湿地土壤CO2通量研究进展

近年来 ,全球气候变化研究成为公众和科学界关注的热点之一 ,ＣＯ2 作为一种重要的温室气体 ,其源、汇及通量的研究得到格外重视。土壤作为一个巨大的碳库 (1 394× 10 18ｇＣ[15] ,是大气ＣＯ2 的重要的源或汇 ,其通量 (约 6 8± 4× 10 15ｇＣ·年 - 1)如此巨大 (燃料燃烧每年释放约 5 2× 10 15ｇＣ) [7,2 6 ] ,使得即使轻微的变化也会引起大气中的ＣＯ2 浓度的明显变化。精确测定各生态系统的土壤ＣＯ2 通量及其对全球变化的响应情况是十分重要的。土壤ＣＯ2 通量表现为土壤呼吸 ,这一术语初始的含义为一定时间内单位面积放出ＣＯ2 的…     

大气CO2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

大气ＣＯ２浓度升高的所引起的森林生态系统稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动,概述了大气ＣＯ２浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气ＣＯ２浓度升高出现了额外多的Ｃ,供应,讨论了以这些额外多的Ｃ经大气－植物－土壤途径的流动走向,来研究大气ＣＯ２浓度的升高,与森林结构的相互作用,探讨了大气ＣＯ２浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和     

植物光合作用对大气CO2浓度升高的反应

近年来大气中ＣＯ２浓度急剧增加使人们重新对研究ＣＯ２浓度升高对植物光合作用影响感兴趣。预计在未来的１００ａ中,大气ＣＯ２浓度还将不断增长并达到当今的２倍。ＣＯ２排放量的增加不仅加剧了地球上的温室效应,也将改变全球生态系统中碳的平衡。离浓度ＣＯ２对植物光剑作用的影响表现为短期和长期效应。短时间地供给高浓度ＣＯ２促进阿 光合作用,而长时间生长在高浓度ＣＯ２下抒使某些植物光合能力下降,出现了光合适应现象     

基于稳定碳同位素技术研究大气CO2浓度升高对植物-土壤系统碳循环的影响

大气CO₂浓度升高影响植物光合作用过程和生物量积累,改变植物地上和地下生物量的动态分配.土壤有机质的形成和周转依赖于植物组分的输入,因此,CO₂浓度升高所造成的植物生理和代谢的变化对土壤碳库收支平衡具有重要影响.采用稳定碳同位素(¹³C)技术研究土壤-植物系统的碳循环可阐明大气CO₂浓度升高条件下光合碳在植物各器官的分配特征和时间动态,明确光合碳在土壤中的积累、分解与迁移转化过程以及对土壤有机碳库周转的影响.本文综述了基于¹³C自然丰度法或¹³C示踪技术研究大气CO₂浓度升高对土壤-植物系统碳循环的影响,主要包括:1)对植物光合作用的同位素分馏的影响;2)对植物光合碳(新碳)分配动态的影响;3)对土壤有机碳新老碳库动态以及微生物转化过程的影响.明确上述过程及其调控机制可为预测CO₂浓度升高对陆地生态系统碳循环及源汇效应的长期影响奠定基础.     

基于稳定碳同位素技术研究大气CO2浓度升高对植物-土壤系统碳循环的影响

大气CO₂浓度升高影响植物光合作用过程和生物量积累,改变植物地上和地下生物量的动态分配.土壤有机质的形成和周转依赖于植物组分的输入,因此,CO₂浓度升高所造成的植物生理和代谢的变化对土壤碳库收支平衡具有重要影响.采用稳定碳同位素(¹³C)技术研究土壤-植物系统的碳循环可阐明大气CO₂浓度升高条件下光合碳在植物各器官的分配特征和时间动态,明确光合碳在土壤中的积累、分解与迁移转化过程以及对土壤有机碳库周转的影响.本文综述了基于¹³C自然丰度法或¹³C示踪技术研究大气CO₂浓度升高对土壤-植物系统碳循环的影响,主要包括:1)对植物光合作用的同位素分馏的影响;2)对植物光合碳(新碳)分配动态的影响;3)对土壤有机碳新老碳库动态以及微生物转化过程的影响.明确上述过程及其调控机制可为预测CO₂浓度升高对陆地生态系统碳循环及源汇效应的长期影响奠定基础.     

中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力

1　前　言在引起全球温室效应的痕量气体中 ,尤以含Ｃ气体的作用最为显著。ＣＯ2 和ＣＨ4两种含碳气体的贡献将达到 75 %[1] 。而且 ,在大气中这两种气体的浓度正在不断增加[2 ] 。为了弄清大气中这些含碳痕量气体的来源和归宿 ,首先应该搞清楚全球主要碳库的现有贮量及其潜力。森林是全球陆地生态系统中的最大有机碳库 ,它贮有1 1 4 6ＰｇＣ ,占整个陆地碳库的 5 6%[3] 。而且更重要的是森林生态系统具有较高的碳贮存密度(ｃａｒｂｏｎｄｅｎｓｉｔｙ ,即与别的土地利用方式相比 ,单位面积内可以贮存更多量的有机碳 )。据研究 ,森林生态系…     

生态转换系统中土壤有机质变化的稳定碳同位素示踪研究进展

由于气候变异、人类活动等因素影响 ,全球各生态系统间短期内正经历着前所未有的区域性转变 ,由此导致的一系列生态环境问题如区域气候变迁、荒漠化、水土流失等广受关注[2 ] ,而其中土壤有机质的变化起着极为关键的作用。据估计 ,地表土壤层中有机碳的总量为大气的 2～ 4倍 ,土壤有机质的变化对大气ＣＯ2 浓度的影响甚大[15] ;同时 ,土壤有机质又是维护土壤结构 ,保持土壤肥力的重要组成部分。因此 ,生态系统的转变对土壤有机质产生的影响为各国科学家所重视。尽管稳定碳同位素是示踪有机质变化过程最有效的手段之一 ,并且Ｎｉｓ ｓｅｎｂ…     

大气CO2浓度升高对植物根系的影响

植物长期生长在CO2浓度不断升高的环境中,其结构和功能都将受到影响,这种影响不仅表现在植物的地上部分,同时也表现在植物的地下部分(根系),尤其是细根的长度、直径、产量、周转以及根与枝的分配模式等方面。植物根系结构和功能的改变影响植物地上部分和生态系统物质循环中的碳动态及土壤中碳库的变化。目前有关大气CO2浓度升高对根系动态影响的研究报道主要包括大气CO2浓度升高对根系结构(直径、分枝、长度、数量等)和根系生理(周转率、产量、碳分配模式等)的影响2个方面。目前,该领域研究还存在一些不足,例如在CO2浓度升高条件下,对植物根系内部的调控机制,以及由其引起的物质循环和能量流动的动态变化的了解较少;至今没有令人信服的证据说明大气CO2浓度升高使根系周转升高还是降低。今后应加强研究在CO2浓度升高条件下根系的周转变化和光合产物分配模式变化,CO2浓度升高和外界环境因素的共同作用对根系的影响,以及采用不同研究方法和研究对象在不同立地条件下开展升高CO2浓度对根系影响的对比研究等。     

菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生态系统的碳循环过程。该文从碳的输入,土壤有机质的形成、稳定和分解等4个关键环节分别论述了菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用。研究表明,菌根真菌在陆地生态系统碳的输入过程中扮演关键角色,其通过改善植物矿质营养,参与植物逆境响应,影响植物的光合作用强度,以及调控植物多样性与生产力之间的关系等多种途径,维持或提高植被初级生产力;大气中的CO₂被植物固定后,一部分碳经由菌丝网络输送到土壤中,随后经微生物的分解和转化,与矿物结合或被团聚体包裹而被稳定在土壤中;同时,菌根真菌通过影响根际激发效应和菌丝际生物化学过程,如分泌特定胞外酶,与菌丝际微生物互作,驱动芬顿反应,以及与腐生微生物竞争等,调控土壤有机质的分解和转化过程。考虑到菌根真菌对环境和气候变化的敏感性,该文还探讨了全球变化因子对菌根真菌介导的碳循环过程的影响。最后,该文对未来研究方向进行了展望,并提...     

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

土壤水分亏缺对水稻茎秆贮藏碳水化合物向籽粒运转的调节

以两个茎秆贮藏物质利用效率不同的水稻(Oryza sativa)杂交组合(‘汕优63’和‘Pc311/早献党’)为材料,进行土壤水分亏缺处理(Water-deficit),以水层灌溉为对照(Well-watered),研究水分亏缺对水稻茎贮藏性碳水化合物运转及其关键酶活性的调节作用。结果表明,水分亏缺促进了水稻茎秆贮藏物质的运转和对籽粒产量的贡献,开花前茎秆贮藏的碳水化合物对产量贡献率分别提高了1.9~3.0倍(与水层灌溉相比)。土壤水分亏缺诱导了水稻茎节间α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、D-酶活性上升,但淀粉磷酸化酶受到了抑制,说明土壤水分亏缺加强水稻茎秆贮藏淀粉水解途径,而不是磷酸解途径。就蔗糖代谢而言,土壤水分亏缺提高了蔗糖磷酸合成酶的活性和活化状态,抑制蔗糖转化酶活性,促进蔗糖合成,加速贮藏物质快速降解和转移,从而调节稻株贮藏碳水化合物向籽粒的分配。     

不同土壤水分条件下香樟凋落叶覆盖对土壤碳氮循环的影响

凋落物作为森林生态系统碳库的重要组成部分对森林土壤碳、氮循环具有重要作用.为探讨香樟凋落叶对土壤碳、氮循环的影响,室内模拟研究了10%、20%和30% 3种土壤含水量条件下香樟凋落叶覆盖森林土壤中碳、氮元素的变化.结果表明: 3种含水量条件下香樟凋落叶覆盖均显著增加了土壤CO₂排放速率和土壤溶解性有机碳(WSOC)含量,但显著降低了土壤中硝态氮含量,表明香樟凋落叶覆盖能够增强土壤呼吸强度和碳矿化,抑制土壤硝化作用;香樟凋落叶覆盖能够显著增加10%含水量土壤中铵态氮含量,但降低了20%和30%含水量土壤铵态氮含量,表明香樟凋落叶覆盖对土壤铵态氮含量的影响与土壤含水量有关.香樟凋落叶中部分单萜烯浓度在不同土壤含水量条件下分别与土壤CO₂排放速率和铵态氮含量呈显著正相关,而与土壤WSOC和硝态氮含量呈显著负相关,说明香樟凋落叶覆盖对土壤碳、氮循环的影响可能与凋落叶中的单萜烯有关.     

黄土丘陵区三种典型退耕还林地土壤固碳效应差异

探讨了黄土丘陵区退耕种植10—40a的柠条、沙棘及刺槐林地土壤总有机碳库及其活性组分密度随退耕时间、土层分布及相对比例的变化差异。结果表明:100 cm深土壤碳库在退耕10a时仅柠条林地碳库未比坡耕地显著增加,但退耕20—40a3种林地比退耕10a时都已有显著增加,且增幅均为刺槐>沙棘>柠条,其中总有机碳的最大增幅分别达到90.92、27.87、14.89Mg/hm2,活性有机碳的分别达到30.28、10.51、9.67 Mg/hm2。各还林地碳库增加在退耕10a时主要来自0—40 cm浅层土,而40—100 cm深层土碳库到退耕20a起才开始显著增加。对比退耕10a时,到退耕40a时柠条、沙棘及刺槐林地0—20 cm表层土分别平均累积了35.4%、27.9%、27.1%的总有机碳,20.2%、45.1%、23.1%的活性有机碳,而20—100 cm各土层间对碳库累积比例大小变化无一致规律,平均每20 cm厚土层累积了17.4%的总有机碳和17.6%活性有机碳。并且相比坡耕地,各林地均使100 cm深土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,改良了碳库质量。综上分析,长期退耕下3种林地固碳效应有明显差异,以刺槐林地碳累积效应较强。     

Long-term effects of intercropping and bio-litter recycling on soil biological activity and fertility status of sub-tropical soils

On-farm field experiments were carried out at two sites having 38- and 10-year-old orchard cropping systems under sub-tropical climatic regions to evaluate changes in organic carbon accumulation and chemical and microbiological properties of the soils. Under a system of different intercropped fruit trees, the cultivation of coconut (Cocos nucifera L.) intercropped with guava (Psidium guajava L.) enhanced the soil microbial activity approximately 2-fold after 38 yrs over 10 yrs of the same intercropped system. Soil organic carbon increased from 3.4 to 7.8 and 2.4 to 6.2 g kg-1 after 38 and 10 yrs, respectively, following the establishment of orchards. The increase was attributed to greater recycling of bio-litters. Levels of dehydrogenase, phosphatase and soil microbial biomass under field conditions generally depended more on the nature of the cropping system than on soil types. Similarly, average carbon inputs of bio-litter to the soil in monocrop (0.98 Mg ha-1 yr-1) was less than intercropped fruit trees (2.07 Mg ha-1 yr-1). The average level of soil microbial biomass carbon was 1158 kg ha-1 (0-0.15 m depth) and the organic carbon turnover rate was 8.5 yr-1 after 38 yrs of intercropped fruit trees, which resulted in a lower ratio (1.81) of carbon inputs to soil microbial biomass carbon.     

Leaf phenological shifts and plant–microbe–soil interactions can determine forest productivity and nutrient cycling under climate change in an ecosystem model

Climate change is expected to affect tree leaf phenology by extending the length of the growing season (LGS), which will affect the productivity and nutrient cycling of forests. Interactions between plants and microbes will mediate the ecosystem processes further through microbe-mediated plant–soil feedback (PSF). To investigate the possible consequences of interactions between the extension of the growing season (GS) and PSF under various conditions, we developed a simple theoretical model (LGS-PSF model). The LGS-PSF model predicts that microbe-mediated PSF will intensify the negative effects of increasing temperature on the size of soil carbon stock when compared with simulations without the PSF effect. The combined effects of increasing temperature and PSF on the size of soil carbon stock occurs through enhanced activity of individual microbes and increased microbial population size. More importantly, the model also demonstrated that a longer GS mitigates this negative effect on carbon accumulation in soil, not through increased net primary production, but through intensified competition for nutrients between plants and microbes, thus suppressing microbial population growth. Our model suggested that the interactive effects of the LGS and PSF on carbon and nitrogen dynamics in forests should be incorporated into larger scale quantitative models for better forecasting of future forest functions under climate change.     

Soil Aggregates and Associated Organic Matter under Conventional Tillage,No-Tillage,and Forest Succession after Three Decades

Impacts of land use on soil organic C (SOC) are of interest relative to SOC sequestration and soil sustainability. The role of aggregate stability in SOC storage under contrasting land uses has been of particular interest relative to conventional tillage (CT) and no-till (NT) agriculture. This study compares soil structure and SOC fractions at the 30-yr-old Horseshoe Bend Agroecosystem Experiment (HSB). This research is unique in comparing NT and CT with adjacent land concurrently undergoing forest succession (FS) and in sampling to depths (15–28 cm) previously not studied at HSB. A soil moving experiment (SME) was also undertaken to monitor 1-yr changes in SOC and aggregation. After 30 years, enhanced aggregate stability under NT compared to CT was limited to a depth of 5 cm, while enhanced aggregate stability under FS compared to CT occurred to a depth of 28 cm and FS exceeded NT from 5–28 cm. Increases in SOC concentrations generally followed the increases in stability, except that no differences in SOC concentration were observed from 15–28 cm despite greater aggregate stability. Land use differences in SOC were explained equally by differences in particulate organic carbon (POC) and in silt-clay associated fine C. Enhanced structural stability of the SME soil was observed under FS and was linked to an increase of 1 Mg SOC ha⁻¹ in 0–5 cm, of which 90% could be attributed to a POC increase. The crushing of macroaggregates in the SME soil also induced a 10% reduction in SOC over 1 yr that occurred under all three land uses from 5–15 cm. The majority of this loss was in the fine C fraction. NT and FS ecosystems had greater aggregation and carbon storage at the soil surface but only FS increased aggregation below the surface, although in the absence of increased carbon storage.     

黑土肥沃耕层构建效应

东北黑土区粘重的耕地土壤,经多年不合理耕作后产生了较厚的“犁底层”,成为该地区农业生产的主要限制因子.本研究利用田间试验,分析了构建肥沃耕层对作物产量、土壤物理性质、土壤含水量和微生物数量的影响.结果表明：肥沃耕层构建后,土壤形成了一个深厚的耕层,作物产量增加.与常规耕作法相比,向20～35 cm土层施用秸秆和有机肥使土壤容重分别降低了9.88%和6.20%,总孔隙度分别增加了9.58%和6.02%,饱和导水率分别增加了167.99%和73.78%,表明肥沃耕层的构建能够有效地改善土壤的通气透水性,提高大气降水的入渗能力;向“犁底层”施用秸秆和有机肥处理0～100 cm土层土壤含水量和水分利用效率均显著高于常规耕作法,该处理玉米出苗率与0～35 cm土层土壤含水量之间呈显著正相关关系.肥沃耕层的构建由于增加了土壤中的有机碳源和透气性,从而增加了土壤中的微生物数量.     

西沙群岛主要岛屿不同植被类型对土壤理化性质的影响

为了解海岛植被恢复过程中植物群落对土壤理化性质的影响,对西沙群岛的永兴岛和东岛上不同植被群落的土壤主要理化性质进行测定。结果表明,随着岛屿植被由藤草经灌木向乔木群落的过渡,土壤含水量由5.9%显著升高至14.2%;土壤微生物生物量碳、生物量氮分别由176.2和41.2 mg kg~(-1)显著升高至391.5和98.8 mg kg~(-1);而pH呈下降趋势。这表明随着植被的恢复,海岛土壤质量不断提高,生态系统渐趋稳定。     

AMF对喀斯特土壤枯落物分解和对宿主植物的养分传递

为探索丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在喀斯特土壤中养分利用机制,采用分室系统隔室装置(用20μm或0.45μm尼龙网双层隔离)对香樟(Cinnamomum camphora)幼苗进行幼套球囊霉(Glomus etunicatum)接种处理和施氮处理,并采用15N稳定同位素技术标记了黑麦草(Lolium perenne)枯落物作为土壤有机残体,幼苗生长15周后测定了隔室幼苗生长性状指标、氮、磷摄取量、植株和隔室土壤中的δ15N值、微生物量碳、微生物量氮以及菌丝体密度,结果表明:AMF具有腐生营养能力,促进了土壤枯落物的分解并吸收其释放的15N传递给宿主植物利用;香樟幼苗优先利用根际周围氮维持生长;在低氮状态下,香樟植株通过AMF菌丝体更多地利用了相邻隔室枯落物分解释放的15N;施加根际外源氮有利于AMF对隔室枯落物的分解,但降低了植株对枯落物氮的利用;根际高氮状态下植株的氮、磷摄取量较大;高养分状态下提高了相邻隔室微生物量碳、氮含量和菌丝体密度。     

黑土肥沃耕层构建效应

东北黑土区粘重的耕地土壤,经多年不合理耕作后产生了较厚的“犁底层”,成为该地区农业生产的主要限制因子.本研究利用田间试验,分析了构建肥沃耕层对作物产量、土壤物理性质、土壤含水量和微生物数量的影响.结果表明：肥沃耕层构建后,土壤形成了一个深厚的耕层,作物产量增加.与常规耕作法相比,向20～35 cm土层施用秸秆和有机肥使土壤容重分别降低了9.88%和6.20%,总孔隙度分别增加了9.58%和6.02%,饱和导水率分别增加了167.99%和73.78%,表明肥沃耕层的构建能够有效地改善土壤的通气透水性,提高大气降水的入渗能力;向“犁底层”施用秸秆和有机肥处理0～100 cm土层土壤含水量和水分利用效率均显著高于常规耕作法,该处理玉米出苗率与0～35 cm土层土壤含水量之间呈显著正相关关系.肥沃耕层的构建由于增加了土壤中的有机碳源和透气性,从而增加了土壤中的微生物数量.