真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

近年来,全球变暖趋势越来越明显,大气CO2浓度不断升高被认为是引起全球气候变化的主要原因之一.大气CO2来源主要有海洋释放、土壤呼吸、化石燃料燃烧、动植物呼吸和植被破坏等;而大气CO2的归宿被认为主要有海洋吸收和植物光合作用等.全球陆地生态系统中的碳有2126 Pg.其中46%储存在森林中.土壤真菌占地下总微生物量的8...     

陆地生态系统碳循环对全球气候变化的动力响应

陆地生态系统和气候系统紧密相关,特别是植物,土壤和大气圈之间的碳循环。已有人提出气候和大气二氧化碳浓度的变化调整循环,使大量的碳沉淀提供给陆地生态系统,但直接证据很有限。估计了稳定气候态之间变化引起的生态系统碳储备变化,但对生态系统碳流动对短期气候变化的动力响应不了解得不够充分。用一个陆地生物持球化学模式,配合一个一般的循环莱模拟短期气候变化,定量研究１８６１－２０７０年大气ＣＯ２气候引起的短期生     

表层岩溶生态系统碳循环特征研究

本文以广西桂林丫吉试验场的实际观测资料为基础,应用同位素示踪方法,探索了整个系统中碳的输入、输出和转移问题,并分析了表层岩溶生态系统中泉水水化学、土壤 CO2浓度及近地表植被层空气中CO2浓度的变化特征。结果显示,泉水水化学主要组分的日变化不明显,而土壤中CO2浓度则明显受日气候变化的影响,两者存在明显的滞后关系。用碳同位素示踪方法,重点对桂林观测站表层生态系统各碳库间碳的转移过程进行了定量研究,认为在有土壤层和植被覆盖的表层岩溶生态系统中,参与岩溶作用的碳有一半以上来源于与生物作用有关的碳。     

气候变化对陆地生态系统第一性生产力的影响研究综述

气候变化对陆地生态系统第一性生产力（ＮＰＰ）的影响是一个倍受关注的问题,目前从观测、实验和模拟等向个方面在不同层次上对这个问题进行了大量的研究,气候变化对生态系统ＮＰＰ的影响取决于气候各因子及其组合变化的方向,生态系统与当前气候之间的关系,另外还要受养分及其它因子的影响,目前大量存在的ＮＰＰ模型各有段缺点,模拟结果各异但有会聚的趋势,改进观测方法和理论,建立全球共享ＮＰＰ数据库、进行大规模生态系统层次的实验研究和发展生态系统动态模型（ＤＧＶＭ）是未来一段时期研究的重点。     

植硅体碳与陆地生态系统碳循环：机遇和挑战

植硅体在形成过程中能够包裹植物有机碳,是已被证明的一种非常有潜力的大气CO₂封存方式,对于增加陆地生态系统碳汇和延缓温室气体效应带来的全球变暖具有重要意义,因此受到了学术界的广泛关注。简要回顾了植硅体碳的研究历史和现状,并着重从植硅体碳长期变化入手,探讨了植硅体碳与陆地生态系统碳汇存在的问题与挑战,以及近来有关植硅体碳存在被严重高估的论点。同时指出为了更加准确地估算植硅体碳汇,应充分考虑植硅体包裹碳能力的差异、植硅体碳来源、植硅体稳定性、土壤中植硅体碳含量衰减速率以及植硅体提取方法等在植硅体碳的长期变化中的作用,进一步提高植硅体碳在陆地碳汇研究中的地位与重要性。     

土壤碳循环研究进展

土壤碳是陆地碳库的主要组成部分,全球土壤有机碳总量达1270 Gt。气候变化影响植物生长、植物碎屑分解速率以及土壤—大气碳通量,这对大气CO₂含量有重要影响。土壤有机质模型是研究生态系统尺度土壤碳循环的唯一可用工具,目前已开发出多种。大量研究表明,¹⁴Ｃ测试是研究土壤有机碳组成及驻留时间的重要手段,土壤有机碳由一系列具不同更新时间的组分构成。土壤粒级组成、矿物特征及土体结构等内在因素制约土壤有机碳存量及状态,对于长时间尺度碳的更新具有重要意义。研究不同气候带土壤有机碳储量及动态变化特征,可为预测未来农、林生态系统变化提供理论依据。     

陆地生态系统模型比较研究进展

陆地生态系统作为地球表层复杂系统中重要一环是全球碳氮循环研究的核心内容之一，在陆地生态系统研究中模型作为一种必不可少的手段备受关注。近年来，国际上发展了多种基于不同原理和目标的模型，其模拟结果也不尽相同。为了对这些模型进行比较研究，国际上开展了多个模型比较研究计划。本在筒述各种模型比较计划的基础上；阐述了目前国际上一些比较成功的模型的研究进展；指出模型的进一步发展必须建立在对生态系统各个组成要素、生态过程及其对气候变化的响应与反馈机制研究的基础之上。耦合大气、岩石圈、生物圈从机理上模拟碳氮动态，同时在进行区域或全球尺度评价时引入遥感、地理信息系统等手段，将是未来模型发展的趋势。     

2001~2010年中国陆地生态系统农林产品利用的碳消耗的时空变异研究

人类是陆地生态系统的重要组成部分,可以视为区域陆地生态系统的消费者,人类对陆地生态系统净初级生产力（NPP）的消耗是区域碳消耗的重要途径。量化农林产品利用的碳消耗总量（CCU）有助于准确评估生物圈与大气间的碳交换,为全球陆地生态系统的碳管理提供理论依据。基于农产品、草产品及林产品的统计数据,本研究评估了中国区域2000s人类利用农林产品引起的碳消耗总量及强度,结果表明：2001~2010年,农林产品利用的碳消耗总量为805.79TgC/a,占全国NPP总量的28.49%,最大值出现在山东、河南、广西等地。其中,农产品利用的碳消耗总量达到630.54TgC/a,最大值也出现在山东、河南和广西;草产品利用的碳消耗总量为114.90TgC/a,内蒙古、新疆和四川贡献的份额较大;林产品利用的碳消耗总量最少,仅为60.35TgC/a,主要分布在福建、浙江、湖南等地。碳消耗强度存在明显的区域差异,农林产品利用的碳消耗强度与农产品利用的碳消耗强度具有相似的空间分布,最大值均出现在山东、江苏等地;草产品利用的碳消耗强度的最大值出现在重庆、内蒙古、四川等地;林产品利用的碳消耗强度则出现在浙江、福建。中国区域农林产品利用的碳消耗总量及强度在年际间普遍呈现增大的趋势,碳消耗总量年均增加22.02TgC。本研究表明,农林产品利用的碳消耗在维持区域陆地生态系统碳平衡中起着重要作用,需要在今后予以充分重视。     

陆地生态系统的二氧化碳封存

陆地生物圈在全球碳（C）循环方面起着重要作用。尽管陆地生物圈是碳的净源,但一些陆地生态系统目前正在吸收碳,这对于控制现存的陆地（森林、农田和沙漠）生态系统以维持或增加碳的吸存量而言,是切实可行的。利用森林生态系统可吸存和保存全球大量的碳。农业生态系统和贫瘠的土地可用于保存现有的陆地碳,但这些系统中的植物对二氧化碳的吸存速率相对较低。可把森林生态系统和农田生态系统的生物量视为一种能源,而且林木可用于储存城市环境中的能量。通过开展一些生态系统的管理实践,进行碳吸存和保存可获得额外利益。     

陆地生态系统与气候相互作用的研究进展

陆地生态系统与气候系统通过地面与大气之间能量平衡、水汽交换和生物地球化学循环相互作用,影响大气中温室气体浓度和气溶胶,继而影响气候变化。较系统分析总结了当代国际上陆地生态系统与气候相互作用的最新研究进展。首先介绍了陆地生态系统与气候相互作用的机制与过程,总结了陆地生态系统与气候相互作用研究的三个发展阶段,以及当代相互作用的过程模拟研究中三类主要的全球生态系统模型,即生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型。并介绍了气候对生态系统变化的响应,即两种主要的反馈机制。最后,对未来的研究方向和重点作了分析。     

外源氮输入对草地土壤微生物特性影响的研究进展

大气氮沉降作为全球变化的重要现象之一,沉降量不断增加所带来的一系列生态问题日趋严重.草地作为陆地生态系统的主体类型之一,对大气氮沉降的响应不仅体现在地上植被生长和群落动态的变化,其地下各种生态过程的变化更加值得关注.此外,世界范围内的草地生态系统大部分面临不同程度的退化,草地施氮是寻求草地恢复的有益尝试.综述了大气氮沉降和人为施氮引起的外源氮输入变化对草地生态系统土壤微生物特性(微生物数量、微生物量、微生物呼吸、微生物多样性和土壤酶)影响的研究进展,研究表明:①施氮有利于细菌数量的增加,但对真菌数量的影响甚微或是降低真菌的数量.②长期施氮降低土壤微生物量,但短期施氮的影响效应具有不确定性.③施氮对草地土壤微生物呼吸的影响效应取决于微生物可获得的碳源的量.输入地下的植物碳量增加促进土壤微生物呼吸,输入地下的有机质减少则抑制微生物呼吸.④施氮改变了土壤微生物的群落结构组成和底物利用方式,对土壤微生物多样性的影响表现出负效应.⑤施氮提高了β-葡糖苷酶、磷酸酶和大部分糖苷酶的活性,降低了脲酶的活性.迄今为止,施氮对草地土壤微生物特性的影响效应仍存在很大的不确定性,今后的研究中应开展氮输入对草地生态系统影响的长期试验研究、加强对土壤微生物呼吸的影响研究以及合理确定我国草地生态系统可持续发展的氮饱和阈值,并进一步完善和发展测量土壤微生物多样性的新方法.     

风沙活动对陆地生态系统影响研究进展

风沙活动及其物质输移运动是关键的陆地地表过程,对全球生态环境有显著的影响。归纳了风沙运动中养分的释放、搬运和沉降机制;总结了目前风沙运动中的物质及养分组成,养分流失与沉降对植物生长的影响、养分在植被群落中的分配和利用机理等方面的研究进展;揭示了大区域尺度上风沙运动与地表养分的释放和输移的关系及植被群落对风沙活动的响应;指出了风沙活动在陆地生态系统演化中扮演的角色。在已有研究的基础上,提出揭示风尘物质在远源陆地区域的沉降机制、风尘物质中有效养分的组成和含量、风尘物质养分的主要传输路径,建立风尘物质养分的源—汇模式,构建植被对风沙活动的响应过程,综合集成风沙活动与植被演化之间的动态关系等是未来主要研究方向的建议。     

中国陆地生态系统碳收支集成研究的e-Science系统构建

全球/区域生态系统碳循环研究具有多台站联网观测、多源异构数据、多模型综合分析、跨领域科学家协同工作等特点。以中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)为基础平台,论述建立碳循环科研信息化环境(e-Carbon Science)的迫切性,系统阐述e-Carbon Science的目标、组成、关键技术及研究进展,构建了由"四环境(碳循环数据集成与服务环境、模型模拟环境、可视化分析环境、科研协同工作环境)、三系统(站点、区域、全国尺度陆地生态系统碳收支评估应用系统)"组成的ChinaFLUX e-Carbon Science,形成ChinaFLUX通量数据采集—传输—存储—管理—处理—可视化—共享服务的一体化系统,实现不同尺度的碳收支快速评估与模拟,支撑并促进我国陆地生态系统碳循环研究和生态信息学发展,对我国野外台站网络信息化起到引领和示范作用。     

陆地生态系统与全球变化的联网观测研究进展

全球变化引起的环境问题已成为国际社会及其科技界共同关注的重大挑战。陆地生态系统的联网观测作为研究全球变化与陆地生态系统相互关系的一种有效手段,越来越受到人们的重视,并且得到了广泛的应用。本文讨论了陆地生态系统联网观测在全球变化科学研究中的作用和地位,并简要介绍了几个有影响的国际陆地生态系统联网观测计划。在此基础上,分析评述了中国陆地生态系统联网观测研究的主要进展以及在全球变化研究中做出的主要贡献,并结合我国科学技术和社会经济发展的需求,指出了近期中国陆地生态系统联网观测研究应该重点发展的领域。     

Advances in Study of Phytolith Carbon Sequestration in Terrestrial Ecosystems of China

Phytolith-Occluded Carbon (PhytOC), a relatively stable carbon fraction, plays an important role in biogeochemical carbon cycle and mitigation of global warming. The formation mechanisms of PhytOC, the influence factors of phytolith carbon sequestration, the advances in study of phytolith carbon sequestration, and the management for enhancing the potential of phytolith carbon sequestration in terrestrial ecosystems of China were summarized in this review. Finally, future researches on phytolith carbon sequestration in terrestrial ecosystems of China were prospected. Climates, vegetation types, soil circumstances, the chemical compositions of the phytoliths and other factors will directly or indirectly affect the potential of phytolith carbon sequestration. In China, the PhytOC production quantity in grassland, cropland, forest, wetland and shrub ecosystems is (0.6±0.1)×10⁶,(4.9±1.7)×10⁶,(1.9±0.4)×10⁶,(0.6±0.5)×10⁶ and (1.3±0.3)×10⁶ t CO₂/a, respectively. Application of silicon-containing fertilizer, cultivation of high-silicon plant, and traditional enhancement of the plant net primary productivity can significantly improve the potential of phytolith carbon sequestration in terrestrial ecosystems of China. Future studies should focus more on ①the mechanisms of phytolith formation in different plants, ②the phytolith carbon sequestration in underground parts of plants from different terrestrial ecosystems, ③the quantification of soil PhytOC in different terrestrial ecosystems. Furthermore, more comprehensive, economical and reasonable management practices of improving the potential of phytolith carbon sequestration should also be further studied in different terrestrial ecosystems.     

Atmospheric Reactive Nitrogen Cycle and Stable Nitrogen Isotope Processes: Progresses and Perspectives

Oxidized reactive nitrogen in the atmosphere mainly consists of nitrogen oxides (NO _X =NO+NO₂, NO₃) and nitric acid. The atmospheric cycling of NO _X influences the formation of ozone and hydroxyl radicals that are important for atmospheric oxidation capacity. Nitric acid, the final product of NO _X oxidation, not only is an important component of particulate pollutants, but also has a direct impact on the ecosystem through dry and wet deposition. The stable nitrogen isotope (δ¹⁵N) shows the potential to study reactive nitrogen cycle, and to trace the emission, transport and deposition of reactive nitrogen from local to global scales. Here, we reviewed previous studies using δ¹⁵N to investigate NO _X emission and atmospheric reactive nitrogen cycle, and discuss the uncertainties of δ¹⁵N signatures of different NO _X sources from two aspects: NO _X generation mechanism and NO _X collection methods. We also discussed the nitrogen isotope fractionation and the consequences during the conversions of NO _y molecules. We ended up with discussions on the possibility of using δ¹⁵N to trace NO _X emissions. Although there are still large uncertainties in quantifying and tracing NO _X emissions using nitrogen stable isotopes, such isotope tool is efficient enough to trace reactive nitrogen cycles in the atmosphere. On the basis of this, we proposed that we can combine atmospheric chemistry transmission models with isotope tracers to improve our understanding of regional and global atmospheric reactive nitrogen cycle regarding the fluxes of different emission sources, their atmospheric transformation, etc.     

粘土矿物保存海洋沉积有机质研究进展及其碳循环意义

海洋沉积物吸附有机质的量和有机质循环周期与粘土矿物类型和吸附方式密切相关,并在全球碳循环中扮演着不同的角色。粘土吸附有机质有物理吸附和化学吸附之分,前者主要存在于粘土的微孔隙中,参与年、十年或百年尺度的循环;后者主要存在于粘土矿物层间和外表面,稳定性较好,有机质易于保存,可参与百万年或更长时间的循环,这种不同时间尺度内的碳循环,将会改写海洋沉积物有机碳“源”、“汇”的关系。不同类型粘土矿物的性质存在差异,决定了吸附有机质量的多寡,蒙脱石的吸附量远大于伊利石的吸附量,这可能是造成全球不同海域中有机碳“源”、“汇”变化的原因。海洋沉积物处于水圈、生物圈和岩石圈的交汇地带,有机碳的差异和变化,都会对全球碳循环及气候变化产生重要的影响。     

Impacts of Human Water Use on the Large-scale Terrestrial Water Cycle

Along with the increase of population and extraordinary economic and social development, human appropriation of freshwater supply increases rapidly. Anthropogenic activities have become an important driving factor of the large-scale terrestrial water cycle. The hydrological effects of human water use have attracted growing attention. In this paper, we briefly reviewed the recent studies addressing the anthropogenic disturbance of the large-scale terrestrial water cycle. The review focused on the direct alteration of the water cycle for human needs, with special coverage for the primary aspects of human water use such as irrigation, domestic and industrial water use, reservoir regulation and groundwater mining. The state-of-the-art parameterization schemes of human water use for macroscale land surface hydrological modeling were introduced and the limitations of the schemes were discussed. Considering the impacts of human water use on the terrestrial water cycle is currently a challenge for macroscale land surface hydrological modeling, which hinders the use of the models in assessing water resources under changing environment. Further studies are needed to understand the interactions between human and water systems, to develop integrated assessment model of coupled human-water systems, and to assess regional and global water security.     

大气有机氮沉降及其对海洋生态系统的影响

有机氮是大气中含氮物质的重要组成部分。大气中有机氮化合物的种类繁多,按其存在的形态可分为：氧化型、还原型以及生物/颗粒型有机氮,这些有机氮可来自自然源和人为源的直接释放,也可来自于无机氮与碳氢化合物间的大气化学反应。大气有机氮对海洋的输入不仅可以促进海洋初级生产力的增长、进而增加二氧化碳的吸收速率,还可能影响海洋生态系统的结构和功能。分析了海洋大气有机氮沉降的最新研究进展,结果表明：气溶胶中的有机氮在总氮中所占的比例为39.6%±14.7%;陆地雨水中以有机形式存在的溶解氮为30.2%±15.0%,而海洋上,溶解有机氮可达到雨水中总氮的62.8%±3.3%。可见,目前仅包括无机氮沉降的入海通量可能低估了1/3。因此,开展大气有机氮沉降的研究,有助于评价有机氮在全球氮循环中的作用,以及对海洋生态系统的短期和长期的影响。     

Understanding the Biogeochemical Process and Mechanism of Ecosystem Carbon Cycle from the Perspective of the Earth's Critical Zone

Previous research rarely considers the biogeochemistry process of the whole rock weathering layer-soil profile. The aim of Critical Zone science is re-understanding the structure and function of ecosystems from the canopy to bedrock, which emphasizes the relationship of material and energy between atmosphere and plant, between plant and soil, between soil and river in small watershed on the watershed scale. Carbon fixation and allocation are the key starting processes. Decomposition and transformation of soil carbon are the key turnover processes. Carbon migration and balance in small watershed are the key transfer processes. Further research is needed in the process, mechanism and ecology function of ecosystem carbon cycle from the canopy to bedrock based on the watershed scale. Carbon isotope technology has the function of indication, tracing and integration. Based on the ¹³C natural tracing and artificial labelling methods, we can further understand the process and mechnism of carbon biogeochemistry.