旱地约占全球陆地面积的40%,而水分是旱地植被生长的一大限制要素.尽管土壤水分与饱和水汽压差对植被生长的重要性已经得到了广泛证实,然而目前二者对植被生产力影响的空间异质性及其形成因素仍未得到深入研究,这对研究旱地生态系统对气候变化的响应带来了挑战.为了填补这一认知空白,研究收集了多源气象、根区土壤含水率和总初级生产力产品,基于随机森林算法量化了植被总初级生产力对根区土壤含水率和饱和水汽压差的敏感性,结合土地覆盖数据和分档平均方法分析了敏感性空间异质性的形成机制.结果表明:全球旱地饱和水汽压差与植被生产力总体呈显著上升趋势;根区土壤水分对植被生长的影响以正效应主导,饱和水汽压差对植被生长的影响以负效应主导;相较于森林和灌木,饱和水汽压差对植被生长的负效应及根区土壤含水率对植被生长的正效应在农田、草地和苔原及半干旱区更为强烈;植被生产力对饱和水汽压差和根区土壤水分的敏感性在数量上总体呈显著的线性负相关性.综上,植被种类和气候条件是导致全球旱地植被生产力对土壤水分和饱和水汽压差敏感性空间异质性的重要因素.

池塘等小型水体在全球碳循环中发挥着重要作用,是碳排放的热区,但是对池塘碳埋藏速率认识相对匮乏,限制了全面认识池塘在流域碳传输中的功能.为探究池塘沉积物有机碳埋藏速率及其影响因素,选取重庆市北碚区柳荫镇的11个池塘为研究对象,于2022年7月对池塘沉积物进行采样,分析了池塘沉积物基本理化性质,估算出池塘沉积物有机碳埋藏量和埋藏速率,并分析了池塘因素和流域因素对池塘沉积物有机碳埋藏速率的影响.结果显示:(1)沉积物总有机碳(TOC,Total Organic Carbon)含量在1.03％-3.51％之间变化,总体呈现随深度增加而逐渐降低的趋势;(2)有机碳埋藏速率均值为194.60 g m-2 a-1,范围区间为142.76-293.32 g m-2 a-1,略高于其他池塘的类似研究结果;(3)沉积物TOC含量与总氮(TN,Total Nitrogen)含量呈显著正相关(P＜0.01),与流域中林地面积占比呈显著正相关(P＜0.05),与旱地面积占比呈显著负相关(P＜0.05),而有机碳埋藏速率与流域内旱地面积占比呈显著正相关(P＜0.05).研究结果表明,池塘相对于大型水体储碳能力更强,池塘虽然单位面积小,但数量多,在生态系统的碳收支核算中是一种不可忽视的地理景观单元.

茶园土壤是温室气体氧化亚氮(N2O)排放的重要来源,且茶园土壤中施肥诱导的N2O排放系数远大于旱地农田.针对全球茶园的特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了茶园N2O排放特征、产生过程、影响因素及减排措施.全球茶园土壤N2O背景排放量平均为(2.68±2.92)kg N·hm-2,氮肥施用后N2O平均排放量为(11.29±9.45)kg N·hm-2.化肥诱导的N2O排放系数为2.2％±2.1％,远高于IPCC估算的农田N2O排放系数(1％).茶园土壤是典型的酸性土壤,N2O产生主要包括硝化和反硝化过程,其中反硝化作用占主导.茶园土壤N2O排放主要与施肥量有关,此外,施肥种类也影响茶园土壤N2O排放.茶园土壤N2O减排途径主要包括优化施肥量和施肥种类、添加生物炭以及合理利用硝化抑制剂等.今后应加强时间和空间尺度上茶园土壤N2O排放的原位观测,结合实验室培养和野外试验阐明茶园土壤N2O产生和排放机制,利用数据-模型融合方式减少全球茶园N2O排放估算的不确定性,为合理的茶园N2O减排措施提供理论支撑和实践指导.

旱地农业分布面积广、增产潜力大,在保障我国粮食安全方面占有重要地位,但也面临着水资源短缺、土壤贫瘠、水土流失严重和不可再生资源利用效率低等问题.绿肥不仅具有提高土壤质量、调节土壤养分和增强土壤水分蓄纳能力,从而改善作物生长环境,促进作物持续高产稳产的作用,而且在增加农田生态系统生物多样性、提高地表覆盖度、减少养分向环境中的无效损失、增强农田系统气体调节功能、提高病虫草害的生物防控等方面也具有显著的生态效益.在全球气候变化加剧、生态环境恶化和农产品需求改变等新形势下,以肥用为主要目的的传统绿肥种植应用技术已不能满足当前农业发展的需求,需要加强旱地绿肥种质资源的选育工作,通过研制新的适应新形势的全国绿肥区划,构建适应不同区域的绿肥种植模式,优化和研发适应现代化生产水平的耕作栽培技术,探究绿肥综合效益评价体系,为旱地农业区改善生态环境、提高经济效益,构建资源节约、生态保育型的绿肥应用模式,充分挖掘绿肥效益提供科学依据和技术支撑.

全球气候变化导致近年来渍害频发,而旱地作物小麦对渍害敏感.受气候、土壤、轮作制度等因素的影响,我国长江中下游小麦主产区的渍害灾情严重.渍害引起的土壤溶氧量降低可以导致小麦根系生长受到抑制,进而限制植株生长,最终降低小麦产量和品质.本文基于国内外相关研究,从根系呼吸代谢、水分传导、矿质养分吸收、光合作用、氧化还原代谢等方面概述了渍害胁迫抑制小麦生长的生理机理;讨论了小麦通过无氧呼吸维持能量供应和改变根系形态维持氧气供应等渍害适应机制;总结了肥料调控、生长调节剂调控和胁迫记忆等栽培措施在小麦抗渍上的应用及其机理,并对未来小麦抗渍研究进行了展望,以期为小麦的耐渍栽培和稳产高产管理提供理论支撑.

灌溉农业可提升粮食生产潜力,已成为全球农业重要的发展方向,但此类土地利用转换势必影响旱作农田土壤的稳定性,尤其是碳循环.然而,旱改水整治过程中土壤碳通量变化及其与环境因子间的互馈机制尚不清楚.为此,采用大田模拟实验,连续7d监测土壤碳通量变化,评估旱改水整治对土壤碳库组成及环境驱动的短期效应.结果 表明:①旱地、水田的土壤碳通量和温度均呈昼高夜低的单峰型曲线,且碳通量与温度峰值出现于每日13:00前后,但水田土壤碳通量稍高于旱地.②旱改水后短期内土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)、惰性有机碳(ROC)、总有机碳(TOC)和土壤碳库管理指数均呈减少趋势,其中土壤微生物量碳、易氧化有机碳降幅分别达28.55％、29.09％.③土壤含水量、微生物OTU数、碳库含量是影响碳通量速率变化的关键因子(P＜0.05),土壤温度、理化性状是制约土壤碳库的主控因子(P＜0.05).农业活动是重要的碳源之一,深入研究大范围旱改水诱发的碳排放问题可为低碳农业、气候减缓及其应对策略制定提供科学依据.

全球变化和人类活动正以空前的速度在世界范围内改变着生物多样性,这导致了全球生物多样性的锐减以及生产力的下降、病虫害的增加和抗入侵能力的减弱等生态问题.近30年来,生态学家开始对于生物多样性的持续丧失是否以及如何影响生态系统功能的问题越来越感兴趣,生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning,BEF)关系的研究应运而生,并成为生态学研究的热点之一.但长期以来,研究者更多地关注单一生态系统功能,而忽略了生态系统能够同时提供多种生态系统功能的能力,即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality,EMF).本文综述了EMF研究中功能指标的选择、生物多样性的不同维度、微生物多样性对EMF的影响以及其他非生物因子对EMF的驱动等进展.因只考虑单一功能可能会低估生物多样性对整体生态系统功能的影响,故生物多样性与生态系统多功能性(BEMF)关系的研究成为BEF关系研究的重点.近年来,BEMF关系的研究发展较快,在不同生态系统(包括水生、草地、森林、旱地、农业等)、不同研究尺度(从区域到全球尺度)、BEMF关系的驱动机制(从单一驱动机制到多种驱动机制共同作用)、研究方法(包括新概念以及新的量化方法的提出和应用)等方面均取得了新的进展.但仍有不足之处,如对于EMF研究中功能指标的选取没有统一的标准、对地下微生物多样性的关注度不够、涉及多营养级水平下的BEMF关系研究较少、驱动EMF的机制仍存在争论等.未来应加强对于功能指标选取的标准研究,综合分析地上、地下生物多样性以及非生物因子对EMF的整体影响,加强生态系统多服务性(ecosystem multiserviceability,EMS)方法的研究和应用.

陆地生态系统碳汇在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用,而土地是影响陆地生态系统碳储量的重要因素.以洞庭湖生态经济区为研究对象,基于2005、2010和2015年3期土地利用数据,运用Arc-GIS软件和InVEST模型,分析该区域土地利用变化及其对碳储量的影响.结果表明:2005-2015年,洞庭湖生态经济区土地利用类型发生了较大变化,其他林地、水库坑塘、城镇用地、其他建设用地和裸土地面积呈上升趋势;水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地和湖泊面积不断减少;受土地利用变化的影响,2005-2015年间,洞庭湖生态经济区碳储量总体呈下降趋势,由2005年的11.67×108t降至2015年的11.52×108 t,减少1.28％.通过对碳储量转移矩阵分析发现,农田、林地的减少和建设用地的增加是导致该区域碳储量减少的主要原因.