大气CO_2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

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、营养循环的潜在效应以及气温上升对森林植物产生的可能性影响 ,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的改变。     

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     

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。     

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。     

FACE实验技术和方法回顾及其在全球变化研究中的应用

化石燃料的燃烧和城市化进程的加快导致大气中二氧化碳(CO_2)和臭氧(O_3)浓度日益升高,大气气体浓度的变化会对植物个体和陆地生态系统结构与功能产生影响。CO_2浓度升高增加了陆地生态系统碳汇能力,而O_3导致作物减产和生态系统固碳损失。自由空气中气体浓度增加(FACE)系统是最接近自然的一种模拟大气气体浓度增加对生态系统影响的研究平台,已广泛应用于各种生态系统,为理解陆地生态系统生态过程对全球变化的响应及评估未来情景的生态风险提供了重要科学依据。该文从FACE技术特点出发,介绍了国内外建成的大型CO_2/O_3-FACE系统,分析了FACE系统的不同布气方式在不同生态系统研究过程中的优点与缺点,概述了全球FACE运行的现状和取得的主要成果,并指出了FACE系统存在的主要问题和前沿研究方向。     

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.     

FACE实验技术和方法回顾及其在全球变化研究中的应用

化石燃料的燃烧和城市化进程的加快导致大气中二氧化碳(CO₂)和臭氧(O₃)浓度日益升高, 大气气体浓度的变化会对植物个体和陆地生态系统结构与功能产生影响。CO₂浓度升高增加了陆地生态系统碳汇能力, 而O₃导致作物减产和生态系统固碳损失。自由空气中气体浓度增加(FACE)系统是最接近自然的一种模拟大气气体浓度增加对生态系统影响的研究平台, 已广泛应用于各种生态系统, 为理解陆地生态系统生态过程对全球变化的响应及评估未来情景的生态风险提供了重要科学依据。该文从FACE技术特点出发, 介绍了国内外建成的大型CO₂/O₃-FACE系统, 分析了FACE系统的不同布气方式在不同生态系统研究过程中的优点与缺点, 概述了全球FACE运行的现状和取得的主要成果, 并指出了FACE系统存在的主要问题和前沿研究方向。     

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。     

风速变化对草原生态系统的影响研究进展

在全球风速呈下降趋势的大背景下,研究风速变化对生态系统的影响具有重要意义,尤其是其重要组成部分——草原生态系统。近年来大量学者开始研究风速变化对草原生态系统的影响,主要集中在以下几个方面并得出相关的结论,(1)风速变化会影响植物的生长速率和叶片形态,适当的风速能够促进植物生长发育、提高植被初级生产力,而强风或持续大风不仅会对植物产生破坏作用,还会影响其生长发育;(2)风会最先带走地表细小颗粒,从而导致土壤质地变粗、水分下降、营养成分重新分配;(3)风引起地表边界层和大气边界层物质和能量的转移和交换,热量和水汽的交换导致地表微气候发生变化,如风速降低会导致地表温度升高;(4)风力作用使得土壤水分亏缺、营养成分变化,导致草原生态系统结构变化、草地覆盖度降低、物种生活型复杂化、耐旱植物增加;(5)大气稳定性、CO2交换速率和碳排放都会随着风速的增加而增加,碳吸收则相反,碳通量也因此发生变化。综上,风速降低对于草原生态系统的影响复杂且利弊相当,未来的发展趋势会更加侧重于以下几个方面的发展:研究对象的多样化、加强控制实验的定量化研究、综合多要素的相互作用机理研究、整体结构和功能性的研究。     

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.     

土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响

陆地生态系统是重要的碳库之一,在碳素生物地球化学循环中起着重要作用．本文就森林、农田生态系统,综述了土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响及其可能的作用机制．土地利用变化显著地影响陆地生态系统的结构和功能,造成系统碳贮量的变化,这很大程度取决于生态系统类型和土地利用方式的改变．森林砍伐后变为农田和草地,使生态系统中植被和土壤碳贮量大大降低．土壤碳含量的降低主要是由于凋落物输入的减少,有机质分解速度的提高,以及耕种措施对有机质物理保护的破坏造成的．土壤碳损失主要发生在森林砍伐后较短的时期内,而其降低速率取决于诸多因素以及土壤理化和生物过程．农田和草地弃耕恢复为森林,以及农田保护性管理措施的利用．能够使大气中的碳在植被和土壤中得到汇集．森林恢复过程中植被可以大量汇集大气中的碳,而由于农田耕种历史不同以及土壤空间异质性。导致土壤碳汇集速率差异极大．保护性农田管理措施(诸如免耕、合理的种植制度、化肥的施用等)可以影响土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性,维持和提高土壤碳含量水平．     

不同生态系统对湘西洛塔降雨量及岩溶效应的影响

采用雨量器、滤膜法、CO2气体监测管法、标准试片对湘西洛塔不同生态系统降雨量、泥沙量、土壤CO2浓度、溶蚀速度进行了研究。结果表明:森林生态系统降雨量高于灌丛生态系统,观测第一年高6.84mm,第二年高218.08mm,且时间趋向均匀;灌丛生态系统水土流失严重,其泥沙含量是森林生态系统的1.53倍,土壤侵蚀为强度,而森林生态系统为微度;不同深度土壤CO2浓度在森林和灌丛生态系统中具有相同的变化趋势,在春季、秋季、冬季随土层加深而增大,在夏季,随土层加深先减少后增大,但季节变化动态略有差异,森林生态系统不同深度、不同季节土壤CO2浓度均大于灌丛生态系统;从全年土壤CO2浓度对比来看,10、20、40cm处,森林生态系统分别是灌丛生态系统的1.66、1.59和1.90倍;不同深度上,溶蚀速度在森林和灌丛生态系统具有相同的变化趋势,15cm处均大于地面,从同一深度来看,森林生态系统溶蚀速度均大于灌丛生态系统,地面、15cm处溶蚀速度分别是灌丛生态系统的1.11倍、2.57倍,说明森林生态系统具有较好的岩溶效应。     

土地利用约束下中国东部南北样带生产力和植被分布对全球变化的响应

对现有的区域植被动态模拟模型进行了改进,使之包含了土地利用分布格局对植被和生态系统相关过程的影响。改进后的模型被用地研究中国东部南北样带(NSTEC)植被和净第一性生产力对未来气候变化的响应。模拟结果显示土地利用格局对未来气候条件下植被分布的变迁和生产力形成过程有非常显著的影响。与没有土地利用约束的情形相比较,土地利用作为限制条件缓减了植被类型之间的竞争,从而减少了模拟的样带区域内常绿阔叶林,但增加了模拟灌木和草地的分布。土地利用约束使得模拟得到的当前条件下的净第一性生产力更为接近实际情况,且未来气候条件下的生产力改变量更为可信。对未来CO2倍增条件下7个大气环流模型预测的气候情景的模拟结果表明：落叶阔叶林将显著增加,但针叶林、灌木和草原的分布将下降。未来气候条件下NSTEC样带的净第一性生产力总量将增加。预测样带北部的净第一性生产力的变化范围大于样带南部。温度变化比降水变化对样带的生产力具有更强的控制。     

土地利用约束下中国东部南北样带生产力和植被分布对全球变化的响应

对现有的区域植被动态模拟模型进行了改进,使之包含了土地利用分布格局对植被和生态系统相关过程的影响.改进后的模型被用于研究中国东部南北样带(NSTEC)植被和净第一性生产力对未来气候变化的响应.模拟结果显示土地利用格局对未来气候条件下植被分布的变迁和生产力形成过程有非常显著的影响.与没有土地利用约束的情形相比较,土地利用作为限制条件缓减了植被类型之间的竞争,从而减少了模拟的样带区域内常绿阔叶林,但增加了模拟灌木和草地的分布.土地利用约束使得模拟得到的当前条件下的净第一性生产力更为接近实际情况,且未来气候条件下的生产力改变量更为可信.对未来CO2倍增条件下7个大气环流模型预测的气候情景的模拟结果表明:落叶阔叶林将显著增加,但针叶林、灌木和草原的分布将下降.未来气候条件下NSTEC样带的净第一性生产力总量将增加.预测样带北部的净第一性生产力的变化范围大于样带南部.温度变化比降水变化对样带的生产力具有更强的控制.     

Altered dynamics of forest recovery under a changing climate

Forest regeneration following disturbance is a key ecological process, influencing forest structure and function, species assemblages, and ecosystem–climate interactions. Climate change may alter forest recovery dynamics or even prevent recovery, triggering feedbacks to the climate system, altering regional biodiversity, and affecting the ecosystem services provided by forests. Multiple lines of evidence – including global‐scale patterns in forest recovery dynamics; forest responses to experimental manipulation of CO₂, temperature, and precipitation; forest responses to the climate change that has already occurred; ecological theory; and ecosystem and earth system models – all indicate that the dynamics of forest recovery are sensitive to climate. However, synthetic understanding of how atmospheric CO₂ and climate shape trajectories of forest recovery is lacking. Here, we review these separate lines of evidence, which together demonstrate that the dynamics of forest recovery are being impacted by increasing atmospheric CO₂ and changing climate. Rates of forest recovery generally increase with CO₂, temperature, and water availability. Drought reduces growth and live biomass in forests of all ages, having a particularly strong effect on seedling recruitment and survival. Responses of individual trees and whole‐forest ecosystems to CO₂ and climate manipulations often vary by age, implying that forests of different ages will respond differently to climate change. Furthermore, species within a community typically exhibit differential responses to CO₂ and climate, and altered community dynamics can have important consequences for ecosystem function. Age‐ and species‐dependent responses provide a mechanism by which climate change may push some forests past critical thresholds such that they fail to recover to their previous state following disturbance. Altered dynamics of forest recovery will result in positive and negative feedbacks to climate change. Future research on this topic and corresponding improvements to earth system models will be a key to understanding the future of forests and their feedbacks to the climate system.     

Differential sensitivity of total and active soil microbial communities to drought and forest management

Climate change will affect semiarid ecosystems through severe droughts that increase the competition for resources in plant and microbial communities. In these habitats, adaptations to climate change may consist of thinning—that reduces competition for resources through a decrease in tree density and the promotion of plant survival. We deciphered the functional and phylogenetic responses of the microbial community to 60 years of drought induced by rainfall exclusion and how forest management affects its resistance to drought, in a semiarid forest ecosystem dominated by Pinus halepensis Mill. A multiOMIC approach was applied to reveal novel, community‐based strategies in the face of climate change. The diversity and the composition of the total and active soil microbiome were evaluated by 16S rRNA gene (bacteria) and ITS (fungal) sequencing, and by metaproteomics. The microbial biomass was analyzed by phospholipid fatty acids (PLFAs), and the microbially mediated ecosystem multifunctionality was studied by the integration of soil enzyme activities related to the cycles of C, N, and P. The microbial biomass and ecosystem multifunctionality decreased in drought‐plots, as a consequence of the lower soil moisture and poorer plant development, but this decrease was more notable in unthinned plots. The structure and diversity of the total bacterial community was unaffected by drought at phylum and order level, but did so at genus level, and was influenced by seasonality. However, the total fungal community and the active microbial community were more sensitive to drought and were related to ecosystem multifunctionality. Thinning in plots without drought increased the active diversity while the total diversity was not affected. Thinning promoted the resistance of ecosystem multifunctionality to drought through changes in the active microbial community. The integration of total and active microbiome analyses avoids misinterpretations of the links between the soil microbial community and climate change.     

云南松林次生演替阶段土壤细菌群落的变化

土壤细菌多样性是维持森林生态系统功能的关键因子,森林演替是影响其动态变化的重要因素。研究云南松林不同演替阶段土壤细菌群落结构及其多样性的变化规律,有助于深入理解森林生态系统恢复过程的驱动机制。本研究以云南省永仁县皆伐后形成的针叶林、针阔混交林和常绿阔叶林为对象,基于Illumina Hiseq高通量测序技术,分析森林演替过程中土壤细菌群落组成、结构、多样性及其影响因子的变化。结果表明: 土壤细菌的种群分类单元、Ace指数、Chao1指数和Shannon指数均随着演替进行呈减少趋势,演替早期阶段土壤的细菌总数、菌群丰富度及复杂程度最高。不同演替阶段细菌群落结构存在显著差异,其中,针阔混交林的差异最大,变形菌门和酸杆菌门为各演替序列共有的优势类群,放线菌门、绿弯菌门和Patescibacteria是演替早期的优势类群,且随着演替进行呈现减少趋势;变形菌门和WPS-2相对多度随演替进行呈增加趋势。土壤pH和乔木层物种丰富度是驱动次生演替过程中土壤细菌群落组成变化的关键因子。随着演替的进行,土壤细菌多样性减少,群落组成差异加大。