青藏高原所發現土壤微生物固碳在乾旱區生態系統碳匯中發揮重要作用
2020-11-27 中國科學院青藏高原所發現土壤微生物固碳在乾旱區生態系統碳匯中發揮重要作用
2020-11-20 青藏高原研究所
語音播報
全球陸地生態系統碳匯具有較大不確定性，該不確定性主要來自乾旱區生態系統，但其機制和原因一直存疑。乾旱區生態系統地區的植物生長及其固碳潛力受到限制，而土壤微生物具有更強的環境適應能力，因此，和溼潤區生態系統相比，乾旱區土壤微生物固碳的相對貢獻更大。但當前碳評估模型僅包括植物固碳，忽略了土壤微生物固碳，這限制了學界深入理解乾旱區生態系統碳匯不確定性的來源和機制。
為此，中國科學院青藏高原研究所生態系統功能與全球變化團隊研究員孔維棟等，依託中科院納木錯多圈層綜合觀測研究站，開展了連續4年的野外監測研究（圖1），對比了土壤微生物及植物總初級生產力（Gross Primary Production，GPP）季節和年際動態變化規律及其對土壤水分、溫度的響應。結果顯示，植物和土壤微生物GPP具有相似的季節動態變化特徵，均在七、八月達到最高值（圖2）；與植物GPP年際變化（15.1%）相比，土壤微生物GPP年際變化更大，達到76.1%，這說明土壤微生物固碳量年際波動對乾旱區生態系統碳匯不確定性具有較大貢獻。研究人員通過進一步分析發現，相較土壤微生物GPP，植物GPP對土壤水分和溫度變化更敏感，這可能與植物物候期有關。
土壤微生物GPP可佔到植物GPP的35.7%，不同季節佔比不同，七、八月最大，連續四年監測均值為18.2%（圖3），該比值隨土壤水分的增加而增加，但與土壤溫度無相關性（圖4），這揭示了青藏高原草地生態系統中水分是影響土壤微生物固碳貢獻率的主要因素。研究表明，青藏高原草地土壤微生物具有較大固碳潛力，有必要在地球系統模型中整合土壤微生物固碳過程和潛力，從而更準確評估全球乾旱區碳循環過程和降低全球碳匯不確定性。
相關研究成果以Soil microbial CO2 fixation plays a significant role in terrestrial carbon sink in a dryland ecosystem: A four-year small-scale field-plot observation on the Tibetan Plateau為題，發表在Science of the Total Environment上。青藏高原所生態系統功能與全球變化團隊博士後陳昊、在讀博士研究生王斐為論文的共同第一作者，孔維棟為論文通訊作者，研究員旭日、鄔光劍和王君波等參與了該研究。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（A類）、中科院前沿局前沿科學重點研究項目、國家自然科學基金、第二次青藏高原綜合科學考察研究專項、博士後科學基金等的支持。
圖1.研究樣地設置及監測過程示意圖
圖2.2016至2019年土壤微生物和植物總初級生產力季節動態變化
圖3.2016至2019年土壤微生物與植物總初級生產力比值的季節動態變化
圖4.土壤微生物與植物總初級生產力比值與土壤溫度（a）和土壤水分（b）的相關性分析
全球陸地生態系統碳匯具有較大不確定性，該不確定性主要來自乾旱區生態系統，但其機制和原因一直存疑。乾旱區生態系統地區的植物生長及其固碳潛力受到限制，而土壤微生物具有更強的環境適應能力，因此，和溼潤區生態系統相比，乾旱區土壤微生物固碳的相對貢獻更大。但當前碳評估模型僅包括植物固碳，忽略了土壤微生物固碳，這限制了學界深入理解乾旱區生態系統碳匯不確定性的來源和機制。
為此，中國科學院青藏高原研究所生態系統功能與全球變化團隊研究員孔維棟等，依託中科院納木錯多圈層綜合觀測研究站，開展了連續4年的野外監測研究（圖1），對比了土壤微生物及植物總初級生產力（Gross Primary Production，GPP）季節和年際動態變化規律及其對土壤水分、溫度的響應。結果顯示，植物和土壤微生物GPP具有相似的季節動態變化特徵，均在七、八月達到最高值（圖2）；與植物GPP年際變化（15.1%）相比，土壤微生物GPP年際變化更大，達到76.1%，這說明土壤微生物固碳量年際波動對乾旱區生態系統碳匯不確定性具有較大貢獻。研究人員通過進一步分析發現，相較土壤微生物GPP，植物GPP對土壤水分和溫度變化更敏感，這可能與植物物候期有關。
土壤微生物GPP可佔到植物GPP的35.7%，不同季節佔比不同，七、八月最大，連續四年監測均值為18.2%（圖3），該比值隨土壤水分的增加而增加，但與土壤溫度無相關性（圖4），這揭示了青藏高原草地生態系統中水分是影響土壤微生物固碳貢獻率的主要因素。研究表明，青藏高原草地土壤微生物具有較大固碳潛力，有必要在地球系統模型中整合土壤微生物固碳過程和潛力，從而更準確評估全球乾旱區碳循環過程和降低全球碳匯不確定性。
相關研究成果以Soil microbial CO2 fixation plays a significant role in terrestrial carbon sink in a dryland ecosystem: A four-year small-scale field-plot observation on the Tibetan Plateau為題，發表在Science of the Total Environment上。青藏高原所生態系統功能與全球變化團隊博士後陳昊、在讀博士研究生王斐為論文的共同第一作者，孔維棟為論文通訊作者，研究員旭日、鄔光劍和王君波等參與了該研究。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（A類）、中科院前沿局前沿科學重點研究項目、國家自然科學基金、第二次青藏高原綜合科學考察研究專項、博士後科學基金等的支持。
論文連結
圖1.研究樣地設置及監測過程示意圖
圖2.2016至2019年土壤微生物和植物總初級生產力季節動態變化
圖3.2016至2019年土壤微生物與植物總初級生產力比值的季節動態變化
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【中國科學報】中科院亞熱帶農業生態所揭示土壤微生物固碳「深度...
近日，中科院亞熱帶農業生態所研究員吳金水團隊發現，隨土壤深淺變化，固碳效果存在顯著差異，並且隨著表層碳向下傳輸，還可能誘導底部土壤產生固碳連鎖反應。該研究深化了學界對土壤微生物光合同化碳的生物地球化學過程機理的認識，相關成果在《應用微生物學與生物技術》上發表。 -
自然生態系統土壤微生物固碳量及其功能種群研究獲新進展
土壤微生物可以通過多條固碳途徑進行CO2同化，其中，卡爾文循環是光能自養生物與化能自養生物同化CO2的主要途徑，在調節大氣CO2濃度發揮著重要的作用。在整個陸地生態系統中，農田生態系統只佔全球陸地面積的10%左右，餘下的90%面積分布著森林、草原、荒漠和溼地等不同類型的自然生態系統。 -
亞熱帶生態所在稻田土壤生物固碳機制研究中獲系列進展
另外，微生物可以通過多條固碳途徑進行CO2同化，其中，卡爾文循環是光能自養生物與化能自養生物同化CO2的主要途徑，在調節大氣CO2濃度中發揮著重要的作用。而且，土壤中也存在相當數量的光能自養生物與化能自養生物。 -
青藏高原所等發現植物葉性狀可指示乾旱區植被的地帶性分布
青藏高原所等發現植物葉性狀可指示乾旱區植被的地帶性分布 2016-11-09 青藏高原研究所 葉性狀是植物適應環境所表現出來的葉片水平上的特徵，與生態系統功能關係密切，植物葉性狀及其相關關係沿著環境梯度的變化在決定植物分布格局上具有重要作用。因此，一些關鍵葉性狀很可能是一個較客觀反映植被本身特徵的、可測量和比較的植被區劃綜合指標。但是，關於植物葉性狀與乾旱區植被區劃關係的研究仍很缺乏。 -
揭示土壤微生物固碳「深度」差異
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蘭州大學學者及合作者揭示青藏高原多年凍土退化影響碳釋放的過程
研究根據Web of Science數據，對過去幾十年來北極和青藏高原多年凍土及碳循環的研究進行了定量比較，表明青藏高原多年凍土是氣候變化研究的重要地區。通過對已有報導的採樣點分布、土壤有機碳測定方法、多年凍土區面積的界定、土壤有機碳的空間擴展技術環節綜合分析，指出青藏高原多年凍土區表層2m土壤碳儲量為19.0±6.6 Pg。這些土壤有機碳對氣候變化敏感，容易被微生物分解，不同植被類型下土壤有機碳分解的溫度敏感性係數為9.2±7.1。在高原尺度上，全球變暖增加了局部地區土壤碳的釋放，但變暖又促進了植被生長，從而吸收更多的碳。 -
陸地生態系統固碳潛力研究結果多具不確定性
出席日前在北京舉行的以「陸地生態系統固碳潛力不確定性的科學問題」為主題的第372次香山科學會議的專家指出，我國已成為最大的工業源二氧化碳排放國家之一，闡明中國陸地生態系統在全球碳循環中碳匯、碳源的作用機制是中國科學家的重要責任。 -
青藏高原所揭示凍土成土年齡影響土壤微生物群落對凍土融化的響應
微生物活動驅動凍土中有機碳的分解，因此，微生物群落組成及其功能變化能夠深刻影響凍土融化過程中的有機質分解和溫室氣體排放。研究表明，不同年齡凍土的微生物多樣性及群落結構存在較大差異，但學界尚不確定對土壤微生物群落影響更大的因素是凍土成土年齡還是融化程度。 -
土壤微生物固碳關鍵酶RubisCO酶活性提取
由中國科學院亞熱帶農業生態研究所副所長（主持工作）吳金水研究員領銜的農業生態過程方向研究團隊近日在土壤微生物固碳關鍵酶RubisCO酶活性提取與測定方法研究方面取得了新進展。 卡爾文循環（Calvin–Benson–Bassham cycle）是光能自養生物和化能自養生物同化CO2的主要途徑，以及陸地生態系統初級產物合成的最主要途徑，在調節大氣CO2濃度方面發揮了重要作用。 -
業內:實現碳達峰、碳中和目標 森林草原溼地同樣發揮重要作用
來源：第一財經原標題：實現碳達峰、碳中和目標，森林草原溼地同樣發揮重要作用「實際上，森林、草原、溼地等自然生態系統在實現碳達峰和碳中和的目標上，同樣能發揮重要作用。」今天下午，國家林草局生態司氣候處三級調研員張國斌在接受第一財經記者採訪時說。最近一段時間，有兩個涉及碳中和的公式引發人們關注。 -
...系統碳收支研究取得重要成果 人類有效幹預可提高生態系統固碳...
攝影：李晉 國際在線報導（記者李晉）：近日，國際著名學術期刊《美國科學院院刊》以專輯形式發表了中國科學院生態系統固碳項目群的７篇研究論文，全面、系統地報導了中國陸地生態系統碳收支研究取得的系列重要成果。 以二氧化碳為主的溫室氣體排放被認為是引起全球變暖的主要原因，利用陸地生態系統固碳，則是減緩大氣二氧化碳濃度升高最為經濟可行和環境友好的途徑。 -
實現碳達峰、碳中和目標,森林草原溼地同樣發揮重要作用
這是中國首次向全球明確實現碳中和的時間點，也是迄今為止各國中作出的最大減少全球變暖預期的氣候承諾。日前閉幕的中央經濟工作會議明確，明年要做好碳達峰、碳中和工作。要開展大規模國土綠化行動，提升生態系統碳匯能力。碳中和 資料來源：氣候變化研究進展森林、草原、溼地等自然生態系統在實現碳達峰和碳中和的目標上，同樣能發揮重要作用。 -
全球變暖：底層土壤碳庫的響應出乎意料
2019-10-09來源：中國科學院學習平臺作者：賈娟 馮曉娟土壤是陸地生態系統儲量最大的活躍碳庫，植物將光合作用產物以凋落物（包括地上凋落物和地下根系）和根系分泌物的形式輸入土壤，土壤有機質又在微生物調控下向大氣釋放二氧化碳。 -
Xarbon林業碳匯在低碳經濟發展中的作用
對於中國這樣一個發展中大國，經濟要發展，通過植樹造林活動吸收二氧化碳，抵減部分工業的溫室氣體的排放，減輕中國面對的國際減排壓力，是最可行、最有效的措施之一。因此，應多渠道加大對林業的投入力度，增加造林和森林經營的投入，同時在現有的國家造林工程中，儘可能地考慮森林的固碳效果，把林業碳匯放到與工業減排同等重要的位置。 -
中科院「生態系統固碳」系列研究成果發布 為氣候談判提供重要支撐
原標題：中科院「生態系統固碳」系列研究成果發布 為氣候談判提供重要支撐 據中國之聲《新聞縱橫》報導，人類使用煤炭、石油、天然氣等化石燃料導致的以二氧化碳為主的溫室氣體排放，被認為是引起全球變暖的主要原因。 -
青藏高原凍土有機碳周轉對增溫的響應研究獲進展
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...實驗室最新研究揭示了青藏高原高寒草地植物-土壤微生物多樣性...
青藏高原是地球的「第三極」，正經歷著氮沉降急劇增加和降水變化的生態影響過程。高寒草甸約佔青藏高原面積的35%，是青藏高原最重要的植被類型之一。雖然氮沉降和降水的變化會引起植物組成和多樣性的變化，但對由此導致植物多樣性與土壤微生物多樣性之間關係如何變化尚不清楚。 -
植物所闡明凍土融化對土壤微生物的影響及其途徑
作為生物地球化學循環的引擎，土壤微生物在陸地生態系統碳循環中發揮重要作用，特別是在氣候變暖背景下，凍土融化導致長期封存在凍土中的有機碳被微生物分解、釋放在大氣中，進而形成對氣候變暖的正反饋。因此，闡明土壤微生物群落對凍土融化的響應，對於準確預測凍土碳循環與氣候變暖之間的反饋關係具有重要意義。 -
賀金生課題組揭示青藏高原地上與地下生物多樣性對生態系統多功能...
生態系統多功能性不僅受地上植物多樣性的影響，同時也受土壤動物、微生物等地下生物多樣性的驅動，但由於研究手段的限制，我們對地上、地下生物多樣性對生態系統多功能性的相對貢獻了解甚少。不僅如此，氣候對生態系統多功能性的調控機理也不明確。