当我们谈到气候变化时，总会关注北极冰川、碳达峰、绿色能源……但你是否知道，一片荒漠草原的土壤，也在悄然影响着全球碳循环？近期，内蒙古农业大学草地资源团队在《植物生态学报》发表研究成果，揭示了荒漠草原土壤在不同“冻融阶段”下，对气候变暖和氮沉降的响应机制。图1. 土壤不同冻融阶段对应的平均气温、降水量、土壤温度和含水量。A,平均气温和降水量。B, 0–10cm深度的土壤温度。C, 0–10cm深度的土壤含水量。D,不同处理下的土壤冻融阶段。黑色垂直线区分生长季(Gs)和非生长季节(Ngs), 灰色垂直虚线之间的区域是冬季冻结期(Sfw), 黑色垂直虚线之间的区域是秋季冻结期(Saf); Sst, 春季解冻期。CK, 对照; N, 氮添加; W, 增温; W+N, 增温+氮添加。Freezing, 秋-冬季冻结; Frozen, 冬季冻结; Thawed, 融化; Thawing, 冬-春季解冻。图2. 不同处理下土壤CH4全年和季节性累积吸收通量以及季节性吸收通量对全年通量的相对贡献。A, 土壤CH4累积吸收通量(平均值±标准误)。B, 土壤CH4季节性吸收通量对年吸收通量的相对贡献。CK, 对照；N, 氮添加；W, 增温；W+N, 增温+氮添加。Gs、Saf、Sfw和Sst分别指生长季、秋季冻结期、冬季冻结期和春季解冻期。不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(p ...
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2025
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森林约占全球土壤碳库的70%，是调节大气CO2浓度的关键因素。湿地作为陆地和水生系统的过渡区，通常地下水位接近地表。全球变暖导致北方低地森林被湿地取代，造成景观破碎化，并可能改变碳通量。土壤CO2通量占大气碳的20-38%，其主要来源是土壤呼吸，包括自养和异养呼吸。异养呼吸受温度、湿度和溶解有机物（DOM）影响。低分子量化合物（LMW）更易降解，促进微生物活动和土壤呼吸。解冻期雨雪事件可将DOM输送至湿地，影响土壤CO2通量。本研究假设，解冻期森林湿地集水区的土壤CO2通量受DOM运动的影响，目标是分析CO2通量变化，确定DOM的影响， 并探索微生物在其中的作用。图们江位于中国、朝鲜和俄罗斯的交界处，最终流入日本海，地处中高纬度地区，范围为北纬41.99°到44.51°（图1(a)）。布尔哈通河是图们江的重要支流，其上游流域面积为1560平方公里。该流域以山地森林为主，森林、农田和湿地的覆盖率分别为81.7%、12.0%和2.0%（图1(b)）。主要植被为蒙古栎、白桦、红松和苔草，分别分布在混交林和湿地中。土壤类型包括壤土、粉质黏壤土和黏土，深度分别为0–11、11–34和34–64厘米。水东森林湿地流域（SFWC）是布尔哈通河流域的一个子流域，面积为0.98平方公里，其中森林、农田和湿地面积比例分别为93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林汇聚...
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2024
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高纬度苔原和针叶林、中纬度阔叶林和草原、高山和 高原地区普遍存在季节性、昼夜性甚至持续数小时的冻融循环。北半球近55%的陆地面积经历季节性冻融，土壤冻融循环持续时间从几天到150天不等。频繁的冻融循环改变了土壤微生物群落结构和代谢，加速土壤有机质的分解，并以温室气体（如CO2、CH4和N2O）或溶解有机碳（DOC）的形式排放。这些过程已成为生态学、冻土学和生物地球化学研究的重点。冻融循环对地表土壤CO2和CH4通量的影响备受关注。一项研究发现，积雪对冬季土壤呼吸的影响是短暂的，厚度变化对CO2通量影响小。了解活动层过程对多年冻土区土壤CO2和CH4动态的响应和反馈至关重要。冻融循环频率和持续时间对高寒地区土壤碳通量具有重要调控作用。不同生态系统在融化期具有较高的CO2和CH4通量，研究表明，在近地表土壤冻结期间CO2通量达到峰值，随后显著下降。春季融化期（20-30天）的甲烷通量占全年总量的11%。本研究在内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外观测研究站（NFORS-DXAE）进行。该地区具有典型的大陆性季风半干旱气候，多年平均气温为-4.4°C，年蒸发潜力800-1200毫米，年降水量450-550毫米，其中60%集中在7月和8月，降雪期为9月至次年5月，平均降雪厚度约30厘米。实验地块位于海拔820米的北坡落叶松林，主要乔木为兴安落叶松和白桦，平均胸高10 c...
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2024
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当今社会，人们越来越关注气候变化和环境保护，而农业生产对这些问题有着重要的影响。GVP系统（Greenhouse Vegetable Production System）作为一种新型的蔬菜生长系统，被认为是减少化肥使用、提高农作物产量、减少温室气体排放的有效途径。那么，在GVP系统下蔬菜生长过程中产生的一氧化二氮（N2O）的排放量是怎样的呢？对环境又会造成什么影响呢?下面这篇相关论文，一起来探讨下。中国北方寿光设施蔬菜生产系统高土壤氧化亚氮排放中国的设施蔬菜生产（GVP）系统正在迅速发展，其面积已超过4百万公顷，占全球的80%以上。山东省是中国蔬菜主产区，其中寿光地区被誉为“中国设施蔬菜之乡”， GVP面积超过当地土地面积的四分之一（图1b）。为了实现产量及利润的最大化， GVP系统通常过量灌水和施肥，年灌水量约2000mm，年氮肥施用量通常在2000 kg N ha-1以上，是露天菜地的2～5倍，谷类作物的4～5倍。大量的灌水和施肥能够促进硝化和反硝化作用的发生，有利于土壤氧化亚氮（N2O）的释放。已有一些研究关注到GVP系统中N2O的排放，发现常规施肥条件下N2O的年排放量在3.9～63 kg N ha-1yr-1之间。这种差异一方面反映了GVP系统中N2O排放的空间异质性，另一方面也反映了对于频繁灌溉的GVP系统，低频率采样可能带来的不确定性。此外，先前多数研究只关注了作物的...
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2024
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在这银装素裹的世界里，下雪不仅带来了诗意的画卷，还为大地覆盖了一层白色的绒毯，守护着生命的源泉，对土地土壤的呼吸也产生着影响。在漫长的冬季里，积雪和大地度过了一个又一个宁静的时光。积雪不仅保护了土地的水分，还防止了土地温度的剧烈变化；当春回大地，雪慢慢融化，雪水还会滋润着大地。在这些过程中，积雪下土壤中的微生物是一场狂欢还是一片沉寂呢？接下来跟随一篇优秀的文章来了解一下这些过程~积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响永冻层和季节性积雪区域占全球陆地表面的60%左右，占全球土壤有机碳（C）储量的70%以上。积雪直接影响表土和大气之间的热交换，减少土壤温度波动的影响。在严寒条件下，较厚的积雪可防止土壤结霜，为地下微生物活动提供相对稳定的生活环境。然而，在全球气候变化背景下，北半球春季陆地积雪面积正逐年减少，预计本世纪末将减少25%。季节性积雪模式对全球气候变化具有复杂且多样的响应，可能会通过光、热、水和养分等资源再分配来影响森林生态系统的地上和地下过程。土壤呼吸作为土壤C循环的重要过程，占据森林生态系统呼吸的60%以上，气候变化导致的土壤呼吸的微小变化甚至会引起森林生态系统呼吸的重大变化。积雪和气温升高之间的相互作用影响土壤冻融循环，导致土壤性质和土壤CO2排放的变化。作者认为冬季积雪会影响不同季节土壤微生物呼吸及其δ13C值，且会随着林分和凋落物的存在而变化，然而...
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2024
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高寒泥炭地是一种独特的生态系统，主要分布在高纬度地区，如北极和高山地带。它们通常是由厚厚的腐殖质层覆盖的湿地，其中含有大量的泥炭和水。高寒泥炭地是净CO2交换的重要场所，对于全球气候变化的响应非常敏感。然而，由于极端干旱的气候条件，高寒泥炭地面临着许多挑战，其生态系统的健康和稳定性受到严重影响。极端干旱事件下，高寒泥炭地会如何变化？接下来我们来了解一篇相关论文。高寒泥炭地微生物CAZymes基因和净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应全球气候模型预测，未来极端干旱事件频率会增加。极端干旱会严重影响陆地碳（C）库、碳通量及碳循环过程，尤其会显著降低陆地生态系统C汇强度，甚至将其转化为C源。泥炭地拥有巨大的碳储量，在有效缓解温室效应，应对气候变化方面发挥着重要作用。但干旱会加速泥炭地土壤有机碳分解，增加碳排放，形成正反馈效应。然而，关于未来不断增加的极端干旱事件下净生态系统交换（NEE）变化及参与土壤有机质（SOM）分解的微生物碳水化合物活性酶（CAZymes）的功能基因尚不清楚。基于此，中国林业科学研究院湿地与气候变化研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.61′′ N，102°57′28.43′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究区域，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过宏基因组测序技术、不同CO2通量组分的原...
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2023
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植物和微生物生长繁殖均需要氮。尽管这通常导致两者对氮的竞争，但在数百万年的共同进化中，植物和微生物已发展成了互利共生的相互关系。微生物固定和植物吸收之间的时间耦合在氮循环维持中起着关键作用。植物和微生物生物量的不同季节动态很大程度上决定了不同生态系统组分间的氮流动。值得注意的是，冬季微生物氮固定可能直接影响生长季植物氮供应。气候变化极大地改变了全球降雪格局，进而改变土壤温度、土壤水分和冻融频率，这不仅会影响覆雪期氮循环，还会影响冻融期氮流失。最终，在冬季气候变化下，植物和微生物之间氮交换的时间耦合可能会重塑。然而，目前尚不清楚积雪深度的变化是否会影响植物和微生物氮利用之间的时间联系以及如何影响。在过去的40年，北极涛动和大气环流的变化增加了中国东北地区冬季积雪深度。为了探索冬季气候变化下植物和微生物氮循环之间季节内和季节间相互作用如何影响生态系统氮固持，中科院植物所刘玲莉研究团队在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站（IMGERS，43°38′N，116°42′E；1200 m a.s.l.）依托长期降雪控制实验平台，结合15N示踪试验以及N2O高通量监测手段，旨在检验以下假设：1）微生物在冬季有较强的氮获取能力，而植物则在生长季表现出更高的氮竞争能力；2）生长季植物氮吸收与非生长季土壤微生物氮固定量呈正相关，以及3）冻融阶段增雪通过增加气态氮排放和淋溶流失来...
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2022
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【温室气体】人类活动造成温室气体排放急剧增加，全球地表温度持续上升，显著改变了自然生态系统碳水循环格局。极端气候事件，尤其是极端干旱事件发生的频率和强度不断升高，对土壤含水量、土壤微生物群落结构和功能、土壤异养呼吸（Rh）以及土壤甲烷（CH4）通量具有重要影响。高寒泥炭地拥有巨大的碳储量，对气候变化高度敏感。虽然目前围绕高寒泥炭地碳排放开展了一些研究，但对高寒泥炭地生态系统碳排放对极端干旱响应的微生物机制仍不清楚。基于此，中国林业科学研究院湿地研究所的研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.62′′ N，102°57′28.44′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究对象，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过原位观测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）不同植物生长期，极端干旱如何影响Rh和CH4通量?（2）极端干旱如何影响土壤微生物群落结构和功能群?以及（3）驱动Rh和CH4通量变化的主要因素是什么？作者于2019年6月18日至9月25日测量了Rh（PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司））和CH4通量（一个闭路静态室（0.5×0.5×0.5 m）+ABB LGR便携式温室气体分析仪（UGGA，GLA132-GGA））。试验三个生长期结束时，作者测量了样地0-20 ...
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2022
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生态系统呼吸（Re）和甲烷（CH4）通量是两个重要的土壤-大气碳交换过程，已经在局地尺度上得到充分记录。然而，在流域尺度上，对青藏高原多年冻土区这些过程的空间格局和控制因素尚不清楚。基于此，为了填补研究空白，在本研究中，来自四川大学、中国科学院成都山地灾害与环境研究所、山西农业大学、中国科学院西北生态环境资源研究院和西南民族大学青藏高原研究所的研究团队在青藏高原风火山（34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E；4580-5410 m a.s.l.；图1a）测量了两个生长季节（2017年和2018年）不同坡向（北向（阴坡）和南向（阳坡））和不同海拔（低、中和高坡位）的生态系统呼吸（Re）和CH4通量，旨在阐明青藏高原草地流域尺度的Re和CH4通量模式并量化生物和非生物因子调节Re和CH4通量的相对贡献。作者利用LGR UGGA便携式温室气体分析仪+PS-3000便携式土壤呼吸系统（北京理加联合科技有限公司）+SC-11便携式呼吸室（北京理加联合科技有限公司）于2017年和2018年生长季节（6-12月）每30天测量一次Re和CH4通量。同时，还测量了土壤温度、体积含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有机质、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有机碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N浓度。...
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2022
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