文献阅读2：全球气候碳循环与菌根

1. 文献阅读2：全球气候碳循环与菌根

2020年6月9日22:47:39
  
 实验室课题的背景知识文献
                                          
 人类来源的二氧化碳是全球气候变化的主要诱因。在解决CO2问题上，全球生态系统的响应是重要的关键，关乎我们怎么预测过量CO2对全球气候的长期影响。在众多因素中，植被对于CO2的响应是目前研究的热点，也是最不确定的一个因素。
  
 以常识来看，大气CO2增加（elevated levels of CO2 (eCO2) ），以及因为全球温度上身而扩大的温带环境似乎会促进植物的生长，而这增加了C的固定，因此有些观点认为CO2增加会被增多的植被吸收固定，而缓解温室效应。但是以往的很多人为增加CO2释放的实验却证明，植物对于CO2增加的响应并不一致。有些植物可以很好地响应CO2增加产生的“肥料效应”，而一些植物没有响应，表现出不能缓解CO2增加的特点。因此需要深入研究调查清楚这种差异背后的原因。早期研究表明除了C之外的其他养分元素限制了植物的响应：尤其是N元素的限制。如果提供足量的N，大部分植物都能正响应eCO2，通过增产而缓解CO2增加。而除此之外，整个体系似乎非常杂乱，各式各样的因素都会影响结果，比如实验中植被的环境、植被类型、N元素水平、甚至释放CO2设备的类型。因此本篇文章通过荟萃分析，找出历史文章中所有可能影响因素中最为主要的原因：植物共生菌根类型，以及相关联的N元素水平。
  
 通过数据调研，主要由ECM菌根植物占主导的陆地植物系统对eCO2有持续较好的响应，生物量一直增加，且相比于AM菌根植物主导的生态系统，增加更加明显；而相对的，AM菌根共生植物对于eCO2响应较弱。通过各种（我也不知道到底是个什么原理的）分析手段，文章找出影响植物—eCO2响应体系的主要影响因素是N供应水平（以前就知道的），但是在野外环境中N供应水平和植物菌根状态有密切联系：ECM共生普遍能提供更好的N供给，因此在eCO2中表现出更积极的反馈（新结论）。
  
 因此，作者认为在新的环境预测模型中纳入菌根共生这种普遍存在的体系，对于正确预测eCO2的后果有重要意义。
  
 
  
                                          
 通过比较两类生态系统中不同N元素水平，数据分析推测是ECM和AM在给植物提供N元素能力上的差异造成了这两种eCO2响应的差异。间接的证据是：如果人为施加N肥，则AM植物对eCO2响应的增加量要超过ECM植物的。这侧面说明，ECM植物本身维持着较高N供给，因此对于N的变动“更不敏感”（类似边际递减效应）；而AM植物更有可能面临N匮乏，所以对额外增加的N响应更大。
  
 至于造成ECM和AM这种N提供能力的原因，作者推测有以下几点：
  
 1. ECM真菌在生理功能上更接近“腐生生物”甚至“寄生生物”，因此ECM菌根具有可以降解有机N物质的胞外酶，而加速土壤有机氮的矿化过程，增加植物可吸收的无机氮比例。鉴于土壤中大量N元素以有机氮的形式固着，ECM的这种矿化吸收能力可能是共生植物吸收N的重要来源
  
 2. ECM所主导的植物类型落叶的性质和AM主导的类群性质不同。一些研究暗示AM植物类群（主要是草地）的落叶更容易降解（本以为会加速养分循环），但是这些快速降解的有机氮却更容易转变成 更难降解的土壤有机氮复合微粒（mineral-associated organic matter） ，而考虑到AM菌根没有分泌胞外酶降解有机氮的能力，这些N元素反而固化而难以被AM植物利用。
  
 而ECM植物（主要是木本）凋落物降解缓慢，短期来看释放的N含量少，但是长期积累中这些N更容易进入循环，而不是固化。
  
 
  
  
 文中虽然一直在分别强调菌根类型和N元素的影响，但是通过分析来看，似乎最终影响因素还是N元素啊...可能因为考虑到自然环境下N循环更主要，而人工参与干涉的可能性有限吧。不知道是不是可以通过人为N施用来促进陆地植物系统对eCO2 的缓解（但是考虑到N肥容易引起各种生态危害，这种方法估计可行性不太好）
  
 补充：全球元素循环的研究以前没有关注过，这一块估计得需要补习补习。

2. 全球碳循环与全球气候变化有什么重要联系

碳循环的意义：
1、碳是构成生物有机体的最重要元素,因此,生态系统碳循环研究成了系统能量流动的核心问题；2、人类活动通过化石燃料大规模使用,从而造成了对于碳循环的重大影响,可能是当代气候变化的重要原因.

3. 全球碳循环与全球气候变化有什么重要的联系？

太阳辐射使地球升温，地面受热后又会将一部分热量反射会大气。而一部分热量又被大气中水蒸气，甲烷，二氧化碳吸收，这现象--【温室效应】---即它阻碍了地球散热。千万年来，地球同时进行【碳循环】，保持着温室的平衡，不会越来越热---将大气的碳存到了地底（比如树吸收了碳，死后成了煤）和海底（水体吸收）
【碳循环】的破坏：约1000亿年前，地球上，人开始使用被大地吸收的阳光。最开始就是煤，这些阳光很久以前被植物吸收，埋藏在土壤中。而如今，当我们燃烧化石燃料、远古的阳光时，就会将碳释放大大气中。破坏了碳循环。进而加快了全球变暖，引发了一系列气候，生态巨变。如厄尔尼诺、冰川消亡、海平面上涨、物种灭绝·····
保护我们的地球吧！

4. 全球碳循环与全球气候变化有什么重要联系

碳循环，是指碳元素在自然界的循环状态，生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为葡萄糖，并放出氧气（O2）。

一句话，植物吸收碳，动物释放碳。形成自然界中的碳循环。
 
空气中二氧化碳多的话会使温室作用增强，气候变暖。二氧化碳少的话温室作业减弱，气候变冷，甚至使地球进入冰河期。

5. 全球碳循环与全球气候变化有什么联系？

全球碳循环：指碳素在地球各个圈层之（大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈）间的迁移转化和循环周转的过程。就能量来说，全球碳循环中最重要的二氧化碳的循环，甲烷和一氧化碳是次要的循环。
它的主要过程是：1、生物的同化过程和异化过程，主要是光合作用和呼吸作用；2、大气和海洋之间的二氧化碳；3、碳酸盐的沉定作用；
碳循环途径：1、在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；2、大气二氧化碳和植物之间的个体水平上的循环；3、大气二氧化碳——植物——动物——微生物之间的食物链水平上的循环；4、此外，碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环。
碳循环的意义：１、碳是构成生物有机体的最重要元素，因此，生态系统碳循环研究成了系统能量流动的核心问题；２、人类活动通过化石燃料大规模使用，从而造成了对于碳循环的重大影响，可能是当代气候变化的重要原因。

6. 全球碳循环与全球气候变化有什么联系?

全球碳循环：指碳素在地球各个圈层之（大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈）间的迁移转化和循环周转的过程.就能量来说,全球碳循环中最重要的二氧化碳的循环,甲烷和一氧化碳是次要的循环.
  它的主要过程是：1、生物的同化过程和异化过程,主要是光合作用和呼吸作用；2、大气和海洋之间的二氧化碳；3、碳酸盐的沉定作用；
  碳循环途径：1、在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；2、大气二氧化碳和植物之间的个体水平上的循环；3、大气二氧化碳——植物——动物——微生物之间的食物链水平上的循环；4、此外,碳以动植物有机体形式深埋地下,在还原条件下,形成化石燃料,于是碳便进入了地质大循环.
  碳循环的意义：1、碳是构成生物有机体的最重要元素,因此,生态系统碳循环研究成了系统能量流动的核心问题；2、人类活动通过化石燃料大规模使用,从而造成了对于碳循环的重大影响,可能是当代气候变化的重要原因.

7. 气候变化与生态系统的碳循环密切相关．下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况． 时

（1）光合作用吸收CO2，呼吸作用放出CO2，生态系统中碳循环主要通过光合作用和呼吸作用进行．（2）生态系统中碳的吸收量等于释放量时，该生态系统正处于稳定状态；而当碳的吸收量大于释放量时，处于生长期；当碳的吸收量小于释放量时，则处于衰退期．（3）过度的人工碳排放使得碳的释放量大大超出碳的吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性，大气中不能被吸收的大量CO2能引起温室效应，导致全球气候变化．（4）光合作用的光反应阶段，光能的吸收发生在叶绿体的类囊体的薄膜上．光合作用的产物葡萄糖经酒精发酵可生成乙醇．故答案为：（1）光合 呼吸（2）A 碳吸收量应该基本上等于碳释放量（3）碳循环 CO2（4）光反应 有机物

8. 土壤碳循环,对全球变暖的影响

　　土壤碳循环,对全球变暖的影响
  　　由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林生态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地生物圈表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面（土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库）,综述了近10a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点