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大兴安岭西坡森林土壤黑碳的分布特征与测定方法研究

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大兴安岭西坡森林土壤黑碳的分布特征与测定方法研究

作者：周鑫东北林业大学

学位级别：硕士

森林土壤黑碳研究对森林生态系统碳库和碳汇功能评价有重要意义。我国大兴安岭北部寒温带针叶林区和西坡森林草原过渡区作为林火强烈干扰的区域,其土壤黑碳需要特别关注。本文选取大兴安岭西坡森林草原过渡区(灰色森林土区)为对象,通过... 详细信息

森林土壤黑碳研究对森林生态系统碳库和碳汇功能评价有重要意义。我国大兴安岭北部寒温带针叶林区和西坡森林草原过渡区作为林火强烈干扰的区域,其土壤黑碳需要特别关注。本文选取大兴安岭西坡森林草原过渡区(灰色森林土区)为对象,通过对称样地采样获取土壤样品,采用国内外常用的HF/HCl酸处理-重铬酸钾氧化法分离和测定土壤黑碳,系统研究了该区土壤黑碳的总体数量特征和地域性分布规律。同时,针对大兴安岭林区土壤黑碳主要以颗粒木炭(炭屑)形态存在、土壤风化程度浅、黏土矿物含量低的特点,以国内外常用的HF/HCl酸处理-重铬酸钾氧化法为参照,通过设计不同的酸处理方案,研究了酸处理过程对土壤黑碳测定结果的影响,探讨了大幅度简化实验步骤的可行性。所得主要结果如下：(1)土壤黑碳的总体数量和分布特征研究区土壤黑碳含量范围为2.10-16.71 g·kg-1,不同土层间差异很大。土壤黑碳含量在表层最高,随土层加深向下逐渐递减。0-40cm土层黑碳储量占剖面黑碳储量的80%以上,表聚特征明显。土壤黑碳占总有机碳的比率(BC/SOC)大致在15%-25%之间,随着土壤深度而增加。土壤BC含量与土壤总有机碳SOC含量成极显著正相关。暗灰色森林土各土层黑碳含量大都显著高于灰色森林土;而各土层及全剖面黑碳密度均高于灰色森林土,不过,二者各土层BC/SOC比率均无显著差异。灰色森林土和暗灰色森林土下坡位各土层黑碳含量均高于上坡位相应土层。灰色森林土、暗灰色森林土下坡位各土层及全剖面黑碳密度均显著高于上坡位。灰色森林土上、下坡位BC密度的差异程度要大于暗灰色森林土。灰色森林土、暗灰色森林土下坡位各土层BC/SOC比率均显著高于上坡位。由于暗灰色森林土基本上分布在阴坡,所以坡向差异仅涉及灰色森林土一个亚类。灰色森林土阴坡各土层黑碳含量均有低于阳坡的趋势,其中10-20、20-40cm土层达显著水平。阴坡各土层BC/SOC比率、黑碳密度大都低于阳坡。(2)土壤黑碳的测定方法HF/HCl酸处理-重铬酸钾氧化法是国内外常用的分离、测定土壤黑碳的方法,但该方法步骤复杂,耗时、费力,且在实验过程中多次离心清洗很容易造成误差。研究发现,对大兴安岭西坡森林土壤而言,将HF/HCl酸处理看做一个整体过程时,省略酸处理测得的黑碳含量高于常规酸处理;但两种方案测得数值差异并不显著,再考虑到增加实验步骤,不仅造成试剂和时间浪费,还会增大实验误差,所以相对而言省略HF/HCl酸处理过程直接用重铬酸钾氧化法分离、测定土壤黑碳似乎更可取。将三种表层土样用七种HF/HCl酸处理方案分离和测定黑碳,比较各个方案之间的差异,发现酸处理各步骤存在很大的变异性,省略酸处理测定值相对于酸处理测定值的变异较小,适合在判定不同地区黑碳规律时使用。而在省略HF/HCl酸处理过程情况下,与适宜的氧化剂浓度(0.1M K2Cr2O7/2M H2SO4, v:v=1:1)相比,使用过高浓度的重铬酸钾(0.1M K2Cr2O7/2M H2SO4)测得的黑碳含量显著减少。因此,选择合适的K2Cr2O7/H2SO4浓度十分重要。同时研究发现,HF/HCl酸处理和K2Cr2O7/H2SO4氧化过程中,超声处理有助于BC与活性有机碳分离更彻底,提高分析结果的准确性。

关键词：大兴安岭灰色森林土土壤有机碳土壤黑碳

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庐山土壤黑碳分布特征及影响因素

安徽师范大学学报（自然科学版） 2022年第2期45卷 154-159页

作者：崔梦凡汪青封伟豪张平究李茂蝶刘小佳安徽师范大学地理与旅游学院安徽芜湖241003 江淮流域地表过程与区域响应安徽省重点实验室安徽芜湖241003

为了解庐山土壤黑碳(BC)的分布特征及其影响因素,于2018年和2019年在黄山松林、人工扁柏林、次生灌草丛、常绿-落叶阔叶混交林、常绿阔叶林的典型样地采集土壤剖面样品共计56个。采用重铬酸盐氧化法(BCcr)和热氧化法(BCcto)测定土壤黑... 详细信息

为了解庐山土壤黑碳(BC)的分布特征及其影响因素,于2018年和2019年在黄山松林、人工扁柏林、次生灌草丛、常绿-落叶阔叶混交林、常绿阔叶林的典型样地采集土壤剖面样品共计56个。采用重铬酸盐氧化法(BCcr)和热氧化法(BCcto)测定土壤黑碳含量,同时测定土壤总有机碳(TOC)含量。结果表明:庐山土壤BCcr含量在1.05-19.86g·kg-1之间,平均值5.74g·kg-1;BCcto含量在0.42-4.50g·kg-1之间,平均值1.90g·kg-1;TOC含量在1.87-84.24g·kg-1之间,平均值为26.94g·kg-1。土壤黑碳含量随土层深度增加而降低,BC/TOC比值随土层深度增加而增大。BCcr与TOC之间存在显著的相关性(P黑碳判源,结果表明生物质燃烧为庐山土壤黑碳主要来源。

关键词：庐山土壤黑碳分布特征垂直迁移

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森林土壤黑碳:功能、储量和测定方法

上海交通大学学报（农业科学版） 2010年第5期28卷 474-479页

作者：康宏樟喻文娟刘春江上海交通大学农业与生物学院农业部都市农业(南方)重点开放实验室上海交通大学低碳农业研究中心上海交通大学分析测试中心上海200240 上海交通大学农业与生物学院上海交通大学低碳农业研究中心

土壤黑碳化学性质稳定,不易分解,在长期时间尺度上具有重要的固碳作用。由于每年都有大面积的天然森林火灾和人为用火的发生,在全球森林生态系统中,形成了大量的土壤黑碳。相对于大气、农业土壤黑碳研究,森林土壤黑碳的研究工作起步晚,... 详细信息

土壤黑碳化学性质稳定,不易分解,在长期时间尺度上具有重要的固碳作用。由于每年都有大面积的天然森林火灾和人为用火的发生,在全球森林生态系统中,形成了大量的土壤黑碳。相对于大气、农业土壤黑碳研究,森林土壤黑碳的研究工作起步晚,个案研究数据较少,影响着我们在区域和全球尺度上对森林碳汇功能的准确评价,也影响着对森林土壤黑碳生态功能的了解。在综述相关文献的基础上,本文介绍了目前世界上森林土壤黑碳的主要研究结果、研究方法以及在我国的研究现状,以便促进我国森林土壤黑碳领域工作的深入开展。

关键词：森林生态系统土壤黑碳火灾碳循环

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火烧对土壤黑碳及有机碳含量的影响

北方农业学报 2018年第6期46卷 64-68页

作者：王新宇包翔王瑞利内蒙古农业大学草原与资源环境学院内蒙古呼和浩特010010

文章以大兴安岭地区根河市境内天然火烧林地为研究对象,对位于同一区域的不同年代的火烧强度有差别的土壤有机碳和黑碳开展了研究分析。结果表明:随着火烧强度的变化,土壤中黑碳、有机碳的含量也随之发生变化。与对照样地相比,森林火灾... 详细信息

文章以大兴安岭地区根河市境内天然火烧林地为研究对象,对位于同一区域的不同年代的火烧强度有差别的土壤有机碳和黑碳开展了研究分析。结果表明:随着火烧强度的变化,土壤中黑碳、有机碳的含量也随之发生变化。与对照样地相比,森林火灾形成的初级阶段,重度火烧迹地土壤黑碳含量146.29 g/kg,增加了118.3%;有机碳含量105.31 g/kg,增加了189.3%。轻度火烧迹地土壤黑碳含量110.93 g/kg,增加了65.5%;有机碳含量52.30 g/kg,增加了43.7%。在森林火灾发生后的若干年中,土壤中黑碳含量和有机碳含量变化幅度不同,但总的趋势较对照样地均为增加。与对照样地相比,2015年、2014年重度火烧迹地土壤黑碳含量分别增加了88.8%、32.3%,有机碳含量分别增加了61.6%、9.4%;轻度火烧迹地土壤黑碳含量分别增加了24.5%、9.5%,有机碳含量分别增加了11.7%、8.4%。火烧后第13年土壤中黑碳、有机碳含量与对照样地相比趋于持平。土壤中黑碳含量和有机碳含量之间存在一定的关联,有机碳含量将会随着黑碳含量的增高而增高。通过分析森林火灾发生过程中土壤中黑碳含量和有机碳含量的变化有利于加深人们对生物圈碳循环过程的认识。

关键词：火烧土壤黑碳土壤有机碳

大兴安岭北端地形因子对针叶林土壤黑碳储量的影响

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第1期45卷 151-158页

作者：王明哲崔晓阳李斯雯张伟波赵华晨东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040

【目的】气候变化对人类社会发展产生的影响受到了世界各国的广泛关注,提高森林生态系统的固碳潜力被认为是经济可行且有效减缓大气二氧化碳(CO2)浓度的重要途径之一,大兴安岭地区森林生态系统的黑碳储量在全球碳循环和碳汇方面具有重... 详细信息

【目的】气候变化对人类社会发展产生的影响受到了世界各国的广泛关注,提高森林生态系统的固碳潜力被认为是经济可行且有效减缓大气二氧化碳(CO2)浓度的重要途径之一,大兴安岭地区森林生态系统的黑碳储量在全球碳循环和碳汇方面具有重要的作用。研究大兴安岭不同地形因子条件下土壤黑碳的储藏分布特征,为区域森林土壤黑碳储量准确估算和森林土壤固碳功能的定量评估提供参考依据。【方法】在大兴安岭北端寒温带针叶林区,按照坡位、坡向差异,对称设置20块样地,采集1 m剖面内不同发生层土样。采用氢氟酸(HF)和盐酸(HCl)处理的重铬酸盐氧化方法对土壤黑碳进行分离,探讨了地形因子(坡位、坡向和坡度)对黑碳(BC)分布的影响,并借助逐步回归分析量化各因子对土壤黑碳密度变异的相对影响程度。【结果】①研究区土壤黑碳密度(面密度)范围为0.02~3.64 kg/m2,腐殖质层密度最大,占全剖面的50.3%,具有明显的表层集聚效应;黑碳占有机碳的比例范围为3.7%~42.5%,除凋落物层外随深度增加呈不断增加的趋势,说明黑碳含量依土层减小的程度比有机碳含量依土层减少的程度小,对比非黑碳成分黑碳向下迁移的程度更大,其稳定性更强;各土层黑碳含量变化范围为0.24~59.13 g/kg,空间变异性较大。②坡位显著影响土壤黑碳含量和密度的分布,不同土层之间下坡位的黑碳含量均显示高于上坡位,下坡腐殖质层黑碳密度是上坡的2.21倍,其1 m剖面黑碳密度是上坡的1.91倍;不同土层间黑碳占有机碳比例均显示下坡位高于上坡位,而差异未达到显著水平;逐步回归显示,坡位对土壤黑碳数量分异的影响较大,可独立解释腐殖质层黑碳密度空间变异的42.1%、1 m剖面黑碳密度空间变异的46.0%。③坡向通过光照和温度的不同影响黑碳储量分布,总体看来,BC含量(除凋落物层和母质层)和BC密度(除凋落物层)均显示阳坡略高于阴坡,但差异不显著,故坡向对黑碳影响较小;腐殖质层土壤BC密度与坡度无显著相关性,而按上下坡分组统计比较淀积层和全部1 m剖面,则上下坡点位分群趋势明显,下坡BC密度与坡度呈显著正相关,上坡BC密度与坡度无显著相关性,坡度对黑碳分布的影响不及坡位大。【结论】大兴安岭林区黑碳储量丰富,BC主要存在于土壤表层并缓慢向下迁移,其生物化学惰性可有效促进碳固定,提升森林土壤碳汇能力。坡位是影响研究区域森林土壤黑碳分布的主控因子,在同一发生层内,不同坡位的土壤剖面间由于土壤理化性质、植被类型、地表径流冲刷作用等因素的各异导致黑碳含量和密度存在较大差异。研究结果可部分解释区域黑碳分布规律,并为碳汇林立地的选取与经营提供参考。

关键词：针叶林土壤黑碳有机碳地形因子空间变异大兴安岭

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大兴安岭火烧迹地黑碳对土壤理化性质的影响

大兴安岭火烧迹地黑碳对土壤理化性质的影响

作者：王新宇内蒙古农业大学

学位级别：硕士

本文以大兴安岭地区根河市境内的火烧迹地为研究对象,对位于该区域内天然火烧所形成的黑碳及其对土壤物理、化学特性所产生的不同影响进行了分析研究,其结果如下:1.土壤原有的地上、地下指物体不充分燃烧产生了大量的黑碳。随着火烧强... 详细信息

本文以大兴安岭地区根河市境内的火烧迹地为研究对象,对位于该区域内天然火烧所形成的黑碳及其对土壤物理、化学特性所产生的不同影响进行了分析研究,其结果如下:1.土壤原有的地上、地下指物体不充分燃烧产生了大量的黑碳。随着火烧强度的变化,土壤中黑碳的含量也随之发生变化。与对照样地相比,森林火灾形成的初级阶段,重度火烧迹地土壤黑碳含量146.29g/kg,增加了118.3%.有机碳含量75.31g/kg,增加了106.9%。轻度火烧迹地土壤黑碳含量110.93g/kg,增加了65.5%,有机碳含量52.3g/kg,增加了43.7%。在森林火灾发生后的若干年中,土壤中黑炭含量和有机碳含量变化幅度不同,但总的趋势较对照样地均为增加。与对照样地相比,火烧迹地的土壤有机碳和黑碳含量均随火烧后时间的推移而降低。火烧后第2年、3年重度火烧迹地土壤黑碳含量分别增加了88.8%、32.3%,有机碳含量分别增加了61.6%、9.4%。轻度火烧迹地土壤黑碳含量分别增加了24.5%、9.5%,有机碳含量分别增加了11.7%、8.4%。较火灾发生第一年都有不同程度的减少,火烧后第13年土壤中黑碳、有机碳含量与对照样地相比趋于持平。2.火烧导致大面积的地表植物、枯落物被烧毁,失去植被的保护加上不定时的雨水冲刷使土壤的坚实度增大,尤其是地下火燃烧,高温使土壤有机质发生分解,甚至使土壤的岩石矿物产生破坏。高温燃烧使土壤团粒结构变得不稳定,通透性和保水性变差、土壤孔隙度降低,使土壤肥力水平下降。火烧后形成的黑碳颗粒填充到土壤孔隙之间,使孔隙通连状况变差,孔隙度下降(8.1%7.3%),从而使土壤含水量降低了10.2%1%。随着火烧后时间的推移,土壤团粒结构逐渐修复,火烧后第13年土壤容重、孔隙度和含水量与对照样地趋于一致。3.火烧后土壤pH值增加了0.3.55个单位,但随着火烧年限的增加,土壤pH值增加的幅度逐渐变小。轻度火烧后土壤全氮量增加了25.8%,土壤碱解氮含量增加了4.4%,土壤全磷增加了4%,速磷含量增加了30.5%,土壤全钾降低了8.9%,速钾含量减少了20.3%。重度火烧后土壤全氮量减少20.6%,土壤碱解氮含量减少了22.5%,土壤全磷减少了60%,速磷含量增加了61.6%,土壤全钾降低了17.9%,速钾含量减少40.8%。

关键词：兴安落叶松林火烧土壤黑碳土壤理化性质

施用玉米秸秆生物质炭对水稻土黑碳数量和结构特征的影响

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农业环境科学学报 2015年第9期34卷 1769-1774页

作者：张葛窦森谢祖彬孟繁荣尹显宝吉林农业大学资源与环境学院长春130118 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008

通过研究玉米秸秆生物质炭施用对土壤黑碳(BC)数量和结构的影响规律,比较施用生物质炭后不同年限间的差异,为阐明土壤BC在土壤固碳上的作用提供理论依据。选择化学氧化修改法进行土壤BC的提取,采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机碳(SOC)... 详细信息

通过研究玉米秸秆生物质炭施用对土壤黑碳(BC)数量和结构的影响规律,比较施用生物质炭后不同年限间的差异,为阐明土壤BC在土壤固碳上的作用提供理论依据。选择化学氧化修改法进行土壤BC的提取,采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机碳(SOC)含量,采用元素组成和红外光谱分析对土壤BC进行结构表征。研究结果表明:与对照(未施用玉米秸秆生物质炭)相比,施用玉米秸秆生物质炭后3年间各年土壤BC的含量分别增加177.0%、304.3%和434.2%,土壤BC占SOC的比例分别增加40.2%、143.5%和167.3%,说明玉米秸秆生物质炭有助于表层土壤BC长期稳定的积累,且随时间的延长而增加;与对照相比,施用玉米秸秆生物质炭后表层土壤BC的碳元素含量增加,缩合度和芳香性增加,氧化度和脂族性降低,且随玉米秸秆生物质炭施用年限的延长表现得更加明显。长期施用玉米秸秆生物质炭后使土壤BC的结构向着芳香性增加的方向发展,稳定性增强,因而对于土壤固碳是有利的。

关键词：玉米秸秆生物质炭表层水稻土土壤黑碳含量结构特征

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土壤碳组分及其环境意义概述

林业建设 2017年第2期 43-47页

作者：赵荟国家林业局昆明勘察设计院云南昆明650216

气候变化是当下的热门话题,碳的源汇问题也倍受关注。土壤碳库是陆地最大的碳库,土壤有机碳又是土壤极为重要的组成部分,而土壤有机碳的不同组分具有不同的周转方式及其环境意义。本文阐述了几种主要土壤有机碳组分(水溶性有机碳、微生... 详细信息

气候变化是当下的热门话题,碳的源汇问题也倍受关注。土壤碳库是陆地最大的碳库,土壤有机碳又是土壤极为重要的组成部分,而土壤有机碳的不同组分具有不同的周转方式及其环境意义。本文阐述了几种主要土壤有机碳组分(水溶性有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳、轻组和重组有机碳、土壤黑碳)的环境意义、周转方式及其研究进展,认为对土壤有机碳组分进行耦合研究具有理论和实践意义。

关键词：土壤碳组分水溶性有机碳微生物量碳颗粒有机碳轻组和重组有机碳土壤黑碳