全球变化背景下我国森林土壤碳循环研究进展.docVIP

全球变化背景下我国森林土壤碳循环研究进展 摘要 当今世界，由于人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林生态系统的影响已引起人们的普遍关注。 森林土壤碳库是全球碳循环的重要组成部分，其积累和分解的变化直接影响森林土壤的碳贮藏与全球的碳平衡。森林土壤碳循环是决定未来陆地生物圈表现为碳源/碳汇的关键环节，深入研究碳循环对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义。 本文主要论述了关于全球气候变化（主要是CO2浓度升高，气温升高，降水增加）对森林土壤氮循环的影响以及国内学者的研究进展。并且根据大量研究成果对未来一段时间内森林土壤碳循环研究进行了展望。 关键词： 土壤碳库 碳循环 气候变化 1前言 全球森林面积仅占陆地面积的27 %，却储存了全球 80 % 以上的地上碳储量和 40 % 左右的全球土壤碳储量［1］。森林光合和呼吸作用与大气之间的年碳交换量高达陆地生态系统年碳交换量的90 %。森林生态系统在维持全球碳平衡以及减缓温室效应和调节全球气候等方面中起着不可替代的作用。近十几年来，国内外生态学家和土壤学家对森林土壤碳储量及碳过程极为关注，在全球范围内针对不同地区不同森林类型的土壤碳储量、土壤呼吸、土壤碳的稳定性，以及气候变化和土地利用与土地覆盖变化对土壤碳过程时空动态的影响开展了大量研究，认为森林土壤碳循环受气候变化的影响剧烈［2］。但是，由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化，至今对全球气候变化背景下的森林生态系统碳固持潜力、关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限，导致对森林土壤碳储量和变率的估算存在较大的不确定性。因此，迫切需要深入开展森林生态系统碳循环机制、土壤碳关键过程及其稳定性维持机制的深入研究，藉以增强对全球气候变化背景下的森林土壤碳循环的科学认识［3］。 2我国森林生态系统碳循环 2.1 森林生态系统的碳固定 森林生态系统中的碳最终被固定于森林植被碳库和森林土壤碳库中。森林植被碳贮量359～766 Gt，汇聚着全球植被碳库的86 %。森林植被的碳库是研究森林生态系统向大气吸收和排放CO2的关键因子。不同国家区域森林植被碳贮量对全球森林植被碳贮量的贡献存在较大差异，这与不同国家的自然地理条件、森林类型、森林面积和年龄结构等有关［4］。美国、俄罗斯、加拿大森林碳贮量在全球碳贮量中占有较大比重，而中国碳贮量仅占全球碳贮量的1.2 %，碳密度也远低于美国和俄罗斯。这与我国的森林面积和林龄结构有关，我国中、幼龄林占森 林总面积的81.94 %，但也仅维持了我国森林植被碳储量的60.24 %，碳密度较低，且森林质量不高，残次林占较大比重，碳积累较少。森林土壤碳库占全球土壤碳库的73 %，它受人类活动的影响较大，内部组成和各种反馈机制极为复杂，在减少陆地生态系统碳收支不平衡中起着关键作用。森林土壤碳库包括无机碳库和碳库两部分，无机碳贮量相对较小且变动不大，碳主要分布于土壤层1 m以内，1 m深度内碳总贮量1220 Pg，是现阶段土壤碳库研究的重点。总之，森林生态系统碳库贮存的总碳量为854～1505 Gt，每年固定的碳约占整个陆地生态系统的2/3［5］。它是陆地上最重要的碳库，不仅在维护区域生态环上起着重要作用，而且在全球碳平衡中也有着巨大的贡献。 2.2 森林生态系统的碳释放 森林生态系统碳释放包括森林植被碳释放和森林土壤碳释放。植物光合作用形成的碳库，通过森林植被碳释放( 自养呼吸) 和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂( 异养呼吸) 归还大气。但由于森林生物个体及其不同器官均以不同的速率进行着呼吸作用，森林植被碳释放随着森林本身的生物学特征(年龄、生长状况等) 和环境因子(气象、土壤、季节等) 存在着显著的时空变异。森林土壤的碳释放通过土壤呼吸进行，土壤呼吸主要由根呼吸和微生物呼吸构成，根呼吸对土壤呼吸的贡献率为10 % ～90 %，另有极少部分来自于土壤动物的呼吸、化学氧化和枯枝落叶层呼吸。森林通过植被和土壤的碳释放形成了大气—森林植被—森林土壤—大气整个森林生态系统的碳循环。森林生态系统碳循环可比喻成一个生物泵。 2.3 森林生态系统的碳平衡 森林生态系统的净碳收支是一个碳获得过程( 光合作用、树木生长、林龄增长、碳在土壤中积累) 与碳释放过程( 生物呼吸、树木的死亡、凋落物的微生物分解和土壤碳的氧化、降解及扰动) 之间的差值，称之为碳平衡，如为负值表现为碳源，为正值则表现为碳汇。森林的生物量贮存着大量的碳，按植物生物量的含碳量为45 %～50 %计，则整个森林生态系统的生物量近一半是碳素含量； 植物碎屑的含碳量在整个森林生态系统中占的比例不大，但也是一个不容忽略的碳库，减缓它的沉淀和分解