基于数字土壤制图技术的土壤有机碳储量估算

精准的土壤属性空间分布信息有助于提升土壤有机碳储量估算的精度.本研究以河南省济源市南山林场为研究区,以地形因子为预测因子,利用模糊C均值(FCM)聚类方法对土壤有机碳含量、土壤容重、土壤厚度和土壤砾石含量进行数字土壤预测制图,基于数字制图结果实现土壤有机碳密度预测制图和土壤有机碳储量估算.结果表明:基于数字土壤制图方法...     

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.     

土壤活性有机质(碳)的内涵和现代分析方法概述

土壤有机物质的活性成分是对土壤养分、植物生长乃至环境、大气和人类有影响的有效物质。在现代土壤研究中,出现了与之相关的繁多术语和应用指标,但是它们的内涵尚为混乱,其分析方法也缺乏系统的归纳。本文对土壤溶性有机碳(DOC)和水溶性有机碳(WSOC)、土壤有效碳(AC)、土壤潜在可矿化碳(PMC)、土壤易氧化碳(ROC)、土壤微生物量碳(SMBC)、土壤轻组有机碳(LF—C)几种较为普遍应用的土壤活性有机质(碳)从概念指标、分析意义到分析方法做了较系统的描述与理顺,以期对土壤有机质应用上的研究起到积极作用。     

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。     

秸秆施用及蚯蚓活动对土壤活性有机碳的影响

在连续6年稻麦轮作的小区试验中,研究了施用秸秆(表施或混施)和接种蚯蚓对农田土壤有机碳(SOC)和不同活性有机碳的影响.结果表明：施用秸秆6年后,土壤有机碳含量显著增加,且表施秸秆比混施秸秆更有利于土壤有机碳含量增加,在不同的秸秆施用条件下,接种蚯蚓未对土壤有机碳含量产生显著影响.表施秸秆和混施秸秆均能使土壤活性有机碳含量增加或显著增加,混施秸秆较表施秸秆更有利于热水提取态碳(HWEC)、可矿化碳(PMC)、酸提取态碳(AEC)、易氧化态碳(ROC)、颗粒有机碳(POC)和轻组有机碳(LFOC)含量增加,而可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的变化与秸秆施用方式关系不大.在施用秸秆条件下,接种蚯蚓使不同活性有机碳的响应各异,不同处理中的土壤有机碳活性表现为秸秆混施+蚯蚓>秸秆混施>秸秆表施>秸秆表施+蚯蚓>对照.秸秆的施用方式是影响土壤有机碳与活性有机碳的主要因素,而蚯蚓活动则并非对所有的土壤活性有机碳有显著影响.     

滨海盐沼湿地有机碳的沉积与埋藏研究进展

滨海盐沼湿地有着较高的碳沉积速率和固碳能力,在缓解全球变暖方面发挥着重要作用,而盐渍土壤是滨海盐沼湿地碳收支研究中最大的有机碳库,研究其碳沉积与埋藏对于理解滨海湿地碳收支有着重要的意义.本文从滨海盐沼湿地土壤有机碳的来源、土壤有机碳库与沉积速率、盐沼湿地有机碳的埋藏机制、全球变化与滨海盐沼湿地碳封存等几方面对滨海盐沼湿地有机碳沉积与埋藏的相关研究进行综述.今后研究应侧重:1)加强对控制滨海盐沼湿地碳储存变异的基本因素的进一步研究;2)对测量滨海盐沼湿地沉积物碳储量和沉积碳埋藏速率的方法进行标准化;3)对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进行量化;4)探明全球变暖的影响和生产力的提高是否可以抵消因呼吸增强而造成的有机碳降解速率的升高.确定固碳速率变化驱动因子,理解气候变化和人类活动对碳埋藏的影响机制,有助于提升我国滨海盐沼湿地的固碳能力.     

子午岭林区生态系统转换对土壤有机碳特征的影响

生态系统转换影响土壤有机碳的动态、循环及环境质量.本研究分析了子午岭林区农田、草地、灌丛和森林不同生态系统土壤总有机碳、活性有机碳和稳定性有机碳含量.结果显示:各生态系统中,表层(0~10 cm)土壤总有机碳含量显著高于深层土壤(40~70 cm).与农田生态系统表层土壤相比,草地、灌丛、森林生态系统土壤总有机碳含量分别增加82.07%、121.67%和183.16%,深层土壤有机碳含量也有类似的趋势;从增加的绝对值来看,表层土壤活性有机碳含量分别增加2.24、4.13和5.43 g/kg,土壤稳定性有机碳含量分别增加4.76、6.23和10.18g/kg.表明农田生态系统转换为林、草生态系统,有利于土壤有机碳的积累.而且,土壤作为碳“汇”的功能增强,更有利于CO2固定和生态环境改善.     

湛江高桥红树林湿地有机碳分布及埋藏特征

红树林是世界上单位生产力最高的生态系统之一,其能够持续地固定有机碳,对全球碳平衡和生物地球化学循环有着深远影响。以广东湛江国家级红树林自然保护区高桥核心区为研究区,旨在分析我国典型红树林湿地的固碳潜力,为红树林湿地碳计量提供依据。在垂直于海岸线的两条样线上选取6个不同潮位的样点进行沉积柱取样分析,通过重铬酸钾氧化-外加热法测定有机碳含量,基于放射性同位素~(210)Pb定年推演沉积率,并对湿地有机碳密度和埋藏率进行计算。结果表明:研究区红树林湿地有机碳含量2.14—36.94 g/kg,平均(12.79±9.91)g/kg。红树林湿地有机碳密度为(0.0100±0.0056)g/cm3,空间上差异显著显著,水平方向上两条样线均以中带样点的有机碳密度最大,近陆侧(内带)样点的有机碳密度高于近海侧(外带);垂直方向上,内带和外带样柱的有机碳密度均以表层最高,而且随深度增加而减小。研究区红树林湿地百年尺度上沉积率为6.5—11mm/a,且外带样点沉积速率显著快于内带样点。有机碳埋藏率空间差异大,外带样点为(34.58±7.67)g m-2a-1,而中带样点可达150.56 g m-2a-1。红树林湿地有机碳的分布受潮位的影响大,更高潮位点和表层的有机碳含量和密度更高,而处于低潮位的外带样点的有机碳沉积更快。研究区红树林湿地有机碳含量和密度比更低纬度带低,但均高于地带性陆地植被,且其能够通过持续的沉积过程来捕捉和固定有机碳,固碳潜力大。     

Bacterial consumption of total and dissolved organic carbon in the Great Barrier Reef

Heterotrophic bacteria typically take up directly dissolved organic matter due to the small molecular size, although both particulate and dissolved organic matter have labile (easily consumed) compounds. Tropical coastal waters are important ecosystems because of their high productivity. However, few studies have determined bacterial cycling (i.e. carbon uptake by bacteria and allocation for bacterial biomass and respiration) of dissolved organic carbon in coastal tropical waters, and none has determined bacterial cycling of total and dissolved organic carbon simultaneously. In this study we followed bacterial biomass and production, and organic carbon changes over short-term (12 days) dark incubations with (total organic carbon, TOC) and without particulate organic carbon additions (dissolved organic carbon, DOC). The study was performed at three sites along the middle stretch of the Great Barrier Reef (GBR) during the dry and wet seasons. Our results show that the bacterial growth efficiency is low (0.1–11.5%) compared to other coastal tropical systems, and there were no differences in the carbon cycling between organic matter sources, seasons or locations. Nonetheless, more carbon was consumed in the TOC compared to the DOC incubations, although the proportion allocated to biomass and respiration was similar. This suggests that having more bioavailable substrate in the particulate form did not benefit bacteria. Overall, our study indicates that when comparing the obtained respiration rates with previously measured primary production rates, the GBR is a heterotrophic system. More detailed studies are required to fully explore the mechanisms used by bacteria to cycle TOC and DOC in tropical coastal waters.

     

南方不同“冬种+双季稻”种植模式对土壤有机碳和作物产量的影响

设置了冬闲-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、大蒜-双季稻,马铃薯、紫云英、油菜轮作接茬双季稻5个处理,通过3年(2013—2015)大田试验,系统研究了双季稻田冬季复种对产量和土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数等的影响。结果表明:冬种作物早稻产量均高于对照,晚稻产量除冬种油菜有所降低外,其他各冬作处理均高于对照。各冬种处理土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量和碳库指数较冬闲处理均有显著提高。土壤碳库管理指数除了冬季作物轮种处理外,其他冬种处理较冬闲处理均有显著提高。土壤总有机碳与活性有机碳和微生物量碳之间呈极显著相关,与可溶性有机碳和碳库管理指数存在显著相关,碳库活度和碳库活度指数各冬种处理也有所提高,但影响不显著。     

不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响

通过两个生长季试验,研究了不同耕作方式和秸秆还田及其交互效应对小麦全生育期0～20 cm土壤有机碳含量的影响.结果表明：小麦不同生育时期0～20 cm土层有机碳含量呈明显的动态变化;秸秆还田各处理的有机碳含量都高于无秸秆还田处理;保护性耕作措施土壤有机碳增加量显著高于传统翻耕.除传统翻耕处理外,各处理0～10 cm土层的有机碳含量都高于10～20 cm土层,秸秆还田各处理0～10 cm土层有机碳含量表现为深松(PS)＞旋耕(PR)＞免耕(PZ)＞耙耕(PH)＞传统翻耕(PC),而10～20 cm土层表现为传统翻耕(PC)＞深松(PS)＞旋耕(PR)＞耙耕(PH)＞免耕(PZ),说明保护性耕作措施能提高0～10 cm土层的有机碳含量.多因素方差分析表明：耕作因素、秸秆因素和两者交互效应在不同生育期对0～20 cm土层的有机碳含量都有显著影响.     

土壤铁矿物形态转化影响有机碳固定研究进展

铁是地壳中丰度第四高的元素,其可通过多种方式影响土壤有机碳累积,尤其铁氧化物与土壤有机碳相互作用形成的稳定有机-矿物复合物,被认为是土壤可溶性有机碳长期固定的关键地球化学机制。促进土壤固定有机碳不仅可以提高土壤质量和肥力,还是应对全球气候变化的主要策略之一。然而,铁活跃的氧化还原反应和多样化的赋存形态,使其转化过程对土壤有机碳累积和稳定性的影响结果受到诸多生物和非生物因素调控。从不同角度,结合多学科的研究成果,综述了近年来国内外关于铁矿物形态转化影响土壤有机碳固定的相关研究,包括铁矿物形态转化过程、土壤有机碳固定机制、铁矿物形态转化影响土壤有机碳固定的机制及其主要影响因素(各种环境条件、自身的铁矿物性质、碳源质量等方面),强调铁在土壤有机碳固定过程中的重要作用。对铁固定土壤有机碳的相关研究提出了建议,为今后研究提供相关参考。     

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。     

长三角典型城郊土地利用变化及其土壤碳氮响应

城市化在改变城市周边土地利用及其空间布局的同时,也改变了城郊土壤的碳氮循环等关键生物地球化学过程。明确城郊地区土地利用变化及其对土壤碳氮储量的影响,可有效揭示城郊地区土壤肥力提供等关键生态系统服务的演变特征。以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,分析了1974年至2015年其土地利用变化特征,并采用DNDC模型模拟了土地利用变化所引起的土壤碳、氮储量变化。研究表明该流域内农地和林地面积均在不断减小,而园地和城镇建设用地面积在不断增加。模拟表明农地单位面积有机碳、总氮含量逐年降低,而林地则不断增加,园地呈波动变化,不同土地利用类型的单位面积有机碳和总氮含量对温度和降雨的变化有不同程度的响应。随着城郊地区土地利用变化,流域内农地土壤有机碳和总氮储量逐年降低,园地和林地土壤有机碳和总氮储量逐年增加,土地利用变化决定了流域土壤有机碳和总氮的储量变化特征。     

Substrate and environmental controls on microbial assimilation of soil organic carbon: a framework for Earth system models

A mechanistic understanding of microbial assimilation of soil organic carbon is important to improve Earth system models’ ability to simulate carbon‐climate feedbacks. A simple modelling framework was developed to investigate how substrate quality and environmental controls over microbial activity regulate microbial assimilation of soil organic carbon and on the size of the microbial biomass. Substrate quality has a positive effect on microbial assimilation of soil organic carbon: higher substrate quality leads to higher ratio of microbial carbon to soil organic carbon. Microbial biomass carbon peaks and then declines as cumulative activity increases. The simulated ratios of soil microbial biomass to soil organic carbon are reasonably consistent with a recently compiled global data set at the biome level. The modelling framework developed in this study offers a simple approach to incorporate microbial contributions to the carbon cycling into Earth system models to simulate carbon‐climate feedbacks and explain global patterns of microbial biomass.     

垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响

土壤有机碳是土壤质量变化的重要指标,土壤活性有机碳组分在土壤质量变化方面发挥重要作用。采用有机碳分组技术,研究了干旱荒漠区自然土壤开垦对绿洲农田土壤有机碳活性组分及团聚体稳定性的影响。结果表明:低有机碳含量的自然土壤垦殖后,有利于干旱荒漠区绿洲棉田土壤有机碳的积累,且垦殖(0-5a)增加显著,年均增加在0.65gkg-1以上,上升幅度为76%-286%,5a后维持在相对平衡的水平;土壤活性有机碳、轻组有机碳在垦殖0-5a显著增加,平均增加72%和99%,5a后下降;颗粒有机碳则表现出垦殖0-10a明显增加,增加在275%以上,10a后下降;土壤水稳性团聚体含量随垦殖年限的延长显著增加,0-20a内较自然土壤提高了75%。垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇的重要影响因素;但随垦殖年限延长,土壤有机碳活性组分下降,土壤质量又存在一定的退化风险。     

六盘山华北落叶松土壤有机碳沿海拔梯度的分布规律及其影响因素

以六盘山自然保护区华北落叶松林地土壤（海拔范围为1800-2700 m）为研究对象,选取1900、2100、2300、2500 m 4个海拔梯度,研究华北落叶松林土壤有机碳含量、有机碳密度沿海拔梯度的分布规律及其影响因素,以期为准确估算华北落叶松林土壤有机碳储量及其固碳效益评价提供科学依据。结果表明：（1）六盘山不同海拔梯度华北落叶松林土壤粒径范围主要集中在粗粉粒、细粉粒和极细砂粒,粘粒含量最少,不足1%。林地土壤呈中性或弱碱性,pH均值范围为6.74-8.19;除土壤pH外,其他土壤理化指标沿海拔梯度的分布差异不显著（P>0.05）。（2）在1 m的标准土壤剖面内,土壤有机碳含量变化范围为15.80-35.45 g/kg,总有机碳密度的分布在21.34-42.28 kg/m²,且深层（40-100 cm）土壤有机碳含量及其密度在各海拔梯度内的变异程度大于表层土壤。（3）随着海拔的升高,土壤有机碳含量及其密度的表聚现象逐渐不明显;同一海拔高度,土壤有机碳含量和碳密度均随土层深度的增加而逐渐降低;同一土层深度土壤有机碳含量及其密度均随海拔的升高呈先增加后减少的趋势,而在整个土壤剖面上,土壤有机碳含量及其密度在较低海拔区域（小于2100 m）的变异程度较大。（4）冗余分析（RDA）表明：土壤理化性质可以解释华北落叶松林土壤有机碳含量及其密度81.02%的变异,其中电导率是影响华北落叶松土壤有机碳沿海拔梯度变异的主导因子,占环境因子总解释量的67.4%。     

喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响

通过选取喀斯特山区火龙果园、草丛、花椒林、乔木林和灌草丛为研究对象,对其土壤团聚有机碳和团聚体活性有机碳分布与积累特征进行研究,结果表明:各土地利用方式下的团聚体组成均以＞0.5 mm团聚体为主,其含量可占团聚体总量的82.57％-94.79％;各粒级团聚体中有机碳和活性有机碳的含量均以乔木林最高,花椒林和火龙果园相对居中,而以草丛和灌草丛较低,随土壤团聚体粒径降低,有机碳和活性有机碳的峰值基本出现在＜0.25 mm粒级团聚体,但该粒径对土壤有机碳和活性有机碳的贡献率却不足6％和4％;土壤有机碳和活性有机碳的累积均受5-1 mm团聚体中有机碳和活性有机碳含量增加的影响,该粒级团聚体对有机碳和活性有机碳的贡献率也分别达28.70％-49.47％和34.13％-47.47％,可将5-1 mm粒径团聚体作为喀斯特山区的土壤有机碳固定的特征团聚体;土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著正相关关系(r=O.8768),表明团聚体活性有机碳可以作为衡量喀斯特山区土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

雷竹克隆系统出笋期有机碳分布变化规律

植物光合碳同化物为植物的生长提供所需的物质和能量。目前,对植物有机碳分布虽已展开了大量研究,但对竹类植物出笋期有机碳转移机制的研究还比较缺乏。测定了分株数量为单株、双株和三株的雷竹克隆系统出笋期分株各器官的有机碳含量,以期进一步了解雷竹克隆系统出笋期有机碳转移变化规律。研究发现:雷竹分株不同器官有机碳含量差异显著,且在出笋期发生显著变化,出笋前:枝(52.64%)叶(47.18%)秆(40.98%)鞭(40.13%)根(35.14%),出笋完成后:枝(48.20%)秆(47.84%)叶(45.53%)鞭(45.52%)根(44.29%),枝、叶有机碳含量呈先下降后上升趋势,根、秆、鞭有机碳含量呈"N"型变化规律;单株、多株系统雷竹分株各器官有机碳含量降幅与出笋量成反比,随分株数量增加,出笋量增加,而各器官有机碳含量降幅减小;双株系统中1年生雷竹各器官有机碳含量降幅大于2年生竹,三株系统中3年生雷竹各器官有机碳含量降幅大于1年、2年生竹。这些结果表明:出笋影响雷竹各器官有机碳分配格局,出笋时各器官间有机碳资源发生转移,其中枝、叶有机碳含量降低而根、秆、鞭有机碳含量增加;各器官间源-汇关系发生变化,分株间有机碳资源存在共享,分株数量增加出笋量增加且系统内分株的损耗减小;分株年龄是影响雷竹不同器官出笋期有机碳含量变化的影响因素之一。因此,调整雷竹林年龄结构对提高雷竹林出笋量及经济效益有十分重要的现实意义。     

河流有机碳的输出通量及性质研究进展

综述河流有机碳输出过程的最新研究进展．指出受人类经济活动的干预,对气候变化响应最敏感的陆地有机碳库的侵蚀通量发生了复杂变化;河流有机碳不但记录了流域侵蚀的历史和现状。还对近海沉积过程和水域生态环境产生重要影响;河流有机碳在通量和性质等方面存在着明显的地区性及流域间差异,且以季风流域与非季风流域之间的对比最为明显;随着水文动力过程的变化,同一流域河流有机碳的性质也发生显著变化;河流有机碳在自陆地生态系统向海洋输送的过程中,放射性同位素组成可因水体微生物的代谢改造而发生变化．使得河流有机碳的^14C年龄偏老．