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。     

干旱区土地退化与荒漠化对土壤碳循环的影响

荒漠化是干旱区的最为严重生态退化问题,它的发生和发展对干旱土壤碳循环有着重要的影响.土壤是全球陆地生态系统最大的碳库,土壤中碳的固存和向大气的释放直接关系到全球气候的变化.干旱土壤占全球陆地总面积的40%,因此,它在全球碳循环中占有重要的地位.干旱区土地退化和荒漠化对土壤碳循环的影响包括两个主要方面:①它促进了SOC和无机碳的矿化,使之向大气释放CO2,增加了温室效应;②由于荒漠化增加了大气尘埃含量,减少了辐射,在一定程度上间接地缓解了土壤碳的损失.文章综述了近年来相关研究的进展,评价了干旱区土壤碳的固存和在缓解温室效应方面的潜在能力.讨论了干旱荒漠化地区对全球碳平衡的贡献和在干旱区促进土壤碳固存的基本策略.     

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。     

新疆艾比湖湿地自然保护区不同土壤类型无机碳分布特征

土壤无机碳（SIC）是干旱区土壤碳库的重要组成部分,分析其特征和储量是开展干旱区荒漠生态系统碳循环研究的必要基础。基于新疆艾比湖湿地自然保护区土壤剖面的实测数据,分析了不同土壤类型SIC分布特征及其差异性,估算了研究区SIC储量,并探讨SIC含量与分布、储量特点以及与土壤有机碳（SOC）和理化因子间关系。结果表明：各类型平均SIC含量为53.06～79.90 g·kg–1;类型间SIC含量有显著差异（p<0.05）,50 cm以上各层SIC含量顺序为灰棕漠土>盐碱土>水成土>荒漠风沙土,50 cm以下则盐碱土和水成土逐渐占优势。SIC含量的垂直分布总体表现为低-高-低的特征（10 cm单位土壤深度）,除灰棕漠土外,SIC含量在剖面上的变化较均匀。研究区无机碳密度平均为9.37 kg·m-2,SIC库储量为234.50 Tg。SIC含量与SOC及含水量呈显著的正相关,并随土壤深度增加有增加趋势;与土壤容重和表层pH值负相关,相关性较弱。     

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     

黄河三角洲芦苇盐沼土壤碳、氮含量和储量的垂直分布特征

沿自陆向海方向,在黄河三角洲潮汐区芦苇(Phragmites australis)盐沼中,采集0~60 cm深度土壤的样品,研究土壤碳、氮含量与储量的垂直分布特征。结果表明,在垂直方向上,随土壤深度的增加,土壤有机碳、无机碳和全碳含量在减少,铵态氮、硝态氮和全氮含量在减少,土壤有机碳和全氮储量也在减少,土壤有机碳储量低于全国平均值;土壤全氮含量的垂直分布主要受制于土壤有机质的分布;土壤有机碳、全碳和全氮储量主要集中分布在土壤表层。根据土壤碳氮比,相对近陆的采样点1的土壤有机质来源主要为陆源,其他采样地的土壤有机质除来自陆地外,海洋也是其重要的来源。研究区域土壤含水率分别与土壤有机碳含量、全碳含量、全氮含量和全氮储量显著正相关(n=20,p0.01);土壤全碳含量、全氮含量分别与土壤容重显著正相关(n=20,p0.01);土壤全氮含量、全碳储量分别与土壤p H显著负相关(n=20,p0.05);土壤碳、氮含量和储量都与土壤盐含量不相关;土壤碳、氮含量和储量分别与螃蟹洞数量呈显著指数负相关。     

腾格里沙漠南缘植被恢复过程中土壤理化性状的变化

土壤有机碳是土壤质量的关键指标,也是评估陆地生态系统碳库对大气CO2源、汇效应转变的基础。本文分析了腾格里沙漠南缘植被恢复过程中土壤物理性质、有机碳含量及其组分特征。结果表明:在围封后,土壤容重随着植被恢复年限的延长呈指数级减小,孔隙度、黏粒含量和田间持水量则表现出随年限延长而显著增大的趋势;土壤有机碳、微生物量碳、轻组有机碳和重组有机碳含量随着围封抚育年限的延长而显著增加,轻组有机碳占总有机碳的比例随植被恢复年限的延长而增大,而重组碳所占比例则随时间变化显著下降。土壤有机碳与容重呈显著负相关,而与其他参数呈显著正相关,说明其变化受多种因素影响,且对土壤物理性质的变化有重要意义。     

人类活动对土壤有机碳库的影响研究进展

土壤有机碳库动态变化直接影响全球的碳平衡, 土壤有机碳库研究是全球碳循环研究中的关键。研究人类活动影响下的土壤有机碳库的动态特征及其过程机制,不仅可降低对未来气候预测的不确定性,也可为土壤固碳技术的选择和政策制定提供理论依据。从土地利用方式变化、耕作方式与管理两方面详尽阐述了国内外关于人类活动影响下土壤有机碳库动态的研究进展,提出应加强土地管理、采取适当的农业耕作措施来减少土壤有机碳的流失,以提高土壤对碳的固定。     

中国科学院新疆生态与地理研究所在土壤有机碳组分对土地利用的响应特征方面取得进展

<正>土壤有机碳库是生物圈最大的有机碳库,是全球碳循环中重要的组成部分。土地利用被认为是土壤有机碳的主要影响因素之一,其引起的土壤碳损失已经成为人类必须面临的诸多环境难题之一,而将土壤有机碳细化为不同组分被认为是深入认识和了解土地利用对土壤有     

人工固沙区土壤碳分布及其与土壤属性的关系

选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代建立的人工固沙林（1964、1981、1990年）及临近的流动沙丘,对0~3.0 m剖面上的土壤进行取样和分析,以探讨固沙植被的建立和发展对土壤碳（有机碳和无机碳）分布的影响及其与土壤属性的关系。结果表明：在流动沙丘建立人工固沙植被近50年后,表层（0~0.1 m）土壤有机碳和无机碳含量均明显增加,土壤有机碳含量为1.95 g·kg^-1,是流动沙丘的6.67倍,无机碳含量为4.19 g·kg^-1,是流动沙丘的1.46倍。将土壤剖面划分为3层后（0~0.4,0.4~1.0、1.0~3.0 m）分析显示,从流动沙丘到1964年固沙区,土壤有机碳密度显著增加（0.18 kg·m^-2到0.52 kg·m^-2）,且浅层（0~0.4 m）的增加快于深层（1.0~3.0 m）;同时,浅层有机碳密度在整个剖面中所占比例显著增加（14.3%到30.4%）,而深层减少（64.8%到51.6%）。浅层和深层无机碳密度均有增加趋势,但差异不显著。冗余分析显示,土壤细颗粒含量、水分有效性、总氮含量、总磷含量、pH值和电导率与土壤碳密度关系密切,解释了土壤碳密度86.2%的变异。土壤有机碳密度与土壤细颗粒、总氮总磷含量及水分有效性、电导率极显著正相关（P<0.001）;土壤无机碳密度与土壤细颗粒、总磷含量及水分有效性、总氮含量显著正相关（P<0.05）。在1.0~3.0 m和0~3.0 m剖面上,土壤有机碳密度与土壤水分含量分别存在显著和极显著的负相关关系（P<0.05和P<0.01）。     

胶州湾典型河口湿地土壤无机碳分布及影响因素

选择胶州湾大沽河与洋河河口湿地作为研究区,按平行于海岸带方向的光滩和垂直于海岸带方向的河漫滩分层采集土壤样品,测定土壤无机碳（Soil inorganic carbon,SIC）含量、相关离子含量及土壤理化性质,应用Duncan方法及Pearson方法对SIC含量进行组间数据差异显著性分析和相关性分析。结果表明：光滩SIC含量总体呈现距入海口越远,SIC含量越高的趋势,水体的冲刷作用是导致该现象的主要原因。随距海距离增加,河漫滩SIC含量总体呈现先降低后升高的趋势,主要受人类活动等综合因素的影响。互花米草（Spartina alterniflora）入侵使SIC含量明显降低,这是入侵物种根系的转化作用所导致的。养殖活动改变了养殖池塘自身环境因子,进而改变了SIC分布规律,表现为其总体SIC含量高于光滩。相关性分析表明,SIC含量与土壤含盐量、土壤溶解性无机碳含量及土壤pH呈显著正相关。     

海南岛东部地区土地利用方式对土壤有机碳与 易氧化有机碳的影响

以海南岛东部地区的4种土地利用方式（水田、抛荒地、果园、橡胶林地）的土壤为研究对象,通过对其SOC（土壤有机碳）和ROC（土壤易氧化有机碳）质量分数的测定,分析不同土地利用方式下SOC以及ROC的分布特征。结果表明：研究区的土地利用方式对SOC与ROC具有显著影响,土地利用方式通过影响植被凋落物、根系以及耕作方式、施肥收割等管理措施影响SOC及ROC的分布特征。就整个土壤剖面（0~30 cm）而言,不同土地利用方式下SOC质量分数的分布特征表现为水田＞抛荒地＞果园＞橡胶林地;各土地利用方式下SOC在表层土壤中质量分数最高,并随着土壤层的加深逐渐递减。水田、果园和橡胶林地土壤的ROC质量分数随着土壤深度的加深而逐渐降低,抛荒地呈现出先减少后增加的趋势。不同土地利用方式下土壤ROC质量分数表现为抛荒地＞水田＞果园＞橡胶林地。ROC质量分数的高低顺序与SOC质量分数基本相同。土壤的SOC质量分数是影响ROC质量分数变化的重要因素,相关性分析结果表明：水田、抛荒地和橡胶林地的SOC与ROC质量分数呈极显著正相关,而果园的SOC与ROC质量分数呈显著正相关。4种土地利用方式中水田土壤ROC的分配比例较低,说明水田的SOC稳定性相对于其他土地利用方式较高,有利于土壤碳的储存。     

浑善达克沙地土地沙漠化过程中土壤粒度与养分变化研究

浑善达克沙地土壤空间异质性大,流动沙丘粒度组成和非沙漠化土地养分含量都存在极显著差异。随着土地沙漠化的发展,土壤表层通常形成粗化层,土壤中的重要养分有机碳（SOC）和全氮（TN）的含量显著下降,且SOC含量比TN含量存在更大的空间差异和随沙漠化土地发展更快的下降速率,致使土壤表层C/N值存在明显下降趋势。沙漠化土地表层土壤中SOC含量和TN含量与土壤粘粒含量和粗粉沙含量之间存在很好的相关性,尤其与土壤粘粒含量的相关性非常高;而且与TN含量的相关性高于与SOC含量的相关性。各种原因引起的土壤风蚀是造成沙漠化发展中土壤过程的主要动力因素,严重影响着土壤的稳定与土壤细物质和养分的迁移。     

湘东丘陵区4种林地深层土壤溶解性有机碳的数量和光谱特征

选取湘东丘陵4种典型母质发育的林地土壤,挖掘土壤剖面并分层采集土壤样品至母质层/母岩,研究深层土壤有机碳（SOC）和溶解性有机碳（DOC）的数量和分布规律,采用紫外-可见光谱技术分析深层土壤DOC的宏观化学结构特征。结果表明,土壤DOC含量（2.33~185.26 mg·kg^-1）在板岩红壤和酸性紫色土剖面上某些深层土层出现升高现象。DOC/SOC除第四纪红土红壤在浅层表土最高（1.5%）外,其他3种土壤均在60~80 cm深层土层达到最高峰值（1.0%~2.5%）。SOC数量是控制不同母质土壤DOC数量的重要因素。但光谱分析显示,随着土壤剖面的加深,DOC的宏观化学组成、结构趋于复杂,化学稳定性升高。尽管一些深层土层中DOC/SOC升高,但其DOC化学结构更为复杂,评价深层土壤SOC和DOC稳定性还应考虑其化学结构特性。     

气候变化及人类活动对中国土壤有机碳储量的影响

对中国1998年第二次土壤普查中的2000多个土壤剖面中碳储量与年平均温度 (T)、年降水量 (P) 的相关性研究表明：它们之间的相关性在不同的温度带下具有很大的差异,在T ≤10^oC的地区,土壤有机碳储量与温度的负相关性最强;在10^oC< T ≤ 20^oC的地区,受与降水正相关的影响,土壤有机碳储量与年平均温度表现出一种正相关性;而在T > 20^oC的地区,土壤有机碳储量与温度和降水的相关性都很差。由于温度和降水在中国存在很强的正相关性,因此在相关分析中宜采用偏相关分析方法。受人类耕种的影响,耕地土壤有机碳储量与温度、降水相关性远低于非耕地土壤。对具有相同土壤属性和气候条件的同一地区的耕地土壤与非耕地土壤样本进行的配对检验表明,耕地土壤与非耕地土壤有机碳储量之间存在显著差异,土地利用的改变在总体上导致了土壤碳的释放。     

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。     

黑河上游山地青海云杉林土壤有机碳特征及其影响因素

以黑河上游祁连山中段青海云杉林为研究对象,分析了不同林区云杉林表层(0~20 cm)土壤有机碳的分布特征及其与气候因子、植被特征和土壤特性的关系。结果表明：祁连山中段3个林区青海云杉林表层土壤有机碳含量为寺大隆林区[(9.38±0.72)%]>西水林区[(7.81±0.43)%]>大河口林区[(6.06±0.30)%],土壤有机碳含量平均值为(7.41±0.28)%,变异系数为37.9%。土壤有机碳含量与海拔、土壤含水量、土壤全氮呈显著正相关关系,而与土壤pH值呈显著负相关关系。经主成分分析表明,海拔和土壤pH值是影响土壤有机碳含量的第一主成分,土壤全氮是第二主成分,云杉林密度是第三主成分,累计解释率为72.47%。     

闽江河口秋茄湿地土壤腐殖质组成及剖面分布特征

以闽江河口秋茄湿地土壤为研究对象,研究了土壤腐殖质组成和剖面分布特征,并探讨了土壤腐殖质组成与土壤理化因子的关系。结果表明,秋茄湿地土壤腐殖质的组成中,胡敏酸占有机碳变化范围为6%～18%,富里酸占有机碳变化范围为15%～34%,闽江河口秋茄湿地土壤为富里酸型土壤。土壤胡敏酸和胡敏素含量随深度增加而波动降低;富里酸表层的含量最低,中间层最高。表层的HA/FA最高,中间层最低。土壤理化性质中,pH值、有机碳含量、粘粒含量、氮含量与土壤腐殖质分布有显著线性相关关系。