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大兴安岭森林土壤黑碳的分布及土壤固碳潜力

大兴安岭森林土壤黑碳的分布及土壤固碳潜力

作者：徐嘉晖东北林业大学

学位级别：硕士

大兴安岭森林土壤有机碳储量巨大,同时受频繁的火烧影响,土壤黑碳储量也相当可观。本研究量化了大兴安岭森林土壤有机碳与黑碳的含量,分析了有机碳与黑碳在不同粒级内的分布,描述了黑碳与有机碳之间的关系以及黑碳在土壤碳库中的重要性... 详细信息

大兴安岭森林土壤有机碳储量巨大,同时受频繁的火烧影响,土壤黑碳储量也相当可观。本研究量化了大兴安岭森林土壤有机碳与黑碳的含量,分析了有机碳与黑碳在不同粒级内的分布,描述了黑碳与有机碳之间的关系以及黑碳在土壤碳库中的重要性,并以矿物结合态碳库为碳饱和容量估算了土壤的固碳潜力,进而探讨了土壤碳饱和理论。土壤颗粒的分级利用离心法,矿物结合态有机碳的量化采取物理分组与化学分离两种方法,黑碳的分析采用重铬酸钾氧化法,结果表明:(1)土壤有机碳表聚特征显著,表层有机碳含量与密度分别占剖面内的70.6%与58.9%。其中,棕色针叶林土有机碳含量最高,但由于其土壤浅薄,导致有机碳密度最低。灰色森林土基于下层有机质周转量大以及土壤发育深厚,有机碳密度最高。土壤有机碳在不同粒级内的分布比例表现为:粉粒>黏粒>细砂>粗砂,尽管粉粒组分有机碳比例最高,但有机碳与粉粒的相关性并不显著,而与黏粒之间表现出显著的相关关系,说明土壤黏土矿物为有机碳提供了有效的化学保护。物理分离方法过高估计了矿物结合态有机碳,因为矿物结合态有机物中的有机碳并未完全与矿物络合。综合而言,剖面内土壤有机碳密度约为16.47 kg·m-2,其中矿物结合态有机碳密度约占45%。(2)土壤黑碳的含量与密度随土壤深度的增加而显著降低,然而黑碳占有机碳的比例却呈现上升的趋势。比较而言,相对干润的气候条件提高了大兴安岭森林土壤固持黑碳的潜力。黑碳在各粒级内的分布表现为:黏粒>粉粒>细砂>粗砂,尽管表层黑碳主要分布于黏粒与粉粒组分中,但黑碳与二者之间的相关性并不显著,说明黑碳的生物化学惰性为表层黑碳的主要稳定机制。而深层黑碳除其自身抗性外,黏土矿物的化学保护发挥着重要作用。黑碳占有机碳比例随土壤深度而升高,表明黑碳在土壤中发生了垂直迁移,而该比例的升高源于细砂与粉粒组分中黑碳的增加,主要由于稍大黑碳颗粒与黏粒之间的相互作用。土壤矿物结合态有机物中黑碳占有机碳的比例约为24.9%,体现出黑碳在土壤稳定碳库中的地位。同时,黑碳与有机碳之间的显著相关性也说明了黑碳在土壤有机碳积累过程中的重要性。此外,颗粒有机物中黑碳占有机碳的比例达到了26.3%,说明颗粒有机碳并非绝对的属于活性碳组分。(3)表层土壤碳饱和水平约为95.8%,接近于饱和状态,而深层的碳饱和水平仅有19.5%,表明深层土壤固碳潜力巨大,约为当前深层土壤有机碳密度的1.91倍。相比而言,表层土壤的固碳潜力只有其土壤有机碳密度的2.7%。目前土壤碳饱和理论主要以黏粉粒矿物与微团聚体保护的有机碳为基础,然而生物化学稳定的黑碳于活性的颗粒有机质中的存在表明了颗粒有机碳在土壤碳饱和中的重要性。此外,基于黑碳的存在,大兴安岭森林土壤的固碳潜力将高于预估。

关键词：土壤有机碳黑碳矿物结合态有机碳颗粒有机碳碳饱和

大兴安岭中段森林土壤的黑碳含量及其在不同粒级中的分布

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应用生态学报 2017年第10期28卷 3111-3118页

作者：徐嘉晖高雷崔晓阳东北林业大学林学院哈尔滨150040

土壤黑碳由于具有生物化学惰性被视为土壤稳定碳库的主要成分.本文量化了大兴安岭中段森林土壤黑碳,分析了黑碳在各粒级内的分布,并探讨了黑碳的稳定机制及其在土壤碳库中的重要性.结果表明:土壤黑碳表聚现象明显,表层黑碳占总剖面(64 ... 详细信息

土壤黑碳由于具有生物化学惰性被视为土壤稳定碳库的主要成分.本文量化了大兴安岭中段森林土壤黑碳,分析了黑碳在各粒级内的分布,并探讨了黑碳的稳定机制及其在土壤碳库中的重要性.结果表明:土壤黑碳表聚现象明显,表层黑碳占总剖面(64 cm)的68.7%,随着土层加深黑碳含量显著降低,但黑碳占有机碳的比例却呈现上升趋势.气候条件影响大兴安岭地区土壤黑碳的分布,相对寒冷和湿润的气候条件提高了土壤固持黑碳的潜力;土壤黑碳在各粒级内所占比例表现为黏粒>粉粒>细砂>粗砂,尽管黏粒中黑碳含量最高,并随土层深度增加而升高,但黏粒中黑碳占有机碳的比例却无明显变化,黑碳/有机碳的升高主要源于细砂与粉粒中黑碳的增加;黑碳的生物化学惰性是表层黑碳的主要稳定机制,而深层的黑碳除了其自身抗性外,黏粒矿物的化学保护发挥着重要作用;黑碳不仅作为稳定碳库的主要成分,在颗粒有机碳组分中仍占相当大的比例,因此黑碳的存在提高了土壤稳定性碳储量与碳汇能力.

关键词：森林土壤黑碳有机碳土壤类型迁移稳定机制

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土壤有机碳稳定性影响因素的研究进展

中国生态农业学报 2018年第2期26卷 222-230页

作者：徐嘉晖孙颖高雷崔晓阳东北林业大学林学院哈尔滨150040

增加土壤碳汇是应对全球气候变化的有效措施,作为土壤碳汇来源之一的有机碳在其中发挥重要作用。过去几十年,土壤有机碳的分子结构性质被认为是预测有机碳在土壤中循环的主要标准。然而最近的研究结果表明有机碳的分子结构并非绝对地控... 详细信息

增加土壤碳汇是应对全球气候变化的有效措施,作为土壤碳汇来源之一的有机碳在其中发挥重要作用。过去几十年,土壤有机碳的分子结构性质被认为是预测有机碳在土壤中循环的主要标准。然而最近的研究结果表明有机碳的分子结构并非绝对地控制着土壤有机碳的稳定,而土壤环境因子与有机碳的相互作用显著降低了土壤有机碳被降解的可能性。土壤微生物不仅参与有机碳的降解,其产物本身也是土壤有机碳的重要组成成分。非生物因子直接或间接地控制着土壤有机碳的稳定,包括土壤中的无机颗粒、无机环境以及养分状况等。其中,有机碳与土壤矿物的吸附作用和土壤团聚体的闭蓄作用被普遍认为高效地保护了有机碳。土壤矿物的吸附作用取决于其自身的矿物学性质和有机碳的化学性质。土壤团聚体在保护有机碳的同时也促进了有机碳与矿物的吸附,而有机-矿物络合物同样可以参与形成团聚体。此外,土壤无机环境也影响着有机碳循环。总之,土壤有机碳的稳定取决于有机碳与周围环境的相互作用。同时,有机碳的结构性质也受控于环境因素。然而,无论有机碳的结构性质,还是其所处的生物与非生物环境,都是生态系统的基本属性,且各属性间相互影响、相互作用。因此,土壤有机碳的稳定是生态系统的一种特有性质。

关键词：碳汇土壤有机碳稳定机制分子结构土壤生物非生物环境

大兴安岭森林土壤矿物结合态有机碳与黑碳的分布及土壤固碳潜力

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土壤学报 2018年第1期55卷 236-246页

作者：徐嘉晖高雷孙颖崔晓阳东北林业大学林学院哈尔滨150040

稳定性土壤有机碳(SSOC)决定着土壤抗干扰与固碳能力。量化了大兴安岭森林土壤两种典型的SSOC:矿物结合态有机碳(MOC)与黑碳(BC),并以矿物结合态碳库为碳饱和容量来估算土壤的固碳潜力。MOC的量化采取物理分组和化学分离两种方法,BC的... 详细信息

稳定性土壤有机碳(SSOC)决定着土壤抗干扰与固碳能力。量化了大兴安岭森林土壤两种典型的SSOC:矿物结合态有机碳(MOC)与黑碳(BC),并以矿物结合态碳库为碳饱和容量来估算土壤的固碳潜力。MOC的量化采取物理分组和化学分离两种方法,BC的分析采用重铬酸钾氧化法。结果表明:粒级分组方法过高估计了MOC,矿物结合态有机质中的有机碳并非完全与矿物络合。BC占土壤有机碳(SOC)的比例约为25.4%,其中,颗粒有机质(POM)中BC所占比例约为26.3%,说明颗粒有机碳(POC)并非绝对属于活性组分。表层土壤碳饱和水平达到了97.8%,而深层仅有21.2%,表明深层土壤的固碳潜力巨大,为当前深层SOC储量的1.86倍。目前的碳饱和理论均以SSOC为基础,然而,BC于POM中的存在说明了POC在土壤固碳潜力中的重要性。

关键词：土壤有机碳土壤分组稳定性有机碳颗粒有机碳碳饱和

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东北典型林区土壤黑碳分布特征及影响因素

环境科学学报 2018年第8期38卷 3313-3321页

作者：孙金兵徐嘉晖宋金凤崔晓阳东北林业大学林学院哈尔滨150040 中建三局集团有限公司东北分公司沈阳110179

以长白山、小兴安岭和大兴安岭三大东北林区为研究对象,研究了各区域森林土壤的黑碳含量和密度等分布特征,并对比林型、地形和火烧强度等研究结果,探讨了上述因素对黑碳分布特征的影响.研究表明,东北森林土壤的黑碳分布在垂直方向上差... 详细信息

以长白山、小兴安岭和大兴安岭三大东北林区为研究对象,研究了各区域森林土壤的黑碳含量和密度等分布特征,并对比林型、地形和火烧强度等研究结果,探讨了上述因素对黑碳分布特征的影响.研究表明,东北森林土壤的黑碳分布在垂直方向上差异显著,表现为表层(A11层)>亚表层(A1 2层)(p长白山>小兴安岭,黑碳密度大小为:长白山>大兴安岭>小兴安岭.长白山林区不同林型的黑碳含量和密度存在明显差异,杨桦次生林显著高于原始阔叶红松林(p上坡(p阴坡(p>0.05);不同火烧强度下大兴安岭森林土壤黑碳含量和密度也有差异:对照<轻度火烧<中度火烧<重度火烧,且对照与中度、重度火烧强度间均差异显著(p<0.01).综上可知,林型、坡位和火烧强度是影响东北森林土壤黑碳分布的重要因素,但各林区主控因素不同.

关键词：东北典型林区黑碳分布林型地形火烧强度影响因素

小兴安岭地区典型红松林下不同形态土壤氮的动态变化

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北京林业大学学报 2017年第12期39卷 52-60页

作者：高雷崔晓阳郭亚芬徐嘉晖东北林业大学林学院

以小兴安岭地区典型人工红松林和原始阔叶红松林为研究对象,于2016年对红松林下的土壤进行了连续5个月的分层次采样,测量了0~5 cm、5~15 cm和15~30 cm 3个层次土壤中的游离氨基酸态氮、硝态氮、铵态氮和可溶性有机氮的含量,以及0~5 cm... 详细信息

以小兴安岭地区典型人工红松林和原始阔叶红松林为研究对象,于2016年对红松林下的土壤进行了连续5个月的分层次采样,测量了0~5 cm、5~15 cm和15~30 cm 3个层次土壤中的游离氨基酸态氮、硝态氮、铵态氮和可溶性有机氮的含量,以及0~5 cm层土壤中的含水量、pH、有机碳、全氮、微生物碳和微生物氮等因素的水平。通过对不同形态氮动态变化规律进行探讨,并整合土壤中所测量的生物化学因子,以揭示小兴安岭地区典型林型下不同形态氮库的大小及有效氮循环的季节性变化规律,并通过主成分分析探讨季节性变化规律潜在的驱动因素。结果表明,在小兴安岭地区的典型人工红松林和原始阔叶红松林下,氨基酸的组成是相似的,天冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸和亮氨酸的含量较高,但不同月份中的优势氨基酸略有不同。3种有效氮库中,氨基酸态氮库同样是土壤可溶性氮库中的重要组成部分,铵态氮库>硝态氮库>游离氨基酸态氮库。在0~30 cm范围内,不同形态氮的含量随着土层的加深而下降,且这种规律不随时间的变化而波动。在温度和水文因子大环境的驱动下,冻融交替、微生物因子、pH以及复杂的生物化学过程随着时间在改变,从而导致土壤有效氮的动态变化;但由于土壤中潜在的物理、生物和化学因子的多变性及其综合作用的结果,导致有效氮动态变化趋势的差异性。

关键词：氮氨基酸生产与消耗主成分分析动态变化

长白山森林土壤有机碳及其在团聚体密度组分中的分布

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森林工程 2018年第2期34卷 1-5页

作者：孙颖徐嘉晖高菲崔晓阳东北林业大学林学院哈尔滨150040

森林土壤碳库的稳定性对全球碳循环至关重要。为探究土壤有机碳的周转和固定机制,本文利用干筛法分析了长白山原始红松针阔混交林和杨桦次生林表层土壤有机碳于不同径级团聚体中的分布,并结合密度分组方法进一步探究团聚体有机碳的密度... 详细信息

森林土壤碳库的稳定性对全球碳循环至关重要。为探究土壤有机碳的周转和固定机制,本文利用干筛法分析了长白山原始红松针阔混交林和杨桦次生林表层土壤有机碳于不同径级团聚体中的分布,并结合密度分组方法进一步探究团聚体有机碳的密度分组情况。结果表明:土壤有机碳在团聚体中的分配比例由高到低依次为1~0.25、>2、1~2、<0.25 mm;原始红松林土壤重组有机碳(HF-C)比例达到77.0%,显著高于杨桦次生林,前者土壤有机碳更稳定。与游离态有机碳(FLF-C)和闭蓄态有机碳(OLF-C)相比,HF-C在不同粒级团聚体中分配相对稳定,说明其在稳定性土壤有机碳固持中起着主导作用;大团聚体中,FLF-C约占67.4%,表明新鲜有机质直接参与大团聚体形成。

关键词：森林土壤有机碳密度组分团聚体

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退耕还林后黑土表层土壤可蚀性动态变化

东北林业大学学报 2014年第12期42卷 98-101页

作者：杨淼焱杨小燕马燕娥韩孟光姜峰徐嘉晖徐智文陈祥伟东北林业大学哈尔滨150040 国家林业局调查规划设计院

以不同退耕年限林地表层土壤（0~10 cm）为研究对象,对土壤水稳性团聚体特征及可蚀性因子（K）测定与分析,探讨东北典型黑土区退耕还林过程中表层土壤可蚀性的动态变化。结果表明：随退耕年限的增加,表层土壤水稳性团聚体粒径〉0.25 mm... 详细信息

以不同退耕年限林地表层土壤（0~10 cm）为研究对象,对土壤水稳性团聚体特征及可蚀性因子（K）测定与分析,探讨东北典型黑土区退耕还林过程中表层土壤可蚀性的动态变化。结果表明：随退耕年限的增加,表层土壤水稳性团聚体粒径〉0.25 mm团聚体质量分数（团聚体比例）、粒径〉1.00 mm团聚体质量分数和平均质量直径逐渐增大,团聚体破坏率、平均质量比表面积和土壤可蚀性因子K值逐渐降低,且在前11 a内变化最显著,退耕36 a后呈不明显波动。退耕还林过程中,表层土壤团聚度逐渐增强,土壤可蚀性降低。退耕36 a后,土壤抗侵蚀能力达到一定水平,土壤质量得到改善,并维持相对稳定的状态。水稳性团聚体平均质量比表面积、分形维数、平均质量直径和粒径〉0.25、〉1.00 mm团聚体质量分数,均与土壤可蚀性因子K值呈显著相关（p〈0.05）;其中,水稳性团聚体粒径〉1.00 mm团聚体质量分数比粒径〉0.25 mm团聚体质量分数与K值的相关性更为密切（p〈0.01）,是反映黑土土壤可蚀性的敏感指标。

关键词：黑土退耕还林土壤可蚀性可蚀性因子K值

南京禄口国际机场鸟类群落功能和谱系多样性及鸟击防范研究

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南京师大学报（自然科学版） 2023年第3期46卷 69-78页

作者：周雨桐徐嘉晖胡东方赵阳李权衡孙健翔陈婉常青李鹏胡超超江苏开放大学环境生态学院江苏南京210036 南京师范大学生命科学学院江苏南京210023 南京禄口国际机场江苏南京211113 江苏省农业生物多样性培育与利用研究中心江苏南京210014 南京师范大学分析测试中心江苏南京210023

随着航空业的发展,野生动物与飞机之间的冲突愈演愈烈.研究机场周围鸟类群落多样性对鸟击防范工作具有重要作用.本研究于2017年11月~2019年12月,采用样点法对南京禄口国际机场及其周边的4种生境(农田、湿地、林地、城镇),共计27个样点... 详细信息

随着航空业的发展,野生动物与飞机之间的冲突愈演愈烈.研究机场周围鸟类群落多样性对鸟击防范工作具有重要作用.本研究于2017年11月~2019年12月,采用样点法对南京禄口国际机场及其周边的4种生境(农田、湿地、林地、城镇),共计27个样点的鸟类群落进行调查.经过调查,共记录鸟类149种,隶属于16目44科,其中物种数最多的为雀形目(Passeriformes),其次为鸻形目(Charadriiformes)鸟类.种群个体数量最多的为牛背鹭(Bubulcus ibis),然后从多到少依次为白鹭(Egretta garzetta)、云雀(Alauda arvensis)等.生境类型对鸟类的谱系和功能多样性具有显著影响.湿地鸟类物种数最多,但个体数较少.季节也对鸟类群落具有显著影响.城镇和湿地鸟类群落的标准化效应值与零假设差异不显著,它们表现为群落发散,随机生态过程影响了它们的群落构建;而林地和农田群落的标准化效应值与零假设差异显著,它们表现为群落聚集,主要受到生境过滤作用的影响.鸟类危险指数分析表明南京禄口国际机场危险等级非常高的鸟类是苍鹭(Ardea cinerea)、斑嘴鸭(Anas zonorhyncha)和环颈雉(Phasianus colchicus).本研究为机场区域鸟击防范提供了一定的科学管理依据.

关键词：鸟击物种多样性谱系多样性功能多样性