大兴安岭多年冻土区森林流域碳湿沉降通量与河流碳输出

流域碳湿沉降与河流碳输出是全球碳循环的重要组成部分,对区域碳收支评估具有重要意义,然而在我国高纬度多年冻土区的相关研究仍然缺乏。本研究以大兴安岭多年冻土区典型森林流域——老爷岭流域为对象,在2022年5月28日—10月30日通过对流域内碳湿沉降过程及河流碳输出过程的动态监测,分析了降水和河流中各碳组分浓度与通量的变化特征及影响因素,并估算了流域内碳湿沉降对河流碳输出的贡献。结果表明：观测期内,老爷岭流域溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)和总溶解碳(TDC)湿沉降通量分别为1354.86、684.59和2039.45 kg·km^-2;河流中DOC、DIC、TDC的输出通量分别为601.75、1977.30、2579.05 kg·km^-2,颗粒有机碳(POC)、颗粒无机碳(PIC)、总碳(TC)的输出通量分别为125.13、21.99、2726.17 kg·km^-2;流域内TDC湿沉降对河流TDC输出的贡献量为9941.89 kg,相对贡献率为17.6%;河流中DIC浓度表现出显著的季节性差异,降水引起径流量的增加使...     

广东省北江流域河流有机碳浓度历史重建

根据河流颗粒有机碳浓度(CPOC)、溶解有机碳浓度(CDOC)与河流总悬浮物含量(CTSS)和流量(Q)的关系,构建广东省北江流域河流有机碳浓度估算模型分别为:CPOC=0.0195×CTSS+0.0589和CDOC = 0.0047×CTSS+0.0027×Q+0.9087.由上述模型重建了北江流域河流有机碳浓度变化历史,结果发现,北江流域河流有机碳主要以颗粒有机碳形式存在;年内分布表现为汛期高于平水期;年际变化多样,但总体上均表现出下降趋势;空间分布上表现为自上游往下有机碳浓度有所下降,但在三水站有所回升.     

基于碳稳定同位素示踪的金水河颗粒有机碳来源辨析

颗粒有机碳(Particle Organic Carbon,POC)在河流碳循环中占重要地位,并能提供流域内自然及人类活动的记录。通过采集和测定汉江上游金水河流域河岸带土壤和植物及河流中藻类和悬浮颗粒有机碳(POC)的季节性碳稳定同位素值和C/N比值,对河流水体中悬浮颗粒有机碳的浓度的季节性变化特征以及来源及其贡献进行了研究。结果表明,金水河流域水体中颗粒有机碳(POC)的浓度值存在明显的季节性变化特征,夏季春季秋季冬季。河流上游轻度干扰区的POC浓度值明显低于中下游中度干扰区和严重干扰区。河流中POC主要来源于土壤有机质、C3植物和藻类3个端元,而来源于浮游生物和C4植物碎屑的贡献很小。各季节之间具体的来源及其贡献有所差异,且POC的来源及其贡献具有空间差异。因此,金水河水体中颗粒有机碳(POC)的来源及其贡献受到季节变化和人为干扰程度的影响。     

典型喀斯特流域旱雨季交替下溶解硅的输送特征

河流溶解硅（DSi）作为营养物质对维持陆地、河流及海洋生态系统稳定性起到至关重要的作用。选取贵州典型喀斯特流域为研究对象,通过对DSi湿沉降过程,基流过程及降雨径流过程的动态变化进行全年监测分析,探讨DSi在旱雨季交替下的输送特征及河流DSi浓度变化引起的环境效应。结果表明：①湿沉降过程降雨量越大,DSi浓度越小,河流DSi浓度变化有明显的旱、雨季特征,雨季DSi浓度较高,旱季较低,地表水径流量及DSi浓度对降雨径流过程的响应比地下水明显。②DSi沉降通量及输出通量呈明显的旱、雨季差异,雨季DSi湿沉降通量占全年的69.5%,地表水雨季DSi输出负荷占全年的98.1%,地下水占51.4%。③流域硅酸盐岩风化过程不强烈,主要受到碳酸盐岩及蒸发岩控制。流域DSi浓度受人为水库影响明显,经过水库后河流中DSi浓度旱季下降29.0%、雨季下降70.9%。研究为全面认识硅在陆地生态系统中的生物地球化学循环提供科学依据。     

霍林河流域湿地土壤碳氮空间分布特征及生态效应

对霍林河流域湿地土壤有机碳及全氮空问分布特征及其生态效应的研究表明,有机碳和全氮的水平分异和垂直分异都十分显著,干湿交替周期是引起分异的关键因子;表层土壤有机碳与全氮含量显著相关(r=0．977),土壤碳氮比基本沿湿度梯度变化;土壤pH值对土壤表层碳氮含量及碳氮比值影响显著;流域湿地土壤与流域草原土壤碳氮比与土壤碳氮含量的相关性差异显著;其生态效应主要表现在生产效应和净化效应两方面．     

鄱阳湖流域多尺度碳、硅输送特征及其对浮游植物分布的影响

选取鄱阳湖流域内从初级支流到最大干流再到湖区（香溪→架竹河→赣江→鄱阳湖）这一联通水系线路为研究对象,通过对该流域多尺度碳、硅输送进行监测,并对其浮游植物群落分布进行研究,揭示鄱阳湖流域多尺度碳、硅输送对浮游植物分布的影响。结果表明：（1）鄱阳湖通江流域的碳、硅浓度与碳硅比呈明显空间变化。香溪流域和鄱阳湖湖区溶解态硅（DSi）浓度显著低于架竹河流域和赣江流域,而溶解性总碳（DTC）和溶解性有机碳（DOC）浓度变化则与之相反;碳硅比随流域尺度的扩大呈现先下降后上升的趋势,西鄱湖高于东鄱湖,冬季高于其他季节。（2）碳、硅对浮游植物分布特征的影响随着流域尺度的变化而变化。架竹河流域浮游植物主要受碳影响,且硅藻对溶解性无机碳（DIC）浓度变化最敏感,赣江流域,硅成为影响浮游植物分布的主要因子,进入鄱阳湖湖区后,硅对浮游植物分布的影响减弱;DIC虽然不是鄱阳湖流域浮游植物生长的限制性因子,但可通过影响水体pH值间接影响浮游植物群落结构。（3）浮游植物密度随着流域面积的扩大而成倍增加,鄱阳湖湖区浮游植物密度约为架竹河流域的11倍,湖区生态环境及水体污染问题不容忽视。     

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。     

黄土典型坝系流域碳沉积特征及其源解析

沉积物信息能够反映流域侵蚀环境变化,研究沉积物碳赋存规律对流域侵蚀过程和生态恢复具有重要指示意义。本文选取黄土高原典型坝系流域,通过土壤沉积剖面取样和室内测试分析,同时利用稳定同位素技术,分析了坝地及沟道沉积土壤剖面的碳分布特征及其来源解析。结果显示：（1）淤地坝沉积土壤总碳含量和土壤有机碳含量变化范围分别为12.80-14.76 g/kg和1.34-3.53 g/kg;沟道沉积土壤总碳含量和土壤有机碳含量变化范围分别为13.61-17.86 g/kg和1.52-5.04 g/kg。（2）淤地坝土壤总碳含量在土壤深度0-100 cm和350-500 cm区间波动较为平缓,100-350 cm波动较大;沟道0-200 cm土壤层总碳含量沉积变化较大,而200-390 cm土壤层变化平缓。淤地坝和沟道沉积土壤有机碳含量随土壤深度增加呈现降低趋势。（3）淤地坝有机碳同位素变化范围为-23.96‰——22.09‰,整体上呈现表层土偏正,并随土壤深度增加而呈现偏负的趋势;沟道沉积土壤有机碳同位素变化范围为-27.04‰——24.58‰,随土壤随深度增加呈现偏正的趋势。（4）羊圈沟坝地表层土壤有机碳多来源于灌木（占96.80%）,沟道表层土壤有机碳则多来自于灌木和草地（分别占62.05%、32.4%）。     

红壤侵蚀地马尾松人工林恢复过程中土壤非保护性有机碳的变化

选择红壤侵蚀区本底条件相似而恢复年限不同的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,结合时空代换法对侵蚀地植被恢复过程中表层土壤非保护性有机碳(轻组有机碳和颗粒有机碳)含量、分配比例及其向保护性有机碳转化过程进行研究.结果表明:在植被恢复过程中(0~30年)土壤有机碳含量及其储量随恢复年限极显著增加.植被恢复7~11年,土壤非保护性有机碳含量显著增加,其分配比例也明显升高,而恢复至27年和30年后分配比例保持在较稳定水平,说明植被恢复初始过程主要以非保护性有机碳的形式积累,而长期恢复后土壤有机碳呈相对稳定状态;0~10 cm和10~20 cm土壤非保护性有机碳向保护性有机碳的转化速率常数(k)与恢复年限分别呈极显著相关和显著相关,说明植被恢复过程中土壤非保护性有机碳逐渐向保护性有机碳转化.     

旱改水型农田整治对土壤碳排放的短期影响

灌溉农业可提升粮食生产潜力,已成为全球农业重要的发展方向,但此类土地利用转换势必影响旱作农田土壤的稳定性,尤其是碳循环。然而,旱改水整治过程中土壤碳通量变化及其与环境因子间的互馈机制尚不清楚。为此,采用大田模拟实验,连续7 d监测土壤碳通量变化,评估旱改水整治对土壤碳库组成及环境驱动的短期效应。结果表明：①旱地、水田的土壤碳通量和温度均呈昼高夜低的单峰型曲线,且碳通量与温度峰值出现于每日13：00前后,但水田土壤碳通量稍高于旱地。②旱改水后短期内土壤可溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（EOC）、惰性有机碳（ROC）、总有机碳（TOC）和土壤碳库管理指数均呈减少趋势,其中土壤微生物量碳、易氧化有机碳降幅分别达28.55%、29.09%。③土壤含水量、微生物OTU数、碳库含量是影响碳通量速率变化的关键因子（P<0.05）,土壤温度、理化性状是制约土壤碳库的主控因子（P<0.05）。农业活动是重要的碳源之一,深入研究大范围旱改水诱发的碳排放问题可为低碳农业、气候减缓及其应对策略制定提供科学依据。     

Significance of riverine carbon transport: A case study of a large tropical river, Godavari (India)

Although riverine carbon fluxes are a minor component of the global carbon cycle, the transfer of organic carbon from land to ocean represents a flux of potential carbon storage, irreversible over 103 to 104 a. Future carbon transfers through river basins are expected to accelerate, with respect to both sources and sinks, because of the large-scale human driven land-use and land-cover changes. Thus, the increased amounts of carbon transported to and sequestered in marine sediments (through fertilization by river-borne inorganic nutrients) may be an important net sink for anthropogenic CO2. Particularly, the humid tropics of South Asia are regions very sensitive to this lateral C transport because of high precipitation and high rates of land use and cover change. In this paper we report on the role of upland tributaries in the transport processes influencing the lateral carbon and nitrogen fluxes of the Godavari, a large tropical river of India. By far, dissolved inorganic carbon (DIC) is the dominant form of carbontransport in the river basin. It constitutes as much as 75% to the total carbonload. Particulate and dissolved organic carbon (POC and DOC) fluxes account for21% and 4%, respectively. In the upper basin, DOC fluxes exceed that of POC dueto large-scale anthropogenic activities. In contrast, tributaries in the central basin are characterized by comparable fluxes of POC and DOC. However, downriver POC export is 35% less than the import from upriver and tributaries due to theentrainment of sediments in river channels and dam sites. We argue that for highly disturbed watersheds in tropical regions, downstream transport of sediments and carbon requires long-term sampling programmes.     

Significance of riverine carbon transport: A case study of a large tropical river, Godavari (India)

Although riverine carbon fluxes are a minor component of the global carbon cycle, thetransfer of organic carbon from land to ocean represents a flux of potential carbon storage, irre-versible over 10~3 to 10~4 a. Future carbon transfers through river basins are expected to accelerate,with respect to both sources and sinks, because of the large-scale human driven land-use and land-cover changes. Thus, the increased amounts of carbon transported to and sequestered inmarine sediments (through fertilization by river-borne inorganic nutrients) may be an important netsink for anthropogenic CO_2. Particularly, the humid tropics of South Asia are regions very sensitiveto this lateral C transport because of high precipitation and high rates of land use and cover change. In this paper we report on the role of upland tributaries in the transport processes influ-encing the lateral carbon and nitrogen fluxes of the Godavari, a large tropical river of India. By far,dissolved inorganic carbon (DIC) is the dominant form of carbon transport in the river basin. It con-stitutes as much as 75% to the total carbon load. Particulate and dissolved organic carbon (POC and DOC) fluxes account for 21% and 4%, respectively. In the upper basin, DOC fluxes exceedthat of POC due to large-scale anthropogenic activities. In contrast, tributaries in the central basinare characterized by comparable fluxes of POC and DOC. However, downriver POC export is 35%less than the import from upriver and tributaries due to the entrainment of sediments in river channels and dam sites. We argue that for highly disturbed watersheds in tropical regions, down-stream transport of sediments and carbon requires long-term sampling programmes.     

细菌与古菌之间的直接电子传递

冰川占地球陆地表面的11%,储存了约10⁴ Pg有机碳。随着冰川消融有机碳被释放至下游生态系统中,刺激海洋、湖泊和径流的初级生产力进而影响其生态系统。微生物参与的固碳过程决定了冰川有机碳储量及向下游输出碳量。研究冰川固碳微生物群落构成及其生态功能,可为估算冰川碳积累量和保护下游生态系统提供数据基础。本文综述了冰川碳储量和释放量、冰川生态系统主要固碳途径、固碳微生物群落组成、固碳速率以及影响固碳速率的环境因素。最后基于研究现状展望了冰川生态系统固碳微生物的未来研究和发展方向。     

黄河口湿地有机碳来源及其对碳埋藏提升策略的启示

滨海湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统,是地球上重要的碳库之一,其在全球碳循环中的作用在近年来越来越受到人们的重视。总结了用C/N、稳定碳同位素和生物标志物等方法追踪黄河口湿地有机碳来源的研究成果,并据此探讨了黄河口湿地的固碳提升策略。黄河口湿地是我国典型的滨海湿地,碳来源复杂,但各种示踪方法均表明有机碳的来源中陆源输入较海源输入优势明显,而且陆源输入以地表径流和植被为主,但海源输入从内陆向近海逐渐增强,碳的来源有明显的时空变化并且受到人类活动的强烈干扰。从有机质来源看,提升黄河口湿地的碳埋藏能力应该从合理调配河流淡水资源、保护植被、加快植物群落演替等方面入手。目前有机碳来源的研究还存在覆盖区域有限、碳源区分粗略、影响因子研究较少等问题,缺乏系统性,多限于观测,对机制的理解十分薄弱,因此难以对碳埋藏能力的提升提供定量化的指导。今后的研究要从以下几个方面加强:1)不同区域和不同环境条件之间的比较研究;2)探寻更具特异性的生物指标、优化数据模型,使来源区分更细致;3)不同来源有机质在沉积物中埋藏效率的对比研究;4)构建湿地碳埋藏能力评估体系,综合考虑各方面因素研发和集成能够最大限度提高滨海湿地碳埋藏能力的技术。     

土壤活性有机碳

土壤活性有机碳是土壤中活跃的化学组分,能显著影响土壤化学物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移乃至生物毒性等行为,近年来土壤活性有机碳已成为土壤、环境和生态科学领域所关注的焦点和研究的热点。本文从土壤活性有机碳的来源、组成、含量、影响因素以及环境意义等方面做了简要的论述。一般认为,土壤活性有机碳来源于植物凋落物的分解、根系分泌物、土壤有机质的水解、土壤微生物本身及其代谢产物,因为来源的不同土壤活性有机碳含量也不同;影响土壤活性有机碳的因素有很多,研究表明,土壤活性有机碳随季节和湿度的变化呈现十分强烈的变异趋势;土地利用方式改变对土壤活性有机碳的影响在不同的研究中有不同的结果;土地管理措施如耕作、施有机肥和化肥、改变土壤pH值等对土壤活性有机碳也有很大的影响。土壤活性有机碳的生态环境效应主要表现在它对调节土壤养分流有很大影响,与土壤内在的生产力高度相关;它作为重金属的有机配体,对土壤溶液中的微量重金属的可移动性和迁移过程以及金属复合物的形成过程有着重要作用;它的存在影响农药在土壤中的截留、增加农药的水溶性,并影响农药在土壤中的运动;它对温室气体的排放、水体富营养化、岩石圈溶蚀都有很重要的作用。同时指出了未来的研究方向。     

病毒及其生态功能

病毒被认为是地球上数量最多的生物类群。在海洋生态系统中,研究人员确认了病毒巨大的数量和遗传多样性以及对很多原核生物和部分真核生物死亡率的重要贡献;建立起病毒影响生物地球化学循环的概念模型;也开始研究病毒及其生态系统功能对全球变化的响应和反馈作用。然而,人们对于土壤病毒生态学的研究严重滞后,甚至对于土壤病毒的多度和分布、环境影响因子等基本信息的了解都很有限。土壤蕴含巨量的可溶性和不可溶性有机物,土壤病毒应该会对土壤微生物的死亡率有重要贡献,并因此对土壤碳循环产生深远影响,因而将土壤病毒纳入到已有的生态系统生态学模型中将促进我们对土壤碳循环的理解。     

微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应

土壤是地球表层最为重要的碳库也是温室气体的源或汇。自工业革命以来,对土壤温室气体的容量、收支平衡和通量等已有较多研究和估算,但对关键过程及其源/汇的研究却十分有限。微生物是土壤碳氮转化的主要驱动者, 在生态系统碳氮循环过程中扮演重要的角色,对全球气候变化有着响应的响应、适应及反馈,然而其个体数量,群落结构和多样性如何与气候扰动相互关联、进而怎样影响生态系统过程的问题仍有待进一步探索。从微生物介导的碳氮循环过程入手,重点讨论微生物对气候变化包括温室气体(CO₂,CH₄,N₂O)增加、全球变暖、大气氮沉降等的响应和反馈,并由此提出削减温室气体排放的可能途径和今后发展的方向。     

Spatial analysis of soil organic carbon evolution in Belgian croplands and grasslands, 1960–2006

Given the importance of soil organic carbon (SOC) as a pool in the global carbon cycle and an indicator for soil quality, there exits an urgent need to monitor this dynamic soil property. Here, we present a modelling approach to analyze the spatial patterns and temporal evolution of organic carbon in mineral soils under agricultural land use in Belgium. An empirical model, predicting the SOC concentration in the top 0.3 m, as a function of precipitation, land use, soil type and management has been constructed and applied within a spatial context using data from different time slices. The results show that SOC content is strongly correlated with precipitation and temperature under cropland and with texture and drainage under grassland. Total SOC stock increased with 1.3% from 6.18 ± 0.03 kg C m^?2 in 1960 to 6.26 ± 0.07 kg C m^?2 in 2006. Although this increase was not significant (P>0.05), a significant discrepancy between cropland (?8%) and grassland (+10%) was observed. Foremost, the grasslands in the hilly southern part of the country, under relatively wet climate conditions, acted as important sinks of CO₂. Under cropland, all soil types were characterized by a decrease in SOC, except for the clay soils in the north‐west. Currently, croplands in the central loam region have SOC concentrations close to 10 g C kg^?1 indicating that these soils are at risk of a decline in aggregate stability. An overall strong SOC decline in poorly drained soils is probably caused by artificial drainage. Further research is needed to gain more insight into the processes driving the observed SOC trends. Moreover, the use of updated drainage class information and land management history would improve the empirical models.     

土地利用变化对川西米亚罗林土壤活性碳库的影响

为了揭示土地利用变化对土壤活性有机碳库的影响,在四川省亚高山米亚罗林区,以原始冷杉林(M-Y)和由原始林转化成的45年龄云杉人工林(M-60)、25年龄云杉人工林(M-80)和菜地(M-C)等4种土地利用类型为研究对象,进行了土壤的微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WDOC)和易氧化有机碳(LOC)的含量和季节变化研究.结果表明,土地利用变化明显影响土壤活性有机碳组分的含量,其中微生物量碳和水溶性有机碳的变化趋势为M-Y>M-60>M-80>M-C,易氧化有机碳的变化趋势则为M-60>M-Y.土地利用变化没有改变活性有机碳各组分的垂直分布,各组分均随着土层深度的增加而降低,季节变化幅度较小,但枯落物层和表层土壤的变化幅度明显高于深层土壤,而各组分的分配比例变化幅度明显小于活性有机碳含量的变化.     

汉中盆地秸秆还田撂荒和林地对土壤碳的影响

农业活动是温室气体重要的排放源,土壤碳库[土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)]稍微变化会对大气CO_2产生很大影响。汉中盆地是南水北调的重要水源涵养地,在该区域秸秆还田、农田撂荒和林地是目前常见土地利用方式,但缺乏不同利用方式对SIC和SOC影响的研究。该研究采集该区域典型样地土壤,用滴定法和有机碳分析仪分别测定其SIC和SOC含量,研究3种土地利用方式对土壤碳库的影响。结果表明:SOC随土层深度最为敏感的是农田,其次是撂荒地,林地最不敏感。0~140 cm土层SOC碳密度,林地最大,是撂荒田的2.26倍,农田是撂荒田的1.37倍。深土层SOC碳密度,林地是撂荒田的2.44倍,农田是撂荒田的1.07倍。撂荒田的SIC密度最大,其次是农田,林地的SIC碳密度最低。在0~140 cm土层中,SIC密度依次为12.37、11.68和9.77 kg·m~2,撂荒田的SIC碳密度是林地的1.27倍。随着我国农村发展,土地利用管理出现新的方式,今后在估算土地利用管理方式对土壤碳影响时还需要综合考虑SOC和SIC。