Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những ước lượng đồng vị về carbon mới đưa vào lớp thực vật và đất trong một thí nghiệm về biến đổi khí hậu kéo dài bốn năm với cây thông Douglas
Tóm tắt
Vì đất là một môi trường chứa carbon lớn và có khả năng hấp thụ CO2 từ khí quyển, việc xác định nguồn carbon của thực vật đưa vào đất là rất quan trọng để hiểu biết về động lực carbon trong hệ sinh thái. Chúng tôi trình bày một phương pháp sửa đổi để định lượng ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu đến nguồn carbon từ thực vật vào đất dựa trên phân tích tỉ lệ 13C:12C (δ13C) với sự tính đến hiện tượng phân ly đồng vị giữa các nguồn carbon và carbon đất mới hình thành. Trong một nghiên cứu kéo dài bốn năm, ảnh hưởng của CO2 và nhiệt độ cao đã được xác định trong các hệ sinh thái cây thông Douglas (Pseudotsuga mensiezii (Mirb.) Franco) tái tạo mà trong đó sử dụng đất bản địa có hàm lượng nitơ thấp. Các mẫu δ13C trong xác thực vật và các tầng đất khoáng đã được đo và so sánh với các mẫu δ13C trong lá sống, rễ mảnh và rễ thô. Từ phân tích hồi quy, chúng tôi đã tính toán sự phong phú đồng vị 13C của carbon đất mới được hòa nhập so với carbon trong lá và rễ lần lượt ở mức 4‰ và 2‰. Những sự phong phú này phải được xem xét khi sử dụng sự thay đổi trong δ13C của đất để tính toán nguồn carbon thực vật vào đất, và có khả năng là một yếu tố chính trong sự gia tăng đồng vị 13C dần dần khi tăng chiều sâu trong các hồ sơ đất. So với tổng hàm lượng carbon trong mỗi lớp đất, tỷ lệ carbon mới từ các sản phẩm quang hợp gần đây trong mỗi lớp đất là 13–15% ở tầng A, 7–9% ở các lớp xác thực vật, và 4% ở các tầng B2 và C. Carbon mới trong tầng A được ước tính đạt 370 g C m−2. Các nồng độ carbon và carbon mới trong các tầng A có mối tương quan (r2=0.78, n=12), nhưng với hệ số 0.356, cho thấy khoảng 36% sự tích lũy carbon ròng trong tầng A đến từ các nguồn qua rễ, sự tiết ra từ rễ hoặc nấm mycorrhizal và 64% carbon từ sự phân hủy xác thực vật bề mặt. Dưới điều kiện tăng trưởng hạn chế nitơ được sử dụng trong nghiên cứu này, cả CO2 và nhiệt độ cao đều không ảnh hưởng đến mô hình lưu trữ carbon trong đất.
Từ khóa
#carbon mới #đồng vị #biến đổi khí hậu #cây thông Douglas #động lực carbon #đấtTài liệu tham khảo
Ågren G I and Bosatta E 1996 Theoretical ecosystem ecology. Cambridge University Press, Cambridge.
Balesdent J and Balabane M 1996 Major contribution of roots to soil carbon storage inferred from maize cultivated soils. Soil Biol. Biochem. 28, 1261–1263.
Balesdent J and Mariotti A 1996 Measurement of soil organic matter turnover using 13C natural abundance. In Mass Spectrometry of Soils. Eds. T W Boutton and S I Yamasaki. pp. 83–111. Marcel Dekker, New York.
Balesdent J, Wagner G H and Mariotti A 1988 Soil organic matter turnover in long-term field experiments as revealed by carbon-13 natural abundance. Soil Sci. Soc. Am. J. 52, 118–124.
Bolinder M A, Angers D A, Giroux M and Laverdière M R 1999 Estimating C inputs retained as soil organic matter from corn (Zea Mays L.). Plant Soil 215, 85–91.
Borghetti M, Vendramin G G and Giannini R 1986 Specific leaf area and leaf area index distribution in a young Douglas-fir plantation. Can. J. For. Res. 16, 1283–1288.
Canadell J G, Pitelka L F and Ingram J S I 1996 The effects of elevated [CO2] on plant-soil carbon below-ground: a summary and synthesis. Plant Soil 187, 391–400.
Canadell J G, Mooney H A, Baldocchi D D, Berry J A, Ehleringer J R, Field C B, Gower S T, Hollinger D Y, Hunt J E, Jackson R B, Running S W, Shaver G R, Steffen W, Trumbore S E, Valentini R and Bond B Y 2000 Carbon metabolism of the terrestrial biosphere: A multitechnique approach for iomproved understanding. Ecosystems 3, 115–130.
Cardon Z G, Hungate B A, Cambardella C A, Chapin F S III, Field C B, Holland E A and Mooney H A 2001 Contrasting effects of elevated CO2 on old and new soil carbon pools. Soil Biol. Biochem. 33, 365–373.
Cheng W 1999 Rhizosphere feedbacks in elevated CO2. Tree Physiol. 19, 313–320.
Ehleringer J R, Buchmann N and Flanagan L B 2000 Carbon isotope ratios in belowground carbon cycle processes. Ecol. Appl. 10, 412–422.
Elzein A and Balesdent J 1995 Mechanistic simulation of vertical distribution of carbon concentrations and residence times in soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 59, 1328–1335.
Giardina C P and Ryan M G 2000 Evidence that decomposition rates of organic carbon in mineral soil do not vary with temperature. Nature 404, 858–861.
Gregorich E G, Ellert B H and Monreal C M 1995 Turnover of soil organic matter and storage of corn residue carbon estimated from natural 13C abundance. Can. J. Soil Sci. 76, 161–167.
Hobbie E A, Tingey D T, Rygiewicz P T, Johnson M G and Olszyk D M 2002a Contributions of current year photosynthate to fine roots estimated using a 13C-depleted CO2 source. Plant Soil 247, 233–242.
Hobbie E A, Gregg J, Olszyk D M, Rygiewicz P T and Tingey D T 2002b Effects of climate change on labile and structural carbon in Douglas-fir needles as estimated by δ13C and Carea measurements. Global Change Biol. 8, 1072–1084.
Hungate B A, Holland E A, Jackson R B, Chapin F S III, Mooney H A and Field C B 1997 The fate of carbon in grassland under carbon dioxide enrichment. Nature 388, 576–579.
Ineson P, Cotrufo M F, Bol R, Harkness D D and Blum H 1996 Quantification of soil carbon inputs under elevated CO2: C3 plants in a C4 soil. Plant Soil 187, 345–350.
Jackson R B, Canadell J, Ehleringer J R, Mooney H A, Sala O E and Schulze E D 1996 A global analysis of root distributions for terrestrial biomes. Oecologia 108, 389–411.
Körner C 2000 Biosphere responses to CO2 enrichment. Ecol. Appl. 10, 1590–1619.
Leavitt S W, Paul E A, Kimball B A, Hendrey G R, Mauney J R, Rauschkolb R, Rogers H, Lewin K F, Nagy J, Pinter P J Jr and Johnson H B 1994 Carbon isotope dynamics of CO2-enriched FACE cotton and soils. Agric. For. Met. 70, 87–101.
Leavitt S W, Pendall E, Paul E A, Brooks T, Kimball B A, Pinter P J Jr, Johnson H B, Matthias A, Wall G W and LaMorte R L 2001 Stable-carbon isotopes and soil organic carbon in wheat under CO2 enrichment. New Phytol. 150, 305–314.
Lekkerkerk L, Lundkvist H, Ågren G I, Ekbohm G and Bosatta E 1990 Decomposition of heterogeneous substrates: an experimental investigation of a hypothesis on substrate and microbial properties. Soil Biol. Biochem. 22, 161–167.
Lin G, Ehleringer J R, Rygiewicz P T, Johnson M G and Tingey D T 1999 Elevated CO2 and temperature impacts on different components of soil CO2 efflux in Douglas-fir terracosms. Glob. Change Biol. 5, 157–168.
Lin G, Rygiewicz P T, Ehleringer J R, Johnson M G and Tingey D T 2001 Time-dependent responses of soil CO2 efflux components to elevated atmospheric [CO2] and temperature in experimental forest mesocosms. Plant Soil 229, 259–270.
Loiseau P and Soussana J F 1999 Elevated [CO2], temperature increase and N supply effects on the turnover of below-ground carbon in a temperate grassland ecosystem. Plant Soil 210, 233–247.
Luo Y and Reynolds J F 1999 Validity of extrapolating field CO2 experiments to predict carbon sequestration in natural ecosystems. Ecology 80, 1568–1583.
Malhi Y, Baldocchi D D and Jarvis P G 1999 The carbon balance of tropical, temperate and boreal forests. Plant Cell Environ. 22, 715–740.
Molina J A E, Clapp C E, Linden D R, Allmaras R R, Layese M F, Dowdy R H and Cheng H H 2001 Modeling the incoporation of corn (Zea mays L.) carbon from roots and rhizodeposition into soil organic matter. Soil Biol. Biochem. 33, 83–92.
O'Leary M 1988 Carbon isotopes in photosynthesis. Bioscience 38, 328–336.
Olszyk D M and Tingey D T 1996 Environmental modification and shoot growth in a closed ecosystem to evaluate long-term responses of tree seedlings to stress. Acta Hort. 440, 129–134.
Olszyk D M, Wise C, VanEss E and Tingey D 1998 Elevated temperature but not elevated CO2 affects stem diameter and height of Douglas-fir seedlings: Results over three growing seasons. Can. J. For. Res. 28, 1046–1054.
Olszyk D M, Johnson M G, Tingey D T, Rygiewicz P T, Wise C, VanEss E, Benson A, Storm M J and King R 2003 Whole seedling biomass allocation, leaf area and tissue chemistry for Douglas-fir exposed to elevated CO2 and temperature for four years. Can. J. For. Res. 33, 269–278.
Qian J H and Doran J W 1996 Available carbon released from crop roots during growth as determined by carbon-13 natural abundance. Soil Sci. Soc. Am. J. 60, 828–831.
Rogers H H, Runion G B and Krupa S V 1994 Plant responses to atmospheric CO2 enrichment with emphasis on roots and the rhizosphere. Environ. Pollut. 83, 155–189.
Rygiewicz P T, Martin K A and Tuininga A R 2000 Morphological diversity of ectomycorrhizas on Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii Mirb. Franco) seedlings grown under elevated atmospheric CO2 and temperature. Oecologia 124, 299–308.
Schlesinger W H and Lichter J 2001 Limited carbon storage in soil and litter of experimental forest plots under increased atmospheric CO2. Nature 411, 466–469.
Tingey D T, McVeety B D, Waschmann R, Johnson M G, Phillips D L, Rygiewicz P T and Olszyk D M 1996 A versatile sunlit controlled-environment facility for studying plant and soil processes. J. Env. Qual. 25, 614–625.
Treseder K K and Allen M F 2000 Mycorrhizal fungi have a potential role in soil carbon storage under elevated CO2 and nitrogen deposition. New Phytol. 147, 189–200.
van Dam D, Veldkamp E and van Breemen N 1997 Soil organic carbon dynamics: variability with depth in forested and deforested soils under pasture in Costa Rica. Biogeochemistry 39, 343–375.
Van Kessel C, Nitschelm J, Horwath W R, Harris D, Walley F, Lüscher A and Hartwig U 2000 Carbon-13 input and turn-over in a pasture soil exposed to long-term elevated atmospheric CO2. Glob. Change Biol. 6, 123–135.