经营方式对亚热带森林土壤可溶性有机碳含量和光谱学特征的影响

人工促进天然更新与人工造林经营方式中采伐剩余物管理等人工措施的差异,可能改变土壤可溶性有机碳(DOC)的含量和结构,影响森林碳循环。本研究利用天然次生林(对照)采伐迹地上通过人工促进天然更新林(简称人促更新林)和人工造林两种营林方式,研究经营方式对中亚热带森林土壤溶液可溶性有机碳含量和光谱特征的影响。结果表明:天然次生林转换为人促更新林和人工林后,0～10 cm土层土壤DOC含量显著降低,分别下降21%和50%;0～10 cm和10～20 cm土层土壤DOC/SOC(土壤有机碳)值也显著降低,分别达到27%和43%。在0～10 cm土层中,人促更新林土壤DOC芳香化指数和腐殖化指数显著高于人工林,人促更新林土壤DOC在3700～3000、1650～1620、1160～1000、690～530 cm^-1范围内的红外吸收比例较人工林高,表明人促更新林土壤DOC的羧酸类物质、芳香化物质丰富;人促更新林和人工林土壤DOC的荧光指数均为1.4～1.9,且人促更新林自生源指数显著高于人工林,说明人工林土壤DOC类蛋白组分贡献大,容易被微生物分解利用。人促更新林与人工林土壤DOC含量和结构的差异可能是人促更新林的土壤碳库比人工林更高的原因之一。     

不同抚育措施对闽西毛竹林碳密度、碳贮量与碳格局的影响

以闽西永安市Ⅰ（挖笋+劈草+施肥+灌水)、Ⅱ(挖笋+劈草+施肥)、Ⅲ（挖笋+劈草)3种不同抚育措施的毛竹林为对象,对其碳密度、碳贮量及碳格局进行了研究。结果表明：毛竹各器官碳密度变动范围为0.3947～0.5619 g·g^-1,碳密度高低排序为竹鞭＞竹秆＞竹枝＞竹蔸＞竹叶＞竹根＞鞭根;不同竹龄间竹秆、竹枝、竹叶、竹根碳密度存在极显著差异（P<0.01）,而竹蔸碳密度差异不显著（P＞0.1）;随着竹龄增加,毛竹平均碳密度有下降趋势,1～6年毛竹平均碳密度为0.4579～0.4957 g·g^-1。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类毛竹林毛竹层碳贮量分别为76.74、64.30和55.91 t·hm^-2;凋落物层碳贮量分别为2.59、3.01和4.88 t·hm^-2;土壤层碳贮量分别为150.64、197.36和232.56 t·hm^-2;总碳贮量分别为227.37、261.66和288.47 t·hm^-2,其中土壤层碳贮量所占比例最高,分别为66.25%、75.43%和80.62%,毛竹层碳贮量比例分别为32.61%、23.43%和17.69%,凋落物层碳贮量比例分别为1.14%、1.15%和1.69%。毛竹生物器官中,竹秆固碳能力最强,占年总固碳量比例为56.47%～59.66%,鞭根的固碳能力最弱,占年总固碳量的比例仅为2.52%～2.83%;毛竹林年固碳量排序为Ⅰ类型＞Ⅱ类型＞Ⅲ类型。     

武夷山不同海拔植被土壤微生物量的季节动态及主要影响因子

土壤微生物量的季节变化在陆地生态系统碳循环方面具有重要作用。为阐明中亚热带武夷山不同海拔梯度带土壤微生物量的季节变化规律及其主要影响因子,选择4种不同海拔梯度的植物群落：常绿阔叶林（EBF,500 m）、针叶林（CF,1200 m）、亚高山矮林（DF,1800 m）和高山草甸（AM,2100 m）于2005年6月—2006年6月期间进行了实验研究。结果表明：不同海拔梯度带土壤微生物量均具有明显的季节变化且变化趋势一致,均表现为早春最大,夏季最小;不同海拔梯度带土壤微生物量的季节变化与对应月份的土壤湿度、土壤有效碳均呈显著正相关,而与土壤温度、土壤有机碳、土壤全氮、凋落物输入量等因子相关不显著。土壤有效碳含量、土壤湿度是调控武夷山森林土壤微生物量季节变异的重要生态因子。     

不同林龄杨树农田防护林土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性

以辽宁省建平县5、10、15和20年生4个林龄的杨树农田防护林为对象,以农田作为对照,研究了农田营造防护林对土壤微生物生物量碳、氮及微生物活性的影响.结果表明：农田营造防护林后,0～15 cm层土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、氮含量和土壤基础呼吸均呈现出先降低后升高的趋势,在造林20年后达到或超过未造林农田的水平;而代谢熵在造林5年后显著增加,然后随着林龄的增加而降低.上述结果表明,农田营造杨树防护林后,土壤微生物生物量和活性均发生了明显的变化.     

盐城海滨湿地盐沼植被对土壤碳氮分布特征的影响

在盐城海滨湿地不同植被带下采集土壤样品,研究了土壤有机碳和全氮的空间分布特征,分析了盐沼植物对湿地土壤碳、氮分布的影响.结果表明：在盐城海滨湿地,表层土壤中有机碳和全氮含量分别介于1.71～7.92 g·kg^-1和0.17～0.36 g·kg^-1之间,变幅较大,不同植被带之间存在显著差异,且各植被带表层土壤中有机碳、全氮含量均高于光滩.垂直方向上,各植被带土壤中有机碳、全氮的分布均呈自表向下逐渐降低的趋势,15 cm以下其含量基本保持稳定.土壤有机碳与全氮、碳氮比呈显著正相关,但全氮与碳氮比无显著相关性.     

退化高寒草原土壤有机碳时空变化及其与土壤物理性质的关系

利用网格采样法研究了藏北退化高寒草原土壤有机碳变化及与土壤物理性质的关系.结果表明：0～10和11～20 cm土层有机碳含量、有机碳密度及其土层差异均为：轻度退化草地＞正常草地＞中度退化草地＞严重退化草地;有机碳含量、有机碳密度年变化速率则呈相反趋势,且表层土壤有机碳变幅均明显高于其下层土壤.正常草地、轻度退化草地0～10 cm土层有机碳年累积量为0.018和0.003 g·kg.^-1,分别为11～20 cm土层年累积量的6.0和2.0倍;中度、严重退化草地0～10 cm土层年损失量达0.150和0.231 g·kg^-1,分别为11～20 cm土层年损失量的2.3和2.2倍.中度、严重退化草地有机碳年损失总量为正常草地和轻度退化草地年累积总量的38倍,有机碳年损失总量达7.87×10⁵ t C,且具有较大的潜在退化态势.土壤有机碳与5.0～1.0、1.0～0.5和0.5～0.25 mm团聚体含量,土壤有机碳与土壤容重、土壤含水量间均呈极显著或显著正相关.     

基于模型数据融合的长白山阔叶红松林碳循环模拟

 充分、有效地利用各种陆地生态系统碳观测数据改善陆地生态系统模型, 是当前我国陆地生态系统碳循环研究领域亟待解决的重要问题之一。该研究以2003~2005年长白山阔叶红松林的6组生物计量观测数据和涡度相关技术测定的碳通量数据为基础, 利用马尔可夫链-蒙特卡罗方法对陆地生态系统模型的关键参数(即碳滞留时间)进行了反演, 进而预测了长白山阔叶红松林生态系统碳库、碳通量及其不确定性。反演结果表明, 长白山阔叶红松林叶凋落物和微生物碳的平均滞留时间最短, 为2~6个月; 其次是叶和细根生物量碳, 二者的平均滞留时间为1~2 a; 慢性土壤有机碳的平均滞留时间为8~16 a; 碳在木质生物量和惰性土壤有机质库中的滞留时间最长, 平均滞留时间分别为77~109 a和409~1 879 a。模拟结果显示, 碳库和累积碳通量模拟值的不确定性将随着模拟时间的延长而增大。当气温升高10%和20%时, 长白山阔叶红松林总初级生产力年总量将分别增加6.5%和9.9%, 净生态系统生产力(NEP)年总量的变化取决于土壤温度的变化。若土壤温度保持不变, NEP年总量将分别增加11.4%~21.9%和17.6%~33.1%; 若土壤温度也相应升高10%和20%, NEP年总量的增幅反而下降甚至低于原来的水平。假设气候和植被保持在2003~2005年的状态, 2020年长白山阔叶红松林NEP年总量为(163±12) g C·m^–2·a^–1, 土壤呼吸年总量为(721±14) g C·m^–2·a^–1。马尔可夫链-蒙特卡罗方法是反演模型参数、优化模拟结果和评估模拟结果不确定性的有效方法, 但今后仍需在惰性土壤碳滞留时间的估计、驱动数据和模型结构的不确定性分析、模型数据融合方法方面进行深入研究, 以进一步提高碳循环模拟的准确性。     

生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响

湿地土壤是全球碳存储的重要场所,湿地生态系统的碳循环过程对全球变化有重要指示作用。土壤碳矿化是湿地生态系统碳循环的重要环节,对于认知湿地生态系统生物地球化学循环过程具有重要的意义。综述了生源要素及生物因素对湿地土壤碳矿化的内在作用机制。土壤活性有机碳库通过调节土壤能源物质和微生物活性影响土壤碳库的有效性,是表征土壤碳矿化的敏感指标。湿地其它养分如N、P、S等元素的有效性也是影响土壤碳矿化的关键要素。电子受体(NO₃^-、SO₄^2-、Fe³⁺、Mn⁴⁺等)对湿地土壤碳矿化和有机碳转变的影响主要通过电子受体的还原过程完成,在厌氧分解过程中,湿地土壤利用难溶性电子受体可能是土壤C矿化的更重要途径。动物、植物、微生物群落和区系等则是土壤碳矿化的主要驱动因子。土壤动物区系在有机态养分矿化为无机态养分的过程有着独特的功能,能显著增加土壤碳矿化。土壤微生物的活性,决定着土壤中有机碎屑的降解速率,是土壤有机碳分解周转的主要诱导因素。湿地植物则通过影响根系、微生物呼吸底物的供应以及对小气候和土壤因子的调节而影响土壤有机质的分解。湿地生源要素和生物因子还极易与土壤理化性质如温度、水分、pH值和质地等环境因素形成交互和制约,共同影响土壤碳矿化。最后,提出了进一步研究生源要素和生物因素与湿地土壤碳矿化关系需要解决的一些重要问题。     

旱地农田不同耕作系统的能量/碳平衡

摘要：加强农田土壤保持耕作管理,科学认识和调控农田耕作系统能流碳流,提高农业生态系统固碳减排能力,对于减缓农业对全球温室效应的贡献具有重要意义。本研究以北方半湿润偏旱区山西寿阳旱作春玉米土壤保持耕作试验研究为基础,利用田间定位观测数据、辅助能投入参数,土壤呼吸田间原位测定,以及农业生态系统能量/碳平衡分析及碳循环过程模拟方法,综合分析和比较不同耕作（CT传统、RT少耕和NT免耕）系统能量/碳平衡及能-碳关联影响。与CT比较,采用RT和NT措施下工业能耗CO2-C损失降低约4%—12%（相当11—35 kg CO2-C?hm-2?a-1）。在RT和NT系统下耗能系数可降低约6%—10%,能量生产效率可提高约7%—12%。2006—2007年由田间原位测定土壤呼吸CO2-C释放通量估算,在玉米休闲期（尤其是秋耕处理后）,NT条件下土壤呼吸速率一般为最低（NT NT（2005380）>CT（1987375）。不同耕作下的玉米籽粒产量与生育期土壤呼吸通量趋势基本吻合,如2006-2007年玉米产量（kg?hm-2?a-1）平均为,RT（5614268）>NT（5533564）>CT（5487278）。玉米籽粒产量与生育期土壤呼吸通量之间呈密切相关（R2=0.88）。本研究结果得出,RT和NT对农田耕作系统的影响呈碳汇效应,且一般为NT >RT;而CT处理表现为碳源。RT和NT通过增加土壤碳投入是维持和提高土壤有机碳的有效途径。     

我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性

根据黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古地区相关历史资料数据,分析了我国东北表层土壤(0-50 cm)土壤相关理化性质与有机碳、无机碳的相关性,得到如下结论:土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾、K⁺离子交换量、Fe₂O₃、P₂O₅、总孔隙度均与土壤有机碳含量呈显著正相关(R²=0.10-0.94, n=38-345, P<0.0001),但与土壤无机碳含量则大多呈显著负相关(R²=0.11-0.30, n=37-122, P<0.01);与此相反,土壤pH值、容重与土壤有机碳呈负相关(R²=0.36-0.42,n=41-304, P<0.0001),而与无机碳呈显著正相关(R²=0.29-0.31,n=39-125, P <0.01)。表层土壤有机碳、无机碳与土壤理化性质呈相反变化趋势的结果说明,由于土壤利用方式变化所导致的土壤理化性质改变对土壤无机碳和有机碳可能具有相反影响。在研究土壤碳平衡过程中,应该充分考虑这种关系所导致的相互补偿作用,即有机碳的增加,可能意味着无机碳的减少,或者反之。目前研究中普遍忽略无机碳的变化,可能导致生态系统碳收支计算显著偏差,所获得的经验拟合方程有利于对我国东北地区土壤碳平衡研究产生的这种偏差进行粗略估计。