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。     

桂林毛村岩溶区不同土地利用方式土壤有机碳矿化及土壤碳结构比较

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村岩溶区不同土地利用方式(农田、灌丛和林地)土壤在25℃、黑暗条件下培养90d有机碳矿化速率的差异(以90d累计释放的CO2-C计)。农田土壤矿化释放的CO2-C含量分别比灌丛和林地少62.9%和56.6%。利用6mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量,并利用三库一级动力学方程在SAS8.2软件中通过非线性拟合得到三种土地利用方式的活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率,计算得出各库驻留时间。结果表明各土地利用方式均为活性碳库含量最少,占总有机碳的比例在1.82%~2.71%之间,平均驻留时间在8.4~16.3d之间;缓效性碳库次之,占总有机碳的比例在33.91%~45.47%之间,平均驻留时间为4.8~7.7a之间;惰性碳库所占比例最大,在51.82%~64.01%之间,平均驻留时间为假定的1000a。通过固态13C交叉极化魔角自旋核磁共振(13CCPMASNMR)方法对土壤碳结构进行分析,结果表明:与灌丛和林地相比,受人类活动干扰较多的农田烷基C和芳香C的比例增加,烷氧C和羰基C的比例降低;烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的大小顺序均为农田>林地>灌丛,而脂族C/芳香C的大小顺序则相反,即灌丛>林地>农田。这说明农田土壤有机碳分解程度较高,难分解程度增加,难分解有机碳比例增加。      

贵州山区石灰土与黄壤土壤有机质δ13C值剖面分布差异研究

以贵州两种主要土壤类型石灰土和黄壤为例,分析了森林植被下植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定碳同位素组成、土壤有机碳含量、pH值和粘粒含量.结果显示,两种土壤类型有机质含量和δ13C值的剖面分布具有显著差异石灰土剖面土壤有机碳含量均大于10 g/kg,最大值为表层土(71 g/kg);黄壤剖面中有机碳含量为2.9～44.3 g/kg.剖面自上而下,石灰土剖面有机质δ13C值为-24.1‰～-23.0‰,黄壤剖面有机质δ13C值为-24.8‰～-21.9‰.土壤类型、土壤pH值、粘粒含量对贵州山区土壤有机质含量和δ13C值剖面分布有重要影响.     

风蚀对中国北方脆弱生态系统碳循环的影响

风蚀是中国北方脆弱生态系统土壤质量退化和沙漠化的关键因素。文章基于土壤剖面普查和土壤侵蚀遥感调查数据,计算出风蚀土壤有机碳的侵蚀量和空间分布,并与风蚀区的净第一性生产力(NPP)比较。结果发现土壤风蚀区的一个显著特征是表层土壤有机质含量较小,并且随着土壤风蚀强度的增加,相应的表层土壤平均有机质含量和NPP基本上逐渐减小,而相应的土壤有机碳的侵蚀量却明显增大。在中国北方严重风蚀的脆弱生态区,土壤有机碳的侵蚀量超过了NPP,风蚀影响了生态系统的正常碳循环。     

红树林和盐沼湿地间隙水交换过程及其碳汇潜力

全球气候变化对资源、生态和环境的负面影响日益显现,降低大气CO₂浓度已经成为全球关注的焦点。潮间带湿地(如红树林和盐沼)具有很强的碳汇功能,是降低CO₂浓度和减缓全球气候变化的重要途径。红树林和盐沼作为重要的海岸带蓝碳生态系统,其土壤具有极高的储碳能力。由于受潮汐和降雨等驱动力的控制,红树林和盐沼土壤间隙水碳交换过程在海岸带蓝碳汇估算中具有较大的不确定性。同时,红树林和盐沼间隙水碳交换过程也是海岸带蓝碳汇相关研究中的前沿性科学问题,具有较大的挑战性。红树林和盐沼间隙水交换促使大量沉积物中的碳输出并存储于海洋,其可能是除了湿地碳埋藏之外的另一个重要碳汇,但目前对此尚未开展系统研究。总结论述了红树林和盐沼生境土壤间隙水交换速率及其携带蓝碳通量和控制因素,期望在对全球红树林和盐沼生态系统蓝碳收支和碳汇潜力进行评估中对其土壤间隙水过程携带的蓝碳通量引起足够的重视。这将深化对红树林和盐沼生态系统碳收支平衡和循环过程的认识,进而在全球气候变化的背景下,为更好地发挥海岸带蓝碳汇功能、促进红树林和盐沼生态系统建设和保护以及海岸带可持续发展提供科学支撑。     

北极楚科奇海-北白令海表层沉积物陆源有机质示踪与埋藏效应

大陆边缘贮存了全球海洋约80%以上的沉积有机碳,在海洋埋藏的有机质中占有至关重要的地位,同时,其也是陆源有机质的一个重要汇区。北极陆架是全球最大的陆架,因而,弄清楚北极沉积物中有机质的分布与来源,对增进全球碳循环的认识具有重大意义。目前北极在有机质来源方面的研究还较少,且所使用的指示参数较为单一[1]。由于大陆边缘沉积有机质的复杂性以及各个指示参数(包括整体性参数和生物标志物)本身的限制,多参数估算有机质来源的工作变得越来越重要。本文旨在应用多参数指标(有机C/N值,有机碳稳定同位素δ13C和BIT指数)示踪陆源沉积有机质,从而进一步了解楚科奇海和白令海北部陆源有机质的埋藏过程。表层沉积物样品来自西北冰洋楚科奇海与北白令海的20个站位的箱式表层样品。样品采集后置于-20℃冰柜中保存,带回实验室进行上述参数的分析。有机碳氮以及有机碳稳定同位素δ13C的测定分别使用Elementar元素分析仪(德国)以及Thermo的同位素比质谱仪(美国)。BIT指数是甘油二烷基甘油四醚酯(GDGT)中土壤来源的支链GDGT与海洋来源奇古菌醇Crenarchaeol的比例,可以指示土壤有机质在沉积有机质中的含量[2]。GDGT萃取液通过高效液相色谱质谱仪进行测定。研究区有机C/N值高值出现在白令海东南和楚科奇海南部;有机碳稳定同位素δ13C值分布情况与C/N值相似,偏轻的同位素值分布在研究区域东侧。根据支链GDGT的含量与奇古菌醇含量计算得到的BIT指数平均值约为0.150,分布为在东部较高,且在北部靠近海盆方向逐渐降低。这个结果也与王寿刚等(2013)[3]和Park等(2014)[4]的结果相近。结合上面的结果,通过二端源混合模型可以计算沉积有机碳中陆源有机碳的相对含量。δ13C值的计算结果与Naidu等(2000)[1]的相近,他们得到的海源比例约为50%。有机C/N比值计算的陆源有机质含量较低,这可能与矿物吸附的无机氮或者沉积物中微生物的降解有关。而BIT指数计算的值是最低的,这与Hopmans等(2004)[2]所述的相一致,即BIT指数指示的是一个土壤来源。以上陆源有机质的分布与研究区分布在东西侧的阿纳德尔流和阿拉斯加沿岸流密切相关。     

广东阳江-茂名地区土壤碳储量及其时空变化规律

本文参照DZ/T0258-2014多目标区域地球化学调查规范(1∶250000),对调查区碳储量进行计算研究。精确计算阳江-茂名地区土壤碳储量,并利用多目标区域地球化学调查实测土壤有机碳密度与1985年广东省第二次土壤普查取得的土壤有机碳密度进行对比,分析30年来,调查区内土壤碳密度及碳储量的时间变化规律,为该区土壤碳循环研究提供数据支撑。研究发现,土壤总有机碳储量为1.19×10~8 t,各层位有机碳占碳总储量的比例与全球土壤水平相当,无机碳储量远小于有机碳储量。从空间分布来看,各层位总碳和有机碳区域分布较为相似,土壤碳密度表现出了明显的垂直地带性和水平地带性特征。水田土壤较旱地土壤有机碳含量多,花岗岩母质对表层土壤有机质的贡献较大,而林地对中层和底层土壤有机碳贡献较大。30年来,阳江-茂名地区在高强度人类活动改造下土壤有机碳的变化情况发现,阳江-茂名地区土壤有机质含量略有增加,其增加趋势及强度在空间上具有较大差异。而林地和农用地这两种利用类型土壤有机碳的改变是影响区域土壤有机碳储量的主要因素。     

滩涂围垦对盐沼湿地碳收支的影响研究进展

滨海盐沼湿地是全球重要的碳库,也是典型的脆弱生态系统。近年来,随着人口的增加,滨海盐沼湿地围垦开发已经成为缓解区域人口压力,保障粮食安全,促进经济发展的一项重要措施,特别是在发展中国家。围垦活动过程中必然会改变原有生态系统碳循环的路径和模式,进而影响全球的碳收支平衡。通过对大量文献的检索与总结,对国内外3种滨海盐沼湿地类型(红树林盐沼湿地、河口潮滩盐沼湿地和海岸潮滩盐沼湿地)土壤有机碳含量、固碳速率、碳排放速率以及围垦后的变化进行梳理和概括,给出滨海盐沼湿地围垦后土壤碳循环的一般规律与变化趋势,结果表明:(1)欧美长期滩涂开发形成的认识与滩涂围垦后的生态环境效应演变不适用于东亚发展中国家的短期高强度农业围垦,应注重东亚地区海岸围垦方式下的碳效应研究;(2)从滩涂湿地有机碳含量及其固碳速率来看,红树林盐沼湿地最高,河口潮滩盐沼湿地次之,海岸潮滩盐沼湿地最低。土壤黏粒、团聚体和埋藏速率对其具有较为明显的正向效应;淹水频率、盐分、地下水位反之。滩涂围垦后土壤有机碳含量呈先降后增的趋势,其转折点在围垦后30年左右,水田耕作对滩涂土壤有机碳富集效果最明显;(3)滩涂盐沼湿地的主要碳排放方式是CH_4和CO_2,其中CO_2的排放强度和通量都较大,且以红树林盐沼湿地最高。芦苇和互花米草的土壤碳排放强度相比于光滩要大很多。涨潮的过程中湿地碳排放强度要明显低于涨潮前后。滩涂围垦后的土壤碳排放强度要明显高于自然滩涂土壤,特别是围垦后的旱田耕作下的CO_2排放。从监测的结果来看,围垦前滩涂湿地表现为较强的碳汇,而围垦后表现出较为明显的碳源。最后,提出今后研究的重点方向和内容:抓紧开展滨海盐沼湿地碳收支清单的制定;不同围垦方式对滨海盐沼湿地碳循环影响的定量表达;加强开展未来滨海围垦模式及其土壤碳循环响应的刻画与模拟研究。     

湿地固碳效果研究——以黑龙江省扎龙湿地为例

依据多目标区域地球化学调查成果,以扎龙湿地为对象,根据表层（0~20 cm）土壤与深层（150~200 cm）土壤样品有机碳含量分析结果,计算了研究区有机碳单位储量,研究了湿地土壤中有机碳的含量分布和变化特征,比较了不同土地利用方式间的土壤有机碳储量的差异,对比了20年来湿地土壤中有机碳储量的变化.结果显示湿地土壤中有机碳处于增加状态,说明湿地是“碳汇区”.     

土地利用变化对高寒草甸土壤有机质更新的影响

对青藏高原海北站区的自然土壤和扰动土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系、有机碳及其¹⁴C含量;用¹⁴C示踪技术探讨土地利用变化对高寒草甸土壤有机质更新的影响.研究表明,土地利用变化对高寒草甸土壤碳循环影响显著.耕作活动导致扰动土壤有机碳储量比自然土壤增加29.35%;扰动土壤剖面10~50 cm深土壤有机质的¹⁴C含量相对富集;自然土壤大多数有机碳储存在土壤表层,更新时间<50 a,同一深度扰动土壤有机碳储量显著少,更新时间长(171~294 a);自然土壤10 cm以下有机碳主要为更新时间>1 000 a的稳定碳所控制,扰动土壤的相应值出现在40 cm以下;自然土壤有机质更新产生的CO₂通量为114 gC·m^-2·a^-1,扰动土壤为48.7 gC·m^-2·a^-1.     

包气带对三氯乙烯的吸附行为研究

有机污染物在包气带的吸附行为,直接影响有机污染物在环境中的迁移、转化等过程。采用浅层和深层包气带样品,利用批实验的方法研究不同有机碳含量的样品对三氯乙烯(TCE)的吸附行为。研究表明,包气带表层土壤比深层土壤的有机碳含量高,可能存在竞争吸附的问题,说明该土壤的吸附行为是以矿物吸附为主、有机质吸附为辅的类型;表层土壤的吸附具有较好的线性行为,不存在饱和吸附量;深层土壤有机碳含量低,其吸附为非线性的。     

祁连山黑河上游多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征

山地多年冻土的异质性影响其植被类型的分布特征,且对有机碳的分布也具有重要影响。通过采集黑河上游多年冻土区三种典型植被类型（高寒沼泽草甸、高寒草甸、高寒草原）8个活动层的土壤样品,测定其土壤有机碳密度及其理化性质。结果表明：高寒沼泽草甸土壤有机碳密度最高（49.50 kg·m^-2）,高寒草甸次之（11.22 kg·m^-2）,高寒草原最低（7.30 kg·m^-2）。土壤有机碳密度的剖面垂直分布特征具有差异性,高寒沼泽草甸土壤有机碳密度随深度变化不明显,高寒草原和高寒草甸土壤有机碳密度随深度逐渐减小,存在显著的表层聚集性。有机碳密度与土壤含水率和细粒含量呈显著正相关,与pH值呈显著负相关关系。一般线性模型结果表明土壤含水率、pH值和土壤颗粒组成解释了96.39%的有机碳密度变异,其中土壤含水率贡献了81.53%,pH值和土壤粒度分别贡献了9.33%和4.75%。研究表明多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征具有明显差异,山地多年冻土土壤含水率是控制有机碳密度分布特征的重要影响因素。     

雷州半岛土壤碳储量及其有机碳时空变化规律

区域土壤有机碳调查在全球土壤碳循环的研究中具有重要作用。通过开展土地质量地球化学调查,获得了雷州半岛土壤全碳和有机碳数据。土壤碳储量计算结果显示雷州半岛土壤有机碳总体分布特征如下:表层(0~0.2m)土壤有机碳储量为4.41×10^7t,碳密度为3.39kg/m^2;中层(0~1.0m)土壤有机碳储量为1.57×10^8t,碳密度为12.08kg/m^2;深层(0~1.8m)土壤有机碳储量为2.31×10^8t,碳密度为17.74kg/m^2。雷州半岛土壤碳密度略高于全国平均水平,与第二次土壤普查比较,33年间雷州半岛表层土壤有机碳密度和有机碳储量有所增加,增加幅度为26.81%,其增加趋势及强度在空间上具有较大差异,其中农用地和林地这两种利用类型土壤有机碳的改变是影响区域土壤有机碳储量的主要因素。     

湖北清江岩溶洞穴现代土壤有机碳同位素与生物标志物指标变化规律

为进一步理解中国南方岩溶区现代土壤生物有机地球化学演化规律,对采自湖北清江流域典型岩溶洞穴上覆土壤开展了系统的分析。分别采用稳定同位素质谱仪(MAT-251)与气相色谱质谱仪(GC-MS)测试了样品中的有机碳同位素与生物标志物指标。其中有机碳同位素值(δ13Corg)在-28.3‰~-27.4‰之间变化,并随深度的增大呈逐渐正偏的趋势,指示了当地的植被类型自土壤层形成以来主要为C3植物。而可抽提有机质的总量、正构烷烃高碳数奇偶优势(CPIh值)、高碳数与低碳数含量比值(Rh/l值)、平均链长(ACL值)以及脂肪酸C16:1/C16:0等指标随土壤剖面深度的增大呈现逐渐降低的趋势,与土壤有机碳同位素的变化趋势基本一致,说明岩溶地区表层土壤中有机碳同位素和生物标志物均与土壤层内微生物活动的强弱密切相关。另一方面,也暗示了有机碳源是制约岩溶地区土壤微生物活动的重要因素之一。为进一步深入理解湖北清江和尚洞洞穴石笋记录提供了新的思路。     

青藏高原北缘土壤碳库和碳汇潜力研究

研究青藏高原北缘土壤有机碳储量对全球碳循环具有重要意义。研究区表层土壤碳储量为1.27×108t,表层土壤有机碳密度为4.96×103t/km2;与全国第二次土壤普查时的储量相比,栗钙土、灰钙土、高山草原土、沼泽土、风沙土和潮土分布区有机碳储量逐渐增加,主要分布在青海湖北部草原区和东部中高山林地区,因林草地固碳量大于释放量,被划分为碳汇区;山地草甸土、高山草甸土、灰褐土、黑钙土和灌淤土分布区有机碳储量逐渐减少,主要分布在青海东部农耕区,因耕种作用固碳量小于释放量,被划分为碳源区。以目前有机碳储量累积频率的97.5%为有机碳饱和临界值,估算研究区固碳潜力值为241.57×106t,并以研究区广泛分布的栗钙土为例,推算栗钙土有机碳储量达到饱和需要18.66年。     

成都经济区不同地貌景观区土壤有机碳分布特征及储量估算

利用四川省成都经济区多目标区域地球化学调查获得的土壤有机碳含量数据,探讨了成都经济区不同地貌景观区土壤有机碳的分布特征。山区表层土壤有机碳含量(SOC)最高(22 g/kg左右),较平原区、丘陵区高一倍以上,丘陵区最低(9.49 g/kg)。成都平原区和东部丘陵区深层土壤碳含量相差不大,且均低于研究区深层土壤碳含量均值(6.99 g/kg)。利用指数模型对单位土壤平均碳量(USCATOC)、有机碳储量(USCATOC,h)、有机碳丰度指数(R)进行了估算。结果表明:各地貌单元土壤碳含量、单位土壤平均碳量、有机碳储量、有机碳丰度指数(R)分布具有山区高于平原区、丘陵区最低的一致性特征。龙门山区、西南山区面积约占全区的42%,土壤有机碳储量约占全区的59%;成都平原区、丘陵区面积占58%,土壤有机碳储量约占全区的41%。单位土壤平均碳量、有机碳储量在不同地貌单元中分布的差异主要与不同地貌单元的土壤有机碳含量有关,此外还可能与成土母质、植被发育情况、土地利用方式有关。     

黑龙江省乌裕尔河流域有机碳迁移与沉积通量

我国目前水土流失严重,确定土壤侵蚀究竟属于碳汇还是碳源,对认识我国土壤有机碳含量具有重要意义。以黑龙江省乌裕尔河流域为研究区域,采集松嫩平原南部河水和悬浮物样品以及沉积物样品各10套,垂向剖面14条,扎龙湿地沉积柱2个,生物样品405件,根系土305件,对采集的原水进行过滤和测试。根据样品的主量元素、微量元素分析及210Pb1、37Cs、粘土矿物、磁化率、反射光谱、粒度的测试结果,开展黑龙江乌裕尔河流域土壤有机碳侵蚀通量、流域内有机质迁移方式及扎龙湿地沉积速率等研究,认为:本区影响土壤有机碳稳定性的主要因素包括温度、降雨量和土壤质地;乌裕尔河流域每年主要以溶解形式在水体中长距离迁移的方式向扎龙湿地输入有机碳,其总量估计为2.91×106kg;扎龙湿地每年沉积的有机碳总量估算为2.71×106kg,近几年的平均沉积速率约为0.34 g/(cm2.a)。根据本区的有机碳循环数据分析,乌裕尔河流域的侵蚀土壤最终进入扎龙湿地进行沉积,属于碳汇的范畴。研究结果对于查明土壤侵蚀对土壤有机碳汇/源影响提供了依据。     

岩溶山地土壤有机碳的分布特征及表层土壤有机碳的影响因素分析——以重庆市北碚区为例

通过野外采样调查分析,运用地统计学方法,分析了北碚区土壤有机碳（SOC）的分布特征和表层土壤有机碳的影响因素。结果表明:空间上,从表土层到底土层SOC含量依次降低,且差异显著,降幅依次为35.02 %和47.12 %;时间上,与1984年第二次土壤普查相比,从表土层到底土层土壤有机碳的含量呈增加趋势,增加幅度分别为:4.36 %,31.92 %和14.74 %。对表层土壤有机碳的影响因素进行了分析,发现SOC含量随着土壤中全氮、碱解氮、黏粒含量的增加而增加;含有碎屑岩的碳酸盐岩比纯碳酸盐岩形成的土壤有机碳含量高;随着海拔的升高SOC含量增大,表现为:山顶(21.94 g/kg)＞平坝(19.53 g/kg)＞槽谷(15.60 g/kg)＞山腰(13.40 g/kg);不同土地利用方式下的SOC含量高低顺序为:林地(26.16 g/kg)＞草坡(21.95 g/kg)＞菜地(16.75 g/kg)＞果园(15.31 g/kg)＞耕地(12.85 g/kg)。传统的耕作方式容易造成SOC损失,建议在岩溶山地通过退耕还林还草、坡改梯、增施有机肥增加土壤有机碳;推广应用免耕、少耕、秸秆还田等耕作措施,增加农田土壤固碳能力。      

黄土高原西段表层土壤有机碳储量及时空变化规律

黄土高原表层土壤有机碳在土壤碳循环中具有重要地位,通过土地质量地球化学调查获得的黄土高原甘肃省境内表层土壤有机碳数据,总结了表层土壤有机碳在不同土壤类型、土地利用方式及地形地貌中的分布特征,分析了研究区土壤有机碳密度与全国其他典型地区的差异,并与全省第二次土壤普查成果进行了比较。结果表明:在不同土壤类型中有机碳密度呈灰褐土>高山草甸土>黑钙土>栗钙土>红黏土>灌漠土>灌淤土>黑麻土>黑垆土>黄绵土>灰钙土>风沙土的分布趋势;在不同土地利用方式下土壤有机碳密度呈林地>建设用地>耕地>园地>草地>未利用地的分布趋势;在不同地形地貌单元间土壤有机碳密度呈塬面>梯田>坡地>沟道的分布规律。黄土高原西段表层土壤有机碳密度在全国各典型地区最低,为1.87 kg/m²;有机碳储量为78.56 Mt,较1990年增幅10.54%,近年来土壤有机碳储量呈不断上升趋势。     

松嫩平原耕层土壤固碳潜力估算

提高土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要意义。利用松嫩平原南部第二次土壤普查及多目标区域地球化学调查获取的两期表层土壤有机碳数据,根据近20年来各土壤类型不同土地利用方式土壤有机碳量变化趋势,估算了松嫩平原南部各土壤类型、各用地方式下土壤碳源、汇潜力。由估算得出,如果目前的土地利用方式、气候条件、耕作方式、种植技术不变,松嫩平原耕地土壤0~20 cm土层的固碳潜力为-1.229Tg碳,各土壤类型的林地土壤固碳潜力绝大多数为正值,说明林业用地为碳汇区,固碳潜力合计为3.169Tg碳,而天然牧草地绝大多数的固碳潜力为负值,固碳潜力合计为-2.235Tg碳,为碳源区,本次研究估算得出,松嫩平原总体的固碳潜力为-0.917Tg碳。