黄土地区不同覆被下土壤无机碳分布及同位素组成特征

土壤无机碳在剖面上的分布在评估区域碳库储量、陆地碳循环以及全球变化的研究中具有重要作用.本文通过测定黄土地区不同植被类型覆盖下土壤pH值、碳酸盐含量、δ13C和δ18O值,探讨了黄土地区植被类型对碳酸盐在土壤剖面中分布和同位素组成特征的影响.结果表明:各剖面碳酸盐含量为5.7％ ～ 14.1％,其均值大小为荒地＞草地＞林地;林地中,阔叶林＞灌木林＞针叶林,针叶林变化最明显;受成土母质影响,各剖面土壤pH值在7～8,呈弱碱性;土壤碳酸盐δ13C值分布为-6.2‰～-1.8‰,各剖面δ13C均值大小为荒地＞灌木林＞针叶林＞草地＞阔叶林;植被类型主要是通过向土壤输入有机质来影响土壤无机碳同位素组成;不同覆被下土壤剖面碳酸盐δ18O值差异明显,其可能受土壤物理性质如孔隙度、湿度等影响;黄土地区不同覆被下土壤无机碳含量和δ13C、δ18O值明显不同,因此,在植被演替过程中,植被类型的改变会影响到土壤无机碳库的储量和区域碳循环过程.     

梯级水库群水体碳、硫元素循环及耦合效应——以嘉陵江为例

河流筑坝拦截对水体碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环产生了重要影响。为了研究在梯级水库影响下C、S元素循环的响应过程,本研究以嘉陵江干流4座代表性的梯级水库为对象,于2016年冬季(1月)和夏季(7月)采集各个水库的河流入库水、库区分层水和下泄水,分析DIC浓度、SO_4~(2-)浓度和δ13CDIC及δ34S-SO_4~(2-)。结果表明:(1)研究区水体的水化学组成主要受碳酸对碳酸盐风化控制,同时,来源于流域黄铁矿和大气SO2氧化产生的H2SO4也广泛参与到区域碳酸盐岩风化;(2)DIC主要来源于土壤CO2和碳酸盐岩风化,SO_4~(2-)主要受大气降水和黄铁矿氧化过程影响;(3)水库水体DIC浓度、SO_4~(2-)浓度、δ34S值及δ13CDIC值两两之间存在相关性(P0.05),表明水库水体C、S元素的时空演变受到相似过程(物理、化学、生物)的影响。经过筑坝拦截,河流水环境及营养元素循环发生很大改变,运用C、S双同位素可以有效示踪水库的湖沼化演化过程。     

黄土高原植被演替对土壤碳库及δ~(13)C的影响

采集宁夏云雾山草原植被演替阶段的土壤和植物样品,测定土壤容重(BD)、土壤含水量(WC)、土壤有机碳(SOC)含量、以及土壤和植物优势种稳定碳同位素组成(δ13C),并比较了它们之间的差异,分析其反映的环境信息。结果表明:在表层0~10 cm深度,灌木地SOC含量为71.7 g·kg-1,显著高于草地的54.6 g·kg-1;灌木地0~20 cm深度SOC含量占1 m深SOC含量的58.1%,而草地在0~40 cm深度的SOC含量占1 m深的34.1%;短期植被演替(约10 a)对土壤剖面0~20 cm层的δ13C值有显著影响,其中对0~10 cm层δ13C影响最大;草地演替为灌木地后δ13C偏负1.4‰,30 cm以下土壤δ13C值对短期植被变化不敏感;通过δ13C在C3植被的短期演替过程中的响应关系发现,δ13C值作为土壤碳库更替和碳循环的研究工具有很好的辨识力;灌木的δ13C值从叶子到根系存在明显差异,逐渐偏正,变化为2.2‰,草地为1.9‰;通过对0~40 cm深度植物根系δ13C值的测定发现,灌木地由表层的-28.15‰变为-26.11‰,偏正了2.04‰,草地根系δ13C值从表层的-27.08‰变为-27.57‰,偏负了0.49‰。     

温度和无机碳浓度对龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus）碳同位素分馏的影响

温度和无机碳浓度是沉水植物碳同位素分馏的重要影响因素.通过在16、19、22、25、28、31℃ 6个温度条件和溶解无机碳浓度(DIC)为0.0001mol·L-1和0.0001mol·L-1两种条件下培养沉水植物--龙须眼子菜(Potamogeton pectinatus),获得了不同条件下生长的龙须眼子菜植物样品,随后进行了定量和碳同位素组成(δ13CP)分析.分析结果表明,随生长温度的升高,龙须眼子菜碳δ13CP均升高,具有明显的温度相关性(R2＞0.90).在DIC浓度为0.0001mol·L-1时,随着生长温度的升高, δ13CP从-14.83‰增加至-13.47‰;而在DIC浓度为0.001mol·L-1时, δ13CP从-18.56‰增加至-15.15‰.同一生长温度条件下, DIC浓度对δ13CP也有明显影响, δ13CP随DIC浓度增高而降低.在不同生长温度条件下, DIC浓度对δ13CP的影响大小随生长温度的增高而降低,在温度为16℃时,两个DIC浓度下的δ13CP相差3.73‰;而在温度为31℃时,这一差值减少为1.68‰.同时,通过建模进行计算,获得了不同温度下龙须眼子菜(P. pectinatus)碳同位素分馏与初始DIC浓度的关系,并对有关的参数的意义进行了探讨.     

长期垄作稻田腐殖质稳定碳同位素丰度(δ13C)分布特征

研究了四川盆地丘陵区连续16年垄(宽垄)作稻田土壤稳定碳库腐殖质组分的稳定碳同位素(δ13C)分布特征.结果表明:稻田土壤有机碳含量为宽垄作>垄作>水旱轮作.腐殖质碳以胡敏素为主,占土壤碳含量的21%～30%,提取碳以胡敏酸为主,分别占土壤有机碳和腐殖质的17%～21%和38%～65%.土壤有机碳的δ13C值介于-27.9‰～-25.6‰,20～40cm和0～5 cm土壤有机碳δ13C值之差约为1.9‰.土壤胡敏酸δ13C值比土壤有机碳低1‰～2‰,更接近于油菜和水稻秸秆及根系的δ13C值.土壤富里酸δ13C值分别较土壤有机碳和胡敏酸高2‰和4‰.耕作层和犁底层胡敏素δ13C值分别介于-23.7‰～-24.9‰和-22.6‰～-24.2‰,δ13C值的变化反映了耕层中腐殖质的新老混合现象.各有机组分δ13C值递减顺序为:胡敏素>富里酸>土壤有机碳>稻草(油菜)残体>胡敏酸.长期水稻种植有利于增加土壤有机碳含量,同时,耕作方式影响土壤腐殖质δ13C在耕作层和犁底层中的分布格局.     

若尔盖草甸退化对土壤碳、氮和碳稳定同位素的影响

为了解不同退化阶段高寒草甸土壤碳、氮和碳稳定同位素的差异,对若尔盖湿地内沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸3个阶段土壤的碳、氮和碳稳定同位素进行了分析.结果表明:若尔盖湿地草甸土壤δ¹³C 值介于-26.21‰～-24.72‰之间,土壤δ¹³C 值随土层加深而增大.土壤δ¹³C 值与有机碳含量对数值呈线性负相关.表层土壤(0～10 cm)δ¹³C值大小顺序为草原化草甸>退化草甸>沼泽草甸,β值大小顺序为草原化草甸>沼泽草甸>退化草甸.沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸0～30 cm 土壤碳含量分别为105.32、42.11和31.12 g·kg^-1,氮含量分别为8.74、3.41和2.81 g·kg^-1,C/N分别为11.26、11.23和10.89.随着草甸的退化,土壤碳、氮呈降低趋势,退化草甸C/N值低于沼泽草甸和草原化草甸.随着土层深度加深,碳、氮含量呈现降低趋势.草甸退化导致的土壤δ¹³C 值差异主要发生在表层0～10 cm.3个退化阶段中,退化草甸土壤的β值和C/N最低,表明退化草甸土壤矿化作用较强.     

河道型水库溶解无机碳同位素组成特征与来源——以万安水库为例

以江西万安水库为研究对象,于2014年9月至2015年6月进行4次季节性采样,对该区域9处采样点的溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13CDIC)进行分析。结果表明:夏、秋季DIC含量较春、冬低;δ13CDIC也较冬、春季偏负。DIC含量从上游到下游呈下降趋势,碳同位素值则趋于偏正。光合作用与有机质分解是影响库区表层水体δ13CDIC值变化的主要因素。垂直剖面上,表、底层水温等参数差异不显著,上下水体混合较为均匀。DIC含量基本上随深度的增加而增大,δ13CDIC值趋于偏负。利用质量平衡计算得出:入库水体中DIC约57%来自于土壤CO2,而坝下水体中DIC约49%来自土壤CO2,万安水库拦截对河流地球化学过程信息有一定的改造作用。     

鬼箭锦鸡儿叶片和土壤碳稳定同位素特征及其影响因素

为探究高海拔地区的植物碳(C)循环过程与其生境的关系,以生长在高山地区的豆科灌木鬼箭锦鸡儿为研究对象,沿着横跨我国东西部山区的样带采集35个样点的鬼箭锦鸡儿叶片和土壤样品,分析了鬼箭锦鸡儿叶片碳稳定同位素组成(δ¹³C)、土壤δ¹³C、叶片和土壤δ¹³C差值(Δδ¹³C)在不同采样点的特征及其与气候因子、叶片和土壤元素的关系。结果表明:鬼箭锦鸡儿叶片δ¹³C的变化范围为-30.9‰～-27.1‰,平均值为-28.4‰,土壤δ¹³C的变化范围为-26.2‰～-23.2‰,平均值为-25.3‰,Δδ¹³C的变化范围为2.0‰～7.7‰,平均值为3.1‰;叶片δ¹³C显著低于土壤δ¹³C,且随着叶片δ¹³C增加,土壤δ¹³C先降低后升高;叶片δ¹³C与生长季均温和叶片C含量呈显著负相关,土壤δ¹³C与相对湿度和最暖月均温呈显著负相关,与土壤碳∶氮(C∶N)呈显著正相关,随土壤C含量的增加土壤δ¹³C先降低后升高,Δδ¹³C与叶片C含量、土壤C含量和土壤C∶N呈显著正相关;气候因子对叶片δ¹³C和Δδ¹³C具有直接影响,同时也通过对叶片和土壤元素的影响,间接导致叶片δ¹³C、土壤δ¹³C和Δδ¹³C的改变。高海拔地区的气候因子、叶片和土壤元素共同影响鬼箭锦鸡儿的C循环过程。     

黄土高原不同植被类型土壤微生物残体碳的积累及其对有机碳的贡献

微生物残体碳是土壤有机碳的重要来源。黄土高原自退耕还林(还草)以来土壤碳储量显著增加,但不同植被类型土壤微生物残体碳对有机碳积累的贡献及其影响因素尚不明晰。本研究利用生物标志物(氨基糖)技术,测定黄土高原天然草地、柠条灌丛、辽东栎林地0～5和5～20 cm土层土壤中的微生物残体碳含量,并分析其与土壤理化指标的关系,探究不同植被类型土壤中微生物残体碳对有机碳的贡献及其影响因素。结果表明：1)同一土层,土壤pH值由草地、灌丛至林地依次显著降低,而有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮表现为林地>灌丛>草地,差异显著,且0～5 cm土层显著高于5～20 cm土层。2)土壤微生物残体碳含量在3种植被类型的两个土层中的变化范围为0.69～16.41 g·kg^-1,其中,在0～5 cm土层,细菌、真菌和微生物残体碳含量均由草地、灌丛至林地依次显著增加,林地微生物残体碳含量是灌丛的2.9倍,灌丛是草地的4.2倍;在5～20 cm土层,林地真菌和微生物残体碳含量显著高于灌丛和草地。真菌残体碳含量高于细菌残体碳含量,是细菌残体碳的2.16～10.83倍。3)微生物...     

贵州喀斯特地区典型土壤有机碳垂直分布特征及其同位素组成

以贵州喀斯特地区两种主要土壤类型(石灰土和黄壤)为研究对象,通过测定土壤pH值、土壤有机碳(SOC)含量和植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定同位素(δ13Csoc值)组成,探讨了该地区石灰土和黄壤剖面SOC垂直分布特征和δ13Csoc值组成差异。结果表明,与黄壤相比,石灰土剖面的SOC含量较高,石灰土剖面和黄壤剖面SOC含量变化范围分别在3.6～69.8和2.4～51.2g·kg-1。黄壤和黄色石灰土剖面SOC主要集中在0～20cm深度内,而黑色石灰土剖面从0～60cm逐步减少。黑色石灰土和黄壤剖面δ13Csoc值变化范围分别在-22.9‰～-21.5‰和-25.6‰～-22.4‰,前者较后者变化小。从剖面表土向下,黄壤剖面δ13Csoc值均出现逐步增加的趋势,而石灰土剖面δ13Csoc值从剖面表土向下出现上升-降低-不变的变化趋势。黄色石灰土剖面δ13Csoc值变幅较大,变化范围为-23.7‰～-18.2‰。在枯枝落叶转化为表层土壤有机质的过程中,石灰土剖面δ13Csoc值变幅高于黄壤。其中,黄壤剖面δ13Csoc值升高了2.6‰～3.0‰,石灰土剖面δ13Csoc值升高了5.5‰～6.3‰。上述结果揭示了SOC含量及其δ13C值随深度变化的差异,反映植物残体的输入及其在土壤中分解累积特征,有助于揭示SOC循环过程及规律和了解剖面土壤成土过程。     

外源输入碳在生物结皮土壤各碳组分中的分配特征

研究外源新输入碳进入生物结皮后在各碳组分间的分配特征,可以为理解生物结皮参与碳地球化学循环过程提供数据支持和理论依据。本研究针对黄土高原典型苔藓生物结皮,借助¹³C脉冲标记技术,精确示踪外源新输入碳在生物结皮碳组分中的分配特征及其与无结皮裸地的差异,揭示生物结皮对碳循环的影响。结果表明: 1)由于生物结皮养分循环速率较慢,且与维管束植物相比,其主要生物成分苔藓的生物量有限,导致生物结皮各碳组分的¹³C丰度值均随时间变化表现相对平稳。2)生物结皮的各碳组分¹³C含量均明显高于无结皮裸地,其有机碳、微生物生物量碳、可溶性有机碳中¹³C含量平均分别为0.258、0.078、0.004 mg·kg^-1,分别比裸地高3.1、18.5、2.6倍,且苔藓植株¹³C含量高达1.45 mg·kg^-1。3)生物结皮改变了有机碳各组分的分配特征,其新同化的碳主要分配于活性有机碳库和结皮生物中,表现为¹³C在微生物生物量碳中的分配率(30.6%)高于可溶性有机碳(1.7%),而苔藓植株的¹³C分配率为20.3%。4)生物结皮中微生物生物量¹³C的转移量和库容量分别是裸地的15.7和19.5倍,但其周转率(每月2.94次)略低于裸地(每月3.30次),相应周转期是裸地的1.1倍。综上,生物结皮改变了土壤有机碳组分的分配特征,提升了碳周转速率,在干旱荒漠生态系统碳循环中的作用不容忽视。     

服务双碳目标的中国人工林生态系统碳增汇途径

中国在相对较低的经济发展水平条件下提出了"碳达峰、碳中和"目标，在全球气候治理中起着关键作用。中国是全球人工林面积最多的国家，中国森林生态系统碳储量增加的主要贡献者是人工林，是中国陆地碳汇的主要来源，具有较高的碳汇增长潜力，加强人工林碳增汇方案研究对中国实现"碳达峰、碳中和"目标具有非常重要的作用。研究梳理了中国人工林生态系统碳汇能力提升的主要因子和环节，分别从增加碳汇强度型增汇、保护修复型增汇、减少碳排放型增汇、技术提高型增汇和市场引领型增汇5个方面提出了12条人工林碳增汇途径，以期为中国实现"碳达峰、碳中和"目标作出更大贡献。     

Terrestrial fluxes of carbon in GCP carbon budgets

The Global Carbon Project (GCP) has published global carbon budgets annually since 2007 (Canadell et al. [2007], Proc Natl Acad Sci USA, 104, 18866–18870; Raupach et al. [2007], Proc Natl Acad Sci USA, 104, 10288–10293). There are many scientists involved, but the terrestrial fluxes that appear in the budgets are not well understood by ecologists and biogeochemists outside of that community. The purpose of this paper is to make the terrestrial fluxes of carbon in those budgets more accessible to a broader community. The GCP budget is composed of annual perturbations from pre‐industrial conditions, driven by addition of carbon to the system from combustion of fossil fuels and by transfers of carbon from land to the atmosphere as a result of land use. The budget includes a term for each of the major fluxes of carbon (fossil fuels, oceans, land) as well as the rate of carbon accumulation in the atmosphere. Land is represented by two terms: one resulting from direct anthropogenic effects (Land Use, Land‐Use Change, and Forestry or land management) and one resulting from indirect anthropogenic (e.g., CO₂, climate change) and natural effects. Each of these two net terrestrial fluxes of carbon, in turn, is composed of opposing gross emissions and removals (e.g., deforestation and forest regrowth). Although the GCP budgets have focused on the two net terrestrial fluxes, they have paid little attention to the gross components, which are important for a number of reasons, including understanding the potential for land management to remove CO₂ from the atmosphere and understanding the processes responsible for the sink for carbon on land. In contrast to the net fluxes of carbon, which are constrained by the global carbon budget, the gross fluxes are largely unconstrained, suggesting that there is more uncertainty than commonly believed about how terrestrial carbon emissions will respond to future fossil fuel emissions and a changing climate.     

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.     

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。     

杉木人工林C库与C吸存的动态研究

对湖南会同10年生、14年生杉木人工林C库和C吸存的动态研究结果表明,杉木人工林生态系统的C库主要由植被层、死地被物层、土壤层组成的,按其C库大小顺序排列为土壤层>植被层>死地被物层。10年生、14年生杉木林生态系统的C库分别为120.52和171.40t.hm-2,具有一定的年龄阶段和地带性特点。随着杉木林年龄的增长,乔木层C贮量的优势逐渐加强,从10年生的30.38t.hm-2增加到14年生的61.24t.hm-2,分别占总C库的25.21%和38.50%,树干C贮量占林分C贮量的比例最大,可达47.17%以上,并随杉木林年龄的增长而明显增强,分布在枝、叶、皮和根中的C贮量占48.11%以上,地上部分的C贮量占总C贮量的84.73%以上。10年生和14年生林地土壤层(0~60cm)的C库分别为88.21和108.20t.hm-2,占生态系统总C库的63.13%以上,土壤表层(0~15cm)的C储量分别占土壤总C库的36.57%和34.26%,土壤0~30cm层中的C储量分别占土壤总C库的63.44%和61.05%。地上部分C贮量与地下部分C贮量之比为10年生时为1∶3.53,14年生时为1∶2.22。10年生和14年生杉木人工林生态系统的年净固定C量分别为5.488和9.285t.hm-2.a-1。湖南省现有杉木林植被C库为0.1916×108t,潜在C库为1.4710×108t,C吸存潜力为1.2794×108t,湖南省现有杉木林植被的C库仅为其潜在C库的13.03%,低于全国水平26.46%。     

Current forest carbon stocks and carbon sequestration potential in Anhui Province,China

Aims
This study was conducted to investigate carbon stocks in forest ecosystems of different stand ages in Anhui Province, and to identify the carbon sequestration potential of climax forests controlled by the natural environment conditions.
Methods
Data were collected based on field investigations and simulations were made with the BIOME4 carbon cycle model.
Important findings
Currently, the total forest carbon stocks in Anhui Province amounts to 714.5 Tg C: 402.1 Tg C in vegetation and 312.4 Tg C in soil. Generally, both the total and vegetation carbon density exhibit an increasing trend with the natural growth of forest stands. Soil carbon density increases from young to near mature forests, and then gradually decreases thereafter. Young and middle-aged forests account for 75% of the total forest area in Anhui Province, with potentially an additional 125.4 Tg C to be gained after the young and middle-aged forests reach near mature stage. Results of BIOME4 simulations show that potentially an additional 245.7 Tg C, including 153.7 Tg C in vegetation and 92 Tg C in soil, could be gained if the current forests are transformed into climax forest ecosystems in Anhui Province.     

安徽省森林碳储量现状及固碳潜力

为阐明安徽省不同林龄的森林生态系统的碳储量现状, 以及现有自然环境条件下顶极森林生态系统的固碳潜力, 采用野外样地调查和BIOME4模型方法对此进行研究。安徽省森林生态系统的现状总碳储量为714.5 Tg C, 其中植被碳402.1 Tg C、土壤碳312.4 Tg C。从幼龄林至过熟林的生长过程中, 森林生态系统的总碳密度和植被碳密度都呈现增长趋势。但土壤碳密度从幼龄林至近熟林阶段呈增加趋势, 近熟林以后出现减少趋势。安徽省幼龄林和中龄林占森林总面积的75%, 若幼、中龄林发展到近熟林阶段, 将增加125.4 Tg C。BIOME4模拟显示: 当森林发展到气候顶极森林时, 安徽省森林生态系统将增加245.7 Tg C, 即总固碳潜力包括植被固碳153.7 Tg C, 土壤固碳92.0 Tg C。     

城市森林碳汇及其抵消能源碳排放效果——以广州为例

城市森林及其管理相关政策作为减少CO₂排放的有效策略得到了较为广泛的关注。采用材积源生物量方程与净初级生产力方法来定量分析了广州市城市森林碳储量和碳固定量,根据化石能源使用量及其碳排放因子核算了广州城市能源碳排放,最后评估了城市森林碳抵消效果。结果显示广州市城市森林碳储量为654.42×10⁴t,平均碳密度为28.81 t/hm²,而森林碳固定量为658732 t/a,平均固碳率为2.90 t·hm^-2·a^-1。2005-2010年广州市年均能源碳排放则达到2907.41×10⁴t。广州城市森林碳储量约为城市年均能源碳排放的22.51%,其通过碳固定年均能够抵消年均碳排放的2.27%,不过从城市森林综合效益来看其仍是城市低碳发展重要举措之一。分析了林型组成和林龄结构对于广州森林碳储量和碳固定量的影响,并从森林管理角度为城市森林碳汇提升提出建议。这些结果和讨论有助于评估城市森林碳汇在抵消碳排放中所起的效果。     

Mineral soil carbon fluxes in forests and implications for carbon balance assessments

Forest carbon cycles play an important role in efforts to understand and mitigate climate change. Large amounts of carbon (C) are stored in deep mineral forest soils, but are often not considered in accounting for global C fluxes because mineral soil C is commonly thought to be relatively stable. We explore C fluxes associated with forest management practices by examining existing data on forest C fluxes in the northeastern US. Our findings demonstrate that mineral soil C can play an important role in C emissions, especially when considering intensive forest management practices. Such practices are known to cause a high aboveground C flux to the atmosphere, but there is evidence that they can also promote comparably high and long‐term belowground C fluxes. If these additional fluxes are widespread in forests, recommendations for increased reliance on forest biomass may need to be reevaluated. Furthermore, existing protocols for the monitoring of forest C often ignore mineral soil C due to lack of data. Forest C analyses will be incomplete until this problem is resolved.