农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子

土壤有机碳(SOC)的数量和质量在很大程度上与维持和提高土壤肥力密切相关。农田生态系统土壤碳库研究一直是农业、生态和环境领域的一个主要方向。土地利用、耕作、作物类型、种植密度、灌溉、施肥以及其他人为活动等,对农田生态系统土壤有机碳库的变化均能产生影响。本文综合评述了农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子,土壤碳截获潜力,维持和提高土壤有机碳库的措施,以及农田土壤碳截获在温室气体减排及气候变化中的潜在作用等,最后提出了农田生态系统土壤有机碳库研究的主要方向。     

纳帕海高原湿地浮游病毒丰度及其与可溶性有机碳关系

【背景】浮游病毒在有机碳循环中具有重要作用。【目的】研究纳帕海高原湿地不同季节水样及土样中的浮游病毒和细菌丰度,并分析不同季节浮游病毒丰度与可溶性有机碳的关系。【方法】利用荧光显微镜技术检测不同季节水样中浮游病毒和细菌丰度,利用流式细胞仪技术检测不同季节土壤样品中病毒颗粒和细菌丰度。【结果】雨季所有样品浮游细菌和浮游病毒丰度分别为3.38×10~6/mL和4.38×10~7/mL,旱季所有样品的浮游细菌和浮游病毒丰度分别为8.85×10~5/mL和9.66×10~6/mL,浮游细菌和浮游病毒丰度年平均值分别为2.13×10~6/mL和2.67×10~7/mL。不同季节浮游细菌和浮游病毒的丰度有显著性差异,雨季明显高于旱季(P0.01)。雨季细菌碳产量为8.01μg C/(L·h),旱季为10.30μg C/(L·h)。雨季浮游病毒裂解细菌贡献的可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)占总DOC库的32.38%-76.38%,而旱季为8.23%-47.87%。【结论】浮游病毒在纳帕海高原湿地有机碳循环中具有重要作用。     

Seasonal patterns of viruses, bacteria and dissolved organic carbon in a riverine wetland

SUMMARY 1. Viral and bacterial abundances were studied in relation to environmental attributes over an annual period, for both planktonic and attached (sediment, aquatic macrophyte and submerged wood) habitats, in a riverine wetland.
2. Annual mean abundance of planktonic viruses ranged from 2.3 × 10⁵−3.8 × 10⁵ particles mL⁻¹ and varied according to sampling site. Significant seasonal patterns in viral abundance were evident and appeared to be linked to variations in bacterial abundance, dissolved organic carbon and inorganic nutrients.
3. Annual mean abundance of viruses associated with surfaces ranged from 1.3 × 10⁶ particles cm⁻² on aquatic macrophytes to 1.1 × 10⁷ particles cm⁻² on wood and also showed seasonal patterns. The difference in viral dynamics among the different sites emphasizes the importance of considering habitat diversity within wetlands when examining microbial communities.     

鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子

在南矶湿地国家级自然保护区设置采样带,对鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子进行了研究。结果表明:1)湿地土壤0～15、15～30、30～50cm有机碳含量分别为1.07%～3.52%、0.31%～1.96%、0.27%～0.92%,有机碳含量自表层以下急剧降低。2)湿地土壤0～50cm有机碳密度变化范围为3.02～10.19kg·m-2,其中,表层0～15cm约占42.5%～72.6%;土壤有机碳含量、碳密度均以苔草植物群落最高,其他依次为南荻群落、南荻+苔草群落、芦苇群落、水蓼群落。3)土壤水分与植物生物量是鄱阳湖湿地土壤有机碳分布的2个主要影响因子,土壤水分能解释湿地表层0～15cm有机碳40%的变异,总生物量则能解释28%的土壤有机碳变异。4)鄱阳湖湿地碳密度与长江中下游地区的湖泊湿地类型具有较好的可比性,远低于若尔盖、三江平原等冷区泥炭湿地类型。     

白洋淀湿地区土壤有机碳密度及储量的空间分布特征

湿地生态系统碳储量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,提供重要的生态系统服务功能。白洋淀湿地是国家重要生态湿地和华北平原最大的淡水湿地,同时是雄安新区的核心水系,湿地区土壤碳储量的估算研究将为湿地生态系统服务评估和湿地生态恢复提供数据支撑。研究通过对白洋淀湿地7种不同地类的105个土壤剖面进行分层取样,揭示了其湿地土壤有机碳密度及储量的空间分布特征,结果表明:(1)白洋淀湿地区土壤有机碳含量整体偏低,在各层土壤中,淹水芦苇湿地的有机碳含量均显著高于其他植被类型,约为其他类型土壤碳含量的3倍左右。(2)在各植被类型中土壤有机碳含量均以表层(0—20 cm)最高,其分配比例均集中在30%左右,随着土壤剖面深度的增加,湿地土壤的有机碳含量逐渐减少。(3)不同植被类型土壤有机碳含量与土壤有机碳密度的差异显著,具体表现为:乔木园地<旱地<常绿针叶林<落叶阔叶林<水田<台田芦苇<淹水芦苇。(4)根据估算,白洋淀湿地区的土壤有机碳储量约为5816.77×10³Mg。随着雄安新区环境治理工作的推进,白洋淀湿地区生态系统固碳将呈现持续向好态势,结...     

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．     

红壤稻田生态系统有机物料循环对土壤有机碳转化的影响

通过对12年田间定位试验数据的分析,研究了红壤稻田生态系统有机物料循环再利用对土壤有机碳积累的贡献及其对转化的影响。结果表明,红壤稻田生态系统有机物料循环再利用可促进土壤有机碳的积累、改善腐殖质组分和改良有机质品质。红壤稻田生态系统内有机物料循环再利用,土壤有机碳的年增速率最大可达到0.37 g.kg-1;12年间易氧化有机碳最大增量达到3.8 g.kg-1,胡敏酸和富里酸最大增量分别达到3.06和1.63 g.kg-1。预测结果显示,有机物料循环再利用红壤稻田生态系统土壤有机碳50年内可提高8.3~18.9 g.kg-1,增长率达到62.0%~140.7%。     

艾比湖湿地土壤有机碳及储量空间分布特征

土壤碳储量的研究是全球碳循环研究的热点,土壤碳库的变化对全球气候变暖、维护生态平衡都有着重要的意义。新疆的艾比湖湿地是干旱区典型的盐湖湿地,为探明该湿地有机碳特性及储量,选择艾比湖湿地1m深度的土壤作为研究对象,测试有机碳含量后,对艾比湖湿地土壤有机碳特性进行分析并分层定量测算有机碳储量,结果显示:(1)艾比湖湿地土壤有机碳整体偏低,随土层加深,含量依次递减的规律比较显著。湿地7种不同植被覆盖类型的土壤有机碳含量垂直空间变异性差异明显,其中荒漠河岸林、盐化草甸、小乔木荒漠大多属于强变异,而其它植被覆盖的土壤类型多属于中等变异。(2)艾比湖湿地7种不同植被类型土壤有机碳含量在相同土层的分布特征为:有机碳集中分布在浅表层(0—20 cm),从40 cm以下变幅缓慢,分布较为均匀。不同植被类型土壤有机碳在不同土层的分配比例差异比较明显,但表层(0—20 cm)大多占到30%以上。(3)艾比湖湿地土壤有机碳储量排序依次为小乔木荒漠盐化草甸干涸湖底灌木荒漠盐生灌丛荒漠河岸林寒湿性针叶林。湿地有机碳蓄积总量为7086862.83 kgC。上述研究结果可为新疆干旱区湿地生态系统恢复、保护与科学管理提供科技支撑。     

洪湖湿地生态系统土壤有机碳及养分含量特征

洪湖湿地是长江中游地区重要湿地生态区域,在维持区域生态安全中发挥着重要作用.通过对洪湖湿地5种类型土壤进行有机碳及养分含量进行研究,为湿地生态系统地球化学循环及碳储量估算提供重要基础.结果表明,(1)洪湖土壤有机碳含量随土壤容重增加递减.(2)洪湖湿地土壤有机碳平均含量为:湖中淤泥＞洪泛平原湿地＞草本沼泽＞林地＞农田,其中湖底淤泥的有机碳平均含量6.74％,农田的有机碳平均含量为1.241％.此外,有机碳含量随土层的加深而减少.(3)湖底淤泥N的平均含量(4.623±0.535) g/kg、Ca的平均含量(26.262±4.201) g/kg,与洪泛平原湿地、草本沼泽及林地有显著性差异.农田P的平均含量(2.876±1.253) g/kg-、K的平均含量(7.205±0.159) g/kg,与湖底淤泥、洪泛平原湿地、草本沼泽及林地有显著性差异.(4)湖底淤泥中Cu的平均含量(40.19±3.04) mg/kg,Fe的平均含量(8560.90±80.98) mg/kg,Co的平均含量((29.66±0.67) mg/kg),Cu、Fe和Co的平均含量都显著小于洪泛平原湿地、农田及林地,Pb的平均含量(35.13±2.40) mg/kg,Mn的平均含量(749.65±54.07) mg/kg,这两个元素的含量均与农田及林地有显著性的差异.湖底淤泥中重金属元素的平均含量小于其余4种湿地类型土壤.     

永春县柑橘林生态系统的碳储量及其动态变化

通过野外实地调查对永春县天马山柑橘林生态系统碳储量及分布特点进行研究。结果表明:柑橘的树高和基径的相关系数为0.8933。柑橘各器官生物量回归模型显示,柑橘各器官的生物量与其树高和基径的相关性较好,其中树干、树叶、果实器官的相关系数均大于0.90。柑橘林生态系统有机碳密度为222.796t.hm-2,其中土壤(0-100cm)碳密度为200.214t.hm-2,占总有机碳密度的89.864%,果树碳密度为22.582t.hm-2,占10.136%。1952-2007年,永春县柑橘林生态系统碳储量从445.592t增加到2.205×106t,表现为碳汇。     

轮虫培育池生态系统各有机碳库储量及其日变化

2001年5～6月对辽宁省盘锦光合水产有限公司的两种模式轮虫培育池有机碳库储量及动态进行了研究.结果表明,静水池溶解有机碳（DOC）和颗粒有机碳（POC）库储量平均值分别为5.69±2.90 mg·L^-1和24.56 ± 2.12 mg·L^-1;流水池DOC和POC分别为9.61±3.17 mg·L^-1和24.13 ±2.91 mg·L^-1.流水池和静水池TOC、DOC和POC的比例分别为 1∶0.75∶0.25和1∶0.82∶0.18.POC含量高的池塘DOC含量也较高.流水池的POC、DOC周日变动幅度大,静水池昼夜变动幅度小.流水池POC含量白天(5:00～17:00)升高,静水池降低,夜间(15:00～23:00)两池POC含量均降低.从23:00至次日5:00上升,两池分别在17:00和5:00达到高峰.白天(5:00～17:00) 流水池DOC/POC升高,静水池降低;夜间(17:00～23:00)两池均上升,23:00 至次日5:00则呈下降趋势.     

Dissolved carbon leaching from soil is a crucial component of the net ecosystem carbon balance

Estimates of carbon leaching losses from different land use systems are few and their contribution to the net ecosystem carbon balance is uncertain. We investigated leaching of dissolved organic carbon (DOC), dissolved inorganic carbon (DIC), and dissolved methane (CH₄), at forests, grasslands, and croplands across Europe. Biogenic contributions to DIC were estimated by means of its δ¹³C signature. Leaching of biogenic DIC was 8.3±4.9 g m^?2 yr^?1 for forests, 24.1±7.2 g m^?2 yr^?1 for grasslands, and 14.6±4.8 g m^?2 yr^?1 for croplands. DOC leaching equalled 3.5±1.3 g m^?2 yr^?1 for forests, 5.3±2.0 g m^?2 yr^?1 for grasslands, and 4.1±1.3 g m^?2 yr^?1 for croplands. The average flux of total biogenic carbon across land use systems was 19.4±4.0 g C m^?2 yr^?1. Production of DOC in topsoils was positively related to their C/N ratio and DOC retention in subsoils was inversely related to the ratio of organic carbon to iron plus aluminium (hydr)oxides. Partial pressures of CO₂ in soil air and soil pH determined DIC concentrations and fluxes, but soil solutions were often supersaturated with DIC relative to soil air CO₂. Leaching losses of biogenic carbon (DOC plus biogenic DIC) from grasslands equalled 5–98% (median: 22%) of net ecosystem exchange (NEE) plus carbon inputs with fertilization minus carbon removal with harvest. Carbon leaching increased the net losses from cropland soils by 24–105% (median: 25%). For the majority of forest sites, leaching hardly affected actual net ecosystem carbon balances because of the small solubility of CO₂ in acidic forest soil solutions and large NEE. Leaching of CH₄ proved to be insignificant compared with other fluxes of carbon. Overall, our results show that leaching losses are particularly important for the carbon balance of agricultural systems.     

温度、水分对湿地土壤有机碳矿化的影响

采用密闭培养法,研究了小叶章(Deyeuxia angustifolia)湿地土壤有机碳的矿化动态,探讨了温度和水分条件对有机碳矿化的影响.结果表明:湿地土壤有机碳在培养初期(0～2 d)矿化速率较高,之后矿化速率逐渐降低;33 d培养期间,表层(0～10 cm)土壤的总矿化量为1.59～2.62 mg C·g-1,为下层(10～100 cm)的4～22倍;温度升高10℃使总矿化量分别增加60%～210%(75%WHC)和30%～200%(淹水);一级动力学方程能较好地描述湿地土壤有机碳矿化动态,其C0值随土壤深度呈指数递减变化,且C0和C0/SOC值均随温度的升高而升高;不同深度土壤Q10值分别变化为1.7～3.1(75% WHC)和1.2～3.0(淹水),且与土壤深度之间存在明显的二次抛物线相关;土壤深度、培养温度对湿地土壤有机碳矿化具有显著影响,而水分处理对有机碳矿化的影响不显著.     

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。     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

盐渍化条件下土壤团聚体及其有机碳研究进展

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,对改善土壤结构和增加土壤固碳具有重要作用.盐渍化导致的特殊土壤性质,如高盐分离子(主要为Na+)浓度、低有机质含量和较差的微生物条件等因素,对团聚体的形成和稳定产生障碍作用,因此探讨盐渍化土壤团聚体特征更具有重要性和特殊性.滨海湿地和内陆盐渍化沼泽湿地是盐渍化生态系统的重要组成部分.本文...     

土壤有机碳分组方法及其在农田生态系统研究中的应用

农田土壤有机碳成分复杂,活性有机碳对管理措施具有敏感性,而惰性有机碳具有固碳作用.碳分组技术主要包括物理技术、化学技术和生物学技术.物理分组的依据是密度、粒径大小和空间分布,可分离出有机碳的活性组分和惰性组分.化学分组基于土壤有机碳在各种提取剂中的溶解性、水解性和化学反应性从而分离出各种组分:溶解性有机碳是生物可代谢有机碳,包括有机酸、酚类和糖类等;酸水解方法可将有机碳分成活性和惰性成分;利用KMnO4模拟酶氧化可分离出活性碳和非活性碳.利用生物技术可测定出微生物生物量碳和潜在可矿化碳.在不同农田管理措施下,有机碳组分的化学组成和库容会发生不同变化,对土壤有机碳沉积速率产生不同影响.为了探明土壤有机碳组分与碳沉积之间的定性或定量关系,今后应该加强对各种分组方法的标准化研究,探索不同分组方法的整合应用,针对不同农田管理措施,总结出适合的有机碳分组方法或联合分组方法.     

碳同位素示踪技术及其在陆地生态系统碳循环研究中的应用与展望

碳同位素示踪技术具有高度的专一性和灵敏度, 经过几十年的发展, 形成了一系列成熟的标记方法, 在陆地生态系统碳循环过程的研究中已得到广泛应用。目前, 自然丰度法、与¹³C贫化示踪技术结合的自由空气中气体浓度增加(FACE)实验、脉冲与连续标记法以及碳同位素高丰度底物富集标记法是研究陆地生态系统碳循环过程常用的碳同位素示踪方法; 通过将长期定位实验和室内模拟实验结合, 量化光合碳在植物-土壤系统的传输与分配特征, 明确植物光合碳对土壤有机质的来源、稳定化过程的影响及其微生物驱动机制; 阐明土壤碳动态变化(迁移与转化)和新碳与老碳对土壤碳库储量的相对贡献, 评估有机碳输入、转化与稳定的生物与非生物微观界面过程机制。然而, 生态系统碳循环受气候、植被、人为活动等多因素影响, 碳同位素技术需要结合质谱、光谱技术实现原位示踪, 结合分子生物学技术阐明其微生物驱动机制, 从而构建灵敏、准确、多尺度、多方位的同位素示踪技术体系。因此, 该文以稳定碳同位素为主, 综述了碳同位素示踪技术的原理、分析方法和在陆地生态系统碳循环过程中的应用进展, 归纳总结了碳同位素示踪技术结合原位检测技术和分子生物学技术的研究进展和应用前景, 并对碳同位素示踪技术存在的问题进行了分析和展望。     

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。     

Increasing riverine export of dissolved organic carbon from China

River transport of dissolved organic carbon (DOC) to the ocean is a crucial but poorly quantified regional carbon cycle component. Large uncertainties remaining on the riverine DOC export from China, as well as its trend and drivers of change, have challenged the reconciliation between atmosphere-based and land-based estimates of China's land carbon sink. Here, we harmonized a large database of riverine in-situ measurements and applied a random forest model, to quantify riverine DOC fluxes (F_DOC) and DOC concentrations (C_DOC) in rivers across China. This study proposes the first DOC modeling effort capable of reproducing well the magnitude of riverine C_DOC and F_DOC, as well as its trends, on a monthly scale and with a much wider spatial distribution over China compared to previous studies that mainly focused on annual-scale estimates and large rivers. Results show that over the period 2001–2015, the average C_DOC was 2.25 ± 0.45 mg/L and average F_DOC was 4.04 ± 1.02 Tg/year. Simultaneously, we found a significant increase in F_DOC (+0.044 Tg/year², p = .01), but little change in C_DOC (−0.001 mg/L/year, p > .10). Although the trend in C_DOC is not significant at the country scale, it is significantly increasing in the Yangtze River Basin and Huaihe River Basin (0.005 and 0.013 mg/L/year, p < .05) while significantly decreasing in the Yellow River Basin and Southwest Rivers Basin (−0.043 and −0.014 mg/L/year, p = .01). Changes in hydrology, play a stronger role than direct impacts of anthropogenic activities in determining the spatio-temporal variability of F_DOC and C_DOC across China. However, and in contrast with other basins, the significant increase in C_DOC in the Yangtze River Basin and Huaihe River Basin is attributable to direct anthropogenic activities. Given the dominance of hydrology in driving F_DOC, the increase in F_DOC is likely to continue under the projected increase in river discharge over China resulting from a future wetter climate.