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。     

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%。     

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。     

浙江省主要农作区土壤有机碳储量

基于浙江省主要农作区土壤调查获得的样品与测试数据,采用指数模型方法计算了表层、中层、深层土壤有机碳的储量及平均密度,按地区分布、土壤类型、土地利用方式对其作了比较分析。浙江农作区0~0.2m、0~1.0m、0~1.8m不同深度土壤的有机碳储量分别为1.13×108t、3.78×108t、4.93×108t,平均密度分别为0.31×104t/km2、1.03×104t/km2、1.35×104t/km2。有机碳储量在林地与耕地分布最高,分别占总量的72.87%与14.91%;在水稻土与红壤中共占83.54%。平均有机碳密度在林地与耕地最高。与国内其他地区相比,浙江土壤碳库具有较大固碳能力和增长潜力。     

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.     

吉林西部不同土地利用类型的土壤有机碳垂向分布和碳密度

土壤碳库在陆地生态系统碳循环中起着关键性的作用。在对吉林西部进行为期6年（2004－2009年）的环境调查基础上,采集了217个土壤剖面,获取了2 170个土壤样品的平均容重、含水率和有机碳含量,分析了不同土地利用类型下土壤有机碳（SOC）的垂向分布特征、原因和机理。结果表明：不同土地利用类型的土壤有机碳垂向分布表现出截然不同的特征,大致可分为“下降型”、“上升型”和“不变型”3种。呈下降型的草地、农田、湿地等SOC含量主要富集在0~30 cm耕作层,并随深度增加而快速下降;滩地为上升型,良好的水文条件和相对茂盛的植物为有机质提供了有利条件;不变型包括盐碱地、林地和沙地,SOC含量处于全区最低水平。不同土地利用类型的土壤有机碳密度差异很大,从大到小依次为水田、草地、旱田、湿地、退化草地、滩地、林地、沙地、盐碱地,其中水田为（169.25±17.70） t/hm²,盐碱地为 （26.50±10.00） t/hm²。植被生物量和土壤理化性质是影响土壤有机碳含量的主要因素。     

长江源多年冻土区河流溶解性有机碳的时空动态和同位素特征

溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)在全球碳循环过程中起着重要的作用。目前关于泛北极多年冻土区DOC的研究较多,青藏高原多年冻土区DOC的研究较少。为探讨青藏高原DOC的时空动态、来源,以及对气候变化和多年冻土退化的响应及其影响因素,以位于青藏高原长江源区内8个流域(直门达、沱沱河、雁石坪、风火山1～5)为研究区,通过对河流DOC观测、采样和分析,DOC输出通量计算,结合河流中δ¹³C-DOC同位素的特征、流域水文特征、植被覆盖率、冻土覆盖率等观测数据,分析河流DOC输出的季节性变化规律和来源。结果表明：长江源多年冻土区河流DOC浓度全年较低,平均浓度在1.91～3.69 mg·L^-1之间,年内不同季节间变化率较小,上游DOC浓度大于下游DOC浓度。河流DOC的输出主要集中在夏、秋两季完全融化期,随径流量的增加而显著增加,而冬、春两季输出较少,DOC通量与径流量之间的相关系数达到0.92,与径流量的变化趋势一致。直门达水文站和风火山流域DOC年输出量分别为42 539.67 t和137.33 t,完全融化期...     

长江源区布曲流域土壤有机碳分布特征及其影响因素北大核心CSCD

基于长江源区布曲流域23个采样点的138个土壤样品,分析了土壤有机碳的分布特征,并探讨1 m以内土壤有机碳含量的影响因素。结果表明,长江源区布曲流域0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm和50~100 cm的6层土壤有机碳含量的平均值±标准差分别为(10.23±4.84) g·kg^(-1)、(10.18±5.19)g·kg^(-1)、(9.34±5.20)g·kg^(-1)、(9.04±4.41)g·kg^(-1)、(8.01±4.74)g·kg^(-1)、(9.40±4.67)g·kg^(-1),其随土壤深度增加而降低(R^(2)=0.511)。研究区土壤有机碳含量与海拔并非线性相关(P>0.05),而是在4 700~5 100 m的海拔范围内,随海拔的升高而增加,然后在5 000~5 100 m海拔处达到最大值后降低。土壤有机碳含量与pH值呈现极显著的负相关(P<0.01),与碳氮比呈现极显著的正相关(P<0.01),与体积含水量呈现显著的正相关关系(P<0.05),而与年均气温、年均降水量、全氮、全磷、全钾、无机碳含量、阳离子交换量、容重和黏粒含量的相关性不显著(P>0.05),表明长江源区布曲流域1 m以内土壤有机碳含量的主要相关因素是土壤的pH值、碳氮比和体积含水量。研究结果可以为长江源区布曲流域土壤碳循环的研究提供基础数据和科学依据。     

海河流域平原区土壤碳密度分布特征和碳储量估算

基于2003年以来多目标区域地球化学调查积累的大量表、深层土壤有机碳、全碳分析数据,以土壤类型和土地利用类型为基本计算单元,本文重点对海河流域平原区土壤碳密度与碳储量分布规律进行了研究.结果表明:海河流域表、深层土壤全碳和有机碳密度空间分布规律基本一致,总体均表现为"北东呈带、区域连片","南部高于北部,山前高于平原,城市高于农田"的特征.从土壤类型上看,湿潮土的有机碳密度最高,为17.92 kg/m2,其次为石灰性褐土,达到15.49 kg/m2,草甸风沙土的有机碳密度最低,为7.9 kg/m2;有机碳密度最大者与最小者相差将近2倍.从土地利用类型来看,耕地的有机碳密度最高,这与近年来推广的秸秆还田和人工施肥有关.     

祁连山大通河源多年冻土区浅层土壤水热时空变化特征

在大通河源不同草甸生态系统中建立浅层土壤水热监测网络. 2010-2011年监测结果表明：土壤温度和水分均具有明显的冻融交替和空间梯度变化格局. 在沼泽化草甸和典型草甸区,土壤融化和冻结末期分别出现在5月底、6月初和11月中下旬;而退化草甸区对应的时间则出现在4月底、5月初和11月中上旬. 在沼泽化草甸和典型草甸土壤温度变化曲线上有明显的“零点幕”时期,而退化草甸则不太明显. 土壤温度曲线的阶段划分结果表明,沼泽化草甸和典型草甸各阶段不存在显著差异,二者阶段划分曲线基本重合,均可以划分为6个阶段：春季升温阶段、春季“零点幕”阶段、夏季升温阶段、秋季降温阶段、秋季“零点幕”阶段和冬季降温阶段. 对于退化草甸而言,春季和秋季“零点幕”时期不明显,阶段划分曲线与前二者具有较大差异. 退化草甸温度曲线“零点幕”时期不显著对应于下伏多年冻土临近岛状多年冻土边缘,是最易于受环境影响变化而发生退化的区域. 3个监测场地浅层土壤水热格局一定程度上指示了下伏多年冻土的空间分布格局.     

祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林土壤有机碳与化学性质的相互关系

通过对祁连山大野口流域的青海云杉林大样地进行土壤剖面取样, 分析了样地土壤有机碳与pH值、养分和阳离子交换量等基本化学性质的变化规律及其相互关系. 结果表明: 随土层深度不断增加, 土壤有机碳含量逐渐减小, 在20～30 cm以下趋于稳定(P > 0.05); 土壤pH值不断增大, 仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05); 土壤全氮、速效氮、全磷和阳离子交换量不断减小, 全氮含量在30～40 cm以下趋于稳定(P > 0.05), 速效氮含量变化剧烈(P<0.05), 全磷含量差异性不显著(P > 0.05), 阳离子交换量与有机碳含量变化规律相同; 土壤速效磷、全钾和速效钾含量没有明显的变化规律, 速效磷和全钾含量差异性不显著(P > 0.05), 速效钾含量仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05). 土壤有机碳与全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾和阳离子交换量之间呈极显著和显著正相关, 与土壤pH值和全钾含量之间呈极显著和显著负相关. 土壤有机碳与其他基本化学性质的回归方程具有较高精度(R²=0.793), 影响土壤有机碳含量的主要化学因子依次为土壤阳离子交换量、速效钾和全磷含量.     

积雪对祁连山区黑河上游活动层热状态的影响研究

积雪对多年冻土活动层和近地表的热状态具有重要影响。然而,积雪对祁连山区黑河上游地区多年冻土热状态的影响机制尚不清楚,迫切需要可靠的野外观测数据进行定量研究。基于两个典型野外监测站点2012—2019年观测数据,分析积雪对表面能量平衡、5cm地表热通量及活动层热状态的影响。结果表明:厚度约21cm的积雪在秋冬季对活动层具有保温作用;2013—2018年,俄博岭(EB)和野牛沟(PT1)监测场,活动层厚度分别为61～86cm和159～164cm,平均活动层厚度分别为74.2cm和162.1cm。受积雪影响,相隔两年(2015—2017年)的活动层厚度变化达25cm。定量分析了祁连山积雪对多年冻土热状态的影响,为未来祁连山相关研究提供重要资料。     

祁连山多年冻土区天然气水合物的形成条件

祁连山多年冻土区面积约10×104km2,年平均地表地温为-1.5～-2.4℃,冻土层厚度为50～139m.区内侏罗纪小型含煤盆地广布,产有丰富的煤层气.南祁连盆地是一潜在的油气盆地,存在下石炭统臭牛沟组、下二叠统草地沟组、中三叠统大加连组、上三叠统尕勒得寺组4套烃源岩,具有良好的生油生气潜力.在木里煤田33号钻孔的冻土层内发现有连续逸出的高含量烃类气体,井口点燃即可燃烧,简易采气分析结果表明甲烷含量高达38.07%～75.9%.根据该钻孔的气体组分、年平均地表地温、冻土层厚度、地温梯度等数据分析,这里基本具备形成天然气水合物的温压条件,计算结果显示水合物稳定带的顶界和底界埋深分别为171 m和574m,稳定带厚度为403m.     

祁连山多年冻土区天然气水合物的形成条件

祁连山多年冻土区面积约10×104km2,年平均地表地温为-1.5～-2.4℃,冻土层厚度为50～139m。区内侏罗纪小型含煤盆地广布,产有丰富的煤层气。南祁连盆地是一潜在的油气盆地,存在下石炭统臭牛沟组、下二叠统草地沟组、中三叠统大加连组、上三叠统尕勒得寺组4套烃源岩,具有良好的生油生气潜力。在木里煤田33号钻孔的冻土层内发现有连续逸出的高含量烃类气体,井口点燃即可燃烧,简易采气分析结果表明甲烷含量高达38.07%～75.9%。根据该钻孔的气体组分、年平均地表地温、冻土层厚度、地温梯度等数据分析,这里基本具备形成天然气水合物的温压条件,计算结果显示水合物稳定带的顶界和底界埋深分别为171m和574m,稳定带厚度为403m。     

祁连山地区不同植被生态系统固碳价值量估算及时空演变分析

基于改进的CASA模型测算祁连山地区植被净初级生产力（NPP）物质量, 并进一步基于光合作用方程式、 碳循环过程模型估算了研究区2005年、 2010年、 2015年植被、 土壤固碳量及价值, 旨在定量分析该区域不同植被生态系统植被、 土壤固碳价值时空演变情况, 为制定更科学合理的碳管理措施提供科学依据。研究表明： 祁连山地区2005 - 2015年植被、 土壤固碳价值呈递增趋势, 2005年、 2010年、 2015年植被、 土壤固碳价值分别为515.95、 356.56亿元; 491.05、 404.36亿元; 581.55、 465.65亿元, 土地类型的改变使得植被、 土壤固碳分别增长12.72%、 30.39%。从空间分布上看, 东部植被、 土壤固碳量明显高于西部, 林地固碳能力最高, 单位面积固碳量为10.19 t·hm^-2。草地是研究区分布最广的植被, 且其对该地区植被、 土壤固碳贡献比为51.13%、 49.34%。     

祁连山黑河上游不同退化草地土壤理化性质及养分和酶活性的变化规律

为了揭示草地退化过程中土壤理化性质及养分和酶的变化规律,在祁连山黑河上游俄博岭研究了4种草地土壤理化性质及养分和酶活性的变化规律.结果表明:未退化草地与退化草地、中度退化草地和重度退化草地比较,0~60 cm土层有机碳、有机碳密度、有机碳储量随退化程度加剧呈显著减少趋势;土壤理化特性的总孔隙度、团聚体、物理性粘粒、饱和蓄水量、田间持水量随土壤退化加剧呈减少趋势,同时CEC、碱解氮、速效磷、速效钾、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶等养分和酶活性也随土壤退化加剧呈明显减少变化.随着土壤退化加剧,容重、物理性砂粒、石砾、pH值以及CaCO3含量均有明显的增长.4种草地0~60 cm土层孔隙度、团聚体、物理性粘粒、饱和蓄水量、田间持水量、土壤有机碳、速效氮磷钾和酶活性均值由大到小的变化顺序为:未退化草地轻度退化草地中度退化草地重度退化草地;容重、物理性砂粒、石砾、pH、CaCO3均值由小到大的变化顺序为:未退化草地轻度退化草地中度退化草地重度退化草地.不同层次孔隙度、团聚体、物理性粘粒、饱和蓄水量、田间持水量、土壤有机碳、速效氮磷钾和酶活性均值随着土层垂直深度的增加而递减,而容重、物理性砂粒、石砾、pH、CaCO3均值随着土层垂直深度的增加而递增.     

黑河上游祁连山区土壤可培养细菌群落生境的垂直分异特征

利用PYGV、 R2A、 NB和Czapek 4种培养基, 研究了不同海拔下黑河上游祁连山区土壤细菌群落结构的变化规律.结果表明: 可培养细菌数量为4.6×10⁶~37.0×10⁶CFU·g^-1, 随海拔升高明显减少; 基于16S rRNA基因序列分析共发现了7个门、 19个属、 26种细菌, 其中Agreia pratensis, Mucilaginibacter ximonensis, 嗜冷冷杆菌(Cryobacterium psychrophilum)和氧化节杆菌(Arthrobacter oxydans)四种细菌是优势种; 嗜冷冷杆菌的相对丰度在高海拔地区明显增加, Agreia pratensis的相对丰度随海拔升高而降低; 细菌的多样性随海拔升高呈现出先升高后降低的趋势. 冗余分析(RDA)显示, 可培养细菌数量与海拔呈显著负相关, 细菌的多样性与植被指数和土壤理化性质均存在明显的相关关系, 说明可培养细菌数量主要受海拔的影响, 而植被和土壤理化性质是影响细菌群落多样性的主要因素.