冻融过程与陆地生态系统碳循环的相互关系研究进展

全球变化与可持续发展研究是当今地学研究的两大主题,陆地生态系统碳循环对全球变化影响重大。冻土中的碳储量占据全球陆地碳储量的重要份额,它对气候变化十分敏感,是气候变化的指示器,研究冻土地区土壤的冻融过程及其与陆地生态系统碳循环之间的相互关系对于全球变化研究具有重要意义。在总结冻融对碳循环过程影响机理的基础上,回顾了国内外关于冻融影响下碳循环模拟研究的主要进展,指出了其存在的主要问题,并对未来冻融与碳循环研究发展趋势做了初步的展望。     

土壤碳素固定及其稳定性对土壤生产力和气候变化的影响研究

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中起着非常重要的作用。本文论述了土壤有机碳对土壤生产力和气候变化的影响。阐述了影响土壤碳含量的各种自然因素和人为因素。对土壤碳素固定以及影响土壤碳素平衡的物理、化学及生物稳定性的各种机理进行了详细评述,阐明了土壤有机碳调控的方法和途径。为控制和调节土壤有机碳储量提供了理论依据。这对今后提高土壤生产力、利用土壤的固碳潜力来降低大气中二氧化碳的浓度和缓解气候变化有着非常重要的意义。     

大气CO2浓度升高对陆地生态系统土壤固碳的可能影响

陆地生态系统碳循环是伞球碳循环的重要组成部分,在全球碳收支中占主导地位.大气CO2浓度升高直接或间接地影响土壤碳的固定,碳在土壤的不同固定机理反映了碳的稳定性和周转过程,本文综述了影响碳固定的物理、化学和生物学机理,土壤碳固定的不同状态发生的主要机理不同;受大气CO2浓度升高影响时间长短不一,主要过程有所侧重,但三种机理相互影响.     

氮输入对陆地生态系统碳库的影响研究进展

碳氮循环是生物地球化学的重要过程。陆地生态系统碳循环在全球碳收支中占有重要的地位,人类活动导致生态系统中氮含量增加,影响土壤和植物体中碳的积累与重新分配,对陆地生态系统不同的碳过程产生不同的影响。本文综述了近年来氮输入的研究现状,并对未来的研究方向做了展望,提出今后重点研究的方向。     

“全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演”项目概述与研究进展

准确评估全球碳循环是准确估算未来大气CO₂浓度、预测气候变化的关键。目前全球陆地与海洋碳源汇估算时空不确定性大。除碳循环模式理论和认知存在缺陷外,全球尺度上缺乏精细时空分辨率的生态系统碳循环参数观测数据是造成全球碳循环估算存在巨大不确定性的重要原因之一。为此,项目以立体观测为技术手段,通过协同全球台站观测资料和多源卫星遥感数据,研制要素齐全的高质量陆地与海洋生态系统碳循环关键参数产品（GLOCC）,不仅包括主要碳源汇直接观测产品,如陆地生态系统生产力、生物量、土壤碳库和海水二氧化碳分压、海水颗粒有机碳等;还包括陆地与海洋生态系统光合作用关键参数以及碳循环模型过程关键变量。项目执行3 a多来,收集与处理了1981~2019年来的28种国内外卫星数据和19种全球碳循环产品生产相关的全球遥感产品,攻克了多源卫星遥感数据的一致性处理关键技术,发展了陆地与海洋生态系统碳循环关键参数的高精度卫星反演关键技术,初步研制了GLOCC碳参数产品生产与共享平台,并通过集成国内外卫星遥感数据,将部分陆地生态系统碳参数的时间分辨率从8 d提高到5 d。目前已经有7个GLOCC产品在国内外多个数据中心提供了产品共享服务。项目预期能够为全球变化研究提供时空分辨率高、时间序列长、碳循环参数全的遥感产品,并服务于全球碳源汇准确估算需求,并提供全球和区域碳收支的重要科学数据。     

沼泽垦殖前后土壤呼吸与CH4通量变化

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在碳的储存中起着重要作用。湿地垦殖后,在相同季节根层土壤温度明显高于沼泽湿地土壤,但垦殖后土壤有机碳、氮素含量明显降低,C:N比值减小,土壤呼吸通量增大,且具有季节性变化。垦殖8年的农田土壤,呼吸通量大于垦殖15年的农田土壤,弃耕后土壤有机碳含量及土壤呼吸强度有所增加,土壤呼吸通量与土壤温度呈显著正相关关系。沼泽湿地土壤为大气CH4的重要源,通量季节性变化明显,沼泽垦殖后农田土壤成为CH4的汇,不同垦殖年限土壤间CH4通量差异性不大。     

土壤有机碳稳定性及其影响因素

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。土壤有机碳的降解包括生物降解作用和物理化学降解作用等,生物降解作用是主要的过程。把土壤有机碳库分成活性碳库、慢性碳库、惰性碳库,能较好地与土壤微生物的生物降解过程相对应。构建土壤有机碳稳定性概念模型,能更系统地理解有机碳在土壤中的稳定机制。     

浅谈土壤有机碳密度及储量的估算方法

土壤有机碳储量、分布在陆地碳循环中起着重要的作用。本文阐明了土壤有机碳密度及储量的重要意义,主要介绍了国内外几种重要的有关土壤有机碳储量的估算方法及其优缺点,为全面而细致准确地估算我国土壤有机碳储量提供了可能途径。     

陆地碳循环中的微生物分解作用及其影响因素

土壤微生物是有机物的主要分解者,在陆地生态系统碳循环中扮演着重要角色,土壤微生物活性与底物性质和环境因子密切相关,环境条件的改变对微生物的分解活动影响很大。本文概述了制约有机物分解的因素,包括有机物自身的物理化学性质、非生物因素(温度、水分和通气状况、pH值、粘粒含量、激发效应等)和生物因素等。人为活动(如土地利用/覆被变化)和气候变暖对土壤微生物活性具有一定的影响并产生相应的陆地碳循环变化。最后提出了陆地生态系统碳循环与土壤微生物驱动相关联的研究热点问题。     

软件开发新技术在土壤碳呼吸实时监测系统中的应用

研究以土壤碳呼吸作为工作基础,充分分析了仪器数据格式,总结了传输数据流中的关键字(项目主要监测数值土壤碳通量的关键字为EXPFLUX),并基于.NET技术开发了实时传输数据解析软件,解决了研究过程中的国外仪器数据传输解析的问题.利用开源软件开发技术,实现了监测点位的分布展示、动态曲线图表生成、Excel数据导入导出等功能,为更好地进行土壤碳呼吸监测,提高科研工作效率,提供了保障.     

森林土壤有机碳库组分定量化研究

用一级动力学方程研究了贵州省黎平县森林土壤活性、缓效性和惰效性有机碳库的变化及分解速率,模拟结果表明:各土壤剖面的土壤活性碳库一般占总有机碳的0.5%~7.6%,平均驻留时间(M ean Residue Tim e,MRT)为41~64天;缓效性碳库占总有机碳的45%~71%,平均驻留时间为3~30年;采用酸水解法测定惰效性碳库的库容,一般占总有机碳的20%~50%。活性碳库的变化规律为混交林>阔叶林>针叶林,缓效性碳库中混交林最大,其它两种林分规律不明显;不同林龄的杉木(8年,16年,40年),非活性碳库(缓效性碳库和惰效性碳库之和)的含量变化规律为40年>16年>8年,说明40年生的杉木下土壤固碳能力比8年和16年的强;16年的又比8年的强。     

长期施肥对黑土呼吸过程的影响

土壤呼吸是土壤有机C矿化分解,释放无机养分的重要生物化学过程。对公主岭地区长期有机肥(不施有机肥、施中量和高量有机肥处理)与化肥(不施化肥、施用N、NP、NPK化肥)配合施用的12个处理的黑土进行室内好气培养(196天),采用一级动力学方程模拟土壤的呼吸过程,结果表明,有机肥和化肥的施用能显著增加土壤呼吸释放的CO2 -C的累积量,提高土壤中潜在矿化的有机碳含量及其占土壤有机质的比例,促进土壤有机质中无机养分的释放,有利于提高土壤养分的有效性,改善黑土的供肥状况。有机肥与NPK化肥配合施用效果更为明显。     

江苏表层土壤有机碳密度和储量估算和空间分布分析

基于1:50万的江苏土壤图和江苏土壤的数据,运用地理信息系统技术,对江苏表层土壤有机碳密度及储量做出估算,并且分析了土壤有机碳密度的空间分布差异。结果表明:土壤有机碳密度介于4.2kgm-2到20.32kgm-2之间,土壤有机碳储量为673892.8×106kg;土壤有机碳密度具有高度的空间变异性,兴化、南通和无锡的有机碳密度最高,沿海地区的有机碳密度比较高,最低的为淮阴及其附近地区。     

Assessing FPAR source and parameter optimization scheme in application of a diagnostic carbon flux model

The combination of satellite remote sensing and carbon cycle models provides an opportunity for regional to global scale monitoring of terrestrial gross primary production, ecosystem respiration, and net ecosystem production. FPAR (the fraction of photosynthetically active radiation absorbed by the plant canopy) is a critical input to diagnostic models, however little is known about the relative effectiveness of FPAR products from different satellite sensors nor about the sensitivity of flux estimates to different parameterization approaches. In this study, we used multiyear observations of carbon flux at four eddy covariance flux tower sites within the conifer biome to evaluate these factors. FPAR products from the MODIS and SeaWiFS sensors, and the effects of single site vs. cross-site parameter optimization were tested with the CFLUX model. The SeaWiFs FPAR product showed greater dynamic range across sites and resulted in slightly reduced flux estimation errors relative to the MODIS product when using cross-site optimization. With site-specific parameter optimization, the flux model was effective in capturing seasonal and interannual variation in the carbon fluxes at these sites. The cross-site prediction errors were lower when using parameters from a cross-site optimization compared to parameter sets from optimization at single sites. These results support the practice of multisite optimization within a biome or ecoregion for parameterization of diagnostic carbon flux models.     

Satellite-derived leaf-area-index and vegetation maps as input to global carbon cycle models-a hierarchical approach

The observed rise of the concentration of carbon dioxide over the last 30 years has intensified interest in the study of the global carbon cycle. The key role of vegetation in this cycle is clearly demonstrated by the semi–annual variations of the carbon dioxide concentration in a given hemisphere. The primary variables of interest are the net primary productivity and the biomass on a global scale and the key to their estimation is the leaf-area index (LAI). A global determination of the LAI is practical only with remote-sensing satellite systems. A hierarchical approach to obtaining a LAI map of deciduous boreal forests, which contain a significant part of the total global carbon reservoir using satellite data is presented. The results show that it is very important to understand the nature of the basic physical interaction of solar radiation with canopy biophysical characteristics, if meaningful estimates of these variables are to be made. This understanding has been achieved using ground, helicopter and aircraft measurements made very near to the area covered by the LANDSAT satellite.