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全球气候变化下中国农田土壤碳库未来变化 总被引：5，自引：0，他引：5
农田土壤碳库对缓解气候变化、保证粮食安全具有重要作用。日益加剧的气候变化对农田土壤有机碳库演变的潜在影响受到广泛关注。全球气候变化所带来的温度、降雨和大气二氧化碳（CO2）浓度的改变,会通过影响净初级生产力（NPP）、外源碳投入和有机碳分解速率等因素改变生态系统碳循环过程。另外,气候变化也会通过改变土地利用方式和种植制度等农业措施改变生态系统碳循环。综述国内外农田土壤碳库演变对气候变化影响的研究成果表明,到21世纪末,中国气温将会升高3.9-6.0℃,降水有望增加9%-11%。至2050年,气温和降水的变化会造成中国农田系统碳投入相比1980年降低2.3%-10%（小麦、玉米和水稻平均值）。相反,在综合考虑CO2浓度升高的协同作用后,2050年中国农田系统碳投入相比1990年前将会增加13%-22%（平均年增长率0.2%-0.4%）。模型预测显示,至2020、2050和2080年,中国旱地0-30 cm土层有机碳在CO2低排放情景下分别会损失2.7、6.0和 7.8 tC·hm-2,在CO2高排放情景下分别会损失2.9、6.8和8.2 tC·hm-2,大概占1980年农田土壤碳的4.5%、10.5%和12.7%。综合碳投入和排放对农田土壤碳库的整体影响来看,21世纪末期中国农田土壤有机碳库含量较1980年会下降10%左右,但如果采取相应的管理措施,可有效抑制农田土壤碳库的降低甚至提高,如农田系统碳投入以每年1%的速度增加时,土壤碳库会在21世纪末增加两倍。目前的研究结果显示,气候变化是否会强烈影响农田土壤碳库依然有很大的不确定因素,其对固碳效应正面和负面影响相互抵消后成为碳源还是碳汇说法不一。因此,在采取缓解气候变化、增加农田土壤固碳的措施的同时,还需加强农田土壤碳库未来变化趋势的研究和探索,为中国政策框架的决定以及未来气候变化谈判提供可靠的科学依据。 相似文献
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在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO2浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO2和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO2浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO2浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO2浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO2浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO2浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO2浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO2浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO2升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO2浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。 相似文献
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【目的】阐明大气CO2浓度升高对黑土有机碳稳定性的影响,为黑土碳中和应对气候变化提供理论依据。【方法】以黑土为研究对象,依托中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验平台,设2个处理,分别为对照处理(CK,CO2浓度400μmol/mol)和CO2浓度升高处理(eCO2,CO2浓度700μmol/mol),采用13C同位素示踪法,研究大气CO2浓度升高对黑土及不同粒级团聚体有机碳稳定性的影响,并对土壤有机碳含量与更新率和半衰期进行相关分析。【结果】与CK相比,eCO2处理使>0.25 mm粒级团聚体含量显著增加11.09%(P<0.05,下同),0.25～0.053 mm粒级团聚体含量显著减少23.85%,提升团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD);大气CO2浓度升高使>0.25 mm粒级团聚体有机碳显著增加11.61%,0.25～... 相似文献
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通过水培试验研究在低磷（2μmol/L）、磷充足（2 mmol/L）条件下,大气中不同CO2浓度[（400±50）、（800±50）μmol/mol]对番茄光合特性和抗氧化酶活性的影响。结果表明,磷充足条件下,CO2浓度升高可以显著促进番茄叶片光合速率的提高;而低磷抑制了这种作用。磷充足时,CO2浓度升高显著增加了叶绿素含量,并且叶绿素b含量的增幅明显大于叶绿素a含量;而低磷条件下,CO2浓度升高显著降低了叶绿素含量。与磷充足相比,低磷条件下,番茄叶片的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性明显降低,丙二醛含量升高。但CO2浓度升高明显促进了3种抗氧化酶的活性,并且磷充足条件下促进作用更为显著,同时降低了MDA的含量。因此CO2浓度升高条件下,磷素充足供应可以促进CO2浓度升高产生的正效应。 相似文献
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随着工业的不断发展，全球大气二氧化碳(CO2)呈明显增加趋势。大气CO2的增加将会影响土壤有机碳(SOC)转化和更新，进而改变土壤碳的稳定性。研究大气CO2升高对SOC稳定性的影响，不但是评价陆地生态系统对气候变化反馈效应的重要环节，也对实现碳元素在土壤中的有效储存，对保持土壤肥力的可持续性具有重要意义。利用现有的文献资料，综述了大气CO2升高对SOC稳定性的影响及其稳定性指标(生物指标、化学指标、其他指标等)，外源氮和大气CO2升高的交互作用对SOC稳定性的影响，以及SOC稳定性随时间尺度的变化趋势等。总结发现:大气CO2升高导致活性有机碳(溶解性有机碳、颗粒性有机碳、易氧化有机碳等)比例增多，SOC稳定性降低，尤其在氮限制的环境中，SOC稳定性更差。总结近年的研究成果发现:随着高CO2处理时间的加长，SOC稳定性降低速率逐渐减小，表明土壤本身具有一定的适应能力和自我恢复能力。最后展望了SOC稳定性变化对植物生理、生长的反馈影响。未来大气CO2升高对SOC稳定性的影响研究，应该着力于提高农田生态系统土壤肥力可持续性及提高农作物的产量产能。图1参74 相似文献
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【目的】探讨大气CO2浓度升高与增温影响下北方冬小麦叶片光合特征、碳氮代谢物、生物量和产量形成的调节适应规律,为未来气候变化下小麦生产提供理论依据。【方法】以冬小麦品种“中科2011”为材料,利用封闭式人工气候室,设置对照CK（CO2浓度和气温与大田一致）、EC（CO2浓度为大田浓度+200 μmol·mol-1,气温与大田相同）、ET（CO2浓度与大田一致,气温为大田温度+2℃）、ECT（CO2浓度为大田浓度+200 μmol·mol-1,气温为大田温度+2℃）共4个处理。测定CO2浓度升高200 μmol·mol-1和气温升高2℃变化条件下冬小麦生长发育、叶片的光合特性、碳氮代谢、生物量和产量指标。【结果】气温升高2℃会缩短小麦全生育期及开花到成熟时间,使孕穗期净光合速率显著增加24.7%,而对拔节期与灌浆期净光合速率无显著影响,同时,使灌浆期叶片纤维素含量、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性下降,穗粒数和千粒重下降,进而使产量与生物量分别显著降低23.0%和19.7%;CO2浓度升高200 μmol·mol-1使拔节期与孕穗期小麦净光合速率分别提高32.8%和40.7%,增加灌浆期叶片碳水化合物含量,虽然生长后期出现光适应,但仍可通过增加单位面积穗数使小麦产量增加26.1%。在增温条件下,CO2浓度升高可通过使开花到成熟的时间延长2 d、叶片净光合速率提高约25.54%、增加可溶性总糖、纤维素与淀粉含量等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。【结论】CO2浓度升高可通过延长开花到成熟时间、提高小麦净光合速率、增加光合代谢物等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。 相似文献
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森林生态系统是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，森林对大气二氧化碳(CO2)浓度具有重要的调节作用，开展森林生态系统碳循环研究对更好地了解生物地球化学过程和应对全球气候变化具有重要的科学意义和应用价值。涡动协方差/涡动相关技术是目前应用最广泛的森林生态系统CO2通量观测技术。讨论了基于该技术的森林生态系统CO2通量研究的部分代表性成果，总结了当前森林生态系统CO2通量的主要研究成果并对未来研究提出展望。目前，森林生态系统CO2通量的研究主要集中于:①森林生态系统的碳源/汇估算；② CO2通量观测源区/足迹的计算；③ CO2通量动态特征的提取及其环境影响因子；④基于统计模型的森林生态系统物候特征参数的提取；⑤基于机理模型的气候系统对森林生态系统碳循环的影响。主要结论为:森林生态系统是陆地生态系统的重要碳汇，在对森林生态系统进行CO2通量观测时需对其通量源区的空间代表性进行检验，森林生态系统碳源/汇状态受到树龄、降水和土壤含水量等因素的影响，空气温度是森林生态系统碳循环的重要影响因子。未来森林生态系统CO2通量研究应该集中于提高通量足迹模型计算精度，讨论不同林分对大气CO2的贡献强度。结合气候系统模型和生态生理模型建立植物生理过程参数化模型、预测气候变化对森林碳交换的影响。区域-全球尺度森林生态系统CO2通量研究未来将关注多站点通量，气象数据长时间序列的整合分析，讨论CO2通量气候态特征与碳源/汇的空间格局，更好地了解全球陆地生态系统碳循环机制。表1参64 相似文献
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以玉溪市城区生态植物园中结构和功能保护较好的次生常绿阔叶林为研究地点,分别设置0、1、5、10、15和30 g/(m2·a)共6个氮浓度试验处理,采用林冠下喷雾的方式处理2年,采集0～10 cm表层土壤测定土壤全碳和全氮含量、活性有机碳含量及其转化率、微生物量碳和氮含量。研究结果表明：中高浓度大气氮沉降明显增加了土壤全碳和全氮含量,降低了活性有机碳含量及其转化率,减少了微生物量碳和氮含量,说明中高浓度大气氮沉降能够影响亚热带常绿阔叶林土壤碳循环和氮循环进程,增加土壤碳库和氮库,改变土壤碳组分,延缓土壤碳转化过程,减少土壤微生物总量。数据相关分析结果表明：土壤全碳含量与大气氮沉降浓度呈多项式关系,即土壤全碳含量随大气氮沉降浓度升高而增加,在10 g/(m2·a)N水平达到最大值[(31.05±1.94) g/kg],之后随着大气氮沉降浓度的继续升高而降低;土壤全氮含量与大气氮沉降浓度呈线性正相关关系,即土壤全氮含量随着大气氮沉降浓度持续升高而不断增加;土壤活性有机碳含量及其转化率、微生物量碳和氮含量与大气氮沉降浓度呈线性负相关关系,即随着大气氮... 相似文献
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【目的】研究大气CO2浓度升高（eCO2）及氮肥施用对夏玉米开花吐丝后不同组分碳氮代谢物含量及动态和产量的影响,为全球气候变化下玉米生理过程及产量形成的变化提供理论支撑,同时为玉米作物模型调参提供实证数据。【方法】利用自由大气CO2富集（FACE）平台,以夏玉米品种农大108为试验材料开展田间试验。在常规大气CO2浓度（aCO2,(400±15) μmol·mol-1）和高CO2浓度（eCO2,(550±20) μmol·mol-1）下分别设置不施氮（ZN）和施氮（CN,180 kg N·hm-2）2个氮水平。对夏玉米产量及其构成要素、干物质积累、花后碳代谢物（可溶性糖、淀粉、总碳）动态和氮代谢物（硝态氮,游离氨基酸、可溶性蛋白、非溶性氮化合物细胞壁氮素和类囊体氮素、总氮）动态以及碳氮比动态进行监测。【结果】（1） eCO2与施氮对夏玉米生物量积累有一定促进作用,但对产量及产量构成因素的影响均不显著。（2）eCO2使玉米花后功能叶碳组份中的可溶性糖浓度显著提高,灌浆后期叶片碳氮比显著提高。（3）eCO2下花后玉米功能叶氮代谢中的必需功能氮组分浓度未受影响,而一些结构性氮组分浓度有降低,eCO2对功能叶中功能氮组分（如可溶性蛋白）的含量没有显著影响;氮代谢中的简单组分（如游离氨基酸）在功能叶中的浓度仅在开花期比aCO2有显著增加,后期没有显著影响;但eCO2下氮代谢中的非溶性氮组分（如细胞壁氮素和类囊体氮素）含量在花后一些时期显著降低。（4）氮肥施用使玉米从抽雄到灌浆后期功能叶非结构性碳水化合物（如可溶性糖）浓度、硝态氮浓度、细胞壁氮素和类囊体氮素含量显著提高;中等土壤肥力下不施氮处理的功能叶可溶性蛋白含量没有受影响,但非溶性氮组分（如类囊体氮和细胞壁氮）含量降低,氮素优先满足作物生长必需的可溶性蛋白。（5）eCO2和氮肥交互作用对不同组分碳氮代谢物的影响不同,体现在不同时期,主要表现为提高了玉米功能叶简单碳氮组分（如可溶性糖和硝态氮）在后期的浓度,且碳氮比提高;提高了灌浆初期细胞壁氮素含量,功能叶总氮浓度仅在灌浆后期表现降低、其他时期没有显著影响。【结论】eCO2对夏玉米的生物量增加有一定作用,玉米穗位叶碳氮比在一些时期显著增加,但对产量无显著影响;eCO2下玉米花后穗位叶非结构性碳水化合物浓度增加,但总氮和非溶性氮素化合物在花后均发生不同程度降低。在未来大气CO2浓度升高为特征之一的气候变化情景下,合理增施氮肥对促进作物碳氮代谢的协调有一定必要性。 相似文献
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土壤有机碳作为土壤碳库的重要组成部分,其稳定、增长或衰减都与大气二氧化碳变化密切相关。土壤微生物作为森林生态系统不可或缺的一部分,参与了有机物分解和土壤物质转化过程,在维持土壤质量中起着重要作用。近年来对杉木Cunninghamia lanceolata林土壤的研究主要集中在杉木凋落物分解、土壤养分周转、土壤微生物特征等方面,尤其是高通量测序技术的广泛应用,使杉木林土壤有机碳和微生物特征的研究取得了较多重要进展。本研究对杉木林土壤有机碳的碳库特征、活性、稳定性和土壤微生物的群落结构与多样性及其影响因素的研究进展进行了综述,并提出了未来杉木林土壤有机碳与土壤微生物的研究方向。参79 相似文献
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增施生物有机肥对烤烟光合特性及根际土壤微生物的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
为探讨生物有机肥作用下烤烟光合特性及根际土壤微生物的变化,采用随机区组试验,研究了增施生物有机肥对烤烟光合参数、土壤微生物数量和多样性及碳源利用力的影响.结果 表明,增施生物有机肥改变了烤烟的光合特性,烟叶SPAD值、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度均显著提高,以70％化肥+4500 kg·hm-2生物有... 相似文献
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利用均质化土壤重装的土柱,在川西亚高山-高山同一坡面的5个海拔高度（3 250、3 438、3 672、3 852 m和4 098 m）进行原位培养,定期采样测定土壤0～10 cm和10～20 cm水溶性有机碳（DOC）含量,揭示高寒土壤水溶性有机碳时间动态及受海拔高度的影响规律。结果表明,川西亚高山-高山森林土壤DOC主要在每年11月至次年5月的低温期间积累,在低温末期（5月）含量达到最高,土壤DOC含量在5月以后的温暖季节因消耗而逐步降低;在同一采样时间土壤DOC含量均随着海拔升高而增加。因此,因全球变暖而引起的高寒土壤低温期间缩短,将减少土壤DOC累积的时间,而可能使土壤中DOC含量降低;同时低温期缩短将可能使高寒土壤DOC消耗期延长,从而使高寒土壤碳成为一个潜在的碳源。 相似文献
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【目的】研究免耕保护性耕作下秸秆覆盖对蔗田土壤有机碳与CO2排放的影响,为旱地蔗田土壤有机碳库调控管理提供科学依据。【方法】2018—2019年以秸秆覆盖第2年宿根蔗田为研究对象,设粉垄免耕宿根蔗秸秆覆盖（SR1）、粉垄免耕宿根蔗无秸秆覆盖（SR2）、常规免耕宿根蔗秸秆覆盖（CT1）和常规免耕宿根蔗无秸秆覆盖（CT2）4种处理,在甘蔗分蘖期、伸长期和成熟期采集0～15和15～30 cm土层土壤样品,分析土壤总有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物量碳及CO2排放通量,并计算蔗田土壤碳库管理指数（CPMI）。【结果】秸秆覆盖提高了免耕蔗田土壤总有机碳含量,甘蔗收获后0～15和15～30 cm土层土壤总有机碳含量SR1处理较SR2处理分别提高33.60%和22.08%,CT1处理较CT2处理分别提高18.13%和42.22%。秸秆覆盖增加了免耕蔗田土壤易氧化有机碳含量,甘蔗收获后SR1处理0～15和15～30 cm土层土壤易氧化有机碳含量较SR2处理分别提高11.86%和37.78%,CT1处理较CT2处理分别提高54.84%和31.03%。秸秆覆盖提高了粉垄免耕蔗田土壤微生物量碳含量,甘蔗收获后SR1处理0～15和15～30 cm土层土壤微生物量碳含量较SR2处理分别提高83.21%和126.43%。秸秆覆盖改变了免耕蔗田CO2排放通量,SR1处理CO2排放峰值较SR2处理提高26.26%,CT1处理较CT2处理提高79.18%。粉垄免耕提高了蔗田CO2排放通量,粉垄免耕CO2排放峰值是常规免耕的1.66～2.35倍。秸秆覆盖提高了蔗田土壤碳库管理指数,0～15和15～30 cm土层碳库管理指数SR1处理较SR2处理分别提高16.99%和55.90%,CT1处理较CT2处理分别提高29.50%和28.53%;秸秆覆盖下,粉垄免耕0～15和15～30 cm土层碳库管理指数较常规免耕分别提高67.58%和102.54%。【结论】秸秆覆盖提高了粉垄免耕蔗田土壤总有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳及碳库管理指数。该模式可作为旱地蔗田土壤有机碳库调控的一种重要手段。 相似文献
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以黑龙江省大庆市盐碱土壤为研究对象,探讨有机种植对盐碱土主要温室气体(N2O和CO2)排放的影响。采用IPCC(1992)的方法对试验结果进行计算及对比,结果表明,相较于常规种植,有机种植的温室气体(N2O、CO2)排放通量值较低,说明有机种植对盐碱土旱田的温室气体(N2O、CO2)有减排作用。在盐碱土上有机种植大豆、玉米,随着有机种植年限的增加,温室气体(N2O、CO2)的排放值略有变化,但差异不显著,且总体的增温潜势依然低于常规种植。而且,有机种植增加了试验区土壤微生物量碳、氮的含量。 相似文献