秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布

以秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区)、油松、华山松、松栎混交林、云杉、锐齿栎(辛家山林区)为对象,研究了不同林分土壤剖面上有机碳、全氮、有机碳储量的分布规律。结果表明:在秦岭地区,随着土壤剖面深度增加,不同林分的土壤有机碳、全氮含量均逐渐降低;不同林分的土壤有机碳、氮素的积累和分解存在一定差异。其中,云杉和松栎混交林的土壤有机碳、全氮含量较高,锐齿栎(辛家山林区)含量较低,不同林分土壤剖面有机碳、全氮含量平均值分别为13.46—26.41 g/kg、4.47—9.51 g/kg,大小顺序均为云杉松栎混交林锐齿栎(马头滩林区)油松华山松锐齿栎(辛家山林区);各个林分的土壤C/N在5.93—15.47之间,C/N平均值大小为松栎混交林﹥华山松﹥油松﹥云杉﹥锐齿栎(辛家山林区)﹥锐齿栎(马头滩林区);各个林分0—60 cm土层的土壤有机碳储量大小为云杉锐齿栎(马头滩林区)松栎混交林华山松锐齿栎(辛家山林区)油松,分别为150.94、135.28、124.93、109.24、102.15、96.62 t/hm2;各个林分土壤有机碳含量与土壤全氮含量存在极显著正相关,土壤有机碳、全氮与C/N则没有明显相关性。     

汉中盆地秸秆还田撂荒和林地对土壤碳的影响

农业活动是温室气体重要的排放源,土壤碳库[土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)]稍微变化会对大气CO_2产生很大影响。汉中盆地是南水北调的重要水源涵养地,在该区域秸秆还田、农田撂荒和林地是目前常见土地利用方式,但缺乏不同利用方式对SIC和SOC影响的研究。该研究采集该区域典型样地土壤,用滴定法和有机碳分析仪分别测定其SIC和SOC含量,研究3种土地利用方式对土壤碳库的影响。结果表明:SOC随土层深度最为敏感的是农田,其次是撂荒地,林地最不敏感。0~140 cm土层SOC碳密度,林地最大,是撂荒田的2.26倍,农田是撂荒田的1.37倍。深土层SOC碳密度,林地是撂荒田的2.44倍,农田是撂荒田的1.07倍。撂荒田的SIC密度最大,其次是农田,林地的SIC碳密度最低。在0~140 cm土层中,SIC密度依次为12.37、11.68和9.77 kg·m~2,撂荒田的SIC碳密度是林地的1.27倍。随着我国农村发展,土地利用管理出现新的方式,今后在估算土地利用管理方式对土壤碳影响时还需要综合考虑SOC和SIC。     

宁夏典型温性天然草地固碳特征

本文研究了宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种温性典型天然草地生态系统碳储量及其构成特征。结果表明: 草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量分别为1178.91、481.22、292.80和209.09 g·m^-2。其中,地下根系生物量是构成草甸草原和温性草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的73.1%和56.6%;地上植被生物量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的50.3%和47.6%;枯落物生物量占比较低,分别仅为8.5%、8.0%、6.4%和16.2%。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地生态系统碳储量分别为13.90、5.94、2.69和2.37 kg·m^-2,其中植被碳储量分别为470.26、192.23、117.17、83.36 g·m^-2,0～40 cm土层土壤有机碳储量分别为13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2,土壤有机碳储量是构成宁夏典型天然草地碳储量的主体,分别占到了生态系统碳储量的96.6%、96.8%、95.6%和96.5%。4种草地类型植被总生物量、植被碳储量、土壤有机碳储量和生态系统碳储量均表现为:草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。     

Land use change and the global carbon cycle: the role of tropical soils

Millions of hectares of tropical forest are cleared annually for agriculture, pasture, shifting cultivation and timber. One result of these changes in land use is the release of CO₂ from the cleared vegetation and soils. Although there is uncertainty as to the size of this release, it appears to be a major source of atmospheric CO₂, second only to the release from the combustion of fossil fuels. This study estimates the release of CO₂ from tropical soils using a computer model that simulates land use change in the tropics and data on (1) the carbon content of forest soils before clearing; (2) the changes in the carbon content under the various types of land use; and (3) the area of forest converted to each use. It appears that the clearing and use of tropical soils affects their carbon content to a depth of about 40 cm. Soils of tropical closed forests contain approximately 6.7 kg C · m^-2; soils of tropical open forests contain approximately 5.2 kg C · m^-2 to this depth. The cultivation of tropical soils reduces their carbon content by 40% 5 yr after clearing; the use of these soils for pasture reduces it by about 20%. Logging in tropical forests appears to have little effect on soil carbon. The carbon content of soils used by shifting cultivators returns to the level found under primary forest about 35 yr after abandonment. The estimated net release of carbon from tropical soils due to land use change was 0.11–0.26 × 10¹⁵ g in 1980.     

城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化的差异

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程。因受到强烈的人为干扰,城市土壤生态服务功能严重退化,进而对城市土壤地球化学循环尤其是碳循环产生深刻的影响。以北京市奥林匹克森林公园的5种典型地表覆盖类型(草坪、灌木、行道树、植草砖、硬化地表)下土壤为研究对象,研究了城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化过程及固碳能力的差异。结果表明,城市5种地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化趋势与自然生态系统中的土壤基本一致,都表现为前期矿化较为快速,后期明显减慢并且趋于平稳;不同地表覆盖类型下土壤的有机碳矿化作用有显著差异,灌木、行道树、植草砖覆盖下土壤有机碳矿化能力较强,硬化地表和草坪较弱,与土壤有机碳含量特征类似;一级动力学方程对各土样有机碳矿化过程的模拟结果较好,结果显示草坪覆盖下土壤固碳能力较强,灌木覆盖下次之,行道树、植草砖和硬化地表覆盖下较弱;土壤固碳能力的高低并不对应着土壤有机碳含量的高低,城市人为干扰和外源有机碳的输入对土壤有机碳储量影响较大;硬化地表下不同土层有机碳矿化作用无明显差异,而其他地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化作用随土层加深显著减弱,特别是植草砖和行道树特征最为明显;各地表覆盖类型下土壤固碳能力随土层深度变化的规律不显著。城市土壤有机碳矿化的最主要限制因子是土壤有机碳的含量,土壤p H值、养分含量、粘粒含量等性质也通过影响土壤有机碳含量及微生物活动等对土壤有机碳矿化过程产生影响。     

土地利用/覆盖变化对陆地生态系统碳循环的影响

土地利用/覆盖变化是学术界最为关注的环境变化问题之一,它能够影响陆地生态系统的生物多样性、水、碳和养分循环、能量平衡,引起温室气体释放增加等其它环境问题。不同类型的土地利用/覆盖变化对生态系统碳循环的作用不同,由高生物量的森林转化为低生物量的草地、农田或城市后,大量的CO₂将释放到大气中。全球土地利用/覆盖变化具有很强的空间变异性,对生态系统碳循环的影响同样具有明显的空间差异:热带地区的土地利用/覆盖变化造成大量的碳释放,而中高纬度地区土地利用/覆盖变化则表现为碳汇。目前,土地利用/覆盖变化引起的生态系统碳循环变化主要是通过模型模拟来估算的。尽管土地利用/覆盖变化及其相关过程与生态系统碳循环的关系已经比较清楚,但是,由于土地利用/覆盖变化过程复杂且影响广泛,对于如何量化两者之间的关系还存在很多不确定性。目前的量化过程主要是利用经验数据来实现的,机理性不强,使得对土地利用/覆盖变化造成的陆地生态系统CO₂释放量的估测差异很大。除了进一步加强长期定位研究以获得土地利用/覆盖变化与生态系统碳循环过程的定量关系外,土地利用/覆盖变化模型与植被动态模型、生态系统过程模型的耦合也是今后模型发展的主要方向之一。采用合理的管理措施能够大量增加土地利用/覆盖变化过程中的碳储存量,降低碳释放量,因此在模型中耦合管理措施来研究土地利用/覆盖变化过程对生态系统碳循环的影响是未来几年的工作重点。     

1980-2010年北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应

分析北京市农用地碳储量对土地利用变化的响应,对快速城市化和工业化区域及全国农用地低碳利用调控具有重要意义。利用1980年第二次土壤普查数据与2010年测土配方施肥项目成果土壤数据核算北京市农用地表层土壤碳储量,利用生物量遥感信息（NDVI）模型反演林地、草地植被碳储量,对北京市土地利用变化造成的农用地碳储量变化进行研究,结果表明：1）1980-2010年,北京市农用地碳储量由75.29 Tg-C增至81.13Tg-C,增加5.83 Tg-C,其中,土壤碳储量减少7.51 Tg-C,植被碳储量增加13.34 Tg-C;2）30年间,北京市农用地面积减少14.11×10⁴ hm²,其中,耕地流失最为显著,主要去向为建设用地和林地,林地面积略有增加;3）北京市用地类型保持不变的农用地土壤碳储量减少297.63×10⁴ t,植被碳储量增加1095.21×10⁴ t,共计增加797.58×10⁴ t,其中,用地类型保持不变的耕地、林地碳储量增加,草地碳储量减少;4）30年间,土地利用类型转化使北京市农用地土壤碳储量减少75.71×10⁴ t,植被碳储量增加212.49×10⁴ t,共计增加136.78×10⁴ t,其他用地类型转为林地使碳储量增加,有利于碳汇的形成,林地转出为其他用地类型均会造成一定碳排放;5）平原造林、退耕还林等工程有利于增加北京市农用地固碳量。未来北京市可通过控制农用地面积减少量,优化农用地内部结构,降低用地类型间的转换频率以提高农用地碳储量。研究可为其他区域及全国在快速城市化工业化过程中提升农用地碳储量提供一定参考。     

不同区域的人口密集农村地区土壤有机碳的分布

基于IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图,根据Ellis提出的村级景观分类体系,研究我国5个不同宏观生态区域（高邑、宜兴、金堂、益阳和电白）的村级景观细微尺度上土地利用、土地覆盖、生态立地各层次上土壤表层（0～30cm）有机碳的密度和储量,结果表明：高邑、宜兴、金堂、益阳和电白5个地区的土壤有机碳密度分别为：2．62、3．47、2．24、2．86kg／m^2和2．70kg／m^2,平均土壤有机碳密度为2．78kg／m^2。土地利用景观中,高邑地区的水浇地和其它地区的水田和林地的土壤有机碳密度较高,高邑、宜兴、金堂、益阳和电白5个地区土壤有机碳储量最高的土地利用景观分别为水浇地、水田、旱地、水田和林地、林地;土地覆盖景观中,1年生和多年生植被覆盖景观的土壤有机碳密度最高。在由高邑至宜兴,最后至电白的纬度逐渐降低过程中,1年生植被覆盖景观的土壤有机碳储量逐渐减少,而多年生土地覆盖景观呈相反趋势。     

不同林龄杨树农田防护林土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性

以辽宁省建平县5、10、15和20年生4个林龄的杨树农田防护林为对象,以农田作为对照,研究了农田营造防护林对土壤微生物生物量碳、氮及微生物活性的影响.结果表明：农田营造防护林后,0～15 cm层土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、氮含量和土壤基础呼吸均呈现出先降低后升高的趋势,在造林20年后达到或超过未造林农田的水平;而代谢熵在造林5年后显著增加,然后随着林龄的增加而降低.上述结果表明,农田营造杨树防护林后,土壤微生物生物量和活性均发生了明显的变化.     

鼎湖山自然保护区土壤有机碳贮量和分配特征

基于61个土壤剖面的数据,分析了鼎湖山自然保护区4种自然植被类型(沟谷雨林、季风常绿阔叶林、山地常绿阔叶林和山地灌木草丛)和4种次生植被类型(马尾松针叶林、针阔混交林、次生季风常绿阔叶林和常绿灌丛)的土壤有机碳贮量及其分配特征.结果如下(1)各植被类型土壤有机碳含量随深度增加而减少,但植被类型不同其减少程度不同.除 >40cm土层外,自然植被类型的土壤有机碳含量明显高于次生植被类型.(2)土壤碳密度和土壤有机碳含量一样随深度增加而减少.两大植被类型间比较,除山地灌木草丛 >40cm土层外,自然植被类型各个土层土壤碳密度都高于所有的次生植被类型对应的碳密度.对于整个土层而言,各植被类型土壤碳密度在30.9～127.9 t/hm2间,总平均为73.9 t/hm2.(3)各植被类型的土壤厚度平均为36.7～73.3cm,总平均为56.4cm.除了山地常绿阔叶林外,土壤厚度基本上沿海拔高度增加而减少.(4)保护区各植被类型总面积为1028.4 hm2,土壤总碳贮量为72287.0 t,其中0～10、10～20、20～40cm和 >40cm四个土层分别占32.0%、20.6%、25.8%和21.6%.自然植被土壤碳贮量在表层(0～20cm)的比重比次生植被的高.所有的植被类型中,混交林碳贮量贡献最大,季风常绿阔叶林次之.自然植被类型土壤在碳贮存方面发挥积极的作用.(5)通过比较,鼎湖山保护区土壤碳密度整体较低,表层土壤碳贮量贡献较大.分析表明人为干扰是制约土壤碳贮存量大小的重要因素.     

尕海湿地生态系统土壤有机碳储量和碳密度分布

2011年7月,研究了甘南尕海典型湿地(草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸)土壤剖面有机碳分布及其储量.结果表明: 4种典型湿地土壤容重平均在0.22～1.29 g·cm^-3;草本泥炭地土壤有机碳含量明显高于其他类型,其平均值(286.80 g·kg^-1)约为沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸的2.91、4.99和7.13倍.各类湿地土壤平均有机碳密度为草本泥炭地＞亚高山草甸＞沼泽湿地＞高山湿地,以0～10 cm剖面的密度最大;各类湿地土壤剖面的有机碳密度与有机碳含量的变化趋势基本一致,均随土壤深度的增加呈现波动性变化;草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸的土壤有机碳均存在0～10和20～40 cm两个明显储碳层;其0～60 cm深度的土壤有机碳储量分别为369.46、278.83、276.16和292.23 t·hm^-2.尕海湿地4种类型湿地0～60 cm土壤的总有机碳储量约为9.50×10⁶ t.     

Defining the importance of including transient ecosystem responses to simulate C‐cycle dynamics in a global change model

The ability of plant species to migrate is one of the critical issues in assessing accurately the future response of the terrestrial biosphere to climate change. This ability is confined by both natural and human‐induced changes in land cover. In this paper we present land‐cover and Carbon (C) cycle models designed to simulate the biospheric consequences of different types of land‐cover changes. These models, imbedded in the larger integrated assessment model IMAGE 2, were used to demonstrate the importance of considering spatial aspects for global C‐cycle modelling. A gradual‐migration, an unlimited‐migration and a no‐migration case were compared to show the range of possible consequences. Major differences between these cases were simulated for land‐cover patterns and the carbon budget. A large geographical variation in the biospheric response was also simulated. The strongest response was simulated in high‐latitude regions, especially for the migration cases in which land‐cover changes were permitted. In low‐latitudes regions the differences between the migration cases were smaller, mainly due to the effects of land‐use changes. The geographical variation among, and the different responses, the migration cases clearly demonstrate how essential it is to assess biospheric responses to climate change and land use simultaneously. Moreover, it also shows the urgent need for enhanced understanding of spatial and temporal dynamics of the biospheric responses.     

中国土壤容重特征及其对区域碳贮量估算的意义

容重是土壤最重要的物理性质之一,不仅能反映土壤质量和土壤生产力水平,还是区域尺度土壤碳贮量估算的重要参数。由于野外测定土壤容重费时费力、并且操作过程也容易造成较大的误差,因此,土壤容重在国内外大多数清查数据库中均缺失严重。通过收集和整理中国第二次土壤普查数据、中国生态系统研究网络数据和1980—2014年论文内的中国土壤容重数据(共11845条记录),系统地探讨了中国陆地生态系统土壤容重的整体分布特征、垂直分布特征以及不同土壤类型间的差异。分析结果表明:中国陆地生态系统的土壤容重数据整体呈正态分布,平均值为(1.32±0.21)g/cm~3,中值为1.35g/cm~3;土壤容重随土层深度增加而增加,两者间表现为显著的幂函数关系。土壤容重与有机质含量呈显著的正相关关系,与沙粒含量的负相关关系较弱。此外,不同土壤类型间的土壤容重差异较大,高山土平均容重最低(0.93 g/cm~3),而盐碱土平均容重最高(1.41 g/cm~3)。结果全面阐释了中国陆地生态系统土壤容重的基本特征及其变异规律,其结论还将为准确评估区域乃至全国土壤碳贮量提供重要参数。     

南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分动态

利用时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分分配规律.结果表明:不同月份间土壤蓄水量差异极显著(P<0.01),研究时段内土壤水分呈低-高-低的单峰变化.杜仲人工林土壤水分垂直变化显著,且不同季节变化规律各异:根据土壤水分的季节消长和物候变化趋势可将土壤水分变化分为土壤水分积累期和消耗期;按降雨量的季节分配可将土壤水分变化分为干季和湿季两个时段.土壤蓄水量与大气相对湿度(RH)、大气温度(t)、饱和水汽压差(VPD)、降雨量(R)显著相关(P<0.05),降雨量是最直接的影响因子,其次是大气温度.次降雨后土壤水分损失率与干旱天数呈显著的双曲函数关系(P<0.05),土壤蓄水量与雨后干旱天数呈显著线性负相关(P<0.05),在次降雨后的持续干旱条件下,土壤水分损失随着土层深度的增加逐渐趋于缓和.