基于稳定同位素技术的土壤碳循环研究进展

植物和土壤是陆地生态系统的重要碳库,而碳同位素技术对各碳库中碳元素的迁移具有很好的指示作用,能够为碳转化研究提供有力证据。以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳,较少考虑无机碳的作用,但干旱区土壤无机碳在区域碳循环过程中的贡献日益显著,因此干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。基于碳稳定同位素技术的土壤有机碳循环研究和土壤无机碳动态及其碳同位素研究进展,探讨土壤无机碳与有机碳的转化关系,并对干旱区土壤碳循环研究进行展望,期望从稳定同位素生态学的角度探讨干旱区土壤有机碳和无机碳的转化关系,以推动干旱区土壤碳循环研究,揭示干旱区碳循环过程及其在全球碳循环中的作用。     

土地利用变化的土壤碳效应研究进展

综合阐述了土地利用变化土壤碳效应研究的重要意义,分析了土壤有机碳蓄积、土壤碳释放、土地利用变化及其土壤碳效应等方面的研究进展;最后指出精确估计土壤碳库、开展综合的土地利用变化土壤碳效应研究和深入分析土地利用/覆被变化对陆地生态系统碳平衡的影响是未来陆地表层碳循环的重点内容.     

中国土壤有机碳库及空间分布特征分析

土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分 ,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。根据中国第二次土壤普查实测 2 4 73个典型土壤剖面的理化性质 ,以及土壤各类型分布面积 ,估算中国土壤有机碳库的储量约为 92 4 .1 8× 1 0 8t,平均碳密度为 1 0 .53kg/m2 ,表明中国土壤是一个巨大的碳库。其空间分布总体规律上表现为 :东部地区大致是随纬度的增加而递增 ,北部地区呈现随经度减小而递减的趋势 ,西部地区则呈现随纬度减小而增加的趋势。     

气候变化对植被和土壤的影响效应

全球气候变化已是当今世界研究的热点。近年来,气候变化对陆地植被以及土壤的影响研究已经广泛开展。通过系统收集和整理气候变化对植被和土壤影响国内外相关研究结果,有利于进一步认识气候变化给生存环境带来的影响。大量野外定量分析以及经验模型预测等方法研究表明:气候变化对陆地植被产生了重要影响,主要表现在植被分布范围、生产力以及多样性的改变。气候变化也会使土壤基本性质发生变化,同时土壤作为全球碳循环过程中重要的中间碳库,土壤有机碳库与气候变化有着密切的关系,气候变暖与土壤有机碳库的分解互为反馈。     

土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望

土壤碳库动态及其驱动机制是陆地生态系统碳循环与全球变化研究的热点问题之一。随着各国对《京都议定书》的重视,农业土壤碳库变化及其源汇效应研究不断加强,但以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳,较少考虑无机碳的作用和地位,干旱区土壤无机碳储量巨大,其在区域碳循环过程中的贡献日益显著,这使得干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。国内外关于农业土壤有机碳动态的研究主要围绕农业土壤有机碳储量、固碳潜力等问题展开,研究区多为湿润、半湿润地区;国际上对农业土壤无机碳动态的研究主要集中在干旱区土地管理措施对土壤发生性碳酸盐碳的形成与转化方面,研究方法以稳定同位素技术为主,但目前关于中国干旱区农业土壤无机碳动态的研究还较为薄弱。因此,应加强干旱区绿洲土壤碳循环研究,深入分析干旱区绿洲土壤碳的源/汇效应;探讨土壤无机碳动态变化的机理。     

1980s-2010s中国陆地生态系统土壤碳储量的变化

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s （1979-1985年）第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s（2004-2014年）已发表的有关中国土壤有机碳储量（0~20 cm和0~100 cm）的文献数据,综合评估了1980s-2010s中国土壤有机碳储量的变化情况,并分析森林、草地、农田和湿地等生态系统土壤碳源/汇功能;同时结合现有的中国植被碳储量变化研究,进一步探讨了1980s-2010s中国陆地生态系统的碳源/汇效应。研究发现：① 1980s-2010s中国土壤（0~100 cm）有机碳储量净增长3.04±1.65 Pg C,增长速率为0.101±0.055 Pg C yr^-1,其中表层土壤（0~20 cm）的碳汇效应明显;② 森林土壤是固碳主体,净增长2.52±0.77 Pg C,而草地和农田土壤增长有限,分别为0.40±0.78和0.07±0.31 Pg C;③ 湿地有机碳储量净减少0.76±0.29 Pg C;④ 中国陆地生态系统的碳汇效应较强,总碳汇量相当于同期（1980-2009年）化石燃料和水泥生产排放CO₂总量的14.85%~27.79%。随着中国森林和草地生态系统植被和土壤的进一步保护、恢复和重建,中国陆地生态系统具有较大的碳汇潜力,在未来全球碳平衡中将发挥更大的作用。     

中国陆地生态系统的碳储量及其空间格局(英文)

地球系统的碳库变化和碳循环过程机制是气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策的科学基础,受到科技界和国际社会的广泛关注。从20世纪80年代中后期开始,中国学者就开展了陆地生态系统碳循环研究工作,并且在许多研究领域都取得了可喜的进展。本文在回顾中国的陆地生态系统碳循环研究发展历程基础上,重点评述陆地生态系统的碳储量及其空间格局方面的研究成果,评价有关研究的不确定性以及亟待解决的重要科学问题。分析表明,中国的陆地生态系统碳循环研究经过了陆地生态系统碳循环的前期研究、区域尺度生态系统碳循环综合研究、生态系统碳循环过程对环境变化适应性实验研究,以及生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理研究4个主要发展阶段。大多的研究表明,中国陆地生态系统碳储量及其空间格局是温度和降水控制的。全国土壤、森林和草地植被储存约为97.95 —118.93 Pg C;自20世纪70年代中期以来,我国的植树造林和林业管理、草地保护、农作制度改革和保护性耕作等措施发挥了重要的固碳功能,但是各种方法评估的结果仍然存在较大不确定性。今后的研究重点工作是建立天地空一体化碳储量和碳汇动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国区域生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。     

东北地区陆地碳循环平衡模拟分析

依据陆地碳循环过程 ,基于多年平均气候数据建立陆地碳循环平衡模型 ,并模拟了陆地碳循环平衡状态下 ,我国东北地区陆地碳循环的主要碳通量 ,其中 ,东北地区植被潜在净第一性生产力 (NPP)估算为 5.1 6× 1 0 8t C/a,NPP的分布由于受纬度地带性、经度地带性等植被、气候和地形因素的综合影响 ,总体呈现从东南到西北递减的趋势 ,东北地区植被潜在年凋落物速率为 5.1 6× 1 0 8t C/a,凋落物年矿化分解速率为 3.61× 1 0 8t C/a,凋落物年腐殖化速率为 1 .55× 1 0 8t C/a,凋落物碳库为 4.67× 1 0 8t C,土壤有机碳年分解速率为 1 .55× 1 0 8t C/a。通过探讨各主要碳库和碳通量的大小以及空间分布特点 ,描绘了东北地区陆地碳循环平衡状态的空间格局。研究表明 NPP、凋落物碳库和土壤碳库的分解速率对于整个陆地碳循环过程是很重要的。     

阿尔泰山南坡土壤有机碳密度的分布特征和储量估算

在陆地生态系统中土壤有机碳库是重要的碳库之一,对于研究全球碳循环和温室效应有重要影响。通过野外实地采样和室内分析,按照0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm、50~100 cm的土壤分层方法,综合分析了阿尔泰山南坡土壤有机碳密度的分布特征,并估算了该地区的有机碳储量。结果表明:(1)在阿尔泰山南坡土壤有机碳密度随海拔梯度的变化具有一定的变化规律,海拔在500~2 400 m之间,土壤有机碳密度呈现逐渐增加的趋势;2 400~3 000 m之间,出现下降趋势;(2)土壤有机碳密度在0~100 cm土壤层内呈递减趋势,且不同土层有机碳密度的变异程度不同;在土壤各个土层深度,9种土壤类型的有机碳密度均有显著差异(p0.05);(3)研究区域0~100 cm有机碳储量为0.477 4 Pg,各土壤类型储量差异显著(p0.05),亚高山草甸土的储量最多,山地灰色针叶林土次之,储量最少的出现在高山寒冻土和棕钙土;其中0~30 cm层土壤有机碳储量为0.225 Pg,占总储量的44.13%。研究结果为估算不同土壤类型土壤有机碳密度,以及分析碳源碳汇提供了数据参考,并对进一步研究此地区碳循环具有一定意义。     

升金湖枯水期滩地土壤CO2-C释放通量及有机碳稳定性研究

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在陆地碳库和固碳中具有重要作用。全球湿地碳库的稳定对减少土地利用变化引起的温室气体释放及减缓气候变化具有重要意义。以升金湖国家级自然保护区的典型滩地为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对土壤CO₂释放通量进行观测和测定,并进一步分析土壤有机碳库的分布,探讨了滩地土壤呼吸动态和碳库稳定性。研究结果表明,升金湖0～20 cm滩地土壤有机碳含量为11.47～22.25 g/kg,有机碳密度为3.78～4.58 kg/m²,平均有机碳密度为4.11 kg/m²,土壤CO₂-C释放通量为111.7～499.5mg/（m².h）;滩地土壤有机碳密度和CO₂-C释放通量高于周边地区的水稻土土壤,且其有机碳稳定系数偏低,这表明升金湖滩地土壤有机碳库自身具有较高的稳定性,这是滩地土壤有机碳保持的一种机制,在气候变暖背景下,滩地土壤有机碳库的脆弱性将增加。     

Imbalance of inter-provincial forest carbon sequestration rate from 2010 to 2060 in China and its regulation strategy

Forest ecosystem, as a predominant component of terrestrial ecosystems in view of carbon sinks, has a high potential for carbon sequestration. Accurately estimating the carbon sequestration rate in forest ecosystems at provincial level, is a prerequisite and basis for scientifically formulating the technical approaches of carbon neutrality and the associated regulatory policies in China. However, few researches on future carbon sequestration rates(CSRs) for Chinese forest ecosystems for provinci...     

2010—2060年中国森林生态系统固碳速率省际不平衡性及调控策略

森林生态系统具有很高的固碳潜力,是陆地碳汇的主体。准确估算各省（自治区）森林生态系统固碳速率,是科学制定碳中和技术路线及相应调控政策的重要依据。然而,目前有关中国不同省份森林生态系统未来固碳潜力的研究非常罕见。利用中国森林生态系统固碳模型（FCS）并结合3种未来气候情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）,定量评估了2010—2060年间各省现存森林生态系统的固碳速率。研究发现：中国区域内各省的森林生态系统固碳速率介于0.01~36.74 Tg C/a,平均值为(10.09±0.43) Tg C/a。省际间森林固碳速率存在非常大的差异,其中东部地区各省的单位面积固碳速率大于西部地区;但考虑到单位GDP固碳速率和人均固碳速率后则表现为西部地区明显更大。此外,各省人均碳固存速率与其人均GDP之间存在显著负相关关系。因此,省际间森林生态系统固碳速率存在明显的区域不均衡性,要真正地持续实现其碳汇潜力需要在技术和政策层面做出重大调整。结合中国贫困区与高生态碳汇区的重叠,不能仅仅依靠传统碳贸易,亟需研究制定符合中国特色的“区域碳补偿”措施,在保障区域协调发展的基础上使西部或不发达地区民众能自愿/自觉加强对森林的保护、保持甚至提升森林碳汇,使森林在实现碳中和战略中发挥更大作用。     

昆明市碳源碳汇结构变化及其驱动因子研究

基于碳平衡理论,通过综合分析城市区域内主要自然生态系统的固碳功能,以及主要社会经济活动的排碳行为,构建了城市碳平衡分析模型,并以昆明市为例进行了研究。结果表明:昆明市碳收支不平衡,碳汇对碳源的抵消作用很弱;并且随着社会经济的发展这种不平衡状况在加剧,2010年,昆明市碳平衡系数为1.90,即城市释碳量是固碳量的1.90倍;碳供需余缺(释碳量-固碳量)达到1565.35×104t/a。产值增长是碳排放增加的主要动力,而能源强度下降、能源结构和产业结构调整是减缓碳排放的主要动力。     

近20年海南岛森林生态系统碳储量变化

热带森林在碳循环研究中有重要作用。根据目前森林碳储量的计算方法和海南森林资源二类调查数据 ,估算了不同时段的碳储量 ,并分析其动态变化特点。结果表明 :海南森林碳储量从 1979年的 30 4 5TgC增加到 1998年的 37 74TgC ,年均增加 0 36 4 5TgC ,增长率为1 19% ,是全国平均增长率的 2 5倍 ;海南森林在碳循环中起不断增强的碳汇作用 ;森林碳密度呈加速减少趋势 ,储碳潜力将很大 ;随着海南全面禁止采伐和封育等林业措施的实施 ,森林面积扩大 ,林龄结构改善 ,储碳能力将进一步提高 ,海南森林在全国或全球碳循环中的作用和社会价值与意义将日渐突出。通过对碳储量计算不确定性的分析和讨论 ,提出应加强对森林群落各层次生物量的实测与实地监测研究 ,统一计算方法 ,以提高碳储量计算的精度     

我国高寒草甸碳循环研究进展

在我国，高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型之一，它对青藏高原大气与地面之间的能量平衡、水气交换、生物地球化学循环有着极其重要的作用。近年随着人们对全球气候变暖问题的日益关注，高寒草甸，这个全球气候敏感生态系统的源、汇动态及其影响因素的研究，成了认识全球碳循环的关键之一。分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性，对我国高寒草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述，包括植物、凋落物和土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等。     

南京城市系统碳循环与碳平衡分析

城市是人类能源活动和碳排放的集中地,开展城市系统碳循环研究有助于深入了解城市在区域碳循环过程中的地位和作用。本文集成了城市碳储量和碳通量的核算方法,并以南京市为例开展了城市系统碳循环与碳平衡的实证研究。结论如下:① 南京市城市碳储量呈缓慢上升趋势,2009 年为6937 万t,其中自然碳储量占88%,且总量基本保持稳定;人为碳储量(特别是城市绿地和建筑物碳库) 呈大幅增长趋势;② 垂直碳输入通量以植物光合作用和水域碳吸收为主,历年来基本稳定;水平碳输入通量大幅增长,2009 年为3043 万t,其中能源和木材碳输入呈增长趋势,而食物碳输入则呈下降趋势;③ 垂直碳输出通量呈增长趋势,2009年为3295 万t,其中化石能源碳排放占近80%,自然过程仅占6%;水平碳输出通量以能源制品、水产品和含碳废弃物为主,其总量呈明显下降趋势;④ 南京市历年城市碳输出均高于碳输入,且两者的差额呈现扩大趋势。总体而言,“隐流碳和加工需求碳”的比重有所下降,说明碳的利用率有所提升;⑤ 南京市碳补偿率明显下降,这表明自然生态系统的碳吸收能力不足以补偿人为活动的碳排放,城市碳循环压力在不断加大。     

荒漠土壤微生物碳垂直分布规律对有机碳库的表征作用

以古尔班通古特沙漠南缘原始盐漠为研究对象,测定不同深度的土壤有机碳和土壤微生物碳含量,以分析它们之间的响应关系。结果表明:(1)在土壤垂直剖面上,土壤微生物碳（SMC）含量与有机碳（SOC）含量呈现极显著正线性相关（R2=0.63,p=0.0003）。（2）SMC出现了2个明显的改变界面（20 cm,80 cm）,0~20、20~80、80~500 cm值分别为:2.24~3.06、0.19~0.72、0.0017~0.0097 mg·kg-1;0~20 cm和20~80 cm的SMC差异极显著（p<0.0001）,20~80 cm和80~500 cm的SMC差异显著（p<0.05）。（3）对应于SMC的土壤层划分,SOC在0~20 cm、20~80 cm和80~500 cm同样具有一定的分层性。（4）我们把具有不同微生物活性的有机碳层分别定义为活性、惰性、稳定性有机碳库,土壤垂直剖面上微生物碳的分布很好地表征了土壤中活性、惰性、稳定性有机碳库的分布;通过对这3种碳库所在土层进行合理划分,可以定量分析土壤中3种有机碳库的储量。     

开封黄泛地层全新世中晚期碳密度和碳储量研究

开封古城相对完整的黄泛沉积序列为探索历史时期碳密度及储量提供了难得的研究载体。以开封城区（师专、医专和明伦）和郊区（金明）4个25 m岩芯为研究对象,通过对861个岩芯样品的容重、有机碳和黑碳分析测试,开展地层有机碳和黑碳密度及储量分析。结果表明：地层有机碳和黑碳含量垂直分布特征基本一致,高值主要集中在地表1 m范围内,其次是各朝代文化层附近,城区地层含量明显高于郊区。地层0~25 m黑碳密度均值为24.67 kg/m²,黑碳储量为11.30 Tg,分别占总有机碳密度和储量的24.26%和21.75%。表明地层黑碳碳库在总有机碳库中占有较大比例,在计算土壤或沉积物碳密度和碳储量时,应将黑碳也考虑在内。老城区0~25 m地层黑碳储量占比高出新区10%以上,主要与老城区受历朝人类活动影响强度较大及煤炭的广泛使用有关。研究结果可为寻找“遗失的碳”、精确计算碳循环和平衡提供参考。     

中国不同区域能源消费碳足迹的时空变化(英文)

Study on regional carbon emission is one of the hot topics under the background of global climate change and low-carbon economic development, and also help to establish different low-carbon strategies for different regions. On the basis of energy consumption and land use data of different regions in China from 1999 to 2008, this paper established carbon emission and carbon footprint models based on total energy consumption, and calculated the amount of carbon emissions and carbon footprint in different regions of China from 1999 to 2008. The author also analyzed carbon emission density and per unit area carbon footprint for each region. Finally, advices for decreasing carbon footprint were put forward. The main conclusions are as follows: (1) Carbon emissions from total energy consumption increased 129% from 1999 to 2008 in China, but its spatial distribution pattern among different regions just slightly changed, the sorting of carbon emission amount was: Eastern China > Northern China > Central and Southern China > Southwest China > Northwest China. (2) The sorting of carbon emission density was: Eastern China > Northeast China > Central and Southern China > Northern China > Southwest China > Northwest China from 1999 to 2003, but from 2004 Central and Southern China began to have higher carbon emission density than Northeast China, the order of other regions did not change. (3) Carbon footprint increased significantly since the rapid increasing of carbon emissions and less increasing area of pro-ductive land in different regions of China from 1999 to 2008. Northern China had the largest carbon footprint, and Northwest China, Eastern China, Northern China, Central and Southern China followed in turn, while Southwest China presented the lowest area of carbon footprint and the highest percentage of carbon absorption. (4) Mainly influenced by regional land area, Northern China presented the highest per unit area carbon footprint and followed by Eastern China, and Northeast China; Central and Southern China, and Northwest China had a similar medium per unit area carbon footprint; Southwest China always had the lowest per unit area carbon footprint. (5) China faced great ecological pressure brought by carbon emission. Some measures should be taken both from reducing carbon emission and increasing carbon absorption.     

陆地生态系统碳循环研究进展

近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IGBP和IPCC中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式,介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。