专题2 土壤有机碳(10.22)

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1、专题2土壤有机碳库研究主讲人：史利江土壤碳库在全球变化中的作用和意义土壤有机碳的影响因素土壤碳库的研究方法相关的国家研究计划土壤有机碳的国内外研究进展报告提纲一、土壤碳库在全球变化中的作用和意义土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,其有机碳总贮量约在1400-1500Pg之间（耿元波等，2000）（1Pg=1015g），是陆地植被碳库的2-3倍，大气碳库（750PgC）的2倍多，其较小幅度的变动也可能对大气中温室气体的浓度以及全球变化产生重要影响，因此在调控地球表层生态系统的碳平衡和减缓温室气体方面具有重要的作用（汪业勖等，1999）。在气候变化和人类活动等条件的综合影响下,将导致土壤有机碳

2、蓄积量及动态平衡的变化，从而导致土壤有机碳库既可能成为碳汇也可能成为碳源，由此反过来对全球变化产生影响。因此，关于土壤有机碳库的研究日益成为全球碳循环研究的热点，同时也成为全球变化问题研究的核心内容之一（陈泮勤，孙成权，1992，1994）。二、土壤有机碳的影响因素（一）自然因素对土壤有机碳储量的影响土壤理化性质的影响土壤理化性质（包括土壤质地、母质、有机质组成、pH以及土壤C/N、土壤养分等）会影响对土壤有机碳的稳定性及其变化产生一定的影响。一些研究表明,土壤有机碳含量与粘土含量呈现显著的正相关（SpackmanandMunn，1984），但也有研究表明二者之间并未存在明显的相关关系（S

3、imsandNielsen，1986）。强酸性的土壤环境可以抑制微生物的活动而降低有机碳分解速率（AyanabaandJenkinson，1990）。土壤的物理结构则通过调节土壤中空气和水的运动，影响微生物的活动。土壤C/N的高低也对土壤微生物的活动能力有一定促进或限制作用，当土壤氮素增加时,可以促进微生物的活动,提高土壤有机质的分解速率（廖利平等，2000）。2.植被的影响地表植被类型的不同直接影响着输入土壤有机物数量的差异。草原植被光合作用的有机产物中的92%以上分布在地下，同时草本植物每年均有大量的根系死亡进入土壤碳循环过程；森林植被光合产物分配到地下土壤中的比例较低，其土壤有机碳的

4、主要来源多为枯枝落叶，输入量的差异决定了不同植被类型的土壤碳库存在明显的差异。在相同的气候条件下，草原土壤有机碳约为森林土壤有机碳的2倍（周莉等，2005）。对于农田土壤，由于收割时农作物的残茬常被移除，导致地表有机物的淋溶损失较大，同时存留的作物残体的分解能力较弱，因此其有机碳密度常常低于森林土壤（Bouwman，1990）。在缺乏地表植被覆盖的沙漠和荒漠地区，植被和土壤的碳密度几乎为0（李克让等，2003）。3.气候条件及其变化的影响气候变化对于土壤有机碳的蓄积具有重要影响。气候变化通过温度、降水变化影响植物生产力速率和凋落速率，从而控制和影响输入土壤的有机碳量；但同时也影响微生物活性

5、从而改变地表凋落物和土壤有机碳分解速率。温室气体浓度上升引起的全球变暖虽然可以使植被的生长期延长，光合作用效率提高，从而增加陆地植被的净初级生产力（NPP）和土壤有机碳的输入量，但气温的升高也加速了土壤有机碳的分解（王绍强，刘纪远，2002）。研究表明，在全球范围内温度升高0.5℃会使处于稳定状态的土壤碳库下降约6%（Trumboreetal.，1996）；全球变暖还将导致永久冻土中大量的有机碳以CO2、CH4和其它痕量气体释放到大气中，进一步增强温室效应（Bockheimetal.，1997）。已有研究证实，在20世纪70-80年代，由于气候变暖已使美国阿拉斯加北坡冻原由碳汇变为碳源（O

6、echeletal.，1993）。（二）人类活动对于土壤有机碳储量的影响1.土地利用变化对土壤碳库的影响土地利用变化不仅直接改变了地表植被类型从而影响土壤有机碳的输入，而且还引起了土壤理化性质的变化，从而对土壤的固碳能力产生影响（周涛，史培军，2006）。据IPCC（2007）估算，20世纪90年代土地利用变化引起的CO2排放量相当于人类活动引起的总排放量的1/4。而Houghton(1995)对土地利用变化影响结果的估计表明,1850-1990年，土地利用的变化导致124PgC释放到大气中，约相当于同时期化石燃料燃烧碳释放量的一半。土地利用变化已经成为仅次于化石燃料燃烧排放引起温室气体浓

7、度增加的主要原因。（1）森林砍伐转变为农田后：会引起土壤有机碳（SOC）含量快速下降，其主要原因是地表凋落物的输入减少，同时耕作破坏了土壤团聚体结构，使有机质暴露，加快了其分解速度；（2）森林转变为草地：其土壤有机碳的下降幅度比农田少甚至可能有所增加。（3）草地被开垦成农田后：土壤呼吸作用加强，土壤有机碳的分解速度加快，由此也导致了土壤有机碳的损失。草地开垦为农田后，土壤中的有机碳损失量大约在30%-50%。据Hough