土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义

本文回顾了近１０年来国内外对土壤碳研究的主要进展,分析了土壤碳的移动性及其影响因素,着重针对陆地系统碳汇饱和问题介绍了土壤碳对大气CO²源汇效应的碳转移过程及其在地球表层系统碳循环中的作用,指出应加强对土壤碳转移及其对全球变化的响应、土壤碳固存对大气CO²调控的机制和动态的研究,以便为缓解陆地系统碳汇饱和提供科学依据。     

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。     

土壤呼吸作用和全球碳循环

土壤呼吸作用是全球碳循环中一个主要的流通途径 ,导致土壤碳以CO2 形式流向大气圈。全球土壤中碳贮存量的增加有助于缓和人为CO2 的进一步释放 ,而土壤CO2 的流失则显著地加剧大气CO2 的升高和增强温室效应。文章简单评述了土壤呼吸作用、大气CO2 升高、全球温度升高三者之间的关系 ,并提出 :改进的管理实践能减少农业土壤中CO2 净流失 ,增加有机碳贮存。减缓土壤呼吸作用的一项简单措施是减少土壤耕作。土壤扰动最小的耕作实践称为免耕作。实践证明 ,当实施免耕作时 ,土壤有机质的流失明显降低。     

土壤碳循环研究进展

土壤碳是陆地碳库的主要组成部分,全球土壤有机碳总量达1270 Gt。气候变化影响植物生长、植物碎屑分解速率以及土壤—大气碳通量,这对大气CO₂含量有重要影响。土壤有机质模型是研究生态系统尺度土壤碳循环的唯一可用工具,目前已开发出多种。大量研究表明,¹⁴Ｃ测试是研究土壤有机碳组成及驻留时间的重要手段,土壤有机碳由一系列具不同更新时间的组分构成。土壤粒级组成、矿物特征及土体结构等内在因素制约土壤有机碳存量及状态,对于长时间尺度碳的更新具有重要意义。研究不同气候带土壤有机碳储量及动态变化特征,可为预测未来农、林生态系统变化提供理论依据。     

地球表层系统浅论

地球表层系统是岩土圈、大气圈、水圈、人类圈和生物圈构成的地表自然社会综合体,笔者从系统论的观点出发,阐述了地球表层系统的边界、环境、要素、结构和功能;并分析了地球表层系统的开放性、有序性和耗散结构的特征;最后阐明了协调人地关系是地球表层系统研究的主要内容。     

加强地球表层系统的研究和地质制图工作

地球表层是地球各层圈相互作用并进行物质、能量和信息交换的重要场所,它为人类提供了生存的空间和资源。由于天然的和人为的作用,地球表层环境遭受的破坏日益严重,威胁着人类的生存和发展。加强地球表层系统的研究,有计划地编制地球表层系统系列地质图件,是地质工作服务于经济建设和社会发展的一项重要任务。本文在总结当代地质制图发展特点和地球表层系统研究重点基础上,提出编制地球表层系统系列地质图件的意见。     

红枫湖碳同位素变化指示的湖泊碳循环过程

碳同位素是示踪湖泊碳循环最有力的工具,其所有的生物地球化学过程只要碳的流动发生分异,并有同位素分馏效应,都可以利用同位素变化进行示踪.反过来,湖泊碳同位素与碳循环的相互关系研究也可以进一步提高对湖泊碳同位素的认识,揭示碳同位素变化指示的地球化学意义.     

地下水气对现今地球表层动力过程的响应及其意义

以新近取得的地下水气动态预测资料为基础,提出地下水气不仅物质资源,同时又是重要的信息资源,其动态对现今地球表层动力过程的响应具有很高的灵敏性和很宽的频带特性,地下水气动态的观测与研究不仅有助于人类把握现今地球表层动力过程的规律,预测预报地壳构造运动,而且对于预测自然环境变化与灾害等方面也有重要意义。     

黑碳在全球气候和环境系统中的作用及其在相关研究中的意义

燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。     

沉积记录与白垩纪地球表层系统变化

地球表层系统是由岩石圈、大气圈、水圈和生物圈相互耦合和变化组成的复杂巨系统。白垩纪是地球表层系统研究的典范,在地球表层各圈层发生了众多重大地质事件。晚白垩世巨大的地幔热异常引起海底扩张速度变快,导致大量海底高原和海山的形成;同时,冈瓦纳大陆裂解,南北大西洋贯通,新的大洋水道形成,可能造成大洋环流格局的大变化。洋壳体积的增加可能使白垩纪海平面比现在高出200~300 m,大规模海侵也在晚白垩世中期达到最大范围。在这个过程中,火山作用释放出来的营养物质和火山气体的反馈作用造成的大量陆地营养物质的流入共同促使大洋水体富营养化和普遍缺氧,造成“大洋缺氧事件”。CO2浓度的升高（为现今的4~10倍）是火山排气作用的直接结果,其“温室效应”也被认为可能是促成白垩纪大气和海水高温的重要原因（高于现在10 ℃）。大洋红层（CORB）是最新提出并被广泛接受的白垩纪重要地质事件,被定义为一套分布在从外陆棚到CCD面之下深水盆地的,在富氧、低生产力和贫营养条件下较低速沉积形成的品红-红色-棕色的细粒远洋沉积物。这些发生于地球表层各圈层的重大地质事件以能量循环的方式（具体表现为C、S、P、H、O等元素循环）相互耦合和变化共同支撑着地球表层系统的运转。但是科学界对这些重大地质事件的成因机制及其所引起的全球变化性质还没有形成一致意见,原因之一就是缺乏对陆相沉积记录的研究。陆相白垩系的广泛发育和“松辽盆地白垩系科学钻探”工程的顺利实施共同构成了中国在白垩纪地球表层系统研究上的地域和材料优势,结合中国在白垩纪地球表层系统重大地质事件研究中已经形成的学术优势,从地球系统科学的角度出发,通过多学科交叉研究将是解决以上问题的关键。     

长江口表层沉积物孢粉相特征及其在碳循环中的意义

选自长江口F2-F5站住的4个表层沉积物及其粒度分级（1～8Ф）样品,经过孢粉相和热解检测,探讨有机质特征及其在碳循环中的命运。未分级样品的孢粉相主要由木质组织、丝炭和黑团块组成,显示陆地输入有机质的贡献巨大。样品分级后,孢粉相面貌发生显著变化。细粒的8函中无定形为主,其他粒级（2～7Ф）中主要由结构有机质组成。细粒的...     

中国南方表层岩溶系统的碳循环及其生态效应

表层岩溶系统因碳酸盐岩－水－CO²(气)三相的化学动态不平衡过程而产生特殊的碳循环环节,参加循环的碳包括碳酸盐岩中的碳、大气和土壤空气CO²部分。中国南方表层岩溶系统的碳循环非常活跃,并敏感地响应岩溶动力因素的变化,从而促进了地球化学过程和生物化学过程的结合,成为大气CO²汇的重要项。中国南方表层岩溶系统的碳循环通过驱动环境的元素迁移,促进土壤有机质的积累,并影响植物所需要的矿物质营养元素的全量和有效态,进而影响岩溶区的植物物种、特有性和作物的发育。     

微生物磷脂脂肪酸单体碳同位素示踪碳循环过程

碳循环对于维持地球生命和调控气候变化具有重要意义。微生物是碳循环的关键驱动者之一,微生物群落结构和碳代谢活动的变化,能够影响温室气体的释放和碳储量,并进一步对气候变化产生反馈作用。在当前全球变化和人类活动加剧的背景下,需要进一步了解不同环境中的微生物群落组成和碳代谢活动的特征和响应。磷脂脂肪酸（PLFA）因其快速的周转速率和多样的分子结构,已经被广泛用于原位识别不同环境中活体微生物的生物量和群落结构。在此基础上,PLFA的单体碳同位素组成进一步指示了微生物利用哪些碳源,以及通过何种方式同化这些碳源,从而揭示微生物介导的碳流通和碳循环过程。本文综述了PLFA单体稳定碳同位素组成（δ¹³C）和放射性碳同位素组成（Δ¹⁴C）在示踪微生物碳循环过程中的应用。对比了农田、草地、森林、湿地以及海洋沉积物中活体微生物的碳源利用和碳同化途径的差异,这些差异可能与不同微生物对碳源的偏好以及不同环境中底物碳的可用性有关。对比了岩石、地下水、表层和深层土壤环境中微生物对化石碳源和年轻碳源的差异利用,化石碳是岩石和地下水环境中活体微生物碳源的重要组成部分,表明现代活体微生物可以直接利用部分老碳;相反,表层和深层土壤微生物倾向于利用现代碳源,这些碳源可能来自根系分泌物和从表面垂直输送的溶解有机碳。随着加速器质谱和单个化合物制备技术的进一步发展,预计PLFA单体放射性碳同位素将在微生物碳循环过程中发挥更重要的作用,值得在不同环境中进一步探索。

     

地球表层系统与中国区域大地构造的研究发展

地球表层系统科学与地质学史都具有自然科学和社会科学相结合的特征,两者研究内容和研究目标互有关联,都是从不同角度揭示地球各种地质作用和地质过程的客观规律,促使人与自然和谐发展。在地球表层系统各地质学科中,大地构造占有重要地位,因而探讨中国区域大地构造研究史,对地质学史也有重要意义。文中将中国区域大地构造的研究分为6个阶段,总结其发展的经验和过程,说明社会环境、科学路线、科技水平、思维方法等是决定科学发展的关键因素。21世纪地球表层系统科学将成为地球科学的主流之一,中国区域大地构造的研究应迅速融入地球表层系统的研究,同时也要积极创建新的大地构造理论体系。     

关于地球表层动态机制与人地系统调控的研究

The epigeosphere is a complex dynamic open gigantic system. With the development of human society，the interaction between man and nature in the epigeosphere composes a compound system of nalure，society and economics, namely，man一land system. In the epigeosphere and man-land system，material，energy and information are migrated，exchanged and transported among the inner of each sphere and the boundary surface，the inner of each region and the regional boundary. With the rapid
increase of population and quick development of industry and city，resource exhaust and environmental demage seriously influence economical development and social progress day by day. So we must deeply study the epigeosphere dynamics and its mechanism，probe into man一nature interaction and the regulation principle of man-land system，explore coordinate developmental models of population，resource，environment and economics.
This paper analyzes the research aim,significance,international development and national foundalion of the epige}phere dynamic mechanism and regulation of the man-land system，and put forward concrete proposals of the guiding ideology，research aim and content of this project.     

森林分水岭溶解有机碳循环—碳同位素探索

溶解有机碳(DOC)对酸感淡水系统的酸基化学,复合,流动,持久性金属中毒及其它污染物质很重要,同时对湖水碳的新陈代谢也很重要。碳同位素(~(13)C和~(14)C)在中部安大略被用来研究软水集水的发源,输送及DOC的清除。降水、土壤过滤,地下水,小溪,水獭池以及湖水和沉积水均具有化学性和同位素性。除总DOC外,已对腐殖和水溶性腐植馏分进行了同位素测量.湖是DOC的净渗坑。△~(14)C结果显示大部分DOC在小溪,湖泊和湿地中的周转时间很快,但少于40年;与酸贮存时间规模一样,地下水中DOC含旧碳量比地上水多,这表明了上土区或蓄水层DOC的深循环。     

白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化研究

国家重点基础研究发展计划（973）项目“白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化”，将以白垩纪与碳循环相关的重大地质事件和温室气候变化的关系为主线，以大洋缺氧事件—富氧作用转变过程和机制研究为突破口，进行海陆相整合研究，重点追溯东特提斯洋和我国大陆地球表层系统重大地质事件的记录，探讨这些事件与碳循环、快速气候变化的正/负反馈机制。项目将充分利用中国大陆发育完好的白垩纪海相、陆相地层及古生物记录，通过松辽盆地白垩系科学钻探全岩芯取样和多学科综合研究的途径，着眼于厘定反映地质事件和气候变化的层位及标志和时间格架，解决高分辨率海、陆相沉积事件的精确对比，分析地层记录中气候标志和古生物类群的地理分布，集中研究陆地和海洋环境对同一事件的响应机制，重溯白垩纪地球表层系统重大地质事件过程及成因，探究陆相烃源岩大规模形成、陆地生物群更替与温室气候变化和碳循环之间的正/负反馈关系和机制等科学问题，为预测全球长时间尺度上的气候变化趋势提供科学依据。