全球变化背景下大气CO_2浓度升高与森林群落结构和功能的变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动。概述了全球变化背景下大气 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和功能的相互作用 ,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、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率以及营养循环的潜在效应 ,这些受影响的生物要素和生态过程会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构和功能的改变。还提出了一个假设性的概念性框架 ,描述大气 CO2 升高引起的森林结构和功能变化的内在机理。     

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     

全球大气CO2浓度升高对土壤微生物的影响

全球大气CO2浓度升高对土壤微生物生态系统的影响已引起广泛关注。本文从土壤微生物群落结构、微生物区系、土壤呼吸、微生物生物量以及土壤酶活性方面对大气高浓度CO2的响应进行了综述。由于提供高浓度CO2的实验系统、所选植物材料以及土壤特性等的不同,大气CO2浓度升高对土壤微生物群落结构、微生物区系、土壤呼吸、微生物生物量以及土壤酶活性的影响并未得出一致结论。但高浓度CO2对土壤微生物生态系统的影响是存在的。     

大气二氧化碳浓度升高对植物根际微生物及菌根共生体的影响

综述了大气CO2浓度升高条件下,植物根际土壤环境、根际土壤微生物和植物菌根形成的变化趋势等方面的研究进展,CO2浓度升高,运转到根系的碳水化合物增加,根际环境、根际微生物活性、微生物群落结构以及菌根共生体的形成发生变化．提出在CO2浓度升高条件下,根际微生物和菌根真菌群落的变化对植物群落和陆地生态系统碳动态的调节是今后的研究趋向。     

森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述

在大气CO2浓度升高和氮沉降增加等全球变化背景下,森林生态系统减缓CO2浓度升高的作用及其对全球变化的响应和反馈存在诸多不确定性.森林生态系统碳氮循环相互作用及功能耦合规律的研究是揭示这些不确定性的基础,也是反映森林生态系统生物产量与养分之间作用规律,涉及林地持久生产力（sustainability of long-term site productivity）的生态学机理问题.森林生态系统碳氮循环的耦合作用表现在林冠层光合作用的碳固定过程,森林植物组织呼吸、土壤凋落物与土壤有机质分解、地下部分根系周转与呼吸等碳释放过程,这些过程存在反馈机理和非线性作用,最终决定森林生态系统的碳平衡.着重在生态系统尺度上,综述了碳氮循环耦合作用研究的一些进展与存在的问题,对今后研究方向进行了展望.     

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。     

荒漠生态系统对大气CO2浓度升高响应的干湿年差异

利用一个基于详细生理学过程的生态系统模型PALS-FT,通过模拟实验分析了美国亚利桑那州(Arizona)首府凤凰城(Phoenix)市西郊的Larreatridentata荒漠生态系统在干湿年份(1988-2002年)对大气CO2浓度升高响应的差别。结果表明,生态系统地上净初级生产力(ANPP)和土壤有机质年累积速率(SOM)均随大气CO2浓度升高而呈非线性(湿年)或线性(正常年和干年)增加;所有年份的土壤N含量(Nsoil)则呈非线性显著下降。ANPP与SOM的绝对变化量总是湿年大于正常年和干年,相对变化量则与所分析的CO2处理水平有关;Nsoil的绝对变化量和相对变化量均为湿年大于正常年和干年。不同功能型的植物ANPP对大气CO2浓度升高的绝对变化量均为湿年大于正常年和干年;相对变化量则因具体植物功能型而异,灌木和亚灌木为干年大于正常年和湿年,一年生C3和C4草本均为湿年大于正常年和干年。因此,无论是生态系统水平还是植物功能型(或物种)水平,荒漠生态系统对未来大气CO2浓度升高的响应都将受降水格局的显著影响。     

开放式空气CO2浓度增高对土壤线虫影响的研究现状与展望

大气CO2浓度增高会对生态系统产生一系列的影响,这些影响在某种程度上受到土壤动物区系的调节,本文通过论述大气CO2浓度增高对不同类型土壤中和不同生态系统中土壤线虫产生的影响,阐明了用土壤线虫作为指示生物来研究生态系统变化的意义,并提出了今后针对大气CO2浓度增高这一现象应着重围绕土壤线虫及土壤动物系优先开展的几方面研究,从而更好地指示整个生态系统的变化情况,为有效地管理农田生态系统提供依据。     

高浓度CO2对树木生理生态的影响研究进展

大气CO2浓度升高已成为世界范围内的重要环境问题。CO2浓度升高势必会对植物的生理生态变化产生重要影响。综述了国内外有关高浓度CO2对树木生理生态影响研究的最新进展,具体包括高浓度CO2对树木生长发育、光合和呼吸作用、抗氧化系统、树木代谢物质、挥发性有机化合物以及树木凋落物等方面的影响。高浓度CO2一般会促进树木地上植株的生长和发育,但也因树种差异而有所不同。最新研究表明,高浓度CO2促进了树木细根周转,树木根系生长在大气CO2浓度升高条件下表现为促进作用,这种作用加快了全球森林生态系统的C循环。高浓度CO2虽然在一定程度上促进树木光合速率的增加,但长期熏蒸也往往会发生光合驯化,这种现象产生的生理学机制目前仍无定论。高浓度CO2对树木呼吸作用尤其是根系呼吸的影响将是未来研究的重点和难点。高浓度CO2一般会提高树木抗氧化酶活性与抗氧化剂含量,但不同树种响应高浓度CO2的过程和机理也有所差异。研究表明,高浓度CO2一般对树木凋落物的分解产生不利影响,但也因树种而异。需要强调的是,目前关于树木地下部分、树木对高浓度CO2的适应机理和重要过程(碳氮水耦合及基因调控等)以及多个树种包括不同类型树种及不同品种之间比较研究较少;关于某一重要生理生态机制(如根系生理代谢)尤其是多个生态因子复合条件下缺乏长期深入的研究。在此基础上给出了大气CO2浓度升高下树木生理生态学研究的未来发展方向,包括高CO2浓度条件下树木根系生理代谢及机制、树木碳氮水耦合的生理过程及机制、不同生态因子复合作用对树木生理影响机制以及树木分子作用机理等方面的研究。这些研究不仅将丰富森林树木应对未来气候变化的有关科学理论,也为全球气候变化背景下实现森林树种生态功能的优化选择及森林生态系统的可持续发展与经营提供重要的生理生态学理论依据和参考。     

当前植物生理生态学研究的几个热点问题

简要介绍了最近国内外植物植物生理生态学的几个热点问题,这些问题主要围绕着人类活动影响造成的几大重要环境因子改变而可能导致的植物植物生理生态变化展开,包括CO2浓度升高、紫外辐射增加,温度变化,强光、盐生环境扩大化等;部分工作探讨已经存在的特殊生境下的植物生态适应。其中,围绕着陆地生态系统的碳平衡是最为热门的话题之一。虽然以CO2浓度升高主题展开对C3和C4植物的影响研究依然是众多刊物发表生理生态学原始论文的重要内容,一些特殊功能如CMA植物的响应引起了人们的兴趣,植物对于紫外辐射的生理生态响应有望成为新的研究热点,研究手段的完善以及实验材料的改进是最近植物植物生理生态学不断出新成果的重要原因之一,如稳定同位素技术的应用、野外FACE实验、叶绿素荧光技术等使一些机理性问题不断被揭示出来。     

气候变化对森林土壤有机碳贮藏影响的研究进展

森林土壤有机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陆地生态系统的碳贮藏与全球的碳平衡.气候变化将影响植物光合作用及土壤有机碳的分解和转化过程,进而影响森林土壤有机碳贮量及土壤碳动态.温度、降水、大气CO2浓度等气候因子对森林土壤碳贮藏均具有重要影响.了解气候变化对森林土壤有机碳贮藏的影响有助于人们科学管理森林碳库以及进一步寻找缓解气候变化的可行途径.为此,本文综述了森林土壤有机碳贮量的分布以及升温、降水变化和大气CO2浓度升高对森林土壤有机碳贮藏影响的国内外研究进展,并提出了有关的研究展望.     

林冠受损对小坑林场土壤固碳微生物群落结构的影响

【目的】以典型南亚热带常绿阔叶林小坑林场土壤为研究对象,模拟2008年冰雪灾害对森林造成的损伤设置实验,分析不同林冠开度和凋落物输入量对土壤固碳微生物群落结构的影响。【方法】试验设置对照(CN)、损伤处理+移除处理枝叶(TR)、损伤处理+保留处理枝叶(TD)、未处理+添加处理枝叶(UD)4个处理,受损处理一年后,采用MiSeq高通量测序技术对土壤固碳微生物的功能基因cbbL进行测序分析。【结果】通过生物信息学及统计学分析表明,森林林冠损伤后林冠开度和凋落物输入量增加,导致土壤固碳微生物种群数量降低,多样性增加,群落结构也受到影响,亚硝化螺菌属(Nitrosospira)明显增加,成为优势种群,而原来的优势菌群慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)明显减少。主成分分析(PCA)表明,与对照相比,其他3个样地的土壤固碳微生物结构均发生明显改变。【结论】模拟林冠损伤处理一年后,凋落物的大量骤然输入和林冠开度增大提高了土壤固碳微生物群落多样性,但降低了其种群数量,影响了土壤固碳微生物群落结构,这为进一步的研究提供了依据。     

Contrasting simulated past and future responses of the Amazonian forest to atmospheric change

Modelling simulations of palaeoclimate and past vegetation form and function can contribute to global change research by constraining predictions of potential earth system responses to future warming, and by providing useful insights into the ecophysiological tolerances and threshold responses of plants to varying degrees of atmospheric change. We contrasted HadCM3LC simulations of Amazonian forest at the last glacial maximum (LGM; 21 kyr ago) and a Younger Dryas-like period (13-12 kyr ago) with predicted responses of future warming to provide estimates of the climatic limits under which the Amazon forest remains relatively stable. Our simulations indicate that despite lower atmospheric CO2 concentrations and increased aridity during the LGM, Amazonia remains mostly forested, and that the cooling climate of the Younger Dryas-like period in fact causes a trend toward increased above-ground carbon balance relative to today. The vegetation feedbacks responsible for maintaining forest integrity in past climates (i.e. decreased evapotranspiration and reduced plant respiration) cannot be maintained into the future. Although elevated atmospheric CO2 contributes to a positive enhancement of plant carbon and water balance, decreased stomatal conductance and increased plant and soil respiration cause a positive feedback that amplifies localized drying and climate warming. We speculate that the Amazonian forest is currently near its critical resiliency threshold, and that even minor climate warming may be sufficient to promote deleterious feedbacks on forest integrity.     

CO2浓度增加对长白山森林土壤甲烷氧化影响

大气CO2浓度升高可能对森林土壤的甲烷(CH4)氧化速率产生影响.本文采用开顶箱技术,对连续6年高浓度CO2(500 μmol·mol-1)处理的长白山森林典型树种蒙古栎树下土壤CH4氧化速率进行研究,并利用CH4氧化菌的16S rRNA特异性引物以及CH4单加氧酶功能基因引物分析了土壤中CH4氧化菌的群落结构与数量.结果表明:CO2浓度增高后,生长季土壤甲烷氧化量与对照和裸地相比分别降低了4％和22％;基于16S rRNA特异性引物的DGGE分析表明,CO2浓度增高导致两类甲烷氧化菌的多样性指数降低;CO2浓度增高对土壤中Ⅰ类甲烷氧化菌数量无显著影响,而使土壤中Ⅱ类甲烷氧化菌数量显著减少,功能基因pmoA拷贝数与对照和裸地相比分别降低了15％和46％.CO2浓度增高导致森林土壤甲烷氧化菌数量与活性降低,土壤含水量的增加可能是导致这一现象的主要原因.     

Does soil CO2 efflux acclimatize to elevated temperature and CO2 during long-term treatment of Douglas-fir seedlings?

We investigated the effects of elevated soil temperature and atmospheric CO2 on soil CO2 efflux (SCE) during the third and fourth years of study. We hypothesized that elevated temperature would stimulate SCE, and elevated CO2 would also stimulate SCE with the stimulation being greater at higher temperatures. The study was conducted in sun-lit controlled-environment chambers using Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) seedlings grown in reconstructed litter-soil systems. We used a randomized design with two soil temperature and two atmospheric CO2 treatments. The SCE was measured every 4 wk for 18 months. Neither elevated temperature nor CO2 stimulated SCE. Elevated CO2 increased the temperature sensitivity of SCE. During the winter, the relationship between SCE and soil moisture was negative but it was positive during the summer. The seasonal patterns in SCE were associated with seasonal changes in photosynthesis and above-ground plant growth. SCE acclimatized in the high-temperature treatment, probably because of a loss of labile soil carbon. Elevated CO2 treatment increased the temperature sensitivity of SCE, probably through an increase in substrate availability.     

Effect of Elevated CO2 and Drought on Soil Microbial Communities Associated with Andropogon gerardii

Our understanding of the effects of elevated atmospheric CO2, singly and In combination with other environmental changes,on plant-soil interactions is incomplete. Elevated CO2 effects on C4 plants, though smaller than on C3 species, are mediated mostly via decreased stomatal conductance and thus water loss. Therefore, we characterized the interactive effect of elevated CO2 and drought on soil microbial communities associated with a dominant C4 prairie grass, Andropogon gerardii Vitman. Elevated CO2 and drought both affected resources available to the soil microbial community. For example, elevated CO2 increased the soil C:N ratio and water content during drought, whereas drought alone decreased both. Drought significantly decreased soil microbial biomass. In contrast, elevated COz increased biomass while ameliorating biomass decreases that were induced under drought. Total and active direct bacterial counts and carbon substrate use (overall use and number of used sources) increased significantly under elevated CO2. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis revealed that drought and elevated CO2, singly and combined, did not affect the soil bacteria community structure.We conclude that elevated CO2 alone increased bacterial abundance and microbial activity and carbon use, probably in response to increased root exudation. Elevated CO2 also limited drought-related impacts on microbial activity and biomass,which likely resulted from decreased plant water use under elevated CO2. These are among the first results showing that elevated CO2 and drought work in opposition to modulate plant-associated soil-bacteria responses,which should then Influence soil resources and plant and ecosystem function.     

Interactive effects of soil temperature, atmospheric carbon dioxide and soil N on root development, biomass and nutrient uptake of winter wheat during vegetative growth

Nutrient requirements for plant growth are expected to rise in response to the predicted changes in CO(2) and temperature. In this context, little attention has been paid to the effects of soil temperature, which limits plant growth at early stages in temperate regions. A factorial growth-room experiment was conducted with winter wheat, varying soil temperature (10 degrees C and 15 degrees C), atmospheric CO(2) concentration (360 and 700 ppm), and N supply (low and high). The hypothesis was that soil temperature would modify root development, biomass allocation and nutrient uptake during vegetative growth and that its effects would interact with atmospheric CO(2) and N availability. Soil temperature effects were confirmed for most of the variables measured and 3-factor interactions were observed for root development, plant biomass components, N-use efficiency, and shoot P content. Importantly, the soil temperature effects were manifest in the absence of any change in air temperature. Changes in root development, nutrient uptake and nutrient-use efficiencies were interpreted as counterbalancing mechanisms for meeting nutrient requirements for plant growth in each situation. Most variables responded to an increase in resource availability in the order: N supply >soil temperature >CO(2).     

全球变化对土壤动物多样性的影

陆地生态系统由地上和地下两部分组成,二者相互作用共同影响生态系统过程和功能.土壤动物在生物地球化学循环方面起着重要作用.随着人们对土壤动物在生态系统过程中重要性的认识,越来越多的研究表明全球变化对土壤动物多样性产生深刻影响.土地利用方式的改变、温度增加和降雨格局的改变能直接影响土壤动物多样性.CO₂浓度和氮沉降的增加主要通过影响植物群落结构、组成和化学成分对土壤动物多样性产生间接影响.不同环境因子之间又能相互作用共同影响土壤动物多样性.了解全球变化背景下不同驱动因子及其交互作用对土壤动物多样性的影响,有助于更好地预测未来土壤动物多样性及相关生态学过程的变化.