碳同位素在草地生态系统碳循环中的应用与展望

草地生态系统在全球碳循环研究中占有重要地位,目前,碳同位素技术已经被广泛地应用于草地生态系统碳循环研究中。本文阐述了碳同位素在草地土壤有机碳的来源、光合作用产物碳在草地生态系统中的分配、草地土壤有机质的周转及草地土壤呼吸研究方面的应用,重点论述了碳同位素在土壤呼吸方面的应用。应用碳同位素对土壤呼吸进行区分的方法主要包括13C自然丰度法、脉冲标记法、同位素稀释法、模拟根际沉积物法、14CO2动态模型法、根系分泌物洗涤法等。碳同位素技术对草地土壤和根干扰很小,方法相对成熟,为深入研究草地生态系统碳循环提供了巨大潜力。在我国,应用碳同位素方法研究草地生态系统碳循环在土壤有机碳的来源、分配及周转和土壤呼吸区分等方面有进一步研究的必要,也有进一步研究的发展空间。     

“草地生态系统碳循环过程”研究进展

我国草地生态系统碳素总贮量为308 PgC,占陆地生态系统碳素总储量的15·2%,草地生态系统在碳循环研究中占有重要的位置。草地生态系统碳循环具有其独特的生物地球化学循环过程和作用,主要表现为:碳素储量绝大部分集中于土壤中,地上生物量中仅为10%;草地生态系统不像森林生态系统那样具有明显的地上生物量,但由于地上部分受放牧、农垦等的影响碳循环远较森林生态系统要强烈,地上部分碳循环不仅速度快,而且向大气排放CO2的作用明显;作为主要碳贮存库的地下部分,由于草地所处的特殊地理位置和气候条件,导致其地下部分分解普遍较慢,草地作为CO2汇的作用更为明显。因此,对于草地生态系统独特的碳循环过程与机制的研究     

气候变化对中亚草地生态系统碳循环的影响研究

准确评估草地生产力、碳源/碳汇功能,分析气候变化对草地生态系统碳循环的影响,对于草地资源的合理开发和有效保护至关重要。选取对气候变化以及人类干扰高度敏感的中亚干旱区草地生态系统为研究对象,利用Biome-BGC模型,模拟分析其NPP、NEP的年际变化趋势及其空间分布格局。结果显示：（1）1979-2011年中亚地区草地生态系统NPP年平均值为135.6 gC·m^-2·a^-1,且随着时间的推移呈现出波动下降的趋势,下降速率为0.34 gC·m^-2·a^-1。（2）NEP的年平均值为-8.3 gC·m^-2·a^-1,表现为碳源,且该值随着时间的推移呈现出波动上升的趋势,上升速率为0.58 gC·m^-2·a^-1。（3）NPP高值区域在降水较为丰富的天山山脉附近以及哈萨克斯坦北部。（4）NPP的年际变化与降水量的年际变化趋势基本一致,相关系数为0.52;NPP与温度的相关系数为-0.28,未达到显著相关水平。本研究实现了Biome-BGC模型在中亚干旱区草地生态系统的应用,对评价干旱区草地生态系统碳源/碳汇功能及其在全球碳循环和全球变化中的作用、实现中亚草地生态系统的可持续利用、完善区域和全球碳循环理论体系具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

草地改良对陆地生态系统养分的影响--以福建省建瓯市牛坑龙草地生态系统试验站为例

Both land use/land cover change (LUCC) and the effects of nutrients cycles on terrestrial ecosystems and biodiversity are key environmental problems in the 21st century (Yang etal., 2002; Li, 1996; Bai and Bai, 1998). Land cover change is the accumulated result of land use, which includes three types, i.e., deterioration, transition and amelioration of land cover (Cai, 2001). The nutrient cycle is the main functional process to maintain stability and production of an ecosystem. Land cover …     

模拟增温对生态系统碳循环影响研究进展

气候变暖影响着生态系统碳循环,碳循环的变化反馈于气候变化。这两者的相互作用影响着未来气候变化的方向和强度。野外增温试验有助于了解生态系统碳循环对气候变化的响应及其机制,因此成为近年来的研究热点。生态系统所处的地理位置及相应的气候背景影响着碳循环对增温的响应。增温后不同生态系统的碳释放和碳固定均可表现为增加、减小或者无显著变化,因而生态系统净碳收支对气候变化响应多样。增温后土壤氮矿化速率、物候、生态系统物种组成和结构的变化间接影响着生态系统净碳收支。多年冻土区储存了大量的土壤有机碳,冻土融化后冻土有机碳分解将释放大量的CO₂到大气中,正反馈于气候变暖,因而是目前野外增温试验对碳循环影响研究的焦点。     

干旱半干旱地区草地碳循环关键过程对降雨变化的响应

未来全球气候变化背景下,全球或局部地区的降雨量及降雨时间分布将发生一定的变化.草地生态系统在全球碳收支中作用显著,对气候变化的反馈起着重要的作用.但由于草地多处于干旱半干旱地区,受到水分条件的限制,对降雨变化响应敏感,其碳源汇功能表现出很大的不确定性.为了更好地预测未来全球气候变化背景下草地的碳源汇功能及其对气候变化的进一步反馈,有必要深入研究决定草地碳源汇功能的两大碳循环关键过程--净初级生产力和土壤呼吸对降雨变化的响应特征及机制.本文对国内外有关草地生产力和土壤呼吸如何对降雨量、降雨强度、降雨频率和间隔时间进行响应的相关研究成果进行了综述,在此基础上指出了目前研究存在的不足,并对未来相关的重点研究方向进行了探讨和展望.     

陆地生态系统氮状态对碳循环的限制作用研究进展

陆地生态系统碳循环和氮循环密切相关, 碳贮量与碳通量在很大程度上受氮循环的影响 和限制。由于氮循环的复杂性, 在以往的大多数碳循环研究中, 更多考虑水分、温度和大气CO2 浓 度等因子的影响, 考虑碳氮相互作用的研究较少。氮素可限制植物光合、有机质分解、同化产物的 分配以及生态系统对大气CO2 浓度升高的响应。根据目前有关碳氮模型的发展状况可将碳氮耦 合循环模型分为三大类: 一是静态模型, 它的土壤养分水平或者叶氮含量不变, 是常数, 这类模型 适合于在站点或氮素浓度变化不大的区域应用; 二是土壤氮限制模型, 能够保持稳定的生态系统 氮收支, 在NPP(Net Primary Productivity, 净初级生产力)的模拟中考虑土壤氮有效性的动态变化 的影响, 使模拟结果更为合理; 三是叶氮限制模型, 在NPP 的模拟中考虑叶片氮浓度的动态变化 的影响。这三类模型虽然都考虑了氮对碳循环的限制作用, 但在氮碳循环机理方面尚有不少欠 缺, 所以在研究中可能会带来很大的不确定性。在以后的研究中, 应通过加强碳氮相互作用的实 验研究, 增进对碳氮过程的深入了解, 进而建立综合动态的碳氮耦合模型, 以减少目前碳循环研 究中的不确定性。     

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。     

围封和放牧对科尔沁沙质草地净生态系统碳交换量的影响

利用箱式法对科尔沁地区围封和放牧条件下的沙质草地净生态系统碳交换量(NEE)进行研究,以探讨围封、放牧对NEE的影响。结果显示:(1)围封17年样地的NEE显著小于围封22年样地的,围封22年样地的显著小于放牧样地的(P<0.01)。(2)在植物生长季内,围封样地总体表现出碳汇功能,放牧样地表现出碳源功能。(3)从碳净固定的量来看,围封17年沙质草地的净碳固定能力强于围封22年的;而围封22年比围封17年的沙质草地的在净碳固定方面持续的时间较长。(4)不同环境因子对不同处理NEE的影响程度不尽相同,其线性组合最大可解释NEE的变异依次为围封22年(39.5%)>围封17年(32.1%)>放牧(21.2%)。     

青藏高原草地生态系统生物量碳库研究进展

准确认识青藏高原草地生物量碳库及其变化规律对研究区域碳循环与合理利用草地资源具有重要意义。通过综述相关文献,将青藏高原草地生物量碳库的研究方法与结果概括如下:①当前草地生物量碳库的估算方法主要有4种:文献记录法、实地调查法、遥感—植被指数法和过程模型法等,而估算方法、采样标准与地下生物量估算是导致结果差异的主要因素;②文献结果显示,青藏高原草地生物量的平均碳密度为223 g/m2,碳库为277TgC(1Tg=1012g);③采用遥感的估算结果表明,近20年来青藏高原草地地上生物量碳库呈增加的趋势,总体处于碳汇状态;④影响青藏高原草地地上生物量的主要因子是降水量,温度对生物量的影响还存在不确定性,人为干扰也是影响草地生物量的重要因素。目前青藏高原草地生物量碳库的研究仍存在着一些问题,应从基础观测数据、遥感模型算法与碳—氮—水耦合过程模拟等方面开展更为深入的研究。     

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。