长期施肥下红壤性水稻土有机碳储量变化特

研究了1982—2012年长期不同施肥下红壤性水稻土土壤有机碳含量变化、固碳趋势及外源碳输入对土壤固碳的贡献.结果表明： 施肥能提高土壤有机碳含量,连续30年不同施肥后,各施肥处理土壤有机碳含量趋于稳定,有机无机配施的土壤有机碳含量为21.02～21.24 g·kg^-1,增加速率为0.41～0.59 g·kg^-1·a^-1,单施化肥的土壤有机碳含量为15.48 g·kg^-1.各有机无机肥配施处理土壤的平均有机碳储量为43.61～48.43 t C·hm^-2,历年平均土壤有机碳储量显著大于单施化肥处理.土壤固碳速率与年均投入碳量呈显著指数正相关.本试验条件下,每年需要增加外源有机碳为0.12 t C·hm^-2才能维持土壤有机碳的平衡.     

广州市十种森林生态系统的碳循环

为了探讨南亚热带森林生态系统碳循环的规律,在广泛收集资料和试验数据的基础上,对广州10种森林生态系统的碳循环进行研究.结果表明：10种森林生态系统的碳密度在108.35～151.85 t C·hm^-2,其中乔木层碳密度在10.85～48.86 t C·hm^-2,0～60 cm土壤层在87.74～99.01 t C·hm^-2,均低于全国平均水平;从大气流向植被层的碳流量为4.41～9.15 t C·hm^-2·a^-1,植被层流向土壤层的碳流量为0.74～2.06 t C·hm^-2·a^-1,土壤层流向大气层的碳流量为3.94～5.42 t C·hm^-2·a^-1,即系统从大气净吸收碳在0.47～4.97 t C·hm^-2·a^-1之间.各种林分的净系统生产力不同,阔叶林大于针叶林,混交林大于纯林,天然次生林大于人工林.     

小兴安岭谷地云冷杉林的碳密度与生产力

采用样地清查和异速生长方程法,量化了处于衰退状态的小兴安岭谷地云冷杉林的森林碳密度和生产力.结果表明： 2011年森林碳密度总量为268.14 t C·hm^-2,其中植被碳密度、碎屑碳密度和土壤碳密度分别为74.25、16.86和177.03 t C·hm^-2.2006—2011年,乔木层碳密度从80.86 t C·hm^-2减少到71.73 t C·hm^-2,主要树种冷杉、白桦、云杉和兴安落叶松的碳密度年均减少比例分别为0.5%、1.2%、2.7%和3.7%,毛赤杨、红松和花楷槭的碳密度年均增加比例分别为2.9%、3.9%和7.2%.森林净初级生产力(NPP)为4.69 t C·hm^-2·a^-1,地下部和地上部NPP比值为0.56,凋落物损失部分是总NPP的最大组分,所占比例为34.5%.森林生态系统中2个主要碳输出途径异养呼吸和粗木质残体分解的年通量分别为293.67和119.29 g C·m^-2·a^-1.森林净生态系统生产力(NEP)为55.90 g C·m^-2·a^-1.研究结果表明,处于衰退状态的谷地云冷杉林仍具有一定的碳汇功能.     

耕作方式转变对小麦/玉米两熟农田土壤固碳能力的影响

采用大田试验、室内分析与生产调研相结合的方法,研究了耕作方式对农田生态系统固碳能力的影响.结果表明：少、免耕以及秸秆还田等保护性耕作措施有利于土壤有机碳的累积;免耕秸秆还田（NTS）方式0～5 cm土层土壤有机碳累积量比传统耕作（CTA）方式高18.0%,旋耕秸秆还田（RTS）0～5和5～10 cm土层比CTA分别高17.6%和25.0%,而翻耕秸秆还田（CTS）方式10～30 cm土层土壤总有机碳累积量比CTA高31.8%;CTA转变为NTS后,源于农田投入的碳排放减少了54.3 kg·hm^-2·a^-1,而转变为CTS、RTS后,分别增加了46.9 kg·hm^-2·a^-1和34.4 kg·hm^-2·a^-1;综合土壤碳累积与农田投入碳排放可知,传统耕作转变为保护性耕作方式后可实现由“碳源”向“碳汇”的转变,而CTS、RTS、NTS 3种耕作方式中以RTS的固碳能力最强,达1011.1 kg·hm^-2·a^-1.     

内蒙古典型草原土壤固碳潜力及其不确定性的估算

以内蒙古锡林郭勒盟典型草原围封和放牧对照的实测数据为基础,比较了不同植物群落类型的碳储量和固碳量,并估算了重度退化草地完全恢复后的土壤固碳潜力.结果表明: 在局地尺度上,以羊草、大针茅和克氏针茅为优势种的3种植被类型的年均固碳量均随着围封年限的增加而减少.羊草和大针茅草原群落的碳储量显著高于克氏针茅草原群落,而在过牧导致的退化过程中,后者流失了更多的土壤有机碳,其固碳潜力高于前两者.在区域尺度上,内蒙古典型草原土壤表层0～20 cm的固碳潜力在-0.03×10⁴～3.71×10⁴ kg C·a^-1范围内变化,总固碳潜力为12.1×10⁸kg C·a^-1.不确定性分析发现,忽略石砾含量不会造成土壤固碳潜力估算值的较大偏差,而气象数据空间插值造成的误差为±4.7×10⁹ kg C·a^-1.假设未来生长季降水的平均变化值为-3.2 mm·(10 a)^-1时,土壤固碳潜力将减少1.07×10⁸ kg C·(10 a)^-1.     

内蒙古典型草原土壤固碳潜力及其不确定性的估算

以内蒙古锡林郭勒盟典型草原围封和放牧对照的实测数据为基础,比较了不同植物群落类型的碳储量和固碳量,并估算了重度退化草地完全恢复后的土壤固碳潜力.结果表明: 在局地尺度上,以羊草、大针茅和克氏针茅为优势种的3种植被类型的年均固碳量均随着围封年限的增加而减少.羊草和大针茅草原群落的碳储量显著高于克氏针茅草原群落,而在过牧导致的退化过程中,后者流失了更多的土壤有机碳,其固碳潜力高于前两者.在区域尺度上,内蒙古典型草原土壤表层0～20 cm的固碳潜力在-0.03×10⁴～3.71×10⁴ kg C·a^-1范围内变化,总固碳潜力为12.1×10⁸kg C·a^-1.不确定性分析发现,忽略石砾含量不会造成土壤固碳潜力估算值的较大偏差,而气象数据空间插值造成的误差为±4.7×10⁹ kg C·a^-1.假设未来生长季降水的平均变化值为-3.2 mm·(10 a)^-1时,土壤固碳潜力将减少1.07×10⁸ kg C·(10 a)^-1.     

碳氮添加对草地土壤有机碳氮磷含量及相关酶活性的影响

草地土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分含量和酶活性对草地生态系统能量和养分的保持和供应具有重要作用.氮沉降对草地生态系统土壤有机养分及酶活性产生影响的结果不一致性,碳的同步添加是否会缓解氮沉降造成的负面影响仍不清楚,需要深入探讨.本研究以在内蒙古呼伦贝尔草原开展的碳(葡萄糖)、氮(尿素)添加试验样地为依托(始于2014年5月),探讨碳、氮添加对草地土壤C、N、P含量及相关酶活性的影响及其机制.试验分别设N₀(对照)、N₂₅(施氮25 kg·hm^-2·a^-1)、N₅₀(50 kg·hm^-2·a^-1)、N₁₀₀(100 kg·hm^-2·a^-1)、N₂₀₀(200 kg·hm^-2·a^-1)共5个N添加主处理,C₀(对照)、C₂₅₀(施碳250 kg·hm^-2·a^-1)、C₅₀₀(500 kg·hm^-2·a^-1)3个碳添加副处理,试验样品采于2016年8月.结果表明:高氮添加显著抑制脱氢酶(DHA)和β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)活性,与对照相比,其活性分别降低22.3%和12.5%;而氮添加对土壤有机N含量无显著影响,使有机C和有机P含量分别减少6.6%和14.5%.高碳添加缓解了土壤微生物的碳限制,使得脱氢酶(DHA)、β-葡糖苷酶(BG)活性及土壤有机N、有机P含量分别增加15.1%、12.2%、1.9%、2.6%.研究表明,长期过量氮输入抑制土壤微生物活性,造成土壤有机C、有机P的减少,而碳添加提高了微生物及酶活性,使土壤有机N、P含量增加.碳氮耦合添加对草地土壤有机C、N、P的持续供应具有重要意义.     

长期不同施肥模式对南方双季稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的影响

施肥措施与稻田生态系统净碳汇效应、经济收益的关系密切。本研究以长期(35年)定位施肥试验田为平台,分析了单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)4种不同施肥模式对我国南方双季稻田耕层土壤固碳速率、碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究表明: 不同施肥处理双季稻田耕层土壤碳库变化范围为216.02～866.74 kg·hm^-2·a^-1,OM处理土壤碳年变化量显著高于MF、RF和CK处理;双季稻田土壤固碳速率为51.5～650.7 kg·hm^-2·a^-1,表土碳密度为55.64～78.42 t·hm^-2,各施肥处理高低顺序均为OM>RF>MF>CK。各施肥处理双季稻田生态系统水稻的碳吸收为4.42～9.32 t C·hm^-2·a^-1,其高低顺序为OM>RF>MF>CK;与MF处理相比,OM和RF处理稻田土壤净碳汇量分别提高了27.6%和13.6%。各施肥处理双季稻田生态系统的碳成本物质投入变化范围为1.49～2.17 t C·hm^-2·a^-1,年经济收益变化范围为1.30×10³～7.83×10³元·hm^-2·a^-1,其高低顺序为RF>OM>MF>CK;OM、RF和MF处理双季稻田生态系统经济效益的净收益均显著高于CK处理。总之,长期施用有机肥、秸秆还田配施化肥措施均有利于增加双季稻田土壤固碳速率、碳汇效应和经济收益,是提高南方双季稻田土壤有机碳贮量的施肥模式。     

南方双季稻田稻草还田的碳汇效应

利用长期稻草还田定位试验和短期不同稻草还田模式试验,研究稻草还田对南方双季稻田土壤固碳、甲烷排放和综合碳汇的影响.结果表明： 稻草还田能增加土壤有机碳,长期还田的耕层土壤碳汇年增长率为0.07 t C·hm^-2·a^-1,土壤有机碳的表观转化率随着稻草还田量的增加而减少.稻草还田导致稻田甲烷排放量显著增加,其中,NPK添加稻草（NPK+RS）处理早、晚稻期间甲烷排放通量比仅施NPK分别增加了75.0%和251.5%（P<0.01）.稻田甲烷排放随着稻草还田量的增加而增加,在水稻产量和耕作方式相近的条件下,稻草（茬）的甲烷表观转化率接近.综合土壤固碳和甲烷排放的稻田净碳汇,NPK+RS处理负碳汇效应显著,基本与其水稻生物固碳接近,比稻草不还田处理（NPK）增加158.3%;不同还田模式中,稻草覆盖免耕处理能显著减少甲烷排放,其净碳汇（负值）比高桩翻耕处理减少50.9%,有利于水稻高产稳产.     

基于氮同位素标记技术的高寒人工草地氮肥氨挥发和氮素回收率研究

通过野外原位试验, 采用¹⁵N 标记技术和密闭室间歇通气法, 在青海省同德牧场高寒燕麦人工草地研究不施肥对照、单施尿素、尿素+脲酶抑制剂(NBPT)、尿素+硝化抑制剂(DMPP)、尿素+NBPT+DMPP 处理下高寒人工草地氨挥发、草地初级生产力及15N 标记肥料在牧草茎叶、根系和土壤中的回收率, 为高寒草地生态系统管理和可持续利用模式提供科学依据。结果表明: (1)不同处理下高寒人工草地土壤氨挥发速率表现为: 不施尿素对照处理总体上处于较低且稳定的水平(4.13-7.11g N·hm^-2·d^-1); 单施尿素处理氨挥发速率第2 天达到最大值343.43 g N·hm^-2·d^-1, 随后逐渐下降; 尿素+DMPP 处理氨挥发速率第2 天达到最大值216.53 g N·hm^-2·d^-1; 尿素+NBPT 和尿素+NBPT +DMPP 处理氨挥发速率均在第7 天达到最大值, 分别为43.19 g N·hm^-2·d^-1、34.55 g N·hm^-2·d^-1。(2)不同处理下高寒人工草地土壤累计氨挥发量表现为: 尿素(727.77 g N·hm^-2)> 尿素+DMPP(439.30 g N·hm^-2)> 尿素+NBPT(94.85 g N·hm^-2)> 尿素+NBPT+DMPP(80.01 g N·hm^-2)。统计结果表明, 除尿素+NBPT+DMPP 和尿素+NBPT 之间差异不显著外, 其余处理间累计氨挥发量差异显著(P<0.05)。(3)不同处理下高寒人工草地总初级生产力表现为: 不施肥对照处理总初级生产力为565.57 g·m^-2·y^-1,施尿素处理总初级生产力为652.36 g·m^-2·y^-1, 尿素+DMPP、尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP 处理总初级生产力为678.33-704.41 g·m^-2·y^-1。(4)不同处理下高寒人工草地¹⁵N 肥料在牧草茎叶、根系和土壤中的回收率看: 单施尿素处理15N 总回收率(茎叶+土壤+根系)为57.67%, 尿素+DMPP 处理¹⁵N 总回收率为58.08%, 尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP 处理¹⁵N 总回收率分别为68.74%和79.82%。统计结果显示尿素+NBPT+DMPP 和尿素+NBPT 处理显著提高高寒人工草地氮肥回收率。另外, ¹⁵N 标记肥料在牧草茎叶的回收率为28.45%-37.62%, 在牧草根系中的回收率为2.33%-2.68%, 土壤层(0-0 cm)中回收率为25.90%-41.64%。可以看出, 尿素+NBPT+DMPP 与尿素+NBPT 是同德高寒人工草地降低氨挥发和提高氮肥利用率的最佳施肥措施。     

杉木、木荷纯林及其混交林凋落物量和碳归还量

2005年5月-2007年4月,研究了福建省建瓯市水土保持科教园内19年生杉木人工林、木荷人工林和杉-荷混交林凋落物量和碳归还量.结果表明：3种人工林的年均凋落物量分别为2470.85、4171.96和4285.99 kg·hm^-2·a^-1,不同人工林中凋落物均以落叶为主,占林分年总凋落量的68.62%～87.26%.杉木人工林凋落物量在每年的4-5月、7月和12月出现3次较大峰值,而木荷人工林和杉-荷混交林凋落物量的峰值仅出现在每年的3月份.与人工纯林相比,混交林促进了阔叶树种的单株凋落物量增加,但抑制了针叶树种的凋落物量.落叶是3种人工林凋落物碳归还的主体,人工林碳年归还总量大小顺序与年均凋落量相同,其中杉-荷混交林最高(2.12 t·hm^-2·a^-1),杉木人工林最低(1.19 t·hm^-2·a^-1).与针叶和阔叶人工纯林相比,针阔混交林的凋落量大、碳归还量高,具有良好的碳吸存能力.     

长期施肥对双季稻种植下土壤有机碳库和固碳量的影响

研究了长期施用化肥和猪粪(PM)、稻草(RS)对双季稻集约化种植下30年期间(1981-2010年)土壤有机碳(SOC)及其组分的影响.结果表明：化肥平衡施用处理(NPK)的SOC、颗粒有机C(POC)和KMnO₄氧化C(KMnO₄C)组分高于化肥非平衡施用处理(NP和NK);猪粪、稻草与化肥(NK+PM、NP+RS和NPK+RS)长期配合施用处理的SOC、POC和KMnO₄ C组分显著增加.连续种植30年60季水稻后,猪粪与NK配施处理0～45 cm土层的SOC(84.71 t C·hm^-2)、POC(8.94 t C·hm^-2)和KMnO₄ C(21.09 t C·hm^-2)数量最高,其次是NPK+RS处理;NK+PM处理(485 kg C·hm^-2·a^-1)的固C量最高,其次是NPK+RS处理(375 kg C·hm^-2·a^-1).化肥与猪粪、稻草配施处理SOC的固C效率(CSE)明显高于单施化肥处理;施肥处理POC的固C效率(0.4%～1.2%)低于KMnO₄C(3.0%～8.3%).采用腐殖化常数值(h)和Jenkinson方程的衰减常数(k)可以预测不同处理2010年的SOC储量,通过Jenkinson方程可以计算维持1981年的SOC储量水平所需要的C投入量(A_E).双季稻种植下,长期连续施用NK+PM、NP+RS和NPK+RS处理的SOC含量增加是由于年C输入量高于A_E所致.在南方亚热带双季稻种植区,化肥与猪粪、稻草长期配施将促进水稻土有机碳的固定.     

气候变化背景下农林复合系统碳汇功能研究进展

农林复合系统作为一种土地综合利用体系,可以有效吸收和固定CO₂、增加碳储量,在达到收获目的的同时,可有力减轻温室效应.农林复合系统对CO₂的调控作用,使人们认识到农林复合系统较单一作物系统有着明显优势,因此,深入了解不同农林复合系统的碳汇功能及其影响因素,对全球碳循环研究及碳收支准确评估具有重要意义.本文综述了农林复合系统的概念与分类,探讨了农林复合系统不同组分的碳固存潜力及其影响因子,得出不同区域、不同类型农林复合系统内植被的固碳速率相差很大(0.59～11.08 t C·hm^-2·a^-1),其主要受到气候因子和农林复合系统自身特性(物种组成、林木密度和林龄)的影响.农林复合系统内土壤的固碳潜力受到系统内树木和非树木成分输入的生物量多少和质量、土壤质地、土壤结构的影响.不同地区的任何一个农林复合系统的碳储量多少主要依赖于复合系统中各组分的结构和功能.针对目前的研究现状,指出应重点加强农林复合系统优化结构的碳汇功能研究,以及加强农林复合系统碳储量的时空分布格局及其固碳机制的长期研究.     

羌塘高原高寒草地生态系统生产力动态

基于实测气象数据和遥感数据,分析了藏北地区气候变化趋势,并采用植被 气候综合模型和CASA模型模拟分析了藏北草地潜在和现实净第一性生产力(NPP)的动态变化和空间格局.结果表明：1955—2004年间,羌塘高原年平均气温上升了1.37 ℃,降水量增加了63 mm,中、东部区域的气候趋于暖湿化,西部区域趋于暖干化,目前气候变化尚未引起草地退化.草地潜在NPP平均值为东部 > 中部 > 西部.1982—2004年,由于水热条件的变化,中部区域的潜在NPP增加值最高,达0.55 t·hm^-2·a¹,东部和西部分别为0.51和0.21 t·hm^-2·a^-1;东、中、西部现实NPP增量分别为-0.19、-0.03 和0.20 t·hm^-2·a^-1.超载过牧是东、中部草地退化的主要原因,中部是草地保护恢复工程的最佳实施区域.     

全球森林生态系统碳储量、固碳能力估算及其区域特征

从气候地带性和地理区域分布两方面对森林生态系统碳储量及固碳能力,以及土地利用变化对森林固碳的影响和森林固碳估算不确定性的原因进行综述.据估算,全球森林生态系统碳储量为652～927 Pg C,固碳能力达到4.02 Pg C·a^-1.各气候地带森林碳储量表现为热带最大(471 Pg C),寒带次之(272 Pg C),温带(113～159 Pg C)最小,固碳能力表现为热带(1.02～1.3 Pg C·a^-1)最大,温带次之(0.8 Pg C·a^-1),寒带(0.5 Pg C·a^-1)最小;各地理区域森林碳储量表现为南美洲(187.7～290 Pg C)最大,其次是欧洲(162.6 Pg C)、北美洲(106.7 Pg C)、非洲(98.2 Pg C)和亚洲(74.5 Pg C),而大洋洲(21.7 Pg C)最小,固碳能力为南美洲热带(1276 Tg C·a^-1)和非洲热带(753 Tg C·a^-1)较大,其次是北美洲(248 Tg C·a^-1)和欧洲(239 Tg C·a^-1),而东亚(98.8～136.5 Tg C·a^-1)较小.为进一步减少森林生态系统固碳估算的不确定性,今后应综合运用连续长期观测技术、样地清查、遥感分析和模型模拟等方法.     

宁夏回族自治区森林生态系统固碳现状

根据宁夏回族自治区森林资源清查资料以及野外调查和室内分析的结果,研究了宁夏地区森林生态系统固碳现状,估算了该区森林生态系统的碳密度、碳储量,并分析了其空间分布特征.结果表明: 宁夏森林各植被层生物量大小顺序为: 乔木层(46.64 Mg·hm^-2)>凋落物层(7.34 Mg·hm^-2)>细根层(6.67 Mg·hm^-2)>灌草层(0.73 Mg·hm^-2).云杉类(115.43 Mg·hm^-2)和油松(94.55 Mg·hm^-2)的单位面积植被生物量高于其他树种.不同林龄乔木层碳密度中,过熟林最高,但由于幼龄林面积所占比例最大,其乔木层碳储量(1.90 Tg C)最大.宁夏地区森林生态系统平均碳密度为265.74 Mg C·hm^-2,碳储量为43.54 Tg C,其中,植被层平均碳密度为27.24 Mg C·hm^-2、碳储量为4.46 Tg C,土壤层碳储量是植被层的8.76倍.宁夏地区的森林碳储量整体呈南高北低分布,总量较低.这与其森林面积小和林龄结构低龄化有很大关系.随着林龄结构的改善和林业生态工程的进一步实施,宁夏森林生态系统将发挥巨大的固碳潜力.