表层岩溶系统中土-气-水界面碳流通的短尺度效应——以贵州茂兰国家喀斯特森林公园的秋季日动态监测为例

在2001年秋季对贵州省荔波县茂兰国家喀斯特森林公园林地、草地植被下土壤CO₂呼吸释放及岩溶表层泉水HCO₃及其^δ13C值的变化进行了日动态的野外监测,表明岩溶系统中土-气-水界面间存在着碳交换的日动态变化以及所伴随的同位素交换的变化,这种变化与土温的日动态有密切的关系。林地植被显示了平抑这种日动态幅度的效应,而草地植被则显示响应于温度变化的较灵敏的动态变化。这种短尺度的变化构成了表层岩溶系统对外界条件的灵敏响应,进一步揭示了在生物作用下岩溶地质作用在碳循环过程及其同位素交换上的灵敏性和动态性。其不同植被系统下的日动态差异在解释岩溶沉积记录和讨论岩溶作用与碳循环时值得充分注意     

云南白水台钙华景区的水化学和碳氧同位素特征及其在古环境重建研究中的意义

采用水化学仪器自动记录、现场滴定和样品碳氧稳定同位素测试相结合等方法,对云南中甸白水台钙华景区的水化学和碳氧稳定同位素特征进行了综合分析。主要结论是:形成白水台钙华的泉水具有很高的钙和重碳酸根离子浓度,相应地,泉水的CO₂分压显著高于土壤生物成因所能产生的CO₂分压。结合泉水出露的地质条件及其碳稳定同位素特征(^δ13C=-1.23‰)的分析,进一步发现,高CO₂分压主要与深部地热成因的CO₂有关,而非原来普遍认为的“是温暖湿润气候的产物”。可见,白水台钙华属于热成因类钙华。由此,根据白水台不同时代钙华氧稳定同位素组成的差异,对钙华形成时的水温进行了计算。结果发现自白水台钙华形成以来,水温变化高达11℃,即从最老(<35万年)钙华形成时的21℃降至现在的10℃。这可能与本地区强烈抬升导致的气温降低有关,也可能反映出地热对水温的影响在降低。此外,本文对用热成因类钙华进行古环境重建研究中值得注意的问题也做了讨论。这些问题包括放射性碳测年中“死碳”(来自深部碳酸盐碳和深部CO₂)的干扰及由深源CO₂和CO₂自水中逸出导致的钙华¹³C富集,后者在利用类似热成因碳酸盐沉积的^δ13C进行古植被重建时也是必须考虑的问题     

中国南方表层岩溶系统的碳循环及其生态效应

表层岩溶系统因碳酸盐岩－水－CO²(气)三相的化学动态不平衡过程而产生特殊的碳循环环节,参加循环的碳包括碳酸盐岩中的碳、大气和土壤空气CO²部分。中国南方表层岩溶系统的碳循环非常活跃,并敏感地响应岩溶动力因素的变化,从而促进了地球化学过程和生物化学过程的结合,成为大气CO²汇的重要项。中国南方表层岩溶系统的碳循环通过驱动环境的元素迁移,促进土壤有机质的积累,并影响植物所需要的矿物质营养元素的全量和有效态,进而影响岩溶区的植物物种、特有性和作物的发育。     

亚热带岩溶平原区土壤CO2系统对地下水面升降的响应──活塞效应一例

地下水面是土壤生态系统内部的一个重要界面,使土壤CO²系统形成固有的垂直分 带性及分带结构。地下水面的季节性升降能够引起土壤CO²系统的强烈响应。首先使土壤空 气发生机械性整体对流。同时,还通过引发一系列其它物理、化学和生物变化,激发产生一个 局部扩散层,从而改变CO²剖面垂直分带结构。粘性土壤、土质不均和土壤液相部分有较大碳 酸盐容量是产生局部扩散层的主要内在原因。在中国南方岩溶平原区高台型地下水动态条件 下,地下水面季节性升降的活塞效应和气温年周期变化叠加,使土壤CO²剖面形态变化形成有 规律的序列演化旋回。这一规律可以帮助对土壤CO²进行中长期预测。     

桂林峰丛洼地岩溶动力系统CO2特征及变化规律

桂林岩溶水文地质试验场属于典型的峰丛洼地地区.峰丛洼地表层岩溶动力系统与土壤CO2密切相关,土壤CO2体积分数以及表层岩溶带土壤CO2溶蚀量的变化受气温和降雨影响.对不同部位不同深度的土壤CO2体积分数进行了野外监测,并利用多参数自动记录仪监测了泉水的水化学,揭示了CO2体积分数的变化规律.其变化特征表现为:①土壤CO2体积分数的季节变化在泉水水化学上和土壤CO2溶蚀量上均能反映出来;②土壤CO2体积分数的变化具有季节性;③50 cm处的CO2体积分数较20 cm处大;④土壤层对泉水水化学起到重要调蓄作用.     

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。     

表层带岩溶作用:以土壤为媒介的地球表层生态系统过程— — 以桂林峰丛洼地岩溶系统为例

作者基于在桂林丫吉村岩溶试验场的长期、系统观测及有关实验研究进展,从影响岩溶作用的土壤化学因素、土壤CO2 及土壤有机碳行为等方面论证了土壤对于表层带岩溶作用的媒介及驱动意义,提出岩溶地球化学过程涉及到土壤中Ca2+ 的移出及交换释放,土壤CO2对系统空气CO2 浓度及HCO3- 排释的控制,并指出土壤有机碳是岩溶作用碳转移的重要媒介。作者认为表层带岩溶系统的发育演进为石质岩溶→生物岩溶→土壤岩溶→生态系统岩溶,因而表层带岩溶作用是以土壤为媒介的表层生态系统过程。      

陕西秦岭翠华山泉水化学成分研究

为了研究泉水化学成分特点和在一年内的变化,文章利用pH-电导率自动记录仪对陕西秦岭翠华山地区两处泉水化学成分进行了每月2次的观测,并进行了水化学分析。翠华山泉水中HCO-3含量在76.27～152.55mg/L之间,Ca_²⁺含量在14.48～26.92mg/L之间,Mg²⁺含量在4.46～4.89mg/L之间,K⁺含量在0.60～2.75mg/L之间,Na⁺含量在0.93～1.09mg/L之间,这些成分的特点是含量低。泉水pH值在6.98～5.69之间,夏秋季低于该区雨水的pH值,具酸性特征,这是该区地层主要由片麻岩构成决定的。从1月到11月,水秋池村泉水pH值和电导率呈现由大到小再到大的变化规律,引起这种变化的主要原因是夏秋季土壤CO₂含量比冬春季高,泉水在夏秋季流动过程中吸收了较多的CO₂。翠华湖西泉水pH值和Ca²⁺,Mg²⁺,K⁺,Na⁺离子含量比水秋池泉水高,从1月到11月Ca²⁺,Mg²⁺,K⁺,Na⁺离子含量变化与水秋池泉水变化相反,这应当是两个泉水的来源不同或在流动过程中遇到了酸碱性不同的土层和地层造成的。翠华山地区泉水化学成分变化是易于观测到的规律性很强的变化。     

不同岩溶动力系统的碳稳定同位素和地球化学特征及其意义——以我国几个典型岩溶地区为例

结合水化学的野外观测及室内计算,作者对桂林岩溶试验场、四川黄龙风景区和贵州乌江渡坝区3个岩溶动力系统的碳稳定同位素特征进行了分析,进而对系统的性质、系统中CO_2的来源、碳酸盐沉积过程中的碳同位素动力分馏、水化学和钙华的成因及热水钙华的~(14)C测年等地球化学问题作了探讨。结果表明,桂林岩溶试验场属于表层岩溶作用动力系统,其中的侵蚀动力主要来源于大气降水溶解土壤中的CO_2;四川黄龙风景区属于深部岩溶动力系统,侵蚀动力来自大气降水溶解幔源的CO_2;贵州乌江渡坝区岩溶系统,虽然属于表层岩溶动力系统,但其中一部分的同位素和水化学特征已受到人类活动的重大影响。     

我国西南地区氮沉降量不同的森林小流域中土壤自然15N丰度的分布特征

稳定性同位素¹⁵N自然丰度法近年来在生态系统氮素循环研究中发挥了和正在发挥着极为重要的作用。在森林生态系统中,自然¹⁵N丰度值是氮循环转换的综合结果,被有的研究者用作生态系统氮饱和状态的指示指标。在本研究中,我们测定了我国西南三个典型森林小流域的植物和土壤的自然¹⁵N丰度值,并进行了比较。植物的自然¹⁵N丰度值的变化范围为-5.0‰~2.7‰,土壤自然¹⁵N丰度值的变化范围为从有机层的 -6.9‰增加到矿质土壤的6.9‰,这些值的变化范围和温带森林生态系统的自然¹⁵N值的变化范围没有明显的区别。在土壤表层,鹿冲关和铁山坪的自然¹⁵N丰度值是明显低于雷公山流域的。在缺氮的鹿冲关流域,土壤表层低的¹⁵N丰度值表明了该流域比较封闭的氮循环状态,而在氮相对饱和的铁山坪流域表层土壤并没有出现¹⁵N富化,这可能是由于大量¹⁵N贫化的氮沉降输入的结果。这些结果表明,土壤的¹⁵N丰度值在我国西南部并不一定能单独作为森林生态系统氮饱和程度的指示指标, 但土壤和植被的δ¹⁵N值对于理解当地森林生态系统的氮循环具有一定的意义。     

近20年来宜兴市域水稻土有机碳动态及其驱动因素

中国农业土壤有机碳的变化一直是国内外农业与全球气候变化研究中十分注意的问题。一些研究提示20世纪末以来我国水稻土尤其是太湖地区水稻土的有机碳储存出现了增长趋势。文章选择了2002年对江苏省宜兴市市域范围水稻土的61个土壤监测点进行系统采样和土壤分析,并与该市分别于1983年和1994年进行的土壤肥力调查结果相对比,从县市区域尺度分析、评价了近20年来太湖地区水稻土表土有机碳储存的变化。尽管20世纪80年代初以前土壤有机碳含量变化以下降为主,但20年来该市域内水稻土有机碳总体上呈上升趋势。统计表明,4个主要土属的表土有机碳密度的增幅以下序递增:湖白土(-2.80tChm²)<白土(10.36tChm²)<乌泥土(13.65tChm²)<黄泥土(14.97tChm²),因而全市74.2×103hm²水稻土表土的总有机碳库从1983年的1.37Tg增加到2002年的2.20Tg。该市水稻土的平均固碳速率达到0.5～0.8tChm²a,这种快速固碳作用与20世纪80年代以来土壤中氮素的富集、秸秆还田的推广和90年代以来该地区不断扩大的冬季休闲有关。目前该市水稻土的固碳潜力仍很大,太湖地区的高产高投入农业不能排除在碳固定上的积极意义。然而,这种快速固碳作用的土壤过程和机理值     

中国农田的温室气体排放

中国是一个农业大国,拥有约1.33百万平方公里的农田。这些田地的种植、翻耕、施肥、灌溉等管理措施不仅长期改变着农田生态系统中的化学元素循环,而且给全球气候变化带来影响。农业生态系统对全球变化的影响主要是通过改变3种温室气体,即二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N₂O)在土壤-大气界面的交换而实现的。为了分析多种因素(如气候、土壤质地、农作物品种及各种农田经营管理措施等)对农业土壤释放CO_22222222     

中国土壤有机碳库量与农业土壤碳固定动态的若干问题

在整理和统计国内对土壤有机碳及其变化的文献资料基础上,着重讨论中国土壤有机碳库及其分布、不同时期土壤有机碳的变化以及最近时期有机碳的固定趋势,分析我国不同土壤有机碳的保护机制的特点,期望对于我国当前土壤有机碳库与全球变化研究提供参考依据。我国总土壤有机碳库的估计在50—180Pg之间。估计我国表层土壤有机碳库为20Pg,它主要分配于几个与湿地和水成过程有关的土壤类型,且水稻土占有较大比例。因而我国人为土的管理在陆地生态系统碳循环与全球变化上有重要意义。     

耕作措施对陕西耕作土壤碳储量的影响模拟*

鉴于农业生态系统土壤有机碳(SOC)平衡对中国农业可持续发展的重要性,文章以陕西农业生态系统为对象,整合农业生物地球化学模型(DNDC)与陕西农业地理信息系统数据库,利用陕西地区气象和作物资料,对陕西省2000年作物生长发育和土壤碳循环进行了模型模拟,实例探讨了耕作管理对土壤碳储量的影响,并由此评价生物地球化学模型在气候变化、土壤性质及农业耕作管理措施对土壤碳含量影响方面的预测能力。敏感性分析表明土壤性状,尤其是初始有机碳含量是影响模型区域尺度模拟的最主要敏感因素。区域模拟使用灵敏系数分析法,分别采用敏感因子的最大、最小值驱动模型在每一模拟单元内的运算,以产生一个土壤有机碳变化的范围值,土壤有机碳变化的真实值应以较大机率包含在这一范围内。分析模拟结果可以得出3点结论: 1)2000年陕西耕作土壤总有机碳储量约为103TgC,是一个大气CO₂源,向大气释放碳0.5TgC; 2)提高作物秸秆还田率是提高陕西农田碳库储量的有效可行措施,将作物秸秆还田率从当前的15 ％ 提高到50 ％ 或90 ％ 会使陕西农田土壤从大气CO₂源转变为汇,每年分别增加土壤有机碳库储量0.7TgC或2.1TgC; 3)施用有机农肥(500kg/hm²)也会增加土壤碳输入,从而提高土壤碳储量,使陕西农田系统转变为较弱的碳(C)源,每年可多固定0.2TgC。     

我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全

《京都议定书》已于2005年生效,我国面临着CO2减排的巨大压力。分析了我国农业土壤有机碳库及其演变研究的现状,认为当前我国农业在耕地资源严重短缺、耕地地力趋于下降的背景下面临着2个巨大挑战：提高和稳定粮食生产能力与补偿日益增加的工业CO2排放。有机碳贫乏作为我国耕地土壤的基本特点,这一方面提供了我国较大的固碳空间,另一方面也体现了我国实施固碳农业的必要性和紧迫性。目前迫切需要了解我国农业土壤在最近20年来的碳库演变态势与规模,明确我国农业土壤的固碳潜力与容量,在国家层面上实施农业固碳稳产工程,以在农业可持续发展和争取国家CO2排放的较大配额上实现双嬴。      

吉林中西部地区土壤有机碳储量及其时空变化特征

利用多目标区域地球化学调查的实测数据,估算了吉林中西部地区表层土壤的有机碳密度和储量.结果表明,在不同深度的分布层次上,表层(0～0.2m)土壤对有机碳的积累较弱,SOC储量占到全层(0～1.8m)储量的23.8%,中上层(0～1.Om)储量则占到全层储量的95.7%.从上壤类型看,表层SOC密度较高的有暗棕壤(636...     

农田土壤固碳潜力研究的关键科学问题

农田生态系统在陆地生态系统碳循环中扮演着重要的角色。增加农田土壤有机碳的固定不仅可减少大气CO2含量,而且对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。近年来评估土壤固碳潜力已成为国际科学界研究的热点和难点。但由于不同研究者对“潜力”范畴的界定不同,全球或区域尺度农田土壤固碳潜力的估算还存在很大的不确定性。所谓固碳潜力,即土壤碳的饱和水平或土壤所容纳碳的最大能力。这一能力受区域气候、土壤类型、农业管理措施的综合影响。故此,合理地评价固碳潜力,应综合考虑气候、土壤和农业措施诸因素,并将宏观尺度与微观尺度的研究结合起来。从固碳潜力概念范畴及研究方法出发,阐述了农田土壤固碳潜力的研究现状,并结合生物潜力和物理化学潜力的研究,提出区域农田土壤固碳潜力的计量方案,并就该研究领域亟需回答的科学问题进行了探讨。     

Organic carbon stocks and erosion in the soils of Guangdong,South China

Soil organic carbon (SOC) storage and erosion in South China at the regional scale in the past decades remains far from being understood. This paper calculated the SOC density, storage and erosion in 14 soil classes in Guangdong Province, South China, based on statistical data from the soil survey and soil erosion survey of Guangdong, which was performed in the 1990s. The purpose of this study is to understand the relationships between soil classes and SOC erosion at the regional scale. The results indicated that the SOC density in the soils of Guangdong varied from 12.7 to 144.9 Mg ha^?1 over the entire profile and from 12.6 to 68.4 Mg ha^?1 in the top 20-cm soil layer. The average area-weighted SOC density in the topsoil (0–20 cm) and the entire profile was 32 ± 3 and 86 ± 4 Mg ha^?1, respectively. The total SOC storage was 1.27 ± 0.06 Pg, with 35.6 % (0.46 ± 0.04 Pg) located in the topsoil. The average area-weighted strength of the SOC erosion in the 1990s was 20.6 ± 0.8 Mg km^?2 year^?1. The results indicated that SOC erosion was strongly related to soil class.     

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...     

Contribution of a sewage sludge application to the short-term carbon sequestration across a wide range of agricultural soils

The atmospheric levels of carbon dioxide (CO₂) and other greenhouse gases (GHGs) have increased dramatically since the industrial revolution. The atmospheric enrichment with CO₂ and other GHGs has resulted in multiple negative consequences: such as the increase in the average temperature and the rise of the sea level. Hence, there is a growing interest in developing feasible methods to reduce the atmospheric levels of these gases. One of these strategies is to enhance C sequestration through the increase of soil organic carbon (SOC) pool by the amendment of agricultural soils with sewage sludge. However, there is considerable uncertainty about the effects (positive or negative) of sewage sludge applications on the SOC pool. Thus, a simple approach developed under laboratory conditions is presented to discern the effect of a single sewage sludge application of 50 t ha⁻¹ on the short-term SOC pool in 60 contrasting agricultural soils. The role of soil factors in the C sequestration of the recently added carbon was also studied. The application of sewage sludge supposed a mean increase of 1.7 ± 1.6 g SOC kg⁻¹, with peak increases of up to 3.8 g SOC kg⁻¹ and decreases of up to 4.6 g SOC kg⁻¹. The initial SOC contents conditioned the C sequestration after sewage sludge application, and no other soil property was related.