云南省农田生态系统碳足迹时空变化及其影响因素

农田碳足迹研究对农田生态系统管理与农业可持续发展具有重要意义,也可表征农田扩展的生态影响程度。利用县域尺度统计数据与空间分析,对云南省农田生态系统近30年的碳足迹的时空演变进行研究。结果表明:1985—2015年期间,云南省农田生态系统碳排放年均增幅为13.9%,化肥施用引起的碳排放贡献率最大,为56%,2015年的化肥单位面积碳排放达到331.6kg/hm2。云南省农田生态系统碳吸收年均增幅为3.04%,稻谷的碳吸收比例最大,为41%,然而,玉米的碳吸收的增幅最大,为8.76%。云南省农田生态系统存在碳生态盈余,且碳足迹总体呈现增长趋势,年均增长率为16.8%,单位面积碳足迹随年份增加不断增长。从空间上看,云南省农田生态系统碳排放、碳吸收在空间上均呈东南高、西北低的分布格局,而碳足迹在空间上呈现东西部高、中部低的分布格局,三者的空间差异和变化幅度差异都较大。     

葡萄园生态系统碳源/汇及碳减排策略研究进展

葡萄园生态系统是农业生态系统的重要组成部分, 集中连片栽培的葡萄园具有重要的生态价值。开展葡萄园生态系统碳源/汇的研究, 是完整探讨葡萄园生态系统碳循环必不可少的内容。随着葡萄生态学研究的进一步深入, 如何直观地揭示葡萄园生态系统碳循环规律和碳汇功能已经成为葡萄生态学领域关注的热点问题。研究发现, 葡萄园生态系统固定大量碳, 将碳封存在葡萄果实等一年生器官、主干等多年生器官以及土壤碳库中。葡萄园生态系统碳输入量大于碳输出量, 是碳汇; 土壤是葡萄园生态系统最大的碳库, 占总碳储量的70%, 尤其是土藤界面; 覆盖和免耕作为葡萄园的碳减排策略, 可以减少碳排放, 提高葡萄园土壤肥力。基于此, 为了阐明葡萄园生态系统的碳汇价值, 该文围绕葡萄生态学最新研究进展, 系统回顾了葡萄园生态系统中碳循环规律、碳汇研究进展及碳减排策略, 为葡萄生态学的研究提供理论基础, 并对本领域未来的研究方向和应用前景进行展望。     

根际沉积及其在植物-土壤碳循环中的作用

植物根际沉积是一种重要的植物与土壤交换的界面过程,在土壤碳周转方面具有重要的作用;根际碳的沉积也是联系植物、土壤及微生物的桥梁.本文就近年来关于根际沉积中碳平衡、碳循环等相关研究,阐述了根际碳沉积的机制,探讨了相关试验中存在的问题,以及不同植物品种、种类和生育期根际沉积的差异和根际沉积物与土壤呼吸的关系,指出了根际沉积在植物 土壤体系中碳循环的重要作用.在此基础上,提出了未来的研究领域及方向.     

中国滨海盐沼湿地碳收支与碳循环过程研究进展

滨海盐沼湿地由于其较高的初级生产力和较缓慢的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的有效蓝色碳汇,近年来引起全球范围内的热切关注.我国滨海盐沼湿地分布较广,国内学者对滨海盐沼湿地碳循环及碳收支研究取得了一定进展,深入研究滨海盐沼湿地碳循环有助于对全球碳循环及全球变化的理解,并为利用滨海湿地进行碳的增汇减排提供科学依据.主要从我国滨海盐沼湿地碳循环主要观测方法、碳收支与碳循环过程及特点、碳库的组成与影响因素、气态碳的输入输出、潮汐作用对其碳收支的影响这5个方面出发,对国内的滨海盐沼湿地碳循环与碳收支的研究进展进行了归纳总结,并对今后的研究方向给出如下建议:(1)加强滨海盐沼湿地土壤碳库在深度上和广度上的研究;(2)标准化滨海盐沼湿地碳储量、碳通量的量化方法和观测技术;(3)在研究尺度上要宏观、微观并重,同时加强长期原位监测湿地碳通量的变化与室内模拟研究;(4)量化在潮汐影响下滨海盐沼湿地碳与邻近生态系统之间的横向交换通量.只有对我国滨海盐沼湿地碳库收支进行更准确的评估和长期的碳库动态变化监测,方可进一步认识我国盐沼湿地对全球气候变化的影响及其反馈作用,这对于预测全球变化及制定湿地碳储备功能的提升策略具有重要的意义.     

1990-2030年中国主要陆地生态系统碳固定服务时空变化

以中国森林、草地、湿地等主要陆地生态系统为研究对象,估算了植被和土壤有机碳固定量现状与近20年生态系统碳固定变化量,预测了未来20年3种不同社会经济发展情景下主要陆地生态系统的碳固定潜力,评估了我国主要陆地生态系统碳固定服务的现状、过去变化及未来潜力。结果表明：（1）2010年,中国主要陆地生态系统碳固定总量达17.29PgC,其中植被碳固定量8.70PgC,30cm深度土壤有机碳固定量8.59PgC。其中,森林碳固定量占73.26%,草地占21.55%,湿地占5.18%。（2）1990-2000年,我国主要陆地生态系统碳固定总量减少了2.15%,其中森林、草地和湿地分别减少了1.12%、0.97%、20.19%。2000-2010年,碳固定总量增加了2.92%,其中森林增加了3.72%,草地和湿地分别减少了0.62%和5.59%。（3）前、后两个10年相比,碳固定总量从轻微下降转变为轻微上升趋势。其中,森林碳固定量从下降趋势转变为上升趋势,说明生态工程成效明显。草地碳固定量处于基本持衡态势,碳固定减少量和减少比例有所下降,湿地碳固定量的下降趋势亦有所缓解,说明草地退化、湿地破坏趋势有所遏制,但仍需要重点关注。（4）至2030年,3种社会经济发展情景下,我国主要陆地生态系统碳固定总量将呈现较明显的上升态势,增量可达430.11-498.06TgC,增加比例5.15-5.97%,以森林碳固定量增加为主,而草地碳固定服务呈现微弱减少态势。     

土壤活性有机碳的表征及其生态效应

土壤活性有机碳指在一定的时空条件下,受植物、微生物影响强烈、具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化、分解、易矿化,其形态,空间位置对植物、微生物来说活性比较高的那一部分土壤碳素。国外描述这一部分碳素的术语为有效碳、水溶性碳、易氧化碳、可矿...     

单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性和展望

海洋是地球上最大的碳库,通过对CO~2的固定以及与大气物质和能量的交换,海洋对全球气候的变化起到关键的调控作用。随着全球气候变化的加剧,增加海洋碳汇已经成为应对全球气候变化的热门研究课题和主要途径之一。海洋微型生物在海洋的固碳过程及碳循环中起到关键的作用,对海洋碳汇意义重大。本文综述了一类重要的海洋微型生物——单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性,分析了其中的代表——网粘菌门(Labyrintholomycota)原生生物在海洋碳循环和次级生产中的意义,并从清楚地认识海洋碳汇的过程和机制方面,提出未来该领域急需解决的科学问题和可能的研究方案,为丰富海洋碳汇研究的生物学基础提供理论依据。     

川西亚高山-高山土壤表层有机碳及活性组分沿海拔梯度的变化

青藏高原东缘亚高山-高山地带土壤碳被认为是我国重要的土壤碳库,作为高海拔低温生态系统,土壤碳对土壤暖化的响应可能也更加敏感。该区域亚高山森林一般分布在海拔3200 m以上,上缘接高山树线和灌丛草地,土壤有机碳含量高。海拔梯度上变化的土壤环境因子是主要土壤温度,海拔梯度上高寒土壤有机碳及活性有机碳组的分布格局,可体现海拔梯度上温度因子对土壤碳动态的影响。对沿海拔3200 m(亚高山针叶林)、3340 m(亚高山针叶林)、3540 m(亚高山针叶林)、3670 m(亚高山针叶林)、3740 m(亚高山针叶林)、3850 m(高山林线)、3940 m(高山树线)、4120 m(高山草地)的土壤表层(0-20 cm)有机碳和活性有机碳组分含量进行分析,结果表明在该海拔范围内,表层土壤总有机碳含量随着海拔的升高而增加,显示高海拔有利于土壤碳的固存;土壤活性有机碳组分中,颗粒态有机碳含量及其占总有机碳比例与海拔呈显著正相关,在海拔最高的4120 m含量和占有机碳总量比例分别达到50.81 g/kg和56.52%。在该海拔范围内海拔越高颗粒态有机碳占有机碳比例越高,显示高海拔土壤有机碳更多以土壤颗粒态碳形式贮存。微生物量碳、水溶性碳、轻组分有机碳与海拔高度没有明显的相关性,表明这些活性有机碳组分受海拔因素影响不大;易氧化有机碳含量与海拔高度显著正相关。因此,颗粒态有机碳含量及其比例可作为高海拔地带土壤活性有机碳库动态的特征指标,表征高海拔地带土壤有机碳动态与贮量受温度影响的指标。     

Biodiversity in species,traits, and structure determines carbon stocks and uptake in tropical forests

Impacts of climate change require that society urgently develops ways to reduce amounts of carbon in the atmosphere. Tropical forests present an important opportunity, as they take up and store large amounts of carbon. It is often suggested that forests with high biodiversity have large stocks and high rates of carbon uptake. Evidence is, however, scattered across geographic areas and scales, and it remains unclear whether biodiversity is just a co‐benefit or also a requirement for the maintenance of carbon stocks and uptake. Here, we perform a quantitative review of empirical studies that analyzed the relationships between plant biodiversity attributes and carbon stocks and carbon uptake in tropical forests. Our results show that biodiversity attributes related to species, traits or structure significantly affect carbon stocks or uptake in 64% of the evaluated relationships. Average vegetation attributes (community‐mean traits and structural attributes) are more important for carbon stocks, whereas variability in vegetation attributes (i.e., taxonomic diversity) is important for both carbon stocks and uptake. Thus, different attributes of biodiversity have complementary effects on carbon stocks and uptake. These biodiversity effects tend to be more often significant in mature forests at broad spatial scales than in disturbed forests at local spatial scales. Biodiversity effects are also more often significant when confounding variables are not included in the analyses, highlighting the importance of performing a comprehensive analysis that adequately accounts for environmental drivers. In summary, biodiversity is not only a co‐benefit, but also a requirement for short‐ and long‐term maintenance of carbon stocks and enhancement of uptake. Climate change policies should therefore include the maintenance of multiple attributes of biodiversity as an essential requirement to achieve long‐term climate change mitigation goals.     

重庆丘陵山区池塘沉积物有机碳埋藏速率及其影响因素

池塘等小型水体在全球碳循环中发挥着重要作用,是碳排放的热区,但是对池塘碳埋藏速率认识相对匮乏,限制了全面认识池塘在流域碳传输中的功能。为探究池塘沉积物有机碳埋藏速率及其影响因素,选取重庆市北碚区柳荫镇的11个池塘为研究对象,于2022年7月对池塘沉积物进行采样,分析了池塘沉积物基本理化性质,估算出池塘沉积物有机碳埋藏量和埋藏速率,并分析了池塘因素和流域因素对池塘沉积物有机碳埋藏速率的影响。结果显示：(1)沉积物总有机碳(TOC, Total Organic Carbon)含量在1.03%—3.51%之间变化,总体呈现随深度增加而逐渐降低的趋势;(2)有机碳埋藏速率均值为194.60 g m^-2 a^-1,范围区间为142.76—293.32 g m^-2 a^-1,略高于其他池塘的类似研究结果;(3)沉积物TOC含量与总氮(TN, Total Nitrogen)含量呈显著正相关(P<0.01),与流域中林地面积占比呈显著正相关(P<0.05),与旱地面积占比呈显著负相关(P<0.05),...     

Plant functional traits and soil carbon sequestration in contrasting biomes

Plant functional traits control a variety of terrestrial ecosystem processes, including soil carbon storage which is a key component of the global carbon cycle. Plant traits regulate net soil carbon storage by controlling carbon assimilation, its transfer and storage in belowground biomass, and its release from soil through respiration, fire and leaching. However, our mechanistic understanding of these processes is incomplete. Here, we present a mechanistic framework, based on the plant traits that drive soil carbon inputs and outputs, for understanding how alteration of vegetation composition will affect soil carbon sequestration under global changes. First, we show direct and indirect plant trait effects on soil carbon input and output through autotrophs and heterotrophs, and through modification of abiotic conditions, which need to be considered to determine the local carbon sequestration potential. Second, we explore how the composition of key plant traits and soil biota related to carbon input, release and storage prevail in different biomes across the globe, and address the biome-specific mechanisms by which plant trait composition may impact on soil carbon sequestration. We propose that a trait-based approach will help to develop strategies to preserve and promote carbon sequestration.     

广东土壤有机碳储量及空间分布特征

根据广东省第2次土壤普查资料,采用GIS技术估算广东省土壤有机碳储量及空问分布规律,结果表明,广东省陆地土壤有机碳储量约为17．52×10^8t．砖红壤、红壤和赤红壤的土壤有机碳密度分别为8．83、10．31和9．15kg·m^-2,略低于全国的平均水平,三者占广东省土壤面积的67．91％;广东省黄壤和水稻土的有机碳密度分别为12．08和12．17kg·m^-2,高于全国平均水平;广东省平均土壤碳密度为10．44kg·m^-2．土壤有机碳密度总的分布规律是东南沿海地区高于粤北山区,其中粤北和粤中土壤有机碳密度为5～10kg·m^-2,粤东的沿海地区土壤有机碳密度为10～15kg·m^-2,二者合计占全省土壤面积的89．24％;土壤有机碳密度主要在5～15kg·m^-2范围内变动．     

海洋微型生物储碳过程与机制概论

在全球气候环境演变的背景下,认识海洋微型生物对碳循环的贡献,需要了解其过程和机制.最近提出的“微型生物碳泵”理论阐释了海洋储碳的一个新机制:微型生物活动把溶解有机碳从活性向惰性转化,从而构成了海洋储碳.这个过程当中,自养与异养细菌、病毒、原生动物等具有不同生理特性微型生物类群扮演着不同的生态角色,本文将围绕微型生物碳泵主线分别论述之.     

森林碳库特征及驱动因子分析研究进展

森林碳库作为全球碳库的重要组成部分,在区域以及全球碳循环中发挥重要作用。森林生态系统有机碳库主要由3部分组成:活植物碳库、土壤有机质碳库和死植物体碳库。各碳库时空差异很大,使研究森林碳储存机制存在很大的不确定性。在全球或者区域尺度上,森林生物量(与森林碳储量密切相关)呈现出清晰的分布格局,但对于这些格局的驱动因子与地上生物量的相关关系和尺度外推程度尚有很大的争议。分别讨论了气候、土壤、地形和生物因子对地上生物量的影响;而后,从各生态因子与地上生物量之间的直接或者间接关系入手,分析了各因子与生物量之间的交互作用,认为目前运用相同的处理方式来研究环境因子和生物因子对森林生物量的影响是不合适的。文章最后介绍两种新的研究方法:层次模型和生境分类,以期用来重新评估生态因子对森林生物量的影响,有助于更准确的了解森林碳储存机制。     

广西不同林龄喀斯特森林生态系统碳储量及其分配格局

基于广西喀斯特地区45块1000 m²样地的调查,研究幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5个林龄阶段喀斯特森林植被与土壤碳储量的分配格局.结果表明: 广西不同林龄喀斯特森林总碳储量表现为幼龄林(86.03 t·hm^-2)＜近熟林(110.63 t·hm^-2)＜中龄林(112.11 t·hm^-2)＜成熟林(149.1 t·hm^-2)＜过熟林(244.38 t·hm^-2);各林龄阶段植被不同层碳储量分配均不同,乔木层所占比例占绝对优势,达到92.3%～98.7%,随林龄的增加而增长,灌木层、草本层、凋落物层所占比例分别为0.3%～1.9%、0.3%～1.2%和0.3%～2.5%,细根所占比例为0.3%～3.3%.土壤有机碳密度随土层深度的增加而递减,土壤层碳储量为51.75～81.21 t·hm^-2,所占生态系统比例为33.2%～66.2%,其随林龄的增大呈减小趋势.生态系统地上、地下部分碳储量分别为22.80～141.72和62.30～102.66 t·hm^-2,除过熟林外均为地下部分＞地上部分,地上碳储量随林龄的增大呈逐渐增加的趋势,地下碳储量的变化规律与土壤碳储量变化趋势一致.土壤层和乔木层为生态系统的主要碳库,二者所占比例达到了96%以上.     

苏南丘陵地区栓皮栎次生林与火炬松人工林土壤有效碳

采用重复熏蒸-培养法研究了苏南丘陵地区具有代表性的栓皮栎次生林和火炬松人工林土壤有效碳的变化特征。结果表明:栓皮栎次生林土壤中的有效碳和微生物量碳含量均显著高于火炬松人工林,而火炬松人工林土壤有效碳占总有机碳比率(4.7%)及土壤微生物量碳含量占土壤有效碳比率(54.3%)分别高于栓皮栎次生林(2.9%和40.9%);去除森林凋落物后,2种林分土壤有效碳含量均显著降低;土壤有效碳与土壤微生物量碳以及土壤总有效碳显著相关。重复熏蒸-培养法是估测该地区森林土壤有效碳的一种简单有效的方法。与火炬松人工林相比,天然次生栓皮栎林土壤含有较多的活性有机碳,可能对区域碳平衡产生较大的影响。     

广西主要森林植被碳储量及其影响因素

广西森林面积和覆盖率位居全国前列,在全国和区域碳平衡中起着至关重要的作用。正确评价广西森林植被碳储量、碳储量的时空格局及其影响因素对我国碳循环及碳汇研究具有十分重要的意义。为阐明广西森林植被碳储量分布格局及其主要影响因素,基于广西10类主要森林类型345个样地的调查,结合森林资源清查资料,估算广西主要森林植被碳储量,探讨广西不同森林类型、不同龄组、不同层次的碳储量组成与分配。采用地统计学方法描绘了植被碳密度空间分布,并采用主成分分析方法和回归分析方法分析了植被碳储量的影响因素。结果表明:广西主要森林植被总碳储量达到746.06 Tg(1Tg=10~(12) g),平均碳密度为55.37 t/hm~2,松树、杉木、桉树、栎类、软阔、硬阔、石山林、竹林、八角和油茶林对广西植被碳储量的贡献比例分别为26.83%、12.28%、6.67%、3.03%、20.37%、16.32%、10.84%、0.88%、1.38%和1.39%。各森林类型植被碳密度介于20.77—108.28 t/hm~2,大小顺序为硬阔软阔松树杉木栎类石山林桉树八角竹林油茶。广西区森林植被碳密度在7.05—219.73 t/hm~2之间,总体表现为广西北部、西南部和广西东部存在高值区,广西中部和东南部有明显的低值区。碳储量以乔木层占优势,且随林龄增大呈逐渐增加的趋势。影响广西植被碳储量的主控因子是平均胸径、林龄和林分密度,经度、碱解氮、全氮、有机碳是影响碳储量的关键因子。     

东北三省碳源/汇和碳盈亏时空分布与影响因素

碳循环是影响气候变化的关键环节。利用改进的CASA模型对东北三省2000-2020年间自然碳源\汇进行了估算;通过增加真实碳排放量对估算过程的约束,改进了夜间灯光数据和碳排放拟合方法,探究了区域碳源碳汇和碳盈亏的时空分布和影响因素。结果显示：（1）净生态系统生产力在时间上呈现波动上升趋势,空间上黑龙江省自然碳汇总量最高（164.61 Tg C/a）,约占东北三省的60%;（2）能源消费碳排放总量呈现先上升,再下降,近年趋于稳定的时间变化趋势,空间上以辽宁省年均碳排放量增速最快,增速约为6.95 Tg C/a;（3）2005年为东北三省整体从碳盈余转变为碳亏损的转折点,近年来亏损速率有所下降;（4）东北三省碳盈亏与自然因素呈正相关,与人口规模、地区生产总值、碳排放强度、产业结构呈现负相关关系。辽宁省能源消费总量的攀升使能源结构的下降未能扭转其碳亏损的局面,并使其碳盈亏与能源结构呈现正相关关系;黑龙江省和吉林省农业人口流失较快一定程度上导致了城市化水平与碳盈亏呈现正相关关系。（5）东北三省均应降低碳排放强度,黑龙江省和吉林省应调整能源结构,辽宁省应调整产业结构。研究结果可为东北三省"双碳目标"的实现提供理论依据。     

Disturbances,Their Interactions,and Cumulative Effects on Carbon and Charcoal Stocks in a Forested Ecosystem

Disturbances have a strong role in the carbon balance of many ecosystems, and the cycle of vegetation growth, disturbance, and recovery is very important in determining the net carbon balance of terrestrial biomes. Compound disturbances are phenomena of growing concern which can impact ecosystems in novel ways, altering disturbance intensity, severity, and recovery trajectories. This research focuses on carbon stocks in a compound disturbance environment, with special attention on black carbon (charcoal), a potential source of long-term carbon sequestration. We report on a well-studied compound disturbance event (wind, logging, and severe fire) in a Colorado, USA subalpine forest that was extensively surveyed for impacts on carbon, black carbon, and regeneration. All major pools were considered, including organic and mineral soil (10 cm depth), and contrasted with neighboring undisturbed forests as a reference. The disturbances had an additive effect on carbon loss, with increasing numbers of disturbances resulting in progressively decreasing carbon/black carbon stocks. This resulted from lower substrate availability and higher fire intensity. Surprisingly, there was no significant difference between reference and burned plots in terms of total black carbon. It appears that high-intensity fires do not significantly increase net black carbon in these forests (over the entire fire-return interval), with additional disturbances potentially resulting in a net loss. Disturbances, and their interactions, will have long-lasting legacies for carbon and black carbon.     

陆地和淡水生态系统新型微生物氮循环研究进展

氮生物地球化学循环是地球物质循环的重要枢纽,是决定陆地生态系统生产力水平、水资源安全、温室气体生成排放的关键过程。氮循环是由微生物介导的一系列复杂过程,不同形态、价态氮化合物的转化分别由相应的功能微生物驱动完成。随着厌氧氨氧化、完全氨氧化等新型氮转化过程的相继报道和发现更新了人们对氮循环的认识。本文综述了陆地和淡水生态系统中厌氧氨氧化(anammox)、硝酸盐异化还原为铵(DNRA)、完全氨氧化(comammox)等新型氮循环过程的发生机制、热区分布及环境效应,并总结了这三种氮循环的相互关系。