西江上游河水中硫酸盐来源及其对化学风化的影响

硫酸参与的岩石风化过程是流域岩石风化研究的重要组成部分,对全球碳循环具有重要的影响。高频率的采样与分析能够准确评估河水中物质的来源及其迁移转化过程,而前通过高频率的采样分析探讨流域硫酸盐生物地球化学循环过程的研究还较为缺乏。本研究在一个完整水文年内(2013年10月—2014年9月),对我国西江上游南、北盘江和红水河的河水样品进行月份采集与分析。结果表明,流域河水中硫酸盐来源季节性变化受季风气候的影响。与丰水期相比,流域河水硫酸盐在枯水期富集重的同位素。基于硫酸盐的硫氧同位素证据发现,尽管蒸发岩溶解在枯水期是河水硫酸盐的重要端元,但硫化物氧化却是硫酸盐的主要来源。在丰水期,矿山废水可能是河水中硫酸盐最重要的来源,其原因与浅层地表径流快速流动对季风气候下高频率降雨的响应有关。与同一时期的枯水期相比,丰水期硫酸参与碳酸盐岩风化产生的较高的HCO3-含量,来自于硫化物氧化的硫酸参与红水河碳酸盐岩风化产生的HCO3-量,约占河水总HCO3-量的1/4。因此,在一个完整水文年内通过高频率的采样,分析硫酸盐双同位素的"指纹"特征,对准确理解流域河水中硫酸盐的季节性变化与流域风化过程具有重要的作用。     

地表流域有机碳地球化学研究进展

地球关键带的各个界面是有机碳发生剧烈分解转化的场所,探讨关键带有机碳的动态变化、归趋及其控制过程,是揭示地表流域中物质运输和能量传递规律的重要基础,对维持生态系统平衡具有重要意义。本文介绍了国内外关于流域不同关键带有机碳的研究方法、来源、储量及其动态、周转过程等地球化学特征的研究进展,以及现有研究存在的问题。建议将典型关键带作为一个整体来研究,综合使用多种技术方法,将短期高频次观测和长期定位观测研究相结合,在典型小流域开展多界面、多过程、多时间尺度的长期同步观测和系统研究,揭示控制关键带有机碳地球化学循环的关键因子及其作用机制。同时重视长时间尺度下有机碳循环对全球变化和人类活动的响应及反馈机制;分析不同人为活动下,大气-植物-凋落物-土壤-河流之间的碳交换特征及流域有机碳动态变化规律;定量区分环境变化和人类活动对关键带有机碳地球化学行为的影响,为碳循环模型优化及气候变化预测提供科学依据。     

农田生态系统碳汇研究进展

农田生态系统碳汇包括农作物生物量碳汇和农田土壤碳汇两个方面,中国农田生态系统面积大,碳储量高,是全球生态系统碳循环的重要组成部分。厘清中国农作物生物量和土壤有机碳含量、变化率和影响因素对于解析全球碳循环和维系粮食安全具有重要意义。梳理农田生态系统碳汇相关概念的基础上,比较农田生态系统碳汇研究方法的适用性及存在问题,通过以往研究和SoilGrids250数据研究中国农田生态系统碳库时空分布,并分析农田生态系统碳汇的影响因素及固碳方法。结果表明,中国近30年来农作物生物量呈现增加趋势,农田土壤有机碳含量普遍较低且空间分布不均,0-5cm土壤有机碳含量平均值在16.7 g/kg到86.5 g/kg之间,增加农田土壤有机碳含量是未来中国农田生态系统碳汇的重要方向。肥料和有机残留管理、保护性耕作、种植模式、灌溉等管理措施是增加土壤有机碳汇的主要措施,但农田生态系统碳汇潜力估算仍存在不确定性。最后,从农田生态系统碳汇潜力估算、影响因素厘定和增汇技术研发3个方面提出未来研究方向。研究结果有助于推动农田生态系统碳汇科学研究和技术推广,为实现农田生态系统助力"碳中和"寻求重要路径。     

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。     

水环境中有机碳循环的重要驱动力-噬菌体

随着气候温暖化问题日益突出,维持全球碳平衡成为人类可持续发展的关键。在超过地球表面70%的水环境中,生物有机碳循环是所有元素循环中最重要的一环。噬菌体的分布十分广泛,且含量丰富,其丰度可达106~108/mL,仅海洋噬菌体的总量即可达1030个。噬菌体在维持生物有机碳循环中贡献巨大,据估算经由海洋病毒完成的可溶性有机碳就达到全球碳循环的26%。主要针对噬菌体在海洋、湖泊、冰尘穴及湿地有机碳循环的作用进行了综述。     

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.     

森林火成碳研究进展

火成碳是生物质或化石燃料不完全燃烧所形成的含碳物质的连续统一体,火成碳具有很高的稳定性,是全球一个重要的潜在碳汇,在全球碳循环和气候变化研究中具有重要的意义。森林生态系统作为陆地生态系统的主体,每年都经受不同大小和烈度的林火干扰,在森林生态系统中积累了大量火成碳;同时,在全球气候变暖条件下,林火面积和林火频次将增加,火成碳的积累将进一步增加,火成碳库已成为森林生态系统中的一个重要碳汇。然而,目前在森林生态系统碳循环及相关的生态系统模型中,均未考虑火成碳库的碳汇功能。本文从火成碳的鉴定与定量测定、森林中的火成碳、森林火成碳的生态作用、森林火成碳储量估算几个方面评述了森林火成碳的最新研究进展,最后,我们展望了森林火成碳未来发展方向,为我国森林碳预算和碳循环的相关研究提供参考。     

喀斯特地区碳储量对土地利用模式的响应——以南北盘江流域为例

喀斯特地区生态系统脆弱,对气候变化响应敏感,空间异质性强,碳汇潜力大。喀斯特生态治理对土地利用格局的改变,会导致生态系统碳储量的显著变化,对陆地生态系统碳循环和区域生态安全具有深远影响。以喀斯特典型区南北盘江流域为例,运用InVEST模型和热点分析评估流域2000—2020年土地利用变化对碳储量时空分布的影响,根据碳储量集聚特征使用FLUS-Markov模型分区预测生态系统碳储量对不同土地利用模式的响应。结果表明：(1)2000—2020年,研究区土地利用类型由高碳密度的地类转为较低碳密度的地类,致使生态系统碳储量呈减少趋势,累计损失90.36×10⁵t C。(2)2000—2020年碳储量在空间上呈现“西低东高”的格局。热点区集中分布在东部和东南部,冷点区主要分布在西部和西南部,弱显著区大多在北部。(3)各热点分区在不同模式下固碳能力差异显著。热点区在不同模式下的平均碳密度均大于155.40t/hm²,显著高于2020年南北盘江流域的平均碳密度143.59t/hm²,整体固碳功能突出;弱显著区的碳汇能力与研究区平均水平...     

岩溶土壤有机碳库分配、更新及其维持的微生物机制

在水-二氧化碳-碳酸盐岩-生物的相互作用下,岩溶碳循环活跃,在全球形成8.24×108 t C/a的岩溶碳汇,约占全球遗漏汇的29.4%,其中部分岩溶碳汇以土壤有机碳的形式固存,因此碱性土壤固碳是未来碳中和的主要途径。微生物作为土壤碳循环的重要驱动者,影响着土壤有机碳主要赋存形式即植物残体碳与微生物残体碳的动态变化。本文通过综述岩溶土壤有机碳库储量、岩溶土壤有机碳库的来源与构成、影响岩溶土壤有机碳库动态的微生物因素以及岩溶土壤有机碳库更新的微生物机制,探讨了微生物对岩溶土壤植物残体碳与微生物残体碳的影响,并提出亟待解决的关键科学问题。这为深入研究岩溶区土壤有机碳库分配、更新及其维持的微生物机制,深化对岩溶土壤碳循环及其微生物机理认识,进而为应对千分之四全球土壤增碳计划提供了参考。     

尖峰岭热带山地雨林长期减弱的碳汇及其环境驱动因素分析

热带森林作为全球最为重要的陆地生态系统之一,在当前气候变化背景下,其碳循环动态对于全球碳平衡状况及碳收支估算具有重要的影响作用。本研究利用尖峰岭热带山地雨林长期样地（P8401、P8402、P8901）自1984~2013年的清查数据,分析生物量长期动态变化,并结合降水等环境因子,试图探求尖峰岭热带山地雨林固碳能力的影响机理。结果表明：海南岛尖峰岭热带山地雨林仍然具有一定的碳汇能力,碳汇速率平均为0.71±0.22 mg·C·hm^-2·a^-1,与世界其他地区热带森林碳汇能力相当,但其碳汇能力却存在逐渐减少的趋势。碳汇能力的减少主要源于干旱和台风暴雨导致死亡生物量的显著增加,但不同样地间存在明显的差异,说明极端气候事件对热带森林固碳能力的影响同时也受局地环境条件和森林自身状况的影响,急需开展更多点上热带森林固碳能力对气候变化的影响研究,以减少热带森林在全球碳循环中估算中的不确定性。     

湿地生态系统中植硅体与植硅体碳的研究进展

湿地作为地球表层物种丰富、功能独特的生态系统,在其发育和环境演变过程中储存了环境变化的大量信息,能反映湿地环境变迁。同时,湿地碳储量巨大,既是"碳源"也是"碳汇"。植硅体作为气候变化的指示剂、长期的陆地碳汇机制,近年来,在考古、古环境和全球碳汇研究中备受关注。研究湿地生态系统中的植硅体及植硅体碳,对探讨湿地中植被类型变化、重建区域古生态环境和碳"汇"具有重要意义。在查阅国内外关于研究湿地植硅体的文献的基础上,总结了植硅体在湿地古气候、古环境研究中的应用;湿地生态系统中植硅体的形态、含量与分布特征,以及植硅体碳的含量特征与在全球碳汇中的重要作用。     

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。     

外源碳输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响及其微生物学驱动机制

外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着微生物参与陆地生态系统的碳循环过程,而且也制约着微生物对其它营养元素的需求。在大气氮沉降持续增加的全球变化背景下,部分地区已出现生态系统氮养分条件的显著变化甚至土壤中活性氮素的过量积累,进而带来微生物对碳源需求的增加。通过人为调控碳源的可利用性,改善微生物的碳限制状况,将对科学的增加陆地生态系统固碳能力具有极为重大的意义。综述了国内外有关外源碳输入对土壤碳排放、凋落物分解以及土壤碳库影响及其主要的微生物作用机制的相关研究结果,以期能够为未来氮沉降持续增加情景下,如何科学有效地提高生态系统的碳汇潜力提供一定的参考。     

土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响,既可能成为碳源,也可能是碳汇。在国内外相关研究的基础上,综述了土地利用变化对全球及区域尺度上森林、草地和农业生态系统碳循环的影响。全球范围内,森林砍伐后向草地和农田的转化发挥碳源的作用,在毁林碳排放中占主导地位,其中热带地区森林转变为农田和草场的碳排放均高于温带和北方森林。另一方面,土地利用变化可促进森林的碳贮存,如退耕还林、改善森林管理等。各区域森林生态系统通过土地利用变化贮存碳的潜力存在显著差别,热带湿润和半湿润地区具有较大的碳汇潜力,而干旱地区减少碳排放的空间相对较少。开垦活动是影响草地生态系统碳储存最主要的人类活动,草地转变为农田伴随着土壤碳的流失。森林或草场转变为农田的过程伴随着植被和土壤碳储量的减少,生态系统碳储量降低,因此它是一个碳排放的过程。伴随着城市的扩张,农田向建设用地的转化也是一个碳排放的过程。当前评估土地利用变化影响的研究方法主要有遥感观测和遥感模型、统计估算、生态系统模型以及土地利用与生态系统模型的耦合。研究方法得到不断地完善和改进的同时,还存在着一些不确定性,因此需要建立统一的观测统计方法,降低数据中的不确定性;完善土地利用与生态系统模型的耦合研究;建立多尺度土地利用变化及生态系统综合技术方法体系;开展碳减排目标下土地利用最优化布局研究。     

环境因子对森林净生态系统生产力的影响

净生态系统生产力(net ecosystem production,NEP)是生态系统净的碳积累速率,可以指示生态系统碳汇/碳源的状态,当NEP为正值时指征生态系统为碳汇,反之则为碳源。在全球环境变化背景下,NEP已作为生态系统碳循环的核心概念被深入研究。本文以NEP为出发点,综述了5个主要非生物环境因子(水分、温度、氮沉降、大气CO2浓度增加和时空尺度)对森林生态系统NEP的影响。从文献分析表明NEP受生态系统本身性质和各环境影响因子及其之间相互作用的调控。本文最后指出,合理运用Meta分析、生态学联网研究、设计和开展长期观测、多尺度与多因子的科学试验在未来研究中的重要性和必要性,相关研究的开展将有利于全面理解和正确评估环境因子对净生态系统生产力的影响,对研究和预测全球变化对陆地生态系统碳循环的影响具有重要意义。     

湿地碳循环过程与计算机模拟研究

湿地是地球4大陆地生态系统之一,全球湿地碳储量(450Pg C)约占陆地生态圈总碳量的20％。湿地系统因兼有“碳源”与“碳汇”的双重角色,其碳循环对大气全球碳收支以及与之有关的全球气候变化可能有重要影响。本文概述了湿地生态系统变化与碳排放的关系、湿地碳循环基本过程及其主要影响因子和湿地碳循环计算机模拟研究进展,提出了拟进一步研究的重要问题。     

人工林经营与全球变化减缓

以全球变暖和大气CO2浓度增加为主要特征的全球气候变化正在改变着陆地生态系统的结构和功能,威胁着人类的生存与健康,因而受到世界各国政府和科学家的普遍关注。森林,特别是森林土壤在全球碳循环中扮演着碳源、汇、库的角色,但其受到气候、森林类型和土地利用与覆被变化等自然和人为因素的综合调控。人工林的碳汇作用被认为是减缓全球变化的一种可能机制和最有希望的选择而成为全球变化减缓研究的核心内容。人工林土壤的碳汇功能受到经营水平的调控,同时还受到全球变暖的反馈作用。因此,人工林土壤碳汇形成机制及调控技术、基于增强土壤碳汇功能增强的人工林经营与管理技术、人工林生态系统的碳通量以及人工林碳汇与碳贸易等是未来全球变化和林业生态工程研究的重点内容。     

碳汇造林

本文从生态角度阐述了碳汇造林的基本概念,碳汇造林对生态的影响。中国生态系统碳循环在全球变化中的作用以及促进社会经济持续发展具有重要意义。     

Landsat数据在解析太湖水体溶解性有机碳影响机制中的应用

流域水体溶解性有机碳是碳循环的重要组成部分。本研究以太湖流域气象数据、遥感反演参数和2015年5月的一期Landsat-8 OLI_TIRS卫星数字影像为基础,分析Landsat水质模型反演数据和太湖水体溶解性有机质(DOM)各参数的相关性,阐明湖水DOM来源及不同来源DOM特性。结果表明:以Landsat红光波段、近红外波段和蓝光波段为基础反演的叶绿素a浓度、蓝藻密度、透明度和浊度等水质参数和遥感水质监测中归一化悬浮物指数均与太湖水体DOC浓度分布一致,且DOM主要为内生源;依据Landsat影像对太湖子流域进行土地利用监督分类,表明流域土地利用/覆被方式是影响类蛋白物质含量、芳香度等的重要因素。研究证实,遥感反演是获取水体有机质信息的重要数据来源,可靠性强并能够表征DOM来源、性质及影响程度,是理解环境碳循环的重要技术手段,也为太湖流域的碳库计算、水体生态风险评价、流域生态环境变化等监测提供了参考。     

主要管理措施对人工林土壤碳的影响

人工林碳汇在全球碳循环及温室气体减排中发挥着重要作用。人工林是处于人为调控下的生态系统类型,经营管理措施是影响人工林土壤碳平衡的重要因素。通过科学合理的生态系统管理,增强人工林的土壤碳汇,对减缓气候变化具有十分重要的意义。本文综述了主要经营管理措施(造林树种、轮伐期、采伐、灌溉和施肥)对人工林土壤碳储量与碳通量影响的研究进展,结果表明:人工林经营管理措施可通过改变林地的温度、水分、养分和土壤结构,来影响土壤有机碳储量和土壤呼吸等碳循环过程。但目前人工林管理对土壤碳影响的研究还很不足,一些营林措施还未展开相关研究。未来应针对人工林管理措施对土壤碳的影响做更全面的定量研究。