从第三极到北极： 多年冻土碳循环研究进展

多年冻土区储存着大量的土壤有机碳, 其碳库变化及生态系统碳反馈机制是当前全球气候变化研究中备受关注的热点问题。为了增强对多年冻土碳循环的认识, 通过综合第三极和北极地区多年冻土碳循环研究, 概述了土壤有机碳库大小、 脆弱性及生态系统碳交换过程, 分析了涉及大气、 海洋和陆地综合影响的多年冻土区生态系统碳循环。研究表明： 第三极和北极多年冻土区碳储量不确定性较大, 影响和控制有机碳分解和生态系统碳交换的生物地球化学过程仍需进一步研究, 进而改进生态系统碳循环相关的模拟研究。在全球气候变化背景下, 研究多年冻土碳库变化及其对气候变化的响应, 是预估未来气候变化的关键环节。     

末次间冰期以来陆地生态系统的碳储量与气候变化

陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一.准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况,对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义.本文总结了近10年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展,并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价.同时,对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明,末次间冰期以来,全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化.在末次间冰期5e阶段、末次盛冰期和全新世中期,陆地生态系统碳储量分别为现在的l30～150%、50～85%和105～130%.并且,陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性,但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律.     

兰州—白银地区1987年与2014年表层土壤有机碳储量和碳密度变化趋势及影响因素探讨

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域,土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤有机碳储量和碳密度的影响因素对正确评价本区碳循环有重要意义,本文利用土壤类型、土地利用类型、地貌类型、生态系统等影响因素对研究区表层土壤有机碳密度和碳储量进行了评价,分析了兰州—白银地区1987年和2014年土壤有机碳储量、碳密度的变化,其中2014年土壤有机碳储量增加了3.58×106 t,说明这些年土壤固碳效果明显,土地利用方式更合理。认为研究区有机碳碳密度、碳储量在空间上的分布极不均匀,与成土母质、土壤自身理化特性、土地利用方式及自然景观条件、人类活动等因素密切相关,是多因素综合影响的结果。     

中国土壤有机碳库量与农业土壤碳固定动态的若干问题

在整理和统计国内对土壤有机碳及其变化的文献资料基础上,着重讨论中国土壤有机碳库及其分布、不同时期土壤有机碳的变化以及最近时期有机碳的固定趋势,分析我国不同土壤有机碳的保护机制的特点,期望对于我国当前土壤有机碳库与全球变化研究提供参考依据。我国总土壤有机碳库的估计在50—180Pg之间。估计我国表层土壤有机碳库为20Pg,它主要分配于几个与湿地和水成过程有关的土壤类型,且水稻土占有较大比例。因而我国人为土的管理在陆地生态系统碳循环与全球变化上有重要意义。     

典型水生植物对岩溶水生生态系统无机碳稳定性影响研究

碳循环研究是全球变化科学中的研究重点, 其平衡问题已成为全球变化与地球科学领域的研究前沿和热点。“遗失汇”是全球碳收支研究的重点, 寻找和揭示其存在机理对研究全球碳循环具有重要意义。在全球碳循环研究中, 仅考虑海洋碳库和陆地生态系统碳库对全球碳循环的贡献, 然并未对地球岩石圈中碳酸盐岩碳库作充分评估。以袁道先院士为首的研究团队, 利用石灰岩溶蚀试片法(Carbonate-rock-tablet-test method)、水化学法(Hydrogen-discharge method)和扩散边界法(Diffusion Boundary Layer Model, DBL)首次估算了全球每年因碳酸盐岩溶蚀作用产生的碳汇量其约占当前碳循环模型中“遗失汇”的约1/3。     

草地生态系统土壤有机碳库对人为干扰和全球变化的响应研究进展

草地土壤碳库碳储量及其变化与调控机制是草地碳循环研究的核心.草地生态系统正经受着越来越严重的人为与自然因素干扰,如土地利用变化、大气氮沉降增加、施肥及大气CO2浓度与温度升高.因此,加强人为干扰和全球变化背景下草地土壤有机碳库的响应研究有重要意义.总结了放牧、草地开垦及外来氮素输入等3种主要的人类活动对土壤有机碳总量和活性碳组分的影响及其对全球变化的响应与适应,在此基础上指出了目前草地生态系统土壤有机碳库研究的薄弱环节及今后的重点研究领域.     

碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用

碳在土壤中的储量和存储时间是陆地生态系统碳库中最大和最长的,而土地利用方式会影响到土壤碳储量及其循环周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成为一个碳汇。土壤储存碳的过程就是土壤有机碳动态平衡的变化,因此认识土壤有机碳的动态变化是揭示土壤碳循环过程及其调控机制的重要方面。首先介绍了碳的一种稳定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生态系统长期动态过程的重建(如C3/C4植被的历史格局)、土壤有机碳周转周期等方面的应用,探讨了同位素示踪技术在土壤有机碳来源、周转周期、土壤CO2通量的变化和组分区分、同位素富集等研究领域的应用,归纳了土壤碳循环研究中的基本问题,提出了未来土壤碳循环同位素示踪的主要研究方向。     

末次间冰期以来渭南黄土地区土壤有机碳碳库的演变

冰期-间冰期的陆地碳库变化成为最近十几年来碳循环研究的热点之一,以深海氧同位素、模型模拟和古环境证据等手段展开对不同时间尺度上不同碳库之间碳通量变化研究.土壤碳库的巨大储量导致了土壤碳库的任何微小波动都比陆地生态系统其他碳库更容易影响陆地生态系统碳循环以及大气CO₂浓度,并最终影响到全球气候变化.通过对过去4万年来黄土高原地区土壤有机碳碳库的演变研究发现,深海氧同位素第3阶段期间,土壤有机碳碳密度相对于磁化率在细节上更能够表现出气候的小波动,这一期间的土壤有机碳碳密度快速上升,在较高的水平上多次波动,可能是因为这一时期的气候环境整体上更适宜碳在黄土古土壤中的累积和保存.在末次盛冰期(LGM)时,土壤有机碳碳密度急剧下降,伴随气候的快速波动,其间有一次较大规模的反弹,持续约2 ka,最低值出现在14 ka BP和19 ka BP.对比深海氧同位素曲线,土壤有机碳碳库与其在末次盛冰期和全新世都表现出良好的一致性.而磁化率在大约15 ka BP以后就开始增加,似乎超前于土壤有机碳碳密度和深海氧同位素的增加.并且,在全新世早期到晚期土壤有机碳碳密度经历了逐渐上升继而下降的变化过程,该时段的最高值出现在大约7~5 ka BP.      

土壤碳蓄积量变化的影响因素研究现状

土壤碳库的动态平衡影响作物产量和土壤肥力的高低，是土壤肥力保持和提高的重要研究内容。简要评述了土壤理化特性、温度和降水变化、大气CO₂浓度上升、人类的农业活动对土壤有机碳蓄积量的影响，介绍了当前对土壤碳蓄积量动态变化的研究进展，认为应加强气候变化和土地利用/土地覆被变化与土壤碳循环研究的结合，提高对陆地生态系统碳循环变化的认识，并需要从生态环境保护的利益和可持续发展的理论出发，进一步加强土地管理方式的改变，促进土壤有机质的积累，提高土壤对碳的固定。     

陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究

陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心，也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题，是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势，陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上，提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路，阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。     

气候变化对黄土碳库效应影响的敏感性研究

中国黄土分布广、厚度大,是古气候变化的良好记录载体,然而黄土在大气CO2循环中到底是源还是汇一直是困扰人们的一个问题.本文利用陆相生态系统中的生物地球化学模型,通过敏感性试验,模拟了土壤有机碳对气候变化的响应.结果表明:1)在各种稳定的气候条件下黄土的土壤有机质都是持续增加的,因此可以认为自然条件下黄土是大气CO2的一个汇;2)温度和降水对黄土中土壤有机质含量的影响正好相反,表明湿度是影响黄土地区生态环境的主要因素,温度和降水都是通过对湿度的影响来影响植被生态的;3)地表植被和土壤有机质是黄土碳库与大气CO2之间的重要媒介.黄土表层的生物地球化学过程是影响黄土碳汇效应的主要过程;4)黄土碳库的主要存在形式以次生碳酸盐为主,其次是土壤有机质,气态CO2只占很小比例.     

土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义

本文回顾了近１０年来国内外对土壤碳研究的主要进展,分析了土壤碳的移动性及其影响因素,着重针对陆地系统碳汇饱和问题介绍了土壤碳对大气CO²源汇效应的碳转移过程及其在地球表层系统碳循环中的作用,指出应加强对土壤碳转移及其对全球变化的响应、土壤碳固存对大气CO²调控的机制和动态的研究,以便为缓解陆地系统碳汇饱和提供科学依据。     

土壤生物对土壤有机碳稳定性的影响

应对全球气候变化及制定温室气体减排措施必需了解土壤有机碳的稳定性。当前，比较公认的有机碳稳定机制包括选择性保存，空间不可接近性和分子交互作用。虽然已经有了大量的研究，但至今对土壤有机碳稳定性的稳定机制了解仍不完善，特别是有关土壤生物对有机碳稳定性的贡献没有受到足够重视。在此，我们首先基于公认的有机碳稳定机制探讨土壤生物对有机碳稳定性的影响，随后从土壤生物本身特性及生物与生境协同进化角度出发分析了土壤有机碳的生物稳定机制，特别强调了权衡有机碳稳定性与分解功能服务价值的重要性，最后从土壤生物角度展望了土壤有机碳稳定性研究中的重要方面。     

Spatial distribution of soil organic carbon and its influencing factors at different soil depths in a semiarid region of China

Studying spatial variability of soil organic carbon (SOC) is crucial for understanding the largest active carbon pool in terrestrial ecosystems. The main objectives ofves of this study were (1) to analyze the spatial pattern of SOC at different depths and (2) to define the soil properties affecting the spatial patterns of SOC at different depths. A total of 910 soil samples were collected at different locations and soil layers in a semiarid zone (3800 km²) of northeastern China. A geostatistical approach was used to predict and map SOC at different depths while the soil properties affecting the spatial patterns of SOC were analyzed by using canonical correspondence analysis. As expected, SOC content decreased gradually with depth and such a SOC decrease depended on soil type, which resulted the main factor affecting horizontal and vertical distributions of SOC content. Slope and bulk density exhibited a negative correlation with SOC content, whereas vegetation index, soil moisture content, elevation, and aspect showed a positive correlation. Sensitivity of SOC to influencing factors differed with increasing soil depth. SOC was significantly correlated with vegetation and bulk density on topsoil, while soil moisture and aspect played an important role in controlling SOC with increasing depth.     

喀斯特石漠化治理措施对土壤颗粒有机碳与团聚体有机碳的影响

文章以耕地为对照,分析不同石漠化治理措施（花椒林和次生林）对土壤0~20 cm土层有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、矿物结合有机碳(MOC)和团聚体有机碳的影响,探讨POC、MOC与SOC、团聚体有机碳的关系。结果表明:与耕地相比,花椒林和次生林均不同程度提高SOC、POC、MOC和团聚体有机碳含量。0~10 cm土层次生林SOC含量和各粒径团聚体有机碳含量均显著高于耕地和花椒林,在10~20 cm土层无显著差异;0~20 cm土层花椒林和次生林土壤POC含量显著高于耕地,MOC无显著差异。POC/SOC范围为20.38%~45.27%,花椒林和次生林显著高于耕地。相反,MOC/SOC为耕地显著高于花椒林和次生林 。退耕为花椒林和次生林后,SOC含量的增加主要以POC含量增加为主。次生林和花椒林>2 mm粒径对SOC贡献率显著高于耕地,但0.25~2 mm粒径、0.053~0.25 mm粒径和 < 0.053 mm粒径对SOC贡献率显著低于耕地。其相关分析表明:POC、MOC与SOC、团聚体有机碳的关系均呈正相关,表现为次生林 > 花椒林 > 耕地。退耕恢复为花椒林和次生林后,SOC、POC和MOC增加量与团聚体有机碳增加量显著相关,其以次生林的相关性较强。石漠化治理措施改变SOC物理组分及其组成以及它们之间的关系,从而促进有机碳的积累。      

土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响

中国土壤有机碳储量及其在全球变暖背景下的变化趋势是影响全球碳循环的一个重要因素。土地利用变化对土壤有机碳储量既有直接影响,也有间接影响。一方面,土地利用变化直接改变了生态系统的类型,从而改变了生态系统的净初级生产力（NPP）及相应的土壤有机碳的输入。另一方面,土地利用变化潜在地改变了土壤的理化属性,从而改变了土壤呼吸对温度变化的敏感性系数（常用Q10表示）。在全球变暖背景下,Q10值的改变显著影响着土壤有机碳释放的强度。利用生态系统碳循环过程模型（CASA模型）反演了不同土地利用类型下的Q10值,并评价了土地利用类型的改变对土壤有机碳储量变化的间接影响。研究结果表明,林地与草地转换成耕地后将增大土壤呼吸的Q10值,此外,人类通过灌溉、氮肥的施用也能增大土壤呼吸的Q10值,从而使得全球变暖背景下土壤呼吸的碳通量有所增强。     

Organic carbon and its oxidation stability characteristics of shallow soil in frozen soil area of Three River Source Region北大核心CSCD

As the most important part of the global carbon cycle,soil carbon pool is the largest carbon pool in terrestrial ecosystems. Soil carbon pool in permafrost regions is the most sensitive carbon pool to climate change. Weak climate change will have a huge impact on the organic carbon production in the shallow soil,and then affect the regional landscape and ecology. As an indicator reflecting the antioxidant capacity of soil organic carbon,oxidation stability affects the quantity and quality of soil organic carbon,and its variation has a certain regularity in the alpine permafrost region under the influence of climatic factors. In order to explore the distribution characteristics of soil organic carbon and its oxidation stability in frozen soil,based on the experimental data and the climatic data from 2011 to 2019,the random forest model was used to conduct multi-factor digital mapping on soil organic carbon content,soil organic carbon components with different oxidation difficulty degrees,and soil organic carbon oxidation stability coefficient and environmental variables（average annual precipitation,average annual sunshine hours,average annual air temperature,and altitude）and analyze the controlling factors. The results showed that the model had an interpretation degree of more than 54% for the shallow soil organic carbon in frozen soil area of Three River Source Region,and the digital mapping could reflect the distribution of soil organic carbon well. Soil organic carbon was mainly affected by precipitation and sunshine duration,and temperature took second place. The spatial distribution of components with different oxidation difficulty is different,but the oxidation stability has the distribution characteristics of high in the north and low in the south. Cold and dry are conducive to improving the oxidation stability of organic carbon in shallow soil of frozen soil area. © 2022 Science Press (China).     

Local-scale spatial variability of soil organic carbon and its stock in the hilly area of the Loess Plateau, China

Soil organic carbon (SOC) is one of the key components for assessing soil quality. Meanwhile, the changes in the stocks SOC may have large potential impact on global climate. It is increasingly important to estimate the SOC stock precisely and to investigate its variability. In this study, Yangjuangou watershed was selected to investigate the SOC distribution under different land uses. We found that SOC concentration decreased with increasing soil depth under all land uses and was significantly different across the vertical soil profile (P < 0.01). However, considering effect of land use on SOC, it is only significant (P < 0.01) in the topsoil (0-5 cm) layer. This indicated that land use has a large effect on the stocks of SOC in the surface soil. The stratification ratio of SOC > 1.2 may mean that soil quality is improving. The order of the SOC density (0-30 cm) under different land uses is forestland > orchard land > grassland > immature forestland > terraced cropland. The SOC stock is found to be as large as 2.67 × 10³ t (0-30 cm) in this watershed. Considering time effect of restoration, the slope cropland just abandoned is more efficient for SOC accumulation than trees planted in the semi-arid hilly loess area.     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987110000113

<正>Against the current background of global climate change,the study of variations in the soil carbon pool and its controlling factors may aid in the evaluation of soil's role in the mitigation or enhancement of greenhouse gas.This paper studies spatial and temporal variation in the soil carbon pool and their controlling factors in the southern Song-nen Plain in Heilongjiang Province,using soil data collected over two distinct periods by the Multi-purpose Regional Geochemical Survey in 2005—2007, and another soil survey conducted in 1982—1990.The study area is a carbon source of 1479 t/km~2 and in the past 20 years,from the 1980s until 2005.the practical carbon emission from the soil was 0.12 Gt.Temperature,which has been found to be linearly correlated to soil organic carbon,is the dominant climatologic factor controlling soil organic carbon contents.Our study shows that in the relevant area and time period the potential loss of soil organic carbon caused by rising temperatures was 0.10 Gt,the potential soil carbon emission resulting from land-use change was 0.09 Gt,and the combined potential loss of soil carbon(0.19 Gt) caused by warming and land-use change is comparable to that of fossil fuel combustion(0.21 Gt).Due to the time delay in soil carbon pool variation,there is still 0.07 Gt in the potential emission caused by warming and land-use change that will be gradually released in the future.