陆地土壤碳循环的研究动态

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)

Research State of Soil C arbon Cycling in Terrestrial Ecosystem .Wang Yexu ,Zhao Shidong ,Niu

Do ng (Commission for Integrated Survey of Natural Resources ,Academia Sinica ,Beijing ,100101).Chines e Journal of Ecology ,1999,18(5):29-35.

Soil carbo n pools and respiration play an impo rtant role in the g lobal carbon budget ,and they are also essential to understand the soil carbon cycling fo r the prediction of future atmospheric CO 2concentra -tio n and understanding the structure and function of soil ecosystem .T he key aspects in the research o f soil carbon cycling were presented ,including the different w ay s of estimate of soil carbon pools ,the relationships betw een soil carbon cy cling and global chang e ,and the basic methods for the mod -eling of soil carbon cycling .

Key words :soil ecosy stem ,carbon pools ,carbon cycling .

＊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CO 2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CO 2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)∶29-35

Chinese Journal of Ecology

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(turnover time)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

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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(soil association)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:

B D=b0+b1D+b2log10c t

其中B D为土壤容重,D为土层中心的深度,c t为土层有机碳的含量;

②土壤碳密度的估计:

c=c t B D(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

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汪业勖等:陆地土壤碳循环的研究动态

候和植被数据库相结合,是深入研究全球碳循环和碳循环动态模拟必要的数据支撑。

2.2　土壤矿质碳库

土壤矿质碳库主要是指土壤母岩风化过程中形成的土壤碳酸盐碳库,在土壤总碳库中所占的比例较小。如在俄罗斯土壤碳库的估计中,矿质无机碳库不足25%[22],并且矿质碳库在碳循环中的周转时间可达几万年甚至上亿年,是地质历史时期生物地球化学沉积碳循环研究的主要内容,而对短期的生物地球化学气体碳循环的影响很小,因此对土壤矿质碳库研究的报道不多。然而也有人指出矿质碳库的研究可能是解释当前“失踪”碳汇的关键[22],应该得到足够的重视。

3　陆地土壤碳循环与全球变化

土壤中碳的存贮量取决于两个生物过程之间的平衡,即陆地植被生产力和土壤有机质的分解[17],同时这两个因子又是相互联系的。Raich等对陆地生态系统的分析表明植被生产力与土壤呼吸速率之间存在紧密的正相关关系[20]。理论上,植被形成的凋落物为土壤分解提供基质,土壤分解矿化的氮素又为植物生长提供了更多的养分,但起决定作用的仍是植被类型及其在特定地域的生产力。

土壤碳循环的过程受到多种物理因素和生物因素的控制,如气候、植被以及土壤的化学、物理学和生物学属性等,并存在各种因子间的相互作用。近年来,土壤碳循环研究的热点是全球变化与土壤碳循环之间的反馈作用,即气候变化、大气CO2浓度上升和土地利用与土地覆盖变化与土壤碳循环的相互关系。

3.1　气候-植被-土壤的相互作用

气候在两个方面影响到土壤碳循环。一是气候通过影响植被生产力改变凋落物的归还量;二是气候影响到土壤的分解速率。研究表明,温度和降水是气候中两个最主要的影响因子。陆地土壤碳密度一般随降水的增加而增加,在相同降雨量时,温度越高则碳密度越低,温度和降雨的综合作用决定了陆地土壤碳密度分布的地理地带性。其中碳密度最大的地区出现在寒带,特别是冻原,平均值达到36kg·m-3,其次是热带多雨地区由于植被生产力较高,也具有较大的碳密度,约为14～18kg·m-3[17],而由于高温和干旱,沙漠地区的碳密度较低,且无机碳的比重较大,如寒带沙漠的土壤碳密度为6～8kg·m-3,温带沙漠的土壤碳密度平均只有2kg·m-3[17]。Post等最早在Holdridge生命带模型的基础上描述了气候-植被-土壤之间的相互关系[18]。Holdridge生命带模型是描述气候与植被分布关系的模型,Post等在模型上增加了土壤碳密度等值线,并表现出相当好的规律性。得出干旱和湿润地区的碳密度分界线为10kg·m-2。温度是影响土壤呼吸的主要因子,与土壤呼吸呈负指数关系。Kirchbanum的研究表明[22],尽管北方陆地生态系统在整体上表现为碳汇,但由于这一地区气温升高导致土壤分解速度加快,寒带地区的土壤可能是大气CO2的源而不是汇,Zimov等在永久冻土上的观测数据支持了上述结论[22]。Rothamsted 土壤模型则根据IPCC关于未来全球变暖的可能情景,模拟了未来全球土壤的碳排放[10]。模型将全球划分成16个气候带,假设全球每年以0.03℃的幅度均匀增温,并同时保持植被凋落物输入为常数,预测全球土壤在1990至2050年间将增加排放61PgC。若这一时期化石燃料燃烧碳排放量保持在1991年的水平,则土壤碳排放增量将占同期化石燃料燃烧排放量的19%。

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Prentice等则利用BIOM E模型估计了1万8千年前,当前和CO2培增情况下陆地土壤碳贮量分别为1171PgC,1356PgC和1292PgC[25]。不少研究得出类似的结论[24]。Schlesinger指出,如果未来陆地生物圈表现为碳汇的话,那么很可能是由于陆地植被分布和生物量的变化所引起,而不是因为土壤有机碳的积累[23]。

3.2　大气CO2浓度的上升

大气CO2浓度的上升以间接方式影响到土壤碳循环,归结起来表现为以下几点。首先大气CO2浓度影响到地表植被的生长,因此影响到土壤碳的归还量[3];其次,土壤分解极大地受到温度和土壤水分的影响,因此在某种程度上CO2浓度升高驱动了气候变化,进而影响到土壤有机碳的分解;即使不发生气候变化,由于CO2升高改变了植物的水分利用效率,也会影响到土壤的水分含量[12];第三,CO2浓度的增高,增加了根系的CO2通量和微生物的碳供应,刺激土壤微生物种群的增长;第四,有不少研究者预测在高CO2浓度下由于植物组织中的C:N比下降,凋落物的分解会减弱[3],但这一点是在盆栽实验中得出的结论,而在不少实地观测中并没有证实[12];第五,近来的研究表明[26],大气CO2浓度的升高会刺激植物的光合作用,但光合产物的分配主要表现为植物根系的生长和分泌物的增加,因此土壤碳的积累和循环过程会受到根系生长和吸收能力变化的影响;第六,由于不同植被类型凋落物的化学成分和分解特性不同,因此大气CO2浓度上升以及相关的气候变化,一旦改变陆地植被的分布和种类组成,将会引起全球土壤有机质分解速率的改变[12]。由于模拟高CO2浓度实验研究比较困难,特别是对于大面积的森林生态系统,因此有关CO2浓度增高的实验研究非常有限,且多集中在农田、草地和幼林地上[26],不确定性因素很多,研究结论也经常出现不一致的现象。

3.3　土地利用和土地覆盖变化

由人类活动引起的土地利用和土地覆盖变化是土壤碳库和碳循环最直接的影响因子,其中最严重的干扰就是将自然植被转变为耕地。这种转换减少了土壤有机质的输入,并且耕作措施破坏了土壤有机质的物理保护,增强了腐殖质的矿化作用,从而降低了土壤碳存储量。据研究,森林生态系统中土壤的平均碳密度为189M g·ha-1[6],而草地和农田的土壤碳密度分别只有116Mg·ha-1和95Mg·ha-1。Houghton等曾描述了森林采伐和皆伐后以及植被恢复过程中土壤碳的变化曲线,并据此分析了1860～1980年期间陆地生态系统的碳排放[7]。据估计[26],未来30年人口将至少增加30亿。由于人口的增长,未来土壤碳循环将主要受到人类活动的影响[25]。这不仅包括人类化石燃料燃烧的碳排放,而且包括人类活动的直接影响,如林地管理,造林,撩荒以及土地利用强度等。土地利用和土地覆盖变化引起的土壤碳排放仍然是碳循环过程中不确定性较大的部分之一。目前土地利用与土地覆盖变化研究的热点地区是热带亚热带地区。这一地区的生态系统比较脆弱,而且人口密集,生态系统受人类活动的影响较大,土地利用方式多样且不稳定。

4　陆地土壤碳循环的模拟

土壤碳循环模型是定量实现土壤碳循环的模拟和预测的必不可少的手段,同时也是综合不同因子及其相互作用的有力工具。现有的土壤碳循环模型大致可以分为两类,即经验模型和机理模型,在建模方法和应用上各有特色。

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汪业勖等:陆地土壤碳循环的研究动态

4.1　经验模型

这类模型通常是建立土壤碳循环特征变量与环境因子变量之间的相关关系,模型的优点是不需要了解太多的变量之间的生态学和生物学原理,但在应用上一般不能将模型的结果进行外推,且在模型建立时需要大量的数据进行拟合。如Raich等建立了一个全球碳排放模型,该模型以月为步长运行[21],用于研究陆地生态系统土壤碳的年排放、湿地在全球土壤碳排放中的作用、土地覆盖变化对土壤碳排放的影响以及土壤碳排放与气候变化在时间和空间上相互变化的关系等。建模时首先采用多元逐步回归的方法确定影响土壤碳排放的独立变量,然后选用一系列机理性的线性或非线性回归方程进行拟合,并根据复相关系数的大小选取最佳方程,最后得到的两个方程。

　Model A:log SR=F+Q TP/(K+P),　Model B:SR=Fe Q TP/(K+P)

其中SR为土壤CO2释放速率,F为没有水分限制下0℃时的CO2通量,Q为湿度系数,T为月平均气温,P为月平均降水量,K定义了土壤水分半饱和系数。模型A是采用了经过对数转换的土壤CO2释放速率,模型B则直接采用原始数据。模拟的结果表明土壤的CO2释放速率与温度和降水紧密相关,而与土壤碳库大小、土壤氮库大小以及土壤C:N比关系不大。两个模型得到较为相似的结果。经验模型的方法较为简单,至今仍然在土壤碳循环研究中广泛采用,并可以嵌入到机理模型之中。

4.2　机理模型

土壤碳循环机理模型是反应土壤碳循环的结构模型,通常根据有机碳的周转时间不同将碳库划分成几个分室。虽然分室的个数和所应用的参数不同,但大多数模型采用类似的结构[11,14,19]。土壤有机质碳库是一个很大的异质性碳库,有机碳的周转时间与它在土壤中的深度、物理和化学性质以及微生物的分解特性有关,同时受到水分和温度的控制,因此将土壤有机碳划分成分解特性或周转时间不同的分室是非常必要的。如Rothamsted土壤模型将土壤有机碳划分成5个分室,即易分解植物残体(DPM)、难分解植物残体(RPM)、土壤生物量(BIO)、物理性稳定有机质(POM)和化学性稳定有机质(COM)[9],半衰期分别为0.165年,2.31年,1.69年,49.5年和1980年,模型中还假定了不同植被类型的DPM/RPM值,其中森林为0.25,热带幼林地和稀树草原为0.43,沙漠、冻原和寒带草原为0.5,耕地和温带多刺草原为0.67,通过一阶微分方程描述不同分室之间以及与大气之间的碳通量关系。CENT URY模型采用了极为相似的结构[16],而更简单的ICBM模型只划分了具有不同分解常数的两个土壤分室[2]。模型通常以气候、土壤质地、凋落物性质等作为驱动变量。由于所描述的机理过程以及模型假设不同,在复杂程度上相差很大。模型参数的确定是影响模型运行结果的重要因素,虽然不少参数可以从理论分析中估计,但Nakane等指出从实地观测中确定模型参数的重要性[15]。

5　结　语

陆地碳循环与全球变化之间的相互关系是当前生态学研究中的核心问题之一,土壤碳循环是陆地碳循环的一个重要组成部分。我国面临着严峻的人口、环境和资源问题,人口增长驱动下的土地利用变化,以及大气CO2浓度上升和气候变化,将会对我国陆地植被分布和组成产生巨大的影响,并改变我国土壤碳的存贮和排放模式。

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加强对土壤碳循环的研究,是了解我国土壤生态系统结构和功能,明确它在全球变化中的作用的必然途径。

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(收稿:1998年8月24日,改回:1999年6月26日)

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汪业勖等:陆地土壤碳循环的研究动态

海洋碳循环研究进展简介

摘要：本文主要介绍了海洋碳循环及其在全球碳循环中的重要作用，概述了海洋碳循环的一般特征，并进一步介绍了南北极海区碳循环的一些概况。现阶段国内外关于海洋碳循环模式具有大量研究，据此，本文阐述了我国浅海贝藻养殖对海洋碳循环的贡献，最后对海洋碳循环进行了展望。 关键字：海洋、碳循环、贝藻养殖 引言 自工业革命以来，人类活动使得大气中CO2浓度一直在持续增加。可以预见在未来相当长的时间内，大气CO2浓度还会不断增加。IPCC在2001年发布了第三次评估报告。该报告指出，在过去的42万年中，大气CO2浓度从未超过目前的大气CO2浓度，在20世纪中大气CO2浓度的增加是前所未有的。估计到21世纪中叶，大气中CO2将比工业革命前增加1倍。大气CO2浓度的增加对全球变化的影响已引起了广泛的注意，该报告指出，工业革命以来的全球气温已增加了约0.6℃，这主要是由于大气中人为温室气体(如CO2、CH4、N2O、CFCs)浓度增加所致，其中CO2的作用居首位。初步预测，21世纪全球增暖将超过过去10 ka来自然的温度变化速率。为了准确评价和预报未来的气候变化，正确认识碳循环显得十分重要。 1、海洋碳循环简介 海洋在全球碳循环中起着极其重要的作用，海洋是地球上最大的碳库。海洋储存碳是大气的60倍，是陆地生物土壤层的20倍(IPCC, 2007)；大约50%人为排放的碳被海洋和陆地吸收(Prentice etal., 2001)。 1.1海洋碳循环 碳循环是碳在大气、海洋及包括植物和土壤的陆地生态系统3个主要贮存库之间的流动。海洋碳循环是碳在海洋中吸收、输送及释放的过程,主要包括CO2的海-气通量交换过程、环流过程、生物过程和化学过程。其碳的储存形式有3

陆地生态系统碳循环研究进展

文章编号:100020585(2001)0520564212 收稿日期:2001206201;修订日期:2001208230 基金项目:中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划(CXIO G -E01-02-04) 作者简介:陶波(1972-),男,黑龙江省哈尔滨人,博士研究生。主要研究方向为全球变化与环境演变。 陆地生态系统碳循环研究进展 陶　波,葛全胜,李克让,邵雪梅 (中科院地理科学与资源研究所陆地表层系统开放实验室,北京　100101) 摘要:近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中 陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IG BP 和IPCC 中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主 要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生 态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式, 介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此 外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。 关　键　词:碳循环;碳汇;碳库;陆地生态系统;模式 中图分类号:P467;P593 文献标识码:A 工业革命以来,人类正以前所未有的速度和强度在全球尺度上对地球系统产生着巨大影响[1]。大气中CO 2浓度已从1850年的285±5ppmv 上升到1998年的约366ppmv ,即近150年内增长了大约28%[2]。从20世纪初至今,全球地面气温已经上升了013～016℃,最近10年已成为自1860年以来最暖的时期[3]。进入90年代,随着温室气体和温室效应等各种气候与环境问题的日益突出和国际气候谈判中对碳源、碳汇评价的客观需要,碳循环问题日益受到人们的普遍关注。大量研究表明,全球碳循环的动态变化与气候变化及人类活动影响(尤其是化石燃料的燃烧和土地利用/土地覆被变化)有着密切关系[2,4]。作为大气中CO 2的源和汇,陆地生态系统碳循环是全球碳循环中的重要环节,在全球气候变化中扮演着重要角色[5]。更好地了解陆地生态系统碳循环的动态机制是全面理解全球碳循环、正确预测未来气候变化的一个重要前提。 1　全球碳库与碳过程 碳是生命物质中的主要元素之一,是有机质的重要组成部分。概括起来,地球上主要有四大碳库,即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库。碳元素在大气、陆地和海洋等各大碳库之间不断地循环变化。大气中的碳主要以CO 2和CH 4等气体形式存在,在水中主要为碳酸根离子,在岩石圈中是碳酸盐岩石和沉积物的主要成分,在陆地生态系统中则以各种有机物或无机物的形式存在于植被和土壤中。 第20卷　第5期 2001年11月地 理 研 究GEO GRAPHICAL RESEARCH Vol 120,No 15Nov 1,2001

(整理)973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究.

项目编号：2002CB412500 项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究起止年月：2002年12月-2007年8月 项目首席科学家： 刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所 项目依托部门：中国科学院 经费预算：2000万元

一、主要研究内容 项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。 二、预期目标 1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观 测网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律， 构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。 2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过 程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变化 对陆地生态系统碳循环的影响及生态适应机制；构建我国陆地生态系统碳 循环动力学模型和遥感反演模型，实现两种模型的综合集成。 3.阐述中国陆地生态系统碳循环的历史演变规律，评价土地利用/土地覆被变 化对碳循环过程的驱动作用，重建过去50年中国陆地生态系统碳汇和碳源 的时空格局，预测未来50年的变化趋势，辨析自然扰动和人为活动的贡献 及调控机理。 4.阐述典型河口向近海碳输运的生物地球化学过程，评价人为活动对河流碳 输运的影响；阐明以多沙和物理输运为主的碳输运规律，揭示河口重点沉 积区的碳的早期沉积作用；定量认识河口碳输运过程在陆地生态系统碳循 环中的作用。 5.评估中国陆地生态系统固碳潜力及其成本效益、重大生态环境建设工程对

土壤微生物量碳氮测定方法

1.23.1 土壤微生物碳的测定——TOC-V CPH有机碳分析仪 一、方法原理 土壤有机碳的测量方法主要有两种，即氯仿熏蒸培养法和氯仿熏蒸—直接浸提法。 1．氯仿熏蒸培养法[1]：土壤经氯仿熏蒸后再进行培养，测定培养时间内熏蒸与未熏蒸处理所释放CO2之差来计算土壤生物量碳。 2．氯仿熏蒸直接浸提法[2]：土壤经氯仿熏蒸后直接浸提进行，测定浸提液中的碳含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中总碳的差值为基础计算土壤微生物含碳量。 直接提取法与氯仿熏蒸培养法相比，直接提取法具有简单、快速、测定结果的重复性较好等优点。直接提取法测定土壤微生物量的碳的方法日趋成熟。现在氯仿熏蒸—K2SO4提取法已成为国内外最常用的测定土壤微生物碳的方法。本实验以氯仿熏蒸直接浸提法为例介绍土壤微生物量碳氮的浸提与测定。 二、主要仪器 振荡机、真空干燥器、真空泵、TOC-V CPH有机碳分析仪。 二、试剂 1．氯仿（去乙醇）：普通氯仿一般含有乙醇作为稳定剂，使用前要去除乙醇。将氯仿按照1︰2（v/v）的比例与蒸馏水一起放入分液漏斗中，充分振动，慢慢放出底部氯仿，重复3次。得到的无乙醇氯仿加入无水CaCl2，以除去氯仿中的水分。 2．0.5 mol·L-1 K2SO4浸提液：43.57g分析纯K2SO4定溶至1L。 四、操作步骤 称取过2mm筛的新鲜土样12.5g六份，置于小烧杯中。将其中三份小烧杯放入真空干燥器中，干燥器底部放3个烧杯，其中一个放氯仿，烧杯内放少许玻璃珠（防爆），另一个放水（保持湿度），再放一杯稀NaOH。抽真空时，使氯仿剧烈沸腾3-5 min，关掉真空干燥器阀门，在暗室放置24 h。熏蒸结束后，打开干燥器阀门，取出氯仿，在通风厨中使氯仿全部散尽。另三份土壤放入另一干燥器中，但不放氯仿。 将熏蒸的土样全部转移至150 mL三角瓶中，加入50mL 0.5 mol·L-1 K2SO4 (土水比为1:4)，振荡30min，过滤。未熏蒸土样操作相同，同时做空白。 五、结果计算 土壤微生物量碳 =（熏蒸土壤有机碳-未熏蒸土壤有机碳）/0.45 式中：0.45——将熏蒸提取法提取液的有机碳增量换算成土壤微生物生物量碳所采用的转换系数（kEc)。 一般量容法采用的kEc值为0.38，仪器分析法kEc 取值0.45。 六、注意事项 1．氯仿致癌，操作时应在通风厨中进行。 2．打开真空干燥器时，要听声音，如没空气进去的声音，试验需重做。 3．应注意试剂的厂家，有些厂家的K2SO4试剂不宜浸提土壤微生物量碳。 4．浸提液应立即用TOC-V CPH有机碳分析仪测定或在-18℃下保存。 1.23.2土壤微生物量氮的测定 一、方法原理 土壤微生物态氮是土样在CHCl3熏蒸后直接浸提氮含量，并进行测定，以熏蒸和不熏蒸

农业生态系统碳循环研究2013

农业生态系统碳循环研究 摘要：在人们对温室效应理解不断加深的同时，全球碳循环的研究也随着技术的进步不断深入。与人类生产生活关系最密切的是陆地生态系统碳循环研究，而农业生态系统碳循环研究是其中最为重要的一部分。经过国内外研究者的努力，已对农业生态系统碳源/汇效益、碳循环影响因素、模拟模型、碳通量及农业生态系统对全球变暖的响应等诸多研究内容取得极为重要的成果。但在一些问题上尚存在不小争议，对一些过程尚不能清楚认识，对一些因素尚不能准确联系。 关键词：农业生态系统；碳循环；低碳农业； 近百年来，全球变暖已成为不争事实，温度的上升对整个地球环境和人类生产生活产生了巨大的影响，产生了一系列严重的和不可逆转的后果：草原和荒漠面积增加，森林面积减少；热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加；农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等受到影响；加剧了目前日趋紧张的水资源问题；改变了区域降水、蒸发分布状况；引发环境问题，增加了对人类及其生存环境的压力[1]。 随着全球气候变化研究的不断深入，对全球气候变暖形成原因的理解也产生了一些分歧：一部分人认为人类改造自然的活动是全球气候变暖的主要原因；另一部分人认为全球气候变暖是气候周期性变化的结果，太阳活动和火山活动是变化的主要原因，而人类活动不是决定性原因。但不论全球气候变暖的主要原因是什么，人类活动对整个地球系统产生的巨大影响不容忽视，人类活动排放出以CO2为主的温室气体引起了全球碳循环的变化，而这一变化又进一步影响到全球气候的变化，产生不利于人类生存及发展的变化。碳循环研究在此种局势下显示出极为重要的意义。 根据Falkowski研究结果表明，陆地生态系统蓄积了总量大约为2 000 Gt(1Gt=1×1015g)的碳[2]。尽管相较于岩石圈＞60 000 000Gt和海洋38 400Gt的碳量，陆地生态系统蓄积的碳量十分微弱，但是人类主要的生产生活空间位于陆地上，人类的行为最直接的影响陆地生态系统，且产生的影响最大，使得这部分碳储量的变化体现出非同一般的可变性和极为显著的重要性。土壤碳库是温室气体重要的释放源，也是重要的吸收汇[3]。正因为人类活动的强烈影响，可以说全球碳循环中最大不确定性主要来自陆地生态系统。陆地生态系统碳循环过程可以解释为：植物通过光合作用将大气中的CO2吸收存于植物体内，形成有机化合物并固定起来，而后一部分有机物在植物的呼吸作用和土壤及枯枝落叶层中有机质腐烂过程中返回大气。这样的一个循环过程就形成了大气-陆地植被-土壤-大气整个陆地生态系统的碳循环[4]。 在人类活动中，农业生产对陆地生态系统起了巨大的影响，农业生产不仅改变了原有的土地利用方式，改变了原有植被种类，甚至改变了土壤类型，并因这些改变对原有碳循环产生了极为重要的影响。1850-1990年期间，土地利用变化造成的CO2排放量约为124Gt，而其中贡献最大的是农业的扩张。在农业活动中，耕地所造成的总净通量约占68％，牧草占13％，迁移农业占4％。人类活动已经强烈改变了原有的全球碳循环模式[5]。 1. 农业生态系统碳源？碳汇？ 农业生态系统是碳汇还是碳源，这是首先需要回答的问题。 农业生态既可以是碳汇，也可以是碳源。农业碳排放主要源于农业废弃物、肠道发酵、粪便管理、农业能源利用、稻田以及生物燃烧。而农业生态系统的碳主要固定在作物和土壤中。农田生态系统中，农田管理措施、土壤性质是影响土壤有机碳固定、转化及释放的主要因素，同时还受土地利用方式、植物品种、气候变化等多种因素影响[3]。不同的农业生态系统因自身特点呈现出不同的碳通量，同一农业系统因管理方式或利用方式不同，甚至可以

森林生态系统土壤碳库与碳吸存对氮沉降的响应

森林生态系统土壤碳库与碳吸存对氮沉降的响应 1引言 近几十年来石化燃料燃烧、化肥使用及畜牧业发展等向大气中排放的含氮化合物激增并引起大气 N 沉降成比例增加。并且全球 N 沉降水平预计在未来 25 a 内会加倍，目前人类对全球 N 循环的干扰已经远远超过对地球上其它主要生物地球化学循环的影响。从 20 世纪 80 年代起，欧洲和北美的生态学家就开始在温带森林开展了 N 沉降对森林结构和功能影响的研究。目前，N 沉降研究已成为国际上生态和环境研究的热点内容之一。 土壤碳库是陆地生态系统碳库中最大的贮库，并且是其中非常活跃的部分[10]。全球约有 1.4×1018 ~ 1.5×1018g 碳是以有机质形态储存于地球土壤中，是陆地植被碳库（0.5×1018 ~ 0.6×1018 g）的 2 ~ 3 倍，是大气碳库（0.7×1018 g）的 2 倍[10]。土壤碳库在维持全球碳平衡中的巨大作用使土壤碳库对人类活动的响应已成为国内外研究的热点[11]。由于土壤碳库巨大，它的波动对大气 CO2 浓度产生重要的影响。同时，增加土壤有机碳存储可有效促进陆地生态系统对大气 CO2 固定和延缓温室效应。土壤碳周转速率慢，受各种干扰影响小，能维持较长时期的碳储藏。影响森林生态系统土壤碳库的因素很多，如森林的采伐、开垦、火烧以及在全球变化背景下的全球变暖、UVB 辐射增强、N 沉降等，在这些方面已相继展开了大量研究。目前国内外对土壤碳库的研究多是针对当前环境下某种生态系统的土壤碳含量、碳储量的估算，不能很好的预测全球环境变化对土壤碳库的影响。大气 N 沉降借助其对凋落物分解和土壤呼吸的直接或间接作用，极大地影响了生态系统土壤碳蓄积过程，并且大部分沉降到森林生态系统中的 N 都被固定在土壤中，直接与土壤碳库相互作用[17]。全球存在 116PgC/yr 的碳失汇，部分是由于大气中 N 沉降增加及其与碳循环相互作用的结果[18]。所以深入探讨大气 N 沉降对土壤碳库的影响具有重要的价值，已经成为 2006 年 IGBP 计划第二期中陆地生态系统与大气过程相互作用的研究重点。虽然国内已有了很多关于 N 沉降对凋落物分解和土壤呼吸、根系周转方面的论述，但全面反映N 沉降对土壤碳库影响的研究尚未见报道。本文对国内外在土壤碳库如凋落物分解、土壤呼吸、根系周转等方面对 N 沉降响应的研究进展进行了综述，为进一步开展相关研究作参考。

自然生态系统论文题目

自然生态系统论文题目 1、长白山自然保护区森林生态系统间接经济价值评估 2、中国陆地地表水生态系统服务功能及其生态经济价值评价 3、森林生态系统健康评价指标及其在中国的应用 4、中国主要森林生态系统公益的评估 5、河流生态系统健康及其评价 6、城市河流生态系统健康评价初探 7、海南岛生态系统生态调节功能及其生态经济价值研究 8、稻麦轮作生态系统中土壤湿度对n2o产生与排放的影响 9、景观生态系统的空间结构:概念、指标与案例 10、盘锦地区湿地生态系统服务功能价值估算 11、鼎湖山区域大气降水特征和物质元素输入对森林生态系统存在和发育的影响 12、中国生态系统服务研究的回顾与展望 13、长江口湿地生态系统服务功能价值的评估 14、生态系统服务功能、生态价值与可持续发展 15、青藏高原高寒草地生态系统服务价值评估 16、洞庭湖湿地生态系统服务功能价值评估 17、生态系统服务研究:进展、局限和基本范式 18、辽河三角洲湿地生态系统健康评价 19、生态系统健康与人类可持续发展 20、退化生态系统恢复与恢复生态学

最新生态系统论文选题参考 1、我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡 2、中国森林生态系统的植物碳贮量及其影响因子分析 3、河岸植被特征及其在生态系统和景观中的作用 4、生态系统健康评价—概念构架与指标选择 5、湿地生态系统健康研究进展 6、中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力 7、生态系统综合评价的内容与方法 8、北京山地森林生态系统服务功能及其价值初步研究 9、湿地生态系统健康评价指标体系I理论 10、土壤碳储量减少:中国农业之隐患——中美农业生态系统碳循环对比研究 11、海南岛生态系统生态调节功能及其生态经济价值研究 12、中国森林生态系统服务功能价值评估 13、中国森林生态系统服务功能及其价值评价 14、吉林省生态系统服务价值变化研究 15、co2失汇与北半球中高纬度陆地生态系统的碳汇 16、中国草地生态系统服务功能间接价值评价 17、湿地生态系统健康评价指标体系ⅱ.方法与案例 18、中国森林生态系统植被碳储量时空动态变化研究 19、生态系统健康及其评价指标和方法 20、土地利用变化对草原生态系统土壤碳贮量的影响

中国区域碳循环研究进展与展望_戴民汉

第19卷第1期2004年2月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vol.19　No.1 Feb.,2004 文章编号:1001-8166(2004)01-0120-11 中国区域碳循环研究进展与展望 戴民汉1,翟惟东1,鲁中明1,蔡平河1,蔡卫君2,洪华生1 (1.厦门大学海洋环境科学教育部重点实验室环境科学研究中心,福建　厦门　361005; 2.美国乔治亚大学海洋科学系,阿森斯　乔治亚　30602) 摘　要:中国陆地和海洋生态系统的区域碳循环在全球碳循环过程中占有重要地位。目前,中国陆地生态系统在全球碳循环中的地位和作用已有比较深入的研究,而中国边缘海系统碳循环研究相对薄弱。简要回顾中国碳循环(以现代过程的描述为主)的研究动态,重点阐述中国边缘海碳循环研究概况及CO2的海—气交换、有机碳循环、颗粒有机碳的输出、河流的输运等海洋碳循环过程的关键科学问题。在汇总补充及数据更新的基础上勾画了中国区域碳循环框架。我们认为,中国的区域碳循环过程尚有诸多未知量和不确定性,缺乏把陆、海、气作为一个系统的综合研究,海洋生态系统碳循环研究尤其需要加强。中国边缘海的碳循环研究应当围绕CO2的汇源过程这一碳循环的中心问题,深入开展边缘海碳的生物地球化学及其与大气CO2的耦合作用等方面的研究。 关　键　词:碳循环;CO2;海洋生物地球化学;边缘海;中国 中图分类号:P736.4 文献标识码:A 工业革命以来,化石燃料燃烧等人类活动已经显著地改变了全球碳循环,突出地表现为大气CO2的平均浓度从过去42万年中的180～300μL/L[1]上升到目前的370μL/L[2,3]。 大气CO2时空变化受控于由海洋碳酸盐体系驱动的溶解度泵和浮游生物驱动的“生物泵”过程,以及大气CO2与陆地植被光合/呼吸作用的相互作用,因此,对CO2的研究涉及全球碳循环的系统过程[4]。过去的10年中,我们对碳循环的了解已有长足的进展。如目前的观测结果[5]证实了以往仅用模型展示的海洋作为碳汇的量级,直接检测到的海水中无机碳量的增加[6,7]亦证实了以往用放射性碳核素所观测到的结果。放射性和稳定同位素的应用为全球碳循环研究提供了强有力的工具;森林的统计和植被遥感的研究表明北半球陆地是显著的碳汇[8]。最近全球海洋通量联合研究根据最新数据更新了1995年IPCC绘制的全球碳循环箱式框图(图1)[9]。 但迄今为止,碳循环研究存在诸多不确定性,如我们依然难以定量表征由农业化、森林砍伐等人类活动所导致的全球效应[10];对陆架边缘海是大气CO2的源或汇也依然在争论之中[9,11,12];对CO2海—气交换,碳在海洋真光层、深海的迁移转化,以至最终输出到沉积物的埋藏过程和速率仍认识模糊;对El Ni?o等一些气候变异的影响也不甚了解。 查明大气CO2的源、汇的量级与机制,有助于了解人为CO2在当前全球变化背景下的归宿,不仅具有重大的科学意义,也将为人类调控全球气候变化提供重要理论基础,还对全球人类活动及各国制定经济和社会发展战略具有指导意义,而且对国家环境外交政策的制定也有重要参考价值。 中国人口众多,近来经济发展迅速,我国在1995年的化石燃料等能源的生产和消耗均已占世界的10%[13],到了2000年,我国因化石燃料燃烧所 　收稿日期:2002-01-19;修回日期:2003-09-18. ＊基金项目:国家自然科学基金项目“南海北部海气CO2通量与上层生物地球化学过程的相互作用”(编号:40176025);国家重点基础研究发展规划项目“地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录”(编号:G2000078500)资助. 　作者简介:戴民汉(1965-),男,浙江人,教授,主要从事海洋生物地球化学研究.E-mail:mdai@https://www.sodocs.net/doc/b03838037.html,

土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理

土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理 碳是地球上储量最丰富的元素之一，它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，总的来说，地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库以及岩石圈碳库四大碳库，并在各大碳库之间不断循环变化。碳是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素，碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来,在地球的生物圈和大气圈中,碳通过生命的新陈代谢，往复循环，生生不息。无疑，碳在各种生态过程以及人类活动过程中的重要角色决定了其成为最佳研究载体的地位。 碳的蓄积、储量、潜力甚至受人类活动的影响程度在不同生态系统中都存在较大差异。陆地生态系统包括农田生态系统、湿地生态系统、森林生态系统、草地生态系统以及荒漠湿地系统。在陆地生态系统中,大部分碳主要蓄积在森林之中,它们主要以2种形式储存:一是以树干、树枝、树叶和树根等生物量的形式储存；二是以土壤有机碳的形式储存。在农田生态系统中,碳的储存主要是以地表以下植物有机质和土壤蓄积的形式,大部分具有很高的碳年吸收率,农田生态系统吸收的大部分碳通常以农产品及其副产品或废弃物的形式运走或很快释放到大气中。当然下一个作物生长季,碳又被蓄积,如此循环往复。当前,农业土壤经常是一个净碳源,然而如果通过良好的农业措施,如免耕、休耕等,又可以减缓农田碳源的排放,甚至变源为汇。草地生态系统中的绝大部分碳储存在土壤中。这些碳蓄积长期处于稳定状态,但也受人类活动及外来扰动的影响,如果载蓄量超过其承载能力,或者火灾频发,都会使碳大量丢失。湿地生态系统中的碳几乎全部作为死的有机物存储在土壤中,且受人类活动的影响很大,如排水可使碳释放,而造林又可以抵消其排放。在副极地附近的湿地,由于全球气候变暖造成的永冻土融化也可能使土壤碳释放进入大气 陆地生态系统碳循环过程是指植物通过光合作用吸收CO2，将碳储存在植物体内，固定为有机化合物，形成总初级生产量，同时又通过在不同时间尺度上进行的各种呼吸途径或扰动将CO2返回大气。其中一部分有机物通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂(异氧呼吸)返回大气，未完全腐烂的有机质经过漫长的地质过程形成化石燃料储藏于地下；另一部分则通过各种(包括人为和自然的)扰动释放CO2，形成大气——植被——土壤——岩石——大气的碳库之间的往复循环过程（如图1所示）。

中科院生态环境研究中心土壤学试题[1]

07年中科院生态环境研究中心土壤学试题一：填空与选择：（5分1题） 1、旱地土壤淹水后土壤PH值是（升高/降低/不变） 2、国际制、美国制和中国制中对于“砾”的直径尺寸要求都是大于_________ 3、草甸土、水稻土、沼泽土哪个是地带性土壤：________ 4、 N、P、K中哪些能被矿物固定：________ 5、土壤固相包括哪三个部分：______、________、_________ 6、土壤胶体吸附的Na+、Fe3+、H+中哪些是必须元素_______、哪些是有益元素_________ 二：名词解释（5分1题） 1、土壤肥力（农学家的定义）： 2、地下水临界深度： 三：计算题（10分1题） 1、从“孔度＝孔隙体积/土壤体积” 推导出“孔度＝1－（容重/密度）” 2、（记不清了） 四：实践题（10分1题） 1、试列举提高土壤有机质含量常用的三种措施，并简要解释原理 2、试列举提高土壤氮肥利用率的三种措施，并简要解释原理 3、为什么开垦土壤后土壤有机质会普遍减少？

五：问答题（15分1题） 1、比较团粒结构和非团粒结构土壤肥力特性差异 2、比较旱田和水田的水分运动方式的不同 六论述题（30分1题） 你认为肥沃的土壤应该具备哪些特性？ 09年中科院生态环境研究中心土壤学试题 一简答题 1.主要成土过程: 2.土壤污染物的类型及危害: 3.土壤氧化还原体系: 4.土壤磷循环: 二论述题 1.土壤水分的运动特点及对土壤养分迁移转化的影响; 2.列举一种农作物的耕作措施对土壤碳氮循环的影响; 3.有机质的物理化学生物分组及其对生态系统碳循环的影响。 中科院生态所2006土壤学试题 昨天考完，原来感觉不错，但是对了英语答案，我心悬了，本来估分有370左右的，现在难说了，反正英语问题不小。专业课我想100分以上应该可以吧。我在抄题目的时候老师制止了，还有最后一道25分大题没抄到。 一，名词解释每题5分 土壤土壤肥力粘土矿物电荷零点土壤污染土壤缓冲容量土壤微生物生物量消化作用富铝化作用土壤诊断层 二，简答题每题10分 1。简述高岭石，蛭石和绿泥石的结构特征和主要性质 2。简述土壤有机质转化过程（矿质化过程和腐殖化过程）

土壤微生物量碳氮的测定

土壤微生物量的测定 一、土壤微生物生物量碳（氯仿熏蒸－K2SO4提取－碳自动分析法） 1、试剂配制 （1）去乙醇氯仿制备：市售氯仿一般含有少量乙醇作为稳定剂，所以，使用前必须将其中的乙醇去掉。方法是量取适量的分析纯氯仿，按1 2（v : v）的比例与蒸馏水或去离子水一起放入分液漏斗中，充分摇动1min，慢慢放出底层氯仿于烧杯中，如此洗涤3次。得到的无乙醇氯仿中加入无水氯化钙，以除去氯仿中的水分。纯化后的氯仿置于暗色试剂瓶中，在低温（4℃）、黑暗状态下保存。注意：氯仿具有致癌作用，所有操作必须在通风橱中进行。 （2）氢氧化钠溶液[c（NaOH）= 1mol L-1] （3）硫酸钾浸提剂[c（K2SO4）= 0.5mol L-1]：取1742.6 g分析纯硫酸钾，用研钵磨成粉末装，倒于25L塑料桶中，加蒸馏水至20L，盖紧螺旋盖置于摇床（150 r min-1），溶解24 h。 （4）六偏磷酸钠溶液（5%，pH2.0）：50.0g分析纯六偏磷酸钠溶于800ml双蒸水，用分析纯浓磷酸调节至pH2.0，再用双蒸水定容至1L。注意：六偏磷酸钠溶解速度很慢应提前配制，且由于其易粘于烧杯底部，加热时常因受热不均使烧杯破裂。 （5）过硫酸钾溶液（2%）：20.0g分析纯过硫酸钾溶于双蒸水，定容至1L。注意：过硫酸钾溶液易被氧化，应避光存放，使用期最多为7d。 （6）磷酸溶液（21%）：37ml 85%分析纯浓磷酸与188ml双蒸水混合。 （7）邻苯二甲酸氢钾标准溶液[ρ（C6H4CO2HCO2K）= 1000mg C L-1]：2.1254g分析纯邻苯二甲酸氢钾（称量前先经105℃烘2～3h），溶于双蒸水，定容至1L。 2、仪器设备 碳–自动分析仪（Phoenix 8000）、真空干燥器（直径22cm）、水泵抽真空装置（图6–1）或无油真空泵、pH–自动滴定仪、塑料桶（带螺旋盖可密封，体积50L）、可密封螺纹广口塑料瓶（容积1.1L）、高温真空绝缘酯（MIST–3）、烧杯（25、50、80ml）。 3、操作步骤 （1）土壤前处理 新鲜土壤应立即处理或保存于4℃冰箱中，测定前先仔细除去土壤中可见植物残体（如根、茎和叶）及土壤动物（如蚯蚓等），过筛（孔径< 2mm）并混匀。如果土壤过湿，应在室内适当风干，并经常翻动，以避免局部干燥，至土壤含水量约为田间持水量（Water-holding capacity，WHC）的40%（以手感湿润疏松但不结块为宜）。如果土壤过于干燥，用蒸馏水调节含水量至田间持水量的40%。将土壤置于密封的塑料桶内，在25℃下预培养7～15d，桶内有适量水以保持相对湿度为100%，并在桶内放一小杯1mol L-1 NaOH溶液以吸收土壤呼吸产生的CO2。这些过程是为了消除土壤水分限制对微生物的影响，以及植物残体对测定的干扰。经预培养的土壤应立即分析，否则，应置于4℃下保存，但分析前需在上述条件下至少再培养24h。 （2）熏蒸

最新973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究汇总

973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究

项目编号：2002CB412500 项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究 起止年月：2002年12月-2007年8月 项目首席科学家： 刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所 项目依托部门：中国科学院 经费预算：2000万元

一、主要研究内容 项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。 二、预期目标 1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观测 网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律， 构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。 2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过 程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变

陆地土壤碳循环的研究动态

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) Research State of Soil C arbon Cycling in Terrestrial Ecosystem .Wang Yexu ,Zhao Shidong ,Niu Do ng (Commission for Integrated Survey of Natural Resources ,Academia Sinica ,Beijing ,100101).Chines e Journal of Ecology ,1999,18(5):29-35. Soil carbo n pools and respiration play an impo rtant role in the g lobal carbon budget ,and they are also essential to understand the soil carbon cycling fo r the prediction of future atmospheric CO 2concentra -tio n and understanding the structure and function of soil ecosystem .T he key aspects in the research o f soil carbon cycling were presented ,including the different w ay s of estimate of soil carbon pools ,the relationships betw een soil carbon cy cling and global chang e ,and the basic methods for the mod -eling of soil carbon cycling . Key words :soil ecosy stem ,carbon pools ,carbon cycling . ＊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CO 2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CO 2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)∶29-35 Chinese Journal of Ecology

洞庭湖湿地土壤碳氮磷及其与土壤物理性状的关系

洞庭湖湿地土壤碳、氮、磷及其与土壤 物理性状的关系 3 彭佩钦 1,233 　张文菊2,3　童成立2　仇少君1,2　张文超 1,2 (1湖南农业大学资源环境学院,长沙410128;2中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125; 3 华中农业大学资源环境学院,武汉430070) 【摘要】　以洞庭湖3类典型湿地的8个土壤剖面为代表,研究了土壤碳、氮、磷,微生物量碳、氮、磷和土壤 物理性状的分布特征.结果表明,土壤表层有机碳含量为19163～50120g ?kg -1 ,微生物量碳为424163～ 1597136mg ?kg -1 ,微生物量碳占有机碳的比例为3117%～4182%;土壤表层全氮1185～4145g ?kg -1,微生物量氮57190～259147mg ?kg -1,微生物量氮占全氮的比例3113%～6142%;土壤表层微生物量磷含量顺序为:湖草洲滩地(200199mg ?kg -1)>垦殖水田(163127mg ?kg -1)>芦苇洲滩地(24116mg ?kg -1),微生物量磷占全磷的比例为1109%～11120%;土壤表层容重0165～1104g ?cm -3;土壤表层粘粒(<01001mm )26124%～39148%.土壤表层有机碳、全氮、微生物量氮、微生物量磷的含量,湖草洲滩地>垦殖水田>芦苇洲滩地.土壤表层微生物量碳,垦殖水田和湖草洲滩地接近,而大于芦苇湿地;土壤表层容重,芦苇洲滩地>垦殖水田>湖草洲滩地;土壤表层<0101mm 、<01001mm 粘粒,湖草洲滩地、芦苇洲滩地>垦殖水田.湿地土壤剖面中有机碳、微生物量碳、全氮、微生物量氮、微生物量磷、容重以及微生物量碳占有机碳的比例、微生物量氮占全氮的比例、微生物量磷占全磷的比例均随深度的增加而降低,至一定深度稳定,而土壤全磷在剖面上下的差异很小.湿地土壤微生物量碳、氮、磷之间呈极显著的正相关关系;土壤容重与有机碳、全氮、微生物量碳、氮、磷之间呈极显著指数负相关关系.湿地土壤<01001mm 粘粒与有机碳、全氮、微生物量碳、氮、磷含量呈极显著对数正相关关系.关键词　湿地　土壤微生物量碳氮磷　容重　粘粒　土壤剖面文章编号　1001-9332(2005)10-1872-07　中图分类号　S15316　文献标识码　A Soil C,N and P contents and their relationships with soil physical properties in w etlands of Dongting Lake floodplain.PEN G Peiqin 1,2,ZHAN G Wenju 2,3,TON G Chengli 2,Q IU Shaojun 1,2,ZHAN G Wenchao 1,2(1College of Resource and Environment ,Hunan A gricultural U niversity ,Changsha 410128,China ;2Key L ab 2oratory of S ubt ropical A gro 2ecology ,Institute of S ubt ropical A griculture ,Chinese Academy of Sciences ,Chang 2sha 410125,China ;3College of Resource and Environment ,Huaz hong A gricultural U niversity ,W uhan 430070,China ).2Chin.J.A ppl.Ecol .,2005,16(10):1872～1878. Eight representative soil profiles were installed on three types of wetland (two profiles on Carex spp.2dominated floodplain ,four on Phragmites 2dominated floodplain ,and two on paddy soil )in Dongting Lake floodplain of Chi 2na in 2004,and their C ,N and P contents ,microbial biomass C ,N and P ,<01001mm clay particles ,and bulk density were measured.The results indicated the s patial distribution of soil C and N and soil microbial biomass C ,N ,and P were very similar in the profiles (0～100cm )of three types of wetland ,being decreased gradually with depth ,except for soil TP which was constant in the profiles.The percentages of soil microbial biomass C ,N and P to soil organic C ,total nitrogen and total phosphorus decreased gradually with depth.In top layer (0～10cm ),the contents of soil organic C and microbial biomass C and the percentage of soil microbial biomass C to organic C were 19163～50120g ?kg 21,424163～1597136mg ?kg -1,and 3117%～4182%,respectively ,the contents of soil total N and microbial biomass N and the percentage of soil microbial biomass N to total N were 1185～4145g ?kg -1,57190～259147mg ?kg -1,and 3113%～6142%,respectively ,and the content of soil microbial biomass P and the percentage of soil microbial biomass P to soil total P was 24116～200199mg ?kg -1and 1109%～11120%,respectively.The bulk density of soil top layer (0～10cm )was 0165～1104g ?cm -3,and the content of <01001mm clay particles was 26124%～39148%.The contents of soil organic C and N and microbial biomass N and P in 0～10cm layer were the highest in Carex spp.2dominated floodplain ,followed by paddy soil ,and Phragmites 2dominated floodplain.Also in 0～10cm layer ,the soil microbial biomass C in Carex spp.2dominated floodplain and paddy soil was higher than that in Phragmites 2dominated floodplain ,while the soil bulk density in Phragmites 2dominated floodplain was higher than that in paddy soil ,and much higher than that in Carex spp.2dominated floodplain.The amount of soil <01001mm clay particles in Carex spp.2dominated flood 2plain and Phragmites 2dominated floodplain was higher than that in paddy soil.In these three types of wetland ,soil organic C and N and microbial biomass C ,N and P had a significant logarithm correlation (P <0101)with <01001mm clay particles ,and a significant index correlation (P <0101)with bulk density.K ey w ords Wetland ,S oil microbial biomass C ,N ,and P ,Bulk density ,S oil clay granule ,Profiles. 3中国科学院知识创新工程项目(KZCX32SW 2426、KZCX12SW 201214)、国家重点基础研究发展规划项目(2002CB415203)和中国科学院知识创新领域前沿资助项目(02200220020223).33通讯联系人. 2004-12-07收稿,2005-04-04接受. 应用生态学报　2005年10月　第16卷　第10期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct.2005,16(10)∶1872～1878