应对气候变化的重要措施:碳汇造林

通过植树造林增加"碳汇"是针对气候变化问题的一项重要应对措施,与节能减排相比,具有成本低、易操作、可持续等优点。近年来,世界各国就林业碳汇问题不断达成共识,国际与国内碳汇市场发展迅速。开展碳汇造林不仅有助于我国实现既定的碳减排目标,同时顺应森林生态效益市场化趋势,有望让造林者通过清洁发展机制实现经济收益。为了让读者更全面深入地了解"碳汇造林",本刊特邀请有关专家对森林碳汇的产生背景、作用机制以及在我国开展碳汇造林工作的意义和前景进行分析解读。     

基于N：P化学计量特征的高寒草甸植物养分状况研究

土壤养分条件影响不同功能群植物的养分状况与生长,这在施肥实验中已得到充分验证.然而,自然养分梯度下植物-土壤养分耦合关系的研究仍然缺乏.基于植物N∶P化学计量学特征,本研究探讨青藏高原亚高寒草甸自然养分梯度下不同功能群植物氮状况及生物量变化.2008年、2009年N∶P比值分别为9.83和11.57,其低群落N∶P比验证了该地区自然植被主要受到N素的限制.偏冗余分析(partial RDA)结果显示,随着土壤氮素可利用性的增加杂草生物量比例上升,而豆科、禾草生物量比例下降.豆科的固氮作用以及禾草的高养分利用效率分别提高其在氮限制植被中的竞争力;这些结果表明,全球氮沉降的增加将提高杂草的优势度.豆科生物量比例与群落、非豆科植物的N∶P显著正相关,表明豆科植物能够改善群落的氮状况,包括降低非豆科植物的氮限制水平.     

陶粒CANON反应器的接种启动与运行

通过CANON接种污泥,以人工配制无机高氨氮废水为对象,研究以陶粒为填料的CANON反应器启动与运行情况,结果表明:①陶粒可以作为CANON反应器合适填料,温度通过水浴控制在30℃±1℃,HRT为9 h、pH控制在7.00~8.08之间,经过60 d成功启动了CANON反应器,TN的去除负荷达到0.79 kg·(m3·d)-1;②在温度30℃时,陶粒CANON反应器中临界DO范围在1.12~1.69 mg·L-1之间,CANON反应器中短程硝化和厌氧氨氧化性能可维持稳定,高于此范围时,会出现CANON反应器中短程硝化不稳定现象;③在温度25℃,控制DO在1.01~1.54 mg·L-1之间时,尽管NO-3-N变化值与TN变化值的比值(δNO-3-N/δTN)略微偏离理论值0.127,为0.150~0.204,但CANON反应器脱氮性能趋于稳定,TN去除率最高为75.56%,TN的去除负荷最高达到0.97 kg·(m3·d)-1,这意味着CANON工艺的适宜温度范围至少可以降低至25℃.     

水稻光合同化碳在土壤中的矿化和转化动态

作物光合碳是"大气-植物-土壤"碳循环的重要组成部分,是农田土壤有机碳的重要来源,然而其在土壤碳库中的矿化和转化动态尚不清楚.应用室内模拟培养实验,研究水稻收获后输入土壤的光合同化碳在土壤碳库中的矿化及其转化特征.结果表明,100 d的培养期内,原有有机碳的平均矿化速率在4.44~17.8μg·(g·d)-1之间,而光合碳(新碳)的矿化速率则在0.15~1.51μg·(g·d)-1之间.光合同化碳的输入对土壤活性碳库(DOC、MBC)的转化产生显著影响,在培养期内,14C-DOC的转化量为1.89~5.32 mg·kg-1,转化速率的变化幅度为0.18~0.34 mg·(kg·d)-1,原有DOC则在61.13~90.65 mg·kg-1,减少幅度为4.10~5.48 mg·(kg·d)-1;14C-MBC和原有MBC的转化量分别为10.92~44.11 mg·kg-1和463.31~1 153.46mg·kg-1,转化速率变化幅度分别为0.80~2.87 mg·(kg·d)-1和41.60~74.46 mg·(kg·d)-1,说明水稻光合碳的输入对MBC的周转要大于DOC的周转.而且,与原有有机碳相比,输入的"新碳"易被微生物矿化分解,100 d的培养期内,有13.5%~20.2%的新碳被矿化分解,而仅2.2%~3.7%的原有有机碳被矿化分解,光合同化碳的输入对维持稻田土壤的碳汇功能具有重要作用.     

秸秆烟尘和灰烬中元素碳的稳定同位素组成

选取稻草、麦草和玉米秸秆各6个品种,进行室内模拟焚烧试验,用同位素质谱计测定了灰烬和烟尘中元素碳(EC)的同位素比值.结果表明,稻草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别是-28.3‰、-28.7‰,比稻草总碳分别轻2.7‰、3.0‰.麦草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-28.5‰、-28.0‰,比麦草总碳分别轻0.1‰、重0.4‰.玉米秸秆明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-17.2‰、-13.6‰,比秸秆总碳分别轻3.4‰、重0.2‰.在稻草明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别是-27.5‰、-27.3‰,比稻草总碳分别轻1.8‰、1.6‰.在麦草的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-27.4‰和-26.0‰,比麦草总碳分别重0.9‰和2.4‰.在玉米秸秆的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-15.0‰和-14.8‰,比玉米秆总碳分别轻1.2‰和1.0‰.3类秸秆,尤其是稻草和玉米秸秆,其烟尘和灰烬中的EC均发生了明显的同位素分馏.其同位素组成对于识别和估算大气气溶胶中此类秸秆燃烧来源的EC有参考意义.     

冬季东海、南黄海中DMS和DMSP浓度分布及影响因素研究

于2011年12月~2012年1月现场测定了东海、南黄海表层海水中二甲基硫(DMS)及其前体物质二甲巯基丙酸内盐(DMSP分为溶解态DMSPd和颗粒态DMSPp)的含量,研究了它们的浓度分布规律及其影响因素,并对DMSPp的粒级分布和DMS的海-气通量进行了探讨.结果表明,表层海水中DMS、DMSPd和DMSPp的浓度分别在0.58~4.14、0.37~7.86和4.29~25.76 nmol·L-1之间,平均值分别为(2.20±0.82)、(2.12±1.66)和(11.98±6.23)nmol·L-1.DMS、DMSPp与叶绿素a(Chl-a)呈现明显的正相关关系,并且它们的周日变化趋势基本一致,说明浮游植物生物量是影响研究海域内DMS和DMSP生产分布的关键因素.另外,DMSPd浓度和总细菌丰度表现出一定的负相关,这可能是在细菌释放的DMSP裂解酶的作用下DMSPd会发生裂解生成DMS.研究发现,5~20μm的微型浮游植物是海区内Chl-a和DMSPp的主要贡献者.此外,冬季东海、南黄海表层海水DMS的海-气通量在0.61~25.52μmol·(m2·d)-1之间,平均值为(8.30±5.92)μmol·(m2·d)-1.     

半短程亚硝化与厌氧氨氧化联合脱氮工艺微生物特征研究进展

半短程亚硝化-厌氧氨氧化脱氮技术具有良好的发展前景,该工艺的发展以及应用分子生物学技术对好氧氨氧化菌种群和厌氧氨氧化种群生态学的研究备受人们关注.本文综述了工艺原理和影响因子诸如温度、pH值、氧的可利用性、游离氨浓度等对氨氧化菌及厌氧氨氧化菌的影响,并介绍了应用分子生物学方法对氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的类别及分布的研究结果,并对该工艺提出了展望.     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生的不同过程及贡献

采用时空替代法,选择黄河口生态恢复前后未恢复区(R0)、2007年恢复区(R2007)和2002年恢复区(R2002)的芦苇湿地为研究对象,分析了生态恢复工程对湿地土壤N2O产生不同过程与贡献的影响.结果表明,尽管不同恢复阶段湿地土壤N2O总产生量差异明显,但总体均表现为N2O释放.恢复区湿地土壤的N2O产生量大于未恢复区.N2O的产生主要以硝化作用和硝化细菌反硝化作用为主,而反硝化作用对N2O的产生有较大削弱作用,这与不同恢复阶段湿地土壤理化性质密切相关.非生物作用对N2O产生量贡献较大,这与黄河口为高活性铁区,Fe的还原作用关系密切.尽管黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O的产生是生物作用与非生物作用共同作用的结果,但由于非生物作用对N2O产生的影响较大,应受到特别关注.温度和水分对不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程的影响不尽一致,这与土壤微生物活性对温度和水分的响应差异有关.黄河口不同恢复阶段湿地土壤的N2O总产生量介于(0.37±0.08)～(9.75±7.64)nmol·(kg·h)-1,略高于闽江口互花米草湿地的N2O总产生量,但明显低于富氧森林土壤、草原土壤和闽江口短叶茳芏湿地的N2O总产生量.研究发现,黄河口生态恢复工程的长期实施明显促进了N2O的产生,因而下一步生态恢复工程应统筹考虑景观恢复与温室气体削弱这两方面因素.     

变温环境对典型石灰土有机碳矿化的影响

采用野外采样和室内培养试验,研究了不同土地利用类型(林地和旱地)下的石灰土表层土壤有机碳(SOC)矿化对变温环境的响应.两种供试土样分别采自贵州省普定县天龙山区域的典型林地和旱地的0~10 cm表层.在培养试验中,依据积温相同的原则,设置变温(范围:15~25℃,变温间隔12 h)和恒温(20℃)两个温度处理,培养时间为56 d.在整个培养期内,旱地石灰土变温处理的SOC累积矿化量(63.32 mg·kg-1)虽略低于恒温处理(63.96 mg·kg-1),但两者之间差异不显著,而森林石灰土变温处理的SOC累积矿化量(169.46 mg·kg-1)则显著低于恒温处理(209.52 mg·kg-1)(P<0.05),这表明不同土地利用类型的石灰土SOC矿化对变温环境的响应不同.受植被和土地利用类型的影响,森林石灰土和旱地石灰土表层的SOC含量和组成差异显著,这可能是导致其SOC矿化对变温环境响应差异的重要原因.另外,各温度处理中,土壤可溶性有机碳(DOC)含量与SOC日均矿化量之间均呈极显著正相关(P<0.01),表明制约土壤DOC生成是温度影响土壤有机碳矿化的一个重要途径.在培养过程中,土壤微生物量碳含量不能有效反映恒温和变温下的SOC矿化差异,结合矿化动力学分析可知,同恒温相比,变温虽然不能通过改变微生物数量来影响SOC矿化,但能通过改变微生物群落的总体活性来影响SOC矿化过程.