中国国家森林公园碳储量及固碳速率的时空动态

森林生态系统在调节气候变化和维持碳平衡中具有重要作用。国家森林公园是森林保护的主要载体,探明其碳储量和固碳速率的变化对于森林生态系统的固碳能力评估和可持续经营管理具有重要意义。本研究采用生态系统过程模型CEVSA2模型,模拟了1982—2017年中国881处国家森林公园的碳密度、碳储量和固碳速率的空间分布特征。结果表明: 国家森林公园平均碳密度为255.18 t C·hm^-2,高于中国森林生态系统平均碳密度。2017年,国家森林公园总碳储量为3.56 Pg C,占全国森林生态系统总碳储量的11.0%~12.2%。1982—2017年国家森林公园平均固碳速率达到0.45 t C·hm^-2·a^-1,各地区国家森林公园固碳速率都在0.30 t C·hm^-2·a^-1以上。东北和西南地区国家森林公园的总碳储量最高。东北地区国家森林公园的土壤有机碳固碳速率最高,而华东和中南地区国家森林公园的植被碳固碳速率最高。国家森林公园面积占中国森林总面积的5.8%,在森林碳汇管理中占据着重要地位。准确评估国家森林公园的森林生长状况、固碳潜力和碳吸收特征,可为我国森林公园生态系统服务功能的总体评估提供借鉴和参考。     

松嫩平原农田土壤有机碳变化及固碳潜力估算

基于1979—1985年全国第二次土壤普查和2015年实地采样数据,利用土壤类型法计算了近35年来松嫩平原及其各县农田表层土壤有机碳密度和土壤碳库储量;并分析了松嫩平原农田土壤有机碳密度的空间分布及变化特征;利用饱和值法对松嫩平原及其各县市农田土壤有机碳量的变化趋势进行拟合,估算其农田土壤的固碳潜力。结果表明:(1)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳密度平均值为1.61 kg/m~2,近35年来约有81.59%的农田土壤有机碳密度呈下降趋势,集中分布在松嫩平原北部、东部和东南部地区,以富裕县东部、依安县中部、肇东县西部、扶余县西部等地区土壤有机碳密度下降幅度最大;(2)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳库总储量为233.63 Tg,比全国第二次土壤普查减少了32.62 Tg;(3)2015年松嫩平原农田表层土壤总固碳潜力为-32.7 TgC,呈现出"碳源"趋势,农田土壤单位面积固碳潜力平均值为-1.793×10~(-3)Tg/km~2。     

青海省森林乔木层碳储量现状及固碳潜力

为阐明青海省森林生态系统乔木层植被碳储量现状及其分布特征, 该研究利用240个标准样地实测的乔木数据, 估算出青海省森林生态系统不同林型处于不同龄级阶段的平均碳密度, 并结合青海省森林资源清查资料所提供的不同龄级的各林型面积, 估算了青海省森林生态系统乔木层的固碳现状、速率和潜力。结果表明: 1) 2011年青海省森林乔木层平均碳密度为76.54 Mg·hm ^-2, 总碳储量为27.38 Tg。云杉(Picea spp.)林、柏木(Cupressus funebris)林、桦木(Betula spp.)林、杨树(Populus spp.)林是青海地区的主要林型, 占青海省森林面积的96.23%, 占青海省乔木层碳储量的86.67%, 其中云杉林的碳储量(14.78 Tg)和碳密度(106.93 Mg·hm ^-2)最高。按龄级划分, 乔木层碳储量表现为过熟林>中龄林>成熟林>近熟林>幼龄林。2)青海省乔木层总碳储量从2003年的23.30 Tg增加到2011年的27.38 Tg, 年平均碳增量为0.51 Tg·a ^-1。乔木层固碳速率为1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1, 其中柏木林的固碳速率最大(0.44 Mg·hm ^-2·a ^-1); 桦木林的固碳速率为负值(-1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1)。3)青海省乔木层植被固碳潜力为8.50 Tg, 其中云杉林固碳潜力最高(3.40 Tg)。该研究结果表明青海省乔木层具有较大的固碳潜力, 若对现有森林资源进行合理管理和利用, 将会增加青海省森林的碳固存能力。     

Current stocks and potential of carbon sequestration of the forest tree layer in Qinghai Province,China

为阐明青海省森林生态系统乔木层植被碳储量现状及其分布特征, 该研究利用240个标准样地实测的乔木数据, 估算出青海省森林生态系统不同林型处于不同龄级阶段的平均碳密度, 并结合青海省森林资源清查资料所提供的不同龄级的各林型面积, 估算了青海省森林生态系统乔木层的固碳现状、速率和潜力。结果表明: 1) 2011年青海省森林乔木层平均碳密度为76.54 Mg·hm ^-2, 总碳储量为27.38 Tg。云杉(Picea spp.)林、柏木(Cupressus funebris)林、桦木(Betula spp.)林、杨树(Populus spp.)林是青海地区的主要林型, 占青海省森林面积的96.23%, 占青海省乔木层碳储量的86.67%, 其中云杉林的碳储量(14.78 Tg)和碳密度(106.93 Mg·hm ^-2)最高。按龄级划分, 乔木层碳储量表现为过熟林>中龄林>成熟林>近熟林>幼龄林。2)青海省乔木层总碳储量从2003年的23.30 Tg增加到2011年的27.38 Tg, 年平均碳增量为0.51 Tg·a ^-1。乔木层固碳速率为1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1, 其中柏木林的固碳速率最大(0.44 Mg·hm ^-2·a ^-1); 桦木林的固碳速率为负值(-1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1)。3)青海省乔木层植被固碳潜力为8.50 Tg, 其中云杉林固碳潜力最高(3.40 Tg)。该研究结果表明青海省乔木层具有较大的固碳潜力, 若对现有森林资源进行合理管理和利用, 将会增加青海省森林的碳固存能力。     

中国成熟林植被和土壤固碳速率对气候变化的响应

基于B2气候变化情景数据, 利用大气-植被相互作用模式AVIM2, 模拟预测了1981-2040年中国成熟林植被和土壤固碳速率的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明, 中国森林区域平均气温从1981年的7.8 ℃增加到2040年的9.0 ℃, 森林区域降水量略有增加。成熟林植被碳总量从8.56 Pg C增加到9.7 Pg C, 植被固碳速率在-0.054-0.076 Pg C·a^-1之间波动, 平均值为0.022 Pg C·a^-1。成熟林土壤碳总量从30.2 Pg C增加到30.72 Pg C, 土壤固碳速率在-0.035-0.072 Pg C·a^-1之间波动, 平均值为0.010 Pg C·a^-1。虽然研究时段内中国植被和土壤固碳总量均没有显著变化趋势, 但区域植被和土壤固碳速率对气候变化的响应具有显著空间差异。未来在气温增幅较大的东北和东南林区, 特别是在东北的长白山林区, 森林植被和土壤固碳速率将大大降低; 而在气温增幅不大的西南林区南部和其他林区, 植被和土壤固碳速率将提高。统计结果表明未来气候变暖不利于成熟林固碳。     

毛乌素沙地区域尺度生物结皮有机碳

生物结皮在旱区荒漠养分循环和碳氮固存等生态系统功能方面发挥着重要作用,尤其能通过光合作用固定CO₂,从而提高土壤有机碳含量。目前有关区域尺度生物结皮土壤有机碳认知的缺乏在一定程度上制约了土壤碳库的精准预测。本研究选取毛乌素沙地全域(4.22万km²)内45个样地,测算了藓结皮和藻结皮两类典型生物结皮及其下土壤的有机碳含量(SOC)和密度(SOCD),并结合气候、土壤和植被等指标,深入探讨了区域尺度下生物结皮有机碳的空间分布特征及其主控因素。结果表明: 1)与裸沙相比,生物结皮显著提升了土壤有机碳含量和密度,且藓结皮及其下土壤有机碳含量(4.93 g·kg^-1)和密度(0.41 kg·m^-2)均高于藻结皮(1.89 g·kg^-1、0.18 kg·m^-2)。2)区域尺度上,生物结皮的有机碳含量和密度具有明显的空间分布特征,呈现出由东北-中部、西部-东南方向递减的带状分布与块状镶嵌分布。3)生物结皮及其下土壤有机碳含量和密度主要受气候、土壤和植被的综合影响,并因生物结皮类型而异,藓结皮主要受年均最高温和蒸散力的影响,而藻结皮主要受水蒸气分压的影响。     

基于数字土壤制图技术的土壤有机碳储量估算

精准的土壤属性空间分布信息有助于提升土壤有机碳储量估算的精度。本研究以河南省济源市南山林场为研究区,以地形因子为预测因子,利用模糊C均值(FCM)聚类方法对土壤有机碳含量、土壤容重、土壤厚度和土壤砾石含量进行数字土壤预测制图,基于数字制图结果实现土壤有机碳密度预测制图和土壤有机碳储量估算。结果表明: 基于数字土壤制图方法得到的研究区土壤有机碳密度平均值为4.24 kg·m^-2,其预测图的平均误差(ME)为0.08 kg·m^-2,平均绝对误差(MAE)为2.80 kg·m^-2,均方根误差(RMSE)为5.03 kg·m^-2,与传统类型方法相比,预测结果的精度和稳定性更高,具有较高的可信度,最终估算得到研究区土壤有机碳储量为3.08×10⁸ kg。基于数字土壤制图技术仅采用少量土壤样点即可实现较高精度的土壤有机碳密度制图和储量估算,且能表征土壤有机碳密度空间分布特征。本研究为土壤有机碳储量估算提供了新途径,有助于提升土壤有机碳储量估算的精度和效率。     

四川西北部亚高山云杉天然林生态系统碳密度、净生产量和碳贮量的初步研究

该文利用野外实际调查数据对四川西北部亚高山云杉(Picea asperata)天然林碳密度、净生产量、碳贮量及其分布进行了分析,结果表明,在调查区域,云杉天然林分平均生物量为230.37×10³ kg·hm^-2,其中乔木层为212.77×10³ kg·hm^-2,占林分生物量的92.30%。云杉天然林生态系统各组分的平均碳密度为树干57.85%,树皮47.12%,树枝51.22%,树叶48.27%和树根52.39%,灌木层平均碳密度49.91%,草本层平均碳密度46.34%,地被层平均碳密度43.21%,枯落物层平均碳密度39.44%,土壤碳密度平均值为1.41%,随土层深度增加各层次土壤碳密度逐渐减少。云杉林平均生态系统总碳贮量为273.79×10³ kg·hm^-2,其中乔木层109.30×10³ kg·hm^-2,占云杉林生态系统总碳贮量的39.92%,灌木层5.69×10³ kg·hm^-2,占2.08%,草本层1.26×10³ kg·hm^-2,占0.46%,地被物层0.60×10³ kg·hm^-2,占0.22%,枯落物层0.83×10³ kg·hm^-2,占0.30%,林内土壤(0~100 cm)碳贮量为156.11×10³ kg·hm^-2,占57.01%。云杉林的碳库分布序列为土壤(0~100 cm)>乔木层>灌木层>草本层>枯落物层>地被物层。云杉天然林分平均净生产总量为6 838.5 kg·hm^-2·a^-1,碳素年总净固量平均为3 584.98 kg·hm^-2·a^-1,其中乔木层净生产量为4 676 kg·hm^-2·a^-1,占林分总量的68.38%,碳素年平均固定量2 552.99 kg·hm^-2·a^-1,占林分总量的71.21%。     

毛乌素沙地沙漠化逆转过程土壤颗粒固碳效应

为揭示毛乌素沙地沙漠化逆转过程中土壤颗粒的固碳效应,选择陕北榆林治沙区从流沙地、半固定沙地到林龄为20～55年生的灌木和20～50年生的乔木固沙林地,采用物理分组法分析了土壤砂粒、粉粒、黏粒结合碳的演变特征和累积速率.结果表明: 对比流沙地,土壤总有机碳及各颗粒碳含量在两种固沙林地均呈显著增加趋势,并以表层0～5 cm土壤碳含量增幅最高.从流沙地到55年生灌木和50年生乔木固沙林地,0～5 cm土层砂粒碳密度增速均为0.05 Mg·hm^-2·a^-1,粉粒碳密度增速分别为0.05和0.08 Mg·hm^-2·a^-1,而黏粒碳密度增速分别为0.02和0.03 Mg·hm^-2·a^-1.0～20 cm土层,两种林地各颗粒碳密度增速平均为0～5 cm土层的2.1倍.按此增速到50～55年生的固沙林地时,两种林地0～20 cm土层的砂粒碳、粉粒碳和黏粒碳密度分别比流沙地平均提高6.7、18.1、4.4倍,并且颗粒碳对总有机碳的累积贡献率平均为粉粒碳(39.7%)≈砂粒碳(34.6%)>黏粒碳(25.6%).综上,毛乌素沙地沙漠化逆转过程土壤颗粒均表现出显著的固碳效应,且以砂粒和粉粒为主要固碳组分.     

太行山南麓坡面土壤碳氮空间变异性及其影响因素

太行山南麓是我国华北平原的重要生态屏障,研究该区域土壤养分的空间变异性对土石山区林业生态建设具有重要意义。本研究以太行山南麓典型坡面(人工林坡地和自然荒坡地)为对象,采用网格法布设采样点,运用经典统计学、地统计学和约束性排序相结合的方法对土壤养分的空间变异性进行分析。结果表明: 1)太行山南麓的土壤全碳(TC)含量为6.80～57.05 g·kg^-1,全氮(TN)含量为0.74～3.93 g·kg^-1;土壤TC、TN变异系数为25.0%～52.8%,均属于中等程度变异,该变异由随机性因素和结构性因素共同引起;养分的空间聚集性均随着滞后距的增加而下降。2)土壤养分含量从坡上到坡下均有增加的趋势,养分的高值区出现在坡下部分。3)土壤总容重、砾石含量、植被覆盖度、土壤含水量是影响太行山南麓土壤TC、TN空间变异的主要因素。4)土壤含水量是影响自然荒坡地土壤养分的主控因素,但不是影响人工林坡地的主控因素。     

荒漠绿洲农田垦殖过程中耕层土壤碳储量演变特征

以河西走廊中段临泽荒漠绿洲区为研究对象,通过实地调查结合遥感影像辨析确定农田的开垦年限,对比不同开垦背景的农田耕层(0～20 cm)土壤有机碳储量(SOCD)的变化特征,研究荒漠绿洲农田垦殖过程中SOCD的演变趋势.结果表明: 研究区农田耕层SOCD在2.41～32.97 t·hm^-2范围变动,平均值为17.22 t·hm^-2;盐碱地、戈壁和沙地背景农田SOCD平均值分别为19.36、16.10、15.93 t·hm^-2.随着开垦年限的增加,农田耕层SOCD呈增加趋势,但沙地和戈壁背景农田开垦20年后增加趋势放缓,盐碱地背景的农田在25年后才表现出放缓趋势;沙地、戈壁和盐碱地背景农田土壤有机碳(SOC)的固存速率分别为0.424、0.485、0.811 t·hm^-2·a^-1.SOCD与全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量呈显著正相关,而与速效钾、pH相关性不显著.综上所述,荒漠绿洲盐碱地背景农田SOC的固存速率显著高于戈壁、沙地背景农田,但开垦30年后不同背景农田SOCD仍处于较低水平,需要针对不同开垦背景对绿洲农田进行管理以提高荒漠绿洲土地利用效率和生产力.     

开垦对黄河三角洲湿地净生态系统CO2交换的影响

近年来, 由于对湿地的不合理利用, 自然湿地被大面积地垦殖为农田, 导致湿地生态系统碳循环的模式发生改变, 从而影响了湿地生态系统碳汇功能。该研究通过涡度相关法, 对山东省东营市黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地和开垦多年的棉花(Gossypium spp.)农田的净生态系统CO₂交换(NEE)进行了对比观测, 以探讨该地区典型生态系统NEE的变化规律及其影响因子, 揭示开垦对芦苇湿地NEE和碳汇功能的影响。结果表明: 在生长季, 湿地和农田生态系统NEE的日平均值各月均呈明显的“U”型变化曲线, 非生长季NEE的变幅很小。生长季湿地生态系统日最大净吸收值和释放值分别为16.04 g CO₂·m^-2·d^-1(8月17日)和14.95 g CO₂·m^-2·d^-1(8月9日); 农田生态系统日最大净吸收值和释放值分别为18.99 g CO₂·m^-2·d^-1 (8月22日)和12.23 g CO₂·m^-2·d^-1 (7月29日)。生长季白天两个生态系统NEE与光合有效辐射(PAR)之间呈直角双曲线关系; 非生长季NEE主要受土壤温度(T_s)的影响; 生态系统生长季夜间NEE受T_s和土壤含水量(SWC)的共同影响; 湿地和农田的生态系统呼吸熵(Q₁₀)分别为2.30和3.78。2011年生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的汇, 总净固碳量分别为780.95和647.35 g CO₂·m^-2, 开垦降低了湿地的碳吸收能力; 而在2011年非生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的源, CO₂总释放量分别为181.90和111.55 g CO₂·m^-2。全年湿地和农田生态系统总净固碳量分别为599.05和535.80 g CO₂·m^-2。     

小尺度农田土壤有机质的空间变异性

采用10m×10m高密度网格设计,在面积为10.24hm²农田内取耕层土壤样本1 024个,测定土壤有机质(SOM)含量。分析该取样尺度下土壤耕层(O～20 cm)有机质空间变异性,运用地统计学方法量化土壤有机质的空间变异特征。研究结果表明10.24hm²取样区内,土壤有机质空间分布呈弱变异性,CV为1.84%,但整体含量偏低,SOM≤1.04%。剔除趋势的土壤有机质变异函数具有较小的块金值0.000 05、块金基台比0.135和较大的变程145.5 m,Kriging插值的估计标准差仅为0.009 43%,表明该取样尺度下取样区土壤有机质空间分布的结构性变异比例高,土壤有机质具有高度空间相关性和较大空间相关范围。     

罗浮栲林土壤微生物碳利用效率对短期氮添加的响应

作为调节土壤碳矿化过程的重要参数,微生物碳利用效率(CUE)对理解陆地生态系统中的碳循环至关重要。本研究在戴云山罗浮栲林设置对照(0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个氮添加水平以模拟氮沉降,测定了表层(0～10 cm)土壤基本理化性质、有机碳组分、微生物生物量和酶活性;并利用¹⁸O标记水方法测定土壤微生物CUE,以更好地理解氮沉降加剧对微生物CUE的影响及其影响因素。结果表明: 短期氮添加显著降低了土壤微生物的呼吸速率、碳和氮获取酶活性,但显著增加了土壤微生物CUE。β-N-乙酰氨基酸葡糖苷酶(NAG)/微生物生物量碳(MBC)、微生物呼吸速率、β-葡萄糖苷酶(BG)/MBC、纤维素水解酶(CBH)/MBC和土壤有机碳含量是影响CUE的主要因素,且CUE与NAG/MBC、微生物呼吸速率、BG/MBC和CBH/MBC呈显著负相关,与土壤有机碳呈显著正相关。综上,短期氮添加导致土壤微生物获取碳和氮的成本降低,减少微生物呼吸,从而提高了土壤微生物CUE,这将有助于提高罗浮栲林土壤碳固存潜力。     

黑河中游荒漠绿洲区土地利用的土壤养分效应

土地利用影响地表覆被状况和生态过程,关系到土壤肥力与土壤碳库功能"源-汇"关系的改变。黑河中游甘州区和临泽县是我国西北干旱区典型的荒漠绿洲区,以土壤表层(0-20 cm)养分变化为对象,利用2011-2012年甘州区和临泽县的土壤野外调查数据和该区全国第二次土壤普查数据,对两时期土壤表层养分(土壤有机质、全氮、全磷、全钾及pH值)的变化特征进行比较研究。结果表明:研究区土壤有机质、全磷含量分别降低了3.54%和12.5%;而全氮、全钾和pH值分别增加了74.4%、98.2%和4.9%。全国第二次土壤普查时期,荒漠、耕地与草地三者在各土壤养分上没有显著差异,但林地在土壤有机质、全氮、全钾上显著高于前三者。2011-2012年,耕地土壤的全磷、全氮与其它土地利用存在显著差异。土地利用的保持和改变对土壤养分变化有着重要影响,耕地的长期耕作使得土壤有机质含量降低4.94%,全氮增加86.93%,全磷减少5.02%,土壤碱性增强;荒漠植被的自然演替使土壤有机质含量增加66.21%,全氮增加71.70%,全磷含量减少37.33%,土壤碱性变弱。所以,耕地扩张及其长期耕作活动将导致地力退化并有盐碱化风险,而荒漠等自然生态系统保护有利于土壤肥力的改善和土壤固碳功能的发挥。     

尕海湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明: 除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD＞CK＞SD＞HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、 HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK＞MD＞SD＞HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

黑土坡耕地有机碳及其组分累积-损耗格局对耕作侵蚀与水蚀的响应

耕作与水蚀是黑土区坡耕地碳库退化的主导因素,为进一步探究土壤有机碳(SOC)及其组分对不同侵蚀驱动力(耕作、水力)的响应格局,基于该区耕作侵蚀与水蚀模型,在定量表达耕作侵蚀-沉积量与水蚀量的基础上,利用地统计学的方法,分析了东北黑土区典型漫岗地形坡面尺度SOC及其3种组分的空间分布特征.结果表明: 耕作侵蚀与沉积速率分别表现为坡上>坡下>坡中>坡脚和坡脚>坡下>坡中>坡上;水蚀速率表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;坡下陡坡位置耕作侵蚀与水蚀协同引起严重的土壤流失.虽然耕作侵蚀速率(0.02～7.02 t·hm^-2·a^-1)远小于水蚀速率(5.96～101.17 t·hm^-2·a^-1),但耕作侵蚀在全坡面范围均可对SOC产生不同程度的影响,而水蚀则主要在坡下径流汇集区显著影响SOC的累积-损耗.受水蚀与耕作侵蚀-沉积作用影响,SOC、颗粒有机碳、水溶性有机碳在侵蚀点含量低于沉积点,而微生物生物量碳变化趋势相反;耕作侵蚀通过影响颗粒有机碳参与SOC的积累-损耗过程.