陆地土壤碳循环的研究动态
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叙述土壤中碳的迁移转化过程土壤中的碳是地球生态系统中非常重要的一环,它决定着植物生长、气候变化和碳循环等重要问题。
土壤中的碳源于植物的分解,经过多种迁移和转化过程,最终形成一个较平衡的生态系统。
下文将详细叙述土壤中碳的迁移转化过程。
首先,土壤中的碳最初是来源于植物的分解,如果植物碳来源足够,土壤中的碳会高于原始水平。
此外,大气中的二氧化碳也会沉积土壤中,这种额外的碳源会通过大气、水体或是植物的吸收来转移到土壤中。
其次,土壤中碳的迁移过程包括地表变化和植物生长等自然迁移过程,以及洪涝、质量紊乱等人为迁移过程。
在这些迁移方式中,植物生长的迁移速度最快,而地表变化的迁移速度比较慢。
再次,土壤中碳的转化过程包括碳氧化和碳还原等自然转化过程,以及肥料施用、耕作和化学肥料等人为转化过程。
在这些转化方式中,碳氧化的转化速度最快,而肥料施用、耕作等转化速度比较慢。
土壤中碳的迁移转化过程是一个微妙而复杂的过程,它会影响到土壤中养分和水分的含量,从而影响植物的生长,并在长期内影响植物的性状。
研究表明,碳的迁移和转化过程是一个动态的过程,而土壤碳的迁移和转化既决定了地球生态系统的发展趋势,又极大地影响着植物群落的结构,因此,人类应该重视土壤中碳的迁移转化过程,采取有效的措施来维护土壤中的碳汇。
土壤是一个复杂的系统,土壤中的碳的迁移转化过程是一个动态的过程,它影响着地球的生态环境,也影响着植物的生长。
碳的迁移和转化对地球生态环境至关重要,因此,我们应该加强对土壤中碳的迁移转化过程的研究,采取有效的措施来维护和保护各种植物的生存,为地球生态系统的发展提供有力的支持。
总之,土壤中碳的迁移转化过程非常复杂,它涉及植物的生长、气候变化和碳循环等重大问题,因此,对土壤中碳的迁移转化过程了解更多,并采取有效措施来维护土壤中碳的稳定性,是非常必要的。
农田土壤有机碳转化规律与平衡研究进展摘要:近年来, 国际学术界越来越重视农业土壤有机碳库的变化对大气CO2 的源汇效应, 研究农田土壤碳转化和平衡对正确评价农田土壤碳循环有重要意义。
本文综述了国内外有关农田土壤有机碳转化规律和碳平衡研究采用的主要方法及手段, 以及在该领域的研究现状, 并从实际出发探讨了我国农田土壤碳库研究中亟待解决的一些问题。
关键词农田土壤有机碳转化规律平衡陆地土壤是地球表面最大的碳库, 有机碳储量约为1 400~1 500PgC。
其中农田土壤贮存的碳占陆地土壤碳贮量的8%~10%[1]。
由于土地利用的变化, 不仅使土壤碳库和大气碳之间的碳循环平衡遭到破坏, 而且造成大量土壤有机碳被氧化并以CO2 等的形式释放到大气中去[2, 3], 增加了温室气体的排放, 农田土壤已被认同是大气CO2的一个重要源。
另外, 土壤CO2排放与土壤退化、土壤有机质含量减少和土壤质量下降密切相关[3]。
而土壤的有机碳含量常被认为是评价土壤质量一个重要指标, 对土壤营养元素的循环和农业可持续发展都有重要意义。
因此, 大量土壤有机碳的损失还造成了土壤的退化和农业可持续性的降低[4]。
因此,研究农田有机碳平衡、变化规律和措施, 对于揭示农田碳源汇的特征, 减缓温室效应, 提高土壤质量和粮食安全具有重要的意义。
1 农田土壤有机碳的转化规律及影响因素土壤有机碳处于动态平衡中, 其含量决定于年形成量和分解量的相对大小。
国内外土壤有机碳转化规律研究是很活跃的领域, 下面先后对不同地区不同类型土壤中有机物料的分解特征、腐殖化系数、土壤有机碳矿化率及腐解条件进行了探讨。
1.1 有机物料的腐解特征通常认为, 有机物料进入土壤后, 虽然因种类不同腐解动态各异, 但总的规律基本一致, 一般是前期分解较快, 以后逐渐变缓。
玉米秸秆和稻秆在棕壤土中培养试验表明, 最初30d 里分解最快, 随后减缓[5]。
在田间用沙虑管法研究发现也有类似的现象。
干旱区土地利用变化对碳循环的影响研究干旱区土地利用变化对碳循环的影响研究随着全球气候变化的加剧,干旱区的土地利用变化成为了研究的热点之一。
干旱区的土地利用变化不仅会影响区域生态环境的稳定性,还会对碳循环产生重要的影响。
本文将从干旱区土地利用变化对碳循环的影响方面进行探讨。
一、干旱区土地利用变化对碳储量的影响干旱区土地利用变化会对土壤有机碳储量产生重要的影响。
研究表明,荒漠化和沙漠化等土地退化过程会导致土壤有机碳储量的减少,而草地退化和植被恢复则会促进土壤有机碳储量的增加。
此外,干旱区的土壤有机碳储量还受到降水量、温度、土壤类型等因素的影响。
二、干旱区土地利用变化对碳排放的影响干旱区土地利用变化还会对碳排放产生重要的影响。
研究表明,荒漠化和沙漠化等土地退化过程会导致土壤呼吸作用的加剧,从而促进碳排放。
而草地退化和植被恢复则会降低土壤呼吸作用,从而减少碳排放。
此外,干旱区土地利用变化还会影响植物生长和死亡过程中的碳排放。
三、干旱区土地利用变化对碳吸收的影响干旱区土地利用变化还会对碳吸收产生重要的影响。
研究表明,草地退化和沙漠化等土地退化过程会降低植物的光合作用强度,从而减少碳吸收。
而草地恢复和植被恢复则会促进植物光合作用强度的提高,从而增加碳吸收。
此外,干旱区土地利用变化还会影响植物生长和死亡过程中的碳吸收。
四、干旱区土地利用变化对碳循环的综合影响干旱区土地利用变化对碳循环的影响是多方面的。
荒漠化和沙漠化等土地退化过程会导致土壤有机碳储量的减少和碳排放的增加,从而促进碳循环的加速。
而草地恢复和植被恢复则会促进土壤有机碳储量的增加和碳吸收的提高,从而促进碳循环的减缓。
因此,在制定干旱区土地利用规划时,应当充分考虑其对碳循环的综合影响。
五、结论干旱区土地利用变化对碳循环具有重要的影响。
荒漠化和沙漠化等土地退化过程会导致碳循环加速,而草地恢复和植被恢复则会促进碳循环减缓。
因此,在制定干旱区土地利用规划时,应当充分考虑其对碳循环的综合影响,采取有效措施促进植被恢复和防止荒漠化和沙漠化等土地退化过程。
湿地生态系统碳循环过程及碳动态模型
湿地生态系统碳循环是指湿地地区的生物和物理过程对二氧化碳的摄取、储存和释放。
碳动态模型是一种用于研究湿地碳循环的数学模型,通常用于预测不同管理或气候变化对湿地碳储存和排放的影响。
这些模型可以帮助研究人员了解湿地碳循环的基本机理,并为湿地管理和政策制定提供重要的科学基础。
湿地生态系统碳循环包括二氧化碳的生物吸收、储存和释放。
生物在生长过程中通过光合作用吸收二氧化碳,并将其转化为有机物,如植物组织和微生物。
这些有机物可以被储存在土壤和植物中,直到它们被微生物分解或植物死亡并腐烂为止。
碳动态模型是一种数学模型,用于研究和预测湿地生态系统中二氧化碳的流动。
这些模型通常使用生物学和地理学数据来描述湿地中的生物和环境因素,并将其用于预测不同管理或气候变化对湿地碳储存和排放的影响。
这些模型可以帮助研究人员了解湿地碳循环的基本机理,并为湿地管理和政策制定提供重要的科学基础。
土地利用!覆盖变化对陆地生态系统碳循环的影响土地利用的覆盖变化对陆地生态系统碳循环有深远影响。
土地利用的变化,特别是由于人类活动导致的大规模森林砍伐、农田的开垦以及城市化进程的加快,对陆地生态系统中碳的储存和释放过程产生了重要影响。
首先,土地利用的覆盖变化会影响植被的类型和覆盖范围。
森林被伐或者被转化为农田和城市用地后,不仅导致了植被的减少,还改变了生态系统的结构和功能。
森林是陆地生态系统中最重要的碳汇之一,通过光合作用吸收大量二氧化碳(CO2)并将其固定在植物体内,从而起到了重要的碳储存作用。
但是,森林遭受砍伐后,其碳储存能力显著降低。
砍伐会导致大量植物碳释放到大气中,同时破坏了土壤中的有机碳的积累。
此外,土地利用变化还会导致植被减少,造成土壤侵蚀和土壤有机质的丧失,更进一步导致碳的损失和释放。
其次,土地利用的变化还会影响土壤碳储量和碳排放。
土壤是陆地生态系统中最大的有机碳贮存库之一,土壤有机质的含量和分布对全球碳循环具有重要影响。
然而,农田的开垦和城市用地的扩张会导致土壤有机质含量的降低。
开垦农田通常涉及土壤的翻耕和施用化肥,这会破坏土壤结构和微生物群落,导致土壤中的有机质降解和碳的释放。
而城市用地的土地覆盖通常是由水泥、石板等非生物质材料所构成,这进一步抑制了土壤中有机碳的积累。
因此,土地利用的覆盖变化会促进土壤碳排放,对碳循环产生负面影响。
最后,土地利用的变化还会影响气候变化。
森林砍伐和农田开垦不仅会导致碳的损失和释放,还会影响地表和大气层的能量平衡以及水文循环过程,从而对气候产生影响。
砍伐造成的植被减少会导致地表反射率的增加,进而增加地表和大气的辐射平衡,促进温室效应加剧。
此外,森林砍伐还影响降水分布和蒸散发过程,对地表和大气的温度、湿度和沉淀产生负面影响,进而调整了区域气候格局。
综上所述,土地利用的覆盖变化对陆地生态系统碳循环产生多方面的影响。
因此,应当加强对土地利用变化的监测和管理,通过保护和恢复森林、促进可持续农田经营和城市规划,来实现碳循环的均衡和生态系统的可持续发展。
陆地生态系统的碳循环过程在地球上,碳循环是一种至关重要的地球物理和生化过程。
来自陆地和海洋生物体的碳在水循环过程中有着至关重要的角色,对环境的质量、生物多样性以及全球气候变化都有重要的影响。
本文将会详细介绍陆地生态系统的碳循环过程。
一、陆地生态系统的碳库陆地生态系统的碳库指的是陆地上生长着的植物、土壤和其他有机物质。
在全球变暖和气候变化的威胁下,碳库的存量和质量成为了一个非常重要的问题。
赤道和亚热带地区的生物多样性丰富,是一个非常重要的生态系统碳库,峰值时期的土壤碳与植物碳含量明显较高。
由于土地开发和气候变化等因素,这些地区的碳库正在迅速减少。
二、植物的碳吸收和作用植物将二氧化碳(CO2)转化为可用的碳,推进了陆地生态系统的碳循环过程。
通过光合作用,植物将太阳能转化为有机物,并释放出氧气。
在这个过程中,植物可吸收大量的 CO2,利用生长过程中有机化合物的碳氢化学键固定碳元素。
植物不仅将 CO2 转化为可用的碳,它们还会将部分碳存储在它们的体内。
植物体内碳的质量和含量随实物性质和生境、气候等因素的不同而有着很大的变化。
多数年轻植物寿命长、成长快、高度矮,碳储存量较大。
成熟的植物通常更耐旱,并且具有成熟的根系,它们在碳存储方面往往不如年轻植物。
三、土地上碳的储存方式土地作为陆地生态系统的重要部分,承担着重要的碳储存和循环功能。
碳储存在土壤中的有机物质,包括腐殖质,是有机物的重要组成部分。
土壤中的有机碳可以在土壤中长期贮存,有作者估算,全球土壤中储存的有机碳约为 2500 Gt C 。
请注意,土壤中的碳有两个主要来源:第一个是生物的碳排泄物和腐烂的有机质;第二个来源是大气中的 CO2。
气候和土地使用不当是土壤碳流失的重要因素。
土地使用不当会破坏土壤质量,造成碳的流失,从而失去植物生长的基础。
四、人类活动对陆地生态系统碳循环的影响人类活动对陆地生态系统的影响非常大,对碳循环的影响也十分明显。
伐木、天然气开采和煤矿等活动会导致植被减少和土壤碳流失;同时,土地开垦、养殖和化肥使用等活动也会对陆地生态系统的碳循环产生影响。
土壤碳库及其研究进展【摘要】土是气候变化的记录者,是陆地生态系统的核心,研究土壤碳库对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的作用有重要意义.土壤碳循环研究是确定陆地生态系统对全球变化响应时间、方式及规模的有效方法, 是认识农、林生态系统生产潜力的重要手段。
【键词】壤; 碳库; 全球变化、生态系统碳素是植物光合作用过程中,将大量太阳辐射能转化为化学能的重要载体之一,碳素循环是指自然界中的碳素在各类生物的作用下,在有机态和无机态之间不断发生转化和循环,借以保持自然界中生态平衡的过程,土壤碳库是土壤碳循环中最重要的组成部分,研究土壤碳库对全球气候变化、生态系统都有重要的意义。
1、土壤碳库以及其储量和分布土壤碳库包括土壤有机碳库和无机碳库两部分,全球土壤有机物质(腐殖质及土壤生物量)所包含的碳素大约是陆地植物体盐类矿物),土壤圈中的这些碳源都是全球碳循环的重要组成部分。
这些碳素在陆地表面易遭受侵蚀和分解损失。
有机物质矿化过程会释放CO2,土壤有机物质以多种形式存在,包括陆地表面新鲜的、不能完全分解的有机物质,和分部在土壤整个剖面中的腐殖质,这种碳源极易受人类活动的影响而变化。
如在温带地区,近50年农业活动已经导致了土壤有机质含量降低20%~40%,其中绝大部分是CO2 的形式进入大气圈,也有少部分碳素随土壤侵蚀沉积于水圈之中。
土壤无机碳库包括土壤溶液中HCO-3、土壤空气中CO2 及土壤中淀积的CaCO3, 后者多以结核状、菌丝状存在于土壤剖面. 就量而言, 土壤无机碳以CaCO3 占绝对优势. 目前尽管已经对土壤有机碳库在全球碳循环中的地位及其随环境变化的动态演变有所认识, 但对土壤无机碳, 尤其是呈土壤发生性次生碳酸盐形式存在的无机碳研究相对较少[ 4]. 发生性碳酸盐累积的土壤主要分布在荒漠和半荒漠地区, 全球土壤碳酸盐碳库为780P gC~930PgC[ 5]1.1全球土壤碳库的储量和分布全球土壤有机物质(腐殖质及土壤生物量)所包含的碳素大约是陆地植物体盐类矿物),土壤圈中的这些碳源都是全球碳循环的重要组成部分。
草地生态系统固碳能力研究进展摘要:温室气体大部分是由于大量使用化石燃料致使空气中二氧化碳浓度增多而产生的。
经研究表面,陆上生态系统中的绿色植物利用自身的光合作用可以把二氧化碳你转化成碳水化合物,然后采用有机碳的形式是其固存在植物或土壤中,这就是生态系统的固碳能力。
现阶段人类为了解决气候的变化问题,对生态系统的研究越来越重要。
在各种生态系统的固碳能力研究中,人们发现利用陆地生态系统对二氧化碳的吸收和固存能力是各种生态系统中较为安全和有效的方法。
所以,人们对陆地生态系统固碳能力的研究是研究的主要方面。
草地作为世界上植被类型分布最广的陆地生态系统,不仅保障着生态安全,还具有丰富的固碳能力。
但是很长一段时间人们都只看到了草地的畜牧能力,对其的固碳能力研究不够。
关键词:草地生态系统退化Research progress on the grassland ecosystem carbon sequestrationcapacityAuthor:Tutor:Abstract: most of the greenhouse gases is due to the extensive use of fossil fuels causes an increase in carbon dioxide concentration in the air. Studies the surface, the land ecological system of green plants use their photosynthesis to convert carbon dioxide you to carbohydrates, and then use the form of organic carbon is its solid existing plants or soil, that is the ecosystem carbon sequestration ability. Human at present stage in order to solve the problem of climate change, the study of ecosystem is more and more important. In the study of various carbon sequestration capacity of ecosystem, it was found that use of terrestrial ecosystem to absorb carbon dioxide and sequestration ability is relatively safe and effective method in various ecosystems. People, therefore, the research of terrestrial ecosystem carbon sequestration ability is the main research aspects. Grassland as the distribution of vegetation types in the world's most widely terrestrial ecosystem, not only guarantee the ecological security, but also has rich carbon sequestration ability. But for a long time people can only see the grassland animal husbandry ability, the ability of carbon sequestration study enough.Keywords:The grass The ecological system The degradation of目录绪论......................................................................1 一、生态系统固碳的概念和类型..............................................2(一)生态系统固碳的概念..............................................2 (二)生态系统固碳的类型..............................................21、陆地生态系统固碳.............................................22、地质层固碳和海洋层固碳.......................................2二、草地生态系统固碳的功能................................................4三、草地生态系统的固碳能力现状的分析......................................5(一)草地生态系统固碳能力发展中存在的问题............................51、草地退化和草地消失...........................................52、其他类型生态系统固碳能力的发展...............................53、气候条件的影响...............................................6(二)导致草地生态系统固碳能力下降的原因..............................61、草地开垦和过度放牧...........................................62、草地资源监管薄弱.............................................73、相关草地保护法律法规不完善...................................7(三)解决影响草地固碳能力问题的策略..................................81、采用科学的手段恢复退化的草地.................................82、完善草地的监管机制和相关法律法规.............................8四、对草地生态系统固碳能力的展望..........................................9(一)草地生态系统固碳能力发展的风险..................................9 (二)草地生态系统固碳能力发展的潜力..................................9 结论.....................................................................10 参考文献.................................................................11 致谢.....................................................................12绪论近些年来温室效应的产生,引发了包括全球变暖、海平面上升、土地荒漠化等环境问题,人类的生存环境正在被破坏。
陆地生态系统与碳循环碳循环是地球上生命活动的基础,而陆地生态系统是碳循环的重要组成部分。
陆地生态系统包括森林、草原、湿地等多种生态类型,它们在碳循环中发挥着重要的作用。
本文将从不同角度探讨陆地生态系统与碳循环的关系。
一、陆地生态系统的碳储量陆地生态系统是地球上最大的碳库之一。
森林是陆地生态系统中最重要的碳储量库。
树木通过光合作用吸收二氧化碳,将其转化为有机物质并储存在树木和土壤中。
据统计,全球森林的碳储量约为638.6亿吨,占全球陆地生态系统碳储量的70%以上。
草原、湿地等生态系统也具有较大的碳储量。
二、陆地生态系统的碳吸收陆地生态系统通过光合作用吸收大量的二氧化碳,将其转化为有机物质。
森林中的树木通过光合作用吸收二氧化碳,并将其转化为葡萄糖等有机物质。
这些有机物质既可以用于树木自身的生长,也可以储存在树木和土壤中。
草原、湿地等生态系统中的植物也通过光合作用吸收二氧化碳,将其转化为有机物质。
三、陆地生态系统的碳释放陆地生态系统不仅吸收二氧化碳,还会释放二氧化碳。
植物通过呼吸作用将有机物质分解成二氧化碳,并释放到大气中。
此外,土壤中的微生物也会分解有机物质,产生二氧化碳。
另外,火灾等自然灾害也会导致陆地生态系统中的碳释放。
四、人类活动对陆地生态系统碳循环的影响人类活动对陆地生态系统碳循环产生了重要影响。
森林砍伐是一个重要的因素。
大量的森林砍伐导致了大量的碳释放,加剧了全球变暖。
此外,农业活动也对陆地生态系统碳循环产生了影响。
农作物的种植和农业废弃物的处理都会导致二氧化碳的释放。
此外,城市化也对陆地生态系统碳循环产生了影响。
城市的建设和工业活动导致了大量的二氧化碳排放。
五、保护陆地生态系统促进碳循环平衡保护陆地生态系统是促进碳循环平衡的重要途径。
首先,保护森林是关键。
森林具有较大的碳储量和吸收能力,保护森林可以减少碳的释放,同时增加碳的吸收。
其次,合理利用农业资源也可以促进碳循环平衡。
采用科学的农业种植方式,减少农业废弃物的处理,可以降低碳的释放。
关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题一、本文概述随着全球气候变化问题的日益严重,土壤碳库及其固碳潜力成为了全球科学研究的热点之一。
中国作为世界上人口最多、地理环境最为复杂的国家,其土壤碳库的研究具有特殊的意义。
本文旨在深入探讨中国土壤碳库的现状、分布特征、影响因素,以及固碳潜力的评估方法和影响因素,以期为我国的土壤碳管理和碳减排政策提供科学依据。
文章首先对中国土壤碳库的基本概念、研究意义和国内外研究现状进行概述,然后详细分析了中国土壤碳库的分布特征、影响因素及其与全球土壤碳库的差异,接着探讨了中国土壤固碳潜力的评估方法、影响因素及其提升策略,最后总结了当前研究存在的问题和未来研究方向。
本文期望通过系统的研究和分析,为我国的土壤碳管理和碳减排工作提供理论支撑和实践指导。
二、中国土壤碳库的分布与特征中国作为一个地域辽阔、气候多样、地形复杂的国家,其土壤碳库的分布和特征具有显著的地理和气候依赖性。
土壤碳库的空间分布受到土壤类型、土地利用方式、气候条件和人类活动等多种因素的共同影响。
从土壤类型来看,中国的主要土壤类型包括黄土、红壤、黑土、棕壤等,这些土壤类型因其形成条件和成土母质的差异,在碳含量和碳存储能力上有所不同。
例如,黄土高原的黄土土壤,由于其深厚的土层和较好的保水保肥能力,土壤碳库较为丰富;而南方的红壤则由于风化和淋溶作用强烈,土壤碳含量相对较低。
土地利用方式对土壤碳库的影响也不可忽视。
中国的土地利用方式多种多样,包括农田、林地、草地、城市用地等。
不同土地利用方式下的土壤碳库存在显著差异。
例如,林地和草地由于其植被覆盖良好,生物量大,土壤碳库相对较高;而农田则由于长期的耕作和施肥活动,土壤碳库可能受到一定程度的破坏。
气候条件也是影响土壤碳库分布的重要因素。
中国的气候类型复杂多样,从北到南依次为寒温带、中温带、暖温带、亚热带和热带。
不同气候区的温度和降水条件差异较大,导致土壤碳库的分布也存在明显的地域性差异。
草地植物的生物量分配与土壤碳循环研究草地植物的生物量分配与土壤碳循环是一个重要的研究领域,在生态系统中具有重要的意义。
本文将探讨草地植物的生物量分配与土壤碳循环之间的关系,以及影响这种关系的因素。
一、草地植物的生物量分配草地植物的生物量分配指的是植物在不同部位之间分配生物量的方式。
一般来说,草地植物的生物量主要分配在地上部分和地下部分。
地上部分包括茎、叶和花,而地下部分主要是根系。
生物量的分配对于草地植物的生长和生态系统的功能具有重要的影响。
研究表明,草地植物的生物量分配受到多种因素的影响,包括光照、水分和养分等。
光照充足的情况下,草地植物往往将更多的生物量分配到地上部分,以便进行光合作用。
而在水分有限的条件下,植物往往将生物量分配到地下部分,以便更好地吸收土壤中的水分。
此外,养分的供应也会影响生物量分配的方式。
一般来说,养分充足的情况下,草地植物更倾向于将生物量分配到地上部分,以便进行更多的光合作用。
二、草地植物的生物量分配与土壤碳循环的关系草地植物的生物量分配与土壤碳循环密切相关。
首先,草地植物的生物量分配对土壤碳库的积累和释放起着重要的调控作用。
地上部分的生物量主要由碳组成,当草地植物将更多的生物量分配到地上部分时,有助于增加土壤中有机碳的输入量。
而地下部分的生物量主要由根系组成,当草地植物将更多的生物量分配到地下部分时,有助于增加土壤中的有机碳的储存量。
其次,草地植物的生物量分配还对土壤碳循环的速率和过程产生影响。
地上部分的生物量在植物死亡后会通过腐解过程逐渐释放出碳,而地下部分的生物量则会通过根系与土壤中的有机碳进行交互作用,影响土壤中碳的循环。
因此,草地植物的生物量分配会直接影响土壤碳循环的速率和过程。
三、影响草地植物生物量分配与土壤碳循环的因素影响草地植物生物量分配与土壤碳循环的因素有很多。
其中,气候条件是一个重要的因素。
光照、温度和降水等气候条件会直接影响草地植物的生长和生物量分配方式,进而影响土壤碳循环过程。
陆地土壤碳循环的研究动态*汪业勖 赵士洞 牛 栋(中国科学院自然资源综合考察委员会,北京100101)
ResearchStateofSoilCarbonCyclinginTerrestrialEcosystem.WangYexu,ZhaoShidong,NiuDong(CommissionforIntegratedSurveyofNaturalResources,AcademiaSinica,Beijing,100101).ChineseJournalofEcology,1999,18(5):29-35.Soilcarbonpoolsandrespirationplayanimportantroleintheglobalcarbonbudget,andtheyarealsoessentialtounderstandthesoilcarboncyclingforthepredictionoffutureatmosphericCO2concentra-tionandunderstandingthestructureandfunctionofsoilecosystem.Thekeyaspectsintheresearchofsoilcarboncyclingwerepresented,includingthedifferentwaysofestimateofsoilcarbonpools,therelationshipsbetweensoilcarboncyclingandglobalchange,andthebasicmethodsforthemod-elingofsoilcarboncycling.
Keywords:soilecosystem,carbonpools,carboncycling.
*中国科学院“九五”重大项目(KZ95T-04-02-09)和国家自然科学基金资助项目(49571030)。作者简介:汪业勖,男,32岁,助研。1993年毕业于南京林业大学,获硕士学位。现于中科院自然资源综合考察委员会攻读生态学博士学位,从事森林生态系统研究,发表论文数篇。
1 引 言陆地碳循环不仅关系到陆地生态系统生产力的形成,同时也影响到整个地球系统的能量平衡,是陆地生态系统结构和功能的综合体现。近几十年来,由于人类活动引起大气CO2浓度的急剧上升,并可能导致全球气候变化,而且这种变化与陆地碳循环之间存在复杂的相互反馈机制,陆地碳循环已成为生态学、气候学、土壤学、生理学及地质学等众多学科研究的共同目标。在国际地圈-生物圈研究计划(IGBP)中,碳循环也是全球尺度模型化工作最初集中的主要目标[13]。然而由于陆地生态系统的多样性和复杂性,目前在陆地碳循环研究中仍存在很大的不确定性。例如80年代期间,在全球碳源与碳汇之间的不平衡为每年1.9±1.2PgC,这部分“失踪”的碳汇被认为是北方中纬度森林每年吸收的0.5±0.5PgC以及尚未观测到的陆地生态系统中每年贮存的1.4±1.5PgC[8]。应该指出这只是80年代期间的全球碳平衡的年平均值,而实际上碳循环中的生物地球化学过程是与环境变化相关的,如大气CO2浓度、温度和降水的变化都会影响到陆地植被的生理反应和土壤有机质的分解过程,因此气候变化等诸多因素的影响会导致陆地生态系统在碳源与碳汇之间出现年际波动,影响陆地生物圈的碳平衡。目前陆地碳循环的研究已经从理论分析和文献研究发展到建立全球性监测网络的系统研究[22]。
土壤是陆地生态系统中重要的组成部分。土壤不仅是陆地植物及土壤动物和微生物生存的养分库,同时也是在一定气候条件下生物物理和生物化学过程对母岩进行改造的产物。因此土壤在各种元素的生物地球化学循环中都发挥着重要的作用。在生物地球化学碳循环研究中,陆地土壤生态系统的意义和重要性体现在以下几个方面:
生态学杂志 1999,18(5)∶29-35ChineseJournalofEcology ①土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,并受气候和人类活动的影响而发生动态变化。据大多数估计[5,17,18],全球陆地土壤碳库量约为1300~2000PgC,是陆地植被碳库500~600PgC的2~3倍,是全球大气碳库750PgC的2倍多,因此土壤碳库在全球碳平衡中具有重要作用。②土壤呼吸(包括土壤生物呼吸和植物根系及菌根的呼吸)释放的CO2大约为每年50~76PgC[20,21],占陆地生态系统与大气之间碳交换总量的2/3[18],约为大气碳库的1/10,比陆地生态系统净初级生产力吸收的碳量大30%~60%[21],也远远超过由于化石燃料燃烧每年向大气排放的5PgC[26]。可见土壤CO2排放对倍受人类关注的大气CO2浓度上升有巨大的影响,特别在北半球北部大面积的泥炭地是一个巨大的碳库,约为455PgC[17],而这一地区又是气候变暖影响最大的地区,温度升高将会加速泥炭地的碳排放,从而可能加剧大气CO2浓度的上升。③土壤是生物地球化学碳循环中周转最慢的碳库。由于植被和气候的不同,周转时间(turnovertime)从10年(热带草原土壤)到520年(泥炭沼泽土壤)不等[20],Post根据土壤碳库量和每年植被的凋落物量粗略地计算了全球土壤有机碳库的平均周转时间为22年[17],而进入地质碳循环的土壤碳的周转时间则可达几百万年甚至几亿年,周转时间远远大于大气碳库和陆地植被碳库。因此,土壤碳存贮对减缓大气CO2浓度上升具有重要意义。④土壤是大气圈、水圈、岩石圈和生物圈共同作用的界面,是陆地生态系统生物循环和生物地球化学循环过程的重要介质;同时土壤在水循环过程中的作用决定了陆地河流向海洋输出碳量的形式和通量[22]。⑤土壤中物质和能量的循环强度不仅影响到土壤的碳排放,同时也影响到陆地植被的养分供应。特别对于土壤养分为限制因子的陆地生态系统,由于土壤碳循环的变化以及伴随的大气CO2浓度上升和气候变化,将对陆地生态系统的分布、组成、结构和功能都产生深刻的影响。当前土壤碳循环的研究仍是陆地碳循环研究中最不充分的部分,对土壤碳库的估计误差也很大。这是因为土壤是一个不均匀的三维结构体,在空间上呈现复杂的镶嵌性,且与气候以及陆地植被和生物发生复杂的相互作用,因此在研究土壤碳循环,特别是在区域尺度上的研究仍面临着大量需要解决的问题,甚至在某些测定上,如土壤呼吸以及土壤内植物细根的周转速率等,至今仍没有统一和准确的观测方法。方精云等曾粗略地估计出我国土壤有机碳库为185.7PgC,约占全球土壤总碳量的12.5%,并指出了我国土壤在维持全球碳平衡以及在影响全球气候变化中的重要作用[1]。本文试图对土壤碳循环研究中的
热点问题进行简要的论述。
2 陆地土壤碳库的研究碳库是碳循环研究的一个基本组成部分。土壤作为生物-非生物自然体是由矿质基质和土壤有机质两大部分组成,因此土壤碳库也包括土壤有机质碳库和土壤矿质碳库两大部分。2.1 土壤有机碳库土壤有机碳库是土壤生物地球化学碳循环研究的主要内容,在组成上它包括植物、动物及微生物的遗体、排泄物、分泌物及其部分分解产物和土壤腐殖质。现有的全球土壤碳库的估计值在700~2946PgC之间。可见,碳库估计中的不确定性很大。其原因包括土壤调查数据不充分,土壤取
30生态学杂志 第18卷 第5期样和分析方法的差异,计算方法的差异,土壤参数估计的差别(如土壤容重,质地,植物根量等等)[22],还包括在土壤分类方法、土壤厚度和面积估算上的差异等等。早期对土壤有机碳库的估计是根据少数几个土壤剖面资料进行推算的。如Rubey根据不同研究者发表的美国9个土壤剖面的碳含量,推算全球土壤有机碳库为710PgC。70年代,Bohn利用土壤分布图及相关土组(soilassociation)的有机碳含量,估计出全球土壤有机碳库为2946PgC[4]。这两个估计值成为当前对全球土壤碳库估计的上下限。Bohn是综合联合国粮农组织和教科文组织(FAO-UNESCO)发表的南美土壤分布图及相应的土壤剖面资料、北美土壤分布图及Ganssent和Hadrich的世界土壤分布图的资料,并假设矿质土纲的容重为1.2,有机土纲(即泥炭土、沼泽土和某些半沼泽土)的容重为0.25,计算了全球1m深土壤的碳库量[4]。在计算中也采用了土组的合并、相互引用以及插值等方法。80年代,为了研究全球碳循环与气候、植被及人类活动等因素之间的相互关系,统计方法开始应用于土壤碳库的估计。如Post等在Holdridge生命带模型的基础上估计全球土壤碳密度的地理分布与植被和气候因子之间的相互关系[18]。Post等收集2696个土壤剖面,建立了土壤碳密度与气候及植被分布之间的关系图。Post等首先对土壤进行了分层,并建立了两个回归关系:①土壤容重的估计:BD=b0+b1D+b2log10ct其中BD为土壤容重,D为土层中心的深度,ct为土层有机碳的含量;②土壤碳密度的估计:c=ctBD(1-δ2mm)V其中c为土壤碳密度,δ2mm为直径大于2mm的土粒含量,V为该土层的体积。最后根据土壤碳密度及其相关面积估计出全球1m厚度的土壤有机碳库为1395PgC,这一数据被广泛引用。但是该研究是在基于陆地主要植被类型面积的基础上进行统计计算的,而不是依据不同土壤类型的面积和分布进行计算,并且所收集的数据在取样和分析方法上都存在差异,因此对估计结果的精度必然产生一定的影响。陆地土壤碳库研究的新进展是利用地理信息系统技术,描述土壤碳库不同层次的属性及其空间分布。在区域尺度上已经有不少国家开展了这样的研究。例如加拿大建立了1:100万的数字化土壤分布图及土壤碳数据库,其中属性数据中还包括了环境数据和其它土壤特性数据。计算出加拿大土壤在0~30cm土层和0~100cm土层中的碳库量分别为70.1PgC和249PgC;俄罗斯在1:250万土壤分布图上建立了土壤碳的空间数据库,共划分了33个土壤地带,包括了不同土壤层次的腐殖质含量,土层容重以及石质含量等。计算并绘制了俄罗斯全国0~20cm,0~50cm,0~100cm等不同土壤层厚度的有机碳库、0~100cm土壤深度的无机碳库的分布图,估计出俄罗斯土壤有机碳库总量为342.1PgC,无机碳库为111.3PgC,因此土壤总碳库量为453.4PgC[22]。我国也已完成了1:400万
的土壤分布图和1:100万的土地利用图的数字化工作,但所包含的土壤碳属性数据较少,不能直接用于我国土壤碳库的估计。以地理信息系统为支撑而建立的土壤空间数据库可以包含丰富的土壤属性数据和空间数据信息,为土壤碳库的各种估计和计算提供了可能,也是未来在区域尺度上研究土壤碳库的重要手段。它与全球气