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。     

森林火成碳研究进展

火成碳是生物质或化石燃料不完全燃烧所形成的含碳物质的连续统一体,火成碳具有很高的稳定性,是全球一个重要的潜在碳汇,在全球碳循环和气候变化研究中具有重要的意义。森林生态系统作为陆地生态系统的主体,每年都经受不同大小和烈度的林火干扰,在森林生态系统中积累了大量火成碳;同时,在全球气候变暖条件下,林火面积和林火频次将增加,火成碳的积累将进一步增加,火成碳库已成为森林生态系统中的一个重要碳汇。然而,目前在森林生态系统碳循环及相关的生态系统模型中,均未考虑火成碳库的碳汇功能。本文从火成碳的鉴定与定量测定、森林中的火成碳、森林火成碳的生态作用、森林火成碳储量估算几个方面评述了森林火成碳的最新研究进展,最后,我们展望了森林火成碳未来发展方向,为我国森林碳预算和碳循环的相关研究提供参考。     

农田生态系统碳汇研究进展

农田生态系统碳汇包括农作物生物量碳汇和农田土壤碳汇两个方面，中国农田生态系统面积大，碳储量高，是全球生态系统碳循环的重要组成部分。厘清中国农作物生物量和土壤有机碳含量、变化率和影响因素对于解析全球碳循环和维系粮食安全具有重要意义。梳理农田生态系统碳汇相关概念的基础上，比较农田生态系统碳汇研究方法的适用性及存在问题，通过以往研究和SoilGrids250数据研究中国农田生态系统碳库时空分布，并分析农田生态系统碳汇的影响因素及固碳方法。结果表明，中国近30年来农作物生物量呈现增加趋势，农田土壤有机碳含量普遍较低且空间分布不均，0-5cm土壤有机碳含量平均值在16.7 g/kg到86.5 g/kg之间，增加农田土壤有机碳含量是未来中国农田生态系统碳汇的重要方向。肥料和有机残留管理、保护性耕作、种植模式、灌溉等管理措施是增加土壤有机碳汇的主要措施，但农田生态系统碳汇潜力估算仍存在不确定性。最后，从农田生态系统碳汇潜力估算、影响因素厘定和增汇技术研发3个方面提出未来研究方向。研究结果有助于推动农田生态系统碳汇科学研究和技术推广，为实现农田生态系统助力"碳中和"寻求重要路径。     

主要管理措施对人工林土壤碳的影响

人工林碳汇在全球碳循环及温室气体减排中发挥着重要作用。人工林是处于人为调控下的生态系统类型,经营管理措施是影响人工林土壤碳平衡的重要因素。通过科学合理的生态系统管理,增强人工林的土壤碳汇,对减缓气候变化具有十分重要的意义。本文综述了主要经营管理措施(造林树种、轮伐期、采伐、灌溉和施肥)对人工林土壤碳储量与碳通量影响的研究进展,结果表明:人工林经营管理措施可通过改变林地的温度、水分、养分和土壤结构,来影响土壤有机碳储量和土壤呼吸等碳循环过程。但目前人工林管理对土壤碳影响的研究还很不足,一些营林措施还未展开相关研究。未来应针对人工林管理措施对土壤碳的影响做更全面的定量研究。     

碳同位素技术在森林生态系统碳循环研究中的应用

碳同位素技术对碳素在生态系统中的迁移动态具有很好的示踪作用,在生态学各领域研究中应用广泛。土壤、大气、植物是森林生态系统的重要碳库,植物是大气和土壤交换碳元素的重要介质。本文简要总结了碳同位素技术在研究碳元素在植物体内以及植物、土壤、大气碳库之间的迁移规律和生态学过程中的应用,展望了该技术在森林界面学中的应用前景。     

保护性耕作对土壤微生物群落及其介导的碳循环功能的影响

农田生态系统耕作方式显著影响土壤微生物群落结构和功能,进而影响土壤微生物介导的土壤碳循环过程。以免耕结合作物秸秆还田为核心的保护性耕作是提升土壤碳汇功能和肥力的重要措施,其中土壤微生物发挥了关键作用。尽管有较多关于保护性耕作下微生物群落结构与功能的研究,但由于土壤系统的复杂性、环境因素以及微生物群落评价方法的差异性,尚未形成对保护性耕作下土壤微生物群落响应规律的系统认知。此外,研究多关注土壤微生物作为分解者的作用以及植物源碳对土壤碳库形成的贡献,而忽略了微生物源碳对土壤碳库形成和稳定的贡献。本文在归纳土壤有机质形成和稳定理论体系演变的基础上,梳理了土壤微生物研究方法的进展,重点阐述了保护性耕作对土壤微生物生物量、群落多样性和组成、碳代谢活性以及微生物源有机碳截获的影响,并对未来该领域的研究方向进行展望,以期为探索农田生态系统土壤微生物群落响应规律及其介导的土壤碳循环功能提供参考。     

碳同位素在湿地碳循环研究中的应用及进展

湿地碳库是区域生态系统中最重要的碳库之一,湿地碳循环是全球碳循环的重要环节。在湿地碳循环研究中,传统方法越来越不能满足人们对湿地中碳循环微观机理的了解,而碳同位素方法因其特殊的物源和过程示踪价值成为湿地碳循环研究的重要手段。本文从湿地碳循环的主要研究对象和基本研究方法出发,讨论了碳同位素方法的基本原理及其在碳循环研究中的优势,分析了碳同位素方法在湿地生物过程、水体、沉积物和土壤以及温室气体排放等方面的应用,归纳总结了碳同位素在我国湿地生态系统碳循环研究中的不足及未来发展方向。     

城市土壤碳循环与碳固持研究综述

城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面,城市为人们了解人类与自然复合生态系统对全球变化的影响及其对全球变化的响应过程提供一个独特的"天然实验室"。陆地生态系统碳循环是全球变化研究的热点领域之一,然而,人们对城市在全球碳循环中的作用和影响知之甚少,城市土壤碳循环研究处于起步阶段。介绍了城市土壤的主要特性和碳循环特征,指出强烈的人为作用是其最突出的特点;综述了城市土壤碳库、碳通量和碳固持研究方面取得的进展;探讨了城市化过程中土地利用变化、土壤中生物及土壤管护措施、城市小气候、大气污染沉降和土壤污染等对土壤碳循环的影响;提出未来城市碳循环研究需要开展长期系统监测、深化城市土壤碳循环机制研究、创新研究范式和研究方法、并将研究成果与城市景观规划与设计相结合,提升城市土壤碳管理能力。     

植物功能性状与湿地生态系统土壤碳汇功能

湿地生态系统碳平衡对气候变化极为敏感,是陆地生态系统碳循环响应全球变化的重要环节。然而,湿地生态系统碳汇调节机制仍不十分清楚,并且对影响因子的研究多集中在非生物因子上。综述了植物功能性状和功能性状多样性对湿地生态系统土壤碳汇功能的影响,阐明了生物因子对生态系统碳循环响应全球变化的重要性,介绍了植物功能性状对生态系统碳输入和输出过程的影响,简述了植物功能性状多样性的研究现状及其在指示生态系统碳汇功能现状和预测未来趋势等方面的应用。从优势植物、植物种间关系和植物-微生物种间关系3方面总结了植物功能性状多样性直接和间接影响生态系统碳循环的途径。展望了植物功能性状和功能性状多样性与湿地生态系统土壤碳汇功能的研究前景。     

土壤有机碳对外源氮添加的响应及其机制

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成, 在全球碳循环中发挥着重要的作用。受元素化学计量平衡调控作用, 氮输入的增加将会对土壤有机碳库产生重要影响。然而, 目前关于陆地生态系统碳库对氮添加的响应主要集中在植被碳库, 对土壤碳库研究较少, 且研究结论争议较大, 尤其对其响应机制缺少系统梳理。该文作者通过对已有文献进行梳理, 认为生态系统类型、土壤碳变化的检测方法、土壤深度, 以及土壤稳定性碳和易变碳含量的差异可能是造成当前研究土壤碳汇增量(每克氮输入所增加的碳)差异的重要原因。氮添加条件下土壤有机碳的积累机制可能包括3个方面: 1)氮添加增加了凋落物输入, 促进了碳积累; 2)氮添加减少土壤碳输出, 尤其是抑制了稳定性碳的分解; 3)促进土壤腐殖质及稳定性碳的形成。此外, 该文结合当前研究中存在的不足, 提出今后需加强对深层土壤碳、土壤可溶性有机碳的淋溶及吸附, 以及不同土壤碳组分对氮添加的响应研究, 并通过改进检测方法减少氮添加条件下碳储量的测量误差。     

气候变暖对陆地生态系统碳循环的影响

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对全球陆地生态系统碳循环的影响巨大,揭示这一作用对于精确理解碳循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义。该文综述了此领域近十几年来的主要研究工作,总结了陆地生态系统碳循环对气候变暖响应的主要内部机制及其过程,简述了相关模型的发展及其主要应用,并指出以往研究中存在的主要问题以及未来研究的主要方向。在气候变暖条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要体现在以下几个方面:1)低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低,而在中高纬度地区通常表现为增加,而在全球尺度上表现为NPP增加;2)土壤呼吸作用增强,但经过一段时间后表现出一定的适应性;3)高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大,或略微降低,在全球尺度上表现为植被碳库增加;4)地表凋落物的产量和分解速率增加;5)土壤有机碳分解加速,进而减少土壤碳储存,同时植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库,这两种作用在不同生态系统的比重不同,在全球尺度上表现为土壤碳库的减少;6)尽管不同生态系统表现各异,总体上全球陆地生态系统表现为一个弱碳源。生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型陆续被开发出来用于研究工作,并取得了一定的成果,但是研究结果仍然存在很大的不确定性。在未来的数年甚至是数十年间,气候变暖与全球变化的其它表现间的协同影响将是下一步的研究重点,气候变暖和陆地生态系统间的双向反馈作用机制是进行更准确研究的理论基础,生态系统结构和功能对气候变化的适应性是准确理解和预测未来气候情景下陆地生态系统碳循环的前提。     

土壤溶解性有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用

土壤溶解性有机碳(DOC)是有机碳库的活跃组分,在陆地生态系统碳循环中发挥重要作用.本文从碳循环重要性着手,综述了土壤DOC在土壤碳固持与温室气体排放中的作用;结合我国的现实情况(如土壤酸化、气候变暖等),探讨了土壤DOC的相关影响因素如土壤性质、环境因素、人为活动对土壤DOC的影响及作用机制,对进一步理解土壤DOC在陆地生态系统碳循环与温室气体减排中的作用具有重要意义.     

中国滨海盐沼湿地碳收支与碳循环过程研究进展

滨海盐沼湿地由于其较高的初级生产力和较缓慢的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的有效蓝色碳汇,近年来引起全球范围内的热切关注.我国滨海盐沼湿地分布较广,国内学者对滨海盐沼湿地碳循环及碳收支研究取得了一定进展,深入研究滨海盐沼湿地碳循环有助于对全球碳循环及全球变化的理解,并为利用滨海湿地进行碳的增汇减排提供科学依据.主要从我国滨海盐沼湿地碳循环主要观测方法、碳收支与碳循环过程及特点、碳库的组成与影响因素、气态碳的输入输出、潮汐作用对其碳收支的影响这5个方面出发,对国内的滨海盐沼湿地碳循环与碳收支的研究进展进行了归纳总结,并对今后的研究方向给出如下建议:(1)加强滨海盐沼湿地土壤碳库在深度上和广度上的研究;(2)标准化滨海盐沼湿地碳储量、碳通量的量化方法和观测技术;(3)在研究尺度上要宏观、微观并重,同时加强长期原位监测湿地碳通量的变化与室内模拟研究;(4)量化在潮汐影响下滨海盐沼湿地碳与邻近生态系统之间的横向交换通量.只有对我国滨海盐沼湿地碳库收支进行更准确的评估和长期的碳库动态变化监测,方可进一步认识我国盐沼湿地对全球气候变化的影响及其反馈作用,这对于预测全球变化及制定湿地碳储备功能的提升策略具有重要的意义.     

大气CO2浓度升高对土壤碳库稳定性的影响

工业革命以来,大气CO₂浓度持续上升,升高的CO₂浓度会改变植物光合产物积累、土壤碳库的碳输入和碳输出过程,进而通过影响有机碳组成和周转特征来调控土壤碳库动态变化。土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,其碳储量的微小变化都会对大气CO₂浓度和气候变化产生巨大影响。但目前关于CO₂浓度升高对土壤碳库动态和稳定性的影响还不清楚,很大程度上限制了预测陆地生态系统碳循环对气候变化的反馈。系统综述国内外大气CO₂浓度升高对植被生产力、植被碳输入和土壤碳库影响的研究进展,旨在揭示土壤碳库物理、化学组成以及周转特征对CO₂浓度升高的响应过程和机理,探讨CO₂升高情境下土壤微生物特征对土壤碳库稳定性的影响和驱动机制,为深入理解全球变化下的土壤碳循环特征提供理论支撑。     

土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响,既可能成为碳源,也可能是碳汇。在国内外相关研究的基础上,综述了土地利用变化对全球及区域尺度上森林、草地和农业生态系统碳循环的影响。全球范围内,森林砍伐后向草地和农田的转化发挥碳源的作用,在毁林碳排放中占主导地位,其中热带地区森林转变为农田和草场的碳排放均高于温带和北方森林。另一方面,土地利用变化可促进森林的碳贮存,如退耕还林、改善森林管理等。各区域森林生态系统通过土地利用变化贮存碳的潜力存在显著差别,热带湿润和半湿润地区具有较大的碳汇潜力,而干旱地区减少碳排放的空间相对较少。开垦活动是影响草地生态系统碳储存最主要的人类活动,草地转变为农田伴随着土壤碳的流失。森林或草场转变为农田的过程伴随着植被和土壤碳储量的减少,生态系统碳储量降低,因此它是一个碳排放的过程。伴随着城市的扩张,农田向建设用地的转化也是一个碳排放的过程。当前评估土地利用变化影响的研究方法主要有遥感观测和遥感模型、统计估算、生态系统模型以及土地利用与生态系统模型的耦合。研究方法得到不断地完善和改进的同时,还存在着一些不确定性,因此需要建立统一的观测统计方法,降低数据中的不确定性;完善土地利用与生态系统模型的耦合研究;建立多尺度土地利用变化及生态系统综合技术方法体系;开展碳减排目标下土地利用最优化布局研究。     

森林生态系统碳循环动态仿真系统的设计

模型方法是森林碳循环研究的有力工具.在Simulink环境下设计开发了通用的森林生态系统碳循环动态仿真系统FORCASS,从仿真系统的模式框架、设计方案和开发过程方面进行综合分析表明,FORCASS具有可行性.该仿真系统具有如下特点：1）将森林生态系统划分为植被碳库、枯落物碳库、土壤碳库和动物碳库4个分室,考虑了众多碳流转移项,具有较高的机理性和解释性;2）仿真系统基于过程,以植被器官生物量碳储量Richards生长方程为驱动项,带入差分方程组进行计算,可操作性高,能够实现林龄变化下的植被净第一性生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）等多种输出;3）仿真系统基于通用的碳循环模式框架建立,可扩展性能良好.     

基于CO2FIX模型的华北落叶松人工林碳循环过程

为了探明华北落叶松(Larix gmelinii var. principis-rupprechtii)人工林的碳循环过程, 该研究以河北围场地区的华北落叶松人工林为例, 基于CO2FIX模型, 以在当地的实际调查数据、文献数据作为输入数据, 从生物量、土壤和木质林产品碳库3个方面探讨了华北落叶松人工林的碳循环过程和碳汇能力。结果表明: 华北落叶松人工林土壤碳库最大, 生物量碳库次之, 林产品碳库最小, 但是林产品碳库随时间呈逐渐增加的趋势; 在一个轮伐期内(50年), 每公顷华北落叶松人工林约固定了250 t碳, 其中约70%通过凋落物和采伐剩余物的方式进入土壤碳库, 约30%进入木质林产品碳库; 华北落叶松人工林在生长的大部分时间是一个碳的吸收汇, 而在森林采伐时成为暂时的排放源, 从长时间尺度上看, 每公顷华北落叶松人工林每年大约固定0.3 t左右的碳。该研究结果表明了木质林产品碳库在人工林碳循环中的重要作用, 这将有助于更加全面地认识人工林的碳循环过程和碳汇能力。     

岩溶区土地利用变化对土壤有机碳与岩溶碳汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响是当今全球碳循环和气候变化研究的热点。土地利用变化对土壤有机碳含量、组分及稳定性产生影响,从而影响土壤CO_2,进而控制岩溶地质过程的碳汇效应。本文综述了岩溶区土地利用变化对土壤有机碳与岩溶地质过程的影响,阐明了岩溶区土地利用变化对土壤有机碳及其组分影响的过程与机理,土地利用变化对岩溶地质过程影响的土壤CO_2浓度调控机制、水循环影响及无机酸干扰等影响机制。提出了土壤固碳的团聚体归宿和分配,团聚体物理保护机制及钙的化学稳定机制是当前岩溶土壤有机碳深化的方向;土壤CO_2、水循环和无机酸在土地利用变化过程中以何种关系共同影响岩溶碳汇强度;水生光合作用利用DIC形成的稳定有机质与DIC、AOC通量的关系及其对土地利用变化的响应机理是岩溶碳循环前沿领域;而石漠化治理对岩溶碳循环的影响及相关固碳增汇技术的研究是需要重视的工作。     

长江河口典型湿地碳库动态研究方法

湿地生态系统在维持碳平衡和全球气候调节中起着重要作用。长江河口湿地生态系统是国际公认的生态过程敏感区,选择长江河口典型湿地——崇明东滩作为长期碳循环观测和实验模拟的研究对象,针对长江河口湿地生态系统碳库动态研究具体的科学问题,从"土壤-植被-大气"连续体(SPAC)碳流过程监测、涡度相关法碳通量监测、植物生长控制实验(开顶式气候室,OTC)、"湿地碳循环-气候变化"生态过程模型构建、多方数据源校正等方面,总结了全球气候变化条件下长江河口湿地碳库动态的研究方法。旨在了解长江河口湿地生态系统碳库动态特征,探寻湿地碳平衡的主导控制因子,评估中国东部沿海湿地碳库对全球气候变化的响应。进而为提出长江河口湿地碳储备功能的保育策略提供理论依据。     

湿地碳循环过程与计算机模拟研究

湿地是地球4大陆地生态系统之一,全球湿地碳储量(450Pg C)约占陆地生态圈总碳量的20％。湿地系统因兼有“碳源”与“碳汇”的双重角色,其碳循环对大气全球碳收支以及与之有关的全球气候变化可能有重要影响。本文概述了湿地生态系统变化与碳排放的关系、湿地碳循环基本过程及其主要影响因子和湿地碳循环计算机模拟研究进展,提出了拟进一步研究的重要问题。