高温堆肥碳氮循环及腐殖质变化特征研究

堆肥化处理,是指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,对有机物有控制地进行生物降解,使之转化为腐殖质的生物化学处理技术。作者采用畜禽粪便条垛式高温堆肥实验方法,研究了堆肥过程中碳氮循环及腐殖质变化特征。结果表明,堆肥过程中,碳素和氮素变化最大,表现为二者总量的减少,其中以碳素总量减少较多,氮素总量次之,从而导致碳氮质量分数比降低。腐殖酸总量、胡敏酸和富里酸总量均呈下降趋势,但腐殖酸占有机碳的比例以及胡敏酸与富里酸质量分数比却在提高,速效养分含量也在升高,表明堆肥过程是一个有机质数量减少、有机质质量提高的过程。

从枝菌根真菌与柳枝稷协同固碳机制及对土壤碳氮循环的调控

基于全球气候变化和能源危机的趋势,寻找新的替代能源已经成为应对气候变化的一种创新策略。柳枝稷(Panicum virgatum L.)是原产于北美的一种多年生C4能源植物,能够增加土壤碳固存,并且可用于提取和生产纤维素乙醇减少能源消耗。上世纪90年代初,柳枝稷在我国西北地区种植成功并表现出了良好的生态适应性。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)是一类广泛分布在土壤中与植物根系共生的真菌。这类微生物不但能够促进植物生长、提高其抗逆性,还能在植物-土壤系统碳转移和陆地生态系统碳氮循环过程中发挥重要作用。本文重点围绕丛枝菌根真菌的固碳机理、柳枝稷的作用与固碳机理、丛枝菌根真菌与柳枝稷的协同固碳机理及丛枝菌根真菌参与土壤碳氮循环等方面的内容做了详尽的综述,并为进一步开展有关丛枝菌根真菌与柳枝稷协同固碳机制的研究提出了建议。

微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应

土壤是地球表层最为重要的碳库也是温室气体的源或汇。自工业革命以来,对土壤温室气体的容量、收支平衡和通量等已有较多研究和估算,但对关键过程及其源/汇的研究却十分有限。微生物是土壤碳氮转化的主要驱动者,在生态系统碳氮循环过程中扮演重要的角色,对全球气候变化有着响应的响应、适应及反馈,然而其个体数量,群落结构和多样性如何与气候扰动相互关联、进而怎样影响生态系统过程的问题仍有待进一步探索。从微生物介导的碳氮循环过程入手,重点讨论微生物对气候变化包括温室气体(CO2,CH4,N2O)增加、全球变暖、大气氮沉降等的响应和反馈,并由此提出削减温室气体排放的可能途径和今后发展的方向。

高产粮区农业生态系统土壤碳氮循环的模拟研究——以河北省曲周县为例

以高产粮区河北省曲周县为例 ,运用生物地球化学循环模型—DNDC模型 ,在实测田间试验数据进行模型验证的基础上 ,对该地区农业生态系统土壤碳氮平衡进行了模拟研究。结果表明 :1998年曲周县 4 782 1hm2 农业耕地土壤的总有机碳储量为C 74 2 .94× 10 6kg ,平均每公顷耕地土壤有机碳 (SOC)储量为C 15 5 36 .0 5kg。 1998年耕地土壤有机碳为正平衡 ,1990年为负平衡 ,2年SOC显著差异的主要原因在于秸秆还田比例的多少。 1998年曲周县农业土壤氮库表现为盈余。土壤有机碳的长期模拟动态表明与当前管理相比 ,增加有机肥和秸秆还田比例、采用免耕均可有效的增加土壤有机碳的积累。

冬季升温对高山生态系统碳氮循环过程的影响

全球温度升高是目前面临的重要环境问题,但存在明显的季节差异性,即冬季升温幅度显著高于夏季的季节非对称性趋势,这在高纬度和高海拔地区更加显著。冬季升温会直接影响积雪覆盖与冰冻层厚度,并引起冻融交替循环的增加,而冬季植物处于休眠状态,这会直接影响土壤中有效氮的吸收与损失,引起土壤有效氮可利用性的变化。然而,关于冬季增温对后续生长季节植物活动、土壤碳氮循环过程的影响等方面的研究仍存在诸多不确定。综述了冬季升温对积雪覆盖与冻融交替循环改变对高山生态系统物质循环的影响,以及冬季升温对土壤碳氮循环、微生物与酶活性的影响,并由此引起的植物物候期、群落结构、生产与养分循环与凋落物分解等生理、生态过程方面的研究进展。在未来的研究中,应针对不同生态系统特点选择合适的冬季增温方式,加强非极地苔原地区关于冬季升温的研究,注重关注冬季升温对植物⁃土壤微生物之间反馈作用的影响,重点关注冬季升温对生态系统的延滞效应。

4种菊科植物与土壤间碳氮循环的初步研究

从植物-土壤碳氮循环入手,对比研究外来入侵种飞机草、紫茎泽兰,土著种泽兰、佩兰与土壤间碳氮循环的差异,结果表明,飞机草和紫茎泽兰极大改变了生态系统中的碳、氮流,有利于加速被入侵生态系统的养分循环;且显著甚至极显著增大了生态系统中的植物碳、氮库,对土壤碳、氮库有影响但不显著;因此加快了生态系统的碳、氮循环,且这种改变对其自身有正反馈效应,这可能是其入侵成功的机制之一。

蚯蚓对土壤碳氮循环关键过程的影响及其机制研究进展

蚯蚓作为典型的大型土壤动物,对土壤结构和功能的形成具有重要的影响,被称作土壤生态系统工程师。国内外关于蚯蚓对土壤理化性质、土壤微生物群落组成、有机质分解和土壤矿化等方面的研究较多,但其对土壤碳、氮循环关键过程的系统总结较少。本文总结了蚯蚓通过摄食、挖洞、产生蚓粪及促进团聚体形成等活动对土壤碳氮循环产生的直接影响,及对微生物活性产生的间接影响;系统总结了蚯蚓对土壤有机质分解、碳氮矿化和反硝化的影响及其机制。在全球变化背景下,未来应更加重视建立定量模型评估蚯蚓对土壤有机碳库的影响,系统研究蚯蚓与微生物以及其他驱动因子相互作用对碳氮循环关键过程的影响,与人类活动相结合开展多因素、多水平研究。研究方法上应综合应用同位素和分子生物学等研究手段,并结合室内控制与长期野外模拟试验。

生物土壤结皮碳氮循环的影响因素

生物土壤结皮广泛分布于干旱、半干旱的荒漠地区,是干旱、半干旱荒漠地区最具特色的景观之一。生物土壤结皮是荒漠地区碳氮的主要来源。本文主要综述了气候因素、结皮类型、干扰对生物土壤结皮碳氮循环的影响,对进一步研究生物土壤结皮有重要的意义。

深海微生物驱动的碳氮循环耦合:过程、机制、通量

深海是海洋有机碳矿化和长期储存的主要场所,在地球系统物质能量循环中起重要作用[1].化能自养菌氨氧化古菌(AOA)和亚硝氧化细菌(NOB)所介导的两步硝化过程是实现光能传递到深海被再利用的重要途径,支撑了海洋“黑暗固碳”,即不依赖于光合作用的化能自养固碳,为深海生物圈提供了新的有机质并积累了硝氮.目前AOA和NOB在深海的协作关系尚不明了,因此对其支撑的C-N耦合机制理解很有限,对C-N计量学关系的准确估算也仍为空白.

与地球同步:碳氮循环在保护地球宜居性中面临的挑战

如今,我们居住的地球很容易受到人类自身常规活动的累积效应的影响。其中,有两个影响着地球可持续性的问题值得我们关注,它们分别是全球碳循环和全球氮循环。人类采集煤和石油,并将使用后的废气排入大气,通过这种碳排放的方式破坏了碳循环。受人类活动的影响,大气中二氧化碳(CO_(2))浓度平均每年增长0.5%,在过去的250年总计增长超过30%,其中三分之二的增长发生在过去的50年。化石燃料占世界能源系统的85%,是影响天然碳循环的主要因素。

中国科学院南京土壤研究所 土壤碳氮循环研究团队

团队带头人颜晓元,中科院南京土壤研究所研究员,博士生导师。2006年入选中科院“百人计划”,2014年获国家杰出青年基金资助,2020年入选国家百千万人才工程。现任南京土壤研究所副所长、所学术委员会副主任,中国土壤学会常务副理事长兼秘书长与氮素工作组主任,中国科学院青联副主席,《土壤》主编,《农业资源与环境学报》副主编,Environmental Research Letters、Soil Science and Plant Nutrition、Pedosphere、Biochar编委。

水稻土碳氮循环关键酶动力学特征及其温度敏感性对外源碳添加的响应机制研究获进展

在全球变暖大背景下,亚热带地区气候变化相比于其他地区更为明显。亚热带地区是水稻主产区之一,高强度的人为耕作干扰使水稻土物理化学生物特性与旱地土存在显著差异。已有研究表明水稻土是全球重要的碳汇,但升温造成温室气体(如CO2和CH4)排放增加,产生进一步的温室效应,这种正反馈作用不容忽视。

青藏高原高寒草甸生态系统碳氮循环研究课题组简介

本课题组主要针对青藏高原草地大面积退化及由此引发的一系列生态环境问题，从植被及土壤生态功能恢复和区域可持续发展的角度出发，以高寒草甸、重度退化草地和人工恢复重建草地为研究对象，利用植物营养生态学、恢复生态学的理论知识和稳定同位素标记技术，研究了草地退化对植物群落结构、物种多样性、植被生产力及土壤碳氮特性的影响，检验了不同人工重建措施对植被及土壤质量的影响程度，深入探讨草地退化的机理，为制订本区域土地利用政策和新技术开发等土地可持续发展策略提供科学指导。

高浓度二氧化碳加速森林碳氮循环

印第安纳大学艺术与科学学院的生物学副教授理查德·菲利普斯说，经过近20年全球气候变化对森林生态系统的影响的研究，确定了森林是如何随着二氧化碳含量的上升来存储碳物质的。

青藏高原灌丛土壤碳氮含量及其相关功能基因分布特征

在微生物的代谢活动下,土壤中有机态碳氮化合物矿化分解释放矿质养分和二氧化碳,深刻影响着自然生态系统土壤碳、氮等元素的循环转化、土壤的养分供应和有机质的更新,并对地上植被的演替和分布有极为重要的意义。青藏高原灌丛面积分布广泛,地形和气候条件复杂,但目前对灌丛分布地区土壤碳氮含量、矿化作用强度及其影响因素等的认识较少。研究结合土壤理化分析和高通量定量PCR(quantitative microbial element cycling, QMEC)技术研究了青藏高原喜马拉雅山-冈底斯山地区不同类型灌丛土壤碳氮含量、碳氮矿化速率和相关功能基因的分布特征及其与植被、气候和土壤因子间的耦联关系。结果表明,不同类型灌丛土壤的有机碳、全氮含量、CO_(2)释放速率、净氮矿化速率、碳氮矿化基因的丰度有显著差异。其中,位于青藏高原东南部的雪层杜鹃和香柏灌丛分布区土壤有机碳和全氮含量、CO_(2)释放速率、净氮矿化速率显著高于位于中西部的变色锦鸡儿、金露梅和砂生槐灌丛地区,并与年平均降雨量显著正相关。然而,碳、氮矿化基因丰度分布趋势与之相反,在雪层杜鹃和香柏灌丛分布区丰度显著低于中西部的三类灌丛,且与年平均降雨量呈显著负相关,但与土壤pH呈显著正相关。同时pH与年平均降水量、湿润指数和土壤含水率均为显著负相关。这些结果表明降水可通过增加盐基离子淋溶,使土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加,引起土壤酸化,进而影响碳氮循环过程,导致不同类型灌丛土壤碳氮元素的赋存及其周转速率差异。同时,碳、氮矿化相关功能基因丰度各类群间呈现显著的正相关关系,表明土壤碳氮循环过程间紧密的耦联关系。这些结果为准确评估青藏高原土壤碳、氮库及其动态平衡提供了重要信息和参考依据。

陆地生态系统 - 大气界面多种碳氮气体交换通量的同步自动观测系统

项目概况我国现有的陆地生态系统非均匀下垫面观测技术,远不能满足碳氮温室气体排放的过程与机理及碳氮循环耦合过程的综合研究对观测设备性能的要求。由于国际上尚无商品化的相关设备,国外先进科研机构都只能通过自己研制来满足其科研工作的需要。本项目将研制我国第一套专门针对非均匀下垫面低矮植被陆地生态系统进行多点位多气体(包括N_(2)O、NO、CH_(4)、CO_(2))净排放通量的同步、高频、全自动综合测定的观测技术系统(AMEG)。

稻鸭种养生态系统的碳氮效应及其循环特征

稻田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,其碳氮吸收转化对全球碳氮循环具有不可忽视的作用。稻鸭种养生态系统由于鸭在稻田营养和时空生态位的添加,使稻田生态系统的碳氮循环更趋于复杂化、稳定性和可控性。在概述稻鸭种养生态系统碳氮循环特征的基础上,阐明稻鸭种养生态系统的固碳效益和氮素利用效率,对稻鸭共作生态系统的碳氮代谢及高效利用前景进行展望。

中国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环与碳源汇效应研究

全球变化自20世纪80年代以来作为一个科学问题开始出现,现今已超越科学领域,成为影响当今世界发展的重大政治、经济和外交问题。在科技部的"十三五"期间"全球变化及应对"重点研发计划专项支持下,来自中国科学院沈阳应用生态研究所、西北农林科技大学、中国科学院植物研究所等6个单位31位科学家于2016年7月开始承担"中国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环与碳源汇效应研究"项目。该项目旨在:1)凸显中国北方植物群落演替在温室气体吸收和排放平衡,特别是在我国未来碳汇中的作用;2)绘制森林和草地碳源汇转变的敏感区、脆弱区;3)建立和发展稳定同位素技术研究碳氮循环的多时间序列历史变化及其对全球氮沉降、大气CO_2浓度上升和气候变化的响应;4)揭示氮沉降、升温、火干扰和植被演替驱动的碳氮耦合循环生物学机制及其碳源汇响应。通过该项目5年的实施,预期能增加我国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环生物学机制的认识,增强对北方森林和草地生态系统对全球变化响应的预测能力和减少预测的不确定性。

不同土壤水分条件下香樟凋落叶覆盖对土壤碳氮循环的影响

凋落物作为森林生态系统碳库的重要组成部分对森林土壤碳、氮循环具有重要作用.为探讨香樟凋落叶对土壤碳、氮循环的影响,室内模拟研究了10%、20%和30%3种土壤含水量条件下香樟凋落叶覆盖森林土壤中碳、氮元素的变化.结果表明:3种含水量条件下香樟凋落叶覆盖均显著增加了土壤CO2排放速率和土壤溶解性有机碳(WSOC)含量,但显著降低了土壤中硝态氮含量,表明香樟凋落叶覆盖能够增强土壤呼吸强度和碳矿化,抑制土壤硝化作用;香樟凋落叶覆盖能够显著增加10%含水量土壤中铵态氮含量,但降低了20%和30%含水量土壤铵态氮含量,表明香樟凋落叶覆盖对土壤铵态氮含量的影响与土壤含水量有关.香樟凋落叶中部分单萜烯浓度在不同土壤含水量条件下分别与土壤CO2排放速率和铵态氮含量呈显著正相关,而与土壤WSOC和硝态氮含量呈显著负相关,说明香樟凋落叶覆盖对土壤碳、氮循环的影响可能与凋落叶中的单萜烯有关.