高寒草地沙漠化土地固碳潜力分析——以黄河源区为例

沙漠化过程导致草地生态系统的退化和土壤有机碳的流失,增加了陆地生态系统向大气CO_2的排放,使退化土地就成为陆地重要的碳源之一.然而,通过有效的沙漠化防治,沙漠化过程能够得到一定程度的控制,退化土地也会得到恢复.沙漠化土地的恢复将是增加陆地碳汇,减少大气CO_2的有效途径之一.黄河源区沙漠化土地处于正在发展和强烈发展阶段,沙漠化形势严峻.目前沙漠化土地面积达3 519.97 km~2,其中轻度沙漠化土地面积占45.82%、中度沙漠化占26.20%、重度沙漠化土地与极重度沙漠化土地面积分别占13.80%和14.18%.我们设想通过沙漠化治理.使极重度、重度、中度沙漠化得到恢复并转变为轻度沙漠化土地,这将使1907.27 km~2的沙漠化土地得到恢复.根据目前沙漠化土地土壤有机碳密度,我们初步估计将会有10.25×10~6 t的土壤有机碳能够得到固定.在固定的土壤碳中,极重度沙漠化土地、重度沙漠化土地和中度沙漠化土地贡献分别为4%,30%,36%.因此,目前黄河源区沙漠化土地具有较高的固碳潜力,通过沙漠化的有效治理,不仅能够改善区域生态环境,促进区域社会经济的可持续发展,而且将使黄河源区成为陆地碳汇的重要区域.     

近15年来长江黄河源区的土地覆被变化

基于长江黄河源区土地生态分类,利用1986年与2000年两期TM遥感数据的对比和野外实地调查,采用景观生态空间分布格局分析方法,从分布面积变化和类型转移趋向与幅度两方面,分析了江河源区近15年来土地生态系统的空间分布变化与演变格局,结果表明：高寒草地退化显著,较高覆盖度高寒草原与高寒草甸面积减少了15.82% 和5.15%,高寒沼泽草甸分布面积锐减了24.36%;湖泊水域萎缩了7.5%,以长江源区内流湖泊为主;土地荒漠化发展十分强烈,沙漠化土地面积扩展了17.11%,其中黄河源区沙漠化土地年平均扩展率达到1.83%。高寒草原草地的覆盖度下降与荒漠化、高寒草甸草地的覆盖度下降与草原化以及沼泽草甸草地的疏干旱化是区域土地生态系统空间演变的主要趋向,并由此改变了土地覆被的空间分布格局并使该区域生态环境持续恶化。     

黄河源区高寒草地土壤有机碳储量及分布特征

选择位于黄河源区的青海省果洛藏族自治州为研究区,利用第二次全国土壤普查所得的土壤剖面数据以及55个典型土壤剖面的地理位置、土层深度、有机质含量、面积、理化分析数据和1:50万数字化土壤类型图,在GIS的支持下利用土壤类型法对黄河源区草地土壤碳库进行了估算。结果表明,黄河源区土壤碳密度较高,平均土壤有机碳密度为29.97 kg/m²,高寒草地土壤有机碳库主要由高山草甸土和高山草原土的有机碳库构成,研究区土壤有机碳总储量达15×10⁸tC。区域草地土壤有机碳密度及储量呈明显的水平和垂直分异规律。     

高寒草甸土壤有机碳储量及其垂直分布特征

青藏高原是全球变化的敏感区。高寒草甸草原是青藏高原上最主要的放牧利用草地资源之一。选择青藏高原东北隅海北站内具有代表性的高寒草甸土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系和有机碳含量。研究得出,青藏高原高寒草甸土壤贮存有巨大的根系生物量 (23544.60 kg ha^-1~27947 kg ha^-1) 和土壤有机碳 (21.52 GtC);自然土壤表层 (0~10 cm) 储存了整个剖面土壤有机碳总量的30%左右。比较发现,高寒草甸土壤的有机碳平均贮存量 (23.17×10⁴ kgCha^-1) (0~60 cm) 较相应深度的热带森林土壤、灌丛土壤和草地土壤的有机碳贮存量高约1~5倍多。在全球碳预算研究中,青藏高原高寒草甸土壤有机碳库不可忽视。随着全球变暖,表层土壤有机碳分解释放的CO₂将增加。为了减少高寒草甸生态系统的碳排放,应加强高寒草甸土壤地表覆被的保护,合理种植深根系植物。这对减缓全球大气CO₂浓度升高的速率以及可持续开发高寒草甸的生态服务功能都具有重要意义。     

黄河源区土地沙漠化时空变化遥感分析

通过野外调查与室内分析, 建立了黄河源区沙漠化土地分类分级系统。在此基础上, 通过遥感数据处理与参数反演, 建立了沙漠化遥感监测指数模型, 并利用1986~2000 年 Landsat-TM/ETM+ 遥感数据, 对近15 年来黄河源区土地沙漠化过程进行了定量分析与评价。 研究结果表明, 黄河源区沙漠化土地面积达3519.97 km², 其中以轻度沙漠化土地为主。沙漠 化土地集中分布在玛多宽谷盆地南缘与黑河宽谷盆地北缘之间, 沿西北-东南走向的低山丘 陵展布, 分布于河谷, 湖滨、古河道及山麓洪积扇等地形面上, 呈斑块状、片状和带状分布。 1986~1990 年黄河源区沙漠化土地年增长率为21.87%, 沙漠化土地的变化表现为沙漠化土地 快速蔓延。1990~2000 年沙漠化土地年扩展率为2.73%, 虽然沙漠化扩展速率降低, 但在进一 步扩展的同时, 主要表现为沙漠化程度的进一步加重。总之, 20 世纪80 年代末期以来, 黄 河源区沙漠化过程呈现为正在发展和强烈发展的态势。但在不同时段上沙漠化发展呈现出不 同的特征, 80 年代末沙漠化土地增长率高, 沙漠化过程表现为沙漠化土地的迅速蔓延; 进入 90 年代沙漠化土地增长相对减缓, 但中度沙漠化土地则保持直线增长的趋势, 呈现出以沙漠 化程度的加重为主的发展趋势。     

人类活动对土壤有机碳库的影响研究进展

土壤有机碳库动态变化直接影响全球的碳平衡, 土壤有机碳库研究是全球碳循环研究中的关键。研究人类活动影响下的土壤有机碳库的动态特征及其过程机制,不仅可降低对未来气候预测的不确定性,也可为土壤固碳技术的选择和政策制定提供理论依据。从土地利用方式变化、耕作方式与管理两方面详尽阐述了国内外关于人类活动影响下土壤有机碳库动态的研究进展,提出应加强土地管理、采取适当的农业耕作措施来减少土壤有机碳的流失,以提高土壤对碳的固定。     

伊犁山地不同海拔土壤有机碳的分布

以乌孙山北坡、科古琴山南坡为例,分析伊犁山地南北坡土壤有机碳的分布特征和影响因素。结果表明:①0-50 cm范围内,高寒草甸、草甸草原土壤有机碳含量较高,荒漠草原土壤有机碳含量最低。土壤有机碳含量均随土壤深度的增加而降低,高寒草甸随土壤深度的增加土壤有机碳下降幅度最大;②伊犁山地土壤腐殖化程度高,氮矿化能力强。大部分海拔的土壤碳氮比随土壤深度的增加而减少。河谷南坡碳氮比降低速率要大于河谷北坡。③土壤有机碳与全氮、全磷以及土壤含水率表现出良好的正相关性;与pH值表现出较好的负相关性,特别是20-50 cm处。植被类型分布和人类活动影响对土壤有机碳垂直变化影响显著。     

开垦对高寒草甸土壤有机碳影响的初步研究

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒草甸开垦后形成的一年生人工草地作为研究对象,开垦年限分别为0、1、11、16和20年,利用土壤有机碳密度分组法,进行了0~40cm土层土壤有机碳及不同组分（轻组有机碳,重组有机碳）含量及随开垦年限变化关系的研究。结果表明：高寒草甸开垦后其土壤有机碳的变化主要发生在0~10cm土层,土壤中SOC、LFOC和HFOC呈下降趋势,至20年时分别下降了10.5 %、26.7%、8.1 %,主要原因为当地较为强烈的风蚀作用、耕作侵蚀和开垦加剧了表层（0 ~10cm）土壤有机质的氧化分解,表层土壤中的粗有机物质在降水淋溶作用下,在土体下部重新淀积。而0 ~40 cm土体内,SOC、LFOC和HFOC略有增加,开垦20年,他们的累积速率分别为0.08 t C·hm-2·yr-1、0.07 t C·hm-2·yr-1、0.14 t C·hm-2·yr-1。人工草地长期种植虽然没有改变高寒草甸作为碳汇的基本功能,但却大大降低了其碳汇效应,植物-土壤系统年固定碳量由未开垦前的7.38t C·hm-2·yr-1下降至6.89 t C·hm-2·yr-1。     

甘肃河西山地土壤有机碳储量及分布特征

山地土壤具有强异质性和较高的碳密度,研究山地土壤有机碳的储量、空间分布特征和影响因素,对理解未来气候变化情景下该区土壤碳-大气反馈具有重要意义。河西山地地形复杂,水热梯度明显,是研究土壤有机碳空间格局的理想区域。利用河西山地126个土壤剖面数据,分析了0~100 cm土壤有机碳的储量、空间分布特征及其与环境因素的关系。结果表明:河西山地0~100 cm土壤有机碳密度均值15.04±7.24 kg·m^-2,区域土壤有机碳储量1.37±0.66 Pg,其中50%储存在高寒草甸和亚高山灌丛草甸。研究区土壤有机碳密度从高到低依次为亚高山灌丛草甸(41.15±18.47 kg·m^-2)、山地草甸草原(40.26±9.59 kg·m^-2)、山地森林(34.57±14.52 kg·m^-2)、高寒草甸(29.19±14.58 kg·m^-2)、山地草原(19.28±11.33 kg·m^-2)、荒漠草原(9.83±4.14 kg·m^-2)、高寒草原(8.59±2.47 kg·m^-2)、高寒荒漠(5.89±3.18 kg·m^-2)、草原化荒漠(5.16±3.06 kg·m^-2)、温带荒漠(5.00±3.35 kg·m^-2)。土壤有机碳的空间分布与地形和气候因子显著相关。土壤有机碳密度随着海拔的升高呈现出先增加后减少的趋势,阴坡土壤有机碳密度显著高于阳坡和半阴坡。土壤有机碳密度随年平均降水量增多而增多,随年平均温度的升高呈现出先增加后减少的趋势。     

我国高寒草甸碳循环研究进展

在我国，高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型之一，它对青藏高原大气与地面之间的能量平衡、水气交换、生物地球化学循环有着极其重要的作用。近年随着人们对全球气候变暖问题的日益关注，高寒草甸，这个全球气候敏感生态系统的源、汇动态及其影响因素的研究，成了认识全球碳循环的关键之一。分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性，对我国高寒草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述，包括植物、凋落物和土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等。     

科尔沁沙地沙漠化过程中土壤有机碳含量变化特征及影响因素北大核心CSCD

科尔沁沙地是中国半干旱地区沙漠化发展的典型地区和沙漠化防治的重点区域。本研究以科尔沁沙地为研究区域,以沙漠化逆转不同阶段的沙地为研究对象,通过野外调查和室内分析,采用空间代替时间的方法,在区域尺度上探讨了土壤有机碳对沙漠化过程的响应规律,并结合气候、植被和地形因子阐释了该区域土壤有机碳空间变异的主导因素。结果表明:(1)土壤有机碳含量随沙漠化程度的加剧表现出疏林草地(未沙漠化)>固定沙地(轻度沙漠化)>半固定沙地(中度沙漠化)>半流动沙地(重度沙漠化)>流动沙地(极重度沙漠化)。(2)固定沙地、半固定沙地、半流动沙地和流动沙地土壤有机碳密度分别比疏林草地降低了29.1%、49.3%、62.9%和84.1%。(3)随着沙漠化的发展,土壤质地发生粗化现象,即中、细砂粒含量明显增加,而土壤细颗粒(极细砂和黏粉粒)含量明显下降。(4)科尔沁沙地沙漠化过程中,土壤黏粉粒的损失是土壤粗化、有机碳含量下降的主要原因,而pH的变化受沙漠化影响较小。(5)气候因子是导致SOC含量受经纬度影响的主要因素,而地形因子的影响次之。     

Effects of land-use changes on organic carbon in bulk soil and associated physical fractions in China's Horqin Sandy Grassland

The Horqin Sandy Grassland is one of the most seriously desertified areas in China's agro-pastoral ecotone due to its fragile ecology, combined with improper and unsustainable land management. We inves...     

基于能源消费的江苏省土地利用碳排放与碳足迹

采用2003~2007年江苏省能源消费和土地利用等数据,通过构建能源消费的碳排放模型,对江苏省5年来能源消费碳排放进行了核算,并通过土地利用类型和碳排放项目的对应,对不同土地利用方式的碳排放及碳足迹进行了定量分析。结论如下:(1)江苏省能源消费碳排放总量从2003年的8794.24万t上升到2007年的16329.85万t,涨幅达86%。其中,终端能源消费碳排放占53.6%。(2)江苏全省土地单位面积碳排放从2003年8.24t/hm²上升到2007年15.53 t/hm²,增幅为88.5%。其中,居民点及工矿用地单位面积碳排放最大,为95.62 t/hm²。(3)江苏全省能源消费碳足迹大于生产性土地的实际面积,由此造成的生态赤字达1351.285万hm²。(4)不同土地利用类型的碳足迹大小顺序为:居民点及工矿用地＞交通用地＞未利用地及特殊用地＞农用地和水利用地,其中居民点及工矿用地的碳足迹高达10.89 hm²/ hm²。(5)江苏全省单位面积碳足迹也呈明显的扩大趋势,从2003年的0.938 hm²/ hm²上升到2007年的1.769 hm²/ hm²。     

1990~2000年中国土壤碳氮蓄积量与土地利用变化

基于2473个土壤剖面资料和1980年代末~1990年代末陆地卫星TM影像分析中国1990~2000年林地、草地、耕地之间的土地利用变化对土壤碳氮蓄积量的影响。IPCC建议的国家温室气体清单方法计算表明从1990~2000年中国林地、草地、耕地土壤 (30 cm) 有机碳氮库分别损失了77.6±35.2 TgC (1Tg = 10⁶ t) 和5.6±2.6 TgN,年均损失约7.76 TgC/yr和0.56 TgN/yr,其中耕地土壤碳库分别增加了79.0±7.7 TgC 和9.0±0.7 TgN,草地土壤碳氮蓄积量分别损失了100.7±25.9 TgC和9.8±2.2 TgN,林地土壤碳氮蓄积量分别损失了55.9±17.0 TgC和4.9±1.1 TgN。同时根据中国6大行政区林地、耕地和草地之间的相互转换面积、土壤有机碳氮密度的变化率进行估算,表明土壤 (30 cm和100 cm) 有机碳氮蓄积量分别损失了53.7 TgC、5.1 TgN和99.5 TgC 、9.4 TgN。由于中国不同地区土地利用变化的空间格局差异显著,从而导致东北地区土壤碳氮蓄积量变化较大,而华东地区变化较小。     

Assessment of sandy desertification trends in the Shule River Basin from 1978 to 2010

Sandy desertification in the Shule River Basin has expanded dramatically during the past 30 years. We evaluated the status, evolution, and main causes of sandy desertification by interpreting Landsat images which were acquired in 1978, 1990, 2000, 2005, and 2010, and analyzing the relevant meteorological data. The results show there was 3,477.95 km2, 3,733.32 km2, 3,620.29 km2, 3,565.65 km2, and 3,557.88 km2 of sandy desertified land in 1978, 1990, 2000, 2005, and 2010, respectively. From 1978 to 1990, not only the area of sandy desertified land （SDL） but also the degree of SDL levels increased. From 1990 to 2010 there was widespread restoration of SDL but the recovery trend of SDL gradually slowed. Although climate change contributes to expanding sandy desertification, human activities can either accelerate or reverse trends of natural sandy desertification. Some detrimental human activities can accelerate sandy desertification, but, conversely, desertification control measures such as the Three-North Shelter Forest Project and watershed rehabilitation programs in areas including the Shule River Basin resulted in many SDL being turned into grasslands or forest lands when shrubs and trees were planted to fix mobile sands at the edges of oases and cities. With population growth, much SDL has been reclaimed as farm land using water-saving agricultural methods or has been turned into built-up land as a result of urbanization.     

珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量时空变化特征及其影响因素识别

土壤有机碳库动态变化对区域乃至全球碳平衡具有显著影响,快速城市化地区社会经济迅速发展中土地利用/覆被变化剧烈,其农田耕层土壤有机碳库变化问题倍受关注。选择珠三角核心区为研究区域,基于1980与2015年农田耕层土壤有机碳含量数据,以乡镇为单元分析农田耕层土壤有机碳库储量的时空变化特征,并通过地理探测器定量识别其影响因素的主导因素。结果表明：1）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量1980―2015年间损失巨大,损失量达67.16%,同时其空间变化具有典型的城镇集群指向特征,即距离城镇集群越近,损失程度越大;2）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库储量的时空异质性变化受到气候变化、地形状况、水文环境、社会经济发展、土地利用变化和农田景观变化等多种因素的影响,且其影响力存在较大差异,各因素贡献力（q统计量）介于0.004~0.256之间;3）珠三角核心区农田耕层土壤有机碳库时空变化主导影响因素的贡献力表现为农田景观变化＞二三产增长胁迫＞水网密度＞土地结构变化。     

黑河中游土地利用/覆被变化及其对碳储量影响的预测

准确预测未来土地利用/覆盖变化及其对区域碳储量的影响对土地利用决策和气候变化研究具有重要意义。以黑河中游流域为研究对象,基于2000年和2012年两期土地利用解译数据,运用CA-Markov模型,并依据《IPCC 2006指南》提供的清单方法,在对研究区2024年土地利用变化特征进行预测分析的基础上评估了2000-2024年黑河中游土地利用/覆被变化对碳储量的影响。结果表明:2000-2012年,研究区耕地、建设用地、林地和草地面积呈增加趋势,未利用土地和水域面积呈减少趋势,土地利用/覆被变化导致碳储量增加3.22×10^6 t;预测2024年黑河中游土地利用变化同2012年相比,耕地、建设用地、林地占研究区比例分别增加3.18%、0.84%和0.77%,未利用土地、草地和水域占研究区比例分别减少3.32%、1.13%和0.33%;2012-2024年土地利用/覆被变化导致碳储量增加7.55×10^6 t,各土地利用类型变化导致碳储量变化更加明显,其中林地和耕地增加是碳储量增加的主要原因,建设用地增加是碳储量减少的主要原因。总体来看,2012-2024年耕地、建设用地、林地将继续呈增加趋势,未利用土地和水体将继续呈减少趋势;2012-2024年较2000-2012年土地利用变化导致碳储量增加4.33×10^6 t,固碳能力表现出较明显的提高。