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。     

城市系统碳循环:特征、机理与理论框架

城市是地表受人类活动影响最深刻的区域,城市系统碳循环在全球和区域碳过程中具有重要的地位和作用.提出了城市“自然-社会”二元碳循环的概念,探讨了城市系统碳循环的一般特征;分析了城市系统碳循环的内部机理,主要包括:城市系统碳储量和碳输入/输出通量的主要过程和途径、城市系统碳储量、碳通量和碳流通的生命周期分析、城市系统碳输入和碳输出的类型划分等;提出了基于系统层次划分和碳流通过程的城市系统碳循环的研究框架,分析了城市自然系统和城市经济系统的主要碳流通过程和环节,构建了城市系统碳循环研究的思路和理论框架;最后提出了城市系统碳循环领域未来的研究重点.     

珊瑚共生体碳代谢特征研究进展

珊瑚礁作为一种典型的海洋生态系统,具有巨大的固碳和储碳潜力。然而,目前对于珊瑚礁的净碳能力(碳释放与碳吸收)仍存在争议,主要归因于珊瑚共生体碳代谢的多样性和复杂性。珊瑚礁在生物钙化、呼吸过程中向大气释放二氧化碳(CO₂);但在生物合成和沉积过程中却可以将碳进行固定与埋藏;为此,珊瑚礁的碳源碳汇身份还有待明确。现有部分研究表明,共生体通过碳代谢可以促进珊瑚礁吸收大气中的CO₂。此外,珊瑚礁和海岸带蓝碳生态系统通常表现出很强的连通性,珊瑚共生体碳代谢能有效提高海岸带盐沼植被、海草床、海洋浮游植物等生物的碳汇功能。为了加深对珊瑚礁碳源-碳汇功能的理解,综述了珊瑚共生体的碳代谢特征,梳理了共生体中碳的关键生态过程(有机碳的迁移、无机碳的转化、两者的赋存状态),总结了细菌-虫黄藻-病毒在共生体碳代谢中的作用,评述了珊瑚礁碳源-碳汇特征及影响因子。旨在阐明珊瑚共生体碳代谢的关键过程,并基于此寻求有效的珊瑚礁碳增汇技术,形成以碳增量为主的珊瑚保护与修复技术,提升珊瑚礁在蓝碳生态系统中的贡献。     

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...     

土壤有机碳汇内涵与核算方法辨析

在"碳达峰、碳中和"战略需求下,土壤有机碳汇作为生态系统碳汇的重要组成部分,土壤碳库容量以及如何开展土壤有机碳汇核算日益成为生态碳汇的研究热点。梳理了国内外土壤有机碳汇及核算相关研究成果,解析了土壤有机碳汇的概念内涵,提出了以稳定性有机碳作为土壤有机碳汇的表征指标及获取方法。从土壤发生学角度提出了土壤碳汇阈值的概念,土壤中有机碳的含量随着分解转化最终会达到动态平衡,此时稳定有机碳含量值约是常数,这个常数就是稳定碳库的库容,在特定的成土因素下,碳库的核算值不会超过平衡时的常态值。在客观上,体现在非人类干扰状态下不同土壤类型自然状态下的稳定性有机碳含量。参照土壤有机质平衡理论,提出了土壤碳汇核算的定量化方法,为土壤碳汇的度量和核算提供了一套技术思路。下一步土壤有机碳汇的核算应在科学研究基础上多角度凝聚共识,制定碳汇核算标准,确定不同尺度下可操作、可重复以及可复制的土壤有机碳汇核算技术与方法。     

草地农业生态系统的碳平衡分析方法

根据草地农业生态系统的结构,它的碳平衡为4个生产层的碳平衡之和,也是3个界面的碳平衡之和,而某一生产层或者某一界面的碳平衡则是其固定、输入、排放和输出的碳之和。草地农业生态系统4个生产层的碳平衡分析方法定量重要生产环节的碳汇与碳源过程,便于草业生产改进碳汇管理;草地农业生态系统3个界面的碳平衡分析方法显示碳源和碳汇的发生机理,及其空间和数量关系,便于调控草业生产组分以增汇减排;但是,这两个方法不易区分碳的来源和去向,难以明确其利用效率。草地农业生态系统碳平衡分析的输入/输出法定量地指示碳的来源和去向,以及碳效率,计算简单,但是较为概括,不利于牧场尺度的草业碳汇管理。以中国祁连山甘肃马鹿牧场和澳大利亚塔斯玛尼亚奶牛牧场为例,用3种方法分析了两个牧场的碳平衡,结果表明,放牧管理的草业系统的主要碳源是休闲旅游、产品加工流通环节产生的温室气体,主要碳汇是草地和土壤中贮存的碳,好的草地管理可以增汇减排。     

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。     

基于小尺度的高寒牧区碳排放估算——以甘南州合作市为例

碳排放是目前国内外研究的热点问题。纵观碳排放计算,关键涉及到两个环节:一是研究尺度的选择,二是评估参数(即碳排放/吸收系数)的确定。高寒牧区还必须充分考虑牲畜碳排放。以甘南州合作市为例,将研究尺度缩小到41个行政村,并采用最新的土地二调数据,对土地利用碳排放和碳汇、生活和牲畜碳排放进行了系统地测算。结果表明:(1)从土地利用的角度考察,合作市总碳排放表征为"碳亏"态势。总碳排放量为24374.82 t/a,其中土地利用碳排放量为4908.21 t/a,牲畜代谢碳排放量为3703.94 t/a,城乡居民生活碳排放量为15762.67 t/a。而碳汇量仅为1949.74 t/a,"碳亏"量为22425.08 t/a。(2)牲畜是高寒牧区呼吸碳排放的主体,其碳排量为3703.94t/a,其中牛是碳排放的主体,其碳排量占90%以上。(3)城乡居民生活碳排量为15762.67t/a,城镇明显高于农村,生存型碳排放强度高于发展型碳排放强度。(4)碳排放局分布势面与碳汇分布局势面基本呈反向分布态势,但总的碳排放格局取决于碳排放而非碳汇,空间分布表现为从城区—半农半牧区—纯牧区逐级递减的趋势。     

氮输入对滨海盐沼湿地碳循环关键过程的影响及机制

滨海盐沼湿地是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇, 但是近岸海域富营养化导致的大量氮输入对盐沼湿地稳定性和碳汇功能构成严重威胁。潮汐作用下大量氮输入对盐沼湿地植物光合碳输入、植物-土壤碳分配和土壤碳输出等碳循环关键过程产生深刻影响, 进而影响盐沼湿地碳汇功能评估的准确性。该文从植物光合固碳、植物-土壤系统碳分配、土壤有机碳分解、土壤可溶性有机碳释放、盐沼湿地土壤碳库5个方面综述了氮输入对盐沼湿地碳循环关键过程的影响。在此基础上, 针对当前研究的不足, 提出今后的研究中, 需要进一步探究氮输入对盐沼湿地植物光合固碳及碳分配过程的影响、盐沼湿地土壤有机碳分解的微生物机制、盐沼湿地土壤可溶性有机碳产生和横向流动的影响、以及氮类型对盐沼湿地土壤碳库的影响。以期为揭示氮输入对盐沼湿地碳汇形成过程与机制提供基础资料和理论依据, 为评估未来近岸海域水体富营养化影响下滨海盐沼湿地碳库的潜在变化提供新思路。     

能源对北京市城市碳循环的影响

研究城市碳循环过程并阐明能源对碳循环的影响,可为城市节能减排政策的制定和实施提供参考依据。基于城市碳循环模型核算了2005—2014年北京市的碳储量和碳通量,并通过能源碳效应指数来探讨能源对城市碳循环的影响。结果表明人为碳储量是北京市总碳储量增加的主要驱动力。北京市的碳输入主要来自水平方向,表明北京市的发展在很大程度上依赖于外部环境的物质供给;北京市的碳输出主要是能源消耗产生的垂直碳输出。能源活动相关的碳通量占北京市总碳通量的比重,即能源碳效应,在2006年高达79.46%,而后开始呈波动下降的趋势。能源对北京市碳循环影响最大的是垂直输出方向,其次是水平输入方向,因此低碳城市建设需要加强对垂直碳通量和水平碳通量的调节和管理,尤其是与能源活动相关的碳通量,与此同时,保护自然植被和增加生态用地对提高城市碳减排能力也至关重要。     

马尾松(Pinus massoniana)人工林林窗对土壤不同形态活性有机碳的影响

研究了四川盆地低山丘陵区马尾松人工林不同大小林窗对表层土壤活性有机碳(水溶性有机碳、微生物量碳、易氧化碳)含量、分配比例及碳库管理指数的影响。结果表明:(1)林窗下土壤微生物量碳含量与分配比例较林下土壤有所升高,而水溶性有机碳与易氧化碳含量及水溶性有机碳分配比例有所降低。(2)林窗大小显著影响林窗中心土壤活性有机碳含量与分配比例。随林窗面积增大,水溶性有机碳、微生物量碳与易氧化碳含量呈现较为一致的升高趋势;水溶性有机碳和微生物量碳分配比例也升高,易氧化碳分配比例先下降后升高,稳定态碳先升高后降低;总体表现为较大林窗(900—1225m2)微生物活性强,活性有机碳含量高,且有机碳库稳定性较好。(3)土壤碳库管理指数随林窗面积增大无显著变化,但与各形态活性有机碳含量及总有机碳含量显著相关,说明土壤碳库管理指数能够相对全面地反映林窗大小对土壤碳库的影响。     

海岛碳排放核算与时空特征——以东山岛为例

把握地区碳信息发展动态是开展区域碳平衡规划的科学基础。以统计年鉴数据为基础,对东山岛2012—2021年整体及各产业的直接碳排放量进行核算,同时,将产业与土地利用结合,分析其空间表现形态,运用核密度分析和克里金法分析碳排放源的空间影响,采用高斯烟羽模型对工业点源的碳排放扩散进行空间模拟,通过渔网和人口修正的方法分析海岛碳排放的空间分异,以此探讨海岛碳排放的空间分布和空间影响特征。结果显示,工业是东山岛的首要碳排放源,2021年工业碳排放量的大幅下降表明能源种类的转换对于工业碳减排具有重要作用;渔业碳排放量总体占比25%左右,是海岛地区不容忽视的碳排放源之一。在空间分布方面,东山岛综合碳排放的空间分布呈“点状聚集,面状扩散”的基本特征,工业碳排放对周围地区的影响最大,往往形成以工业碳排放源点为中心的碳排放热点核心区,其次碳排放量较高的地区为人口聚集区,丘陵区的碳排放量最低,不同土地利用类型之间形成碳排放的交叉过渡区。最后,本文从碳排放空间影响的视角出发,根据不同形态的碳排放源提出“包围”、“伴随”和“介入”的碳汇空间规划策略,这对区域的低碳规划具有一定参考意义。     

湖泊生态系统碳汇特征及其潜在碳中和价值研究

为了应对气候挑战,达成碳达峰远景目标,需要正确评估自然资源碳中和价值。湖泊作为具有独特生态、人文价值的地理单元,因碳循环强度高、碳排放总量大,是传统意义上的碳源。通过梳理近期相关研究成果,对比不同类型湖泊碳汇/源状况,湖泊生态系统以一系列碳汇特征表现出潜在的碳中和价值。强烈的光合作用可以使水体CO₂欠饱和,但由呼吸-光合作用、碳酸盐岩溶蚀作用带来的水体碱度、CO₂分压pCO₂提高也有利于湖泊碳汇增益。CO₂在水体中大量溶解,积极参与到湖泊碳循环,将pCO₂高于40 Pa作为判断湖泊为碳源的依据可能忽视了水体碱度上升带来的碳汇。在湖泊沉积物中有机碳的累积受到生态系统光合-呼吸作用的影响,当异养微生物群落能及时分解沉入湖底的衰亡组织、有机质时,沉积物中有机碳不会大量累积,当呼吸对光合的相对滞后,有机碳才会大量累积。湖泊生态系统的生产力决定了固碳能力,是湖泊发挥碳汇效益的重要“碳库”。由水生植物固定下的CO₂总量不如浮游植物,但在过程中发挥了“压舱石”般的稳定作...     

低碳导向下土地覆被演变模拟——以深圳市为例

全球碳排放水平的不断增加引起的全球变暖越发严重,导致了严重的自然灾害和经济损失,这种失衡发展的态势促使着各个国家开始探索低碳环保的发展模式。为了探究何种土地利用组成可以更好的为低碳城市服务,以深圳市为研究区,结合2020年土地利用现状结构和2020年土地利用规划结构分别估算出碳汇最大化情景和碳排放量最小化情景下2020年各土地利用类型的数量结构,并运用FLUS模型模拟出深圳市土地利用类型在这两种情景下的空间分布特征。最后,从碳密度和碳排放视角对比这两种情景的低碳效益。研究结果如下：①碳汇最大化和碳排放最小化情景下土地利用总碳盈余均比2020年少,且碳汇最大化情景下土地利用总碳盈余最小。碳汇最大化情景下耕地、园地和林地面积增加而水域和建设用地减少,碳排放最小化情景下园地和林地面积增加来源于草地、水域和建设用地的减少,这两种低碳情景的碳汇能力增强而碳排放量减少;②碳汇最大化和碳排放最小化情景下林地明显增加故而土地利用总碳盈余均比实际情景小,而园地和草地的缩减和扩张是引起两种低碳情景碳密度和碳排放量有差异的主要原因。碳汇最大化和碳排放最小化情景下,西部和东南部主要是碳密度增加和碳排放减少的区域,而中部是碳密度减少和碳排放增加的区域。因此对中部区域进行重点调控,有利于深圳市碳中和和碳达峰的实现。研究可以为深圳的低碳发展提供规划建议,同时给其他区域的低碳规划提供参考意见。     

滨海蓝碳湿地碳汇速率测定方法及中国的研究现状和挑战

滨海盐沼、红树林和海草床蓝碳湿地生态系统具有高效的固碳-储碳能力,准确测定滨海蓝碳湿地生态系统碳汇速率,对于评估滨海湿地碳中和能力、生态恢复新增碳汇规模及碳贸易至关重要。深入思考滨海蓝碳湿地生态系统碳汇定义的内涵,提出狭义碳汇和广义碳汇的概念,介绍沉积物碳累积+植被净初级生产力法以及生态系统碳通量收支法2个目前国际上应用最多的滨海蓝碳湿地碳汇速率测定方法,特别是深入分析作为开放系统的滨海盐沼生态系统和海草床生态系统碳汇速率测定面临的诸多问题与挑战,梳理中国红树林、滨海盐沼和海草床生态系统碳汇速率的测定结果及国家尺度滨海蓝碳湿地生态系统碳汇规模,最后提出中国在滨海蓝碳湿地碳汇速率测定实践中急需加强的基础研究领域,以期为科学地计量中国滨海蓝碳湿地生态系统碳汇速率与碳汇规模提供方法参考和技术支撑。     

滨海盐沼湿地蓝色碳汇功能、形成机制及其增汇潜力

盐沼湿地具有很高的碳捕获与存储能力, 是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇(蓝碳)。未来气候变暖和海平面上升可能增加盐沼湿地的固碳能力, 其蓝碳功能越来越受到国际社会的重视。该文重点围绕盐沼湿地蓝碳形成的关键过程、光合碳分配过程及影响机制、碳沉积埋藏特征及其来源解析、盐沼湿地土壤碳库稳定性及其微生物机制、盐沼湿地蓝碳过程动态模拟及其增汇潜力等5个方面进行综述。在此基础上, 针对当前研究的不足, 提出今后的研究中需要进一步探究盐沼湿地植被海陆梯度分布格局对碳吸收能力和碳分配的影响, 土壤有机碳沉积和埋藏速率及其对全球变化的响应, 盐沼湿地土壤碳库的稳定性及其横向碳流动, 气候变化和海平面上升背景下盐沼湿地蓝碳模拟与增汇潜力评估, 以及盐沼湿地蓝碳的增汇技术和途径。以期为深入理解盐沼湿地蓝碳形成过程与机制, 预测全球变化背景下盐沼湿地蓝碳功能的潜在变化趋势和制定蓝碳增汇途径提供理论支持, 助力碳达峰、碳中和目标实现。     

碳中和目标下中国森林固碳量跨期分配及成本

我国实现碳中和路线图的“碳排放达峰”、“快速降低碳排放”、“深度脱碳实现碳中和”3阶段具有复杂且差异的减排形势。森林固碳作为我国实现碳中和目标的重要手段,其跨期分配是平衡产业减排与森林固碳关系、降低我国实现碳中和的成本代价、以最优成本分步实现碳中和目标的重要途径。本研究从成本优化分配理论出发,引入森林边际固碳成本理论,结合国内现有产业边际减排理论,对我国实现碳中和3个阶段的成本变化过程进行模拟。结果表明: 我国在“碳排放达峰”、“快速降低碳排放”、“深度脱碳实现碳中和”3个阶段,实现成本最优的森林年固碳量分别为0.20、7.75、19.82亿t,分别占当期总减排量的1.8%、17.5%、37.6%。相较于仅依赖产业减排,在成本最优设计下发挥森林固碳成本优势,使得碳中和3个阶段的总成本分别降低0.48、791.36、9092.53亿美元。在“碳排放达峰”阶段,森林固碳的成本优势十分有限,应当主要依靠产业减排;在“快速降低碳排放”阶段,森林固碳的成本优势逐渐凸显;在“深度脱碳实现碳中和”阶段,应当充分发挥森林固碳的成本优势实现“零碳”目标,否则将会面临十分高昂的成本代价,尤其对于脱碳成本十分高昂或永远无法完全脱碳的产业。最优成本设计下森林固碳可以节约9884.37亿美元的碳中和成本。     

黄土高原小流域不同地形下土壤有机碳分布特征

研究了黄土高原小流域尺度塬面、坡地、沟道和梯田4种地形条件下土壤有机碳总量和活性组分的分布、储量及碳库管理指数的差异.结果表明,小流域土壤有机碳和不同活性有机碳的变异系数介于32％-70％之间,表现出中到高度的变异特征.4种地形下各组分有机碳含量和储量以塬面土壤最高,沟道土壤最低,并随土层深度的增加而降低,降低程度随有机碳活性增强而增加.以塬面土壤为对照所获得的碳库管理指数可灵敏指示有机碳对地形条件的响应特征,中活性有机碳库管理指数的指示效果最好.研究结果可部分解释黄土高原土壤有机碳地带性分布特征.     

黄土高原-青藏高原过渡带农户生产系统的碳平衡

黄土高原-青藏高原过渡带是我国农业生产方式变化最剧烈、碳平衡效应最敏感的区域之一.本文分析了海拔梯度上通渭-渭源-夏河样带农业系统的碳平衡.结果表明: 随海拔增加,单位面积作物的碳排放、碳固定和碳汇能力逐渐降低,户均家畜碳排放与碳固定、碳源能力递增,综合生产系统由碳汇渐变为碳源,户均碳排放上升,碳固定变化趋势与之相反.黄土高原-青藏高原过渡带的农户占比随碳平衡的变化可用Logistic方程拟合,随海拔升高,在通渭、渭源与夏河3个区域农户占比50.0%拐点处,作物系统的碳排放和碳固定分别为1491、857、376 kg CE·household^-1和6187、3872、778 kg CE·household^-1,家畜系统碳排放和碳固定分别为2218、3725、49511 kg CE·household^-1和138、230、2706 kg CE·household^-1,综合系统碳排放和碳固定分别为3615、4583、49918 kg CE·household^-1和6289、4113、3819 kg CE·household^-1,这些是区域碳平衡调控的关键点.     

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。