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。     

基于1:100万土壤空间数据库的有机碳储量估算研究——以中国东北三省为例

以最近建成的中国1:100万土壤空间数据库以及《中国土种志》和省级土种志的土壤属性为基础,共收集东北三省736个土壤剖面理化分析数据,估算出该地区土壤有机碳总储量,并分析讨论了土壤有机碳密度在空间上的分布特征。结果表明,东北三省土壤有机碳密度平均为16.13 kg/m²,在空间分布上的总趋势为东北部高,西南部低,密度较高的有机碳主要分布在原始森林、湿地及部分农业耕作区中。土壤有机碳密度最高的土类为泥炭土和沼泽土等土类,最低的为石质土、风沙土等土类。     

基于1∶100万土壤空间数据库的有机碳储量估算研究——以中国东北三省为例

以最近建成的中国1∶100万土壤空间数据库以及《中国土种志》和省级土种志的土壤属性为基础,共收集东北三省736个土壤剖面理化分析数据,估算出该地区土壤有机碳总储量,并分析讨论了土壤有机碳密度在空间上的分布特征。结果表明,东北三省土壤有机碳密度平均为16.13kg/m2,在空间分布上的总趋势为东北部高,西南部低,密度较高的有机碳主要分布在原始森林、湿地及部分农业耕作区中。土壤有机碳密度最高的土类为泥炭土和沼泽土等土类,最低的为石质土、风沙土等土类。     

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。     

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。     

开封市不同功能区城市土壤有机碳含量与密度分析

研究开封城市土壤有机碳,发现不同功能区类型间及城区与郊区间的有机碳特性存在差异:土壤表层有机碳含量为工业区>休闲区>交通区>文教区>行政/居民区;表层有机碳密度为休闲区>工业区>交通区>文教>行政/居民区;土壤剖面有机碳密度为文教区>交通区>工业区>休闲区>行政/居民区.城市土壤表层有机碳密度和剖面有机碳密度均沿城郊剖面线呈下降式梯度变化,城区分别是郊区的2.53和1.56倍.城市土壤有机碳积累主要在地表之下0～30 cm范围内.     

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。     

基于景观格局的现代黄河三角洲滨海湿地土壤有机碳储量估算

利用2000年和2009年的TM影像数据,对现代黄河三角洲滨海湿地的景观进行分类,将其划分为9种景观类型.利用ArcGIS9.3软件,依据2009年黄河三角洲滨海湿地GPS土壤定点采样点的理化分析数据,计算出土壤有机碳密度,并进行空间插值,结合各景观类型分布面积,估算表层(0～30 cm深度)土壤有机碳密度和储量.研究结果表明,2000～2009年,研究区的总面积增加,土壤有机碳密度为0.73～4.25 kg/m2; 2000年和2009年的土壤总有机碳储量分别为3.43×106t和3.17×106t.各景观类型的土壤有机碳储量随着其面积的变化而变化,面积变化最明显的景观类型是滩涂、灌草地、农田和盐田养殖池,导致这种变化的原因是自然因素和人为因素共同作用的结果.减少和限制人类活动、保护表层土壤对黄河三角洲滨海湿地土壤碳库的持续稳定发展非常重要.     

黄土高原草地和农田生态系统碳滞留时间及固碳潜力

采用概率反演分析法估算黄土高原草地和农田生态系统各碳库滞留时间及固碳潜力。结果表明:除农田植物地上部分外,植物地上部分、地下部分、代谢性凋落物及土壤活性有机碳库滞留时间最短,为25~203d;惰性凋落物碳库滞留时间为2.4~3a;慢性有机碳库和惰性有机碳库滞留时间最长,分别为57.4~79.6a和593~598a。多年生草地的根系滞留时间显著高于农田;而农田代谢性凋落物碳库和慢性有机碳库的滞留时间显著高于草地。根据反演所得参数模拟,在当前气候和土壤条件下,农田和草地系统土壤有机碳在250a左右时达稳定状态,农田系统固碳潜力约为2 680g C·m^-2,草地约为3 130g C·m^-2。农田有机肥的输入能使土壤有机碳多固定4 000g C·m^-2。有机肥的输入及土壤有机碳周转缓慢使耕作农田比草地更有利于土壤有机碳积累。     

甘肃河西山地土壤有机碳储量及分布特征

山地土壤具有强异质性和较高的碳密度，研究山地土壤有机碳的储量、空间分布特征和影响因素，对理解未来气候变化情景下该区土壤碳-大气反馈具有重要意义。河西山地地形复杂，水热梯度明显，是研究土壤有机碳空间格局的理想区域。利用河西山地126个土壤剖面数据，分析了0~100 cm土壤有机碳的储量、空间分布特征及其与环境因素的关系。结果表明：河西山地0~100 cm土壤有机碳密度均值15.04±7.24 kg·m^-2，区域土壤有机碳储量1.37±0.66 Pg，其中50%储存在高寒草甸和亚高山灌丛草甸。研究区土壤有机碳密度从高到低依次为亚高山灌丛草甸（41.15±18.47 kg·m^-2）、山地草甸草原（40.26±9.59 kg·m^-2）、山地森林（34.57±14.52 kg·m^-2）、高寒草甸（29.19±14.58 kg·m^-2）、山地草原（19.28±11.33 kg·m^-2）、荒漠草原（9.83±4.14 kg·m^-2）、高寒草原（8.59±2.47 kg·m^-2）、高寒荒漠（5.89±3.18 kg·m^-2）、草原化荒漠（5.16±3.06 kg·m^-2）、温带荒漠（5.00±3.35 kg·m^-2）。土壤有机碳的空间分布与地形和气候因子显著相关。土壤有机碳密度随着海拔的升高呈现出先增加后减少的趋势，阴坡土壤有机碳密度显著高于阳坡和半阴坡。土壤有机碳密度随年平均降水量增多而增多，随年平均温度的升高呈现出先增加后减少的趋势。     

Effects of Enclosure on Plant and Soil Nutrients in Different Types of Alpine Grassland

Enclosure is one of the most widely used management tools for degraded alpine grassland on the northern Tibetan Plateau, but the responses of different types of grassland to enclosure may vary, and research on these responses can provide a scientific basis for improving ecological conservation. This study took one site for each of three grassland types (alpine meadow, alpine steppe and alpine desert) on the northern Tibetan Plateau as examples, and explored the effects of enclosure on plant and soil nutrients by comparing differences in plant community biomass, leaf-soil nutrient content and their stoichiometry between samples from inside and outside the fence. The results showed that enclosure can significantly increase all aboveground biomass in these three grassland types, but it only increased the 10-20 cm underground biomass in the alpine desert. Enclosure also significantly increased the leaf nutrient content of the dominant plants and contents of total nitrogen (N), total potassium (K), and organic carbon (C) in 10-20 cm soil in alpine desert, thus changing the stoichiometry between C, N and P (phosphorus). However, enclosure significantly increased only the N content of dominant plant leaves in alpine steppe, while other nutrients and stoichiometries of both plant leaves and soil did not show significant differences in alpine meadow and alpine steppe. These results suggested that enclosure has differential effects on these three types of alpine grasslands on the northern Tibetan Plateau, and the alpine desert showed the most active ecological conservation in the responses of its soil and plant nutrients.     

Soil organic carbon pools in alpine to nival zones along an altitudinal gradient (4400–5300 m) on the Tibetan Plateau

To accurately estimate soil organic carbon (SOC) storage in upper alpine to nival zones on the Tibetan Plateau, we inventoried SOC pools in 0–0.3 m profiles along an altitudinal gradient (4400–5300 m asl). We also studied vegetation properties and decomposition activity along the gradient to provide insight into the mechanisms of SOC storage. The vegetation cover and belowground root biomass showed a gradual increased with altitude, reaching a peak in the upper alpine zone at 4800–4950 m before decreasing in the nival zone at 5200–5300 m.Decomposition activity was invariant along the altitudinal gradient except in the nival zone. SOC pools at lower sites were relatively small (2.6 kg C m⁻² at 4400 m), but increased sharply with altitude, reaching a peak in the upper alpine zone (4950 m; 13.7 kg C m⁻²) before decreasing (1.0 kg C m⁻² at 5300 m) with altitude in the nival zone. SOC pool varied greatly within individual alpine meadows by a factor of five or more, as did bulk density, partly due to the effect of grazing. Inventory data for both carbon density and bulk density along altitudinal gradients in alpine ecosystems are of crucial importance in estimating global tundra SOC storage.     

Spatial pattern of grassland aboveground biomass and its environmental controls in the Eurasian steppe

Vegetation biomass is an important component of terrestrial ecosystem carbon stocks. Grasslands are one of the most widespread biomes worldwideplaying an important role in global carbon cycling. Thereforestudying spatial patterns of biomass and their correlations to environment in grasslands is fundamental to quantifying terrestrial carbon budgets. The Eurasian steppean important part of global grasslandsis the largest and relatively well preserved grassland in the world. In this studywe analyzed the spatial pattern of aboveground biomass(AGB)and correlations of AGB to its environment in the Eurasian steppe by meta-analysis. AGB data used in this study were derived from the harvesting method and were obtained from three data sources(literatureglobal NPP database at the Oak Ridge National Laboratory Distributed Active Archive Center(ORNL)some data provided by other researchers). Our results demonstrated that:(1) as for the Eurasian steppe overallthe spatial variation in AGB exhibited significant horizontal and vertical zonality. In detailAGB showed an inverted parabola curve with the latitude and with the elevationwhile a parabola curve with the longitude. In additionthe spatial pattern of AGB had marked horizontal zonality in the Black Sea-Kazakhstan steppe subregion and the Mongolian Plateau steppe subregionwhile horizontal and vertical zonality in the Tibetan Plateau alpine steppe subregion.(2) Of the examined environmental variablesthe spatial variation of AGB was related to mean annual precipitation(MAP)mean annual temperature(MAT)mean annual solar radiation(MAR)soil Gravel contentsoil p H and soil organic content(SOC) at the depth of 0–30 cm. NeverthelessMAP dominated spatial patterns of AGB in the Eurasian steppe and its three subregions.(3) A Gaussian function was found between AGB and MAP in the Eurasian steppe overallwhich was primarily determined by unique patterns of grasslands and environment in the Tibetan Plateau. AGB was significantly positively related to MAP in the Black Sea-Kazakhstan steppe subregion(elevation 3000 m)the Mongolian Plateau steppe subregion(elevation 3000 m) and the surface(elevation ≥ 4800 m) of the Tibetan Plateau. Neverthelessthe spatial variation in AGB exhibited a Gaussian function curve with the increasing MAP in the east and southeast margins(elevation 4800 m) of the Tibetan Plateau. This study provided more knowledge of spatial patterns of AGB and their environmental controls in grasslands than previous studies only conducted in local regions like the Inner Mongolian temperate grasslandthe Tibetan Plateau alpine grasslandetc.     

有机质对青藏高原多年冻土活动层土壤持水性能的影响

土壤水分特征曲线描述土壤基质势ψ和含水量θ之间的函数关系,表征土壤的持水性能,是研究土壤水分入渗、蒸发、土壤侵蚀及溶质运移的关键。高寒气候特征使有机质在青藏高原地区大量积累,为确定多年冻土活动层土壤持水性能的影响因素,尤其是有机质的影响,在长江源北麓河地区采样分析。结果表明：相比于土壤粒度分布,容重和有机质是影响土壤持水性能的主要因素,其中高基质势下（0~-30 kPa）以容重影响为主,低基质势下（-100~-1 500 kPa）以有机质影响为主;有机质通过改变土壤结构和增强土壤的吸附性而影响土壤持水性能,同时影响程度取决于有机质的多少,土壤持水性与有机质含量呈正相关关系。本次研究有助于认识高寒地区土壤水文特征,对展开土壤水文过程的研究提供理论基础。     

基于改进土壤冻融水循环的Biome-BGC模型估算青藏高原草地NPP

Biome-BGC模型被广泛用于估算植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）,但是该模型未考虑冻土区土壤冻融水循环过程对植被生长的影响。本文基于Biome-BGC模型,改进冻土区活动层土壤冻融水循环,估算了2000—2018年青藏高原高寒草地NPP。通过比较原模型和改进后的模型,并对NPP模拟结果的时空特征进行了分析,结果表明：① 增加冻融循环提高了NPP估算精度,青藏高原草地NPP均值由114.68 gC/(m²·a)提高到128.02 gC/(m²·a)。② 原模型和改进后NPP的空间分布差异较大,时间变化趋势差异不明显。③ 青藏高原草地NPP总量为253.83 TgC/a,呈东南向西北递减的空间格局,年均增速为0.21gC/(m²·a)（P=0.023）,显著增加的占17.85%,主要分布在羌塘高寒草原地带的大部分地区和藏南山地灌木草原地带的西部。④ 该冻融水循环改进方法简单可靠,具有在其他多年冻土区推广的价值。     

Effects of land-use changes on organic carbon in bulk soil and associated physical fractions in China's Horqin Sandy Grassland

The Horqin Sandy Grassland is one of the most seriously desertified areas in China's agro-pastoral ecotone due to its fragile ecology, combined with improper and unsustainable land management. We inves...     

青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型CO2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响;同时,结合其他地区草地生态系统,就青藏高原三种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值进行了比较;最后,结合青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究的现实与需要,提出了当前存在一些不确定性和有待深入研究的问题。     

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。