土壤发生性碳酸盐碳稳定性同位素模型及其应用

干旱、半干旱地区土壤无机碳库比有机碳库大2~5倍,无机碳库及其周转在该地区土壤碳平衡中具有重要意义。土壤发生性碳酸盐是土壤发育过程的产物,与岩生性碳酸盐溶解/沉积平衡、土壤有机碳分解CO2的再转化密切相关。发生性碳酸盐碳稳定性同位素主要由土壤CO2的碳同位素组成决定,可以用描述不饱和层气体质量传递的扩散—生成模型模拟。在土壤碳酸盐体系（土壤CO2(g)、碳酸盐和土壤溶液）处于同位素平衡状态时,根据生物过程产生的分子扩散以及碳酸盐化学平衡反应的分馏模型,发生性碳酸盐δ13C值比有机质δ13C值大14‰~16‰。扩散—生成模型和/或分馏模型可以用于鉴定和定量化分散态发生性碳酸盐组分、区分土壤碳酸盐悬膜上发生性碳酸盐的比例,并可用于定量评价土地利用管理措施对碳酸盐溶解/沉积平衡的影响,这在全球碳循环研究中具有重要意义。     

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。     

有机质碳同位素热力学分馏与天然气碳同位素组成

干酪根中不同结构和官能团具有不同的碳同位素组成,这种差异可以用有机质碳同位素热力学同位素因子（β因子）进行预测。煤岩模拟实验产物中,δ13CCO2相对烃类气体而言明显偏重,这与干酪根中羧基的β13C较大有关。含水实验产物的δ13CCO2轻于无水实验产物的δ13CCO2是由于含水实验中所增加CO2的碳同位素组成相对较轻造成的,含水实验增加的CO2产率是由β13C相对较小的部分亚甲基碳通过断裂、氢转移、以及与水反应转变而来。模拟实验低温阶段（≤300℃）,甲氧基中的甲基断裂可能的甲烷形成的主要方式。而甲氧基的β13C大于甲基,所以低温阶段出现了甲烷碳同位素组成先较重后变轻的现象。     

贵州新民剖面晚二叠世碳同位素变化特征及有机碳埋藏的意义

根据碳循环模式,通过无机碳和有机碳碳同位素记录,半定量-定量地计算了贵州新民剖面晚二叠世有机碳埋藏分数forg,同时结合表征古海洋初级生产力的疑源类、藻类与菌孢的丰度值,详细分析了有机碳埋藏分数forg、古海洋生产力与岩石中保存的残余TOC之间的耦合关系。该研究发现新民剖面晚二叠世初级生产力较有机碳埋藏分数forg对残余TOC的贡献更大。但这一结果仍需进一步论证:新民剖面和煤山剖面forg与δ13Ccarb的高度相关性暗示forg主要受控于δ13Ccarb,而在Kump碳循环模型中忽略了晚二叠世火山活动对无机碳同位素组成的重要影响。     

兰州—白银地区1987年与2014年表层土壤有机碳储量和碳密度变化趋势及影响因素探讨

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域,土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤有机碳储量和碳密度的影响因素对正确评价本区碳循环有重要意义,本文利用土壤类型、土地利用类型、地貌类型、生态系统等影响因素对研究区表层土壤有机碳密度和碳储量进行了评价,分析了兰州—白银地区1987年和2014年土壤有机碳储量、碳密度的变化,其中2014年土壤有机碳储量增加了3.58×106 t,说明这些年土壤固碳效果明显,土地利用方式更合理。认为研究区有机碳碳密度、碳储量在空间上的分布极不均匀,与成土母质、土壤自身理化特性、土地利用方式及自然景观条件、人类活动等因素密切相关,是多因素综合影响的结果。     

正构二十四烷裂解成气碳同位素动力学模拟及其地质意义

以甲烷的量子化模型及正构二十四烷(n C24)金管限定体系裂解成气实验为基础,从理论上进一步论述了量子化模型应用于重烃气体（乙烷和丙烷）碳同位素动力学模拟的适应性,计算了甲烷、乙烷及丙烷生烃动力学与碳同位素动力学参数, 重点探讨了δ13C2与δ13C3变化的主控因素。研究结果表明, n C24裂解生成的气态烃碳同位素与早期报道的n C18、n C25及原油裂解生成的气态烃碳同位素具有可比性,可应用于地质条件下解释原油裂解气的某些地球化学特征。n C24生烃地质模型表明,其在150～160℃是稳定的,主要裂解温度介于180～200℃之间,与目前所报道的原油裂解地质模型吻合。随热解程度的增加,δ13C2与δ13C3体现了比δ13C1更明显的变化。气藏充注历史控制的同位素累积效应对天然气碳同位素有很大的影响,与累积聚集气相比,阶段聚集气的δ13C变重,并在更大程度上影响了演化曲线的分异。在此基础上,应用n C24裂解成气碳同位素分馏地质模型探讨了塔里木盆地某些油气藏天然气碳同位素值变化的原因。     

珠江口盆地番禺低隆起-白云凹陷北坡干酪根热演化模拟与生烃

通过密封金管-高压釜体系对珠江口盆地番禺低隆起-白云凹陷北坡恩平组炭质泥岩的干酪根(PY),在24.1 MPa压力、20℃/hr(373.5~526℃)和2℃/h(343~489.2℃)两个升温速率条件下进行热模拟生烃实验,分析气态烃(C1 5)和液态烃(C6 14和C14+)的产率,以及沥青质和残余有机质碳同位素组成。同时与Green River页岩(GR)和Woodford泥岩(WF)的干酪根,分别代表典型的I型和II型干酪根进行对比研究。结果显示PY热演化产物中总油气量明显低于GR和WF干酪根,且气态烃(C1 5)最高产率是液态烃的1.5倍,揭示恩平组炭质泥岩主要以形成气态烃为主。在热演化过程中,有机质成熟度和母质类型是控制油气比的主要因素,气态烃和轻烃的产率比值主要受热演化成熟度的影响。干酪根残余有机质碳同位素和沥青质碳同位素在热演化过程中受有机质成熟度的影响较小,δ13C残余和δ13C沥青质可以间接反映原始母质的特征,为高演化烃源岩油气生成提供依据。     

黄土有机质稳定碳同位素研究进展

有关黄土高原历史时期原生植被类型的研究不仅具有重要的理论意义,也具有现实的指导意义。土壤有机质稳定碳同位素（δ13Corg）是区域植被中C4/C3植物相对丰度的灵敏指示器,对黄土有机质稳定碳同位素的研究可以部分地重建过去的植被类型变化历史,并可探讨与此有关的气候、环境问题。已有的研究结果表明：黄土高原古土壤发育阶段δ13Corg偏正于黄土沉积阶段,表明随气候由冷干向暖湿转变黄土高原C4植物相对丰度上升,然而在C4植物相对丰度上升的主要驱动因素上仍存在夏季风和温度两种观点。相应的在空间上,C4植物的相对丰度无论冰期还是间冰期都是由黄土高原东南向西北递减。而基于黄土δ13Corg的研究认为黄土高原历史时期一直以草原为主,不存在大面积的森林。尽管已有的研究对黄土有机质稳定碳同位素分布和变化的一般性规律取得了共识,但在研究中还存在一些问题,在黄土δ13Corg变化机制上还存在争议,值得进一步研究。     

吸附势理论在煤层气吸附/解吸中的应用

煤层气的吸附/解吸将导致煤层甲烷碳同位素以及煤层气多组分分馏,使得煤层气富集区预测成为可能;并为揭示注入CO2增强CH4产出提供依据。本文根据Polanyi吸附势理论和实测及收集的等温吸附试验数据,探讨煤层甲烷碳同位素和多组分气体的分馏。通过研究,得到如下两个结论：①13CH4在煤表面的吸附势普遍高于12CH4,也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点。这种差异具有随压力增加而增加的特点。②煤层气吸附/解吸过程中CH4和CO2的分馏可归纳为以下3种情形： a. CO2和CH4的吸附/解吸等温线不相交,CO2的吸附势大于等于CH4,在CO2和CH4吸附势接近的中压阶段(1~2.5 MPa)不利于注CO2驱CH4,高压、低压阶段均有利; b. 因CH4的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4; c. 因CO2的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法,并揭示了在高压条件(>2.5 MPa)下总是有利于向煤层注入CO2强化CH4产出。     

草地生态系统土壤有机碳库对人为干扰和全球变化的响应研究进展

草地土壤碳库碳储量及其变化与调控机制是草地碳循环研究的核心.草地生态系统正经受着越来越严重的人为与自然因素干扰,如土地利用变化、大气氮沉降增加、施肥及大气CO2浓度与温度升高.因此,加强人为干扰和全球变化背景下草地土壤有机碳库的响应研究有重要意义.总结了放牧、草地开垦及外来氮素输入等3种主要的人类活动对土壤有机碳总量和活性碳组分的影响及其对全球变化的响应与适应,在此基础上指出了目前草地生态系统土壤有机碳库研究的薄弱环节及今后的重点研究领域.     

我国四种典型土类有机碳剖面分布特征

以中国黑土、褐土、水稻土和砖红壤4种典型农田土类为研究对象,分析了不同土类有机碳、碳氮比和有机碳密度的剖面分布特征。结果表明：土壤有机碳含量随土层加深而呈现递减趋势;褐土有机碳含量最低,固碳潜力较大;黑土、砖红壤C／N比值明显高于水稻土和褐土,各类土壤耕地表层土壤C／N比值与第二次土壤普查数据相比有明显降低,有可能会影...     

土壤有机碳的主导影响因子及其研究进展

土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分，其积累和分解的变化直接影响全球的碳平衡。理解土壤有机碳蓄积过程对生物、物理和人为因素的响应，把握关键的控制因子是准确预测土壤有机碳在全球变化情景下对大气CO 2的源／汇方向及准确评估碳收支的关键。综述了土壤有机碳主导影响因子的研究进展，并针对陆地碳循环特点，提出未来土壤有机碳研究应加强土壤有机碳过程与状态的定量化、土壤有机碳分解对环境因子的敏感性、氮沉降对土壤有机碳的影响、土壤有机碳对气候变率的响应及其反馈作用，以及土壤有机碳动态的综合模拟 5个方面的研究，为准确评估陆地碳收支提供依据。     

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。     

辽宁西部沿海地区土壤碳库构成及变化规律研究

基于辽宁西部沿海地区多目标地球化学调查获得的表层和深层土壤碳含量数据,计算了研究区表层(0～20 cm)、中层(0～100 cm)和深层(0～180 cm)的土壤碳密度及储量,探讨了不同分类单元的土壤碳库构成特征及固碳潜力,并对近40年来土壤有机碳变化规律进行研究.结果显示:1)研究区土壤碳库构成以有机碳为主,无机碳储...     

渝东南岩溶山地土地利用方式对土壤有机碳时空分布特征的影响

通过野外调查、采样和分析,运用地统计学方法,选择旱地、稻田、菜园和果园四种地利用方式,分析了渝东南秀山、黔江、酉阳三地土壤有机碳(SOC)的时间和空间分布特征。结果表明:空间上,在耕作层和心土层SOC含量都是菜园最大,旱地最小,且差异显著;而底土层果园最大,稻田最小,差异不显著;不同的土地利用方式对土壤剖面SOC含量的影响一致,自上而下依次降低,均为耕作层SOC含量最高,底土层最低,稻田降幅最大,旱地最小,且差异显著;时间上,与1984年第二次土壤普查相比,除旱地外20多年来渝东南岩溶区0~20cm耕层SOC含量普遍升高,其中菜园的增加幅度最大,稻田最小。但总的来说,研究区岩溶山地土壤有机质含量普遍较低,建议通过人为施肥提高有机质的含量,探索和推广应用免耕、少耕、秸秆还田等耕作措施,增加农田土壤固碳能力。      

近30年黔西喀斯特区典型县域农田土壤有机碳动态研究——以贵州普定县为例

文章选取贵州省普定县作为黔西喀斯特区的典型县域,依据1980年第二次土壤普查数据和2011年实测土壤数据,运用土壤类型法,计算该县域近30年（1980-2011年）农田表层（0～20 cm）土壤有机碳（SOC）储量和密度的变化,并借助逐步回归分析,对该县域近30年农田表层SOC动因进行分析,结果表明:（1）普定县近30年来农田0～20 cm表土有机碳库总体表现为基本持平且略有上升的趋势,增幅为0.95%,年均变化量15.31 kg C·hm-2·a-1;（2）不同类型农田土壤的表层有机碳储量和密度变化较大,其中水稻土固碳幅度最大,为28.95%,而山地灌丛草甸土的丢碳最为严重,降幅达70.22%;（3）农田表层SOC密度年均变化量在空间分布上总体表现为县城中部、南部和三岔河及夜郎湖地区呈增加趋势,而在县城以西、以东及斗篷山大部分区域则为下降态势,这主要受土壤类型空间分布差异所致;（4）影响普定县农田表层SOC变化的主要因素有SOC密度初始值（1980年）、C/N、砾石体积比和速效K密度等,其中SOC密度年均变化量与SOC密度初始值和砾石体积比呈负相关,与C/N和速效K密度呈正相关。总的来看,近30年的人为活动对普定县农田表土有机碳总库存未产生负面影响。      

柴达木盆地天然气的碳同位素地球化学特征及成因分析

依据天然气碳同位素中δ13C1、δ13C2、δ13C3的组成与划分标准，将柴达木盆地天然气划分为煤型气、裂解气、油型气与生物气四种类型，通过对天然气同位素中的δ13C1、δ13C2-δ13C1、δ13C3-δ13C2值的差异分析以及与对应的烃源岩干酪根碳同位素进行对比分析，探讨了柴达木盆地不同地区天然气的成因以及影响因素，这对于探索柴达木盆地的成气规律以及在不同地区天然气勘探的目标选择都有着现实意义。     

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。