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长期秸秆还田对水稻土团聚体有机碳及胞外酶的影响

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土壤学报 2024年第1期61卷 235-246页

作者：李新悦李冰王昌全黄容谢柠枍莫太相王楠析张清伟四川农业大学资源学院成都611130 四川省中江县农业农村局四川德阳618100

土壤团聚体有机碳和胞外酶对于改善土壤结构和提高土壤碳固存能力至关重要,且易受农艺生产措施的影响。为探讨秸秆还田下土壤有机碳组分及胞外酶活性变化,开展了35年水稻-小麦轮作试验。本试验设置了无肥区(CK)、化肥区(NPK)和秸秆还田... 详细信息

土壤团聚体有机碳和胞外酶对于改善土壤结构和提高土壤碳固存能力至关重要,且易受农艺生产措施的影响。为探讨秸秆还田下土壤有机碳组分及胞外酶活性变化,开展了35年水稻-小麦轮作试验。本试验设置了无肥区(CK)、化肥区(NPK)和秸秆还田+化肥区(NPKS),研究了不同农艺措施对土壤团聚体有机碳(SOC)及其活性组分(可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物生物量碳(MBC))含量与碳循环相关胞外酶(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、β-D-纤维二糖水解酶(CBH))活性的影响。结果发现,大于0.25 mm团聚体中SOC、DOC和MBC含量显著高于小于0.25 mm粒级,且均以NPKS处理的效果最优,促进了土壤大团聚体有机碳组分更新。各粒级团聚体中MBC/SOC和DOC/SOC比值相对稳定,这表明MBC和DOC与SOC的动态变化趋势较为一致,可作为评价土壤有机碳的敏感指标。2~0.25mm粒级是团聚体胞外酶主要载体,均以NPKS处理活性最高;但大于2mm团聚体酶活性在不同农艺措施之间差异不显著。土壤团聚体中有机碳组分与胞外酶表现为互相促进的关系,其中SOC、DOC和MBC分配差异的主要影响因子为CBH,次要影响因子是BG;而EOC仅受到CBH的正向影响。CBH和BG可促进土壤有机碳周转,且在2~0.25 mm大团聚体中互促作用更剧烈。综上,长期秸秆还田配施化肥不仅有利于提升大团聚体碳的更新和周转速率,还提高了SOC含量,是稻田土壤可持续固碳的重要农艺途径。

关键词：农艺措施团聚体碳固存胞外酶活性

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京津冀城市群碳源汇匹配关系的时空格局演化

生态学杂志 2024年

作者：王超谢泓毅张馨予曾雪婷首都经济贸易大学劳动经济学院复旦大学环境科学与工程系

京津冀城市群以典型的快速城镇化和区域协同发展为特征，明晰城市碳源和碳汇的变化特征、探讨区域碳收支平衡状态及变化规律对于实现“双碳”目标及区域可持续发展至关重要。本研究提出了碳源汇匹配关系的静态和动态分析方法，分析了京... 详细信息

京津冀城市群以典型的快速城镇化和区域协同发展为特征，明晰城市碳源和碳汇的变化特征、探讨区域碳收支平衡状态及变化规律对于实现“双碳”目标及区域可持续发展至关重要。本研究提出了碳源汇匹配关系的静态和动态分析方法，分析了京津冀城市群碳收支平衡状态变化以及匹配关系的演化规律。结果表明：京津冀地区的人类活动的碳排放量大于自然植被的固碳量，呈现明显的碳赤字状态，碳平衡指数保持在14%～27%，净碳排放量从2000年254.67 Mt快速增加到2013年678.08 Mt（峰值），之后趋于稳定，到2019年为668.98 Mt。各城市的碳源汇匹配关系差异明显。从静态角度分析，2019年张家口和承德为“高固碳-低排碳”类型，“碳汇”功能明显；其他城市中，6个属于“低固碳-高排碳”类型，4个为“低固碳-低排碳”类型，1个为“高固碳-高排碳”类型。从动态角度分析，京津冀地区20年的碳源汇匹配关系的演化轨迹为“增排増汇不可持续型（类型①）”，单年度的演化轨迹波动性较大。各城市中，仅有北京20年演化轨迹为“增排増汇可持续型（类型②）”，其发展路径更符合碳中和目标和低碳转型的要求。

关键词：碳中和碳排放碳固存四象限法动态演化

基于CWT-CARS-CNN综合方法的矿区土壤煤源碳质量分数高光谱估测

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 91-100页

作者：聂小军洪雯雯 GILL Ammara 于海洋陈晓东河南理工大学测绘与国土信息工程学院河南焦作454000

目的目前,尚无可靠方法定量识别土壤中煤源碳,为此,方法采集焦作矿区耕地土壤,配制249个不同质量分数的煤源碳土壤样品,利用ASD FieldSpec4获取样品光谱数据,采用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)-竞争性自适应重加权采... 详细信息

目的目前,尚无可靠方法定量识别土壤中煤源碳,为此,方法采集焦作矿区耕地土壤,配制249个不同质量分数的煤源碳土壤样品,利用ASD FieldSpec4获取样品光谱数据,采用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)-竞争性自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)-卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)方法估测土壤中煤源碳质量分数,并对比CWT-CARS-CNN方法与传统光谱指数法构建的煤源碳估测模型估测效果,检验CWT-CARS-CNN估测模型的适用性。结果结果表明:350~2500 nm波段内,煤与土壤光谱特征截然不同,含煤土壤样品光谱反射率随煤源碳质量分数增加而降低;CWT方法提高了光谱对土壤煤源碳的敏感性,CARS方法提取的煤源碳敏感波段数量明显增加,基于CWT-CARS-CNN方法的煤源碳质量分数估测模型精度明显高于传统光谱指数法的;以L8分解尺度构建的CWT-CARS-CNN模型精度最高,验证集R2=0.9993,RPD=40.3081。结论基于CWT-CARS-CNN的高光谱估测方法能较准确地估测矿区不同土地利用类型下土壤中的煤源碳质量分数,可为“双碳”背景下矿区土壤碳固存与肥力评估提供参考。

关键词：煤源碳碳固存高光谱估测深度学习矿区土壤

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黄土高原土壤有机碳固存机制研究进展

第四纪研究 2023年第2期43卷 509-522页

作者：杨阳窦艳星王宝荣薛志婧朱兆龙黄懿梅王云强安韶山中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061 中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心陕西西安710061 陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站陕西西安710061 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 陕西师范大学地理科学与旅游学院陕西西安710119 西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100

黄土高原土层深厚,蕴藏着大量的土壤有机碳,由于植被自然生长和生态建设等因素,黄土高原生态系统发挥了、并在未来持续发挥重要的碳汇作用。在"双碳目标"的重大国家战略背景下,黄土高原土壤碳汇效应将迎来重大的转机和严峻的挑战。鉴于... 详细信息

黄土高原土层深厚,蕴藏着大量的土壤有机碳,由于植被自然生长和生态建设等因素,黄土高原生态系统发挥了、并在未来持续发挥重要的碳汇作用。在"双碳目标"的重大国家战略背景下,黄土高原土壤碳汇效应将迎来重大的转机和严峻的挑战。鉴于此,首先回顾了黄土高原植被恢复进程和土壤的固碳效应,聚焦植被恢复过程中土壤有机碳固存这一核心过程,基于土壤物理、化学和生物学的固碳机制和原理,并结合土壤"微生物碳泵"核心调控理论,论述了黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳的固定过程,同时概括和总结了土壤有机碳固定的驱动因素;最后,对黄土高原土壤碳固存所存在的问题和挑战进行了展望,为黄土高原乃至我国陆地生态系统土壤碳汇功能、生态效益提升具有重大意义。

关键词：黄土高原植被恢复土壤有机碳碳固存碳汇效应

地铁项目引起的土地利用及碳汇时空变化评估——以成都地铁10号线二期项目为例

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世界建筑 2024年第7期 50-55页

作者：陈春宇刘金毕凌岚西南交通大学重庆大学博士西南交通大学建筑学院

城市地下空间是城市化进程中的重要组成部分,在低碳城市建设中发挥着重要作用,地铁系统是解决城市交通拥堵和空气质量问题最受关注的交通基础设施。重大基础设施项目会引起土地利用变化,可能导致城市树木覆盖面积大幅减少,从而影响城市... 详细信息

城市地下空间是城市化进程中的重要组成部分,在低碳城市建设中发挥着重要作用,地铁系统是解决城市交通拥堵和空气质量问题最受关注的交通基础设施。重大基础设施项目会引起土地利用变化,可能导致城市树木覆盖面积大幅减少,从而影响城市的陆地固碳潜力。调查了2016-2019年成都市地铁10号线二期项目导致的土地利用及陆地碳汇的时空变化。高分辨率遥感影像与POI数据相结合用于分析土地利用变化,利用landsat8 OLI卫星传感器数据估算的归一化差异植被指数用于检测树木覆盖变化和量化碳储量。结果表明,商业用地、一类居住用地以及交通设施用地增长较为剧烈,三类居住用地、物流仓储用地和其他用地逐年减少。在研究期间,地铁周边区域为修建地铁导致土地利用变化和砍伐城市树木造成了7.113tCO_(2)e的排放。以往在评估由于公共交通减少的排放量时,常忽略了这一部分。了解地铁站点对土地利用的影响以及地铁项目建设过程对碳排放的影响,对调整和优化地铁项目方案及地铁系统的节能减排具有重要的指导作用。

关键词：地铁项目碳固存遥感归一化植被指数土地利用变化

基于全生命周期评价某木结构建筑碳排放及减碳效果

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水利规划与设计 2024年第4期 128-132页

作者：魏同正王志毅杨银琛梁利霞浙江理工大学建筑工程学院浙江杭州310018 浙江建科节能环保科技有限公司浙江杭州310012 浙江省建筑科学设计研究院有限公司浙江杭州310012

分析浙江省一栋木结构建筑,建立合理的参照钢结构建筑和混凝土结构建筑,确定参照建筑的建材用量,并通过全生命周期评价法,计算原建筑及参照建筑的碳排放。通过对3栋建筑的碳排放进行分析发现:木结构建筑在建材生产阶段的减碳效果明显,... 详细信息

分析浙江省一栋木结构建筑,建立合理的参照钢结构建筑和混凝土结构建筑,确定参照建筑的建材用量,并通过全生命周期评价法,计算原建筑及参照建筑的碳排放。通过对3栋建筑的碳排放进行分析发现:木结构建筑在建材生产阶段的减碳效果明显,在建造阶段、运行阶段和拆除回收阶段减碳效果不明显。相较于参照钢结构建筑和混凝土结构建筑,在不考虑木材固碳量的情况下,木结构建筑在全生命周期碳排放下降约4.04%和7.97%,考虑木材碳固存量则下降约15.78%和19.24%。

关键词：木结构建筑碳排放碳固存全生命周期

纳米零价铁改性生物炭修复铬污染过程中对土壤碳固存的影响机制研究

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纳米零价铁改性生物炭修复铬污染过程中对土壤碳固存的影响机制研...

作者：张鑫青岛大学

学位级别：硕士

六价铬(Cr(VI))在陆地和水生生态系统中的生物地球化学行为以及如何缓解其对动植物和人类健康的潜在威胁是长久以来重点关注的研究领域。利用化学还原法将Cr(VI)转化为低毒、稳定的三价铬(Cr(III))被认为是修复Cr(VI)污染的有效方法。... 详细信息

六价铬(Cr(VI))在陆地和水生生态系统中的生物地球化学行为以及如何缓解其对动植物和人类健康的潜在威胁是长久以来重点关注的研究领域。利用化学还原法将Cr(VI)转化为低毒、稳定的三价铬(Cr(III))被认为是修复Cr(VI)污染的有效方法。纳米零价铁材料(n ZVI)由于具有强还原性、比表面积大、吸附能力强等特点,在Cr(VI)污染的修复方面表现出良好的应用前景。但纯n ZVI材料具有不稳定、易团聚和氧化等明显缺陷,使其在实践应用过程中的反应活性降低。因此,近年来利用生物炭作为载体,合成稳定化、活性高的纳米零价铁改性生物炭(n ZVI-BC)材料用于Cr(VI)修复成为一种潜在的、高效的修复技术。天然有机质(NOM)在自然环境中广泛存在,而NOM对n ZVI-BC修复Cr(VI)的影响、NOM和Cr(VI)在n ZVI-BC上吸附的相互影响和作用过程尚未得到清晰的阐明。此外,在土壤环境中,n ZVI-BC修复土壤Cr(VI)污染过程中土壤有机质与n ZVI-BC、Cr(VI)以及Fe(0)与Cr(VI)氧化还原产物之间的相互作用对土壤有机碳(SOC)的矿化或固存过程的影响及机制尚不明确,而明确这些问题将更好地揭示n ZVI-BC修复Cr(VI)污染的过程机制,对更全面地评估n ZVI-BC修复重金属污染过程中的环境效益具有重要科学意义。针对上述研究不足,本文的主要研究内容和所获结论如下:(1)以湿地废弃物芦苇秸秆为生物质原材料,通过高温热解和液相还原法对其进行铁负载改性制备成不同铁碳比(Fe:C)的n ZVI-BC材料。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等多种分析方法对n ZVI-BC的表面形态、结构和物相种类等特性进行表征,探究了Fe:C变化对n ZVI-BC表面特性的影响。根据不同Fe:C制备的n ZVI-BC对Cr(VI)的去除能力,筛选出Fe:C为3:1的n ZVI-BC(n ZVI-BC3)为最佳的吸附材料(最大吸附容量为105 mg g)。通过开展不同Cr(VI)浓度梯度下的批吸附实验表明n ZVI-BC3对Cr(VI)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,说明该吸附过程主要受化学吸附的影响,且以单分子层吸附为主。(2)通过进一步开展Cr(VI)和NOM(以腐殖酸(HA)为代表物)二元体系的批吸附实验,并结合吸附前后n ZVI-BC的表面形貌、矿物组分和官能团等方面的表征分析,系统地探讨了Cr(VI)和HA在n ZVI-BC上的去除/吸附的相互作用及机理。结果表明:n ZVI-BC3对Cr(VI)或HA的去除能力分别随着二者浓度的升高而显著降低,证实了Cr(VI)和HA在n ZVI-BC3上存在强竞争吸附作用。吸附HA后n ZVI-BC3表面增强的静电斥力和Fe OOH的形成被认为是抑制Cr(VI)还原和吸附的主要机制;而n ZVI-BC3表面形成的Fe(III)-Cr(III)氢氧化物占据了n ZVI-BC3表面吸附的活性位点是Cr(VI)抑制HA在n ZVI-BC3上吸附的主要机制。(3)n ZVI-BC3可显著降低土壤中的有效态Cr(VI)浓度,提高Cr的稳定性并降低其生态风险。培养90天后,土壤有效态Cr(VI)浓度从对照组(CK)的147 mg kg显著降低至低添加量处理组(n ZVI-BC3(L))的86.8 mg kg和高添加量处理组(n ZVI-BC3(H))的20.4 mg kg。n ZVI-BC3通过降低土壤中Cr的可交换态(EX)比例,提高铁锰氧化物结合态(OX)和残渣态(RS)的比例,进而降低了Cr在土壤中的生态风险。其主要机制为:(1)n ZVI-BC3通过表面孔隙、静电引力和含氧官能团的吸附作用,将Cr(VI)吸附到n ZVI-BC3表面;(2)土壤中的n ZVI与Cr(VI)迅速发生氧化还原反应生成比表面积大、吸附位点较多的氧化铁矿物,为Cr(VI)提供更多吸附位点;同时,n ZVI-BC3的添加促进了微生物生长,从而促进了Cr(VI)的生物还原;(3)上一步反应生成的氧化还原产物通过共沉淀作用结合,生成CrFe_((1-x))(OH)或CrFe_((1-x))OOH。n ZVI-BC3的添加促进了土壤中EX态Cr转化为OX态和RS态,对重金属Cr的稳定起到重要作用。(4)通过进一步考察n ZVI-BC3修复土壤Cr(VI)污染过程中对SOC矿化的影响发现:n ZVI-BC3在修复Cr(VI)污染土壤的过程中,虽然在短期内(前30天)对土壤CO排放有显著的促进效果,但从整个培养期(90天)来看,n ZVI-BC3的添加减少了土壤CO的累积排放量。培养90天后,n ZVI-BC(L)和n ZVI-BC(H)组中的SOC和铁结合碳(Fe-OC)含量相较于CK组分别提高了5.06%、10.1%和9.84%、10.5%。n ZVI-BC修复土壤Cr

关键词：铬污染纳米零价铁改性生物炭土壤有机碳铁氧化物碳固存

黑河中游边缘绿洲农田退耕还草的土壤碳、氮固存效应

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环境科学 2006年第7期27卷 1312-1318页

作者：苏永中中国科学院寒区旱区环境与工程研究所临泽内陆河流域综合研究站兰州730000

研究黑河中游边缘绿洲农田退耕种植苜蓿5a后土壤碳、氮库的变化，通过对2个土类（开垦耕种的风沙土和灰棕漠土）退耕苜蓿地和相邻农田0～5、5～10和10～20cm土层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）、颗粒有机碳和氮（POC、PON）储量的分析... 详细信息

研究黑河中游边缘绿洲农田退耕种植苜蓿5a后土壤碳、氮库的变化，通过对2个土类（开垦耕种的风沙土和灰棕漠土）退耕苜蓿地和相邻农田0～5、5～10和10～20cm土层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）、颗粒有机碳和氮（POC、PON）储量的分析表明：开垦耕种的风沙土和灰棕漠土有极低的SOC和TN含量，退耕种植苜蓿后0～20cm SOC储量提高了22．1％～27．8％，SOC的固存率平均为0．47Mg／（hm^2·a），0～5cm表层SOC储量变化最大，提高32％～66％；TN储量0～20cm储量变化不显著，在0～5cm表层TN储量风沙土和灰棕漠土分别提高12．8％和48．1％．退耕后POC和PON较SOC和TN有更显著的变化，其分配比例增加，0～20cm土层POC和PON储量分别提高22．8％～42．7％和18．6％～57．6％，在0～5cm变化最大；在瘠薄耕地转变为多年生苜蓿地后土壤C库的增加主要是由于POC的形成量增加．SOC含量相对更低的灰棕漠土比风沙土退耕后土壤C、N的增加更为明显．

关键词：农田苜蓿地土壤有机碳氮颗粒有机碳、氮碳固存

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杭州市不同土地利用类型的树木生长和碳固存

生态学杂志 2011年第11期30卷 2405-2412页

作者：嵇浩翔史琰朱轶梅温家石唐宇力葛滢常杰浙江大学生命科学学院杭州310058 杭州市园林文物局钱江管理处杭州310008

随着全球城市化的加剧,城市作为一个受强人类活动支配的生态系统,在显著改变土地利用的同时,也改变了城市内植被的碳吸收和碳储存能力。本文选取杭州具有代表性的2个树种香樟(Cinnamomum camphora)和悬铃木(Platanus acerifolia)为研究... 详细信息

随着全球城市化的加剧,城市作为一个受强人类活动支配的生态系统,在显著改变土地利用的同时,也改变了城市内植被的碳吸收和碳储存能力。本文选取杭州具有代表性的2个树种香樟(Cinnamomum camphora)和悬铃木(Platanus acerifolia)为研究对象,调查并测量了720株树木的胸径、株高、株距和冠幅,测量了230株样木近10年的平均轮面积增量,对城市不同土地利用类型上不同树种的碳储存和碳吸收速率进行了估算和比较。结果表明,香樟碳储存为45kg C·m-2,悬铃木104kg C·m-2。香樟碳吸收速率在政府机关用地上最大,住宅区最小;而悬铃木在住宅区碳吸收速率远远大于商业区和政府机构用地。冠幅是影响香樟碳吸收速率的主要影响因子,而悬铃木的碳吸收速率与冠幅相关外还受到年龄的影响。在城市土地利用类型中乔木碳吸收是野外相同年龄乔木的5倍甚至更多。

关键词：碳固存树芯增量分析行道树年轮