干旱对陆地生态系统水碳过程的影响研究进展

在全球气候变化与生态系统研究领域中, 干旱对生态系统水碳过程的影响越来越受到重 视。在植物个体水平上, 干旱会引起植物叶片气孔导度降低, 溶质含量增加, 叶片变厚、地下生物 量比例增加等以减少水分损失。与此同时, 植物叶片的光合速率也因气孔导度的降低而下降。适 度的干旱通常会使植物利用效率得到提高。不同植物具有不同的水分利用策略, 它们的生理和形 态特征对干旱的响应表现出显著的差异性; 在群落或生态系统水平上, 干旱会影响群落冠层的生 理特性以及群落的结构组成, 从而引起生态系统的水碳循环过程的改变。主要体现为植被的光合 速率、呼吸速率、蒸腾速率降低, 而生态系统的水分利用效率在极端干旱条件下也可能降低。受干 旱影响, 植物群落耐旱植物所占比例增加, 群落的物种多样性和生产力也会降低。尽管目前有关 干旱对生态系统水碳过程影响在各个层面都已涉及, 但这些研究内容多是彼此孤立的, 为了深入 认识生态系统对干旱的响应机理, 还需要结合多种技术手段, 综合考虑生态系统水循环、碳循环、 氮循环等多过程间的耦合关系, 并建立生态系统不同层次间和时间尺度间机理联系的理论体系。     

喀斯特石质生境高碳酸酐酶活性微生物筛选与分离

喀斯特地区存在丰富的碳酸盐岩,是地球上最重要的碳库。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是地球上催化反应速率最快的几种酶之一,通过催化CO₂的水合反应,不仅可以促进碳酸盐岩的风化,还可以通过吸收大气中的CO₂来固定碳源。本研究目的是遴选喀斯特极度退化生境高CA活性菌株/菌群,探讨其用于喀斯特生态修复的可行性。利用碳酸钙培养基从喀斯特石质生境中分离筛选出产CA的菌株,并进行形态学观察、生理生化鉴定和分子生物学鉴定。通过CA活性的测定确定高CA活性的菌株,并比较单菌与多菌株组合群落的CA活性差异。利用碳酸钙培养基共分离得到产CA菌株6株,分别为耐药黄杆菌(Flavobacterium resistens)、食酸代尔夫特菌(Delftia acidovorans)、嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)、食油假单胞菌(Pseudomonas oleovorans)、洞穴农杆菌(Agrobacterium cavarae)、白色杆菌(Bacillus albus),其中嗜根寡养单胞菌的CA活性最高,...     

环北极多年冻土区碳循环研究进展与展望

环北极多年冻土区作为全球碳库的重要组成部分,它以一种独特的方式响应着气候变化。在气候变暖的背景下,冻土中的有机碳将在全球碳循环中扮演着更活跃的角色。为增进对环北极多年冻土区碳循环的认识,分析了近年来北极多年冻土区碳储量和碳迁移状况,以及相关模型在模拟碳循环应用方面的最新进展。目前,对北极多年冻土区碳源/汇的时空分布格局、碳循环过程的关键驱动因子以及碳循环对全球变化的响应等一系列问题尚不能作出完整的、系统性的科学解释。同时,还进一步分析了北极多年冻土区碳循环模拟的三大不确定性因素。基于以上分析,提出未来对北极多年冻土区碳循环的研究还应在典型研究区开展长期的野外系统监测、创新研究方法,深化碳循环机制研究,重视学科交叉以及多模型集成,宏观与微观相结合、多途径与多尺度综合研究。     

俯冲带变质过程中的含碳流体

俯冲带含碳岩石通过俯冲过程的变质反应生成了含碳水流体、富硅酸盐的超临界流体和含碳熔体。不同类型流体的形成与岩石成分和岩石经历的温压条件相关。岩石中碳酸盐矿物脱碳反应的温压条件取决于岩石起初的流体成分:有水存在时,反应发生在低温条件下。在高压条件下,碳酸盐矿物在水或含盐水流体的溶解是生成含碳流体重要的机制,其导致的碳迁移作用可能超过脱碳变质反应的作用。高温条件下,含碳岩石的部分熔融可以生成含碳的熔体,这在热俯冲环境和俯冲带岩石底辟到上覆地幔的情况下是碳迁移重要载体。富硅酸盐的超临界流体可能是在第二临界端点上形成的超临界流体,目前在超高压岩石中观察到的非花岗质成分的多相固体包裹体被认为是这种流体结晶的产物,然而对其理解尚存在很多问题,需要进一步的实验研究。地表含碳岩石在俯冲带被带到深部,俯冲带地温特征的不同导致了不同类型含碳流体的形成,这些流体运移至上覆地幔引起岩石部分熔融产生含碳的岛弧岩浆,岩浆喷出到地表释放了其中的碳,这构成了俯冲带-岛弧系统的碳循环。     

地球关键带视角理解生态系统碳生物地球化学过程与机制

陆地生态系统研究通常未考虑影响整个岩石风化层--土壤剖面的生物地球化学过程,而关键带科学则强调从冠层到基岩重新认识整个生态系统的结构和功能,在流域尺度上应该强调大气和植物之间、植物和土壤之间、小流域土壤和溪流之间物质和元素循环的相互联系等。植物碳固定及分配、从地表到基岩的土壤碳库分解和转化以及小流域碳迁移与平衡是碳生物地球化学循环的起始、周转和迁移过程的关键环节,应该加强流域尺度上从冠层到基岩的生态系统碳循环过程、机制及其生态功能研究。同位素技术具有指示、示踪和整合功能,通过δ13C自然示踪和人工标记技术,可以辅助解析碳生物地球化学过程与机制。     

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。      

深入探索全球变化机制——国家自然科学基金委重大研究计划的战略研究

全球变化作为历史上第一个由科学界提出的全球性政治问题,强有力地推动着学科发展.同时,国际主流意识在全球变暖问题上几十年来的巨大变化和当前面对的剧烈争论,反映出全球变化理论认识上的不成熟性.当前,我国全球变化研究已获得国家重大科学研究计划的支持,国家自然科学基金委可以集中力量支持变化机制基础理论的深入探索,从地球系统科学的高度、在更大的时空范围内研究变化机理,力争在基础理论上有所突破.全球变化的机制,主要涉及温室气体的气候效应、CO2与生源要素循环和气候系统中的水循环三大基础科学问题.建议我国针对基础问题,结合本身特色,聚集力量采取以下举措:(1)开展长期观测—科学和技术的结合;(2)穿越时空尺度—不同过程的辨识;(3)促进学科交叉—发展比较行星学等学科;(4)设置大型计划—发挥我国自然条件的优势.藉以揭示地球系统的运行机制,促使我国的相应学科尽早实现从跟踪到创新、从"原料输出型"到"深加工型"的转变.     

2002年—2018年太湖水体溶解二氧化碳浓度卫星遥感数据集

湖泊在全球碳循环中发挥着重要作用,而湖泊中溶解CO2浓度(CCO2)控制着其CO2通量的方向及大小,是湖泊CO2排放估算的关键参数.中国第三大淡水湖——太湖虽然具有长期的野外监测数据,但其样点分布在空间和时间上并不均匀,很可能给其CO2排放的估算带来不确定性和偏差.有必要利用更高频率和覆盖范围地遥感手段来弥补野外监测在...     

深部碳循环的Mg同位素示踪

大洋板块俯冲导致的深部碳循环可影响地球历史的大气CO2的收支情况及气候变化。沉积碳酸盐岩是地球中轻镁同位素的主要储库,它通过板块俯冲再循环进入地幔有可能引起地幔局部的Mg同位素组成不均一性。因此,在这样一个基本假设基础上,即俯冲岩石的镁同位素在变质脱水和岩浆过程中不发生显著变化,镁同位素有可能成为深部碳循环的示踪剂。前人研究已经证明岩浆过程不会发生显著镁同位素分馏。然而,至今对俯冲、变质过程镁同位素的分馏程度以及低δ26Mg玄武岩成因还属未知。为此,本研究聚焦在高温高压条件下碳酸盐的稳定性和相转换、板块俯冲过程中的镁同位素行为、循环碳酸盐对地幔镁同位素组成可能产生的影响。     

海洋碳汇作用机理与发展对策

为应对全球性气候变化,提高对海洋碳汇的科学认知,文章介绍海洋碳汇及其碳循环模式,分析海洋碳汇面临的困境,并提出相关建议。研究结果表明:碳分为黑碳、褐碳、绿碳和蓝碳4种类型,其中蓝碳即海洋碳汇,即通过海洋固定和储存二氧化碳,是全球碳循环的重要机制;海洋碳汇由溶解度泵、生物泵和微型生物泵3种碳泵共同完成,其中依赖海洋微生物的微型生物泵储碳效率最高;海洋碳汇正面临生境基础退化和海洋酸化加剧的问题,未来应针对问题加强政策性管理和保护以及加强科学技术研究和实践。