广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气二氧化碳交换

在生物量调查和土壤温室气体排放量测定基础上,对广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气CO₂交换进行研究,分析湿地植被净生产力吸收CO₂的能力和不同积水状态下(常年积水、间歇积水、无积水)湿地碳汇功能.结果表明:红树林湿地植被净生产力吸收CO₂ 33.74 t·hm^-2·a^-1,土壤排放CO₂(包括CH₄折算成CO₂的温室效应量)12.26 t·hm^-2·a^-1,湿地每年净吸收大气CO₂ 21.48 t·hm^-2,说明红树林湿地是一个强的碳汇;滩涂湿地植被净生产力吸收CO₂ 8.54 t·hm^-2·a^-1,土壤排放CO₂ 5.88 t·hm^-2·a^-1,排放CH₄ 0.19 t·hm^-2·a^-1,若按碳素折算,湿地每年吸收大气中碳素2.33 t·hm^-2,土壤排放碳素1.74 t·hm^-2包括（CH₄中的碳),系统净固定碳0.59 t·hm^-2,说明滩涂湿地是一个弱的碳汇,若将CH₄的温室效应折算成CO₂量,则土壤排放CO₂ 9.78 t·hm^-2·a^-1,排放比吸收多1.24 t·hm^-2·a^-1,对大气温室效应而言,滩涂湿地是一个弱碳源;常年积水下排放的温室气体主要是CH₄,无积水下排放的温室气体主要是CO₂;常年积水湿地碳汇功能最大,无积水湿地碳汇功能最小.     

1981-2019年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及影响机制

农业土壤具有可观的固碳及减碳潜力,有助于减缓人类温室气体排放导致的气候变化。为了更好地了解华北平原土壤有机碳储量动态及其驱动因子,结合荟萃分析、随机森林机器学习模型和卫星遥感数据,研究了1981-2019年间中国华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及其驱动因子。结果表明,1981-2019年间华北平原0-20 cm农田土壤有机碳储量约为（523.10±79.36） Tg C （（14.56±1.66） Mg C/hm²）,并以5.94 Tg C/a （0.12 Mg C hm^-2 a^-1）的年固持速率稳步增长,占比约为中国农田每年新增土壤有机碳的23.3%。其中,常规农田管理措施,包括无机肥施用、有机肥施用和秸秆还田,对土壤有机碳增长的贡献平均为25.1%,即1.49 Tg C/a （0.03 Mg C hm^-2 a^-1）。相比对照组,氮磷钾无机肥施用可提高22.7%-26.0%的土壤有机碳固定速率,有机肥可提高48.3%,秸秆还田可提高23.4%。同时,上述常规农田管理措施对土壤有机碳的积累作用受到土壤本身理化性质的调控,在温度和降水较高的气候条件下更显著。值得注意的是,无论是无机肥施用、有机肥施用还是秸秆还田,当投入量超过农作物和土壤微生物对碳和养分的需求时,土壤有机碳累积速率会显著下降。这也导致2000年后土壤有机碳固持速率明显减缓,由9.4 Tg C/a下降为3.5 Tg C/a。总的来说,过去几十年农田管理措施的改进显著提高了华北平原农田土壤有机碳的增加速率,而未来华北平原农田系统固碳潜力仍然可观,但亟待明确在保证粮食产量的同时不同气候和土壤环境条件下最佳固碳所需的化肥、有机肥和秸秆投入量。     

四川人工林生态系统碳储量特征

利用森林资源清查资料和标准地实测数据估算了四川人工林生态系统的碳密度、碳储量及分配特征.结果表明:四川人工林生态系统平均碳密度为161.16 Mg C·hm^-2,各层碳密度从大到小排序为土壤层(141.64 Mg C·hm^-2)＞乔木层(17.95 Mg C·hm^-2)＞枯落物层(1.06 Mg C·hm^-2)＞灌草层(0.52 Mg C·hm^-2).四川人工林生态系统总碳储量为573.57 Tg C,其中乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层分别为63.88、1.836、3.764和504.09 Tg C,分别占总碳量的11.14%、0.32%、0.66%和87.88%.不同人工林生态系统的碳储量和碳密度差异较大,分别介于1.21～99.44 Tg C和75.50～251.74 Mg C·hm^-2之间,其空间分配也表现为土壤层最大、灌草层最小.但四川省人工林生态系统乔木层碳密度较低,幼、中龄林分比重大,如果对现有人工林加以更好的管理,碳吸存潜力较大.从生态系统水平监测人工林生态系统的碳储量有助于提高森林碳吸存估算的精度.     

农田土壤固碳措施的温室气体泄漏和净减排潜力

农田土壤固碳措施作为京都议定书认可的大气CO2减排途径受到了广泛关注.研究表明,农田土壤固碳措施在主要农业国家和全球都具有很大的固碳潜力.但是,实施农田土壤固碳措施有可能影响农业中化石燃料消耗和其他农业投入的CO2排放和非CO2温室气体排放.这些土壤碳库以外的温室气体排放变化可能抵消部分甚至全部土壤固碳效果,构成了农田土壤固碳措施的温室气体泄漏.因此,将土壤固碳和温室气体泄漏综合计算的净减排潜力成为了判定土壤固碳措施可行性的首要标准.综述总结了目前较受重视的一些农田措施(包括施用化学氮肥、免耕和保护性耕作、灌溉、秸秆还田、施用禽畜粪便以及污灌)的土壤固碳潜力,温室气体泄漏和净减排潜力研究成果.结果表明,温室气体泄漏可抵消以上措施土壤固碳效益的-241%～660%.建议在今后的研究中,应该关注土壤碳饱和、气候变化及土地利用变化对农田固碳措施温室气体泄漏和净减排潜力的评估结果的影响.     

中国农田土壤生态系统固碳现状和潜力

研究在搜集和整理全国典型农业长期定位实验站数据的基础上,通过自建经验公式估算了不同管理措施下我国农田土壤的固碳能力和潜力.通过施用化肥、秸秆还田、施用有机肥和免耕措施,目前对我国农田土壤碳增加的贡献分别为40.51、23.89、35.83 Tg·a-1和1.17 Tg·a-1,合计为101.4 Tg·a-1,是我国目前能源活动碳总排放量的13.3%.通过情景分析发现,提高化肥施用量、秸秆还田量、有机肥施用量和推广免耕,可以使我国农田土壤的固碳量分别提高到94.91、42.23、41.38 Tg·a-1和3.58 Tg·a-1,合计为182.1Tg·a-1.农田土壤总的固碳潜力相当于目前我国能源活动碳排放量的23.9%,对于全球CO2减排具有重要的作用.     

不同抚育措施对闽西毛竹林碳密度、碳贮量与碳格局的影响

以闽西永安市Ⅰ（挖笋+劈草+施肥+灌水)、Ⅱ(挖笋+劈草+施肥)、Ⅲ（挖笋+劈草)3种不同抚育措施的毛竹林为对象,对其碳密度、碳贮量及碳格局进行了研究。结果表明：毛竹各器官碳密度变动范围为0.3947～0.5619 g·g^-1,碳密度高低排序为竹鞭＞竹秆＞竹枝＞竹蔸＞竹叶＞竹根＞鞭根;不同竹龄间竹秆、竹枝、竹叶、竹根碳密度存在极显著差异（P<0.01）,而竹蔸碳密度差异不显著（P＞0.1）;随着竹龄增加,毛竹平均碳密度有下降趋势,1～6年毛竹平均碳密度为0.4579～0.4957 g·g^-1。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类毛竹林毛竹层碳贮量分别为76.74、64.30和55.91 t·hm^-2;凋落物层碳贮量分别为2.59、3.01和4.88 t·hm^-2;土壤层碳贮量分别为150.64、197.36和232.56 t·hm^-2;总碳贮量分别为227.37、261.66和288.47 t·hm^-2,其中土壤层碳贮量所占比例最高,分别为66.25%、75.43%和80.62%,毛竹层碳贮量比例分别为32.61%、23.43%和17.69%,凋落物层碳贮量比例分别为1.14%、1.15%和1.69%。毛竹生物器官中,竹秆固碳能力最强,占年总固碳量比例为56.47%～59.66%,鞭根的固碳能力最弱,占年总固碳量的比例仅为2.52%～2.83%;毛竹林年固碳量排序为Ⅰ类型＞Ⅱ类型＞Ⅲ类型。     

河南省土壤有机碳储量及空间分布

利用河南省1∶20万土壤数据库估算了河南省土壤有机碳储量,并分析了其空间分布规律.结果表明：河南省陆地土壤有机碳含量约为10.27×10⁸ t,占全国储量的1.15%;土壤平均碳密度为7.46 kg·m^-2,低于全国平均水平9.60 kg·m^-2;有机碳储量在前4位的土壤类型为潮土、褐土、粗骨土和黄褐土,碳储量都大于1.0×10⁸ t,四者之和占全省总储量的69.65%;沼泽土的有机碳密度最大,为24.54 kg·m^-2,其次为山地草甸土和棕壤,分别为17.69和14.64 kg·m^-2,三者主要分布在西部山区,其碳储量之和仅占全省的6.34%;石质土和风沙土的碳密度含量最低,分别为1.32和1.38 kg·m^-2 ;全省的土壤有机碳密度主要在5～10 kg·m^-2范围内变动.     

长期封育对不同类型草地碳贮量及其固持速率的影响

基于4个长期封育草地,采用成对取样方法(封育-自由放牧草地)分析了长期封育和自由放牧草地地上生物量、地表凋落物、0-100 cm根系和土壤的碳氮贮量,探讨了长期封育草地的碳固持速率。实验结果表明:长期封育显著提高了草地碳氮贮量;经30a围封处理后,草地碳固持量为1401-2858 g C m^-2,平均2126 g C m^-2;草地碳固持速率为46.7-129.2 g C m^-2 a^-1,平均84.2 g C m^-2 a^-1。长期封育草地氮固持速率为2.8-14.7 g N m^-2 a^-1,平均7.3 g N m^-2 a^-1。封育草地碳和氮固持速率表现为:针茅草地＜羊草草地＜退化羊草草地＜补播黄花苜蓿+羊草草地。长期封育草地0-40 cm土壤碳固持速率相对较高,但下层土壤对草地碳固持的贡献也比较大,因此,未来的相关研究应给予下层土壤更大关注。内蒙古典型草地具有巨大的碳固持潜力,长期封育(或禁牧)是实现其碳固持效应最经济、最有效的途径之一。     

模拟氮沉降对湿地植物生物量与土壤活性碳库的影响

在两种水分条件下(W₁:非淹水,W₂:淹水)分4个氮处理(分别相当于氮沉降率0、1、3、5 g N·m^-2·a^-1)模拟了三江平原典型湿地植物湿草甸小叶章(Deyeuxia angustifolia)植株及土壤活性碳库对氮沉降的响应.结果表明：模拟氮沉降下小叶章的生物量(总生物量、地上生物量、根生物量)均高于对照,其中根生物量的增长程度最大;根中碳含量及分配比例均显著提高,而地上部位的碳含量则显著降低(P<0.05).氮沉降对土壤活性碳库具有显著影响,各活性碳库含量均以5 g N·m^-2·a^-1处理最高,氮沉降对各活性碳库的影响程度依次为CHC(碳水化合物碳)＞LBC(易氧化有机碳)＞DOC(水溶性有机碳)＞MBC(微生物量碳),氮沉降与淹水条件的耦合作用有利于活性碳的释放;回归分析表明,土壤活性碳库与小叶章相关参数间存在显著相关性.氮沉降显著提高了小叶章植株生物量及土壤的活性碳含量.     

农田生态系统不同土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响

于2005年在北京市延怀盆地选择农田生态系统中的玉米地、大豆地两种传统土地利用方式,以及近10～20 年由传统农业用地转化而来的蔬菜和果园用地,研究农田生态系统不同土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响.结果表明,菜地、果园和高投入玉米地土壤总有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量明显高于中、低投入玉米地和大豆地土壤.在各种土地利用类型中,SOC、TN和TP的变化范围分别为7.67～10.00 g·kg^-1、0.75～1.12 g·kg^-1和0.63～1.00 g·kg^-1;菜地土壤有效磷(AP)含量和电导率(EC)显著高于其他土壤,不同农田生态系统土壤物理性状差异不明显.果园和菜地土壤质量指数分别为0.525和0.503,高于传统农田玉米和大豆土壤(0.417～0.494).菜地土壤的养分有效性最高,水分有效性和根系适宜性低于果园土壤,应注意菜地非点源污染的潜在风险.在传统农业用地中应采取培肥地力等方式提高土壤质量.     

Soil carbon sequestrations by nitrogen fertilizer application, straw return and no-tillage in China's cropland

Soil as the largest global carbon pool has played a great role in sequestering the atmospheric carbon dioxide (CO₂). Although global carbon sequestration potentials have been assessed since the 1980s, few investigations have been made on soil carbon sequestration (SCS) in China's cropland. China is a developing country and has a long history of agricultural activities. Estimation of SCS potentials in China's cropland is very important for assessing the potential measures to prevent the atmospheric carbon rise and predicting the atmospheric CO₂ concentration in future. After review of the available results of the field experiments in China, relationships between SCS and nitrogen fertilizer application, straw return and no‐tillage (NT) practices were established for each of the four agricultural regions. According to the current agricultural practices and their future development, estimations were made on SCS by nitrogen fertilizer application, straw return and NT in China's cropland. In the current situation, nitrogen fertilizer application, straw return and zero tillage can sequester 5.96, 9.76 and 0.800 Tg C each year. Carbon sequestration potential will increase to 12.1 Tg C yr⁻¹ if nitrogen is fertilized on experts' recommendations. The carbon sequestration potentials of straw return and NT can reach 34.4 and 4.60 Tg C yr⁻¹ when these two techniques are further popularized. In these measures, straw return is the most promising one. Full popularization of straw return can reduce 5.3% of the CO₂ emission from fossil fuel combustion in China in 1990, which meets the global mean CO₂ reduction requested by the Kyoto Protocol (5.2%). In general, if more incentive policies can be elaborated and implemented, the SCS in China's cropland will be increased by about two times. So, popularization of the above‐mentioned agricultural measures for carbon sequestration can be considered as an effective tool to prevent the rapid rise of the atmospheric CO₂ in China.     

On fertilizer‐induced soil carbon sequestration in China's croplands

Applications of fertilizer, often thought to enhance carbon sequestration in agricultural soils, are of no value to the mitigation of climate change if the carbon dioxide released during the production and distribution of nitrogen fertilizer exceeds the incremental carbon storage in soils from its use. Nitrogen fertilizer is also a source of the greenhouse gas nitrous oxide. The recent analysis of carbon sequestration in cropland soils of China does not apply these ‘discounts’ to the global warming mitigation expected from greater use of fertilizer; doing so would likely eliminate all the climate benefits of the postulated enhanced carbon sequestration.     

基于QuickBird和CITYgreen的沈阳城市森林效益评价

利用2006年沈阳QuickBird遥感影像解译数据,以CITYgreen模型为基础,采取抽样技术,研究了沈阳市不同类型各郁闭度等级城市森林的固碳和污染物净化效益.结果表明：沈阳城区总碳储量0.51 Tg,价值1.26亿元;年固碳率6.85820 Mg,价值172.41万元;年净化污染物556.04 Mg,价值0.22亿元.其中生态公益林固碳和净化效益的贡献率最高,碳密度由大到小依次为附属林、风景游憩林、生产经营林、生态公益林和道路林;固碳率由大到小依次为生产经营林、风景游憩林、生态公益林、附属林和道路林;净化污染物能力由大到小依次为生产经营林、风景游憩林、附属林、生态公益林和道路林.不同城市森林类型的碳密度与其结构密切相关,高郁闭度下固碳和污染物净化能力皆高,低郁闭度下固碳和污染物净化能力取决于其结构的复杂程度.     

川西亚高山5种森林生态系统的碳格局

采用样方法研究了川西亚高山白桦(Betula platyphylla)林(BF)、针阔混交林(MF)、岷江冷杉(Abies faxoniana)林(FF)、紫果云杉(Picea purpurea)林(SF)和方枝柏(Sabina saltuaria)林(CF)的碳贮量、组成及其分布格局。结果表明: 1)在5种森林生态系统中, 土壤碳含量和碳贮量都随土壤深度的增加而极显著地降低, 且与土壤深度之间有较好的线性关系; 2)地被物碳贮量分别为SF(23.97±1.77)>FF(21.35±3.64)>MF(11.78±1.21)>CF(9.09±0.91) >BF(8.16±1.34) 10³kgC·hm^-2, 对生态系统总碳贮量的贡献率差异不显著, 约占3%~4%; 3)乔木层对植物碳贮量贡献最多, 根系碳贮量占植物碳贮量的比例在13%~19%之间; 4)SF和FF的碳贮存以植物为主, MF、BF和CF的碳贮存则以土壤为主; 5)整个生态系统的碳贮量依次为SF(729.92±43.49)>FF(618.86±53.97)>MF(353.88±21.76)>BF(247.79± 17.15)>CF(244.52±18.70) 10³ kgC·hm^-2, 差异显著, 对应的短期碳固定能力则依次为2.97、3.80、5.15、3.33和4.84 10³ kgC·hm^-2·a^-1。在没有破坏性干扰前提下, 川西亚高山次生林恢复是大气中碳沉降的潜在碳汇。合适的树种及其搭配比例、造林模式和森林生态系统管理对策, 是促进该区域植被快速恢复和增加碳贮存的关键。     

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。     

城市土地利用是否会降低区域碳吸收能力?——台州市案例研究

城市土地利用显著改变了原有生态系统的结构和功能,特别是建成区植被的碳吸收和碳储存能力。该研究通过实地调查和测量,估算城市建成区内乔木、灌木、草坪的生物量和净初级生产力(net primary productivity,NPP),该方法考虑了园林管理(如修剪或割草)对建成区碳吸收和碳储存的影响。结果表明,台州城市树木个体生物量年增量是野外森林中同类树木的近2倍;乔木修剪量占乔木NPP的1/3。目前台州市建成区的植被碳吸收能力为2.1×103kgC.hm–2.a–1(其中乔木的贡献为64%,灌木为9%,草坪为27%),低于本地野外森林同面积的碳吸收能力;通过与野外常绿阔叶林比较发现,增加台州建成区的绿化覆盖率(从23%提高到46%)即可补偿因城市扩张引起的植被碳吸收能力的损失。