水位埋深和微地貌对金川泥炭土壤微生物活性及甲烷功能基因的影响

泥炭沼泽是长期储存碳最有效的陆地生态系统。水文特征和微地貌可能会通过调控微生物群落和功能影响泥炭地碳储存。本研究以长白山金川泥炭沼泽为研究对象,选取-10、-1、0、4、10、13、14和18 cm八个水位埋深,并在各水位埋深点采集臌囊薹草(Carexs chmidtii)草丘和丘间微地貌的土壤样品,以探究水位埋深和微地貌对土壤微生物量碳氮、酶活性及甲烷功能基因的影响。结果表明:微生物量碳氮受水位埋深影响因土壤层不同而不同,两者在草丘30~45 cm和丘间0~15 cm土壤层呈显著正相关。土壤碳氮循环相关的酶(β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶)活性与水位埋深呈显著正相关且受土壤层调控,磷酸酶活性与水位埋深无关。此外,水位埋深与甲烷还原菌丰度(每克干土的mcrA功能基因拷贝数)呈显著负相关,而与甲烷氧化菌丰度(每克干土的pmoA功能基因拷贝数)呈显著正相关,且水位埋深对甲烷还原菌丰度的影响更大。草丘微地貌显著影响微生物量碳,同为15~30 cm土壤层,其含量表现为草丘>丘间;处于相同海拔的草丘15~30 cm和丘间0~15 cm,其含量表现为丘间>草丘。草丘微地貌也显著影响甲烷氧化菌丰度,同为15~30 cm土壤层,甲烷氧化菌丰度表现为草丘>丘间。本研究表明,泥炭地空间异质性对微生物活性具有重要影响,从定点研究到大尺度估算的尺度放大过程中,应对这一现象充分考虑。     

易分解有机碳输入量对武夷山常绿阔叶林不同土层深度土壤激发效应的影响

土壤有机碳(SOC)的矿化在碳、氮循环过程中起着极为重要的作用。易分解有机碳的输入可以通过正(负)激发效应加快(减缓)原有SOC的矿化。然而,先前的研究更多关注易分解有机碳输入量对表层(0~20 cm)土壤激发效应的影响,而较少关注其对深层(>20 cm)土壤激发效应的影响。本研究利用¹³C标记葡萄糖(99 atom%)添加试验,研究葡萄糖添加量对武夷山常绿阔叶林表层(0~20 cm)和深层(30~40 cm)土壤激发效应的影响,并通过分析微生物群落组成的变化以及土壤可利用氮含量的变化探讨土壤激发效应产生的机理。结果表明:葡萄糖的添加抑制了表层和深层SOC的矿化(P<0.05),使SOC的矿化量分别减少了26%~61%与62%~68%,呈现负的激发效应,但激发强度因葡萄糖添加量和土层深度而异。对于表层土壤,激发强度随着葡萄糖添加量的增加而增加;而对于深层土壤,激发强度对葡萄糖添加量的响应并不敏感。而且,葡萄糖的添加并未显著影响表层和深层土壤的微生物量碳氮含量和微生物群落组成(总磷脂脂肪酸含量;细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量以及细菌真菌比)(P>0.05)。土壤激发强度并非取决于土壤微生物群落组成,而是取决于土壤中可利用氮的含量,其可以分别解释表层和深层土壤激发效应变化的90.8%与63.4%。虽然葡萄糖的添加降低了土壤可利用氮的含量,但并未造成土壤氮的固持,这表明土壤现有可利用氮仍能够满足微生物对氮的需求。因此,在土壤矿质养分充足的情况下,微生物对外源易分解有机物的优先利用可能是负激发效应产生的主要原因。     

增温对冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物和溶解性有机碳的影响

多年冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物及底物的研究有助于深入理解气候变化背景下寒区湿地生态系统甲烷循环过程。选取大兴安岭连续多年冻土区柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓两种典型植被群落泥炭沼泽,设置开顶箱(Open Top Chamber,OTC)增温实验。于生长季(6月、7月、8月和9月)采集土壤孔隙水样品,对比分析OTC内外土壤孔隙水中产甲烷菌数量、甲烷氧化菌数量及溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)浓度的动态变化特征,并探究土壤孔隙水甲烷关联微生物与DOC浓度的关系。结果表明:增温提高了生长季大兴安岭多年冻土区土壤孔隙水中产甲烷菌数量和DOC浓度,而对甲烷氧化菌数量的影响因月份而异。生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量的平均增加幅度分别为54.52%和44.97%,DOC浓度的平均增加幅度分别为34.16%和28.33%。增温使得生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中甲烷氧化菌平均数量分别降低了46.20%和31.42%。一元线性回归分析结果表明,土壤孔隙水中DOC浓度可分别解释柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量变化的29.00%和24.10%(P<0.01),而对两种植被群落下土壤孔隙水中甲烷氧化菌数量的影响并不显著(P>0.05)。     

林冠氮添加和林下植被去除对杉木林土壤有机碳组分的影响

为探讨氮添加和林下植被管理对杉木人工林土壤有机碳组分的影响,以福建沙县官庄国有林场杉木人工林为对象,设置对照（CK）、林冠氮添加（CN）、林下植被去除（UR）、林冠氮添加和林下植被去除（CNUR）4个处理的野外控制实验,研究林冠氮添加和林下植被去除对土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳的影响。结果表明：5年CN添加处理显著降低易氧化有机碳（10—20 cm）和微生物生物量碳（20—40 cm）含量,增加表层土壤颗粒有机碳占总有机碳的比例。UR处理对土壤有机碳组分的作用不显著,而CNUR处理显著降低表层土壤水溶性有机碳含量及其比例。土壤各有机碳组分均与土壤含水量、可溶性有机氮、微生物生物量氮和铵态氮呈显著正相关。研究表明,土壤活性有机碳比惰性有机碳对林冠氮添加（5年）的响应更敏感,且表现为中下层土壤响应大于表层土壤,短期氮添加能促进土壤活性有机碳的分解,而林下植被去除在短时间内可能通过改变土壤含水量和可利用氮减缓有机碳的分解与转化,从而补偿由于氮添加引起的土壤活性有机碳下降,未来需要通过长期氮添加实验进一步研究土壤有机碳动态变化的响应机制。     

易分解有机碳输入量对武夷山常绿阔叶林不同土层深度土壤激发效应的影响

土壤有机碳(SOC)的矿化在碳、氮循环过程中起着极为重要的作用。易分解有机碳的输入可以通过正(负)激发效应加快(减缓)原有SOC的矿化。然而,先前的研究更多关注易分解有机碳输入量对表层(0～20 cm)土壤激发效应的影响,而较少关注其对深层(20 cm)土壤激发效应的影响。本研究利用~(13)C标记葡萄糖(99 atom%)添加试验,研究葡萄糖添加量对武夷山常绿阔叶林表层(0～20 cm)和深层(30～40 cm)土壤激发效应的影响,并通过分析微生物群落组成的变化以及土壤可利用氮含量的变化探讨土壤激发效应产生的机理。结果表明:葡萄糖的添加抑制了表层和深层SOC的矿化(P0.05),使SOC的矿化量分别减少了26%～61%与62%～68%,呈现负的激发效应,但激发强度因葡萄糖添加量和土层深度而异。对于表层土壤,激发强度随着葡萄糖添加量的增加而增加;而对于深层土壤,激发强度对葡萄糖添加量的响应并不敏感。而且,葡萄糖的添加并未显著影响表层和深层土壤的微生物量碳氮含量和微生物群落组成(总磷脂脂肪酸含量;细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量以及细菌真菌比)(P0.05)。土壤激发强度并非取决于土壤微生物群落组成,而是取决于土壤中可利用氮的含量,其可以分别解释表层和深层土壤激发效应变化的90.8%与63.4%。虽然葡萄糖的添加降低了土壤可利用氮的含量,但并未造成土壤氮的固持,这表明土壤现有可利用氮仍能够满足微生物对氮的需求。因此,在土壤矿质养分充足的情况下,微生物对外源易分解有机物的优先利用可能是负激发效应产生的主要原因。     

北方泥炭地氮素有效性的变化及其对碳汇功能的影响

北方泥炭地是典型的氮限制性生态系统,对全球气候变化及人类活动响应敏感。气候变暖导致内源有效氮增加以及人类活动引起的大量外源氮输入,改变了北方泥炭地氮素有效性,对泥炭地碳氮循环过程及碳汇功能产生了深远影响。本文综述了北方泥炭地碳积累速率和碳汇功能的影响因素,分析了氮沉降、冻融、火烧等因素对北方泥炭地氮素有效性的影响,分别从碳固定和碳排放过程阐述了植物及土壤微生物对氮素有效性变化的响应,并对全球变化影响下泥炭生态系统碳汇功能相关研究进行了展望,以期助力“双碳”目标的实施。     

青海湖河源湿地甲烷氧化菌群落对温度升高的响应

甲烷氧化菌对甲烷的氧化能力显著影响全球甲烷排放总量。研究河源湿地甲烷氧化菌群落对温度升高的响应有助于深入探究河源湿地生态系统的甲烷循环机制。采用高通量测序方法研究了温度升高后青海湖河源湿地甲烷氧化菌群落特征的变化。青海湖河源湿地甲烷氧化菌的优势菌门为变形菌门, 增温处理没有显著影响河源湿地甲烷氧化菌的群落多样性。河源湿地甲烷氧化菌的群落结构对温度升高响应明显, 增温显著增加了属水平优势菌群(相对丰度 > 0.1%)的相对丰度。LEfSe分析表明, 增温处理组与自然对照组共存在23个差异菌群, 增温显著增加了甲基球菌属的相对丰度, 显著降低了甲基杆菌属的相对丰度。河源湿地甲烷氧化菌群落功能与碳、氮代谢过程密切相关。整体而言, 河源湿地甲烷氧化菌的群落结构对温度升高较为敏感, 部分菌群的相对丰度变化显著。     

黄土高原不同乔木林土壤微生物量碳氮和溶解性碳氮的特征

选取黄土丘陵区子午岭4种不同乔木林下的0—5 cm和5—20 cm的土壤为研究对象,通过氯仿熏蒸浸提方法测定了微生物量碳氮、溶解性碳氮以及土壤的理化性质。研究结果表明,不同乔木林下0—5 cm土层土壤微生物量氮(MBN)土壤微生物量碳(MBC)均表现为:辽东栎侧柏油松刺槐,5—20 cm土层为:侧柏辽东栎油松刺槐,说明不同乔木林对土壤表层和下层的微生物量有明显的影响。上层土壤溶解性碳(DOC)、溶解性氮(DON)大于下层土壤。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)在4—8之间,MBC/MBN、MBN、MBC均表现为随着土层的深度逐渐降低的趋势。MBC与MBN具有显著的正相关性,MBN、MBC与有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、MBC/MBN、溶解性碳与微生物量碳之和(DOC+MBC)、溶解性氮与微生物量氮之和(DON+MBN)呈现出极显著的正相关性(P0.01)。DOC+MBC、DON+MBN比DOC、DON、MBC、MBN更能反映土壤微生物量与活性碳氮库。总体来说,人工刺槐林对土壤碳氮库的增加有一定的作用,但是相对于辽东栎和侧柏等天然次生林有一定的差距。     

广州城郊森林公园常绿阔叶林土壤有机碳及组分特征

为探讨森林公园土壤有机碳的分布特征,以广州城郊的石门国家森林公园和云髻山森林公园为研究对象,采用分层采样方法 (0—5、5—10、10—20、20—40和40—60 cm) 对天然常绿阔叶林的土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳、微生物生物量碳含量进行了研究。结果表明：土壤惰性有机碳、活性有机碳及总有机碳含量随土层加深均表现下降趋势。不同组分的活性有机碳含量及其所占总有机碳比例在土壤剖面分布存在差异,均表现为易氧化有机碳>微生物生物量碳>水溶性有机碳。土壤惰性有机碳占总有机碳的比例显著高于活性有机碳,随土层加深呈先下降后增加趋势,深层土壤有利于维护有机碳的稳定性。土壤惰性有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳及微生物生物量碳含量与总有机碳、微生物生物量氮含量均呈显著正相关,土壤各组分碳间转化依赖于总有机碳量的变化,同时受微生物生物量氮的支配。     

自然增温对南亚热带森林土壤微生物群落与有机碳代谢功能基因的影响

基于海拔高度下降气温上升的关系,将模拟的生态系统(含植物和土壤)从高海拔整体移位至低海拔地区,实现自然增温的效果。通过对自然增温条件下土壤环境因子及其相关理化性质的动态监测,结合磷脂脂肪酸分析与宏基因组学方法,测定土壤微生物群落结构以及与土壤有机碳分解相关基因丰度,探究自然增温对鼎湖山南亚热带山地常绿阔叶林土壤有机碳代谢的影响及其微生物学机制。结果表明:(1)增温处理显著改变了0—10 cm土壤温度与湿度:2016—2018年间土壤温度显著上升2.48℃,湿度显著下降23.93%。(2)增温处理下,干季土壤有机碳含量与湿季土壤硝态氮含量显著降低,其他土壤理化因子无显著变化。(3)增温处理下,干季和湿季土壤微生物群落结构发生改变,且湿季变化显著。土壤湿度是影响干季和湿季土壤微生物群落结构变化的主要因子,解释了干季50.2%的变异度与湿季79.2%的变异度。(4)宏基因组结果表示:增温抑制了干季山地常绿阔叶林土壤有机碳代谢基因丰度,增强了湿季山地常绿阔叶林土壤有机碳代谢基因丰度。以上结果表明,增温通过改变土壤微生物生物量和群落结构以及有机碳代谢相关功能基因的丰度,最终影响南亚热带山地常绿阔...     

土壤碳库构成研究进展

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库。土壤碳库的构成影响其累积和分解,并直接影响全球陆地生态系统碳平衡,同时也影响土壤质量变化。弄清土壤碳库的组分及构成,是进一步研究土壤碳库变化机制的关键。综述了土壤碳库的组分和构成,对有机碳库进行不稳定性有机碳库和稳定有机碳库归类,描述各类碳库的性质,并对各类碳库的分析测定方法进行了评述。提出在土壤碳构成中增加黑碳和煤炭(碳)以完善土壤有机碳构成框架。在未来研究中,应加强土壤无机碳及湿地土壤和新开发新复垦的重构土壤碳库构成及变化,各类碳库化学构成,交叉重叠的定量关系,碳库之间的转化及在土壤中的迁移,黑碳对土壤碳库稳定性及土壤质量的影响,煤开采扰动区煤炭(碳)对土壤质量的影响及环境效应等科学问题的研究。     

天山中段北坡森林土壤有机碳库稳定性组分沿海拔的分异规律

在高纬度高海拔区域气温增幅更大的背景下,高山亚高山森林土壤有机碳稳定性组分分配比关系以及由于此差异导致对增温的反馈效应均有待深入阐释。天山森林是以雪岭云杉(Picea Schrenkiana)为单优树种的温带针叶林,在天山北坡中山带(海拔约1760—2800 m)呈垂直落差超过1000 m的带状斑块分布,便于排除混交树种的影响,而量化土壤有机碳库稳定性组分分配比关系沿海拔的分异规律,及其对气候变化的响应情况。沿海拔梯度设置森林样地并分层采集土样,研究各土层土壤总有机碳库(C_SOC)、活性碳库(C_a)、缓效性碳库(C_s)、惰性碳库(C_p)、微生物量碳(MBC)在海拔梯度上的变化特征,通过碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)、土壤碳密度(SOCD),探讨天山森林土壤有机碳稳定性组分沿海拔的分异特征。结果表明：(1)随着海拔的升高,天山中段北坡云杉森林土壤C_a占比逐步升高,C_s和C_p占比逐步降低,这意味着天山中段北坡云杉...     

能源对北京市城市碳循环的影响

研究城市碳循环过程并阐明能源对碳循环的影响,可为城市节能减排政策的制定和实施提供参考依据。基于城市碳循环模型核算了2005—2014年北京市的碳储量和碳通量,并通过能源碳效应指数来探讨能源对城市碳循环的影响。结果表明人为碳储量是北京市总碳储量增加的主要驱动力。北京市的碳输入主要来自水平方向,表明北京市的发展在很大程度上依赖于外部环境的物质供给;北京市的碳输出主要是能源消耗产生的垂直碳输出。能源活动相关的碳通量占北京市总碳通量的比重,即能源碳效应,在2006年高达79.46%,而后开始呈波动下降的趋势。能源对北京市碳循环影响最大的是垂直输出方向,其次是水平输入方向,因此低碳城市建设需要加强对垂直碳通量和水平碳通量的调节和管理,尤其是与能源活动相关的碳通量,与此同时,保护自然植被和增加生态用地对提高城市碳减排能力也至关重要。     

西藏森林植被乔木层碳储量与碳密度估算

利用第八次森林资源连续清查数据和不同树种的树干密度、含碳率等参数,运用生物量清单法,估算了西藏自治区森林乔木层植被碳储量和碳密度.结果表明: 西藏森林生态系统乔木层植被总碳储量为1.067×10⁹ t,平均碳密度为72.49 t·hm^-2.不同林分乔木层碳储量依次为:乔木林>散生木>疏林>四旁树.不同林种乔木层碳储量大小依次为:防护林>特殊用途林>用材林>薪炭林,其中前两者所占比例为88.5%;不同林种乔木层平均碳密度为88.09 t·hm^-2.不同林组乔木层碳储量与其分布面积排序一致,依次为:成熟林>过熟林>近熟林>中龄林>幼龄林.其中,成熟林乔木层碳储量占不同林组乔木层总碳储量的50%,并且不同林组乔木层碳储量随着林龄的增加呈先上升后下降的趋势.     

低碳经济计量模式

首先对"低碳经济"进行了讨论,进而提出了"碳循环经济"概念;对现有碳计量进行研究,提出了相应改进计算公式:碳绩效和碳经济密度。最后,对碳责任分担进行了探讨,提出了发达国家和发展中国家"责任共担、区别对待"的碳责任担负的计算模式。     

Impact of Atmospheric Nitrogen Deposition on Carbon Dynamics in Two Scots Pine Forest Soils of Northern Germany

The impact of atmospheric N deposition on the dynamics of various carbon fractions was investigated in two Scots pine forest soils (cambisol, podzol) of Northern Germany in microcosm experiments. Total organic carbon (TOC), CO₂ emission, microbial carbon (C_mic) as well as organic hot- and coldwater extractable carbon fractions (C_hwe, C_cwe) were analyzed before, during, and after soil incubation in microcosms, run in three treatments: 0, +45, and +90 kg N ha⁻¹a⁻¹. On both sites, the N treatment showed no response to total organic carbon (TOC) contents in most of the investigated soil layers. Microbial carbon (C_mic) was significantly increased in the organic layer of both soil types by the N application. Subsequent to the N application, the CO₂ emission increased in all mineral soil layers of the cambisol but remained almost unaffected in the podzol. After the N application, a remarkable increase of hotwater extractable C (C_hwe) was detected for the organic layer of the cambisol but not for the podzol, whereas coldwater extractable C (C_cwe) concentrations decreased at both sites. The N application did not have a significant impact on the leachate concentrations of total organic carbon (TOC), dissolved organic carbon (DOC), and particulate organic carbon (POC) in the podzol, whereas the concentrations of these C fractions were decreased in the organic layer and the 35–70~cm mineral soil layer of the cambisol. The N treatment changed the contents of most of the investigated C fractions in both soil types and resulted in a considerable C~mobilization. But the processes of the C~mobilization between the cambisol and the podzol were completely different. According to the presented data, the cambisol obtaining moderate atmospheric N loads is much more sensitive to additional N inputs than the podzol that already received high amounts of atmospheric N.     

Carbon budgets of wetland ecosystems in China

Wetlands contain a large proportion of carbon (C) in the biosphere and partly affect climate by regulating C cycles of terrestrial ecosystems. China contains Asia's largest wetlands, accounting for about 10% of the global wetland area. Although previous studies attempted to estimate C budget in China's wetlands, uncertainties remain. We conducted a synthesis to estimate C uptake and emission of wetland ecosystems in China using a dataset compiled from published literature. The dataset comprised 193 studies, including 370 sites representing coastal, river, lake and marsh wetlands across China. In addition, C stocks of different wetlands in China were estimated using unbiased data from the China Second Wetlands Survey. The results showed that China's wetlands sequestered 16.87 Pg C (315.76 Mg C/ha), accounting for about 3.8% of C stocks in global wetlands. Net ecosystem productivity, jointly determined by gross primary productivity and ecosystem respiration, exhibited annual C sequestration of 120.23 Tg C. China's wetlands had a total gaseous C loss of 173.20 Tg C per year from soils, including 154.26 Tg CO₂‐C and 18.94 Tg CH₄‐C emissions. Moreover, C stocks, uptakes and gaseous losses varied with wetland types, and were affected by geographic location and climatic factors (precipitation and temperature). Our results provide better estimation of the C budget in China's wetlands and improve understanding of their contribution to the global C cycle in the context of global climate change.     

Biomass and carbon storage of the North American deciduous forest

Field measures of tree and shrub dimensions were used with established biomass equations in a stratified, two-stage cluster sampling design to estimate above-ground ovendry woody biomass and carbon storage of the eastern deciduous forest of North America. Biomass averaged 8.1 ± 1.4 (95% C.I.) kg/m² and totaled 18.1 ± 3.1 (95% C.I.) gigatons. Carbon storage averaged 3.6 ± 0.6 (95% C.I.) kg/m² and totaled 8.1 ± 1.4 (95% C.I.) gigatons. These values are lower than previous estimates commonly used in the analysis of the global carbon budget which range from 17.1 to 23.1 kg/m² for biomass and 7.7 to 10.4 kg/m² for carbon storage. These new estimates for the deciduous forest, together with earlier work in the boreal forest begin to reveal a pattern of overestimation of global carbon storage by vegetation in analyses of the global carbon budget. We discuss reasons for the differences between the new and earlier estimates, as well as implications for our understanding of the global carbon cycle.     

葡萄园生态系统碳源/汇及碳减排策略研究进展

葡萄园生态系统是农业生态系统的重要组成部分, 集中连片栽培的葡萄园具有重要的生态价值。开展葡萄园生态系统碳源/汇的研究, 是完整探讨葡萄园生态系统碳循环必不可少的内容。随着葡萄生态学研究的进一步深入, 如何直观地揭示葡萄园生态系统碳循环规律和碳汇功能已经成为葡萄生态学领域关注的热点问题。研究发现, 葡萄园生态系统固定大量碳, 将碳封存在葡萄果实等一年生器官、主干等多年生器官以及土壤碳库中。葡萄园生态系统碳输入量大于碳输出量, 是碳汇; 土壤是葡萄园生态系统最大的碳库, 占总碳储量的70%, 尤其是土藤界面; 覆盖和免耕作为葡萄园的碳减排策略, 可以减少碳排放, 提高葡萄园土壤肥力。基于此, 为了阐明葡萄园生态系统的碳汇价值, 该文围绕葡萄生态学最新研究进展, 系统回顾了葡萄园生态系统中碳循环规律、碳汇研究进展及碳减排策略, 为葡萄生态学的研究提供理论基础, 并对本领域未来的研究方向和应用前景进行展望。