鼎湖山三种主要植被类型土壤碳释放研究

土壤呼吸是土壤微生物活性和土壤肥力一个重要指标 ,是土壤碳流通的一个主要过程 ,也是陆地生态系统碳循环的一个关键部分 ,对研究全球变化非常重要。国内土壤呼吸的研究主要集中在北京山地温带林区、尖峰岭热带森林及东北羊草草原和中亚热带等地 ,南亚热带地区森林土壤呼吸尚无报道。选取南亚热带鼎湖山自然保护区森林演替系列中的 3种主要植被类型 (季风常绿阔叶林 ,针阔叶混交林和马尾松林 )为研究对象 ,研究了土壤呼吸和与之相关的土壤微生物生物量、土壤温度和土壤含水量以及他们之间的关系。结果表明 ,季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林年均土壤呼吸速率依次是 477.9,435 .4,42 9.5 mg CO2 · m- 2 ·h- 1,土壤呼吸速率与土壤温度的季节变化规律接近 ;3种植被类型土壤微生物生物量变化规律与土壤呼吸变化规律一致 ,季风常绿阔叶林最高 ,马尾松林最低 ,土壤微生物量高的土壤中碳周转量较大 ,碳素周转还带动了其他营养元素周转 ,有利于生态系统生存和持续发展 ;季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和针叶林代谢熵依次是 0 .5 8～ 0 .60 ,0 .92～ 1 .0 0 ,1 .30～ 1 .35 ,表明 3种植被类型土壤中土壤微生物对土壤碳的利用效率依次降低。     

鹤山不同植被类型土壤惰性碳含量及其季节变化特征

为探讨植被恢复下森林土壤惰性碳(Non-labile carbon, NLC)的分布和季节动态,对鹤山6种不同植被类型(灌草、马尾松、桉树、乡土树种、马占相思、季风常绿阔叶林)不同土层(0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm)NLC进行研究。结果表明: 6种植被类型土壤NLC含量均以表层(0～10 cm)最高,且随土层深度增加有下降趋势。表层土壤NLC含量受植被类型的影响显著,马占相思林的土壤NLC含量显著高于其他林型;马尾松林的土壤NLC含量最低,与其他林型差异显著。马占相思林深层土壤(10～20 cm和20～40 cm)的NLC含量显著高于其它植被类型,其它植被类型间无显著差异。不同植被类型的土壤NLC含量具有不同的干湿季动态变化,湿季土壤NLC占土壤总有机碳(Soil organic carbon, SOC)的比值高于干季。从不同土层NLC占SOC的比例可见,马占相思林和灌草林能显著提高土壤不同层次的NLC含量,马尾松林、桉树林、乡土树林和季风常绿阔叶林则有利于提高深层土壤SOC稳定性。     

中国成熟天然林土壤有机碳垂直分异特征

以分布在中国不同气候区的131个成熟天然林土壤为研究对象,测定不同土层(0～10、10～20、20～30、30～50和50～100 cm)土壤有机碳(SOC)密度,分析其与气象因子、土壤性质的关系,研究天然林SOC垂直分布特征及其影响机理。结果表明: 温带针叶林、温带落叶阔叶林、亚热带落叶阔叶林和亚热带常绿阔叶林0～30 cm土层SOC密度均随土壤深度增加而降低。在0～100 cm土层,SOC密度地带性分异明显,温带针叶林SOC密度显著高于温带落叶阔叶林,亚热带常绿阔叶林SOC密度显著高于亚热带落叶阔叶林。SOC密度与土壤黏粒、年降水量以及地上净初级生产力呈显著正相关,与土壤pH和年均温呈显著负相关。年降水量与年均温调节天然林SOC输入与输出,土壤pH与黏粒影响天然林SOC积累,对成熟的天然针叶林与常绿阔叶林进行有效保护,有利于增加我国森林土壤碳库。     

天然常绿阔叶林改造为板栗林对土壤有机碳库的影响

天然林改造为人工林后,由于植被覆盖类型和经营管理措施发生改变,从而显著影响土壤有机碳库的特征.测定浙江省临安市相邻的天然常绿阔叶林和板栗林(板栗林由常绿阔叶林改造而来,集约经营10年)表层(0～20 cm)和亚表层(20～40 cm)土壤有机碳储量和不同形态活性有机碳库,用固态核磁共振方法分析土壤有机碳的化学结构特征,研究天然常绿阔叶林改造为板栗林对土壤有机碳库的影响.结果表明: 常绿阔叶林改造为板栗林后,土壤表层有机碳储量、水溶性有机碳、热水溶性有机碳、微生物生物量碳和易氧化碳含量分别下降19.7%、34.4%、25.8%、30.4%和25.2%,土壤亚表层的各指标分别下降13.5%、38.4%、19.8%、34.1%和22.2%.土壤表层烷氧碳含量、芳香碳含量以及芳香度显著降低,而烷基碳含量、羰基碳含量以及A/O-A值均显著增加;土壤亚表层烷氧碳含量显著降低,而烷基碳含量和A/O-A值显著增加,而芳香碳含量、羰基碳含量以及芳香度无显著变化.天然常绿阔叶林改造为板栗林并长期集约经营后,土壤有机碳储量和活性有机碳库均显著下降,有机碳的化学结构发生显著变化.     

浙江天童地区常绿阔叶林退化对土壤养分库和碳库的影响

为了解常绿阔叶林退化对土壤碳库和养分库的影响,采用空间代替时间的研究方法,以常绿阔叶林顶级群落为参照,选择了次生常绿阔叶幼年林、次生针阔混交林、次生针叶林、灌丛和灌草丛代表不同的退化类型,分别对其土壤氮磷养分库、碳库进行了调查和分析。结果表明：土壤氮库贮量从大到小依次为,成熟常绿阔叶林、次生常绿阔叶幼年林、灌丛、次生针叶林、灌草丛和次生针阔混交林;土壤总磷含量也是在成熟林最高,次生针阔混交林和次生针叶林的总磷含量显著高于次生常绿阔叶幼年林和灌丛;土壤有机碳含量从高到低依次为：成熟常绿阔叶林,次生针叶林、次生常绿阔叶幼年林、灌丛、灌草丛和次生针阔混交林;土壤铵态氮在成熟林、灌丛和灌草丛的库容量最大,其次分别为次生幼年常绿阔叶林、次生针阔混交林,最小的为次生针叶林;硝态氮则在灌草丛的库容量最大,其次分别为次生针叶林、次生针阔混交林和成熟林针叶林,最小的为次生常绿阔叶幼年林和灌丛。统计显示,常绿阔叶林退化不仅导致土壤有机碳库含量的显著下降,也使得土壤氮磷养分库含量显著下降。可以认为,砍伐导致的大量生物量输出和森林管理措施的影响,植物种类组成的改变,土壤物理性质的改变以及养分和有机碳的主要生物化学转化环节发生改变是导致此类变化的主要因素,常绿阔叶林顶极群落土壤是该地区土壤的最大养分库和碳库。     

广州常绿阔叶林和果园生态系统碳储量

本文报道了广州市常绿阔叶林和果园生态系统碳储量及其分配特征,并探讨了常绿阔叶林转为果园对生态系统碳储量的影响。常绿阔叶林和果园生态系统碳储量分别为241.91和161.47 t·hm-2,其中植被碳储量分别为136.40和77.20 t·hm-2,土壤碳储量(0~100 cm)分别为103.99和83.12 t·hm-2。土壤碳储量的主要差异在表层,常绿阔叶林和果园0~40 cm土层碳储量占土壤总碳储量的比例分别为67%和56%。常绿阔叶林的植被碳储量高于土壤和枯枝落叶碳储量,果园的植被碳储量与土壤碳储量相当。若常绿阔叶林转为果园,生态系统碳储量减少80.44 t·hm-2,从数量和比例上,植被碳储量损失的程度均大于土壤。广州市常绿阔叶林生态系统碳储量接近鼎湖山的顶极地带性植被生态系统碳储量,保护常绿阔叶林生态系统将有利于维持区域较高的碳储量。     

常绿阔叶林与杉木林的土壤碳矿化潜力及其对土壤活性有机碳的影响

采用室内土壤培养法,比较分析了湖南省会同地区常绿阔叶林、杉木纯林土壤有机碳的矿化速率和累计矿化量,分析了有机碳矿化量与土壤活性有机碳初始含量的关系。结果表明:常绿阔叶林土壤有机碳矿化速率和累计矿化量均显著高于杉木纯林。在培养的第21天,在培养温度为9℃和28℃条件下,常绿阔叶林0～10和10～20cm土层的土壤有机碳累计矿化量为杉木纯林的1.7～2.7倍。常绿阔叶林土壤有机碳矿化释放的CO2-C分配比例高于杉木纯林。林地土壤有机碳矿化量受土壤微生物碳、可溶性有机碳初始含量的影响(P<0.01)。土壤有机碳矿化使土壤微生物碳增加而可溶性有机碳下降,但变化幅度均不大。温度从9℃升高到28℃后,林地土壤有机碳矿化速率提高3.1～4.5倍;2林地有机碳矿化对温度的敏感性无显著差异。     

森林演替在南亚热带森林生态系统碳吸存中的作用

研究了鼎湖山南亚热带森林同一演替系列中3个不同演替阶段(马尾松针叶林、马尾松荷木混交林和季风常绿阔叶林)生态系统碳贮量和分配格局特征,并探讨了该地区森林演替过程中生态系统碳吸存潜力和速度。结果表明:(1)针叶林各组分碳素含量高于阔叶林对应组分的碳素含量(后者是前者的72.0%～94.5%)。两个森林植物碳素含量,不同层次比较,均为乔木层>灌木层>草本层,不同器官比较,以根或干最高。(2)乔木层生物量随森林演替进展而增加。针叶林、混交林和阔叶林乔木层生物量分别为:143.5t/hm2、270.1t/hm2和407.8t/hm2,其中大部分由干和皮组成(各器官占乔木层生物量的比例平均为:叶2.8%、枝19.3%、干和皮混合57.0%、根20.9%)。林下层生物量为4.23～14.10t/hm2,是乔木层的1.0%～9.8%,随森林演替进展而减少。(3)土壤容重随深度增加而增加,但随森林演替进展而减少。与土壤容重相反,土壤有机碳含量随深度增加而明显减少,但随森林演替进展而增加。(4)3种类型森林生态系统碳总贮量分别为135.8t/hm2、215.1t/hm2和259.7t/hm2。生态系统碳贮量在各组分的格局十分相似,植被、土壤和凋落物层所占比例均分别约为67.6%、30.2%和2.2%。与其它地带森林比较,鼎湖山保护区森林植被与土壤碳贮量之比和表层(0～20cm)的土壤碳占整个     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤有机碳和全氮的空间分布

运用地统计学分析方法,研究了2010年鼎湖山季风常绿阔叶林中土壤有机碳和全氮含量的空间分布特征.结果表明:在鼎湖山季风常绿阔叶林,土壤有机碳和全氮含量存在着较显著的空间自相关性,其空间异质性分别占总空间异质性的93.6%和53.7%,且土壤有机碳与土壤全氮空间分布特征的异质性一致.林地土壤碳、氮存在传统统计学上的线性相关,同时也具有景观层次上的空间自相关性.指数模型拟合结果表明,在17.4 m小尺度范围内,土壤有机碳存在空间自相关性.     

深圳市不同土地利用类型土壤有机碳与密度特征

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响.城市土壤是全球碳循环的重要环节,城市化对城市土壤有机碳库的影响不容忽视.在野外调查和样品分析的基础上,对深圳市0～10、11～20、21～30cm深度不同土地利用类型土壤有机碳碳含量、密度及分布特征进行实测统计分析.结果表明:(1)深圳市不同土地利用类型0～30cm土壤有机碳含量均值介于0.72～40.52g·kg^-1.土壤有机碳密度均值介于0.27～13.36kg·m^-2.(2)土壤有机碳含量与密度随土层深度的增加而降低.0～10cm土壤有机碳含量均值介于1.56～71.88g·kg^-1,有机碳密度均值介于0.18～7.05kg·m^-2之间;11～20cm土壤有机碳含量均值介于0.59～36.79g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0.09～4.5kg·m^-2,21～30cm土壤有机碳含量均值介于0～12.90g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0～1.78kg·m^-2.(3)林地土壤有机碳含量和密度随着海拔高度的升高而降低,城市建设用地与闲置土地土壤有机碳含量与密度很低.(4)土地利用方式的变化可以改变有机碳在土壤中的贮存与分布.     

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。     

陆地土壤碳循环的研究动态

１　引　言陆地碳循环不仅关系到陆地生态系统生产力的形成，同时也影响到整个地球系统的能量平衡，是陆地生态系统结构和功能的综合体现。近几十年来，由于人类活动引起大气ＣＯ２浓度的急剧上升，并可能导致全球气候变化，而且这种变化与陆地碳循环之间存在复杂的相互反馈机制，陆地碳循环已成为生态学、气候学、土壤学、生理学及地质学等众多学科研究的共同目标。在国际地圈生物圈研究计划（ＩＧＢＰ）中，碳循环也是全球尺度模型化工作最初集中的主要目标［１３］。然而由于陆地生态系统的多样性和复杂性，目前在陆地碳循环研究中仍存…     

土壤团聚体固碳的研究方法

增加土壤有机碳含量对维持土壤肥力和农业可持续发展,缓解温室气体增加和全球气候变化的影响具有重要意义.土壤团聚体是土壤的重要组成部分,影响着土壤的各种物理化学性质.土壤团聚体对土壤有机碳的物理保护是土壤碳固定的重要机制.本文综述了土壤团聚体对有机碳的固定作用,土壤团聚体固碳机制研究的经典方法和现代常规方法,并且针对研究中存在的问题探讨了今后的发展趋势.     

Global climate change and soil carbon stocks; predictions from two contrasting models for the turnover of organic carbon in soil

Enhanced release of CO₂ to the atmosphere from soil organic carbon as a result of increased temperatures may lead to a positive feedback between climate change and the carbon cycle, resulting in much higher CO₂ levels and accelerated global warming. However, the magnitude of this effect is uncertain and critically dependent on how the decomposition of soil organic C (heterotrophic respiration) responds to changes in climate. Previous studies with the Hadley Centre's coupled climate–carbon cycle general circulation model (GCM) (HadCM3LC) used a simple, single‐pool soil carbon model to simulate the response. Here we present results from numerical simulations that use the more sophisticated ‘RothC’ multipool soil carbon model, driven with the same climate data. The results show strong similarities in the behaviour of the two models, although RothC tends to simulate slightly smaller changes in global soil carbon stocks for the same forcing. RothC simulates global soil carbon stocks decreasing by 54 Gt C by 2100 in a climate change simulation compared with an 80 Gt C decrease in HadCM3LC. The multipool carbon dynamics of RothC cause it to exhibit a slower magnitude of transient response to both increased organic carbon inputs and changes in climate. We conclude that the projection of a positive feedback between climate and carbon cycle is robust, but the magnitude of the feedback is dependent on the structure of the soil carbon model.     

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。     

外来植物入侵对陆地生态系统地下碳循环及碳库的影响

生物入侵是当今全球性重大环境问题之一, 是全球变化的主要研究内容.评价外来植物入侵对于生态系统影响的研究多集中在地上部分,对于生态系统地下部分影响的研究相对较少.陆地生态系统地下部分对于生态系统过程的重要性之一体现在它处于生态系统碳分配过程的核心环节.入侵种通过影响群落凋落物的输入数量、质量以及输入时间,影响到对于土壤的碳输入,而入侵种与土著种根系的差异以及入侵种对微生物群落的影响是造成土壤呼吸强度发生变化的主要因素,前者土壤呼吸强度一般比后者高.多数研究表明外来植物入侵对生态系统地下碳循环和碳库产生影响,但由于入侵植物种类较多以及研究地点环境条件的不同,关于外来植物入侵对于土壤碳库和土壤有机碳矿化影响的研究结论并不统一.最后,提出了今后该研究领域应加强的一些建议和方向.     

火烧对森林土壤有机碳的影响研究进展

对国内外火烧影响森林土壤有机碳动态的研究成果进行了综合述评。较多研究表明低强度火烧不会造成土壤有机碳贮量的明显变化,但火烧非常强烈而彻底,土壤有机碳明显减少。有限研究表明火烧对森林土壤呼吸的影响结果有增加、降低或无影响,因火烧强度、火后观测时间、森林类型、火烧迹地上植被恢复进程和气候条件等而异。同时,火烧对土壤有机碳组分(活性有机碳和黑碳)也具有不同程度的影响。随着全球变化研究的深入,火烧作为森林主要管理措施对大气CO2浓度影响亦愈来愈受重视,今后应着重开展以下几方面研究:(1)扩大气候和经营管理的变化对森林土壤有机碳贮量时空动态影响研究;(2)深入探讨火烧影响土壤CO2释放的过程及机理;(3)加强火烧历史和频率对黑碳影响的研究;(4)从广度和深度上加强火烧等经营措施对亚热带森林土壤碳动态影响的研究。     

Estimating soil carbon fluxes following land-cover change: a test of some critical assumptions for a region in Costa Rica

Changes in soil carbon storage that accompany land‐cover change may have significant effects on the global carbon cycle. The objective of this work was to examine how assumptions about preconversion soil C storage and the effects of land‐cover change influence estimates of regional soil C storage. We applied three models of land‐cover change effects to two maps of preconversion soil C in a 140 000 ha area of northeastern Costa Rica. One preconversion soil C map was generated using values assigned to tropical wet forest from the literature, the second used values obtained from extensive field sampling. The first model of land‐cover change effects used values that are typically applied in global assessments, the second and third models used field data but differed in how the data were aggregated (one was based on land‐cover transitions and one was based on terrain attributes). Changes in regional soil C storage were estimated for each combination of model and preconversion soil C for three time periods defined by geo‐referenced land‐cover maps. The estimated regional soil C under forest vegetation (to 0.3 m) was higher in the map based on field data (10.03 Tg C) than in the map based on literature data (8.90 Tg C), although the range of values derived from propagating estimation errors was large (7.67–12.40 Tg C). Regional soil C storage declined through time due to forest clearing for pasture and crops. Estimated CO₂ fluxes depended more on the model of land‐cover change effects than on preconversion soil C. Cumulative soil C losses (1950–1996) under the literature model of land‐cover effects exceeded estimates based on field data by factors of 3.8–8.0. In order to better constrain regional and global‐scale assessments of carbon fluxes from soils in the tropics, future research should focus on methods for extrapolating regional‐scale constraints on soil C dynamics to larger spatial and temporal scales.     

Microbial dynamics and soil physicochemical properties explain large‐scale variations in soil organic carbon

First‐order organic matter decomposition models are used within most Earth System Models (ESMs) to project future global carbon cycling; these models have been criticized for not accurately representing mechanisms of soil organic carbon (SOC) stabilization and SOC response to climate change. New soil biogeochemical models have been developed, but their evaluation is limited to observations from laboratory incubations or few field experiments. Given the global scope of ESMs, a comprehensive evaluation of such models is essential using in situ observations of a wide range of SOC stocks over large spatial scales before their introduction to ESMs. In this study, we collected a set of in situ observations of SOC, litterfall and soil properties from 206 sites covering different forest and soil types in Europe and China. These data were used to calibrate the model MIMICS (The MIcrobial‐MIneral Carbon Stabilization model), which we compared to the widely used first‐order model CENTURY. We show that, compared to CENTURY, MIMICS more accurately estimates forest SOC concentrations and the sensitivities of SOC to variation in soil temperature, clay content and litter input. The ratios of microbial biomass to total SOC predicted by MIMICS agree well with independent observations from globally distributed forest sites. By testing different hypotheses regarding (using alternative process representations) the physicochemical constraints on SOC deprotection and microbial turnover in MIMICS, the errors of simulated SOC concentrations across sites were further decreased. We show that MIMICS can resolve the dominant mechanisms of SOC decomposition and stabilization and that it can be a reliable tool for predictions of terrestrial SOC dynamics under future climate change. It also allows us to evaluate at large scale the rapidly evolving understanding of SOC formation and stabilization based on laboratory and limited filed observation.