丘陵区退耕还林对生态系统碳储量和固碳潜力的影响研究——以达州市达川区为例

为了探究丘陵区退耕还林对生态系统碳储量和固碳潜力的影响,该文以达州市达川区为例,采用野外调查与生物量实测法,对丘陵区退耕还林的固碳作用进行了研究。研究结果表明,造林后生态系统的碳储量和碳库碳储量随着林龄的增长呈现出一定的变化趋势,其中,植被碳储量随着林龄的增长整体上呈现出不断上升的发展趋势。从生态系统的固碳潜力来看,在当前特定的气候条件和干扰强度下,达州市达川区退耕还林工程所种植的马尾松林25年的生态系统固碳潜力为211.61 mg/hm^(2);从碳库组成角度来看,马尾松林的固碳潜力占比以活生物量和死有机残体为主,其固碳量为162.65 mg/hm^(2),占据了生态系统固碳量的77%,而土壤碳库固碳潜力占比为23%。

茂兰喀斯特地区土地利用覆盖变化对土壤有机碳储量及固碳潜力的影响研究

选取茂兰自然保护区4种土地利用/覆盖方式(原生林、次生林、灌丛和草地),采集0~30cm的土样,分析了4种土地利用/覆盖方式下土壤有机碳的含量、密度及其储量。研究结果表明,各土地利用/覆盖方式下,土壤有机碳含量的大小依次为原生林>次生林>灌丛>草地;在4种不同的土地利用与覆盖类型中,表层土壤的有机碳密度最高,并且随着土壤深度的增加,其密度逐渐下降;对于4种土地利用/覆盖方式,土壤有机碳储量最高的为原生林(197.02t·hm^(-2)),其余依次为次生林(170.89t·hm^(-2))、灌丛(136.66t·hm^(-2))和草地(91.34t·hm^(-2))。以原生林土壤碳储量为参考,次生林、灌丛和草地土壤固碳潜力分别为26.13t·hm^(-2)、60.36t·hm^(-2)和105.68t·hm^(-2),表现出较大的固碳潜力。因此,通过合理的土地管理和恢复措施,促进土地利用/覆盖类型向原生林方向演替,有望显著提高该区域的土壤固碳能力,从而为我国实现碳中和目标作出贡献。

“双碳”背景下我国稻田生态系统土壤固碳潜力分析

稻田生态系统作为人为耕作条件下形成的土壤生态系统,具有较高的固碳能力和潜力,对我国农业领域实现“双碳”目标具有重要意义。本文基于遥感技术提取2021年的我国水稻种植区信息,构建了5995个图斑模拟单元,应用反硝化-分解(DNDC)模型模拟了2021—2040年全国稻田表层土壤有机碳(SOC)密度的空间分布情况,预测了我国未来稻田SOC的变化趋势。结果表明,在现有种植条件下全国稻田土壤呈现碳汇状态,2021年的稻田表层土壤(0~20 cm)碳储量平均值为4.1 Pg C, 2030年、2040年的对应值分别为4.32 Pg C、4.49 Pg C,稻田土壤碳储量表现为逐年上升趋势;2021—2030年的稻田土壤的固碳潜力为22 Tg C/a,2030—2040年为17 Tg C/a,年均变化率趋缓,稻田土壤固碳潜力逐渐达到饱和状态。未来20年,我国绝大部分地区的稻田SOC密度将出现变化,增加面积明显高于下降面积,最高增长率为9.2%,最大下降率为8%。情景模拟表明,秸秆还田、化肥施用可显著提高稻田土壤的碳储量。相关结论在充分利用稻田土壤的碳汇功能、降低温室气体排放、推进农业领域“双碳”目标等方面具有科学意义和应用价值。

油松主要分布区林分碳储量特征与固碳潜力

根据北京市、河北省、辽宁省、陕西省、内蒙古自治区的油松(Pinus tabuliformis)资源二类调查数据,使用材积源生物量法结合油松含碳率计算中国油松主要分布区油松林碳储量与碳密度,分析不同地区、龄组、林种、起源的油松林碳储量分布特征与固碳潜力。结果表明:油松5个主要分布区的油松林总面积为243.09万hm^(2)、总蓄积为11175.75万m^(3)、总碳储量为5043.38万t,平均碳密度为20.75 t·hm^(-2)。油松天然林碳储量为1660.14万t,碳密度为25.77 t·hm^(-2)。油松人工林碳储量为3383.24万t,碳密度为18.94 t·hm^(-2)。油松人工林碳储量高于天然林,占全部碳储量的67.08%。不同龄组中,碳储量最大是油松中龄林,为2032.38万t,占全部碳储量的40.30%;碳储量最小的为过熟林,占全部碳储量的2.32%。油松各龄组平均碳密度随林龄的增加而增加。不同林种中,碳储量来源主要为防护林及用材林,共为4360.45万t,占全部碳储量的86.46%。5处主要分布区的油松林固碳潜力为5285.63万t,相当于现有油松碳储量的1.88倍,其中,中幼龄林固碳潜力为4904.46万t,是油松林固碳潜力所在。油松林具有明显的固碳增汇能力,其人工林为油松碳库的主体,中幼龄油松林具有巨大的固碳潜力,需加强油松人工中幼龄林的抚育及管理。

基于Century模型的麦玉两熟农田土壤固碳潜力研究——以河南省襄城县为例

为研究农田土壤固碳潜力和有效的农业管理措施,选取河南省襄城县一个麦玉两熟农田长期监测点作为研究对象,运用Century模型模拟监测期间(2010—2023年)土壤有机碳的动态变化过程,并与实测数据进行对比,验证Century模型的适用性。同时选取一种基础农业管理措施和4种优化后的农业管理措施,运用Century模型模拟预测未来20 a(2024—2043年)的土壤固碳潜力。监测点在监测期的土壤有机碳密度年均增加0.31 Mg/hm^(2),呈现“碳汇”状态,原因主要是增加了氮肥施用量。Century模型验证结果显示:模型在模拟和预测土壤有机碳动态变化过程中具有良好的适用性,其中基础农业管理措施条件下土壤固碳潜力较低,保持较弱“碳汇”状态且状态较为稳定,而少耕和50%秸秆还田相结合的农业管理措施条件对土壤有机碳动态变化过程影响最大,土壤固碳潜力最高,是最为有效的农业管理措施。在河南省麦玉两熟农田地区实施和推广优化后的农业管理措施是提升土壤固碳能力的重要手段,对缓解温室效应和实现国家粮食安全具有重要意义。

红层区耕地土壤有机碳储量估算与固碳潜力分析

土壤有机碳储量是衡量土壤养分和环境质量的关键指标,对土地的开发利用和实现碳中和具有重要意义,但目前有关红层区耕地土壤有机碳储量的研究尚少。本文以连州红层区耕地0~20 cm表层土壤为研究对象,利用普通克里金插值法估算土壤有机碳密度与储量并分析其分布特征,计算其土壤固碳潜力。结果显示,2007—2019年间有机碳密度整体呈下降趋势,平均有机碳密度从4.624 kg/m^(2)下降至2.668 kg/m^(2),有机碳储量由1.99×10^(9)kg下降为1.21×10^(9)kg,土壤固碳潜力为9.42×10^(8)kg。连州红层区耕地土壤有机碳储量大幅下降的主要原因为其农业条件存在灌溉设施薄弱、耕地利用强度高、肥料投入不足和缺少精准施肥等问题,通过改善农田基本设施、减少农田弃耕撂荒、降低土壤的高强度利用、科学合理施用化肥等措施,可提高连州红层区耕地土壤有机碳储量,促进连州农业绿色低碳可持续性发展。

中国森林碳储量变化及固碳潜力的研究

基于第2~9期中国森林资源清查数据,估算全国森林碳储量,分析不同植被类型、林种、林分起源和龄组的碳储量、碳密度和碳汇,并进行了固碳潜力评估;核算不同林地类型和不同省份的碳容量以及固碳潜力,探讨空间溢出效应及驱动因素。结果表明,1977-2018年,中国森林总碳储量增长近1倍,从4566.37Tg C上升为8823.43Tg C,碳储量的贡献以乔木林为主。其中,阔叶混和栎类的碳储量最高,分别占森林总碳储量的6.64%~32.62%和8.47%~20.79%。此外,过熟林的碳密度最高,但其面积最小。因此,中国有巨大的碳汇潜力,对生态环境改善具有显著的降碳效应。

黑龙江省齐齐哈尔五县碳存储量空间变化规律及固碳潜力研究

黑龙江省齐齐哈尔地区的拜泉、依安、富裕、克山和克东五县市是中国著名的黑土之乡,也是中国最重要的粮食产区。近年来,该区域有关有机碳和全碳密度及储量的研究较少。依托松嫩平原齐齐哈尔地区黑土地地表基质调查的土壤有机碳及全碳测试结果对研究区平原地区地表20 cm以浅的有机碳和全碳储量、密度、空间分布及固碳潜力进行研究,并使用主成分分析法对影响有机碳储量变化的因素进行分析。通过研究得出,黑龙江省齐齐哈尔市五县全碳储量为82.17 Mt,有机碳储量为67.93 Mt,属较高水平。地统计分析结果指示,地区内有机碳储量具有一定空间自相关性,其主控因素主要为嫩江的水蚀作用,其次为土壤类型和土地利用类型的变化。研究区表现出了较强的碳汇效应,表层土壤有机碳的固碳潜力为20.10 Mt,属于较高水平。研究结果表明,稳定良好的土壤环境有利于碳的富集和汇聚,N、S、Se、P等元素的富集对固碳具有极高价值,K_(2)O、Na_(2)O等无机盐的增加和土壤沙化等生态脆弱现象对碳储和碳汇影响较大。

新疆绿洲生态系统固碳潜力研究

净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是表征陆地碳循环的重要指标,它可以反映陆地生态系统的碳汇能力。面对我国实现“碳达峰”与“碳中和”的“双碳”目标,提升陆地生态系统固碳能力是重要途径之一。新疆地域面积广阔、植被恢复潜力巨大,评估新疆生态系统碳固存现状,挖掘碳固存潜力,对积极响应并实现国家“双碳”目标具有重要的现实意义。本研究基于Carnegie Ames Stanford Approach(CASA)模型,结合土地利用数据、遥感数据以及气象(气温、降水和太阳辐射)数据,模拟2001—2020年新疆NPP,通过Sen-MK方法分析NPP的变化特征趋势,并利用Pearson相关分析法分析NPP变化与气候因子之间的影响关系,进一步采用2001年和2020年不同土地利用及植被情景,以及Miami模型模拟的纯气候情景下NPP的变化格局,最终获取新疆NPP的最大潜力及NPP的最大增量。结果表明:(1)2001—2020年间新疆NPP总体表现为波动上升趋势;(2)在气候因素的影响中降水对新疆NPP产生的影响最大;(3)新疆的主要土地利用类型中耕地的NPP较大且耕地面积呈现增加趋势;(4)新疆整体NPP的增量潜力达79.43 g C·m^(-2)。本研究可以为新疆实施生态恢复以及耕地保护措施等提供参考依据。

三沙湾海水养殖固碳潜力评估与空间格局分析

文章以福建省典型养殖海湾三沙湾为研究区域,对区域内养殖现状开展调查,并对三沙湾养殖固碳量及价值量进行核算。结果显示,2022年三沙湾养殖总产量66.47万t,其中贝藻养殖产量26.67万t;优势经济物种包括大黄鱼、鲍鱼、海带、江蓠和牡蛎。测定不同养殖生物含碳率存在时空差异,其中养殖生物软组织含碳率为23.67%~43.89%,养殖贝类贝壳含碳率为11.12%~15.05%;海带含碳率随生长周期降低,而贝类含碳率在生长过程无显著差异。经核算,2022年三沙湾海水养殖牡蛎、海带、江蓠等不投饵贝藻类养殖可从水体中移出碳约2.91万t,相当于减排二氧化碳10.67万t,可创造经济价值161.74万元,具有良好的固碳潜力与经济效益。鲍鱼、大黄鱼、海参等投饵型养殖生物在养殖过程中引入外来碳源约92.55万t,饵料的投入和养殖结构不合理是导致投饵型养殖碳固存能力弱的重要因素。文章聚焦典型养殖海湾的渔业固碳能力核算,并针对投饵型养殖生物的碳固存能力进行探讨,研究结果能够为该区域养殖规划和水产养殖行业的绿色升级转型提供科学支持。

工业固废矿化封存CO_(2)的研究进展及固碳潜力评估

目前,CO_(2)捕集与封存技术是最有效的碳减排方法。相较于与天然矿石,工业固废具有较高的钙、镁基等碳化活性组分,是理想的矿化原料。本文初步介绍了工业固废中碳化活性组分,重点阐述钢渣、电石渣、粉煤灰及磷石膏矿化封存CO_(2)研究现状及制备建筑材料,从直接固碳量和间接固碳量两方面评估工业固废矿化CO_(2)碳减排潜力。结果表明:工业固废间接固碳量远高于直接固碳量。

黄土丘陵区两种主要退耕还林树种生态系统碳储量和固碳潜力

黄土丘陵区是中华文明的起源地,而原有植被却遭受严重破坏。因此,自20世纪70年代末开始的三北防护林工程、退耕还林工程和天然林保护工程等大型生态恢复工程,在本区均有大面积分布。这些工程已经对生态恢复起到重要作用,并将对全球碳素循环起到积极作用。以黄土丘陵区的主要造林树种——油松(Pinus tabulaeformis Carr.)和刺槐(Robinia pseudoacacia L.)为研究对象,共设置样方28个,测定森林乔木、灌木、草本生物量及凋落物碳储量;钻取并分析土样516份,获得土壤有机碳储量。结合文献数据和农田碳储量数据,建立0—86年生油松林和0—56年生刺槐纯林生态系统碳储量-林龄序列;在此基础上分析造林对生态系统碳储量和固碳潜力的影响。结果表明,造林后的油松林和刺槐林生态系统的植被、凋落物及土壤碳储量逐渐增加;在没有人为干扰的情况下,19、27、36、86年生油松林生态系统碳储量分别为70.76、143.43、167.30、271.23—332.26Mg/hm2;8、17、39年生刺槐林生态系统碳储量分别为80.37、94.08、140.77 Mg/hm2。受间伐干扰、45、52年生油松林生态系统碳储量分别为136.42、168.56 Mg/hm2,相对于没有人为干扰的油松林,其植被碳储量明显下降,而土壤碳储量保持稳定甚至升高。受乱砍滥伐干扰的71年生油松林和56年生刺槐林的生态系统碳储量分别为118.87、76.99 Mg/hm2,相对于没有人为干扰的森林,其植被碳储量和土壤碳储量均呈明显下降趋势。种植油松林之后的86a时间内,其生态系统固碳潜力为211.61—272.64 Mg/hm2;而种植刺槐林、在39a时间内的生态系统固碳潜力为81.15 Mg/hm2。

基于森林资源二类调查数据的森林碳储量和固碳潜力评估——以西藏自治区扎囊县为例

基于森林资源二类调查数据,运用生物量转换因子法和单位面积平均生物量法,估算西藏自治区扎囊县森林生物量,再乘以含碳系数估算森林碳储量。根据生物群落演替的顶级理论和空间代替时间法,以成熟林碳储量作为森林生物量碳容量参照,应用森林生物量碳容量与当前(或某一年)森林碳储量的差值估算森林固碳潜力。结果表明,扎囊县森林植被碳储量为768751.91 t。灌木林是青藏高原的原生植被,碳储量占森林碳储量的84%,发挥着重要的固碳作用。扎囊县森林资源以发挥生态防护功能为主要目的,有利于森林自然生长积累碳储量,防护林面积和碳储量占森林面积和碳储量比例均高达99%。乔木林碳储量按起源以人工林为主,占91%;按树种以柳树和杨树为主,占90%;在龄组方面,中龄林、近熟林和成熟林碳储量较大,占88%。随着龄组增大,从幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林到过熟林,碳密度依次增大,从1.17 t/hm2到55.67 t/hm2。乔木幼龄林、中龄林和近熟林在乔木林面积中占88%,但是碳密度远低于乔木成熟林的平均碳密度40.28 t/hm2。随着乔木林从幼龄林逐步成长为成熟林,碳储量将显著增大。乔木林固碳潜力为251782.90 t,是乔木林碳储量的2.21倍。宜林地、无立木林地、未成林造林地和苗圃地固碳潜力与面积大小正相关,固碳潜力为365947.81 t。相应的措施可以进一步提高森林碳汇:封山(沙)育林等措施促进灌木林资源发展,稳定并提高灌木林面积和覆盖度;全面提升森林经营管理水平,提高森林资源质量;继续推进重点林业工程建设,因地制宜开展人工造林和封山育林,提升森林资源培育水平,确保人工造林成效。

长江上游地区农作物碳储量估算及固碳潜力分析

以长江上游地区1995、2000、2004年农作物经济产量统计资料及部分气象站点的月均气象数据为依据，利用相关数学模型，结合地理信息系统（GIS）空间分析方法，对长江上游地区农作物碳储量及碳密度值进行估算，进一步分析了长江上游农业主产区四川盆地的农作物固碳潜力。研究结果表明：1995～2004年，长江上游地区农作物碳储量整体呈现先增大后减小的趋势，1995～2000年增加了9．3％，2000～2004年减少了6．4％；碳密度值总体空间分布呈现出东南地区高，而西北地区低的特征；四川盆地具较大的固碳潜力优势，充分挖掘该区尤其是盆地丘陵区的农作物生产潜力是提高长江上游地区农田生态系统固碳能力和实现其碳汇功能的关键所在。

不同耕作措施下江苏省稻田土壤固碳潜力的模拟研究

以江苏省稻田为对象,整合DNDC和1:100万土壤数据库,以土壤图斑为基本模拟单元,定量估算少耕、免耕和综合措施(少耕+30%秸秆还田)下江苏省稻田土壤的固碳潜力(0～30 cm)。模拟结果表明:相对于传统耕作,采用少耕、免耕和少耕+30%秸秆还田均可明显地增加稻田SOC的积累,其在2009—2050年间的固碳潜力分别为24.5、47.7和43.8 Tg。免耕和少耕+30%秸秆还田条件下稻田固碳速率大约是少耕的2倍。结合实际情况,少耕+30%秸秆还田将是最可行的固碳措施之一。

中国农田生态系统土壤碳库的饱和水平及其固碳潜力

在利用反硝化-分解(DNDC)模型估算中国分县农田土壤碳库及其变化量的基础上,分析中国分省农田土壤碳库的饱和水平,估算各省市自治区农田土壤的固碳潜力,比较旱田与水田固碳能力的差异。结果表明:笔者所得到的中国农田土壤碳库的饱和水平可代表在1990年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下农田土壤经过耕种后所能达到的碳含量的平衡值,为农田选择土地利用方式、耕作栽培措施和施肥方式以固定更多的碳素提供依据。在分布上,中国农田土壤碳库的饱和水平以华北地区较低,以华北地区为中心向外呈辐射状递增。在1990年的土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤的固碳潜力为-0.969 Pg。从单位面积的固碳潜力看,以西藏自治区最高,黑龙江省最低;从分布看,从南向北有逐渐递减的趋势。中国水田比旱田有更大的固碳能力。

辽河三角洲河口芦苇沼泽湿地植被固碳潜力

增加陆地生态系统碳汇是一种有效应对CO2浓度升高的措施。河口湿地是一类特殊的陆地生态系统,是生产力最高的生态系统之一。研究河口湿地的固碳潜力对准确评估河口湿地碳汇、发挥和提高湿地固碳功能具有重要意义。通过野外调查和数值模型,量化研究了辽河三角洲河口沼泽湿地的植被固碳潜力。根据区域的实际情况,将植被的固碳潜力分为湿地演替、人工灌溉苇田和气候变化的潜力。研究结果表明辽河三角洲河口沼泽湿地植被具有很高的固碳潜力,翅碱蓬(Suaeda pterantha)群落扩张每年可递增固碳潜力0.053—0.07Gg C,滩涂转变为芦苇(Phragmites australis)沼泽每年可递增固碳潜力0.07Gg C,芦苇、獐毛草甸(Aeluropus sinensis)演替为芦苇沼泽的固碳潜力为17.2 Gg C/a,通过灌溉管理措施,芦苇沼泽的固碳潜力为474.6—544.6 Gg C/a。根据未来气候变化情景和预测结果,到2030年、2050年、2100年,芦苇沼泽湿地的固碳潜力分别为576.9—655.1Gg C/a,603.3—684.1Gg C/a,680.9—769.4Gg C/a,其中由人工灌溉苇田的潜力最大。

中国农田土壤有机碳变化：Ⅱ土壤固碳潜力估算

中国作为世界上一个重要的农业大国,提高中国农田土壤碳收集能力对减缓全球温室效应具有重要影响。在前人研究的基础上,利用中国第一次和第二次土壤普查数据,结合大量前人调研资料和田间试验数据整理分析,根据近20年来中国各省(市、区)农田土壤有机碳量变化趋势,估算了农田土壤碳源、汇潜力。由估算得出,假设在20世纪80年代土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,中国农田土壤固碳潜力约为668 Tg C,即表明假设条件下,中国农田土壤要吸收668 Tg C才能达到一种相对稳定的平衡状态,也说明80年代后期中国农田土壤为碳汇效应。本研究对认识和评价中国农田土壤碳汇能力及其农田土壤固碳潜力提供了方法和依据。

生草栽培下果园土壤固碳潜力研究

果园是我国南方红壤丘陵区重要的土地利用类型之一,但目前丘陵区果园中存在一些不合理开发、传统粗放式的经营、水土保持技术缺乏等因素,导致水土流失严重,土壤退化严重。寻求合理的土壤管理措施,减少果园水土流失,增加红壤的碳汇功能一直是学术界和生产实践面临的重要问题。本研究以福建尤溪长期定位试验为研究平台,研究顺坡开垦＋清耕、梯台开垦＋清耕、梯台开垦＋套种平托花生Arachis pintoi这3种垦殖方式对红壤果园有机C含量的影响,并利用Jenny模型对不同处理的土壤有机碳动态进行模拟。结果表明,经过14年的垦殖,清耕模式导致土壤容重增大,而梯台生草处理土壤容重比开垦前降低了1.8%;生草栽培不但提高了果园土壤有机碳含量,且生草栽培处理的土壤有机碳储量比清耕处理提高了13.9%～34.7%,其与清耕处理间的差异达到显著性水平;本试验条件下果园土壤有机碳平衡值为16.607~25.608 g/kg,并以此估算得到生草栽培处理0~20 cm土层有机碳储量平衡值为54.801 t/hm2,其固碳潜力为24.695 1 t/hm2,分别是顺坡清耕和梯台清耕处理的4.2倍和1.5倍。因此可以认为生草栽培有利于提高土壤的碳汇功能。

湖南省稻田表层土壤固碳潜力模拟研究

稻田土壤有机碳的储存对于缓解大气温室效应具有不可忽视的作用。我国作为水稻产量最大的国家,迫切需要掌握稻田生态系统固碳现状及相应固碳措施。文章利用自主建立的土壤有机碳模型对湖南省稻田生态系统不同有机物投入方式下土壤有机碳的变化进行了模拟研究。结果表明,常规施肥(现状)方式下稻田表层土壤有机碳的饱和固碳量为39.75～64.90th/m2,半数模拟点已基本饱和,其余点仍具有3.38～4.19th/m2的固碳潜力;50%秸秆还田效果低于常规施肥方式,而50%秸秆+绿肥效果高于常规方式(平均高10.94th/m2);全量秸秆还田(冬闲)情况下稻田表层土壤饱和固碳量在55.57～94.25th/m 2之间,与稻田现有碳储量比较有4.15～33.46th/m 2的潜在提高幅度。如果全量秸秆还田结合冬季种植绿肥,土壤饱和固碳量则可以在稻田土壤现有碳储量的基础上平均提高65.77%。模拟结果还表明,湖南稻田土壤中,每年投入1th/m 2的新鲜有机碳可最终形成土壤有机碳饱和固碳量约12th/m2。研究表明,稻田土壤的饱和固碳量可以通过人为措施进行调控,增加有机物质的投入量(秸秆还田)和冬季绿肥种植是提高稻田土壤固碳能力的有效途径。