造林对土壤碳储量影响的研究

全球气候变化和土地利用变化,体现了自然和人类活动对陆地生态系统的影响。造林,作为一种土地利用变化．能够改变陆地土壤碳储量。但其作用结果具有不确定性,受到多种因素的制约。本文对造林后土壤碳储量变化和影响这种变化的因素及其影响效果进行综述,介绍了土壤碳储量变化的研究方法,最后指出当前研究的不足和今后的努力方向。随着我国造林面积的扩大和人工林年龄的增加,加强造林后土壤碳积累机制及这种积累的空间分异和时间动态的研究,具有重要的政治意义和科学实践意义。     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。     

广西喀斯特移民迁入区土地利用变化对土壤有机碳和全氮储量的影响

土地利用变化是影响土壤碳、氮循环的重要因素,也是研究全球气候变化的热点.本研究基于固定深度法(FD)和等效质量法(ESM),从森林开垦和退耕还林还草两个角度探讨喀斯特移民迁入区土地利用变化对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)储量的影响.结果表明: 原始森林被开垦为草地、桉树林和农田后,SOC和TN储量均显著减少;基于FD方法计算的SOC和TN储量分别损失了47.4%、41.6%,而通过ESM方法计算的SOC和TN的损失率分别为54.8%、49.7%.农田撂荒为草地及种植桉树后,SOC和TN储量显著增加;基于FD方法计算的SOC和TN储量提高了60.5%、49.7%,通过ESM方法计算的SOC和TN分别增加85.5%和70.8%.FD方法忽略了土地利用变化后土壤容重的差异,而森林开垦后会显著增加土壤容重,因此,FD方法高估了SOC和TN储量;农田恢复后土壤容重减小,FD方法则会低估SOC和TN储量的增加.建议相关研究选择ESM方法测算土地利用变化对SOC和TN储量的影响.     

青藏高原土壤碳储量及其影响因素研究进展

青藏高原是全球变化的敏感区,也是泛第三极地区气候变化的启动区。青藏高原土壤碳作为生态系统碳库的重要组成部分,对生态系统碳循环过程具有非常重要的作用。目前,对青藏高原土壤碳储量的估算仍存在很大的不确定性。为此,本文综述了近30年来关于青藏高原土壤碳储量研究,比较不同研究的土壤碳储量估算结果,以固有因子和变化因子两类影响因素作为切入点,分析了土壤碳储量时空分异规律。从估算模型和方法看,CENTURY和TEM模型综合考虑了影响土壤碳储量的多种机理过程,结果可信度高于EVI、NDVI模型以及插值估算法。青藏高原草地土壤表层(0～20 cm)有机碳储量约10 Pg C(1 Pg=10~(15)g)。高原冻土区土壤有机碳储量(0～200 cm)约16.5 Pg C,土壤无机碳储量(0～100 cm)约14 Pg C。青藏高原土壤碳储量沿东南向西北方向逐渐降低,而关于变化因子对青藏高原土壤碳储量的作用规律还没有一致的认识。此外,采样点选择、数据源选择、估算深度以及估算方法等影响了青藏高原土壤碳储量估算结果的精确性。未来青藏高原土壤碳储量研究应建立土壤碳储量估算标准来提高结果的可比性;同时增大采样区、采样量以及采样深度并保障采样周期的时间连贯性等,有效减少土壤碳储量估算不确定性。以期更好地理解和预测未来青藏高原生态系统对气候变化的响应。     

土壤有机碳对外源氮添加的响应及其机制

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成, 在全球碳循环中发挥着重要的作用。受元素化学计量平衡调控作用, 氮输入的增加将会对土壤有机碳库产生重要影响。然而, 目前关于陆地生态系统碳库对氮添加的响应主要集中在植被碳库, 对土壤碳库研究较少, 且研究结论争议较大, 尤其对其响应机制缺少系统梳理。该文作者通过对已有文献进行梳理, 认为生态系统类型、土壤碳变化的检测方法、土壤深度, 以及土壤稳定性碳和易变碳含量的差异可能是造成当前研究土壤碳汇增量(每克氮输入所增加的碳)差异的重要原因。氮添加条件下土壤有机碳的积累机制可能包括3个方面: 1)氮添加增加了凋落物输入, 促进了碳积累; 2)氮添加减少土壤碳输出, 尤其是抑制了稳定性碳的分解; 3)促进土壤腐殖质及稳定性碳的形成。此外, 该文结合当前研究中存在的不足, 提出今后需加强对深层土壤碳、土壤可溶性有机碳的淋溶及吸附, 以及不同土壤碳组分对氮添加的响应研究, 并通过改进检测方法减少氮添加条件下碳储量的测量误差。     

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。     

The response of ecosystem carbon and nitrogen pools to experimental warming in grasslands: a meta-analysis

草地生态系统碳氮库对增温响应的整合分析 陆地生态系统碳氮耦合过程有可能改变全球碳循环对气候变化的敏感性。然而,碳氮的交互作用对陆地生态系统碳固存的贡献仍不明确。本研究采用Meta分析的方法量化了野外增温条件下草地碳氮储量的变化,并且进一步评估了3个主要的碳氮耦合过程(生态系统氮总量的变化,氮在植被和土壤之间的重新分配,植被与土壤碳氮比的变化)对草地碳固存的相对贡献。增温使得土壤、凋落物 和植被的碳氮比增加,并导致约2%的氮从土壤转移到植被和凋落物中。增温提高了植被和凋落物的碳储量(111.2 g m⁻²),而降低了土壤的碳储量(30.0 g m⁻²),由此可见,增温提高了整个草地生态系统的碳储量。碳氮比的变化是温度升高条件下草地碳储量增加的主要贡献者,氮的重新分配次之。相反,氮总量的减少则降低了生态系统的碳储量。这些结果表明,温度升高对草地生态系统碳氮储量的变化及其耦合过程具有显著的影响,建议生态模型考虑碳氮循环的交互作用,以便更准确地预测未来陆地碳储量的变化。     

Changes in carbon storages of Fagus forest ecosystems along an elevational gradient on Mt. Fanjingshan in Southwest China

森林生态系统碳库通常包括植被、土壤、凋落物与木质残体等几个组分。本研究旨在探讨中国一种重要的森林生态系统—水青冈林(Fagus L.)中这些碳库的沿海拔梯度格局变化及其驱动因子。在中国贵州省梵净山,沿海拔梯度(1095–1930 m)调查了9个水青冈林各碳库的碳储量。采用方差分解探讨了林龄、气候及其他因子对碳储量的影响,同时对梵净山与贵州和全球其他地区水青冈林的碳储量进行了比较。梵净山水青冈林生态系统碳储量在190.5–504.3 Mg C ha^–1之间,其主要组分包括植被碳库(33.7–73.9%)和土壤碳库(23.9–65.5%),而木质残体(0.05–3.1%)和凋落物(0.2–0.7%)对该生态系统碳储量的贡献不超过4%。随海拔升高,生态系统碳储量呈增加趋势,其中植被与木质残体碳库增加,而凋落物与土壤碳库无明显的变化趋势。对梵净山水青冈林,气候与林龄是其各组分碳储量海拔格局形成的主要原因;而对于全球水青冈林,林龄是其碳储量变化的主导因子。相比全球其他地区的水青冈林,贵州水青冈林具有较高的植被碳储量积累速率,这可能与贵州较高的降水量有关。本研究结果有助于理解中国水青冈林碳收支及其在区域碳循环中的可能作用,同时强调了林龄与气候对碳积累的重要性。     

中国湿地碳储量分布特征及其影响因素

湿地巨大的碳储存能力使其在稳定全球气候变化中占有重要地位,并对全球土壤碳储量做出重要贡献.本文在阐明湿地碳储量估算方法的基础上,分析我国主要湿地区碳储量并讨论气候、植被、土壤性质、土地利用等因素对湿地碳储量的影响.结果表明:东北湿地区和青藏高原湿地区是八大湿地区中碳储量最高的两大区域;泥炭湿地的高稳定性、低分解率及酚氧化酶的作用使其成为内陆地区碳储量最高的湿地类型;单一因素的双向干扰及多重因素的交互作用使得湿地碳储量的影响因素和作用机理更加复杂.注重多重因素的交互作用,并结合数据同化技术,有利于湿地碳储量及湿地生态系统价值预测与评估.     

氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响

森林土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。不断加剧的全球氮沉降有可能改变森林生态系统中碳元素的地球化学循环过程,从而引起森林土壤碳储量的变化。本文从森林土壤碳收支的角度,将氮沉降对森林生态系统土壤碳库影响的复杂过程划分为凋落物分解、细根周转、土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失4个相对独立的过程。综合国内外研究现状,对其进行了简要评述,指出了目前研究的不足,并探讨了这一研究领域的发展方向。     

气候变化对陆地生态系统土壤有机碳储量变化的影响

通过研究气候变化对土壤有机碳储藏的影响,对预测未来气候变化下土壤有机碳动态变化与深入理解陆地生态系统变化和气候变化之间的相互作用有着极其重要的意义。本文归纳了土壤类型法、模型模拟法等途径对土壤有机碳储量估算的结果并分析它们各自的不确定性,综述了气候变化对土壤碳贮藏影响机理的研究与相应过程模拟的模型研究进展,并综合分析了当前研究中还存在的问题与不足。     

岩溶区土地利用变化对土壤有机碳与岩溶碳汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响是当今全球碳循环和气候变化研究的热点。土地利用变化对土壤有机碳含量、组分及稳定性产生影响,从而影响土壤CO_2,进而控制岩溶地质过程的碳汇效应。本文综述了岩溶区土地利用变化对土壤有机碳与岩溶地质过程的影响,阐明了岩溶区土地利用变化对土壤有机碳及其组分影响的过程与机理,土地利用变化对岩溶地质过程影响的土壤CO_2浓度调控机制、水循环影响及无机酸干扰等影响机制。提出了土壤固碳的团聚体归宿和分配,团聚体物理保护机制及钙的化学稳定机制是当前岩溶土壤有机碳深化的方向;土壤CO_2、水循环和无机酸在土地利用变化过程中以何种关系共同影响岩溶碳汇强度;水生光合作用利用DIC形成的稳定有机质与DIC、AOC通量的关系及其对土地利用变化的响应机理是岩溶碳循环前沿领域;而石漠化治理对岩溶碳循环的影响及相关固碳增汇技术的研究是需要重视的工作。     

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。     

城市土壤碳循环与碳固持研究综述

城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面,城市为人们了解人类与自然复合生态系统对全球变化的影响及其对全球变化的响应过程提供一个独特的"天然实验室"。陆地生态系统碳循环是全球变化研究的热点领域之一,然而,人们对城市在全球碳循环中的作用和影响知之甚少,城市土壤碳循环研究处于起步阶段。介绍了城市土壤的主要特性和碳循环特征,指出强烈的人为作用是其最突出的特点;综述了城市土壤碳库、碳通量和碳固持研究方面取得的进展;探讨了城市化过程中土地利用变化、土壤中生物及土壤管护措施、城市小气候、大气污染沉降和土壤污染等对土壤碳循环的影响;提出未来城市碳循环研究需要开展长期系统监测、深化城市土壤碳循环机制研究、创新研究范式和研究方法、并将研究成果与城市景观规划与设计相结合,提升城市土壤碳管理能力。     

基于地面观测的陆地生态系统碳储量多源数据整合方法

陆地生态系统有机碳储量通常指一定面积的植被、土壤和凋落物的有机碳存储量总和。准确评估陆地生态系统碳储量现状和变化,对于揭示全球变化对陆地生态系统碳库的影响、指导政府决策者制定气候应对策略和评估现有措施的有效性等具有重要意义。地面观测数据是生态系统碳储量及其变化评估的重要数据源之一,但目前除少数生态站开展了长期地面数据观测外,绝大多数地面观测数据呈现出多源化、相互不匹配、时间不连续等特点;因此,迫切需要发展科学、规范化的多源数据整合方法,将这些多源、分散的地面观测数据整编形成长期系统的地面动态观测数据集,提高数据资源价值。从陆地生态系统碳储量组分及其基本算法着手,系统梳理了植被和土壤碳储量估算中植被不同器官生物量和碳含量、土壤碳含量、土壤容重等关键参数的观测现状,并详细介绍了这些关键参数的科学推导方法。此外,也进一步讨论了多源地面观测碳储量数据整合的方法,并展望了该方法体系未来的发展方向,期待能为后续相关研究提供可借鉴的规范性方法。     

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。     

基于1∶100万土壤数据库的中国土壤有机碳密度及储量研究

基于中国1∶100万土壤数据库,利用土壤有机碳储量和碳密度的空间化表达和计算方法研究中国土壤有机碳密度及储量.土壤空间数据库包含926个土壤类型单元,690个土属类型,94000多个图斑;土壤属性数据库收录了7292个全国各类型土壤的剖面数据,包括81个土壤属性字段.研究采用“土壤类型GIS连接法”实现土壤剖面有机碳密度与图形图斑连接,通过制图单元碳储量求和得出全国或者区域碳储量,并利用面积平均法计算全国及各类型土壤的有机碳平均密度.结果表明,中国的土壤面积共有928.10×104km2,有机碳储量为89.14Pg(1Pg=1015g),土壤平均碳密度9.60kg.m-2,是目前与真值最为接近的研究结果.     

宁夏引黄灌区土壤有机碳密度时空变化特征

利用1980年全国第二次土壤普查的102个土壤剖面(0~100 cm)和147个表层样(0~20 cm),以及2009年采集的39个土壤剖面和241个表层土样属性数据,分别计算灌区表层和剖面土壤有机碳密度,通过对比分析,研究了宁夏引黄灌区近30年来土壤有机碳储量的变化特征。结果表明:1980—2009年,宁夏引黄灌区表层(0~20 cm)土壤有机碳密度由16.57 Mg C·hm-2增至21.44 Mg C·hm-2,平均年增幅为0.98%(P0.01);剖面(0~100 cm)土壤有机碳密度平均由55.70 Mg C·hm-2增至58.49 Mg C·hm-2,平均年增幅为0.17%(P0.05);土壤类型是影响灌区土壤有机碳储量的主导性因素;灌区土壤有机碳密度与灌溉时间之间有较强的相关性(P0.01),灌溉耕作时间越长,土壤有机碳密度越高;单位面积化肥施用量、单位面积作物产量及作物种植类型对灌区土壤有机碳变化产生了重要影响;气温和降水对土壤有机碳变化影响不明显。引黄灌溉耕作对提高灌区土壤有机碳储量和降低温室气体排放具有积极的作用。     

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。     

湿地生态系统碳储量估算方法综述

湿地生态系统碳储量测算一直是湿地研究领域的难点。目前仅能粗略估算湿地生态系统碳储量,很难做到精确计算。本文对湿地生态系统各组成部分碳储量估算方法进行分析,指出湿地生态系统碳储量估算应当充分融合水域和陆域各碳储存库的估算方法。另外,对影响湿地生态系统碳储量估算精度的各种因素进行了总结,认为湿地面积、碳密度以及水体、土壤和沉积物的深度是影响区域尺度碳储量估算精度的主要因素。