松嫩平原玉米带土壤碳氮储量的空间特征

利用第二次全国和县级土壤普查的382个典型土壤剖面资料和1∶50万数字化土壤图建立土壤剖面空间数据库,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带土壤碳、氮储量,分析土壤有机碳、氮密度的空间分布特征,探讨土壤有机碳、氮密度与土壤类型和土地利用类型之间的关系.结果表明:松嫩平原玉米带土壤有机碳、氮储量分别为(163.12±26.48)Tg和(9.53±1.75)Tg,土壤碳、氮储量主要集中在草甸土、黑钙土和黑土等土类中.土壤有机碳、氮密度分别为5.51～25.25和0.37～0.80kg·m-2,土壤C/N值大致在7.90～12.67.土壤有机碳、氮密度的空间分布均表现为东部和北部高、西部低.在不同土地利用类型中,旱田土壤的有机碳密度最高,为(19.07±2.44)kg·m-2;林地土壤的氮密度最高,为(0.82±0.25)kg·m-2;水田土壤的碳、氮密度均较低.     

重庆岩溶区土壤有机碳库的估算及其空间分布特征

基于重庆市第二次土壤普查和2007年测土配方施肥的1 412个土壤剖面数据,结合重庆岩溶区土壤图、土地利用现状图和行政区划图,在地理信息系统技术的支持下,对重庆岩溶区土壤有机碳密度及储量进行了估算,同时引入有机碳丰度指数这一指标,对有机碳在不同土壤和不同景观中的分布特征进行了分析.结果表明:重庆岩溶区20 cm和100 cm深度的土壤有机碳储量分别为1.43×1011 kg和3.29×1011 kg.不同土地利用方式下重庆岩溶区土壤有机碳密度分布不均匀,20 cm深度的土壤有机碳密度介于1.26～7.20 kg m-2之间,100 cm深度的土壤有机碳密度介于1.43～25.72 kg m-2之间.重庆岩溶区土壤有机碳库在不同土壤和不同景观中的分布具有高度的空间变异性,20 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.73～1.74和0.39～1.20之间,100 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.32～3.00和0.46～1.70之间.与全国的平均水平相比,单位面积上20 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区高于全国的平均水平,但单位面积上100 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区低于全国的平均水平,总体而言,重庆岩溶区是土壤有机碳储量相对贫乏的区域.     

近51年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应

本研究以分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据为驱动,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了祁连山地区1958~2008年植被净初级生产力(NPP),并对近51年来祁连山地区植被NPP对气候变化的响应进行了分析。结果表明:近51年来祁连山植被(常绿针叶林、落叶针叶林、草地、灌木、农田)在气温升高和降水量增加的影响下,NPP总量呈增加趋势,且增加速率依次为:农田>常绿针叶林>落叶针叶林>草地>灌木。植被NPP的变化与气温和降水量的变化均呈正相关关系,且温度变化对植被NPP的影响大于降水,即温度变化是影响祁连山地区植被NPP变化的主导因素。从区域平均来看,气温年平均上升速率为0.043℃·a-1,降水量的平均增加速率为1.355mm·a-1,在气温和降水量的共同作用下,1958~2008年祁连山地区植被NPP总量呈增加趋势,平均增加速率为0.718g·m-2·a-1。     

宁夏引黄灌区土壤有机碳密度时空变化特征

利用1980年全国第二次土壤普查的102个土壤剖面(0~100 cm)和147个表层样(0~20 cm),以及2009年采集的39个土壤剖面和241个表层土样属性数据,分别计算灌区表层和剖面土壤有机碳密度,通过对比分析,研究了宁夏引黄灌区近30年来土壤有机碳储量的变化特征。结果表明:1980—2009年,宁夏引黄灌区表层(0~20 cm)土壤有机碳密度由16.57 Mg C·hm-2增至21.44 Mg C·hm-2,平均年增幅为0.98%(P0.01);剖面(0~100 cm)土壤有机碳密度平均由55.70 Mg C·hm-2增至58.49 Mg C·hm-2,平均年增幅为0.17%(P0.05);土壤类型是影响灌区土壤有机碳储量的主导性因素;灌区土壤有机碳密度与灌溉时间之间有较强的相关性(P0.01),灌溉耕作时间越长,土壤有机碳密度越高;单位面积化肥施用量、单位面积作物产量及作物种植类型对灌区土壤有机碳变化产生了重要影响;气温和降水对土壤有机碳变化影响不明显。引黄灌溉耕作对提高灌区土壤有机碳储量和降低温室气体排放具有积极的作用。     

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。     

青海省植被净初级生产力(NPP)时空格局变化及其驱动因素

植被净初级生产力(NPP)作为陆地生态过程的关键参数,不仅用以估算地球支持能力和评价陆地生态系统的可持续发展,也是全球碳循环的重要组成部分和关键环节。基于2000—2014年MOD17A3年均NPP数据和气象站点气温、降水资料,采用简单差值、趋势分析、相关性分析和Hurst指数等方法,分析了青海省NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明:①青海省植被年均NPP在2000—2014年间整体分布呈现由南到北、由东到西递减的趋势,各生态区的空间存在显著差异,表现为Ⅱ区Ⅰ区Ⅲ区Ⅳ区Ⅴ区。②2000—2014年,青海省NPP变化趋势由北到南、由西到东呈现逐渐增加趋势,平均趋势系数为0.61,NPP值增加的区域占总面积的15%,其中显著增加区域为2.8%,轻度增加区域为12.2%。③青海省NPP值的Hurst的值域范围为0—0.39,均值为0.12,除了河流湖泊,建筑用地和未利用土地,青海省NPP变化特征为反持续性特征。④气候因子(年平均降水量和年均气温)对年均NPP的分布有影响,海拔的高低造成气温、降水和土壤的差异,间接影响植被NPP,15年土地利用/覆被变化(LUCC)表现为草地面积减少最多,这是导致NPP减少的主要原因。     

黄土高原草地净初级生产力时空动态及其影响因素

利用光能利用效率模型(Carnegie-Ames-Stanford approach,CASA)模拟2000-2015年黄土高原草地净初级生产力(NPP),分析黄土高原草地NPP的时空动态、NPP变化稳定性和持续性特征,从植被类型、地形因素、气候变化和人类活动4个方面探讨黄土高原草地NPP的影响因素.结果表明:黄土高原草地NPP的平均值为202.93 g C·m^-2·a^-1,其年际变化特征呈现显著增加的趋势,平均年增加速率为2.43 g C·m^-2·a^-1;分布具有明显的空间异质性,大体呈南高北低的状态.黄土高原草地NPP呈增加趋势的区域占总草地面积的91.2%,主要分布在陕西省的大部分地区、甘肃陇东及陇中地区和青海等地.草地NPP变化较为稳定的区域主要集中在鄂尔多斯的南部地区、陕北地区和甘肃等地.大部分地区草地NPP未来的变化趋势与过去一致,且陕西省的大部分地区以及甘肃省的陇中及陇东地区的草地NPP将呈现持续显著增加的趋势.坡面草地的平均NPP值最高,为703.37 g C·m^-2·a^-1;而高山亚高山草地NPP平均值最低,为57.28 g C·m^-2·a^-1.高海拔地区的草地NPP较高,而平原及丘陵地带草地NPP相对较低.研究期间黄土高原降水量的增加对草地NPP的增加具有明显的促进作用;人类活动诸如过度放牧状况的改善以及退耕还草等政策的实施对黄土高原草地NPP的增加也具有重要作用.     

河南封丘县域农田土壤固碳速率空间变异特征及其影响因素

农田土壤固碳速率是评价土壤固碳效应和潜力的重要指标,精确估算区域农田土壤固碳速率对土壤地力及环境效应均具有重要意义.本研究选取黄淮海平原典型潮土区河南省封丘县为研究区域,按照土壤利用-土壤类型联合单元布点法,于2011年采集了70个耕层土样,测定了土壤有机碳含量、机械组成、容重、pH,并与全国第二次土壤普查(1981年)数据进行对比分析,结合地统计方法和GIS技术研究了该地区近30年农田土壤固碳速率的空间变异特征,利用显著性检验、回归分析、方差分析等方法定量分析了该区域农田土壤固碳速率的影响因素.结果表明: 近30年封丘县域土壤固碳速率平均值为0.33 t C·hm^-2·a^-1,变异系数为74%,属于中等变异性;土壤固碳速率的变化在东西方向上表现为西高东低、中部高南北低,呈片状分布,区域结构性因素是引起农田土壤固碳速率空间分布差异的主导因素,如土壤类型、机械组成、容重、pH,可解释空间变异的59.5%,其次是随机性因素,如秸秆还田量、施肥量,可解释空间变异的40.5%.     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

1980—2011年川东平行岭谷区农田土壤有机碳动态

选取重庆市垫江县为川东平行岭谷的典型区,使用1980第二次土壤普查和2011年实测土壤数据,基于土壤类型,运用通用SOC密度/储量计算法和逐步回归分析,对研究区1980—2011年0—20 cm农田SOC动态和动因进行分析,结果表明:(1)1980—2011年农田0—20 cm土层SOC密度/储量总体表现为略有增加态势,单位面积碳增量2307.63 kg C/hm2,碳增汇235945.83 t,增幅为10.74%,年均增长速率为72.11 kg C hm-2a-1;(2)丢碳、固碳和相对平衡面积比37.61∶49.03∶13.36,总体呈西部、西北部高于南部、东南部,更高于东北部和西南部的格局;(3)宏观上1980—2011年农田0—20 cm土层SOC密度/储量变化与土壤类型的分布及利用有很大关系,尤其是黄壤和紫色土在相异的质地本底和不同的扰动下,展现出相反的碳汇/源状态;(4)微观上SOC密度年均变化速率影响最大的因素是SOC密度初始值全N密度C/N比,且全N密度和C/N比拥有正向影响,SOC密度初始值则相反;⑸结果为川东平行岭谷区借助施加适当投入和合适的耕作与管理实践,有效管理农田表层SOC库提供科学依据。     

Storage, patterns and controls of soil organic carbon in the Tibetan grasslands

The soils of the Qinghai-Tibetan Plateau store a large amount of organic carbon, but the magnitude, spatial patterns and environmental controls of the storage are little investigated. In this study, using data of soil organic carbon (SOC) in 405 profiles collected from 135 sites across the plateau and a satellite-based dataset of enhanced vegetation index (EVI) during 2001–2004, we estimated storage and spatial patterns of SOC in the alpine grasslands. We also explored the relationships between SOC density (soil carbon storage per area) and climatic variables and soil texture. Our results indicated that SOC storage in the top 1 m in the alpine grasslands was estimated at 7.4 Pg C (1 Pg=10¹⁵ g), with an average density of 6.5 kg m⁻². The density of SOC decreased from the southeastern to the northwestern areas, corresponding to the precipitation gradient. The SOC density increased significantly with soil moisture, clay and silt content, but weakly with mean annual temperature. These variables could together explain about 72% of total variation in SOC density, of which 54% was attributed to soil moisture, suggesting a key role of soil moisture in shaping spatial patterns of SOC density in the alpine grasslands.     

Storage,patterns and environmental controls of soil organic carbon in China

Based on the data from China’s second national soil survey and field observations in northwest China, we estimated soil organic carbon (SOC) storage in China and investigated its spatial and vertical distribution. China’s SOC storage in a depth of 1 meter was estimated as 69.1 Pg (10¹⁵ g), with an average density of 7.8 kg m⁻². About 48% of the storage was concentrated in the top 30 cm. The SOC density decreased from the southeast to the northwest, and increased from arid to semi-humid zone in northern China and from tropical to cold-temperate zone in the eastern part of the country. The vertical distribution of SOC differed in various climatic zones and biomes; SOC distributed deeper in arid climate and water-limited biomes than in humid climate. An analysis of general linear model suggested that climate, vegetation, and soil texture significantly influenced spatial pattern of SOC, explaining 78.2% of the total variance, and that climate and vegetation interpreted 78.9% of the total variance in the vertical SOC distribution.     

中国陆地土壤有机碳蓄积量估算误差分析

简要介绍了土壤碳蓄积量的计算方法,包括土壤类型法、植被类型法、生命地带法、相关关系法和模型方法,以及土壤有机碳蓄积量的误差分析方法．根据中国策二次土壤普查2473个典型土种剖面数据,采用土壤类型法和两种碳密度方法计算,估算的中国陆地土壤有机碳蓄积量处于615.19×10^14-1211.37×10^14g之间,平均碳密度为10．49-10．53kg·m^-2(土壤厚度为100cm)或11．52-12．04kg·m^-3(土壤平均厚度为88cm),土壤平均碳蓄积量为913．28±298．09×10^14g,估算的不确定性在20％～50％之间．其中,土壤碳计算和采样数量的差异是导致土壤碳蓄积量估算不确定性的重要因素。     

Increase in soil organic carbon stock over the last two decades in China's Jiangsu Province

Estimates of regional and national topsoil soil organic carbon (SOC) stock change may help evaluating the soil role in mitigation of greenhouse gas (GHG) emissions through carbon (C) sequestration in soils. However, understanding of the exact mitigation role is often constrained by the uncertainty of the stock estimation associated with different methodologies. In this paper, a soil database of topsoil (0–20 cm) SOC measurements of Jiangsu Province, China, obtained from a soil survey in 1982, and from a geological survey in 2004, was used to analyze the variability of topsoil SOC among soil groups and among soil regions, and to estimate the change in SOC stocks that have occurred in the province over the last two decades. The soil survey data was obtained from measurements of 662 690 randomly collected samples, while the geological survey data was from 24 167 samples taken using a 2 km × 2 km grid. Statistical analysis was conducted on SOC values for 1982 and 2004 for different categories of soil groups, soil regions, and administrative municipalities, respectively. Topsoil SOC storage was then calculated and the provincial topsoil SOC stock was estimated for each sampling time. There were remarkable differences in SOC levels between soil groups and soil regions and different municipalities. The grid sampling with the geological survey in 2004 yielded smaller variability of topsoil SOC averages, both with soil groups and with soil spatial distribution than the random sampling method used in 1982. Variation of SOC was greater with soil groups than with soil regions in both sampling times, although it was less variable across soil taxonomic categories than within a spatial category. Little variance of the SOC level with soil groups could be explained by clay content. However, the prevalence of paddy fields in the total cropland area governed the regional and municipal average SOC levels. The average provincial topsoil SOC content increased from 9.45 g kg⁻¹ in 1982 to 10.9 g kg⁻¹ in 2004, and the total provincial topsoil SOC stock was enhanced from 149.0±58.1 Tg C in 1982 to 173.2±51.4 Tg C in 2004, corresponding to a provincial average SOC sequestration rate of 0.16±0.09 t C ha⁻¹ yr⁻¹. The SOC sequestration trend for the last two decades could be, in part, attributed to the enhanced agricultural production, symbolized by the grain yield per hectare. The results of SOC stock changes suggest a significant C sequestration in soils of Jiangsu, China, during 1980–2000, with paddy management playing an important role in regional SOC storage and sequestration capacity.     

黄土丘陵区小流域尺度土壤有机碳密度及储量

通过对上黄小流域不同土地利用方式下114个样点的采样分析,结合地统计学原理对小流域不同土层土壤有机碳密度的空间变异程度进行研究。研究表明,除表层土壤有机碳密度的空间变异程度较弱外,其余两层均属于中等强度变异。并呈现东部天然草地分布区与中部带状灌丛林地分布区空间变异程度较强的分布特点。不同土层深度和土地利用方式下土壤有机碳密度存在明显差异,土壤有机碳含量随着土层深度的增加而逐渐减小,有机碳密度则表现为10-30cm最高,30-60cm其次,0-10cm最低。不同土地利用方式下,有机碳密度表现为:天然草地 > 果园 > 灌丛林地 > 河滩、河台地 > 撂荒地 > 人工草地 > 耕地。以土地利用方式为基本单元,对上黄小流域土壤有机碳储量进行估算。结果表明,上黄小流域土壤有机碳总储量为46527.12t,其中,灌丛林地(22052.81t)和天然草地(14573.14t)的储量最高,占总储量的78.72%。     

长江口崇明岛周缘盐沼湿地土壤碳储量的空间格局

盐沼湿地在缓解温室效应和应对气候变化方面发挥着重要作用,是重要的"蓝碳"生态系统。储存在盐沼湿地土壤中的有机碳(SOC)是盐沼湿地碳汇的主要成分,但受植被覆盖、土壤环境等生境要素变化的显著影响。以长江口崇明岛周缘的盐沼湿地为典型研究区域,分别测量了环岛不同样线和不同植被区SOC含量及环境因子(盐度、容重、碳氮比(C/N)等),在此基础上分析了盐沼湿地SOC储量的空间分布格局及其影响因素。结果表明:(1)崇明岛周缘盐沼湿地SOC含量和储量均存在明显的空间异质性,北侧的土壤SOC含量高于南侧,东北侧的SOC储量高于西南侧区域;(2)垂直各层上,SOC含量呈现随土层深度增加逐渐减少的趋势,表层0-50 cm深度的单位面积SOC储量大于50-100 cm深度;(3)植物类型和土壤理化因素(土壤C/N、土壤盐度、土壤容重等)在一定程度上影响了崇明岛周缘盐沼湿地土壤碳储量的空间格局。研究表明,受河口区植被和土壤理化性质等多种因素空间异质性的共同影响,盐沼湿地土壤SOC储量格局也易呈现空间差异,因此在开展盐沼湿地储碳机制研究、科学评估盐沼湿地储碳能力及实现盐沼"蓝碳"固碳增汇时应充分考虑区域间的环境和生态的空间异质性特征。     

Fine-scale spatial distribution of soil organic carbon and its fractions after afforestation with Pinus sylvestris and Salix psammophila in a semiarid desert of China

半干旱沙漠中樟子松和沙柳造林后土壤有机碳及其组分的小尺度空间分布 半干旱沙漠造林有助于改善土壤功能以及增加土壤有机碳(SOC)固定,但人们对造林后SOC及其不稳定(LOC)组分的小尺度空间分布了解甚少。本研究以毛乌素沙地东南缘樟子松(Pinus sylvestris)和沙柳 (Salix psammophila)为研究对象,量化了距离树体20、80、150和240 cm处SOC、LOC组分及其相关变量的小尺度空间分布。研究结果表明,沙柳和樟子松造林显著提高了SOC、总氮(TN)、可溶性有机碳 (DOC)、微生物碳(MBC)和易氧化有机碳(ROOC)含量;在距离树体20 cm处,0–100 cm土层樟子松SOC 储量比沙柳高27.21%;在距离树体80和150 cm处,沙柳SOC储量分别比樟子松高5.50%和5.66%;与流 沙地相比,在距离树体20、80、150 和240 cm处,沙柳和樟子松SOC储量显著增加了94.90%、39.50%、 27.10%和18.50%;沙柳和樟子松ROOC分别占SOC的14.09%和18.93%。总之,造林促进了半干旱流沙地SOC的积累,樟子松比沙柳分配更多的有机质到距离树体<80 cm范围内的土体中。     

江西中南部红壤丘陵区主要造林树种碳固定估算

本文根据江西第6次森林清查小班数据,通过基于实地调查数据拟合的森林植被生物量与蓄积量的关系,估算了2003年江西中南部红壤丘陵区泰和县和兴国县主要人工造林树种马尾松、湿地松、杉木林的生物量和碳储量,并采用空间替代时间的方法,利用Logistic方程拟合了三个树种林龄与碳密度的曲线关系,估算了研究区1985-2002年的森林植被生物量和碳储量,分析了时空动态特征。结果表明：(1) 2003年研究区主要造林树种林分面积31.04?10⁴hm²,总生物量22.20Tg,总碳储量13.07TgC,平均碳密度42.36tC/hm²。(2) 1985、1994、2003年三个树种植被碳储量分别为4.91、11.41和13.07TgC,年均固碳量0.45 TgC.a^-1。(3) 海拔位于700-900m之间的树种平均碳密度最大,坡度位于25～35?之间的树种平均碳密度最大。森林植被碳密度总体上呈现随海拔高度的增加而增加,随坡度的增大而增大的分布。人工造林工程使江西中南部红壤丘陵区森林植被碳储量明显增加,合理的森林经营管理可以提高森林生态系统的固碳能力。     

Land use induced changes of organic carbon storage in soils of China

Using the data compiled from China's second national soil survey and an improved method of soil carbon bulk density, we have estimated the changes of soil organic carbon due to land use, and compared the spatial distribution and storage of soil organic carbon (SOC) in cultivated soils and noncultivated soils in China. The results reveal that ～ 57% of the cultivated soil subgroups ( ～ 31% of the total soil surface) have experienced a significant carbon loss, ranging from 40% to 10% relative to their noncultivated counterparts. The most significant carbon loss is observed for the non‐irrigated soils (dry farmland) within a semiarid/semihumid belt from northeastern to southwestern China, with the maximum loss occurring in northeast China. On the contrary, SOC has increased in the paddy and irrigated soils in northwest China. No significant change is observed for forest soils in southern China, grassland and desert soils in northwest China, as well as irrigated soils in eastern China. The SOC storage and density under noncultivated conditions in China are estimated to ～ 77.4 Pg (10¹⁵ g) and ～ 8.8 kg C m^?2, respectively, compared to a SOC storage of ～ 70.3 Pg and an average SOC density of ～ 8.0 kg C m^?2 under the present‐day conditions. This suggests a loss of ～ 7.1 Pg SOC and a decrease of ～ 0.8 kg C m^?2 SOC density due to increasing human activities, in which the loss in organic horizons has contributed to ～ 77%. This total loss of SOC in China induced by land use represents ～ 9.5% of the world's SOC decrease. This amount is equivalent to ～ 3.5 ppmv of the atmospheric CO₂ increase. Since ～ 78% of the currently cultivated soils in China have been degraded to a low/medium productivities and are responsible for most of the SOC loss, an improved land management, such as the development of irrigated and paddy land uses, would have a considerable potential in restoring the SOC storage. Assuming a restoration of ～ 50% of the lost SOC during the next 20–50 years, the soils in China would absorb ～ 3.5 Pg of carbon from the atmosphere.