A Meta-analysis of the Effects of Organic and Inorganic Fertilizers on the Soil Microbial Community

In order to investigate the general tendency of soil microbial community responses to fertilizers, a meta-analysis approach was used to synthesise observations on the effects of inorganic and organic fertilizer addition (N: nitrogen; P: phosphorus; NP: nitrogen and phosphorus; PK: phosphorus and potassium; NPK: nitrogen, phosphorus and potassium; OF: organic fertilizer; OF+NPK: organic fertilizer plus NPK) on soil microbial communities. Among the various studies, PK, NPK, OF and OF+NPK addition increased total phospholipid fatty acid (PLFA) by 52.0%, 19.5%, 334.3% and 58.3%, respectively; while NP, OF and OF+NPK addition increased fungi by 5.6%, 21.0% and 8.2%, respectively. NP, NPK and OF addition increased bacteria by 6.4%, 9.8% and 13.3%, respectively; while NP and NPK addition increased actinomycetes by 7.0% and 14.8%, respectively. Addition of ammonium nitrate rather than urea decreased gram-negative bacteria (G ^-). N addition increased total PLFA、bacteria and actinomycetes in croplands, but decreased fungi and bacteria in forests, and the F/B ratio in grasslands. NPK addition increased total PLFA in forests but not in croplands. The N addition rate was positively correlated with the effects of N addition on gram-positive bacteria (G ⁺) and G ^-. Therefore, different fertilizers appear to have different effects on the soil microbial community. Organic fertilizers can have a greater positive effect on the soil microbial community than inorganic fertilizers. The effects of fertilizers on the soil microbial community varied with ecosystem types. The effect of N addition on the soil microbial community was related to both the forms of nitrogen that were added and the nitrogen addition rate.     

CO2浓度升高对三江平原湿地活性有机碳及土壤微生物的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO2浓度(Ambient CO2,350 umol·mol-1)和高CO2浓度(Elevated CO2,700μmol·mol-1)2个水平和不施氮(NN,0 gN·m-2)、常氮(MN,5 gN·m-2)、高氮(HN,15 gN·m-2)3个氮素水平,研究CO2浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章湿地(Calamagrostis angustifolia)土壤活性有机碳及微生物的影响。结果表明,CO2浓度升高条件下,土壤微生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)呈增加趋势,易氧化有机碳(LOC)和水溶性碳水化合物碳(CHC)的变化因生长期和氮素水平而异。CO2浓度升高,小叶章湿地土壤微生物数量在不同的生长时期呈现不同的响应趋势。细菌数量在腊熟期增幅最大,为31.4%;真菌数量在腊熟期增加16.6%,成熟期增加24.3%;放线菌数量没有发生明显变化。相关分析表明,细菌、真菌和放线菌数量都与土壤微生物量碳呈显著相关。湿地土壤中的活性有机碳可以为土壤微生物提供更多的有效能量,从而加快湿地生态系统养分循环过程。     

辨析“气候变暖”

近年来人们对＂气候变暖＂及其机制的争论达到了前所未有的程度,这可能是因为气候变化不再是单纯研究大气变化规律的科学,而变成一门与＂减排方案＂和＂征收碳税＂有关的政治与经济问题相联系,与国家经济利益有关的崭新课题.＂气候变暖＂既与利益有关,就会难免偏离公正,偏离纯理论科学.本研究对国内外＂气候变暖＂最新动态进行回顾分析,得出以下认识和结论.1）过去百年城市发展,极大地影响了器测温度数据,如果没有对＂热岛效应＂进行矫正,无疑高估了过去百年全球升温的幅度;2）过去百年全球有所变暖是事实,但不同学者增温估算不一致.不仅升温幅度不确定,而且人类和自然因素对升温贡献各占多少也不确定;如果考虑到城市发展对增温估算的影响,过去百年增温应当比0.4℃更低,远没有达到历史上次级波动的变化范围.3）尽管过去百年地球有所变暖,但在万年轨道尺度上,现在地球处于变冷的大趋势过程中.对现在气候变暖更合理解释,是属于变冷大趋势中的次级变暖波动;4）不论过去还是现在,大气CO2浓度变化总是落后于温度变化,即总是温度驱动着CO2变化,而不是CO2浓度驱动地球增温.     

从地质时期大气CO_2浓度与温度的对应关系分析现代气候变暖不确定性

气候变化问题是近年来国际社会所关注的热点,对于近代全球是否在变暖？以及驱动变暖的因素到底是什么？是自然过程还是人为作用？科学家们一直对此有着不同的见解.政府间气候变化专门委员会（IPCC）认为现在全球变暖是因为人类活动排放了大量CO2,其浓度增加而导致增温,但是很多科学家并不赞同.为了理清这一问题,本研究整合了近年来有关地质时期及现代大气CO2浓度与温度的关系数据,对其进行了梳理分析,结果显示不论是从地质年代的长尺度上来看,还是从近代的短尺度上来看,CO2浓度变化与全球气温变化之间都不存在一个足以令人信服的关系,因此,以此证明现在温度的增加是由于CO2浓度增加所引起的是不科学的.关于温度变化的驱动因子还存在很大的不确定性,也就不能明确地判断大气温度增加的主导因素是自然过程还是人为作用.     

从陆地和海洋生态系统角度辨析大气CO2浓度与全球变暖关系

根据古气候记录的温度与大气CO2浓度变化的关系,结合近百年尺度陆地和海洋生态系统碳库对全球变暖的响应模式,探讨大气CO2浓度升高与全球变暖的关系.结果发现,不论是古气候记录的大气CO2浓度升高的时间滞后于升温的时间,还是古气候与近百年来大气CO2浓度升高幅度相近条件下,两者升温幅度存在约10倍差异的事实,均不支持"大气CO2浓度升高驱动了全球变暖"的观点.近百年尺度陆地和海洋生态系统碳汇功能随升温降低从而增大了大气CO2来源,这有可能是"温度升高促进了大气CO2浓度增加"的原因.陆地生态系统碳汇功能降低的驱动机制可能是由于升温降低了陆地生态系统的净初级生产力,增大了异氧呼吸和有机碳分解速率所致;而海洋CO2吸收能力的降低则可能与升温导致CO2溶解度、海水盐度降低以及海洋温盐环流削弱或破坏等有关.     

Impacts of CO2 Enrichment on Water Use Efficiency in Terrestrial Ecosystems: A Meta-analysis of Experimental Manipulations

Elevated CO₂ (eCO₂) has important impacts on plants, especially on water use efficiency (WUE). A meta-analysis was performed to determine the responses of WUE to enriched CO₂. We summarized 242 studies on WUE research under ambient and enriched CO₂ conditions that were published between 1989 and 2019. Our results showed that WUE had positive responses to elevated CO₂ with an increase of about 46% and high heterogeneity. Elevated CO₂ increased leaf, grain, biomass and whole plant WUE by 76%, 9%, 30% and 37%, respectively. The effect size on leaf WUE was higher than the other three WUE types, and the effect size on whole plant WUE was higher than grain WUE (P<0.05). In another respect, the response of WUE in forests was higher than in cropland (P<0.05). Regarding different experimental methods, WUE had a stronger response to elevated CO₂ by the method of climate-controlled chamber than by the methods of OTC (Open Top Chamber) or greenhouses (P<0.05). However, the effect size obtained by the method of greenhouse was higher than that obtained by the methods of either OTC or climate chamber for whole plant WUE (P<0.05). Furthermore, our results found WUE had a positive linear relationship with the magnitude of CO₂ enrichment (P<0.05). Meanwhile, the effect size of elevated CO₂ on grain WUE had a positive linear relationship with the duration of CO₂ enrichment. This study found that the impacts of CO₂ enrichment on WUE are unique and specific for different WUE types and the various experimental conditions.     

大气CO2浓度变化与全球气候变化关系初步探讨

2007年IPCC公布的第四次评估报告AR4指出：过去50a观测到的地球平均温度升高很可能（90％以上）是由人类活动引起的,其中主要是人类活动引起的温室气体排放的增加．而地质气候记录证明,早在人类排放能够影响大气以前的CO2浓度变化均不同程度地滞后于气温变化．地质时期CO2浓度的波动是跟随气候变化而变化,是被大气温度驱动的结果,而非相反的CO,驱动温度变化．将现在全球变暖完全归因于人类排放CO2的增加,无法解释1940-1978年的降温事件．通过更长尺度的对比研究可以发现,现在气候是处于全新世变干变冷的大趋势之中,即使现在全球略有变暖,也只是处于变干变冷大趋势中的次级变暖波动．将近代全球气候变暖片面夸大归因于人类活动排放温室气体,而忽略了自然因素的贡献,其依据显得缺乏科学说服力,其做法不免有些令人担忧．     

陆地生态系统土壤呼吸、氮矿化对气候变暖的响应

土壤呼吸和氮矿化对气候变暖的响应是影响陆地生态系统碳收支的主要因素之一,也是当前全球变化研究的主要内容之一。短期内温度升高能明显提高土壤呼吸速率,随着温度的进一步升高和升温时间的延长,土壤呼吸速率对温度升高的敏感性可能逐渐降低。由于土壤呼吸的温度敏感性与土壤水分含量、气候、植被、凋落物等多种因素有关,并随时间和空间的变化而变化,因此,用一个固定的Q10（土壤呼吸的温度敏感系数）来计算土壤呼吸对温度升高响应的量,会给研究结果带来很大的不确定性。生态系统对气候变暖的响应除了直接的反应外,还具有复杂的适应性。尽管模拟研究表明未来气候变暖将使土壤呼吸增加,但是有关土壤呼吸对气候变化适应性的试验数据比较少,对未来气候变化背景下土壤呼吸的模拟仍有很大的不确定性。气候变暖将促进土壤氮素的矿化速率,其影响程度的强弱不仅与温度有关,而且与土壤基质的质量与数量、土壤水分、升温持续的时间等有关,这使目前有关研究结果出现了很大的不确定性。针对上述研究中存在的问题,今后应统一土壤呼吸的测定方法,区分土壤呼吸各组分对温度升高的响应,在研究土壤呼吸和氮矿化对温度升高的响应时结合考虑其它因素能在一定程度上减少研究结果的不确定性。     

Multi-scale integrated assessment of urban energy use and CO2 emissions

Accurate and detailed accounting of energy-induced carbon dioxide (CO₂) emissions is crucial to the evaluation of pressures on natural resources and the environment, as well as to the assignment of responsibility for emission reductions. However, previous emission inventories were usually production- or consumption-based accounting, and few studies have comprehensively documented the linkages among socio-economic activities and external transaction in urban areas. Therefore, we address this gap in proposing an analytical framework and accounting system with three dimensions of boundaries to comprehensively assess urban energy use and related CO₂ emissions. The analytical framework depicted the input, transformation, transfer and discharge process of the carbon-based (fossil) energy flows through the complex urban ecosystems, and defined the accounting scopes and boundaries on the strength of ‘carbon footprint’ and ‘urban metabolism’. The accounting system highlighted the assessment for the transfer and discharge of socio-economic subsystems with different spatial boundaries. Three kinds methods applied to Beijing City explicitly exhibited the accounting characteristics. Our research firstly suggests that urban carbon-based energy metabolism can be used to analyze the process and structure of urban energy consumption and CO₂ emissions. Secondly, three kinds of accounting methods use different benchmarks to estimate urban energy use and CO₂ emissions with their distinct strength and weakness. Thirdly, the empirical analysis in Beijing City demonstrate that the three kinds of methods are complementary and give different insights to discuss urban energy-induced CO₂ emissions reduction. We deduce a conclusion that carbon reductions responsibility can be assigned in the light of production, consumption and shared responsibility based principles. Overall, from perspective of the industrial and energy restructuring and the residential lifestyle changes, our results shed new light on the analysis on the evolutionary mechanism and pattern of urban energy-induced CO₂ emissions with the combination of three kinds of methods. And the spatial structure adjustment and technical progress provides further elements for consideration about the scenarios of change in urban energy use and CO₂ emissions.     

土壤非生物CO2通量对土壤温度的响应

干旱、半干旱区土壤CO₂通量是土壤-大气碳循环的关键过程。尽管近期研究发现,该过程中存在非生物CO₂通量部分,但对该通量及其对土壤温度的响应仍不清楚。为此,本研究于2012年5月至2013年4月,在毛乌素沙地西南缘长期定位观测灭活土壤的CO₂通量及土壤温度与降雨量。结果显示:土壤非生物CO₂通量在2012年5-10月及2013年3-4月基本表现为白天正值,而夜晚负值;其余月份中,其日尺度上变化不大。在观测期内,非生物CO₂通量与土壤温度变化率呈直线关系,但决定系数不高。另外,无降雨或小降雨发生时,日尺度上土壤非生物CO₂通量与土壤温度存在明显的时间滞后效应,而该效应会被较大的降雨严重干扰。研究结果表明,土壤非生物CO₂通量对土壤温度的响应会较易被其他因子(如降雨)干扰,通过土壤温度单因子对它预测,结果可能不够准确。     

土壤CO2、土壤水的动态特征及其 对岩溶作用的驱动

为了研究不同土壤CO2浓度和不同土壤水化学条件下的岩溶作用发生程度,文章对广西桂林地区的土壤CO2浓度、土壤水和石灰岩试片溶蚀速率进行了监测,结果表明：1）该地区土壤CO2浓度具有明显的季节性变化特征,总体上夏季是其他季节的3~5倍,最大值时达到60 899.64 mg/m2,而最小值时仅为5 587.21 mg/m2;2）就相同深度的土壤CO2浓度来说,洼地大于坡地,夏季时洼地比坡地高近20 000 mg/m2,且深层土CO2浓度大于表层土,其平均值比表层土高4 353.54 mg/m2;3）坡地和洼地土壤水水化学指标平均值分别是：pH为7.49和6.41、电导率为300和78 μS/cm、Ca2+为60和15.43 mg/L、 为2.78和0.44 mg/L,坡地处的pH、电导率、Ca2+和 均高于洼地;4）从溶蚀试验说明该地区的岩溶作用发生程度非常明显,说明土壤CO2和土壤水能驱动岩溶作用的发生。     

持续性主动增温对中亚热带森林土壤呼吸影响研究初报

本研究使用自主研发的PID主动增温控制系统和自动化土壤呼吸长期室来探讨持续性主动增温对中亚热带森林土壤总呼吸速率的影响．初步实验结果表明：1）增温样地平均增温幅度是4．93℃,与预设的5℃增温相差0．07℃,完全到达预期的效果．对照样地的温度变化越缓慢,实际增温幅度越接近预设值．2）增温对土壤总呼吸速率的影响具有“光敏性”,即增温提高了夜间的总呼吸速率,但有光照情况下土壤的总呼吸速率呈下降趋势．3）增温后土壤呼吸最大值出现的时间从18时提前到15时,随着增温时间的增加,每日土壤总呼吸速率的上升曲线越来越陡．4）随着增温时间的增加,夜间土壤总呼吸速率与土温的拟合曲线越来越接近指数关系,酽从增温前的0．60增加到0．93．5）增温后土壤总呼吸速率更不容易受到降水的阻滞,恢复速度更快．产生这些现象的可能原因在讨论部分已加以分析．     

大气CO2浓度升高对土壤中不同粒级碳的影响

不同粒级土壤中的碳有着不同的周转规律，在高CO2浓度条件下，它们含量的变化将在一定程度上反映土壤碳是累积还是减少，对明确土壤碳的变化趋势有重要意义．采用田间培养试验初步模拟研究在高CO2浓度条件下土壤不同粒级碳的分布．结果表明，加入秸秆培养1年，由于CO2浓度升高的原因导致在低氮（LN）、常规氮（NN）和高氮（HN）水平下土壤中碳分别增加0．01、1．10、1．22g／kg，表现为粒级〈53μm土壤颗粒中碳分别增加1．53、2．19、2．70g／kg．粒级〈53μmm土壤颗粒碳量的增加，主要是由于其重量分配百分数显著增加36．2％，碳浓度增加5．4％；粒级〉250μm和250～53μm土壤颗粒部分虽然其碳浓度分别增加20．8％和17．3％（P〈0．05），怛由于重量分配百分数分别显著降低22．8％和36．1％，结果碳量降低．试验表明高CO2浓度导致不同粒级土壤的分配及碳浓度的变化；高氮施肥水平下有增加土壤碳量特别是小粒级土壤碳量的趋势．     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型CO2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响;同时,结合其他地区草地生态系统,就青藏高原三种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值进行了比较;最后,结合青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究的现实与需要,提出了当前存在一些不确定性和有待深入研究的问题。     

温度升高和CO2浓度增加对冬小麦生物量的影响和不确定性分析（英文）

Impacts of climatic change on agriculture and adaptation are of key concern of scientific research. However, vast uncertainties exist among global climates model output, emission scenarios, scale transformation and crop model parameterization. In order to reduce these uncertainties, we integrate output results of four IPCC emission scenarios of A1FI, A2, B1 and B2, and five global climatic patterns of HadCM3, PCM, CGCM2, CSIRO2 and ECHAM4 in this study. Based on 20 databases of future climatic change scenarios from the Climatic Research Unit (CRU) , the scenario data of the climatic daily median values are generated on research sites with the global mean temperature increase of 1 ℃(GMT+1D), 2 ℃ (GMT+2D) and 3 ℃(GMT+3D). The impact of CO2 fertilization effect on wheat biomass for GMT+1D, GMT+2D and GMT+3D in China’s wheat-producing areas is studied in the process model, CERES-Wheat and probabilistic forecasting method. The research results show the CO2 fertilization effect can compensate reduction of wheat biomass with warming temperature in a strong compensating effect. Under the CO2 fertilization effect, the rain-fed and irrigated wheat biomasses increase respectively, and the increment of biomass goes up with temperature rising. The rain-fed wheat biomass increase is greater than the irrigated wheat biomass. Without consideration of CO2 fertilization effect, both irrigated and rain-fed wheat biomasses reduce, and there is a higher probability for the irrigated wheat biomass than that of the rain-fed wheat biomass.     

生物炭对岩溶区玉米生长、土壤CO2及岩溶作用的影响

为研究生物炭对岩溶区玉米生长、土壤CO₂体积分数和排放速率及岩溶作用的影响,通过野外盆栽试验,将蔗渣生物炭分别以土壤质量分数为0%（CK）、0.5%（T1）、1%（T2）、2%（T3）和5%（T4）添加到石灰土中,并栽培玉米。测定玉米生育期中土壤CO2体积分数和排放速率、土壤淋溶水中Ca2+和 质量分数;并测试玉米收割后土壤有机碳质量分数和容重及玉米生物量。结果表明,添加生物炭增加土壤有机碳质量分数,显著降低了土壤容重;2%和5%生物炭添加显著增加了玉米秸秆干重、玉米棒干重和玉米根干重;在玉米苗期,5%生物炭添加显著增加了土壤CO₂体积分数和排放速率;在玉米拔节期、抽穗期和成熟期,2%和5%生物炭添加显著增加了土壤CO^₂体积分数、排放速率以及在此期间收集的土壤淋溶水Ca²⁺和 质量分数。由此可见,蔗渣生物炭作为岩溶区石灰土改良剂,在一定程度上改良石灰土性质,促进了玉米生长,提高了岩溶区土壤CO2的体积分数和排放速率,加快了岩溶作用。     

土壤CO_2浓度昼夜变化及其对土壤CO_2排放量的影响

对石林地区两个研究点土下20、40和60cm土壤CO2浓度和土壤CO2排放量的昼夜变化进行的研究表明二者之间具有一定的正相关关系,因此土壤CO2排放量除受环境因子影响之外,还受土壤CO2浓度所控制。土壤CO2浓度和土壤CO2排放量之间的相关关系可以用来解释土壤有机碳含量及温度对土壤CO2排放量的影响,即土壤有机碳含量高和温度升高是通过影响土壤空气中CO2的形成速率,导致土壤CO2浓度升高,从而促进土壤CO2的排放。     

近百余年来上海两次增暖期的特征对比及其成因

利用上海１８７３～１９９９年的气温等实测资料及１９６１～１９９９年郊区的资料,在基本剔除城市化热岛热效应对气候变化趋势的可能影响之后,研究上海近百余年来两次明显的增暖时期（１９３７～１９５３年和１９８７～１９９９年）气温结构分布特征,进行对分析。结果表明：①第一次增暖期的增温主要在白天,最高气温上升明显,季节中以夏季最突出;第二次增温期的增温主要是夜间气温升高引起撮低气温具有显著增暖趋势,最高气温     

干旱对青藏高原腹地高寒草地生态系统净CO2交换的影响

干旱对草地生态系统NEE有深刻影响。基于涡度相关技术提供的碳通量及小气候数据,研究了2009年当雄高寒草地生态系统的碳交换特征及其主控因子,同时分析了干旱的可能影响。5—7月初及9月发生的干旱导致草地GLAI、ALB和GPP较低,6月中旬到7月初碳吸收一度下降。干旱使6、7月份NEE日变化进程发生改变。同时,NEE和GPP的季节变化也受到干旱影响。由于干旱导致生态系统吸收能力降低,75]3日出现NEE日净碳排放最高值（0．9gCm-2d-1）。5-7月的NEE月总量均大于0,且逐月增加。该草地2009年的GPP和NEE分别为-158．1和52．4gCm。日均0〈01时,0成为影响白天NEE变化的主控因子。GLAI、r和目是3个对NEE季节变异影响最大的指标,且其影响程度依次降低。GPP季节变化的主控因子是GLAI、θ、PPT、VPD和瓦,生态系统水分状况（0、PPT或VPD）对GPP的影响大于T20。Rcco主要受控于t、GLAI、PAR和PPT,且其影响力依次降低。GLAI的季节变化可解释NEE和GPP变异的60．7％和76．1％。当雄高寒草地生态系统水分条件的年际变化可能是影响NEE年际变异的主要因子。