山东半岛蓝色经济区土壤有机碳储量及固碳潜力分析

土壤碳储量研究在碳循环和全球变化中具有重要意义,但以往碳储量计算结果受到数据来源的制约。山东省多目标区域地球化学调查采用双层网格化采样和分析,获取了大密度、高精度土壤有机碳数据,为土壤碳库的准确计算奠定了基础。笔者利用这些数据计算了山东半岛蓝色经济区表层（0～20 cm）、中上层（0～100 cm）及全层（0～160 cm）的土壤有机碳（SOC）密度和储量,并对其空间分布特征及固碳潜力进行了研究。结果显示,经济区内3种土壤层次的碳库组成不同,表层SOC储量占总碳（TC）储量的71.67%,随深度增加所占比例逐渐减小,而无机碳(SIC)储量所占比例逐渐增加,全层二者所占比率较为接近:表层SOC储量为132.64 Mt,碳密度为2.06 kg/m²;中上层为458.27 Mt,碳密度为7.11 kg/m²;全层为619.96 Mt,碳密度为9.61 kg/m²。各层SOC密度处于全国偏低水平,且在不同土壤类型、地貌类型、土地利用类型之间有一定差异:褐土土表层SOC密度最高（2.48 kg/m²）,风沙土最低（0.91 kg/m²）;灌溉水田表层SOC密度最高（3.45 kg/m²）,菜地最低（1.61 kg/m²）。表层SOC密度分布总体上呈现为沿海地区低、鲁北平原和胶莱盆地中等、山地丘陵和中低山区偏高的分布格局。从第二次土壤普查和本次多目标调查数据所建立的回归方程分析发现,在今后一定时期内,本区表层土壤总体表现为“碳汇”效应,未来可净增总有机碳（TOC）量60.94 Mt,其中“碳源”量5.07 Mt,“碳汇”量65.97 Mt。     

重庆西部表层土壤有机碳储量与密度分布

利用多目标区域地球化学调查数据,估算了重庆西部地区表层土壤有机碳密度和储量。结果表明,重庆西部地区表层(0~20 cm)土壤有机碳储量为41 038 589 t,平均密度为2 929 t·km-2。从地貌类型看,低山(2 984 t·km-2)和中山(2 986 t·km-2)区土壤有机碳密度较高,丘陵区(2 628 t·km-2)最低,山地土壤有机碳储量最丰富。不同类型土壤中,石灰土有机碳平均密度最高(5 043 t·km-2),其次为黄壤(3 756 t·km-2),紫色土最低(2 329 t·km-2),紫色土有机碳储量最大。就土地利用方式而言,林地土壤有机碳平均密度最高(4 071 t·km-2),耕地土壤处于中等水平(2 752 t·km-2),居民及建筑用地有机碳密度最低(2 416 t·km-2),耕地土壤有机碳储量最大。与第二次土壤普查数据对比发现,该区土壤有机碳储量和密度呈降低趋势,表层土壤作为碳源向大气释放碳,尤其是江津、潼南地区土壤有机碳密度分别降低了56.7%、45.1%。     

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。     

岩溶山区土地利用方式对土壤活性有机碳及其分布的影响

对重庆中梁山不同土地利用方式下的0～50cm土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明:不同利用方式土壤有机碳(SOC)含量大小顺序为:竹林＞菜地＞草地＞林地＞园地＞弃耕地,且均表现为0～20cm层大于20～50cm层;土壤溶解性有机碳(DOC)含量平均值大小顺序为:林地＞竹林＞弃耕地＞草地＞园地＞菜地,土壤溶解性有机碳占土壤有机碳的比例随土层深度增加而增加;土壤易氧化有机碳(EOC)含量及其剖面分布与土壤有机碳含量变化相一致,相关分析表明,两者的相关性达到极显著水平(R=0.852,P＜0.0001),对土壤有机碳变化反应敏感。      

Significance of bacteria in carbon fluxes in the Arabian Sea

In the Arabian Sea, temporal contiguity of highly oligotrophic and eutrophic periods, along with high water temperatures, may result in unique features of bacteriaorganic matter coupling, nutrient cycling and sedimentation, which are unlike those in the classical oligotrophic and eutrophic waters. Bacteria-phytoplankton interactions are suggested to influence phytoplankton aggregation and its timing. It is also hypothesized that, within aggregates, hydrolytic ectoenzyme activity, together with condensation reactions between the hydrolysis products, produce molecular species which are not readily degraded by pelagic bacteria. Accumulation of a reservoir of such slow-to-degrade dissolved organic carbon (DOC) is proposed to be a carbon flux and energy buffer, which moderates the response of bacteria to the dramatic variations in primary production in the Arabian Sea. Use of the slow-to-degrade DOC pool during the intermonsoon could temporarily render the Arabian Sea net-heterotrophic and a source of CO₂ to the atmosphere. Stored DOC is also suggested to balance the observed deficit between mesopelagic carbon demand and the sinking particulate organic carbon supply. Knowledge of the significance of bacteria in carbon storage and cycling in the Arabian Sea is needed to understand the response of the ocean’s biogeochemical state to strong physical forcing and climate change.     

青海湟水河流域表层土壤有机碳储量和密度浅析

土壤碳库是地球系统中重要的碳储存系统。利用青海多目标区域地球化学调查获得的有机碳数据,根据土壤类型、土地利用类型和成土母质计算表层土壤有机碳储量和密度,探讨了土壤有机碳储量和密度分布规律。从土壤类型看,高山草甸土中有机碳密度最高,灌淤土有机碳密度最低。从土地利用类型看,人工草地土壤有机碳密度最高,荒草地土壤最低;从成土母质看,以残坡积物为母源的土壤有机碳密度最高,以冲洪积物和黄土为母源的土壤有机碳密度基本相同。分析结果对于利用土地进行固碳,具有重要的指导意义。     

香溪河流域土壤有机碳储量影响因素的空间相关性分析

采用第二次土壤普查资料估算了香溪河流域不同类型土壤的有机碳密度和碳库,并通过野外土样采集和室内测试获取土壤有机碳含量数据,选取信息熵模型定量研究香溪河流域不同土壤类型、地形地貌类型、成土母质类型、植被覆盖度、土壤厚度、坡度和土地利用方式与土壤有机碳密度之间的关系。研究结果表明,香溪河流域土壤有机碳总储量为75.18Tg,香溪河流域SOC密度主要集中在6.00~16.00kg/m2范围内,SOC密度呈现流域北部高、干流高,其他区域SOC密度高低相间的分布特征,这种分布特征与主要土壤类型和地形地貌类型的地理分布关系密切。香溪河流域各种土壤类型对各级有机碳密度的信息熵值差异明显,土壤类型对有机碳密度的影响作用与香溪河流域土壤有机碳密度与碳库计算结果一致,高山区,林地、农田和灌丛利于高密度有机碳的存储;植被覆盖度越高,越利于有机碳的存储;土壤厚度与有机碳密度的相关性高,而坡度与有机碳密度的相关性不明显;信息熵法实现了对各影响因子定量计算分析,结果较合理和可靠。      

青岛邻近海域海水中有机碳的分布特征

在2006年8月、12月和2007年4月、10月对青岛邻近海域进行了4个季节的调查,分析了溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)的分布特征及影响因素.结果表明,调查海区DOC的浓度范围为1.23-3.15 mg/L,年平均值为1.70 mg/L,POC的浓度范围为0.09-1.04 mg/L,年平均值为0.28 m...     

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。      

普定岩溶水-碳循环模拟试验场水体双碳同位素特征(δ13C-Δ14C)与碳足迹

河流输送到海洋的溶解无机碳(DIC)和有机碳(OC)受自然和人为双重因素的影响。了解DIC和OC的年龄、来源和转化,有助于掌握全球碳收支和提高现在以及未来自然和人类对河流碳循环影响的估算精度。本研究以普定岩溶水-碳循环试验场泉(地下水)-池(地表水)耦联系统为研究对象,利用双碳同位素(¹³C- ¹⁴C)方法,结合水生植物生长和传统水文地球化学特征,揭示了地下水-地表水系统中DIC和颗粒有机碳(POC)的来源及其转化机制。研究发现:(1)泉-池系统中DIC和POC的Δ¹⁴C具有相同的变化趋势,泉水中Δ¹⁴C值低于池水中Δ¹⁴C值,反映后者可能有“较年轻”的CO₂的加入;(2)池水水化学和碳同位素变化由土地利用类型和池中水生植物共同控制;(3)池水中颗粒有机碳(POC)浓度明显高于泉水,且其Δ¹⁴C值表现出与沉水植物和DIC的一致性(表观年龄均为3 200900 a),说明池水POC主要源于池中水生植物光合作用利用了碳酸盐风化产生的老碳(DIC),使新形成的有机质在表观年龄上“偏老”;(4)池水水体内源有机碳对水体POC的贡献在75%以上,内源有机碳通量(以C计)在250 t·km^-2·a^-1至660 t·km^-2·a^-1之间,相对于其他土地利用类型,草地对应的地表水系统具有最大的内源有机碳占比和通量,指示了沉水植物控制型浅水水体初级生产对有机碳循环的重要作用。综上,我们认为在岩溶区通过土地利用调整来调控水生植物群落对于增加碳汇具有重要潜力。     

江汉平原江陵剖面有机碳含量、碳同位素和磁化率的古气候意义

湖泊中的有机碳及其同位素与磁化率指标广泛应用于古气候的重建,但由于各地自然条件的差异,其气候意义具有一定的区域性.对江汉平原江陵剖面沉积物中磁化率参数、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及其碳同位素δ(13C)值影响因素与环境气候关系的研究结果表明:沉积物总有机碳(TOC)的变化与总氮(TN)呈正相关关系,而总有机碳(TOC)与同位素δ(13C)、磁化率值则呈负相关关系,其组合可以很好地反映江汉平原地区的环境演变.在暖湿期,沉积物中总有机碳、总氮较高,有机质的δ(13C)值偏负,磁化率偏低;反之,在凉干期,沉积物中总有机碳、总氮较低,有机质的δ(13C)值偏正,磁化率偏高.江汉平原地区6 000 a PB以来的古气候演化经历了3个阶段:即冷干-暖湿-凉干的变化过程.     

四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究

目前五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分缺乏统一的分类方案,命名也较为混乱,给页岩气勘探与评价造成了困难。为此,采用全岩光片和有机地球化学(TOC、δ¹³C_org)分析等方法,对四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分进行有效识别与特征总结,探讨其可能成因,并判断其有机质类型。研究结果表明:五峰—龙马溪组页岩中显微组分主要由海相镜质组、腐泥组、动物有机碎屑组和次生组组成。其中,海相镜质组由无结构镜质体组成,呈浑圆状或长条状,具有强的光反射能力,但分布并不广泛;腐泥组主要由无结构腐泥体组成,为藻类遭受热降解过程而形成的无结构且无固定形态的显微组分,在富有机质页岩中广泛分布;动物有机碎屑组主要包括笔石表皮体、几丁虫和放射虫有机碎屑体;次生组由次生沥青体组成,广泛分布在页岩基质孔隙中,呈无固定形状。五峰—龙马溪组页岩中主要发育腐泥组和次生组,其次为动物有机碎屑组和海相镜质组,其有机质类型以Ⅰ-Ⅱ₁型干酪根为主,且腐泥组和次生组含量越高,有机质类型越好,其生烃潜力越大。     

Organic fraction of the total carbon burial flux deduced from carbon isotopes across the Permo-Triassic boundary at Meishan,Zhejiang Province,China

By combining the carbon cycle model with the records of carbonate and organic (kerogen) carbon isotope, this paper presents the calculation of the fraction of organic carbon burial (f _org) of beds 23–40 at the global boundary stratotype section and point (GSSP) of the Permian-Triassic boundary at Meishan, Zhejiang Province. The resulting calculation produces two episodes of f _org maxima observed to occur at beds 23–24 and 27–29, which respectively corresponds to the two episodic anoxic events indicated by the flourish of green sulfur bacteria. Two episodic f _org minima occurred at beds 25–26 and 32–34, generally coincident with the flourish of cyanobacteria (bed 26 and upper part of beds 29 to 34) as shown by the high value of 2-melthyhopnoanes. It appears that the f _org is related to the redox conditions, with greater f _org values observed under the reductive condition. The relationship between f _org and the total organic carbon (TOC) content was complex. The f _org value was low at some beds with a high TOC content (such as bed 26), while high observed at some beds with a low TOC content (e.g. bed 27). This association infers the important contribution of primary productivity to the TOC content. The original organic burial could be thus calculated through the configuration of the function of the primary productivity and f _org, which can be used to correct the residual TOC measured today. This investigation indicates that compiling the organic-inorganic carbon isotopes with the carbon cycle model favors to understand the fraction of organic carbon burial, providing information for the reconstruction of the coupling among biota, environments and organic burial. Journal of China University of Geosciences, 2007, 32(6): 767–773 [译自: 地球科学—中国地质大学学报]     

地史过程中烃源岩有机质丰度和生烃潜力变化的模拟计算

在同时考察源岩中有机质因生、排烃而损失和无机质因成岩作用而失重的基础上，模拟计算了地史过程中，随有机质类型、初始有机质丰度、成熟度及排烃效率的改变，烃源岩有机质丰度和生烃潜力的变化，探讨了有机碳恢复系数及生烃潜力损失率的可能变化范围。结果表明，地史过程中，有机质生烃潜力和有机质丰度的变化主要取决于源岩的生、排烃效率，对性质偏差的有机质，有机质的实测丰度随演化程度的增高不降反升；而对位于高成熟阶段的优质有机质，有机碳的恢复系数可达2以上；随有机质类型变好和成熟度升高，生烃潜力损失率增高；一般情况下，有机质生烃潜力的恢复幅度比有机质丰度的恢复大得多。     

Transport of terrestrial organic carbon to the oceans by rivers: re-estimating flux- and burial rates

 This study re-estimates one important component in the global carbon cycle: the modern global fluviatile organic carbon discharge- and burial rates. According to these results, approximately 430×10¹² g of terrestrial organic carbon are transported to the ocean in modern times. This amount is higher than the latest estimates but takes into account new data from Oceania not previously considered in global flux studies. However, only the minor amount of 10% or approximately 43×10¹² gC year^–1 is most likely buried in marine sediments. This amount is similar to the burial of marine organic carbon in the coastal ocean (55×10¹² gC year^–1). Adding both estimates gives approximately 100×10¹² gC year^–1, which is the value calculated by Berner (1982) for "terrestrial" deltaic-shelf sediments. However, the results in this study suggest that on a global scale the organic carbon content in coastal ocean sediments is not solely of terrestrial origin but a mixture of nearly equal amounts of marine and terrestrial organic carbon. The major part of the terrestrial organic carbon that enters the ocean by rivers (approximately 400×10¹² gC year^–1) seems to be either (a) remineralised in the ocean, whereas the mechanism by which the terrestrial organic carbon is oxidised in the ocean are unknown; or (b) is dispersed throughout the oceans and accumulates in pelagic sediments. Received: 9 November 1998 / Accepted: 25 May 1999     

内蒙古鄂伦春旗东部主要农耕区土壤有机碳含量及主要影响因素分析

利用鄂伦春自治旗东部主要耕地区1：25万土地质量地球化学调查数据,查明了研究区内表层和深层土壤有机碳储量和有机碳密度分布特征,分析了研究区内土壤有机碳储量、有机碳密度与土壤类型、土地利用方式之间的关系,探讨了土壤类型和土地利用方式对土壤有机碳的作用机理.结果表明研究区内土壤有机碳含量分布不均,土壤类型和土地利用方式是土壤有机碳储量和有机碳密度的主要影响因素.     

不同植物凋落物对土壤有机碳淋失的影响及岩溶效应

以低含量有机碳的岩溶土壤（ＳＯＣ, ０．８９％）为媒介,每１５０ｇ上添加松针、梧桐叶粉各 ７．５ｇ,１５ｇ,４个试验土柱号分别为ＳＣＣ３,ＳＣＣ５;ＳＢＣ３,ＳＢＣ５,接种岩溶土壤微生物群落后,于 恒温室内进行培养淋溶实验。结果表明,土壤淋溶液的电导值受土壤有机质含量多少及性质 的影响。土壤水溶性有机碳（ＤＯＣ）淋失总量ＳＣＣ３为５４０．７ｍｇ,ＳＣＣ５为１５２２．９ｍｇ;ＳＢＣ３为 ３８３．２ｍｇ,ＳＢＣ５为５６３．５ｍｇ。同时,土壤环境中Ｃａ^２＋的释放总量ＳＣＣ３为１４５．７ｍｇ,ＳＣＣ５为 ２８８．７ｍｇ; ＳＢＣ３为１７０．０ｍｇ,ＳＢＣ５为１６７．９ｍｇ。两者呈正相关,相关系数ｒ^２＝０．８５。下伏碳酸 盐岩的溶蚀量排序为ＳＣＣ５＞ＳＢＣ３＞ＳＣＣ３＞ＳＢＣ５,表明两种不同植物凋落物经微生物分 解,产生不同质和量的ＤＯＣ,并导致土壤环境中 Ｃａ^２＋释放的差异和不同的岩溶效应。从而初步揭示不同有机碳分解导致ＤＯＣ淋失的差异性,以及ＤＯＣ对岩溶动力系统的驱动。这与Ａ．Ｈｅｙｅｓ和Ｔ．Ｒ．Ｍｏｏｒｅ的研究结果一致。     

三峡水库建设对长江下游颗粒有机碳通量及碳同位素组成的影响

2008年4月至2009年4月,在南通长江干流每周采集一次表层悬浮物样品,共51个,分析了其粒度、颗粒有机碳(POC)、颗粒氮(PN)含量以及有机碳同位素(δ13Corg)组成,研究了下游干流颗粒有机碳组成的季节性变化特征.悬浮物的平均粒径在一年内变化不明显,而POC和PN含量呈现洪季缓慢减小,枯季增加的趋势;δ13C...     

岩溶水体惰性有机碳含量及其存在机理

正通常认为全球超过1000 m的海洋深处稳定存在着不超过42μmol/L的溶解有机碳,并被认为是微生物难以利用的惰性溶解有机碳[1-2]。这为进一步评估水圈溶解有机碳的稳定性提供了研究依据[3]。河流不但是陆地水的主体、水圈的重要组成部分,而且还是海洋-陆地物质和能量交换的主要通道。近年来,河流的自然性质和作用过程不断受到人文活动的影响,特别是河流筑坝引发的"水库效应"[4-5]。然而"水库效应"下岩溶区筑坝河流中