水稻根系生长发育对CO2浓度升高的响应及其品种间的差异

Minirhizontrons是一种非破坏性、定点、可直接观测和研究植物根系的新方法。利用微根管Minirhizotrons在试验田的温室大棚内研究CO2浓度升高作用下的水稻根系生长发育,试验采用完全随机处理,探讨CO2浓度升高（800μmol·mol-1）对水稻（Oryza sativa L.）生物量和根系形态的变化差异。结果表明,与CO2对照相比,CO2浓度升高显著增加4个水稻品种（2种杂交籼稻和2种常规籼稻）的地上部生物量,增幅为8.58%-12.66%,平均增加10.61%。CO2浓度升高条件下,根的生物量分别增加了3.16%-12.13%,平均增加8.64%。高CO2浓度对根系形态的影响表明,4种水稻根系对CO2浓度升高都有积极的响应。CO2浓度升高条件下,各根系指标在水稻不同生育期都有显著增加,根长密度、表面积、体积和根数的平均增幅分别为10%-27%、21%-24%、20%-58%和4%-18%。但在水稻生长发育过程中,品种间也存在着差异。CO2浓度升高和对照处理,籼型杂交稻威优644（V644）和金优207（JY207）的根长密度和根数表现出相似的变化趋势;高CO2浓度处理时其根长密度平均都增加了10%,根数平均增加4%和8%。CO2浓度升高和对照处理,2种籼型杂交水稻的根体积和表面积表现出较快的增长幅度,都呈现出近线性的生长趋势;CO2浓度升高处理下其根体积平均增加40%和25%,表面积平均都增加了24%。CO2浓度升高和对照处理,籼型常规稻湘晚12号（XW12）和丰华占（FHZ）的生长变化趋势表现一致,生长发育后期达到一个近似饱和的拐点。CO2浓度升高条件下其根长密度、根数和根体积分别平均增加27%和24%、18%和11%、58%和20%,根表面积平均都增加了21%。     

香格里拉本底站大气CO2浓度及变化特征初步研究

利用基于光腔衰荡光谱(Cavity Ring Down Spectroscopy,CRDS)技术自组装的大气CO2在线观测系统,于2010年9月—2011年8月在云南香格里拉大气本底站对大气CO2进行了初步观测.该站春、夏、秋、冬季CO2平均本底浓度分别为394.78×10-6(物质的量之比,下同)、386.82×10-6、386.46×10-6和390.74×10-6.全年浓度在4—5月最高,7月份最低,全年月均值振幅约12.22×10-6.四季浓度日平均高值出现在上午7∶00左右,最低值出现在14∶00—17∶00.日变化振幅在冬季最小,夏季最大,分别为1.51×10-6和21.82×10-6.四季西南来向的地面风对CO2浓度均有明显的降低作用.通过四季每日整点后向轨迹聚类计算,结合浓度资料分析发现,该站春、夏、秋季来自于西南方向的气团降低了观测的CO2浓度,而在冬季未起到明显的降低作用,主要因该站局地植被生态系统排放减少所致.     

水旱轮作土壤-小麦系统CO2排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO2排放观测.结果表明,(1)土壤-小麦系统的CO2排放通量存在着明显的日变化.凌晨400～600排放量最低,随着温度的升高,CO2的排放量逐渐增大,在午后100～300达到峰值.分析表明,气温和地表温度与土壤-小麦系统CO2排放通量之间存在显著的相关关系.(2)土壤-小麦系统CO2排放都有明显的季节变化.分析表明,小麦生物量和气温与土壤-小麦系统CO2排放季节变化之间存在显著的相关关系.(3)在小麦各个生育期中,CO2平均排放通量常规处理>无氮处理>空白>裸地.水旱轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO2排放通量的平均值分别为574.51、362.23、239.91、129.47 mg/(m2·h).在小麦的各个生育期中,RH、RAR和RAS对土壤-小麦系统CO2排放的贡献率分别为20%、20%和60%.     

三江源区植被固定CO2释放O2功能评价

植被在固定CO2释放O2和大气与陆地生态系统碳循环中起着十分重要的作用,是区域和全球环境变化的主要反馈和调节系统,具有重要的生态功能,体现出生态服务价值。根据三江源区多次科考调查及相关资料,计算各种植被类型的净初级生长量,进而根据光合作用方程式、造林成本法、碳税法和工业制氧法估算其固定CO2和释放O2的物质量及其价值量。结果表明:三江源区植被年净初级生长量为8.67×107t·a-1,固定CO21.41×108t·a-1,释放O21.04×108t·a-1。根据造林成本法和碳税法估算出三江源区植被固定CO2的价值为2.8926×1010元·a-1。利用造林成本法和工业制氧法估算出释放O2的价值为3.9157×1010元·a-1。三江源区植被固定CO2释放O2物质量和价值量中,草甸贡献率最高,其次是落叶灌丛、沼泽和草原。本研究对地处青藏高原腹地、生态系统脆弱且空气稀薄的江河源区的生态系统结构和功能的研究具有重要意义。     

大气CO2浓度升高对农田土壤颗粒组成及其碳周转的影响

采集FACE(Free Air CO2 Enrichment)平台下运行3年的水稻(Oryza sativaL.)/小麦(Triticum aestivumL.)轮作土壤(0~15cm耕作层土壤),利用超声波分散-湿筛分法对烘干土样进行颗粒分级,分析土壤各粒级及其碳、氮的分布特征,研究大气CO2浓度升高对土壤碳周转的影响。结果表明:高浓度大气CO2条件下稻/麦轮作3年后,土壤颗粒组成较对照发生了改变,>53μm粒级的质量分数减小27%(p<0.05),约占土壤总质量20%;53~25μm粒级的质量分数增大35%(p<0.05),约占土壤总质量25%;<25μm无明显变化,约占土壤总质量55%,三种粒级之间质量分数呈显著差异(p<0.05)。FACE条件下,不同粒级土壤颗粒碳质量分数在两个氮水平下平均为:>53μm(30.60g·kg-1),<25μm(13.08g·kg-1),25~53μm(12.85g·kg-1),氮质量分数分别为2.42g·kg-1,1.33g·kg-1,1.12g·kg-1。>53μm粒级的土壤颗粒碳、氮质量分数均极显著高于其它两个粒级(p<0.001)。FACE条件下土壤总碳、氮质量分数高于对照,增幅分别为6.2%和6.7%。从各粒级土壤颗粒碳、氮质量分数变化分析,新增碳、氮主要进入>53μm粒级中,表明该粒级土壤颗粒对土壤碳氮循环(转化和保存)起着重要作用。该研究结果表明高浓度大气CO2条件下,稻/麦轮作农田土壤将成为大气CO2的汇,这将为预测我国未来农田土壤碳的变化趋势提供科学依据。     

不同土地覆被下岩溶表层系统CO2体积分数研究

对重庆金佛山林地、裸地表层岩溶生态系统CO2体积分数进行了野外监测,揭示了CO2体积分数变化规律,这种变化与土壤温度有密切的关系。林地与裸地各个层次土壤的CO2体积分数与土温呈一致性变化,随着土温的升高或降低而相应的增加或减少。文章进一步揭示了林地植被平抑这种动态效应,而裸地则响应于温度变化;这种不同植被系统下的动态差异在解释岩溶沉积记录和讨论岩溶作用与碳循环的关系时值得充分注意。     

Consumption-based accounting of CO2 emissions in the sustainable development Goals Agenda

In 2017 the paper ‘The Sustainable Development Oxymoron: Quantifying and Modelling the Incompatibility of Sustainable Development Goals’ was published, showing that there is a conflict between socio-economic development goals and ecological sustainability goals using cross-country time-series data. The authors looked at production-based CO2 emissions to measure and model the 13^th SDG goal addressing climate change. Their models showed that production-based CO2 emissions were stalling or even decreasing in rich countries, which suggests that other countries are also likely to see stalling and decrease in their CO2 emissions once they become rich. However, this conclusion can be challenged when accounting for consumption-based CO2 emissions rather than production-based CO2 emissions. In this follow-up paper, we re-run some of the analyses performed in the original paper making use of consumption-based CO2 emissions. The analysis confirms the inherent SDG conflict between socio-economic and ecological SDGs. But, this new analysis demonstrates that from a consumption perspective the trend of stalling or decreasing CO2 emissions is reversed, with natural depletion costs being exported to poorer countries. Despite this new perspective on CO2 emissions, the conflict between SDG goals can still be avoided by making investments in public health, education and renewable energy, as suggested in the original paper.     

红壤丘陵区晚稻生长期间CO2的排放与固定规律

采用静态箱法对红壤丘陵区稻田生态系统CO2排放与固定进行定位观测.结果表明,晚稻生长期间稻田生态系统CO2通量的日变化随天气条件(晴天、雨天、阴天)的变化而变化,CO2日净固定量在晚稻生长期间波动性很大,最高达10.35 g·m-2·d-1,在晚稻成熟期表现为CO2负固定,为-0.92 g·m-2·d-1;整个晚稻生育期,稻田生态系统CO2累积排放量和土壤呼吸CO2排放量分别为20.4和6.3 t·hm-2,稻田生态系统CO2累积排放量与水稻生物量之间存在极显著幂函数关系.在整个晚稻生育期,稻田生态系统从大气中吸收碳量为3.85 ～4.00 t·hm-2.     

大气CO2浓度升高对稻田土壤中微量元素的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,应用DTPA浸提土壤的方法,研究大气CO2浓度升高对稻田土壤微量元素有效性的影响。位于扬州的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2004年6月开始运行,设有FACE圈(高CO2圈)与Ambient圈(对照圈,当前周围大气CO2浓度)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平。经过一个稻麦轮作后,分别于水稻生长的分蘖期、抽穗期、乳熟期和成熟期在每个副区多点采集0~5cm和5~15cm的土壤样品,再使用ICP测定土壤样品的DTPA浸提液的方法,得出土壤中有效态Fe、Mn、Cu和Zn的质量分数。结果表明,大气CO2浓度升高都不同程度的增加了0~5cm和5~15cm耕层土壤中DTPA提取态Fe、Mn、Cu、Zn的有效性,尤其对土壤有效Zn质量分数的增加达显著水平。不同N肥处理对土壤DTPA提取态Fe、Mn、Cu和Zn的质量分数无显著性的影响,CO2和N肥处理也未表现出显著性的交互作用。     

稻田冬闲期CO2气体排放的观测研究

亚热带红壤稻作区是华中地区的主要生态系统类型,在生态、经济以及社会效益方面都起着非常重要的作用。为了解这一生态区域的碳循环过程的因素和机理,同时为进一步解释农田碳循环过程对温室气体CO2的影响提供科学依据,采用静态箱式法对亚热带红壤性稻田长达约5个月的冬季休闲期(2005年11月—2006年4月)CO2气体排放通量进行了田间原位观测,并结合同步气象资料进行了分析。结果表明:亚热带红壤性稻田冬闲期CO2通量与近地面CO2体积分数的季节变化基本同步,与地面稻田生态系统的CO2通量对大气CO2体积分数的影响60%;CO2通量日变化规律基本为昼吸夜排:白天表现为田间杂草光合作用的结果,受光合有效辐射的影响,CO2通量与光合有效辐射的关系符合对数曲线,相关性达到显著水平;夜晚则以呼吸过程为主,主要受温度的影响,CO2通量与温度呈线性关系,其中气温和5cm地温最适宜用作于描述夜间CO2通量对温度变化的响应的指标。亚热带红壤性稻田生态系统在149d的休闲期内从大气中累积吸碳量(以CO2计)约4.03t·hm-2,表现为大气的碳汇。     

大气CO_2浓度升高对稻田土壤Ca、Mg含量的影响

为了研究稻田生态系统中土壤钙、镁元素生物地球化学循环对大气CO2浓度升高的响应。利用中国稻/麦轮作FACE（Free Air Carbon-dioxide Enrichment）试验平台,研究大气CO2浓度升高（比周围大气高200μmol mol-1）对2007年稻季各生育期不同深度土壤溶液ρ（Ca）、ρ（Mg）的影响。结果表明,大气CO2浓度升高降低了5 cm处土壤溶液ρ（Ca）、ρ（Mg）,有增加稻季30、60和90 cm处土壤溶液ρ（Ca）的趋势,其增幅分别为18.3%、12.4%和15.3%;大气CO2浓度升高会增加稻季Ca淋溶损失风险;稻季不同深度土壤溶液ρ（Ca）、ρ（Mg）对大气CO2浓度升高的响应有所不同。稻田生态系统不同深度土壤Ca、Mg循环对大气CO2浓度升高的响应值得深入研究。     

蔬菜地CO2排放特征及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对成都平原蔬菜地土壤-作物系统CO2的排放通量变化进行了观测,并分析了作物系统CO2排放速率与环境因子间的关系。多元逐步回归及单因子分析结果表明:施氮与不施氮处理的CO2排放速率与地下5 cm处土壤温度呈极显著正相关,土壤温度是影响蔬菜地CO2排放的主导因子;二者的Q10值分别为3.67和3.55。     

A causal investigation on the determinants of CO2 in China

ABSTRACT

This article examines the causal relationship among carbon dioxide emissions, energy consumption, per capita economic growth, and international trade using temporal econometric models with serial data for the period 1980–2017 in China. In the Armax model all regressors are significant in having influenced the dependent CO2 variable. Subsequently, unidirectional causalities are identified from energy consumption and from commercial opening to carbon dioxide emissions, from commercial opening to energy consumption, from carbon dioxide emissions to per capita economic growth and from economic growth to commercial opening. These results show that, over time, more energy consumption in China results in more carbon dioxide emissions so there will be more environment pollution.     

荒漠草原4种典型植物群落夏季土壤呼吸及枯枝落叶分解释放CO2贡献量

采用动态密闭气室分析法测定了沙蒿（Artemisia desertorum）群落、赖草（Leymus secalinus）群落、甘草（Glycyrrhizauralensis）群落和冰草（Agropyron crisatum）群落4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放速率（RS＋L）、土壤呼吸CO2释放速率（RS）,利用推导法估算得到了枯落物分解的CO2释放速率（RL）及其对总释放的贡献。得到了如下结论：（1）4种群落的RS＋L差异较大,其平均值大小排序分别为冰草群落〉赖草群落〉甘草群落〉沙蒿群落,且各群落的RS＋L在1 d中是不稳定的,均表现为不对称的单峰曲线形式;土壤基础呼吸大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落,且土壤基础呼吸高的土壤,其土壤养分状况较好。（2）RS相对于气温具有时滞性,4个群落的平均值大小为冰草群落〉赖草群落〉沙蒿群落〉甘草群落。（3）RL平均值大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落;对RS＋L的贡献率大小排序为甘草群落〉冰草群落〉沙蒿群落〉赖草群落,表明RL值大的,其对RS＋L的贡献率不一定大,两者之间不存在正相关关系。不同植物群落枯落物对土壤呼吸的贡献与枯落物量、温度因子的相关关系并未表现出一致性,但与15 cm处的地温相关性最高。夏季RL对RS＋L的平均贡献量（以CO2计）在0.05~0.16 g.m-2.h-1之间,平均贡献率在12.88%~35.33%,是大气CO2的一个重要的排放源。     

大气CO2浓度增高对不同供氮水平下水稻生长和化感物质释放的影响

利用开放式空气CO2浓度升高(free air carbon-dioxide enrichment,FACE)平台中的水培试验,研究了低氮(LN:10 mg·L-1)和高氮(HN:30 mg·L-1)水平下,大气CO2浓度升高对化感与非化感水稻(Oryza sativa L.)品种的生长、碳氮比(C/N)和化感物质含量的影响,并分析了CO2浓度升高条件下水稻C/N和化感物质含量间的相互关系.结果表明:CO2浓度升高对化感(PI)与非化感水稻品种(秀水)的生长均有极显著促进作用.CO2浓度升高后,LN条件下水稻C/N显著增加,HN条件下则无显著变化.CO2浓度升高后化感水稻品种次生代谢物质含量增加,特征化感物质含量增加,非化感品种的这种变化不显著.化感水稻品种C/N分别与次生代谢物质含量和特征化感物质含量之间呈显著正相关关系.     

长期不同施肥条件下红壤小麦和玉米季CO2、N2O排放特征

基于中国农业科学院红壤实验站红壤旱地小麦-玉米轮作长期定位试验,采用静态箱/气相色谱法,研究红壤旱地连续施肥16 a后,不同施肥条件下小麦季和玉米季土壤CO2和N2O的排放特征。结果表明,CO2和N2O排放具有明显的季节性,施肥对土壤CO2和N2O排放有明显影响,且有机肥的施用显著促进了土壤CO2和N2O排放。不施肥对照（CK）、氮磷配施（NP）、氮钾配施（NK）、氮磷钾配施（NPK）和有机无机肥配施（NPKM）处理小麦季和玉米季土壤CO2累积排放量分别为5 904、8 062、4 298、9 235、14 098和4 708、7 530、5 435、7 089、15 472 kg.hm-2,土壤N2O累积排放量分别为0.34、0.63、0.44、0.62、1.00和0.25、0.39、0.35、0.52、1.73 kg.hm-2,小麦休闲期土壤CO2和N2 O累积排放量平均占小麦生长季的63.52%和28.43%,玉米休闲季平均占玉米生长季的49.98%和32.72%,说明休闲期土壤CO2和N2O累积排放量不容忽视。除玉米季NP、NK、NPK处理外,其他各处理小麦季和玉米季土壤CO2排放通量与5 cm深处土壤温度显著相关;而土壤N2O排放通量与土壤温度间均未表现出显著相关性;除NPKM处理外,其他各处理土壤CO2或N2O排放通量与土壤水分间相关性均未达显著水平。     

水位对小叶章湿地CO2、CH4排放及土壤微生物活性的影响

湿地生态系统对全球碳平衡和气候变化起着极其重要的作用,而水位波动将影响湿地生物地球化学过程,导致温室气体通量变化,为了明确湿地生态系统温室气体通量以及土壤微生物活性对水位梯度的生态响应,通过野外盆栽培养试验,设T1:-5 cm,T2:0 cm,T3:5 cm,T4:10 cm 4种水位梯度,T1和T2模拟湿地非淹水的水分状况,T3和T4模拟淹水状况,研究了不同水位梯度下小叶章(Calamagrostis angustifolia)湿地CO2、CH4通量、土壤微生物量碳、氮及土壤酶活性的变化规律.结果表明:不同水位条件下,小叶章湿地系统CO2和CH4通量差异较大,-5 cm水位时小叶章湿地CO2通量为(643.35±61.89) mg·m-2·h -1,随着水位增加,CO2通量依次降低6.9%、12.1%、40.0%,且水位升高到10 cm时,小叶章湿地CO2排放量显著降低(P<0.05);而CH4通量则随水位增加呈显著增加趋势,通量变化为(1.52±0.12)~(5.34±0.61) mg·m-2·h-1;水位对微生物活性影响显著,非淹水条件下小叶章湿地土壤微生物量碳、氮含量以及土壤蔗糖酶、淀粉酶活性高于淹水土壤,且随着淹水位增加,微生物活性显著降低.     

北京灵山草地土壤CO2源汇和排放通量与温度湿度昼夜变化的关系

大气中温室气体含量不断升高是造成目前全球变暖的主要原因,而土壤CO2是大气CO2的重要来源之一。研究表明温度、湿度是土壤CO2最主要的气候影响因素,通过对植物夏季雨后次日对土壤CO2排放过程中的源(不同深度土壤CO2体积分数)、汇(大气CO2体积分数)和中间CO2气体交换通量(土壤CO2排放通量)、气温、土温以及表土湿度进行同步连续的昼夜观察,研究日和小时变化尺度上温度和土壤湿度对CO2地气交换的影响。结果表明土壤CO2排放通量、大气CO2和土壤CO2体积分数的昼夜变化特征不一致,只有土壤CO2排放通量与气温变化存在明显的正相关关系,在日变化尺度上随表土湿度增加而增加;表土湿度在日变化尺度和小时变化尺度上与草丛空气CO2体积分数正相关;土壤CO2体积分数则在日变化尺度上当表土湿度较小时与表土湿度正相关。气温主要影响土壤CO2向大气的扩散和对流过程,而不是昼夜尺度上影响土壤CO2体积分数变化的主要环境因素。     

CO2和O3体积分数升高对银杏希尔反应活力和叶绿体ATP酶活性的影响

近年来,随着温室气体体积分数不断上升,研究CO2和O3体积分数升高对植物的影响已取得一定进展,但二者对植物的复合作用及生理研究不够深入。文章利用开顶式气室研究了大气CO2和O3体积分数升高对银杏(Ginkgo biloba L.)光合特性的影响。结果表明,在整个生长季内,与对照相比,在大气CO2体积分数为700×10-6条件下,银杏叶片净光合速率显著增加(P<0.05),希尔反应活力增大,Ca2 /Mg2 -ATPase活性增强,光合产物可溶性糖和淀粉含量增多;而在O3体积分数为80×10-9的情况下,银杏叶片净光合速率下降,希尔反应活力减小,Ca2 /Mg2 -ATPase活性减弱,光合产物可溶性糖和淀粉含量减少;在CO2和O3复合作用(700×10-6 80×10-9)条件下,银杏叶片净光合速率、希尔反应活力、可溶性糖和淀粉均有所增加,且淀粉含量增加极显著(P<0.01),而Ca2 -ATPase活性先增强后减弱,Mg2 -ATPase活性先减弱后增强。说明CO2可缓解O3对银杏的负效应,而O3亦对CO2的正效应有削弱作用。     

广西英罗港不同红树林群落土壤CO2和CH4通量对气温变化的响应

采用WEST-1011便携式土壤通量测量仪对广西北海英罗港自然保护区不同红树植物群落土壤的CO2和CH4排放通量特征以及其与气温的关系进行研究。结果表明,各群落土壤CH4通量的值都较小,在-2~3μmol.m-2.s-1之间;红海榄Rhizophora stylosa群落、木榄Brugiera gymmonhiza群落一天的CO2通量变化很小,秋茄Kandelia candel群落一天的CO2通量变化比较明显,最大值出现在19：00,为5.001μmol.m-2.s-1,桐花树Aegiceras corniculatum群落一天的CO2通量变化明显,最大值出现在11：00,为8.325μmol.m-2.s-1。排放通量与气温做相关性研究发现,气温与红海榄群落、木榄群落土壤CH4通量与气温呈不显著的正相关关系,与秋茄群落呈现极其显著的负相关关系,与桐花树群落呈显著的负相关关系;气温与红海榄群落、木榄群落、秋茄群落、桐花树群落的土壤CO2通量均呈不显著的负相关关系。