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。     

草地生态系统碳循环研究评述

本文就目前草地生态系统碳循环研究的主要问题进行了综述,重点阐述了四个方面的内容：1、草地生态系统碳贮量,包括植被及土壤碳贮量,草地NPP及生物量的分布特征和测定;2、草地土壤呼吸,认为其是草地碳循环中最主要的环节,是目前研究的重点;3、气候及人类活动（开垦和放牧等）对草地生态系统碳循环的影响;4、二氧化碳增加对草地碳循环的可能影响,并对研究工作中的难点做了简要评述。     

中国陆地土壤有机碳库的估算

土壤是陆地生态系统的核心之一,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,因而了解土壤碳循环是研究中国陆地生态系统碳循环的基础,确定土壤有机碳的储量、空间分布、对土壤碳循环的研究具有重要意义。根据中国和线次土壤普查得到的土壤各类型分布面积,采样数据、土壤有机质含量,运用ＧＩＳ技术,来估算土壤碳库。经过计算,中国陆地生态系统土壤有机碳总量为１００１．８×１０＾８ｔ,平均碳     

利用稳定性同位素区分河岸C4草地生态系统夜晚碳通量

河岸生态系统在全球碳循环过程中起着重要作用。涡度相关技术虽然能够被用来测量整个生态系统的净碳通量,但是,把净碳通量区分为组分通量的贡献将显著提高人们对生态系统碳循环的理解。稳定性同位素技术能够把净碳通量区分为具有不同同位素特征的组分通量。实验结果表明,因为考虑了同位素及CO2在取样和分析过程中的不确定性,与传统的Ordinary Least Square法相比,Bayesian法所获得的生态系统夜间呼吸释放CO2的同位素值（δ^13CR）显著减小了标准误差。δ^13CR具有明显的季节变化,并且受土壤含水量和大气水汽压亏缺（VPD）的影响。δ^13CR与土壤含水量之间存在着正相关关系,而与VPD之间存在着负相关关系。2006年和2007年生长季,以及2005年旱季,土壤呼吸对夜晚河岸C4草地生态系统呼吸的贡献约为80％。2005年雨季,土壤呼吸只占河岸C4草地生态系统呼吸的40％左右。年际间土壤呼吸的贡献率的变化很有可能是2006年的水淹造成的。因为,通过沉降作用,水淹可以为C4草地生态系统提供额外的可供微生物分解的有机质。     

影响草地土壤呼吸的主要自然因子研究现状

草地生态系统作为陆地生态系统的主体生态类型之一,脆弱的生态环境与频繁的人类活动使之较其他生态系统对全球气候与环境变化的响应更为迅速。草地土壤通过土壤呼吸作用向大气释放CO2是草地生态系统碳循环中最主要的一个环节,土壤呼吸量直接决定了土壤中碳素周转的速度。综合介绍了国内外草地土壤呼吸的研究现状,特别分析了一些自然因素对草地土壤呼吸的影响,对未来测定土壤呼吸的方法提出建议。     

综论土壤呼吸各组分区分方法

研究土壤呼吸各个组分对土壤总呼吸的贡献是定量评价植物和土壤碳平衡及能量平衡的 重要基础。目前区分土壤有机质分解呼吸和根呼吸的方法主要有成分综合法、壕沟法、根分离法、 林隙法、根生物量外推法、同位素法, 区分纯根呼吸和根际微生物呼吸的方法有同位素稀释法、模 拟根际沉降物法、¹⁴CO₂ 动态法、根系分泌物洗涤法、δ¹³C 微生物量法及一些非同位素法的联合。 土壤呼吸各组分区分研究中, 区分纯根呼吸和根际微生物呼吸将是未来研究的一个重大课题, 区 分方法的改进、完善和创新, 不同区分方法间的比较研究将是未来研究的一个重要方向。     

放射性碳同位素在土壤碳循环中的应用

文中介绍了放射性碳同位素方法在土壤碳循环中的应用,分析了在土壤有机质、土壤CO2气体研究中的主要方法和模型,并指出土壤有机质的放射性测定可以研究较长时间尺度的碳循环(十几年、几十年至更长时间尺度),而土壤CO2气体的放射性测定可以研究短期(季节变化和年变化)内碳的动态。放射性碳同位素用于土壤中细根周转时间的计算、土地利用变化等方面的研究成果及方法也在文中分别作了介绍和分析。最后提出了国内研究应加强的领域和未来利用放射性碳同位素方法研究土壤碳循环的重点研究方向和发展趋势。     

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。     

草地生态系统土壤呼吸研究进展

土壤呼吸是草地生态系统碳循环过程中的关键环节,也是草地生态系统中碳素向大气输出的主要途径。土壤中碳素的释放能够显著增加大气中CO₂的浓度,增强温室效应,从而对全球气候和环境变化产生重要影响。文章综合介绍了国内外有关土壤呼吸的各种测定方法,特别是分析了影响草地土壤呼吸的主要环境因素,并就草地土壤呼吸与根系呼吸的区分方法等进行了详细的讨论。     

塔里木河下游生态输水对胡杨林生态系统碳循环的影响

2000—2020年期间向塔里木河下游的生态输水有效抬升了下游的地下水位,并对下游胡杨林生态系统的碳循环产生了重要影响。综述了生态输水对塔里木河下游胡杨林生态系统植被固碳作用可能产生的影响,分析了植被类型变化可能对胡杨林土壤有机碳含量和土壤有机碳储量产生的影响,总结了生态输水后胡杨林碳释放关键过程-土壤呼吸对生态输水的响应,解析了间歇性生态输水所致的水淹干扰对胡杨凋落叶分解的影响。综述分析表明,生态输水工程的实施对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的碳固定和碳释放过程均产生了作用,从而对荒漠河岸林生态系统碳循环产生了复杂的影响。总体而言,20 a的生态输水增大了塔里木河下游生态系统碳汇面积,提高了下游胡杨林生态系统植被生产力,遏制了下游胡杨林的退化,使部分裸地逐渐变为草地、林地或灌丛地,这种演变可增加土壤有机碳含量和区域土壤有机碳储量。生态输水所致的地下水位和土壤水分的变化会影响胡杨林土壤碳释放过程,其中胡杨林土壤呼吸速率与地下水位有关,而水淹干扰对胡杨凋落叶质量损失速率产生了影响。     

黄河源区高寒草地土壤有机碳储量及分布特征

选择位于黄河源区的青海省果洛藏族自治州为研究区,利用第二次全国土壤普查所得的土壤剖面数据以及55个典型土壤剖面的地理位置、土层深度、有机质含量、面积、理化分析数据和1:50万数字化土壤类型图,在GIS的支持下利用土壤类型法对黄河源区草地土壤碳库进行了估算。结果表明,黄河源区土壤碳密度较高,平均土壤有机碳密度为29.97 kg/m²,高寒草地土壤有机碳库主要由高山草甸土和高山草原土的有机碳库构成,研究区土壤有机碳总储量达15×10⁸tC。区域草地土壤有机碳密度及储量呈明显的水平和垂直分异规律。     

我国草地生态系统碳循环研究进展

文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国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、土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析。同时提出了今后我国草地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域。     

高寒草甸土壤有机碳储量及其垂直分布特征

青藏高原是全球变化的敏感区。高寒草甸草原是青藏高原上最主要的放牧利用草地资源之一。选择青藏高原东北隅海北站内具有代表性的高寒草甸土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系和有机碳含量。研究得出,青藏高原高寒草甸土壤贮存有巨大的根系生物量 (23544.60 kg ha^-1~27947 kg ha^-1) 和土壤有机碳 (21.52 GtC);自然土壤表层 (0~10 cm) 储存了整个剖面土壤有机碳总量的30%左右。比较发现,高寒草甸土壤的有机碳平均贮存量 (23.17×10⁴ kgCha^-1) (0~60 cm) 较相应深度的热带森林土壤、灌丛土壤和草地土壤的有机碳贮存量高约1~5倍多。在全球碳预算研究中,青藏高原高寒草甸土壤有机碳库不可忽视。随着全球变暖,表层土壤有机碳分解释放的CO₂将增加。为了减少高寒草甸生态系统的碳排放,应加强高寒草甸土壤地表覆被的保护,合理种植深根系植物。这对减缓全球大气CO₂浓度升高的速率以及可持续开发高寒草甸的生态服务功能都具有重要意义。     

退化和恢复过程驱动的荒漠草地生态系统有机碳密度变化

荒漠草地是陆地生态系统的重要组成部分,研究退化和恢复荒漠草地生态系统碳密度的变化特征,是精确评估荒漠草地在全球气候变化中作用的关键,也能为中国碳达峰和碳中和提供数据支撑和理论依据.通过野外调查取样和室内分析,研究了腾格里沙漠南缘天然荒漠草地、重度退化荒漠草地和通过植被建设恢复良好的人工-天然荒漠草地的生态系统碳密度,主...     

青藏高原草地生态系统碳收支研究进展

陆地生态系统碳收支仍然是当前全球气候变化研究的重要内容,青藏高原作为全球气候变化的敏感区,使青藏高原草地生态系统在区域碳收支平衡中占有主导地位,但研究方法等不同使得碳收支估算结果存在很大的不确定性。气候变暖在一定程度上提高了高寒草地生态系统的植被初级生产力和生物量,由此补偿了气候变暖导致的土壤有机碳分解释量,使青藏高原草地植被仍然发挥着碳汇的功能。而人类放牧活动对草地生态系统的影响较为复杂。因此,如何区分气候变化和人类活动对生态系统的影响机制,定量评价未来气候变化和人类活动影响下,青藏高原生态系统碳源/汇格局的可能变化,是一个非常重要的研究方向,也是一个极大的挑战。     

Ecosystem Carbon Allocation of a Temperate Mixed Forest and a Subtropical Evergreen Forest in China

Ecosystem carbon allocation can indicate ecosystem carbon cycling visually through its quantification within different carbon pools and carbon exchange. Using the ecological inventory and eddy covariance measurement applied to both a mature temperate mixed forest in Changbai Mountain (CBM) and a mature subtropical evergreen forest in Dinghu Mountain (DHM), we partitioned the ecosystem carbon pool and carbon exchange into different components, determined the allocation and analyzed relationships within those components. Generally, the total carbon stock of CBM was slightly higher than that of DHM due to a higher carbon stock in the arbor layer at CBM. It was interesting that the proportions of carbon stock in vegetation, soil and litter were similar for the two mature forests. The ratio of vegetation carbon pool to soil carbon stock was 1.5 at CBM and 1.3 at DHM. However, more carbon was allocated to the trunk and root from the vegetation carbon pool at CBM, while more carbon was allocated to foliage and branches at DHM. Moreover, 77% of soil carbon storage was limited to the surface soil layer (0-20 cm), while there was still plentiful carbon stored in the deeper soil layers at DHM. The root/shoot ratios were 0.30 and 0.25 for CBM and DHM, respectively. The rates of net ecosystem productivity (NPP) to gross ecosystem productivity (GPP) were 0.76 and 0.58, and the ratios of ecosystem respiration (Re) to GPP were 0.98 and 0.87 for CBM and DHM, respectively. The net ecosystem carbon exchange/productivity (NEP) was 0.24 t C ha^-1 yr^-1 for CBM and 3.38 t C ha^-1 yr^-1 for DHM. Due to the common seasonal and inter-annual variations of ecosystem carbon exchange resulting from the influence of environmental factors, it was necessary to use the long record dataset to evaluate the ecosystem sink capacity.     

黄河源区土地沙漠化及其对土壤碳库的影响研究

沙漠化过程不仅影响着区域社会经济稳定、可持续发展,而且对地球表层物质循环和能量转换过程产生重要的影响。因此,沙漠化对草地生态系统土壤碳库汇效应有重要的影响。结合黄河源区沙漠化过程的定量研究,探讨土地沙漠化过程对高寒草甸生态系统土壤碳库的影响。研究结果表明,从1990—2000年黄河源区沙漠化不仅表现为面积的扩展,而且表现为沙漠化程度的加重,沙漠化扩展和程度加重面积达1 067.69 km²。根据野外实测土壤剖面样品的理化分析测试确定的不同沙漠化土地的土壤有机碳密度,结合沙漠化土地的变化,获得从1990—2000年黄河源区沙漠化导致土壤有机碳流失量达4.11×10⁶ t,每年从土壤中流失的有机碳平均为0.41×10⁶ t。认为自然与人为因素导致的青藏高原高寒草甸生态系统的退化,不仅影响了高原区域可持续发展,而且将由碳汇转变为碳源并对全球气候的变化产生重大的影响。     

1980s-2010s内蒙古草地表层土壤有机碳储量及其变化

以我国内蒙古草原为研究区域,结合1982-1988年第二次土壤普查资料以及2011-2012年实地考察数据,构建了基于遥感数据和土壤数据的区域表层土壤有机碳储量估算方法,对研究区1980s和2010s表层土壤有机碳储量、空间分布特征及其变化进行研究,结果表明：(1) 1980s、2010s内蒙古草地表层土壤 (0~20 cm) 有机碳储量分别为2.05 Pg C、2.17 Pg C,土壤有机碳密度约为3.48 kg C·m^-2、3.69 kg C·m^-2,其空间分布上呈现从草甸草原、典型草原、荒漠草原逐渐降低的特征;(2) 1982-2012年间,内蒙古草地表层土壤有机碳储量略有增加,但增加幅度较小,其中草甸草原和典型草原表层土壤有机碳储量增加,荒漠草原则表现为减少。研究结果将为研究区因地制宜地采取固碳措施,实现草地可持续管理提供科学参考。