退耕还林对黄土高原地区土壤有机碳影响预测

土壤碳是全球碳循环中的重要组成部分，土地利用方式的改变对土壤碳的源和汇具有很大的影响。黄土高原地区进行的大规模退耕还林必然会通过影响土壤有机碳含量对区域碳循环产生重要影响。通过野外调查采样分析，结合使用全国土壤普查及黄土高原地区其它土地资源数据资料，研究计算了黄土高原地区的土壤有机碳量，并对实施退耕还林后土壤碳储量变化进行了预测。黄土高原地区土壤有机碳含量较低，平均土壤有机碳密度为2．49kg／m^2，仅为全国平均土壤有机碳密度的23．65％，土壤有机碳总储量为1068Tg，只占全国总有机碳量的1.16％。实施退耕还林后，土壤有机碳储量将明显增加。分步优化实施退耕30年后，黄土高原土壤有机碳储量可增至1266．8Tg，有机碳储量总体可增长19．21％。土壤有机碳储量的增加，对区域气候变化及土壤和水环境都将产生影响.     

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。     

近40年甘肃省耕层土壤有机碳时空分异及影响因素

区域耕层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）调查是明确全球土壤碳储量和认识土壤碳循环的重要任务。利用甘肃省1980s、2000s、2020s等3个时期的耕层土壤调查数据,通过计算耕层土壤有机碳密度（Soil Organic Carbon Density,SOCD）,估算了甘肃省耕层有机碳储量。结果显示：（1）1980s、2000s、2020s甘肃省耕层SOC储量分别为97.68、109.14、123.13 Tg,近40年固碳总量约为25.45 Tg,固碳速率为0.012±0.01 kg·m^-2·a^-1,说明当前的农田管理措施有利于研究区耕地土壤长期固碳;40年间河西绿洲灌区、黄土高原区和陇南山地区耕层SOC储量呈增加趋势,甘南高原呈下降趋势。（2）从不同土壤类型来看,黄棕壤固碳速率最大,栗钙土最小。（3）近40年间甘肃省耕层SOC储量总体呈递增趋势,化肥、有机肥施用量以及秸秆还田量的持续增加,提高了作物归还量,进而增加了耕层有机物质含量,最终促进了耕层SOC的累积。     

1980—2020年气候和土地利用变化对甘肃省陆地生态系统碳储量的影响北大核心CSCD

土地利用变化对干旱区陆地生态系统碳储量影响显著,但气候变化对其的影响尚不明晰。本研究基于1980—2020年土地利用数据以及植被和土壤碳密度动态数据,利用InVEST模型测算1980—2020年甘肃省及各市州碳储量及固碳量的变化趋势,并定量评估气候变化和土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响。结果表明:(1)甘肃省气候状态整体趋向于暖湿化,同时土地利用转移强度逐渐剧烈,并由1980—2000年的耕地扩张和草地流失逐步转变为2000—2020年的未利用地治理及城镇扩张。(2)1980—2020年甘肃省生态系统平均碳储量为2651.01 Tg C(1 Tg=10^(12)g),碳密度高值区主要分布在甘南高原和祁连山山地区域,低值区主要分布在河西走廊西北荒漠区及内陆河流域下游地区;而固碳速率则呈现出自东南向西北递减的空间格局,其中固碳量排名前四的市州依次为甘南藏族自治州、陇南市、张掖市和庆阳市。(3)1980—2020年甘肃省生态系统碳储量净增长量为208.79Tg C。1980—2000年,碳储增加量主要来源于气候变化(63.01 Tg C);而2000—2020年,土地利用变化则是甘肃省陆地生态系统碳储量变化的主要驱动因素,尤其体现在林-草-沙治理和人工绿洲扩张方面。     

绵阳市1985-2015年农田作物碳储量动态研究

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分。以四川省绵阳市为研究对象,根据统计年鉴资料,对该区农田生态系统主要农作物碳储量与碳密度进行研究分析。利用30年来(1985～2015年)绵阳市农业相关数据统计资料,对该区主要农作物碳储量与碳密度进行估算与动态变化分析。结果表明,30年来绵阳市耕地面积逐年减少,复种指数呈现上升趋势,粮经作物比例保持在80∶20水平。主要农作物碳储量从212.71×10~4 t增长到277.12×10~4 t,增幅达30.28%;碳密度从4.42 t/hm~2增长到5.50 t/hm~2,增幅达24.43%,总体呈现不稳定增长趋势。主要农作物碳储量以水稻和小麦为主,分别占总碳储量33.83%和26.55%;碳储量结构中粮食作物与经济作物比在80∶20～70∶30,近几年经济作物占比呈现上升趋势。该地区今后可调整农田种植业产业结构,提高农田种植业作物单产与复种指数,发展低碳农业;加强农业生产管理,改进农业生产技术,提高农田植被碳储量和碳密度。     

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。     

新疆耕地变化对区域碳平衡的影响

基于“Bookkeeping”模型,对1975-2005 年期间新疆耕地变化对区域碳平衡的影响进行了分析。荒漠土地开垦和耕地转移是新疆耕地变化的两种主要方式,1975-2005 年这两种耕地变化方式使新疆碳储量增加了20.6 Tg C,其中土地开垦使区域碳储量增加了51.8 Tg C,而耕地转移则向大气排放了31.2 Tg C。在1975-1985 年期间,新疆耕地大规模转移,区域碳储量的变化趋势受耕地转移的影响较大;1985 年后随新疆土地开垦规模的增加,碳储量变化趋势主要受土地开垦影响。30 年间,新疆碳储量增加主要是由草地开垦为耕地引起,而耕地转移为草地是新疆碳储量减少的主要原因。新疆地区进行合理的水土开发活动有利于区域碳固定,且长期的耕作管理活动会进一步增强耕地的碳汇功能。     

中国农田耕层土壤有机碳变化特征及控制因素

通过收集我国1980~2006年以来966个样点农田耕层土壤有机碳的实测数据,以及各样点的气温和降水数据,分析中国农田土壤有机碳变化特征,对变化的原因和发展趋势进行了探讨,对比分析了气温与降水对水稻土与旱作土固碳能力的差异,以及气温和降水对不同区域土壤有机碳的影响。结果表明:总体上我国实测点耕作表层土壤有机碳呈上升趋势,79%增幅样本主要集中在年增幅为0~3%的区间。农田土壤有机碳的含量受制于气温与降水,及水热条件的组合。20年来,全国农田土壤耕层有机碳含量的分布格局没变。农田土壤有机碳的变化,主要受人类活动的影响。土地利用方式对土壤固碳差异明显,水稻土有机碳水平明显高于旱地,水田耕层有机碳含量为旱地耕层有机碳含量的175~176%。     

珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量时空变化特征及其影响因素识别

土壤有机碳库动态变化对区域乃至全球碳平衡具有显著影响,快速城市化地区社会经济迅速发展中土地利用/覆被变化剧烈,其农田耕层土壤有机碳库变化问题倍受关注。选择珠三角核心区为研究区域,基于1980与2015年农田耕层土壤有机碳含量数据,以乡镇为单元分析农田耕层土壤有机碳库储量的时空变化特征,并通过地理探测器定量识别其影响因素的主导因素。结果表明：1）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量1980―2015年间损失巨大,损失量达67.16%,同时其空间变化具有典型的城镇集群指向特征,即距离城镇集群越近,损失程度越大;2）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量的时空异质性变化受到气候变化、地形状况、水文环境、社会经济发展、土地利用变化和农田景观变化等多种因素的影响,且其影响力存在较大差异,各因素贡献力（q统计量）介于0.004~0.256之间;3）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库时空变化主导影响因素的贡献力表现为农田景观变化＞二三产增长胁迫＞水网密度＞土地结构变化。     

川中丘陵地区近25年来农田土壤有机碳密度变化——以四川省盐亭县为例

根据盐亭县第二次全国土壤普查23个土壤剖面的采样记录,2007年采集了这23个土壤剖面样品,并分析测定其土壤有机碳含量,对比发现,盐亭县近25年来土壤平均有机碳密度上升2.70 t/hm2,上升幅度为5.65%,该县农田土壤具有微弱的碳汇效应.近25年来该县土壤有机碳密度变化复杂,不同土壤类型之间的变化差异较大.其中,水稻土、黄壤和紫色土有机碳密度均有不同程度的上升,而冲积土的有机碳密度则明显下降.而就土地利用方式而言,水田土壤的有机碳密度呈明显上升趋势(上升幅度15.38%),而旱地土壤有机碳密度则基本上保持稳定少变.该区今后应主要通过改良耕作措施,推广生态农业技术,增加土壤有机物质归还量;加强生态环境建设,搞好水土保持;灌溉水利工程建设进一步稳定和扩大水田面积等措施,以达到稳定和提高农田土壤有机碳储量的目的.     

Spatial Analysis of the Soil Carbon Sequestration Potential of Crop-residue Return in China Based on Model Simulation

Crop-residue return is a recommended practice for soil and nutrient management and is important in soil organic carbon (SOC) sequestration and CO₂ mitigation. We applied a process-based Environmental Policy Integrated Climate (EPIC) model to simulate the spatial pattern of topsoil organic carbon changes from 2001 to 2010 under 4 crop-residue return scenarios in China. The carbon loss (28.89 Tg yr^-1) with all crop-residue removal (CR0%) was partly reduced by 22.38 Tg C yr^-1 under the status quo CR30% (30% of crop-residue return). The topsoil in cropland of China would become a net carbon sink if the crop-residue return rate was increased from 30% to 50%, or even 75%. The national SOC sequestration potential of cropland was estimated to be 25.53 Tg C yr^-1 in CR50% and 52.85 Tg C yr^-1 in CR75%, but with high spatial variability across regions. The highest rate of SOC sequestration potential in density occurred in Northwest and North China while the lowest was in East China. Croplands in North China tended to have stronger regional SOC sequestration potential in storage. During the decade, the reduced CO₂ emissions from enhanced topsoil carbon in CR50% and CR75% were equivalent to 1.4% and 2.9% of the total CO₂ emissions from fossil fuels and cement production in China, respectively. In conclusion, we recommend encouraging farmers to return crop-residue instead of burning in order to improve soil properties and alleviate atmospheric CO₂ rises, especially in North China.     

安徽省土壤有机碳空间差异及影响因素

区域土壤碳储量和碳固定潜力及影响因素分析是全球变化中碳循环研究的重要前沿问题。本文采用第二次土壤普查资料,研究了安徽省不同类型土壤的有机碳密度和碳库,分析了影响土壤有机碳分布的自然和人为因素。结果表明,安徽土壤有机碳库为0.71Pg,表层土壤有机碳库为0.28Pg;土壤平均有机碳密度达117.54 t/hm²,碳密度的空间分布为:皖南山区>皖西大别山区>沿长江平原>江淮丘陵区>淮北平原区;气候和植被控制着表层土壤有机碳的省域分布,降水与土壤有机碳含量呈正相关。地形和母质影响土壤亚类间有机碳的差异;土壤总氮与土壤有机碳呈极显著相关,平原区土壤粘粒含量与表层土壤有机碳固定有较大关系。     

Modeling the effects of land-use optimization on the soil organic carbon sequestration potential

Increasing soil organic carbon (SOC) sequestration is not only an efficient method to address climate change problems but also a useful way to improve land productivity. It has been reported by many studies that land-use changes can significantly influence the sequestration of SOC. However, the SOC sequestration potential (SOCP, the difference between the saturation and the existing content of SOC) caused by land-use change, and the effects of land-use optimization on the SOCP are still not well understood. In this research, we modeled the effects of land-use optimization on SOCP in Beijing. We simulated three land-use optimization scenarios (uncontrolled scenario, scale control scenario, and spatial restriction scenario) and assessed their effects on SOCP. The total SOCP (0–20 cm) in Beijing in 2010 was estimated as 23.82 Tg C or 18.27 t C/ha. In the uncontrolled scenario, the built-up land area of Beijing would increase by 951 km² from 2010 to 2030, and the SOCP would decrease by 1.73 Tg C. In the scale control scenario, the built-up land area would decrease by 25 km² and the SOCP would increase by 0.07 Tg C from 2010 to 2030. Compared to the uncontrolled scenario, the SOCP in 2030 of Beijing would increase by 0.77 Tg C or 0.64 t C/ha in the spatial restriction scenario. This research provides evidence to guide planning authorities in conducting land-use optimization strategies and estimating their effects on the carbon sequestration function of land-use systems.     

松辽平原黑土有机碳含量时空分异规律

松辽平原典型黑土分布区土壤有机碳的空间分异规律及不同开垦年限土壤有机碳含量变化的研究结果表明:随着纬度的增加,黑土总有机碳平均含量由11.43g/kg增加至20.83g/kg,有机碳组分含量和HA/FA比值均表现出增加的趋势。随着土壤剖面加深,黑土总有机碳及其组分含量均呈下降的趋势,土壤中的HA-C逐步被FA-C和HU-C所替代。土壤开垦前50年,黑土总有机碳及其组分含量下降迅速,以后下降趋于缓慢,至开垦130年后,有机碳含量水平基本处于相对稳定状态,变化不明显。     

中国半干旱区农田土壤碳、氮、磷含量对玉米生产的影响

中国干旱半干旱区占据陆地大片区域,主体位于内蒙古高原、黄土高原、新疆及青藏高原。半干旱区处于季风和非季风的边缘,降水稀少,生态环境脆弱,对气候变化敏感。探究半干旱区农田生态系统有机碳对作物生产和碳储存的影响机制及固碳潜力,对提高区域作物生产水平和生态安全具有重要意义。本研究区位于中国宁夏南部典型半干旱区,基于2017—2019年主要粮食作物玉米生产对土壤有机碳以及氮磷的响应,运用农田生态系统调查取样的方法,开展耕层土壤有机碳（SOC）、全氮（STN）、全磷（STP）及碳氮比（C/N）对玉米生产水平及有机碳储存的影响研究,分析农田SOC的合理贮存范围。结果表明：（1）SOC、STN、STP含量对玉米产量影响差异显著。一定阈值内SOC、STN、STP含量及土壤C/N对玉米产量表现出积极的正效应,而当SOC、STN、STP以及C/N分别超出10.00 g·kg^-1、1.00 g·kg^-1、0.85 g·kg^-1、8.50的阈值后,玉米产量的增长出现减缓,甚至下降趋势;（2）研究区域SOC含量从3.00 g·kg^-1增加至13.00 g·kg^-1的阈值,对籽粒有机碳、蛋白质、淀粉、粗脂肪、可溶性糖等含量的提升呈现积极的正效应,分别增长43.47%、77.13%、52.16%、56.92%、116.71%,均呈先快速增长,后逐渐趋于平缓趋势。而SOC对籽粒全氮和全磷呈现倒U型变化趋势。STN、STP对玉米品质的影响相对较弱;（3）研究区作物耕层SOC、STN、STP含量与生态系统固碳潜力具有较强的正相关性,而SOC、STN、STP含量过高,作物固碳潜力基本保持稳定。研究结果较好反映了研究时间段内SOC、STN、STP含量与作物生产水平及提高SOC储存的关系。本研究认为宁夏南部半干旱区,农田SOC、STN、STP、C/N的合理阈值分别为10.00—12.00 g·kg^-1、0.80—1.10 g·kg^-1、0.70—0.85 g·kg^-1、8.00—9.00。     

中国区域土壤水蚀碳量空间分布及其时间动态

本文利用三次全国土壤侵蚀遥感普查数据和第二次土壤普查土壤有机碳和无机碳密度数据,分析了我国土壤水蚀碳量的空间分布及其时间动态。研究结果表明：我国土壤水蚀碳量为74.61Tg C y^-1,其中有机碳量51.49Tg C y^-1,无机碳量23.12Tg C y^-1。在七大水土流失区中,水蚀有机碳量最多的是西南岩溶区,占总水蚀有机碳量的26.48%;水蚀无机碳量最多的是黄土高原区,占总水蚀无机碳量的67.62%。前者以中度水蚀为主,后者以极强度和强度水蚀为主。80年代中期至90年代中期,我国土壤水蚀碳量共减少了11.66Tg C y^-1,以有机碳迁移量减少为主,占总减少量的81.93%;90年代中期至21世纪初,土壤水蚀碳量依然呈下降趋势,共减少了1.65Tg C y^-1,其中,有机碳迁移量减少了1.514Tg C y^-1,无机碳迁移量减少了0.134Tg C y^-1。