不同水分条件下苔藓结皮光合能力对氮素添加量的响应

[目的]探究苔藓结皮失水过程中光合能力对不同梯度氮添加的响应,为进一步研究苔藓结皮对氮沉降的响应过程以及为干旱、半干旱区荒漠生态系统的管理提供理论依据。[方法]选取毛乌素沙地的优势藓种拟双色真藓(Bryum pachytheca)为研究对象,在控制条件下采用氮添加的模拟试验手段。[结果]苔藓结皮净光合速率在低于0.2g/(m2·a)的氮添加量时受到促进,在高于0.2g/(m2·a)的氮素添加量下,低水分含量时被抑制,高水分含量时会受促进;同时,0.2g/(m2·a)是苔藓结皮能承受的最优氮添加量,此时苔藓结皮的光合固碳能力达到最大,年光合固碳量为对照条件的2倍。[结论]氮沉降引起的氮素增加对于干旱、半干旱区苔藓结皮的光合能力以及固碳潜力具有显著的影响。     

淮河流域典型农田生态系统碳通量变化特征

为了准确评价农田生态系统在全球碳平衡中的作用,利用涡度相关技术对安徽省寿县冬小麦／水稻生态系统进行了碳通量的监测,并在数据校正、剔除和插补的基础上,研究生长季农田净生态系统碳交换（NEE）的变化特征。结果显示,2008年寿县农田生态系统CO2通量的日变化进程为单峰型,冬小麦和水稻最大的CO2吸收速率分别为2．45和2．48mg·m^-2·s^-1。从物候期的角度来看,冬小麦在抽穗期碳通量值最小,乳熟期最大;水稻拔节时期碳通量值最小,即固碳能力最强。冬小麦,水稻生态系统不同月份碳通量月均日变化也呈U型曲线,作物生命活动越旺盛,NEE峰值越高,夜间CO2排放则在8月份达到最高值。2008年冬小麦和水稻月平均最大日CO2吸收峰分别出现在4月和8月,分别为1．30和1．07mg·m^-2．s^-1。冬小麦生态系统NEE的日最大累积吸收量出现在4月16日．可达11．76gC·m^-2·d^-1,水稻生态系统的出现在8月3日,为10．40gC·m^-2·d^-1。冬小麦从拔节到成熟时间段内的固碳能力为326．87gC·m^-1,水稻从返青到成熟时间段内的固碳能力也达到了300．05gC·m^-2。     

秸秆机械集中沟埋还田对农田净碳排放的影响

通过大田试验,采用秸秆机械集中沟埋和常规还田方式,将上季作物秸秆进行全量还田(秸秆沟埋量2.1 kg/m).设置沟埋深度为20 cm(D2),30 cm(D3),常规还田(CK)3个处理.利用West提出的净碳排放方程对CK、D2、D3农田各项投入造成的碳排放和土壤碳累积及农作物碳吸收进行比较.结果表明:CK、D2、D3稻麦轮作各项农田投入造成的碳排放量分别为9 018.19,6 459.9,7 162.86 kg/(hm2·a),表层0-28 cm土壤的碳储量分别为8 375.98,15 854.42,10 954.36 kg/(hm2·a),农作物年碳吸收量分别为10 912.42,12 863.95,12 585.51 kg/(hm2·a);农田净碳排放量分别为-10 270.2,-22 258.5,-16 377.0kg/(hm2·a),与CK相比,D2、D3的相对净碳排放量分别为-11 988.30,-6 106.81 kg/(hm2·a);D2、D3农业投入的碳减排量2 558.29,1 855.33 kg/(hm2·a)分别为碳增汇量28 718.4,23 539.9kg/(hm2·a)的8.91％,7.88％,秸秆集中沟埋还田对农田储碳减排能能力较常规还田强,其贡献优先排序是D2＞D3＞CK.     

不同生长时期极端降水事件对人工针叶林净生产力的影响——以江西省吉安市千烟洲生态试验站为例

[目的]研究不同生长时期极端降水事件对生态系统碳通量的影响,为准确评估江西省吉安市千烟洲人工针叶林生态系统应对极端天气的响应机制提供理论基础。[方法]对比2008年与2010年植物生长初期(4月)与生长旺盛期(6月)碳通量对环境因子(净辐射RN、温度TA、土壤含水量SWC与增强型植被指数EVI)变化的响应差异。[结果] 4月份净生态系统生产力(NEP)降低22.87%,主要是初级生产总量和生态系统呼吸分别降低17.36%[GEP, 9.56 g/(m~2·d)]和2.84%[RE,2.86 g/(m~2·d)]导致,而6月份GEP降低3.58%[7.17 g/(m~2·d)]以及RE增长12.8%[20.37 g/(m~2·d)]导致NEP降低65.77%[27.55 g/(m~2·d)]。[结论]生长季初期TA降低对RE的抑制大于土壤含水量增加的影响,而生长旺盛期土壤含水量增加则会抵消降温对呼吸的抑制,造成更大的碳损失,因此后续研究森林生态系统碳通量对极端气候响应时还需要考虑植物生长时期的影响。     

退耕还林工程不同造林类型温室气体收支与净碳汇——以中国中南及华东地区为例

[目的] 揭示退耕还林工程温室气体泄漏对工程固碳减排的抵消作用,明确工程不同造林模式对固碳减排实际贡献的差异和空间格局。[方法] 针对退耕还林4种类型造林(即生态林、经济林、用材林和薪炭林)构建了碳核算与净减排评估方法(CANM-GGP),通过核算典型树种造林的植被和土壤固碳、伐后产品固碳和生物质能源替代化石能源减排等固碳减排效应,以及造林和经营管护的温室气体泄漏,对中南及华东地区退耕还林工程4种类型造林的净碳汇进行评估。[结果] 2000—2019年,中南及华东地区退耕还林工程的生态林、经济林、用材林固碳和薪炭林减排总计648.43 Tg (以CO₂计),同期工程带来温室气体泄漏96.43 Tg,抵消总固碳减排的14.87%;不同造林类型的温室气体泄漏中,经济林最多,为57.69 Tg,抵消其固碳效应的73.95%;温室气体泄漏分别抵消生态林、用材林和薪炭林固碳减排的5.75%,16.59%和27.05%。工程平均单位面积净碳汇为4.52 t/(hm²·a)(以CO₂计);各省区在2.85~5.74 t/(hm²·a)之间;生态林为5.52～8.89 t/(hm²·a),经济林为0.72～1.56 t/(hm²·a),用材林为0.8～1.61 t/(hm²·a),薪炭林为3.18～5.99 t/(hm²·a)。[结论] 中南及华东地区退耕还林工程取得了巨大的净固碳减排效益,生态林固碳增汇效果明显,净减排效益最显著,生物质能源替代化石能源燃烧减排的效益非常可观。作为最大的温室气体泄漏因素,化肥相关的温室气体排放对生态工程碳汇的抵消影响不容忽视。     

长三角地区稻麦轮作生态系统净碳交换及其环境影响因子

采用涡度相关技术对我国长三角地区典型稻麦轮作农田生态系统(2011年11月—2012年10月)的CO2通量进行连续观测,分析了农田生态系统净碳交换(NEE)的变化特征及其环境影响因子。结果表明:长三角地区稻麦轮作生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化特征,具有很强的固碳能力。NEE月平均日变化总体呈"U"型曲线,不同月份"U"型高度不同;NEE季节变化则呈显著的"W"型双峰特征,分别对应两季作物(小麦、水稻)的生长季节。小麦/水稻月平均最大碳吸收峰出现在4月/8月,分别达到-1.12 mg·m-2·s-1、-1.45 mg·m-2·s-1;日最大累积碳吸收量分别为-12.88 g(C)·m-2·d-1、-10.63 g(C)·m-2·d-1,长三角地区稻麦轮作生态系统年固碳量达到-769.61 g(C)·m-2·a-1。光合有效辐射是影响白天NEE的主要环境影响因子,Michaelis-Menten方程可以很好地表示作物生长季节两者之间的关系(R2=0.37~0.83);在同一光合有效辐射条件下,长三角地区稻麦轮作生态系统白天NEE随着气温的升高而增加,而当光合有效辐射大于1 800μmol·m-2·s-1时存在着一定程度的光抑制。温度是影响夜间农田生态系统呼吸特征的主要环境影响因子,长三角地区稻麦轮作生态系统夜间NEE与不同层次温度之间均存在显著的指数相关关系,但是不同作物夜间NEE的最适温度略有差异,小麦夜间NEE与土壤温度(10 cm)相关性最好(0.60),而水稻夜间NEE与气温相关系数最高(0.49)。     

不同树龄梨园土壤碳通量和有机碳储量分析

为探究梨园土壤有机碳和土壤呼吸对不同树龄的响应以及土壤碳循环的生态效益,通过测定豫东地区宁陵万亩梨园中6个树龄(3、5、10、22、53、89 a)梨园的土壤p H值、土壤呼吸速率、各土层(0~20、20~40、40~60 cm)土壤有机碳和各龄梨园土壤碳通量,分析梨园生态系统土壤有机碳储量的变化规律及其影响因素。结果表明,豫东地区梨园土壤有机碳含量随着树龄增加整体呈下降趋势,其中幼龄梨园(3、5 a)较壮龄梨园(10、22 a)和老龄梨园(53、89 a)分别高22.2%~37.8%和48.4%~75.4%;同一树龄土壤有机碳含量随着土层深度的增加逐渐降低,各龄梨园0~20、20~40、40~60 cm土层平均含量分别为8.10、5.92和4.44 g·kg~(-1);土壤有机碳总含量和密度均随着树龄的增加逐渐降低,其中3 a梨园各土层土壤有机碳平均含量和土壤有机碳总密度分别为4.55 g·kg~(-1)和3.86 kg·m~(-2),分别较其他各龄梨园高12.9%~75.4%和8.4%~57.6%;土壤p H值随着树龄的增加而降低,同一树龄梨园不同土层的土壤p H值普遍表现为上层土壤高于下层,且均呈弱碱性;各树龄梨园的土壤呼吸均呈单峰曲线变化趋势,具有明显的季节特征。相关性分析结果表明,土壤表面CO_2通量随着树龄的增加而降低,在736.65~1 055.98 g·m~(-2)·a~(-1)范围波动,且与土壤有机碳密度呈显著正相关。在梨园生态系统中,土壤呼吸速率变化季节特征明显。随着树龄的增加,土壤容重增加,土壤孔隙度降低。土壤表面CO_2年通量与土壤有机碳密度呈显著正相关,其中与0~60 cm土层平均土壤有机碳密度相关性最强;土壤有机碳总含量和密度均随着树龄的增加而降低。综上,应加大老龄梨园的有机营养供给,并适当更新老龄梨园。本研究为评估梨园生态系统的土壤碳汇功能和科学管理提供了理论依据。     

封存CO_2泄漏量对三叶草生长的影响

随着碳捕集与封存技术在中国的逐步发展,封存CO2泄漏对农田生态系统的潜在威胁日益引起关注,而目前对CO2泄漏时作物的适应能力认识仍不足。选择分布广、耐酸性强的三叶草作为研究对象,设对照(不通CO2)和采用栽培箱底部通入500、1 000、1 500和2 000 g/(m2·d)CO2 5个处理,系统评估三叶草对封存CO2泄露的响应。结果发现:在500 g/(m2·d)的CO2泄露情景下,三叶草的生物量、根系活力、营养成分等主要生理指标略有增加或保持稳定,表现出较好的适应能力。随着CO2泄漏量增加到1000 g/(m2·d)以上,三叶草的生物量、根系活力下降,逐步表现出受环境胁迫的特征。在CO2通量处理下土壤pH值在6.80~7.04之间,高于三叶草适宜生长的pH值下限。研究表明,三叶草对封存CO2泄露具有较好的适应能力,为封存CO2泄露应对技术研究提供参考。     

山东沿海生态系统服务协同与权衡的空间格局及驱动力

提升区域生态保护效能,可为区域生态治理科学决策提供政策依据,以山东省沿海地区为研究区,使用InVEST模型和CASA模型测度产水服务、土壤保持、植被固碳和生物多样性的时空演变,借助差异比较法探究生态系统服务协同权衡的时空分异机制,进一步利用多尺度地理加权回归(MGWR)剖析了自然因素和人类活动因素对协同权衡的影响。结果表明：(1) 2018年研究区产水服务、生物多样性的均值为605.27 mm/a, 0.28,2010—2018年总量递增速率分别为0.21 mm/a, 0.23;土壤保持、植被固碳的均值为0.000 73 t/(hm²·a),537.56 gC/(m²·a),2010—2018年总量递减速率分别为0.62 t/(hm²·a),2.1 gC/(m²·a)。(2) 2010—2018年,生态系统服务的协同权衡具有显著的空间异质性,产水服务分别与土壤保持、生物多样性表现为强权衡弱协同;植被固碳分别与产水服务、土壤保持、生物多样性表现为强协同弱权衡。(3)产水服务、土壤保持、植被固碳三者存在...     

2001-2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源/汇的重要指标。以青藏高原为研究区,基于光能利用率模型,利用遥感数据、气象数据和基础地理数据测算了2001—2015年草地生态系统净初级生产力(NPP),同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算青藏高原草地净生态系统生产力(NEP)。研究揭示了2001—2015年青藏高原草地生态系统NPP,NEP时空格局及其与气候因子的关系。结果表明:(1)2001—2015年,青藏高原草地生态系统整体表现为碳汇,平均净碳汇总量为1.82×1014 gC/a;(2)2001—2015年青藏高原草地生态系统NEP呈波动增加趋势,年平均值为120.8gC/(m2·a),年平均增长率为0.7gC/(m2·a);(3)研究区草地NPP与温度、降水相关性不显著,NEP与降水、温度均呈负相关。     

秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量（0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2）对免耕稻田温室气体（CO2、CH4和N2O）排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

克氏针茅草原生态系统生长季碳通量变化特征

植被和大气之间CO2通量的观测有助于理解陆地生态系统的碳循环及其控制机理。以中国北方典型草原克氏针茅草原为研究对象,以涡度相关法为主要技术手段,探讨了2008年生长季内克氏针茅草原净生态系统碳交换（NEE）的变化特征。结果表明,克氏针茅草原生态系统CO2通量的日变化进程可以依据高峰出现的时间分为两种,一种具有一个吸收高峰,出现在11：00左右,另一种则具有两个吸收高峰,在正午前后出现碳释放现象。2008年克氏针茅草原生态系统最大的CO2吸收速率为-0．4mg·m^-2·s^-1。克氏针茅草原在4月和10月的NEE昼夜变化比较平缓,在5—9月日间CO2吸收量和夜间CO2排放量都开始增大,出现了明显的CO2日吸收峰值,但各月的日动态格局差异较大。2008年生长季中7—9月白天碳吸收活动最强,6—9月夜间CO2释放量较大。克氏针茅草原碳通量日累积量在2008年出现了3个明显的碳吸收峰;NEE的日最大累积吸收量和最大累积释放量分别为-2．38和1．47gC·m^-2·d^-1,并且出现在植被生长最旺盛的7、8月份。研究表明,温度和水分是影响克氏针茅草原生态系统碳通量变化的重要因子。     

Impacts of nitrogen addition on the carbon balance in a temperate semiarid grassland ecosystem

Understanding carbon (C) cycling and sequestration in vegetation and soils, and their responses to nitrogen (N) deposition, is important for quantifying ecosystem responses to global climate change. Here, we describe a 2-year study of the C balance in a temperate grassland in northern China. We measured net ecosystem CO₂ exchange (NEE), net ecosystem production (NEP), and C sequestration rates in treatments with N addition ranging from 0 to 25 g N m^?2 year^?1. High N addition significantly increased ecosystem C sequestration, whose rates ranged from 122.06 g C m^?2 year^?1 (control) to 259.67 g C m^?2 year^?1 (25 g N). Cumulative NEE during the growing season decreased significantly at high and medium N addition, with values ranging from ?95.86 g C m^?2 (25 g N) to 0.15 g C m^?2 (5 g N). Only the highest N rate increased significantly cumulative soil microbial respiration compared with the control in the dry 2014 growing season. High N addition significantly increased net primary production (NPP) and NEP in both years, and NEP ranged from ?5.83 to 128.32 g C m^?2. The C input from litter decomposition was significant and must be quantified to accurately estimate NPP. Measuring C sequestration and NEP together may allow tracking of the effects of N addition on grassland C budgets. Overall, adding 25 or 10 g N m^?2 year^?1 improved the CO₂ sink of the grassland ecosystem, and increased grassland C sequestration.     

华北平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡与闭合研究

准确量化分析地气之间的物质和能量交换对于水资源管理和农业可持续发展是十分重要的。能量平衡闭合是评估观测数据准确性和分析地表能量平衡的一个重要的评价指数。本研究利用开路涡度相关系统和全要素自动气象站对华北平原典型冬小麦农田生态系统2013—2014年度的能量通量及常规气象要素进行了连续观测,分析了冬小麦农田各能量通量的日变化和年变化特征,计算冬小麦在4个生育时期(出苗期、越冬期、拔节期和灌浆期)的能量闭合和波文比。结果表明:在日尺度上,选取的4个生育时期净辐射和各能量分量的日变化趋势均为单峰二次曲线,净辐射、显热通量和潜热通量的峰值出现在12:00—13:00,土壤热通量的峰值出现在14:00—15:00。在年尺度上,净辐射和潜热通量的变化趋势较为一致,均在越冬期达到最低值114.51 W·m~(-2)和13.47 W·m~(-2),而在灌浆期达到最大值327.02 W·m~(-2)和116.56 W·m~(-2)。选取的4个生育时期的代表性观测日期能量闭合良好,能量闭合率分别为0.49、0.77、0.81和0.76。4个生育时期内波文比值日变化趋势均呈倒"U"型,出苗期波文比在14:00达到最大值2.12;越冬期、拔节期和灌浆期在10:00左右达到最大值,分别为1.48、0.31和0.58。本文的定量化结果可为华北平原农田生态系统水热通量等研究提供依据。     

Carbon Sequestration in Kiwifruit Orchard Soils at Depth to Mitigate Carbon Emissions

Management practices designed to increase carbon sequestration via perennial tree crops are potential tools to mitigate the consequences of climate change. Changes in orchard management could enable growers to meet eco-verification market demands for products with a low carbon footprint and potentially exploit the emerging business opportunity in carbon storage, while enhancing the delivery of ecosystem services that depend on soil carbon stocks. However, there is no standard methodology to verify any potential claims of carbon storage by perennial vine crops. We developed a robust methodology to quantify carbon storage in kiwifruit orchards. Soil carbon stocks (SCS) were determined in six depth increments to 1 m deep in two adjacent kiwifruit blocks, which had been established 10 (“young”) and 25 (“old”) years earlier. We used a space-for-time analysis. Our key results were the young and old kiwifruit block stored about 139 and 145 t C/ha to 1 m depth. Between 80–90 percent of the SCS were stored in the top 0.5 m, and 89–95 percent in the top 0.7 m; there was no significant difference between the SCS in row and alley to a depth of 0.5 m; a CV of 5–15 percent indicates that 4–10 cores are needed for 80 percent confidence in the estimated SCS; we recommend separating each core into the depths 0–0.1, 0.1–0.3, 0.3–0.5, and 0.5–1 m to allow the assessment of SCS dynamics; we detected a weak spatial pattern of the SCS only for the old kiwifruit block with a range of about 3 m. A sampling bay along a vine row should have a maximum length of 3 m. We then assessed SCS in more than sixty kiwifruit orchards throughout New Zealand. They stored on average 174.9 ± 3 t C ha^?1 to 1 m depth. On average, 51 percent of the SCS down to 1 m depth were stored in the top 0.3 m, which is the standard depth according to the Kyoto protocol. About 72 percent of the SCS to 1 m depth were captured when increasing the sampling depth to 0.5 m. These results underscore the necessity to analyze SCS in an orchard to at least 0.5 m deep. Using the same methodology to 1 m deep, we determined SCS in two wine grape vineyards on shallow, stony alluvial soils. We found a difference between vineyard and adjacent pasture SCS of nearly 16 t/ha. As the vines are 25 years old, this equates to carbon sequestration rates of 640 kg ha^?1 yr^?1. Our results of the space-for-time analysis also showed that all sequestration had occurred below 0.5 m. Therefore, we decided to sample C to a greater depth. In a 30-year old kiwifruit orchard and an adjacent pasture, SCS was measured to 9 m deep. In the kiwifruit orchard, we found a sequestration rate of 6.3 tons of C per hectare per year greater than in the adjacent pasture that was the antecedent land use.     

新疆棉田小区域碳变化量研究

为研究膜下滴灌条件下棉田小区域碳变化量,在棉花生长期内采用Li-8100A土壤碳通量自动测定仪和LCpro+光合仪连续观测不同样地土壤呼吸速率和净光合速率。结果表明:不同样地的土壤呼吸速率日变化均表现为单峰型曲线,峰值出现在16:00;而棉田净光合速率日变化则表现为单双峰曲线交替变化规律。两者月变化均呈现先升高后降低的趋势,7月土壤呼吸速率和净光合速率达到最大值。不同样地间土壤呼吸速率和净光合速率存在差异,土壤呼吸速率表现为垄间>垄上>裸地,净光合速率表现为垄间>垄上。棉田小区域在棉花整个生育期内均表现为碳汇,6-9月棉田净固碳总量为2 203.7 C g/m^2,光合作用固碳量为土壤呼吸排碳量的2.67倍。     

秸秆还田、一膜两年用及间作对农田碳排放的短期效应

针对作物高产模式碳排放高、生产实践中缺乏减排理论和技术问题,通过田间试验,探讨了不同秸秆还田方式、地膜一膜两年用及间作对小麦、玉米农田碳排放特征的影响,以期为碳减排种植模式及配套技术的构建提供理论与实践依据。结果表明,间作具有显著的碳减排作用,与传统单作小麦、玉米相比,小麦||玉米间作全生育期平均碳排放总量减少279~876 kg·hm~(-2),减幅达5.1%~16.0%,达到显著性差异。免耕秸秆还田及免耕一膜两年用可降低次年农田土壤的碳排放,免耕秸秆还田单作小麦较传统翻耕处理CO2排放显著减少648~966 kg·hm~(-2),减幅21.3%~31.8%;免耕一膜两年用单作玉米较翻耕覆新膜传统处理碳减排632 kg·hm~(-2),减幅10.0%,差异显著。小麦秸秆还田及地膜两年用集成应用于小麦间作玉米进一步提高了间作的碳减排效应,与传统间作处理(CTI1)相比,间作小麦高留茬免耕结合一膜两年用处理(NTSSI2)和小麦秸秆还田覆盖结合一膜两年用处理(NTSI2)的碳排放总量分别降低471 kg·hm~(-2)与518 kg·hm~(-2),降幅分别为9.2%与10.1%,达到显著水平;NTSSI2和NTSI2的总固碳量/土壤呼吸释放总碳量(NPPC/Ras)值分别为13.7与14.0,较CTI1分别高19.1%与21.7%,即NTSI2减排、碳汇潜力更为突出。因此,小麦高茬25~30 cm秸秆覆盖免耕结合一膜两年用间作(NTSI2)可作为干旱绿洲灌区碳减排、碳增汇高效农作制模式。