中国伐木制品碳储量时空差异

森林生态系统碳储量是全球变化研究的热点问题之一,在国内外已经进行了深入的研究。然而,森林采伐后生产的伐木制品碳储量研究相对较少,因此基于IPCC提出的大气流动法,综合考虑伐木制品废弃情形,以2000年为基准年,估算了我国2000—2009新生产伐木制品的碳储量。结果表明,我国伐木制品是一个巨大碳库,且碳储量呈不断增加趋势。2000—2009年我国新生产的伐木制品,在2009年净碳储量为306.52 TgC,非纸木制品、纸类和竹材制品碳储量分别为114.71 TgC、4.33 TgC和199.07 TgC,而薪材燃烧累计碳释放量为11.60TgC,其他伐木制品累计碳释放量共为37.76 TgC。在2009年,终端伐木制品碳储量为318.12TgC,木材制品和竹制品碳储量分别占37.42%和62.58%;在木材制品中,非纸木制品和纸类碳储量为114.71TgC和4.33 TgC,各占96.36%和3.64%。与方精云估算的我国1999—2003年森林年碳汇量168.1 TgC/a相比,这一时期生产的伐木制品年净碳储量为25.21 Tg/a,占森林年碳汇量的15%,这说明伐木制品在维持碳平衡具有重要的作用。本文估算的竹制品碳储量约为木材制品碳储量的1.67倍,这说明竹材制品碳储量在伐木制品碳储量中占相当大的比重,是一个重要的碳库。此外,按照终端伐木制品净碳储量情况,可将我国分成高储量区、中储量区和低储量区。高储量区包括福建、浙江、湖南、云南、广西、江西6个省,这些地区终端伐木制品净碳储量占全国的67%;中储量区包括安徽、广东、湖北、四川、黑龙江、吉林和内蒙古等地区,其他地区为低储量区。我国7个地区按终端伐木制品净碳储量顺序排列为:华东、华中、华南、西南、东北、华北、西北。此外,研究还表明我国南方和北方伐木制品碳储量分别以竹材制品和木材制品储存为主。     

The formation of serine from glycine and formaldehyde by cell free extracts of Clostridium acidi-urici.

Cells of Clostridium acidi-urici which were grown in a medium containing uric acid were harvested, disrupted by sonication and centrifuged. After centrifugation the supernatant which served as the cell free extract was used to study the synthesis of serine from 2-14C glycine and formaldehyde. Serine was isolated from the reaction mixture by column chromatography. After identification by paper chromatography, serine was degraded carbon by carbon to locate the position of the labelled carbon. Radioactivity was confined almost exclusively to the alpha carbon of serine which was derived from the alpha carbon of glycine. Formaldehyde, therefore, binds at the alpha carbon of glycine to form serine. Conversion of serine to pyruvate was prevented by adding EDTA to the reaction mixture.     

农田生态系统碳足迹时空变化——以河南省为例

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,起着碳源和碳汇的双重作用,对维持整个生态系统碳平衡具有重要意义.本文基于ArcGIS 10.1、SPSS 20.0、Sigmaplot 12.5等分析平台,以农田生态系统为研究对象,构建农田生态系统碳足迹模型,分析2005—2014年河南省农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹及三者之间的关系.结果表明: 2005—2014年,研究区碳排放年平均增长率为2.7%,其中因化肥施用引起的碳排放量占总碳排放量的比例最高,占66.2%,且化肥的使用强度为890.38 kg·hm^-2,远高于发达国家公认的安全警戒线225 kg·hm^-2.河南省农田生态系统的碳总储量整体呈逐年上升趋势,其中,小麦的碳吸收比例最高,占总吸收量的60%,水稻的碳吸收增速最快,为7.9%.河南省农田生态系统存在碳生态盈余,且农田生态系统碳足迹总体呈现不断增加趋势,农田生态系统碳足迹占同期生产性土地面积(耕地)的平均比例为5.7%.研究区碳排放、碳吸收、碳足迹的空间变化较为一致,均呈现东南多、西北少的空间分布规律,且地区差异及变化幅度差异较大是三者的最主要外部特征.     

主体功能区视角下的碳排放核算——以广东省为例

区域碳排放核算是当前全球气候变化与碳排放研究的核心内容之一。中国于2010年出台《全国主体功能区规划》,主体功能区是以区域开发程度、资源环境基础和未来开发潜力为依据,县域为基本单位的区域规划方案,这为区域碳排放核算和配额分配提供了全新的视角。鉴于县域的能源数据不够完善,基于经济、人口、省级能耗量等数据构建了适用于主体功能区划分的碳排放核算方法,并确保各主体功能区的碳排放总量和分部门碳排放量都与该省的总碳排放量和分部门的一一对应相等。以中国广东省为案例,对其四类主体功能区在2005—2015年间的碳排放情况进行核算分析。研究发现:四类主体功能区的碳排放总量与经济总量呈现高度正相关性;四类地区中碳排放量从大到小依次为优化、重点、农产品、生态开发区。碳排放强度最大的为生态开发区,其次是重点开发区,农产品开发区和优化开发区。重点开发区和优化开发区的碳排放占全省比值达86%,都应作为未来节能减排措施的最主要的作用对象,需加快产业结构升级,扩大新能源技术的应用。农产品开发区和生态开发区应加快发展循环农业,有机低碳农业生态环境友好型产业。     

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。     

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...     

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。     

Students’ conceptions of the carbon cycle: identifying and interrelating components of the carbon cycle and tracing carbon atoms across the levels of biological organisation

This study investigates students’ conceptions of the carbon cycle with regard to the components they believe to be relevant to the carbon cycle, how they interrelate these components, the ways in which they trace carbon atoms, and the different levels of biological organisation they consider when doing so. A total of 142 students aged 13–16 years (grades 8–10) participated in the study. A total of 130 students completed the diagnostic task, and an additional 12 students completed both the diagnostic task and were interviewed. The primary results show that the students identified few components of the carbon cycle, tended to trace carbon atoms exclusively at the level of the organism, and had difficulties identifying organic carbon compounds, especially during processes in which carbon compounds are transformed. Considering the main educational implications, we recommend using an instructional strategy that traces carbon atoms across the different levels of biological organisation whilst connecting fragmented knowledge by integrating knowledge from physiology, biochemistry and ecology when teaching the carbon cycle.     

Land‐use contrasts reveal instability of subsoil organic carbon

Subsoils contain large amounts of organic carbon which is generally believed to be highly stable when compared with surface soils. We investigated subsurface organic carbon storage and dynamics by analysing organic carbon concentrations, fractions and isotopic values in 78 samples from 12 sites under different land‐uses and climates in eastern Australia. Despite radiocarbon ages of several millennia in subsoils, contrasting native systems with agriculturally managed systems revealed that subsurface organic carbon is reactive on decadal timeframes to land‐use change, which leads to large losses of young carbon down the entire soil profile. Our results indicate that organic carbon storage in soils is input driven down the whole profile, challenging the concept of subsoils as a repository of stable organic carbon.     

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。     

碳同位素技术在森林生态系统碳循环研究中的应用

碳同位素技术对碳素在生态系统中的迁移动态具有很好的示踪作用,在生态学各领域研究中应用广泛。土壤、大气、植物是森林生态系统的重要碳库,植物是大气和土壤交换碳元素的重要介质。本文简要总结了碳同位素技术在研究碳元素在植物体内以及植物、土壤、大气碳库之间的迁移规律和生态学过程中的应用,展望了该技术在森林界面学中的应用前景。     

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.     

四川森林土壤有机碳储量的空间分布特征

利用森林土壤实测数据与GIS相结合的研究方法估算了四川森林土壤有机碳密度和碳储量,研究了四川森林土壤有机碳密度的空间分布特征.四川森林土壤有机碳储量为(2394.26 ±514.15) TgC,平均碳密度为190.45 Mg·hm-2;四川不同森林类型土壤有机碳储量和碳密度差异较大,分别介于(5.05±0.37)～(1101.74±205.40) TgC、(102.69±21.09)～(264.41±49.24) Mg·hm-2之间,其有机碳含量、碳密度和碳储量都随土层厚度的增加而降低.四川森林土壤有机碳密度空间分布特征明显,总体上表现出随纬度、海拔高度的增加而增加,随经度的增加而减小.从森林土壤生态系统水平监测森林土壤有机碳储量有助于提高其估算精度.     

Carbon isotope (13C/12C) effect of photorespiration in photosynthetic organisms. Evidence for existence, probable mechanism

Experimental evidence in favor of the new phenomenon predicted for photosynthesizing organisms, the fractionation of carbon isotopes in photorespiration is presented. A possible mechanism of this process is discussed. The fractionation of carbon in isotopes photorespiration occurs in the oxygenase phase of the functioning of ribulosebisphosphate carboxylase/oxygenase (rubisco), the key enzyme of photosynthesis, which is capable to act as carboxylase and oxygenase. Which function of the enzyme is active depends on CO2/O2 concentration ratio, which periodically changes in a cell. The key reaction in the mechanism of carbon isotope fractionation in photorespiration is glycine decarboxylation, which results in the splitting and removal from the cell of CO2 enriched with 12C and the accumulation of 13C photorespiratory carbon flow. The coupling of photorespiration and CO2 photoassimilation gives rise to two isotopically different carbon flows, which fill up separate carbohydrate pools, which are the sources of carbon in the following syntheses in the dark phase of photosynthesis. This enables one to identify, from the carbon isotope ratio of metabolites, their involvement in the photorespiratory and assimilatory carbon flows, to investigate the pathways of carbon metabolism, and to estimate more thoroughly the biosynthetic role of photorespiration.     

Stable carbon isotope fractionations of the hyperthermophilic crenarchaeon Metallosphaera sedula

The stable carbon isotopic compositions of the inorganic carbon source, bulk cell material, and isoprenoid lipids of the hyperthermophilic crenarchaeon Metallosphaera sedula, which uses a 3-hydroxypropionate-like pathway for autotrophic carbon fixation, have been measured. Bulk cell material was approximately 3 per thousand enriched in 13C relative to the dissolved inorganic carbon, and 2 per thousand depleted in 13C relative to isoprenoid membrane lipids. The isotope data suggested that M. sedula uses mainly bicarbonate rather than CO(2) as inorganic carbon source, which is in accordance with a 3-hydroxypropionate-like carbon fixation pathway. To the best of our knowledge this is the first report of 13C fractionation effects of such a hyperthermophilic crenarchaeon.     

森林生态系统碳水关系及其影响因子研究进展

森林生态系统的碳水关系是陆地生态系统碳循环和水循环相互耦合的作用过程,对研究森林碳汇、森林生态水文过程和全球变化响应有重要意义.在全球变化背景下,森林生态系统碳水关系已成为生态水文学领域中的一个热点科学问题.本文在总结国际上森林碳汇研究的基础上,概述了森林碳水关系的过程机制,包括森林水分利用效率、不同尺度上的碳水关系、尺度推绎和碳水关系的模拟研究方面的进展;总结了影响森林碳水关系的因子和研究进展,包括水分条件、CO₂浓度升高、增温、氮沉降、臭氧浓度变化、辐射因子和海拔梯度因子对森林碳水关系的影响;最后对已有研究存在的问题进行了初步分析,并对未来研究内容和方向进行了展望.     

代谢组学在一氧化碳中毒研究的应用和展望

一氧化碳中毒是常见的以中枢神经系统损害为主的全身性疾病。一氧化碳作为一个脂溶性分子,进入细胞内造成组织缺氧。一氧化碳是否可以诱导产生其他特定的生物学效应,还需要我们去研究。代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后的又一新兴学科,在肿瘤、糖尿病、冠心病、肥胖症、脑卒中等多种临床疾病的相关研究中显示出巨大的潜力。将代谢组学技术应用到一氧化碳中毒研究中,可以加深对一氧化碳中毒发病机制的认识,丰富早期诊断方法,改善治疗效果的监测手段。但代谢组学技术在一氧化碳中毒研究中的应用仍是凤毛麟角,我们在此对代谢组学在一氧化碳中毒研究中应用及前景作一展望。     

不同退耕年限对菜子湖湿地表土有机碳组分与质量的影响

退耕还湿后土壤有机碳不同组分变化和有机碳质量的评价是退耕湿地生态恢复研究的重要内容。对安徽菜子湖湿地不同退耕年限(2、5、8、10和20a)的湿地土壤总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)的含量与有机碳质量进行了研究。结果表明,随着退耕年限增加,土壤TOC、POC、MOC含量均有显著增加,且退耕后土壤有机碳增加过程中,以POC为代表的活性有机碳优先恢复,而以MOC为代表的稳定有机碳恢复相对滞后。随着退耕年限增加,POC/MOC、TOC和POC的层化比(SR)增加,反映有机碳的活性明显提高。退耕期间所增加的有机碳在组成上以易降解的POC为主,在分布上以易降解的表层有机碳居多,因此有机碳库的稳定性并未明显提高。通过计算碳库管理指数(CPMI),发现土壤质量随着退耕年数增加而提高,根据CPMI变化趋势线,土壤质量大约需要13a才能恢复到对照水平;退耕湿地生态恢复过程中,有机碳数量(碳库指数CPI)恢复较快,而有机碳质量(碳库活度指数AI)恢复需要较长的时间,二者分别需7.6和22.7a恢复到对照水平。     

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。