岩溶土壤有机碳库分配、更新及其维持的微生物机制

在水-二氧化碳-碳酸盐岩-生物的相互作用下,岩溶碳循环活跃,在全球形成8.24×108 t C/a的岩溶碳汇,约占全球遗漏汇的29.4%,其中部分岩溶碳汇以土壤有机碳的形式固存,因此碱性土壤固碳是未来碳中和的主要途径。微生物作为土壤碳循环的重要驱动者,影响着土壤有机碳主要赋存形式即植物残体碳与微生物残体碳的动态变化。本文通过综述岩溶土壤有机碳库储量、岩溶土壤有机碳库的来源与构成、影响岩溶土壤有机碳库动态的微生物因素以及岩溶土壤有机碳库更新的微生物机制,探讨了微生物对岩溶土壤植物残体碳与微生物残体碳的影响,并提出亟待解决的关键科学问题。这为深入研究岩溶区土壤有机碳库分配、更新及其维持的微生物机制,深化对岩溶土壤碳循环及其微生物机理认识,进而为应对千分之四全球土壤增碳计划提供了参考。     

西南岩溶区植被碳循环研究进展

由于岩溶关键带是地球关键带系统中重要的部分,岩溶区的植被是陆地生态系统重要的碳汇项,岩溶区植被的地上部分通过植物生长固碳的同时其地下部分的碳储量也非常可观,地下生物量生长和凋落物分解也会提高土壤有机碳和无机碳的含量,因此岩溶区植被碳循环已成为当前岩溶碳汇研究的热点之一。该文梳理了近四十年来岩溶植被固碳过程的研究文献,阐述了西南岩溶区植被特有的生理学特征,重点论述了以下4个方面的内容:(1)西南岩溶区植被生物量、生产力、碳储量评估;(2)西南岩溶区植被时空变化格局与碳源汇效应;(3)岩溶区植被碳利用特殊机制;(4)岩溶区植被碳循环模型预测与碳汇潜力。同时,提出了目前研究中存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望,认为今后应在岩溶区植被碳循环的相关参数系统测定和机理过程研究,精细识别西南岩溶地区植被景观类型、量化固碳过程,以及对岩溶植被碳循环模型进行校正和修改等方面开展研究。该文可为深入理解岩溶区碳的时空演化规律、探索区域碳循环机理提供参考。     

煤矿废弃地生态修复的土壤有机碳效应

采煤使得植被和土壤遭到损毁破坏,导致原生态系统碳汇功能的急剧退化甚至完全丧失。采煤堆积的煤矸石可发生氧化自燃,是巨大的CO_2排放源。生态修复对减少矿区碳排放及减缓大气温室效应具有重要意义。分析了国内外煤矿废弃地生态修复后的土壤有机碳动态特征,修复模式、修复时间和修复措施对土壤有机碳及其活性组分的影响,总结了土壤固碳的主要影响因子。研究结果表明,土壤有机碳在人工植被修复和有机物添加后增加显著,且与修复时间成正比。煤矿废弃地通过采取适宜的生态修复措施,有很大的土壤固碳潜力。未来应加强团聚体固碳等土壤固碳机理和土壤活性有机碳等科学问题的研究,以期为退化区生态修复进程中土壤固碳功能提升提供参考。     

土壤CO2及岩溶碳循环影响因素综述

全球碳循环已成为全球气候变化的核心问题之一,岩溶作用对大气CO2浓度的调节以及其与土壤CO2的密切关系也受到了国内外普遍关注。岩溶作用消耗土壤CO2对大气碳库起到了重要的减源作用,对土壤CO2进行研究将有利于进一步揭示岩溶碳循环过程。因此从气候条件、土壤理化性质、土地利用类型等方面综述了土壤CO2的影响因素以及其对岩溶碳循环的影响,并提出其它酸参与到岩溶碳循环中将会减弱岩溶碳汇效应。由于各个因素之间往往相互联系,共同影响土壤CO2和岩溶碳循环,在研究岩溶碳汇时,需以地球系统科学和岩溶动力系统理论为指导,综合考虑大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中各种因素的影响。     

岩溶区水生生态系统微藻的生物碳泵效应

微藻在水生生态系统的碳固定中扮演重要角色。本文综述了岩溶区水生生态系统生物碳泵的提出、岩溶区微藻生物碳泵作用、影响微藻固碳的主要环境因素以及岩溶区微藻固碳的研究进展,并提出了亟待解决的关键科学问题,为深入研究岩溶区水生生态系统微藻固碳能力及生物碳泵机制、科学认识岩溶生态系统的碳汇潜力、丰富和完善岩溶碳循环理论提供参考。     

氮输入对滨海盐沼湿地碳循环关键过程的影响及机制

滨海盐沼湿地是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇, 但是近岸海域富营养化导致的大量氮输入对盐沼湿地稳定性和碳汇功能构成严重威胁。潮汐作用下大量氮输入对盐沼湿地植物光合碳输入、植物-土壤碳分配和土壤碳输出等碳循环关键过程产生深刻影响, 进而影响盐沼湿地碳汇功能评估的准确性。该文从植物光合固碳、植物-土壤系统碳分配、土壤有机碳分解、土壤可溶性有机碳释放、盐沼湿地土壤碳库5个方面综述了氮输入对盐沼湿地碳循环关键过程的影响。在此基础上, 针对当前研究的不足, 提出今后的研究中, 需要进一步探究氮输入对盐沼湿地植物光合固碳及碳分配过程的影响、盐沼湿地土壤有机碳分解的微生物机制、盐沼湿地土壤可溶性有机碳产生和横向流动的影响、以及氮类型对盐沼湿地土壤碳库的影响。以期为揭示氮输入对盐沼湿地碳汇形成过程与机制提供基础资料和理论依据, 为评估未来近岸海域水体富营养化影响下滨海盐沼湿地碳库的潜在变化提供新思路。     

重庆岩溶区土壤有机碳库的估算及其空间分布特征

基于重庆市第二次土壤普查和2007年测土配方施肥的1 412个土壤剖面数据,结合重庆岩溶区土壤图、土地利用现状图和行政区划图,在地理信息系统技术的支持下,对重庆岩溶区土壤有机碳密度及储量进行了估算,同时引入有机碳丰度指数这一指标,对有机碳在不同土壤和不同景观中的分布特征进行了分析.结果表明:重庆岩溶区20 cm和100 cm深度的土壤有机碳储量分别为1.43×1011 kg和3.29×1011 kg.不同土地利用方式下重庆岩溶区土壤有机碳密度分布不均匀,20 cm深度的土壤有机碳密度介于1.26～7.20 kg m-2之间,100 cm深度的土壤有机碳密度介于1.43～25.72 kg m-2之间.重庆岩溶区土壤有机碳库在不同土壤和不同景观中的分布具有高度的空间变异性,20 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.73～1.74和0.39～1.20之间,100 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.32～3.00和0.46～1.70之间.与全国的平均水平相比,单位面积上20 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区高于全国的平均水平,但单位面积上100 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区低于全国的平均水平,总体而言,重庆岩溶区是土壤有机碳储量相对贫乏的区域.     

土壤团聚体固碳的研究方法

增加土壤有机碳含量对维持土壤肥力和农业可持续发展,缓解温室气体增加和全球气候变化的影响具有重要意义.土壤团聚体是土壤的重要组成部分,影响着土壤的各种物理化学性质.土壤团聚体对土壤有机碳的物理保护是土壤碳固定的重要机制.本文综述了土壤团聚体对有机碳的固定作用,土壤团聚体固碳机制研究的经典方法和现代常规方法,并且针对研究中存在的问题探讨了今后的发展趋势.     

岩溶槽谷区植被恢复对土壤团聚体有机碳及碳库管理指数的影响

为揭示岩溶槽谷区植被恢复对土壤结构、土壤有机碳积累和碳库管理水平的影响,该研究选取了弃耕地、林地和草地三种土地利用方式,测定0～20 cm土层土壤团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、团聚体有机碳以及土壤易氧化有机碳(EOC)含量。结果表明:(1)与弃耕地相比,林地和草地土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(MGD)和2～5 mm团聚体含量显著增加,林地和草地土壤团聚体组成以2～5 mm为主,弃耕地以0.5～1 mm和0.25 mm为主,表明退耕还林还草能够促进土壤团聚体形成和稳定。(2)土壤团聚体有机碳含量呈现出林地草地弃耕地,随团聚体粒级增加而增加的趋势;林地和草地以2～5 mm团聚体有机碳贡献率最大,弃耕地则以0.25 mm团聚体贡献为主,表明弃耕地转变为林地和草地后,土壤SOC积累主要归功于2～5 mm有机碳含量的增加,以及团聚体由小粒径向大粒径转变。(3)与弃耕地比较,林地和草地土壤SOC、EOC含量和碳库管理指数(CPMI)均显著提高,其中土壤EOC含量和CPMI变化较为明显;土壤EOC可作为土壤碳库早期变化的有效指标,CPMI能够良好地表征植被恢复对土壤SOC和EOC的影响。     

岩溶区土壤微生物驱动的自养固碳过程与机制研究进展

自养微生物能够利用无机碳作为碳源合成自身营养物质,具有很强的环境适应能力,在富钙偏碱的岩溶区土壤的碳固定过程中扮演重要角色。本文综述了土壤微生物驱动的自养固碳过程、岩溶区土壤固碳功能微生物、自养固碳的分子机制及其产生的生态环境效应,并提出了亟待解决的关键科学问题。为深入研究和认识岩溶区土壤生态系统自养微生物驱动的固碳过程及其机制、提高岩溶区土壤的固碳潜能、发展岩溶区生态环境的保护与修复策略、应对气候变化及人类活动引起的土壤退化风险提供参考。     

垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响

土壤有机碳是土壤质量变化的重要指标,土壤活性有机碳组分在土壤质量变化方面发挥重要作用。采用有机碳分组技术,研究了干旱荒漠区自然土壤开垦对绿洲农田土壤有机碳活性组分及团聚体稳定性的影响。结果表明:低有机碳含量的自然土壤垦殖后,有利于干旱荒漠区绿洲棉田土壤有机碳的积累,且垦殖(0-5a)增加显著,年均增加在0.65gkg-1以上,上升幅度为76%-286%,5a后维持在相对平衡的水平;土壤活性有机碳、轻组有机碳在垦殖0-5a显著增加,平均增加72%和99%,5a后下降;颗粒有机碳则表现出垦殖0-10a明显增加,增加在275%以上,10a后下降;土壤水稳性团聚体含量随垦殖年限的延长显著增加,0-20a内较自然土壤提高了75%。垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇的重要影响因素;但随垦殖年限延长,土壤有机碳活性组分下降,土壤质量又存在一定的退化风险。     

林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响研究进展

林火干扰是森林生态系统特殊而重要的生态因子,可改变生态系统的养分循环与能量传递。研究林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响,有助于理解森林生态系统中土壤碳固持和碳循环过程,为制定科学合理的旨在减缓全球变化的林火管理策略具有重要意义。从4个方面阐述了林火干扰对森林生态系统土壤有机碳的影响及内在机制:分别从大尺度和小尺度两个方面阐述了林火干扰对土壤有机碳的影响及对森林生态系统碳循环与碳平衡的作用机制;探讨了不同林火干扰类型和林火干扰强度下,土壤活性有机碳对林火干扰的响应机制;阐明了林火干扰对土壤惰性有机碳的影响及作用机制;论述了林火干扰主要通过改变土壤有机碳的输入和输出过程进而影响土壤有机碳的稳定性及内在机制。最后提出了提高林火干扰对森林生态系统土壤有机碳影响定量化研究的4种路径选择:(1)全面比较研究不同林火干扰类型对土壤有机碳循环及其碳素再分配过程的功能特征;(2)进一步阐明林火干扰通过改变植被结构进而影响土壤生物群落结构,剖析土壤碳库循环的内在机制;(3)完善不同时空尺度下林火干扰对森林生态系统土壤碳库周转过程的定量化研究;(4)加强不同林火干扰类型土壤碳库稳定性差异的研究。     

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

华北低丘山地不同土地利用方式下土壤团聚体及其有机碳分布特征

土地利用变化影响土壤团聚性及有机碳分布,进而改变土壤碳循环过程。对太行山南部50年刺槐人工林（R50）、17年刺槐人工林（R17）、自然恢复林（NR）和农田（CL）等不同土地利用方式下的表层土壤（0-20 cm）进行了系统研究,利用湿筛法对土壤团聚体进行分级,并计算土壤结构稳定性参数（平均重量直径MWD,团聚体比例AR）及不同粒径团聚体有机碳贡献率,进而分析弃耕后土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量变化。结果表明,土地利用方式对土壤团聚体粒径分布及团聚体有机碳含量有显著影响,自然恢复林与刺槐林的大团聚体（>0.25 mm）含量都高于农田,且自然恢复林的大团聚体增加更显著。MWD的计算结果表明：自然恢复林 > 刺槐人工林 > 农田,说明该区域的自然恢复方式更容易促进大团聚体的形成,并显著改良土壤结构及增强土壤团聚体稳定性。弃耕后,不同土地利用方式0-10 cm土层各粒径团聚体有机碳含量均高于农田,且团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈正相关。这些结果说明,研究区域的自然植被恢复和人工造林都可以显著提高土壤的固碳能力,且储存的有机碳主要存于大团聚体中,而农田的有机碳大都存于粘粒+粉粒团聚体中。自然植被恢复和人工造林均提高了土壤结构稳定性,是改善团粒结构、提高土壤质量的有效方式。     

岩溶地区土地利用/覆被变化的水文效应研究进展

随着国家对西南岩溶地区社会经济发展政策的深入推进和石漠化治理等生态修复工程的建设实施, 西南岩溶地区的土地利用和覆被发生了迅速改变, 加之岩溶水文环境自身的敏感性, 土地利用/覆被变化已对区域水文水循环过程产生了重大影响。在对西南岩溶水文环境特性简要分析的基础上, 从西南岩溶地区地表植被变化、农业生产活动、城镇化进程三个主要方面对土地利用/覆被变化的水文效应研究现状进行了简要评述, 总结概括提出了加强岩溶地区土地利用/覆被变化的水文水循环响应监测、评价及其反馈机制研究、岩溶区土地利用/覆被变化对水文水环境影响的定量化模拟和预警、岩溶区土地利用/覆被变化下的水土资源优化配置研究、气候变化背景下土地利用/覆被变化对岩溶地质碳汇的影响研究、极端气候变化叠加影响下的水文效应与调控机制研究等五个主要发展方向, 并探讨了开展未来研究的重点及难点问题。     

城市土壤碳循环与碳固持研究综述

城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面,城市为人们了解人类与自然复合生态系统对全球变化的影响及其对全球变化的响应过程提供一个独特的"天然实验室"。陆地生态系统碳循环是全球变化研究的热点领域之一,然而,人们对城市在全球碳循环中的作用和影响知之甚少,城市土壤碳循环研究处于起步阶段。介绍了城市土壤的主要特性和碳循环特征,指出强烈的人为作用是其最突出的特点;综述了城市土壤碳库、碳通量和碳固持研究方面取得的进展;探讨了城市化过程中土地利用变化、土壤中生物及土壤管护措施、城市小气候、大气污染沉降和土壤污染等对土壤碳循环的影响;提出未来城市碳循环研究需要开展长期系统监测、深化城市土壤碳循环机制研究、创新研究范式和研究方法、并将研究成果与城市景观规划与设计相结合,提升城市土壤碳管理能力。     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。     

东北黑土区坡耕地表层土壤颗粒有机碳和团聚体结合碳的空间分布

北黑土区典型漫岗坡耕地为研究对象,测定不同侵蚀程度地形部位表层土壤不同粒级有机碳、水稳性团聚体及其结合碳含量,探讨土壤侵蚀和沉积作用对表层土壤有机碳（SOC）损失、迁移和累积的影响.研究结果表明：与侵蚀微弱的坡顶相比,严重侵蚀的坡肩部位表层土壤水稳性大团聚体、矿质结合碳（IOC）和团聚体结合碳含量分别减少23﹪、17.5﹪和8.7﹪,而土壤颗粒有机碳（POC）含量无明显差异.长期处于沉积状态的坡脚部位,表层土壤大团聚体、POC和大团聚体结合碳含量分别较坡顶低56.1﹪、47.9﹪和67﹪;而IOC和微团聚体结合碳分别较坡顶高10﹪和18.7﹪.研究结果反映了土壤侵蚀以及耕作倾向于破坏水稳性大团聚体,其内部包裹的轻质、细颗粒物质易被地表水流迁移流失,加上下层土壤的稀释作用,导致侵蚀部位SOC减少.轻质活性碳组分在迁移和累积过程中易被微生物利用分解,沉积区土壤以IOC和微团聚体碳为主,形成一个惰性碳汇.     

氮添加对内蒙古温带草原土壤活性有机碳的影响

日益加剧的氮沉降不断影响着草地生态系统碳循环过程及碳汇功能,活性有机碳能够指示土壤碳库变化,探究氮添加对草地中土壤活性有机碳组分的影响对正确认识碳循环过程并制定合理有效的生态系统管理措施具有重要意义。该研究以内蒙古温带典型草原为研究对象,设置5个不同氮添加处理,探讨不同氮添加水平下温带典型草原土壤活性有机碳组分含量的变化特征及影响因子。结果表明:氮添加减少了可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)和易氧化有机碳(EOC)含量,且DOC、MBC、EOC含量均随着土壤深度的增加而减少。5 g·m^–2·a^–1氮添加处理显著促进了活性有机碳组分的分解。氮添加对土壤活性有机碳组分的影响受生物因子(微生物生物量、胞外酶活性等)和非生物因子(土壤理化性质、团聚体稳定性等)共同调控。氮添加降低了土壤密度,提高了大团聚体平均质量直径和占比,增大了有机质与底物的接触面积,促进了活性有机碳分解,减少了DOC和EOC含量。氮添加抑制多酚氧化酶和过氧化物酶活性,减少了难分解有机质的分解,降低了EOC和MBC含量。此外,氮添加提高了β-葡萄糖苷酶和纤维素水解酶活...     

植被修复初期对贵州高原喀斯特湿地湖滨带碳元素的影响

以贵州草海保护区（海拔约为2171.7 m）为研究对象,采用时空互代法研究不同地貌环境（非喀斯特地貌、喀斯特地貌及植被修复地貌）下,保护区内土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）含量分布规律及其影响因素,以期为准确估算保护区内碳组分储量及其固碳效益评价提供科学依据。结果表明：（1）不同地貌下有机碳（SOC）含量、易氧化有机碳（ROC）和可溶性有机碳（DOC）与土层深度存在极显著负相关关系,即随土层深度增加而降低;（2）在0-50 cm土层中喀斯特地貌与非喀斯特地貌下土壤团聚体均以>0.2 mm粒级有机碳含量相对较高,<0.125 mm粒级含量最低。（3）植被恢复过程中,土壤碳组分含量显著增加,土壤固碳能力增强提高了土壤有机碳含量,促进了土壤团聚体的形成,同时也提高了土壤团聚体的稳定性。