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煤炭科学技术 2023年第5期51卷 260-268页

作者：马腾辉李蓉王坤渠俊峰中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221116 徐州市生态文明建设研究研究江苏徐州221116 中国矿业大学低碳能源研究院江苏徐州221008

为明确复垦后土壤质量与土壤碳循环之间的内在机理,揭示时间序列下复垦土壤的碳动态特征规律,研究选取了山东邹城东滩矿区复垦3、6、9、12 a的耕地土壤和复垦3、12 a的林地土壤为研究对象,并以矿区内部未受塌陷影响的正常耕地和林地作... 详细信息

为明确复垦后土壤质量与土壤碳循环之间的内在机理,揭示时间序列下复垦土壤的碳动态特征规律,研究选取了山东邹城东滩矿区复垦3、6、9、12 a的耕地土壤和复垦3、12 a的林地土壤为研究对象,并以矿区内部未受塌陷影响的正常耕地和林地作为对照。通过实地采样并检测土壤总碳(TC)、总氮(TN)、土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)以及土壤理化性质(pH、AN、AP),探究时间序列下复垦重构土壤在耕地和林地2种不同利用方式下的土壤碳动态特征,及其与土壤理化性质的相关性关系。研究结果表明:复垦后耕地和林地利用方式下土壤有机碳含量均随复垦时间的增加而逐渐增加,复垦3 a和12 a的耕地和林地相比,耕地各土层深度下土壤有机碳含量均高于相应深度林地土壤;复垦12 a的耕地土壤0~20 cm有机碳含量已与对照无显著差异,复垦12 a的林地土壤40~60 cm能达到对照水平。各复垦年限耕地和林地土壤中总碳含量均高于对照,这与复垦土壤中较高比例的土壤无机碳含量有关。复垦后土壤微生物量碳呈持续增长的趋势,相同复垦年限的耕地和林地土壤相比,耕地土壤微生物量碳含量均显著高于林地,且增速更快;复垦9 a的耕地土壤微生物量碳含量已与对照无显著差异,复垦12 a的耕地土壤微生物量碳含量达到362.59 mg/kg已显著高于对照,复垦12 a的林地土壤微生物量碳含量达到110.94 mg/kg仍显著低于对照。复垦后耕地土壤微生物熵与其土壤微生物量碳含量的变化趋势相似,均呈现逐渐增加的规律。复垦6、9和12 a的耕地土壤微生物熵均显著高于对照;复垦3 a和12 a的林地土壤微生物熵均显著低于对照。复垦土壤SOC与MBC、TN、AN呈极显著正相关(p土壤有机碳和微生物量碳含量均有不同程度的积累和恢复,而复垦后合理的农业耕作活动更有助于土壤质量的持续改善。

关键词：时间序列充填复垦不同利用方式土壤碳动态

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互花米草入侵对长江口湿地土壤碳动态的影响

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中国环境科学 2018年第7期38卷 2671-2679页

作者：布乃顺杨骁黎光辉马溪平宋有涛马放李博方长明闫卓君辽宁大学环境学院辽宁沈阳110036 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200062 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090 复旦大学生命科学学院上海2004381 辽宁大学化学院辽宁沈阳110036

为了评价互花米草入侵对长江河口湿地土壤碳动态的影响,利用配对的试验设计在长江口崇明东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条入侵种互花米草与土著种的配对样线.结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江口湿地的植物碳库、... 详细信息

为了评价互花米草入侵对长江河口湿地土壤碳动态的影响,利用配对的试验设计在长江口崇明东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条入侵种互花米草与土著种的配对样线.结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江口湿地的植物碳库、土壤微生物碳、土壤总碳库和有机碳库,而对占土壤总碳库60%以上的无机碳库无显著影响,意味着互花米草入侵导致的土壤总碳库改变主要是通过增加土壤有机碳库来实现的.高潮滩互花米草和芦苇群落的年均土壤呼吸强度分别为(210.02±4.90),(157.79±6.39)mg/(m^2·h);低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均土壤CO_2排放速率分别为(157.41±5.27),(110.90±5.16)mg/(m^2·h),表明互花米草入侵显著增加长江口湿地的土壤呼吸.上述结果意味着互花米草入侵同时增加土壤碳输入和碳输出,但入侵也显著增加了土壤碳库表明入侵增加的土壤碳输入显著高于增加的土壤碳输出.本研究表明互花米草入侵可能会增强了长江河口湿地的土壤碳汇强度和固碳能力.但仍然需要长期系统的监测研究,以便全面定量评估互花米草入侵我国滨海湿地的综合生态影响.

关键词：植物入侵土壤呼吸互花米草土壤碳动态长江河口湿地

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植物入侵对海岸带湿地土壤碳动态和CH4排放的影响

植物入侵对海岸带湿地土壤碳动态和CH4排放的影响

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作者：杨骁辽宁大学

学位级别：硕士

植物入侵已成为最严重的生态环境问题之一,入侵会显著影响土著生态系统的物种组成、群落结构以及土壤性质等,进而改变局域或区域碳循环的关键过程和组分包括土壤碳动态。土壤碳库是大气碳库的3倍以上,是生物碳库的4倍以上。作为土壤碳... 详细信息

植物入侵已成为最严重的生态环境问题之一,入侵会显著影响土著生态系统的物种组成、群落结构以及土壤性质等,进而改变局域或区域碳循环的关键过程和组分包括土壤碳动态。土壤碳库是大气碳库的3倍以上,是生物碳库的4倍以上。作为土壤碳输出的主要途径,土壤呼吸所释放CO与CH的量是人类活动释放CO与CH量的10倍以上。因此,植物入侵对土壤碳动态的微小改变可能会对大气组成和全球变化产生较大影响。当前研究主要关注植物入侵对土壤碳库特征和碳输入过程的影响,认为植物入侵通过增加净初级生产力,进而增加了土壤碳库。土壤碳动态是系统碳输入和输出过程平衡的结果。植物入侵也有可能通过影响碳输出过程来改变土壤碳动态,然而目前对植物入侵如何影响土壤碳输出过程(如土壤呼吸)还关注较少。互花米草(Spartina alterniflora)入侵长江河口湿地为研究植物入侵对湿地土壤呼吸及碳动态的影响提供机会。为了探讨互花米草入侵对长江河口湿地土壤呼吸及碳动态的影响以及入侵至不同潮位对土壤呼吸及碳动态的影响程度的差异及其可能机制,采用邻近互花米草与土著植物群落相配对的试验设计,在长江口东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条样线。结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江河口湿地的植物生物量,显著增加了土壤含水量、土壤有机碳含量、总氮含量、微生物碳和氮含量,而对占土壤总碳库60%以上的无机碳库无显著影响,意味着互花米草入侵导致的土壤总碳库改变主要是通过增加土壤有机碳库来实现的。高潮滩互花米草群落年均CH排放强度为(0.68±0.08)mg/(m·h),显著高于芦苇群落(0.21±0.01)mg/(m·h),低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均CH排放速率分别为(8.31±0.50)和(3.93±0.18)mg/(m·h),前者显著高于后者。此外,高潮滩互花米草与芦苇群落之间年均CH排放强度的差异为(0.47±0.08)mg/(m·h),显著低于低潮滩互花米草与海三棱藨草群落之间年均CH排放强度的差异(4.37±0.48)mg/(m·h)。高潮滩互花米草和芦苇群落的年均土壤呼吸强度分别为(210.02±4.90)和(157.79±6.39)mg/(m·h);低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均土壤CO排放速率分别为(157.41±5.27)和(110.90±5.16)mg/(m·h)。上述结果表明:(1)互花米草入侵显著增加了长江河口湿地的植物生物量,且入侵至低潮滩增加的植物生物量显著高于入侵至高潮滩,意味着入侵增加了长江河口湿地的碳输入,有利于湿地生态系统演替早期的碳累积。(2)互花米草入侵显著增加了长江河口湿地的土壤含水量、土壤有机碳含量、总氮含量、微生物碳和氮含量,表明互花米草入侵会增加土壤环境的厌氧程度,改善CH产生所需底物的质和量。(3)互花米草入侵显著增加长江口湿地土壤微生物碳、总碳库和有机碳库,而对占土壤总碳库60%以上的无机碳库无显著影响,意味着互花米草入侵导致的土壤总碳库改变主要是通过增加土壤有机碳库来实现的。(4)互花米草群落CH排放量显著高于土著植物群落,互花入侵通过改善CH产生所需底物的质和量,增加土壤含水量和微生物的量,显著增加了长江河口湿地CH排放量。(5)互花米草入侵至低潮滩增加的CH排放量是互花米草入侵至高潮滩的10倍左右,表明互花米草入侵至长江河口湿地对CH排放的影响程度可能会有很强的空间异质性,互花米草入侵至更加厌氧的土壤环境可能会对CH排放的影响程度更大。(6)互花米草入侵同时增加土壤碳输入和碳输出,但入侵也显著增加了土壤碳库表明入侵增加的土壤碳输入显著高于增加的土壤碳输出,意味着互花米草入侵可能会增强了长江河口湿地的土壤碳汇强度和固碳能力。但仍然需要长期系统的监测研究,以便全面定量评估互花米草入侵中国滨海湿地的综合生态影响。本研究可为准确估算互花米草入侵对中国海岸带湿地CH排放的影响程度,科学管理和合理利用海岸带湿地资源以及应对全球气候变化提供理论依据和科技支撑。

关键词：生物入侵土壤呼吸土壤碳动态互花米草长江河口湿地

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高潜水位采煤塌陷区充填复垦土壤碳动态研究

高潜水位采煤塌陷区充填复垦土壤碳动态研究

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作者：王坤中国矿业大学

学位级别：硕士

土壤碳库动态变化特征研究一直是学术界研究的热点。土壤碳库特征对了解土壤发育状况及土壤质量情况有重要意义。采煤塌陷复垦后土壤的环境改变巨大,这些因素会对土壤碳循环产生巨大扰动,并深刻影响复垦土壤碳库特征。研究复垦后土壤碳... 详细信息

土壤碳库动态变化特征研究一直是学术界研究的热点。土壤碳库特征对了解土壤发育状况及土壤质量情况有重要意义。采煤塌陷复垦后土壤的环境改变巨大,这些因素会对土壤碳循环产生巨大扰动,并深刻影响复垦土壤碳库特征。研究复垦后土壤碳库动态变化特征,对于了解复垦后土壤的发育情况、土壤质量的演变特征和土壤碳库的稳定机制都有重要意义。本文以山东邹城采煤塌陷区复垦土壤为研究对象,较为系统的分析了不同时间序列及不同土地利用方式下土壤理化性质、土壤碳库和土壤基础呼吸特征的演变规律,更加深入的了解了复垦后土壤质量和土壤活性碳库的变化情况。主要成果和结论如下:(1)分析了复垦后土壤理化性质的演变。复垦后不同利用方式下土壤pH均高于8.0,土壤碱性仍较强。复垦后土壤电导率最大值为609μS/cm,不会使土壤产生盐渍化现象,但其含量随复垦时间不断增加的同时向地下水方向亦有增加的趋势。复垦后土壤速效磷、碱解氮和有机质含量逐年提高,复垦13年后土壤有机质和全氮含量达到正常农田水平,且耕地土壤养分指标要高于林地和撂荒地。(2)研究了复垦后土壤碳库的演变。复垦土壤总碳含量高于对照土壤,但土壤总无机碳所占比例较高,最高可达95.29%。随复垦年限增加土壤总无机碳所占比例有所下降,土壤总有机碳比例逐渐升高,复垦12-13年后耕地土壤有机碳含量达到对照水平。复垦后土壤微生物量碳含量呈逐年增加的趋势,复垦10年后,耕地土壤微生物量碳可达对照水平;且土壤微生物熵不断提高,说明土壤微生物生存环境不断改善,同时耕地土壤微生物量碳和土壤微生物熵高于林地和撂荒地。(3)探讨了复垦后土壤基础呼吸的演变。复垦后由于各土壤性状间差异较大其基础呼吸通量存在显著差异。复垦初期林地土壤环境更有利于土壤微生物的呼吸作用。随着复垦年限的增加,耕地土壤微生物代谢熵逐渐降低,复垦12-13年与正常农田无显著差异(P<0.05),且显著低于林地和撂荒地(P<0.05)。

关键词：高潜水位采煤塌陷区土壤碳动态土壤微生物量碳土壤基础呼吸

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碳同位素自然丰度分析在土壤生态系统碳动态研究中应用

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生态环境学报 2020年第9期29卷 1920-1926页

作者：姜懿珊罗春玲张干中国科学院广州地球化学研究所/有机地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京110049

土壤是人类赖以生存的重要全球资源。陆地生态系统土壤有机碳相对微小的动态变化,都将导致整个土壤层有机碳库绝对量的巨大变化,继而引起与大气碳交换加剧,最终与全球气候变化产生交互影响。碳同位素技术对碳素在自然生态系统中的迁移... 详细信息

土壤是人类赖以生存的重要全球资源。陆地生态系统土壤有机碳相对微小的动态变化,都将导致整个土壤层有机碳库绝对量的巨大变化,继而引起与大气碳交换加剧,最终与全球气候变化产生交互影响。碳同位素技术对碳素在自然生态系统中的迁移动态具有很好的示踪作用,在农林生态系统转换、污染物源解析等生态学和环境科学领域中广泛应用。在自然生态系统中,原位的碳同位素自然丰度分析相比实验室培养示踪实验,具有更加真实反映自然环境下土壤碳动态变化的优势,是目前唯一可以解决土壤有机碳较长时间尺度,十年至千年尺度动力学过程的工具。随着加速质谱(AMS)检测技术的成熟,低浓度的单体化合物放射性碳同位素分析(CSRA)可以更加精准直接的反映土壤碳循环中核心成分的碳动态。这种分子水平的放射性碳同位素测定技术能够揭示出土壤碳同位素组成的异质性,为解释土壤有机碳的来源、迁移和转化等提供了新型的手段。文章简要总结了目前碳同位素自然丰度分析在土壤碳动态研究中可以解决的科学问题以及在土壤有机碳和微生物量碳动态研究中的研究进展,展望了其在开展土壤生态学研究中的前景。未来研究中需结合碳同位素自然丰度分析,在大尺度时间和空间范围内开展土壤剖面上的碳动态的研究,尤其是针对认识缺乏的深层土壤碳动态开展长期生态学实验研究。

关键词：碳同位素技术自然丰度分析土壤碳动态土壤微生物量碳动态

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臭氧浓度升高对土壤碳氮动态的影响

臭氧浓度升高对土壤碳氮动态的影响

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作者：任志敏东北大学

学位级别：硕士

对流层臭氧（O）浓度升高可能会对陆地生态系统的地下过程产生重大影响。然而,陆地生态系统土壤C和N动态、土壤温室气体排放以及土壤HONO/NO释放对于O浓度升高的响应,我们仍然缺乏全面和定量的理解。本研究采用Meta分析技术整合了 41篇... 详细信息

对流层臭氧（O）浓度升高可能会对陆地生态系统的地下过程产生重大影响。然而,陆地生态系统土壤C和N动态、土壤温室气体排放以及土壤HONO/NO释放对于O浓度升高的响应,我们仍然缺乏全面和定量的理解。本研究采用Meta分析技术整合了 41篇文献去量化O浓度升高对包含全碳（TC）、全氮（TN）、溶解有机碳（DOC）、氨态氮（NH4+）、硝态氮（NO-）、微生物碳和氮（MBC and MBN）、硝化和反硝化速率（NTF and DNF）,以及碳氮比（C/N ratio）在内的10个土壤碳氮动态相关变量的影响;从16项同行评议研究摘取了 77对研究结果以量化O对土壤二氧化碳（CO）排放的影响;从11篇文献中提取合成了 675个瞬时数据去量化O对土壤氧化亚氮（N2O）排放的影响。此外,通过农田小麦实验测定了土壤气态亚硝酸（HONO）、一氧化氮（NO）、表面零点电荷（pHzpc）和臭氧浓度相关指标以研究臭氧浓度升高对土壤HONO/NO释放的影响规律。主要获得的研究结果如下:1、随着臭氧浓度增加了 27.6±18.7 nL/L（平均值±标准差）,所研究的10个土壤碳氮动态相关变量均表现出显著变化（P土壤NO-和DNF。TN、MBN、NTF和DNF的效应值与O熏蒸剂量有显著相关（P土壤pH值、纬度、年平均气温和年降水量是影响臭氧效应的重要因素。然而,大多数变量对O浓度升高的响应幅度与臭氧熏蒸方式、陆地生态系统类型、有无额外的CO暴露无关。2、土壤CO排放在短时臭氧暴露（≤1 year,P1 year,P土壤pH条件下土壤CO排放被显著提升。此外,土壤CO排放效应值大小与实验熏蒸时间显著正相关,而与土壤pH显著负相关。在气温较高和降雨量较大的情况下臭氧对土壤CO排放的影响可能会放大。O熏蒸时长是分析O对土壤CO排放最根本的因素。3、O浓度升高显著抑制了土壤N2O排放（-8.0%,P土壤响应显著（-8.7%,P土壤响应不显著（P>0.05）。随着O浓度水平的升高,土壤N2O排放变化的显著性逐渐增强。基于FACE系统的研究结果,因其实验组O浓度较低,响应不显著（P>0.05）;但是基于开顶式气室（OTC）的研究结果,因其实验组O浓度较高,响应显著（-8.4%,P土壤N2O排放的影响是显著的（-8.0%,P0.05）。土壤N2O排放的效应值与年平均气温（MAT）和O浓度水平显著相关（P土壤N2O排放的抑制作用逐渐增强;随着O浓度水平的升高,其对土壤N2O排放的抑制效应逐渐增大。4、O浓度升高下土壤HONO和NO排放在小麦不同生育期之间差异显著（P土壤HONO和NO排放的影响不显著。结果显示土壤HONO和NO排放与生化指标相关性较差,与化学指标（pHzpc）显著相关。因此,小麦根际土 HONO和NO排放主要是受化学平衡控制。综上所述,大气臭氧浓度升高对土壤碳氮动态相关变量及其循环过程产生的显著影响,而对土壤HONO和NO释放的影响不显著。

关键词：臭氧升高 Meta分析土壤碳动态土壤氮动态 CO2 N2O HONO NO

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