土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响

中国土壤有机碳储量及其在全球变暖背景下的变化趋势是影响全球碳循环的一个重要因素。土地利用变化对土壤有机碳储量既有直接影响,也有间接影响。一方面,土地利用变化直接改变了生态系统的类型,从而改变了生态系统的净初级生产力（NPP）及相应的土壤有机碳的输入。另一方面,土地利用变化潜在地改变了土壤的理化属性,从而改变了土壤呼吸对温度变化的敏感性系数（常用Q10表示）。在全球变暖背景下,Q10值的改变显著影响着土壤有机碳释放的强度。利用生态系统碳循环过程模型（CASA模型）反演了不同土地利用类型下的Q10值,并评价了土地利用类型的改变对土壤有机碳储量变化的间接影响。研究结果表明,林地与草地转换成耕地后将增大土壤呼吸的Q10值,此外,人类通过灌溉、氮肥的施用也能增大土壤呼吸的Q10值,从而使得全球变暖背景下土壤呼吸的碳通量有所增强。     

不同封育年限高寒草甸植被/土壤碳密度及净生态系统CO2交换量的比较

封育是推广范围最广的草地恢复措施之一. 为研究不同封育年限高寒草甸植被、土壤碳密度变化, 对1 a、6 a和16 a不同封育年限样地监测结果进行分析.结果表明: 不同封育年限高寒草甸植被现存碳密度表现出封育16 a>封育1 a>封育6 a, 分别为1 522.57 gC·m^-2、1 323.12 gC·m^-2和1 148.17 gC·m^-2, 但不同封育年限之间植被现存碳密度差异不显著(P>0.05). 土壤碳密度垂直分布明显, 0~5 cm和5~10 cm土层有机碳密度较高, 随土层深度增加土壤有机碳密度明显下降, 土壤容重上升;不同封育年限之间0~40 cm层次土壤碳密度和土壤容重差异性均不显著, 但仍可表现出土壤碳密度封育1 a>封育6 a>封育16 a, 分别为28 636.32 gC·m^-2、26 570.92 gC·m^-2和26 060.71 gC·m^-2;同时, 土壤容重随封育时间延长而下降. 对7月下旬到10月上旬净生态系统CO₂交换率(NEE)监测来看, 封育1 a植被土壤碳吸收速率显著高于封育16 a(P<0.05);而排放率与封育16 a样地接近, 差异不显著(P>0.05).     

海洋环境中的氨基糖及其在有机质循环过程中的指示作用

氨基糖作为海洋环境中一类具有重要地球化学特征的有机质,其在海水、颗粒物和沉积物中的含量和组成等信息能够有效反映有机质的来源、降解过程及成岩状态。从氨基糖的来源与组成、海洋环境中的分布特征和影响因素,以及其作为生物标志物对有机质来源和降解状态的指示作用等方面,系统总结了海洋环境中氨基糖的研究进展。结果表明,氨基糖的活性受其大分子形态、环境中溶解氧、营养盐水平和沉积环境的影响。葡萄糖胺/半乳糖胺(Glc N/GalN)和总可水解氨基酸/总可水解氨基糖(THAA/THAS)对有机质来源和降解状态的指示具有一致性,较高的Glc N/GalN和THAA/THAS值可反映浮游生物来源的新鲜有机质,其比值的降低表明有机质逐渐向细菌有机质转化。氨基糖的碳、氮归一化含量对二者的指示具有差异性,其比例的升高和降低取决于有机质降解程度和来源影响的相对贡献大小。胞壁酸可用于估算较为新鲜的细菌有机质对总有机质的贡献,但由于其快速循环而导致在溶解有机质中的含量极低,不适合应用在溶解有机质中。今后的工作应进一步加强不同微生物对海洋环境中氨基糖的贡献,区分有机质来源和降解对氨基糖的影响以及转化和归宿研究。     

碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用

碳在土壤中的储量和存储时间是陆地生态系统碳库中最大和最长的,而土地利用方式会影响到土壤碳储量及其循环周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成为一个碳汇。土壤储存碳的过程就是土壤有机碳动态平衡的变化,因此认识土壤有机碳的动态变化是揭示土壤碳循环过程及其调控机制的重要方面。首先介绍了碳的一种稳定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生态系统长期动态过程的重建(如C3/C4植被的历史格局)、土壤有机碳周转周期等方面的应用,探讨了同位素示踪技术在土壤有机碳来源、周转周期、土壤CO2通量的变化和组分区分、同位素富集等研究领域的应用,归纳了土壤碳循环研究中的基本问题,提出了未来土壤碳循环同位素示踪的主要研究方向。     

巴音布鲁克草原不同围封年限高寒草地植物群落演替分析

运用空间代替时间的方法对巴音布鲁克高寒草原不同围封年限的草地进行研究. 结果表明: 随着围封年限的延长, 群落由未围封的天山赖草( Leymus tianschanicus)+黄花棘豆(Oxytropis ochrantha Turcz)逐步向羊茅(Festuca ovina)+紫花针茅(Stipa purpurea) 方向演进. 丰富度指数和多样性指数都是在围封1 a的草地达到最大, 均匀度指数不断增大, 优势度指数在未围封草地最大. 各围封年限草地之间的相似性指数都在65%以上. 围封1 a草地的地上生物量与未围封、围封3a的差异性显著( P <0.05), 其它各样地之间差异性均不显著( P >0.05). 围封草地之间地下生物量(0～30 cm)差异显著( P <0.05), 而未围封草地与围封3 a、 5 a草地地下生物量差异性显著( P <0.05), 与围封1 a草地地下生物量差异性不显著( P >0.05). 随着围封年限的延长, 群落的演替指数和演替度分别为3.53, 4.28, 6.06, 6.43和43.57, 46.35, 52.25, 61.14, 二者都表现为逐渐增加.     

外源氮输入对草地土壤微生物特性影响的研究进展

大气氮沉降作为全球变化的重要现象之一,沉降量不断增加所带来的一系列生态问题日趋严重.草地作为陆地生态系统的主体类型之一,对大气氮沉降的响应不仅体现在地上植被生长和群落动态的变化,其地下各种生态过程的变化更加值得关注.此外,世界范围内的草地生态系统大部分面临不同程度的退化,草地施氮是寻求草地恢复的有益尝试.综述了大气氮沉降和人为施氮引起的外源氮输入变化对草地生态系统土壤微生物特性(微生物数量、微生物量、微生物呼吸、微生物多样性和土壤酶)影响的研究进展,研究表明:①施氮有利于细菌数量的增加,但对真菌数量的影响甚微或是降低真菌的数量.②长期施氮降低土壤微生物量,但短期施氮的影响效应具有不确定性.③施氮对草地土壤微生物呼吸的影响效应取决于微生物可获得的碳源的量.输入地下的植物碳量增加促进土壤微生物呼吸,输入地下的有机质减少则抑制微生物呼吸.④施氮改变了土壤微生物的群落结构组成和底物利用方式,对土壤微生物多样性的影响表现出负效应.⑤施氮提高了β-葡糖苷酶、磷酸酶和大部分糖苷酶的活性,降低了脲酶的活性.迄今为止,施氮对草地土壤微生物特性的影响效应仍存在很大的不确定性,今后的研究中应开展氮输入对草地生态系统影响的长期试验研究、加强对土壤微生物呼吸的影响研究以及合理确定我国草地生态系统可持续发展的氮饱和阈值,并进一步完善和发展测量土壤微生物多样性的新方法.     

河北泃河流域第四纪沉积相对土壤有机碳库的影响

成土母质是影响土壤有机碳储量的重要因素之一。以河北省三河市泃河流域为研究对象,根据全新统沉积环境特征,将研究区成土母质划分为冲洪积相沉积母质、冲积相沉积母质和湖沼积相淤积母质,探讨不同成土母质区土壤的有机碳密度变化及其影响机制。单因素方差分析显示,不同成土母质中土壤有机碳密度存在显著差异,呈冲积相<冲洪积相<湖沼积相变化趋势。对比不同成土母质的土壤质地、养分特征及理化性质,表明土壤通过影响植被的生长发育、土壤动植物、微生物活性、有机碳固存机制等,对土壤有机碳储量发挥直接或间接作用。研究区由冲积相→冲洪积相→湖沼积相,沉积环境发生显著变化,土壤粘粒组分增多,促进与土壤有机碳有关的有机-无机复合体的形成,降低微生物对土壤有机碳的分解;土壤含水率和养分含量增加,利于植被生长,提升土壤微生物活性,其代谢产物及死亡残体作为土壤有机碳的碳源,提高了土壤有机碳储量。该研究成果为流域土壤有机碳的保护利用提供技术支撑。     

土地利用方式对广西平果喀斯特土壤碳氮磷全量与易利用组分的影响

以广西平果喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站及周边地块的三种土地利用方式(退耕林地、退耕草地、耕地(甘蔗地和玉米地))为研究对象,通过采集0～15 cm表层土壤,分析土壤的理化性质和土壤碳、氮、磷全量与易利用组分及其关系,以期能更加准确地理解和把握退耕还林还草、土地利用方式转变对喀斯特地区土壤碳、氮、磷全量及易利用组分的影响。结果表明：(1)与耕地相比,退耕后林地和草地土壤pH值显著升高,大团聚体、速效氮显著增加,微团聚体、速效磷显著减少。(2)退耕后林地和草地土壤有机碳较耕地显著增加,林地和草地分别是甘蔗地的1.98和1.88倍,分别是玉米地的2.15和2.04倍。林地和草地土壤微生物生物量碳、全氮、微生物生物量氮较耕地也明显提高。对于磷,草地全磷(1.04 g·kg^-1)最高,其次玉米地(0.81 g·kg^-1),且甘蔗地和玉米地的可溶性磷均显著高于林地和草地。在土壤碳氮磷生态化学计量比方面,林地的OC/TP、TN/TP显著高于草地和耕地,而草地和耕地没有显著差异。(3)土壤容重、团聚体结构、pH、速效氮、速效磷都与土壤碳、氮、磷全量与...     

真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

近年来,全球变暖趋势越来越明显,大气CO2浓度不断升高被认为是引起全球气候变化的主要原因之一.大气CO2来源主要有海洋释放、土壤呼吸、化石燃料燃烧、动植物呼吸和植被破坏等;而大气CO2的归宿被认为主要有海洋吸收和植物光合作用等.全球陆地生态系统中的碳有2126 Pg.其中46%储存在森林中.土壤真菌占地下总微生物量的8...     

积雪变化对地下生态系统影响的研究进展

在气候变化背景下,全球积雪厚度、积雪密度和雪水当量发生着一系列变化,并进一步影响陆地生态系统的水热状况、生物地球化学循环过程以及生态系统的结构与功能。本文综述了北半球积雪变化（雪深、积雪覆盖日数）的现状,积雪生态研究方法及其优缺点,积雪与生态系统相互作用,以及积雪变化对主要陆地生态系统类型（草地、灌丛和森林）地下过程（养分周转、土壤动物和微生物、根系生长）的影响及其机制。研究发现：（1）雪深在40～70 cm时对土壤的保温作用最显著;（2）积雪增加通过加速土壤碳氮循环过程引起碳氮损失,尤其显著发生在相对湿润的生境中,相对干旱的生境中变化不显著;（3）在草地生态系统中,土壤有效磷含量对积雪增加的响应程度受生态系统自身干湿条件调控,即湿润的生境有效磷增加,干旱的生境有效磷降低;（4）积雪增加促进了草地生态系统植物表层根系的生长,积雪减少对植物根系生长的影响程度取决于消极影响（根系损伤和死亡）和积极影响（土壤养分有效性增加）之间的动态平衡;（5）相对于草地生态系统和森林生态系统植物根系生长而言,灌丛生态系统植物根系生长对积雪变化的响应更稳定。本文还提出了现有研究中存在的不足和未来发展趋势。     

三江源区高寒草地碳流失原因、增汇原理及管理实践

针对三江源区高寒草地生态系统碳汇管理,本文通过分析三江源区草地生态系统碳流失原因,认为过度放牧是引起系统碳流失的主要因素,而气候变化和土壤养分对系统碳汇没有显著影响;适度利用和维系较高的物种多样性有利于未退化草地固碳功能的维持。依据这些分析,进一步明确了天然草地"取半留半"、轻/中度退化草地"保原增多"和黑土滩退化草地"分类治理"的草地碳汇管理原理。实施退化草地恢复和退耕还草等措施可再次固封以前释放到大气中的碳,转变单一依靠天然草地的传统生产方式为"暖牧冷饲"草地畜牧业生产方式,可提高饲草料利用效率、降低单位畜产品碳排放和实现系统减排。     

土壤与植物根系特征及碳积累探究

为研究土壤与植物根系生长及有机碳输入之间的关系,2011年分别将构树（Broussonetia papyrifera）、铁仔（Myrsine africana）、紫花苜蓿（Medicago sativa）、皇竹草（Pennisetum sinese）移栽入贵州大学林学院苗圃基地,采用石灰土（岩溶地区土壤）与硅质黄壤（非岩溶地区土壤）进行培育,然后对根系生长特征和根系对土壤有机碳积累进行了研究。研究结果表明,构树根系在岩溶地区土壤比非岩溶地区土壤发达,即岩溶地区土壤根系碳沉积比非岩溶高。岩溶地区土壤上,紫花苜蓿死亡根系体积最大,其根系对土壤有机碳积累贡献最大。构树根系生长无论在哪种土壤均随土层深度增加而增加,使得森林土壤深层有机碳含量比草地高。因此,可确定土壤有机碳积累与植被生长环境和植被种类密切相关。      

艾比湖地区冻融作用对土壤微生物数量和群落结构的影响

通过对艾比湖地区冻融阶段7个典型样地野外采样和室内分析,研究了冻融作用条件下土壤微生物数量与土壤性质的关系、土壤微生物数量变化特征和土壤微生物群落结构的变化特征. 结果表明：不同冻融阶段,不同种类微生物数量受到不同土壤理化因子的制约. 1月,细菌数量与土壤有机质含量呈显著正相关(P<0.05),真菌数量与土壤含水量和土壤有机质含量呈极显著正相关(P<0.01),与土壤全氮和土壤孔隙度呈显著正相关(P<0.05);3月,只有真菌数量与土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01);4月,放线菌数量与土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关(P<0.05),然而与土壤pH值呈显著负相关(P<0.05). 总体来讲,冻结期土壤微生物数量较低,冻融后期(4月)达到峰值,其中,7 a 撂荒地的微生物数量最高,3 a撂荒地最低. 在研究区寒冷季节,微生物类群中放线菌占主导地位(81.9%);融化阶段,则是细菌占主要地位(52.1%~53.9%).     

祁连山不同草地类型区土壤有机碳组份的差异

为明确高寒地区土壤有机碳库的组成及稳定程度,选择祁连山地区3种草地类型区（高寒草甸、高寒草原和高寒沼泽草甸）为研究对象,分层对0～50 cm土壤中重组、轻组组分进行分离提取,测定并分析重组有机碳（heavy fraction organic carbon,HFOC）和轻组有机碳（light fraction organic carbon,LFOC）含量.结果表明,不同草地类型对土壤HFOC和LFOC含量及其分配的影响不同,HFOC、LFOC含量在土层间均具有明显的垂直变化,呈上高下低趋势,各区域间差异明显;高寒沼泽草甸LFOC含量最高,高寒草原次之,高寒草甸最低,即不同草地类型区土壤有机碳库稳定程度大小依次为：高寒草甸>高寒草原>高寒沼泽草甸;土壤pH、含水率、TC、SOC、TN含量与C/N值与土壤HFOC、LFOC含量呈极显著相关（p<0.01）.综上,祁连山草地生态系统土壤有机碳库组成及稳定程度受草地类型、土壤理化性质及环境变量影响.     

退化喀斯特植被恢复过程中土壤微生物活性研究——以贵州花江地区为例

退化喀斯特植被的恢复机理一直是近年来土壤学和生态学研究的热点。通过分析退化喀斯特植被恢复过程中土壤微生物数量、土壤生化作用强度、土壤微生物生物量,研究了贵州花江喀斯特高原生态综合治理示范区内土壤微生物活性的变化。结果表明:退化喀斯特植被恢复过程中土壤的微生物活性存在较大差异。随着退化喀斯特植被的恢复,土壤细菌、真菌、放线菌三大微生物数量及微生物总数明显上升,表现为乔木群落阶段〉灌木群落阶段〉草本群落阶段〉裸地阶段,且细菌较真菌和放线菌相比占绝对优势,其在微生物总数中分别占95．95％,93．49％,92．32％和92．48％;各主要生理类群的数量呈上升趋势,且氨化细菌〉固氮菌〉纤维素分解菌〉硝化细菌,土壤生化作用强度增强;土壤微生物生物量碳明显增加,微生物生物量碳与土壤有机碳（P〈0．01）呈显著正相关关系。土壤微生物是表征退化喀斯特植被恢复过程中土壤质量的重要特征之一,反映出随着退化喀斯特植被的恢复土壤质量也在逐渐恢复。      

土壤冻融过程对祁连山森林土壤碳氮的影响

利用祁连山区3个气象站常年监测的冻土与温度资料,研究了0~60 cm层次土壤有机碳和全氮分布及与海拔高度、土壤温度的关系,并在室内模拟研究了冻融过程（-20~15 ℃）对祁连山青海云杉林和高山灌丛林土壤有机碳和氮矿化过程的影响. 结果表明：土壤的有机碳和全氮含量随海拔上升呈增加趋势,土壤有机碳和全氮含量与海拔呈显著正相关关系,与土壤温度呈显著负相关关系. 室内模拟实验表明,经过多次冻融循环过程,冻融处理抑制了土壤有机碳矿化过程,对照处理土壤有机碳矿化速率高于冻融处理. 冻融次数也是影响土壤有机氮矿化的一个重要因素,经过42次冻融,青海云杉林和高山灌丛林土壤中有机氮质量分数分别提高了2.42倍和2.82倍. 土壤冻融过程促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中有效氮的累积.     

岩土系统地球化学行为及其对岩溶作用驱动--以丫吉村岩溶试验场为例

岩溶成土过程为Ｃ、Ｃａ、Ｍｇ淋失,Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ和酸不溶物相对累积的地球化学过程。试验场生物碳库量巨大,实验表明：植物残体在第一季度快速分解,可产生大量ＣＯ２参予岩溶作用;岩溶土壤有机碳含量高、储量大,表层土、鞍部、坡地土松结态有机碳含量高,为岩溶ＣＯ２的潜在来源;土壤有机碳可被酸性溶液（ＫＭｎＯ４）氧化,Ａ层土比Ｂ层土更易被氧化。土壤ＣＯ２含量、释放的野外监测实验结果：湿润气候条件下岩溶作用较为发育。Ｃ１３特征表明：土壤有机碳为土壤ＣＯ２的主要来源,土壤ＣＯ２为岩溶泉ＨＣＯ－３不容忽视的重要来源。土壤、有机质对石灰岩溶蚀实验表明：土壤有机质对石灰岩溶蚀具明显的促进作用,雨季比旱季、坡地比洼地岩溶作用更加发育。     

气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响

多年冻土区存储了大量土壤有机碳。气候变暖、 多年冻土退化导致其长期封存的有机碳逐渐或快速释放, 进入大气圈或水系统, 改变原有多年冻土区碳循环, 并可能显著加速气候变暖。通过综述气候变暖对多年冻土区碳库的影响研究进展, 主要包括多年冻土碳库储量、 降解机理及变化预测, 研究表明： 北半球多年冻土区的碳储量巨大, 但不确定性很高, 尤其是海底多年冻土和水合物碳库储量的评估; 多年冻土碳库对气候变暖的响应速度受土壤水热特性、 土壤有机质C/N比、 有机碳含量和微生物群落特征等多种环境因素的控制或影响; 目前, 关于北半球多年冻土碳库对气候变暖响应模拟结果说明, 多年冻土退化短期内不会导致经济和生产方面的灾难性后果。但是, 无论是针对多年冻土碳库评估, 还是多年冻土有机碳库对气候变暖的响应模拟研究结果, 都有较大的不确定性。未来多年冻土碳库变化的模拟和预测研究应更多考虑多年冻土快速退化和多年冻土区水合物分解, 如中小尺度热喀斯特的生态环境和碳的源汇效应。准确的多年冻土区有机碳排放模拟可为未来多年冻土碳与气候反馈的预估提供重要支持。     

青藏高原北麓河地区荒漠草原土壤细菌对热融滑塌的响应

多年冻土区地下冰融化造成的热融滑塌会对土壤理化性质产生一系列影响,进而影响微生物群落结构,但目前热融滑塌对荒漠草原区土壤微生物的影响还不清楚。利用Illumina测序方法,以青藏高原北麓河多年冻土区发生热融滑塌的荒漠草原为研究对象,对3种微地貌（对照区、滑塌区、沉降区）下的土壤细菌展开研究,分析了细菌群落结构及其与环境因子间的关系。结果显示滑塌区和沉降区有机碳含量显著低于对照区,滑塌区土壤含水量最高;放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门是3种微地貌下的优势菌群,对照区细菌群落丰富度显著低于滑塌区。Mantel检验表明,细菌群落结构与土壤理化性质间无显著相关性;非度量多维尺度分析（NMDS）表明,微生物群落结构在3种微地貌下显著不同。研究结果表明,在荒漠草原区,热融滑塌会改变土壤理化性质,影响细菌特定门的微生物相对丰度,但对门水平的整体群落结构影响不显著。     

耕作措施对土壤有机碳稳定性的影响——以黑龙江省与吉林省典型地区为例

采用传统的化学方法、红外光谱(IR)技术和固态~(13)C核磁共振(NMR)技术,研究黑龙江与吉林土壤有机碳的含量及结构特征,探讨耕作措施对不同地区土壤有机碳稳定性的影响。研究结果表明:短期免耕耕作处理并没有显著增加土壤有机碳含量。但与免耕前相比,免耕后土壤有机质的脂族性减弱,稳定碳/不稳定碳的比值增加,免耕后土壤胡敏素中烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的比值均呈增加趋势,疏水程度增加。因此,短期免耕虽然不能显著增加土壤有机碳含量,但是能够增强土壤有机碳的稳定性。