高寒气候区生长季NDVI与昼夜不对称增温的Copula分析

利用1982—2016年的青海地区归一化植被指数和气象数据,基于马尔科夫链蒙特卡罗的Copula函数方法,深入探索昼夜增温不对称性与植被活动之间的复杂关系,揭示了昼夜增温和NDVI之间的联合概率分布及其季节性差异。研究结果表明,昼夜增温与NDVI之间的关系在不同季节呈现显著差异。尤其在秋季,昼夜增温对NDVI的影响最为显著,其次是夏季和春季。通过Copula函数模型,发现昼夜增温与NDVI在特定温度区间内呈现正相关,表明适宜的温度条件下昼夜增温对植被生长具有促进作用。然而,当昼夜增温超过某一阈值时,其对NDVI的促进作用转变为抑制作用,从而限制了植被的生长。同时,还揭示了重现期与昼夜增温及NDVI之间的关系。在较低的重现期下,昼夜增温与NDVI的联合概率较高,表明在这些条件下,植被生长良好的情况出现的频率较高。反之,较高的重现期对应于昼夜增温与NDVI较低的联合概率,表明植被生长受到抑制。本研究通过Copula函数提供了一个全新的视角来理解昼夜增温与植被动态之间的相互作用,强调了气温变化对植被生长影响的复杂性。

土壤模拟增温装置对碳排放监测的影响分析

在全球气候变暖的环境下,土壤碳的微弱变化会对陆地生态系统碳循环产生较大的影响,进而对未来气候变暖产生正反馈。目前全球开展了许多有关野外原位模拟增温的实验,主要集中在土壤碳排放与土壤微生物对增温的响应方面。在研究过程中,不同增温装置的增温效果、增温时间以及增温实验开展地点上的差异对研究结果带来的影响不容忽视。基于以往全球气候变化研究的相关成果,本文系统总结了常用增温装置的特点及不足,研究结果表明:(1)在条件允许的情况下,主动增温装置的可控性与增温效果较好,主动增温的效果优于被动增温;(2)大部分增温实验的持续时间集中在1~5年,且增温装置的增温效果仅局限于浅层土壤,建议开展长时间尺度与深层土壤增温实验;(3)增温实验多集中于北半球中高纬度和高海拔地区,未来可以在热带、亚热带地区开展更多的野外原位增温实验;(4)未来应将增温、氮沉降、降雨变化以及CO_(2)倍增实验结合起来,探究不同全球变化因子间的交互作用对陆地生态系统碳循环的影响。研究结果对后续全球气候变化的相关研究具有一定的参考价值。

模拟增温对大青山油松林凋落物分解动态的影响

探究模拟气候变暖对大青山油松人工林凋落物分解的影响.采用开顶式增温室法和原位模拟分解袋法,设置对照和增温两个处理.结果显示经过生长季分解后,增温处理凋落物质量残留率平均损失了初始质量的21.1%,对照组平均损失了初始质量的13.7%;增温显著降低了凋落物氮残留率(以全氮计),显著增加了凋落物磷残留率(以全磷计),增温和对照处理凋落物氮残留率分别为80.05%和94.37%;磷残留率分别为104.33%和96.42%;与对照相比,增温处理下凋落物的c(C)/c(N)、c(C)/c(P)、c(木质素)/c(N)均存在显著差异;增温处理显著增加了林内凋落物的分解系数,增温和对照处理凋落物分解系数分别为0.019和0.011.增温在一定程度上加速了油松林凋落物的分解.

不同增温增湿工序处理烟叶化学成分及其均匀性评价指标的筛选

【目的】探明打叶复烤生产过程中增温增湿工序处理烟叶常规化学成分的变化规律,为打叶复烤均质化评价指标的选择提供参考。【方法】采用基于打叶复烤规模化生产的半叶对照法,研究打叶复烤生产过程中真空回潮、润叶和烟片复烤3个增温增湿工序对复烤前后及原烟与复烤烟片烟叶化学成分的影响,筛选烟叶加工过程和成品烟片稳定性的评价指标。【结果】真空回潮、润叶和烟片复烤3个工序对烟叶化学成分均有不同程度的影响。真空回潮加工后,烟叶的烟碱、总糖、还原糖、总糖/烟碱、总氮、pH和淀粉的含量分别降低0.05%、0.16%、1.46%、0.43、0.03%、0.07和0.41%。其中,总糖/烟碱、总氮和淀粉的含量在加工前后差异显著,还原糖含量和pH差异极显著,烟碱和总糖含量在加工前后呈降低趋势但无显著差异。经润叶和烟片复烤工序加工后,烟叶的还原糖含量分别降低0.34%和0.59%,加工前后还原糖含量的差异显著或极显著。复烤烟片各成分含量均较原烟下降,其中,总糖、还原糖、总氮及淀粉含量分别下降0.44%、0.87%、0.10%和0.48%,差异极显著;总糖/烟碱和pH分别下降0.39和0.06,差异显著;烟碱含量下降0.06%,差异不显著。【结论】打叶复烤生产过程中真空回潮、润叶和烟片复烤关键工序对烟叶化学成分具有调控效应,烟碱可作为加工过程及成品烟片的均匀性评价指标。

增温与凋落物去除对人工草地土壤呼吸的影响

人工草地是重要的碳汇,但其土壤呼吸及其温度敏感性(Q10)对气候变化和干扰的响应尚不清楚。本研究在大陆性季风气候区的紫苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)2种人工草地开展了增温和凋落物处理试验,测量了土壤呼吸速率和Q10,并分析了不同草地对这些影响的响应差异。结果表明:增温使年均土壤温度显著增加约2℃(P<0.05);同时,使年均土壤湿度和电导率显著降低(P<0.05)。增温使年平均土壤呼吸速率降低8.81%;凋落物去除使年平均土壤呼吸速率降低9.33%。增温和凋落物去除均使Q10降低。不同草地对增温和凋落物处理有不同的响应,其中紫苜蓿草地对增温的响应大于无芒雀麦草地,而无芒雀麦草地对凋落物处理的响应大于紫苜蓿草地。本研究表明,试验区无芒雀麦群落相较于紫苜蓿群落更能抵抗气候变化和干扰的影响,有利于减少碳排放,是更好的建植人工草地的物种。

施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响

【目的】农业生态系统增温潜势是影响全球气候变化的重要部分。本研究通过田间试验明确施用生物炭和秸秆还田对农田增温潜势的影响,以期为减缓气候变化和农业废弃物资源化利用提供理论依据。【方法】在山东省桓台县农业生态系统试验站的冬小麦-夏玉米轮作农田中开展了3年田间定位试验,试验共设置4个处理:①对照(CK);②施用生物炭9.0t·hm^(-2)·a^(-1)(C);③全量秸秆还田(S);④秸秆还田配施9.0 t·hm^(-2)·a^(-1)生物炭(CS)。4个处理均施等量的氮磷钾化肥,其中氮肥为尿素,用量为200 kg·hm^(-2)·a^(-1),磷肥为过磷酸钙,用量为55 kg·hm^(-2)·a^(-1),钾肥为硫酸钾,用量为40 kg·hm^(-2)·a^(-1)。采用静态暗箱-气相色谱法测定各处理温室气体(CO_(2)、N_(2)O和CH_4)的排放通量并计算净全球增温潜势(NGWP)和温室气体排放强度(GHGI),分析连续施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响。【结果】(1)综合3年的温室气体排放情况,与CK处理相比,S和CS处理的年平均生态呼吸排放量(Re)分别增加了47.8%和67.9%(P<0.05);C处理的年平均N_(2)O累积排放量降低了20.3%(P<0.05),而S和CS处理的N_(2)O年平均累积排放量分别增加了23.6%和41.4%(P<0.05)。(2)与CK处理相比,C、S和CS处理的土壤有机碳年平均变化量(ΔSOC)均有显著增加,其中CS处理增幅最大,增加了150.6%(P<0.05)。与第1年相比,C、S和CS处理第3年的ΔSOC均有显著增加(P<0.05),分别增加了21.7%、20.8%和17.8%。各处理的NGWP和GHGI均存在显著差异,与CK相比,C、S和CS处理的年平均NGWP分别降低了163.5%、171.7%和273.0%(P<0.05),与第1年相比,C、S和CS处理第3年的NGWP均有显著降低(P<0.05),分别降低了73.4%、58.8%和54.7%。与CK相比,C、S和CS处理的年平均GHGI分别降低了236.2%、253.3%和388.9%(P<0.05),C、S和CS处理第3年的GHGI较第1年分别降低了126.3%、98.2%和108.6%(P<0.05)。就产量而言,C、S和CS处理的作物产量保持相对稳定,有轻微增长,但与CK相比无显著差异。【结论】与单施化肥相比,在施化肥的基础上添加生物炭、秸秆还田、秸秆还田配施生物炭的措施均能够在不影响作物产量的前提下抑制增温潜势,其中秸秆还田配施生物炭能够最大程度地降低农田增温潜势,因此秸秆还田配施生物炭是增加农田固碳、缓解气候变化的一项有效措施。

生物炭配施硅肥对夜间增温稻田碳排放强度的影响

为了研究生物炭配施硅肥对夜间增温稻田水稻产量及温室气体排放(CH_(4)和N_(2)O)的影响,2019—2020年连续两年进行田间模拟增温试验。采用3因素3水平正交试验设计:夜间增温设3水平,用铝箔反光膜夜间(19:00—6:00)覆盖水稻冠层模拟夜间增温,即W0(常温对照,不覆盖)、W1(覆盖5 mm铝箔膜)和W2(覆盖11 mm铝箔膜);生物炭用量设3水平,即B0(对照,0)、B1(7.5 t·hm^(-2))和B2(17.5 t·hm^(-2));硅肥种类设3水平,即Si0(对照,不施硅)、Si1(钢渣)和Si2(矿粉),Si1和Si2的用量(以SiO_(2)计)均为200 kg·hm^(-2)。结果表明:2019年5 cm和10 cm稻田土层夜间均温分别增加0.3~1.0℃和0.2~0.7℃;2020年水稻植株冠层和株高中部夜间均温分别增加0.1~0.2℃和0.2~0.3℃。稻田CH_(4)排放通量呈单峰型变化趋势,排放通量最大值和累积排放量出现于分蘖-拔节期;稻田N_(2)O排放通量呈多峰型变化趋势。夜间增温处理的CH_(4)和N_(2)O累积排放量低于常温对照,生物炭配施硅肥可一定程度抑制CH_(4)排放,但促进N_(2)O排放。CH_(4)对稻田总增温潜势的贡献起主导作用,占比大于84%。夜间增温明显降低水稻产量和温室气体累积排放量,生物炭可有效缓解夜间增温对水稻产量的不利影响,配施钢渣可降低总增温潜势和排放强度。综合考虑水稻产量和稻田减排,江苏沿江同类稻田水稻低碳生产应对气候变暖的技术措施为施用生物炭17.5 t·hm^(-2)并配施钢渣(以SiO_(2)计)200 kg·hm^(-2)。

短期OTC增温对晋北农牧交错带温性草地土壤微生物的影响

土壤微生物作为参与生物地球化学循环的重要生物类群,对陆地生态系统至关重要,但温度升高如何影响农牧交错带温性草地土壤微生物群落的丰度仍不清楚。本研究依托山西右玉黄土高原草地生态系统定位观测研究站2017年建立的开顶式同化箱(Open-Top chamber,OTC)增温实验平台,处理5年后进行土壤样品的采集,测定土壤真菌和细菌的丰度以及土壤微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)含量等指标,探讨农牧交错带温性草地土壤微生物对不同增温处理的响应。结果表明:增温显著降低土壤真菌丰度,对土壤微生物生物量碳、氮含量没有产生显著影响,细菌丰度随着增温处理的温度上升呈现先上升再下降的趋势;增温处理下,微生物生物量与土壤全磷、硝态氮和可溶性有机氮含量呈正相关关系。未来需要加强针对气候变化对该类脆弱生态系统影响的监测,为农牧交错带温性草地管理提供预警及科学依据。

增温对南亚热带季风常绿阔叶林土壤有机碳及其组分的影响

全球变暖是当前全球气候变化的主要现象,影响着陆地生态系统的碳循环。森林土壤是陆地生态系统中最大的碳库,森林土壤有机碳及其不同组分的积累受到气候变暖的影响,许多研究普遍发现短期增温减少土壤有机碳及其活性碳组分,但尚不清楚这种负效应在长期增温下是否仍存在和有机碳组分是否变化。以鼎湖山季风常绿阔叶林为研究对象,采用红外辐射模拟增温,探究长期增温对南亚热带森林土壤有机碳及其组分的影响。2017—2021年的连续增温观测结果表明:与对照相比,在表层土壤中,增温处理下土壤有机碳含量显著增加4.5%,其中土壤重组有机碳库显著降低9.1%,轻组有机碳库显著增加9.8%,易氧化有机碳含量显著增加5.8%,但微生物生物量碳、可溶性有机碳、惰性有机碳和络合态碳含量不变。增温持续时间显著影响土壤有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳、轻组有机碳库、重组有机碳库、惰性有机碳和络合态碳。增温处理与增温持续时间的交互作用显著影响微生物生物量碳、易氧化有机碳和重组有机碳库,但对土壤有机碳、土壤可溶性有机碳、惰性有机碳、络合态碳和轻组有机碳库无显著影响。综上所述,长期增温背景下南亚热带季风林的土壤有机碳因土壤活性有机碳组分的增加而增加,使总有机碳增加的生物调控作用可能比矿物保护作用强,但减少的惰性碳组分和增加的活性碳组分可能会使土壤有机碳稳定性下降。本研究结果探讨了南亚热带森林表层土壤有机碳及其组分对长期增温的响应,与大多数研究所发现的短期增温使表层土壤有机碳含量减少形成对比,结果可为预测未来该地区土壤碳库的变化特征提供科学依据和理论支持。

陆地生态系统土壤CO_(2)排放对模拟增温的响应特征及影响因素

全球变暖已经成为不争的事实,陆地生态系统碳循环的研究受到了各界广泛关注,是当前全球变化研究中的重点。土壤CO_(2)排放是陆地生态系统与大气间二氧化碳交换的最大通量之一,当前陆地生态系统中土壤CO_(2)排放如何响应全球气候变暖及其影响因素仍不清楚,限制了对土壤碳循环过程及影响机制的深入认识。旨在明确全球变暖背景下陆地生态系统中土壤CO_(2)排放格局及影响因素。基于Web of Science、PubMed和中国知网等中英文期刊数据库,充分收集全球范围内的相关野外试验文献81篇,提取出65个研究位置和213组相关研究数据,采用Meta分析方法探讨陆地生态系统土壤CO_(2)排放对增温的响应特征,分析其与海拔、气候、土壤含水量、容重(BD)、pH、全氮(TN)和土壤有机碳(SOC)的相关关系。结果表明:陆地生态系统中土壤CO_(2)排放对增温整体有显著的正向响应,在农、林、草生态系统中,增温使土壤CO_(2)排放分别显著增加13.1%、18.0%、5.9%(P<0.05),森林生态系统对增温响应的正效应最强烈;增温能在短时期内促进土壤呼吸,但随着增温持续时间增加,土壤呼吸对温度的敏感性会降低,对温度变化产生适应性,从而使其对增温的响应能力减弱;响应特征受到环境因子、土壤特性以及其他试验条件等的影响,绝大多数条件下对增温表现出显著的正响应特征,不同影响因子之间共同作用、相互影响。增温通常能够改变植物生物量、土壤养分含量及微生物数量和活性,从而影响到植被根际呼吸和土壤呼吸速率。相关分析表明,海拔对土壤CO_(2)排放有显著负向影响,而年均气温、年均降水量、土壤含水量和仪器嵌入土壤深度则对土壤CO_(2)排放产生显著正向影响。这些结果对于理解全球土壤CO_(2)排放的时空变化格局有重要意义,也为准确评价全球变暖背景下土壤碳汇功能及其持续性提供理论依据。

灌浆期开放式增温对不同小麦产量和品质的影响

为研究灌浆期开放条件下增温对不同小麦产量及品质的影响,采用开放式红外增温技术,以‘济麦22’和‘济麦44’为材料,于2020—2022年进行灌浆期白天增温来模拟未来气候变暖下温度升高对不同小麦产量及其构成因素和品质(主要是淀粉和蛋白质)的影响。在本试验条件下,增温处理的两种小麦千粒质量和产量均呈现下降趋势,千粒质量下降3.3%~5.7%,产量损失2.0%~5.0%。增温使两个品种的淀粉含量降低1.4%~2.4%,白度降低1.6%~1.8%,面筋指数降低0.4%~3.6%。灌浆期增温处理增加了小麦籽粒蛋白含量,增幅为1.1%~9.6%,沉降值增加0.8%~11.9%。另外增温处理对两种小麦面粉的淀粉糊化特性产生了不同的影响,‘济麦22’面粉的低谷黏度和峰值黏度显著上升,最终黏度、回生值和糊化温度差异不显著;‘济麦44’面粉的低谷黏度、峰值黏度和最终黏度显著下降,回生值和糊化温度差异不显著。综上,在其他生育进程不变的情况下,灌浆期增温将会导致小麦减产,同时小麦籽粒物质组成也将发生复杂的变化,从而影响到小麦的品质。

毛乌素沙地黑沙蒿与赖草凋落物混合分解对增温的短期响应

植物凋落物分解过程受环境和生物因素共同调控,而气候变暖如何改变凋落物分解的物种混合效应仍存较大不确定性。采用开顶式增温箱和分解袋相结合的方法,研究增温对毛乌素沙地黑沙蒿、赖草以及两者的混合凋落物分解前150d质量损失和养分释放的影响。结果表明:增温导致赖草凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别下降7%,7.6%、12%、8.8%、20%和10%,黑沙蒿凋落物质量、P和木质素残留率分别上升2.2%、2.2%和0.8%,C、N和纤维素残留率分别下降1.1%、2%和2.5%。与单独分解相比,混合凋落物质量、C、P、纤维素和木质素残留率分别上升7.7%、8.2%、4.1%、3.9%和5.9%,N元素残留率下降4.1%,增温导致混合凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别上升16.9%、18.8%、11.4%、18.5%、21.5%和21.1%。黑沙蒿和赖草凋落物混合在前期分解过程中产生了拮抗效应,即相比于单种凋落物分解具有更低的质量损失;此外,增温处理下拮抗效应更强。本研究表明,在气候变化和植被恢复背景下,预测毛乌素沙地灌丛生态系统的生物地球化学循环时,应该考虑气候变暖和物种混合的交互因子对凋落物分解的影响。

增温增雪和放牧对青藏高原高寒草甸土壤细菌群落的影响

近50年来青藏高原的土壤温度、水分条件发生显著改变。前期许多研究关注了温度或水分变化对青藏高原微生物群落的影响,对于放牧背景下增温增水对微生物群落多样性和组成的耦合影响研究相对较少。本研究在青藏高原纳木错典型高寒草甸生态系统展开,采用增温增雪耦合放牧的原位控制实验,研究了土壤细菌群落组成、多样性和功能类群对增温、增雪和放牧及其交互作用的响应。结果表明,增温增雪和放牧及其交互作用对土壤细菌整体的多样性和组成没有显著的影响,增雪放牧显著影响了细菌群落的丰富度;增温、增雪和放牧改变了植物种群和微生物部分种群的相对丰度;增温增雪和放牧都降低了多种细菌功能类群的数量。在气候暖湿化的趋势下,青藏高原细菌多样性、组成和相对丰度不会在短时间内发生巨大的改变。

增温对亚热带杉木人工林土壤微生物呼吸及熵值的影响

增温通过改变微生物生物量和微生物代谢状况影响土壤微生物呼吸。然而,有关亚热带地区土壤微生物呼吸如何响应长期土壤增温尚不清楚。以增温7年后的杉木人工林为研究对象,比较增温对杉木人工林土壤微生物呼吸和微生物代谢熵的影响。结果表明:(1)增温后,微生物生物量碳在8月份和12月份分别降低了32.1%和59.8%(P<0.05)。(2)增温后土壤基础呼吸与底物诱导呼吸与对照相比均无显著差异;水分添加后,与基础呼吸相比,增温和对照的土壤呼吸在8月显著增加了38.3%和104.8%;葡萄糖添加后,增温和对照的底物诱导呼吸在8月份分别显著增加了113.1%和152.9%,在12月份分别显著增加了118.0%和160.9%(P<0.05)。(3)增温后,微生物代谢熵在12月显著增加了127.7%,8月无显著变化(P<0.05)。(4)在增温和对照处理中,微生物代谢熵与可溶性有机碳和微生物生物量碳含量呈负相关,与土壤含水率正相关(P<0.05)。研究结果表明,土壤增温7年后碳的可利用性和水分的降低是影响杉木人工林土壤微生物呼吸的重要因素。

青海高寒草甸马勃蘑菇圈增温作用的影响研究

蘑菇圈是广泛存在于草地和森林的大型真菌子实体环状群落。有些蘑菇圈如马勃蘑菇圈会显著促进周围植物生长,其蘑菇圈真菌促进植物生长的机理一直是一个热点科学问题。本研究选取青海海北高寒草甸马勃蘑菇圈,从2023年6月15日至7月15日,对蘑菇圈土壤温度进行连续监测,使用红外热成像仪对蘑菇圈子实体进行拍照,同时测定了土壤理化性质与酶活性,检验蘑菇圈真菌生长对土壤温度和土壤酶活的影响及其相互关系。结果表明:蘑菇圈圈上土壤温度变化与圈内、圈外有明显差异,在当日23时后至次日凌晨5时,蘑菇圈上土壤温度高于圈外与圈内0.3℃~1.6℃,红外影像显示蘑菇圈真菌子实体温度显著高于环境温度4℃。蘑菇圈圈上速效养分含量显著高于圈内圈外(P<0.05)。蘑菇圈土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著高于圈内和圈外。因此马勃蘑菇圈真菌的生长增加了土壤环境温度、提高土壤酶活,通过增加土壤速效养分促进了蘑菇圈上植物的生长。

增温对退化荒漠草原恢复初期物种生态位影响的研究

为探讨增温对退化草地恢复过程中植物物种生态位特征的影响,以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,设置自然恢复和增温恢复处理,并以自由放牧区为对照,分析植物种群Shannon-Wiener生态位宽度指数和Pianka生态位重叠指数等。结果表明,与对照相比,自然恢复显著增加了狭叶锦鸡儿(Caragana stenophylla)和银灰旋花(Convolvulus ammannii)重要值;与自然恢复相比,增温恢复显著增加银灰旋花重要值,显著降低无芒隐子草(Cleistogenes songorica)和短花针茅重要值(P<0.05)。与对照相比,自然恢复显著增加短花针茅、狭叶锦鸡儿和银灰旋花生态位宽度(P<0.05);与自然恢复相比,增温恢复显著降低狭叶锦鸡儿和无芒隐子草生态位宽度,显著增加银灰旋花生态位宽度(P<0.05);对比主要物种生态位重叠指数,与对照相比,自然恢复条件下短花针茅与各主要物种生态位重叠指数显著增加(P<0.05),其他物种之间生态位重叠指数无显著差异;与自然恢复相比,增温恢复未显著增加短花针茅与各主要物种生态位重叠指数,但显著增加无芒隐子草、银灰旋花、狭叶锦鸡儿等主要物种间生态位重叠指数(P<0.05)。因此,在荒漠草原增温恢复初期,增温恢复和自然恢复会改变种间关系并有利于扩大优势种生态位宽度和生态位重叠指数。

增温对亚热带常绿阔叶林凋落物溶解性有机质的影响

为了解增温对凋落物分解的影响,依托亚热带常绿阔叶林野外增温试验平台,收集林内凋落物分别布设于对照和增温(+4℃)小区中,对增温下凋落物分解过程中可溶性有机质数量和光谱特征的变化进行研究。结果表明,凋落物质量残留率随分解时间的增加显著下降,在0~60 d内快速下降了20.08%~23.32%,在60~210 d内缓慢下降了6.35%~10.98%。凋落物源可溶性有机碳含量随分解时间增加呈现先快后慢的下降趋势,整体降低了94.15%;可溶性有机氮含量则波动式降低了81.82%;可溶性有机质的光谱特征(SUVA254、SUVA260、SUVA280和SUVA370)呈增加-下降-增加的趋势。增温未显著影响凋落物质量残留率和可溶性有机质的光谱特征,但可溶性有机碳和有机氮的含量降低了16.72%和25.10%。凋落物分解降低了凋落物质量残留率和可溶性有机碳、有机氮含量,改变了可溶性有机质光谱特征;增温虽然降低了凋落物可溶性有机碳、有机氮含量,但未显著改变凋落物质量残留率和可溶性有机质光谱特征。

短期增温与秸秆还田量对东北黑土有机碳组分的协同影响

秸秆覆盖还田保护性耕作已成为提升黑土有机碳的有效措施之一。随着全球气候变暖,土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)矿化增加,秸秆覆盖还田是否可以弥补因矿化而损失的有机碳量,对应的合理还田量也成为亟待回答的问题。已有研究表明,与土壤总有机碳相比,有机碳组分可以更好地表征农田管理措施与气候变化协同对土壤有机碳周转及稳定性的影响,对预测气候变暖下东北黑土有机碳的固存有着重要意义。研究基于开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)田间原位模拟实验,分析了增温与不同秸秆还田量下SOC及其组分的变化,包括土壤活性碳组分,即可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC),以及土壤稳定性碳组分,即矿物结合碳(Mineral-associated organic carbon,MAOC)。结果表明,单一因素作用下,增温对SOC含量无显著影响,但显著降低了DOC和POC含量,并且显著增加了MBC和MAOC含量,其中POC组分变化量大于MAOC;秸秆还田量对SOC和MAOC含量影响不显著,秸秆覆盖还田后POC含量降低,但不同还田量之间无显著差异。增温后秸秆的添加对SOC含量无显著影响,增加了MBC含量,降低了DOC含量,增温后30%秸秆还田量对MAOC含量的促进效果最为显著,POC含量在增温后随着秸秆还田量的增加而增加;增温对不同秸秆还田量下SOC的解释度高达12.8%,同时也是各组分的主要影响因素,并且增温主要是通过影响秸秆还田土壤中POC组分,进而改变SOC含量,且POC变化量对SOC变化量解释度达39.9%。短期环境变化下SOC及其组分主要受增温的影响,其中POC作为对环境更敏感的组分,对SOC的变化影响更大。

夜间增温对灌浆期高温胁迫下小麦干物质及灌浆特性的影响

为了解灌浆期高温胁迫下小麦生产力对不同阶段夜间增温的反应,以对温度敏感性不同的两个小麦品种扬麦18(春性品种)和烟农19(半冬性品种)为试验材料,采用可移动塑料增温棚,于2021-2022年对小麦进行不同阶段夜间增温[分蘖期-拔节期增温(W T-J N)、拔节期-孕穗期增温(W J-B N)和孕穗期-开花期增温(W B-A N)]及灌浆期高温胁迫处理,比较分析了不同处理下小麦干物质积累及灌浆特性的差异。结果表明,W T-J N和W J-B N处理主要通过缩短小麦播种-开花的时长,延长灌浆期天数,增加花前干物质转运量、花后干物质积累量和花后干物质积累贡献率,进而提高了开花期和成熟期干物质积累量;促进了干物质在成熟期穗轴+颖壳和籽粒中的积累,降低了小麦茎鞘+叶片中的积累量,增产3.08%~7.62%。灌浆期高温胁迫显著降低了两个品种的产量,而与灌浆期高温胁迫处理(NH)相比,W T-J H和W J-B H处理增产1.21%~6.05%。与不增温处理(NN)相比,在W T-J N和W J-B N处理下两个小麦品种的灌浆期粒重及灌浆速率均提高,W B-A N和NH处理则降低了小麦灌浆参数。这说明分蘖期-拔节期和拔节期-孕穗期夜间增温可提高小麦开花期和成熟期的干物质积累量,促进小麦籽粒灌浆,缓解灌浆期高温胁迫对小麦生产力的不利影响,有助于小麦产量形成。

模拟增温对植物叶片δ^(13)C值的影响:全球Meta分析

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ^(13)C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ^(13)C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ^(13)C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ^(13)C值显著升高0.6%(P<0.001),同时对叶片呼吸速率R_(d)、气孔导度G_(s)、净光合作用速率P_(n)、碳C的效应值分别为0.237、0.062、-0.140、-0.019 (P<0.05)。模拟增温处理在增强植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_(d)),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_(n)降低并且叶片δ^(13)C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ^(13)C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ^(13)C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ^(13)C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。