,需进一步深入研究围封的时间尺度.研究结果表明,退化沙地草地在采取有效的保护措施后,可以由C源变为C汇.