《大气中的CO2含量高时,草地更容易从热浪和干旱中恢复》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 金慧敏
  • 发布时间:2016-06-14
  • 极端气候事件如热浪和干旱,会影响陆地生态系统固碳能力。近日,法国INRA和CNRS研究人员在蒙彼利埃生态气候室进行了一次大规模实验来研究这个问题。利用永久性山地草原样方,他们得到了一个意想不到的发现:大气中的CO2水平升高,有助于草原从极端气候事件中恢复并限制水分胁迫带来的负面影响。本文在线发表在PNAS上,它充分检验了研究气候变化时生态系统相互作用的重要性。

    从现在到本世纪末,由于气候变化的结果,法国将经历一个极端气候事件数量和严重程度的增加时期,如热浪和干旱。这些事件将会对生态系统产生负面影响,尤其是法国奶牛和肉牛的重要资源--草原对干旱敏感。例如,因为富含碳的有机质可能会流失,所以土壤质量可能会下降。

    然而,讽刺的是,大气中CO2水平的升高可能会帮助缓和气候变化的负面影响。事实上,植物需要二氧化碳用于光合作用。天然气也有助于提高植物的耐旱性,有助于土壤有机质的积累。即使直到最近,极端气候事件中较高水平CO2带来的好处是否会一直保持仍然不得而知。然而,INRA和CNRS的研究人员已经发现答案,他们在蒙彼利埃城市生态气候室进行了大规模的实验。在法国奥弗涅地区取了48个面积1m2、深度60cm的山地草原大样本。然后,他们进行不同的实验处理,以测试温度、降雨、大气中CO2和严重干旱、热出现与否的影响。对目前和2050年发生热和干燥条件进行了预测比较。

    研究表明,干旱和热浪模拟期间,大气中的CO2水平的升高,有助于缓冲草原植物种受到的水热胁迫影响,使他们能够保持生理功能。根系生长受到刺激,允许植物从土壤中获取更多的水分和养分,一旦外部条件恢复正常就会促进再生。

    当涉及到净碳同化时,研究人员发现,与CO2水平增加的相关好处完全抵消了极端气候事件带来的负面影响。结果表明,在研究气候变化的潜在影响时,充分调查生态系统的相互作用是至关重要的。结果还表明,大气中的二氧化碳水平的增加,可以提高土壤有机质和草原生态系统的应变能力,从而限制了干旱和热浪对畜牧业系统的影响。然而,这些研究结果并非针对反复的极端事件导致的累积影响,这是需要使用建模方法加以检验的问题。

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    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:金慧敏
    • 发布时间:2015-08-28
    • “变化环境中的土壤和水分”研究课题,由欧盟委员会环保总局资助,课题收集土壤和水分之间的动态信息,尤其侧重于土壤持水(SWR)。 土壤持水力可以定义为土壤捕获、储存和/或释放水的能力。这是土壤的一个关键特性,也是水循环的重要组成部分,它极大地影响着土壤的功能和提供一系列生态系统产品和服务的能力,对人类活动(如农业)和自然(如提供栖息地不同物种)至关重要。它在很大程度上通过土壤类型进行定义,例如不同质地、有机质含量,结构或深度。此外,还土地利用类型和不同的管理方式也显著影响着它的能力。 对欧洲土壤当前面临主要威胁的简要分析就足以看出,这些土壤威胁通常与持水有密切联系。例如,侵蚀更可能发生于干燥土壤。而较高的压实或板结阻止水渗入土壤中,从而减少土壤持水能力。目前欧洲层面已经感觉到改变土壤的持水力与不断变化的气候模式造成的影响后果,一些地区影响尤其大。特别是在2002年、2013年中东欧和2007年、2014年西欧发生的特大洪水,更加紧迫地要求我们更好地考虑经济发展对土壤持水能力和生态系统自然恢复能力的影响。 研究表明,在土地利用总体规划、城市设计、农业和林业部门维持甚至提高土壤的持水性并减少相关损失费用方面是存在很多机会的。这对地中海国家显得尤为重要,这些地区特别脆弱,受到土壤板结高(如人口密集、工业区)或诸如沿海地区的城市化快速扩张的影响。农业部门在同一土地利用类型上开展多种多样的农业实践活动,代表了一个重要的机会,许多有益的做法更显示整个了整个欧盟未开发的发展潜力。 确定的主要原则举例如下: • 限制将高土壤持水容量土地利用类型(森林,草原,湿地等)向低持水容量容量(农业用地,城镇等)土地利用类型转变,特别是城市扩张; • 防止在洪泛区开发建筑,并阻止任何可能对自然河道形成的障碍的建筑或工程,不能仅以保护人口稠密区域为评判借口; • 在农业区保持半自然区和草地,使它作为大尺度景观斑块的一部分,并为绿色基础设施,并对其相邻地区植被恢复提供调节生态系统服务与其他土地用途; • 通过有机物修正和作物残茬管理,促进有机物回归土壤。然而,前者可能由于硝酸盐浓度而受限,而后者在增加生物燃料需求中过程可能比较困难。 • 在设计轮作时,要对土壤持水问题进一步集成,这在欧盟仍然保持相对未开发状态,却表明实施其它替代作物和土壤管理实践的巨大机遇 •发展一体化和紧凑型城市,维护和管理绿地,以提高强降水过程中的临时蓄水,并提供行蓄洪区空间。棕色地带或其他废弃地恢复成绿地也是一个很有前途的方向; •促进发展透水路面和可持续排水系统,降低对强降雨事件的响应。 “变化环境中的土壤和水分”报告指出土壤和水分是直接或间接地影响到我们日常活动的两个关键资源。直到最近,土壤仍一直主流地研究其农业生产功能背景,却没有关注健康的土壤能提供更多的产品、服务和社会功能如:防洪和维护自然景观。水对土壤所有的供应、调节、支持和提供文化服务是必需的。 管理不善和/或高强度利用土地和水将自然资本的维护和恢复能力置于风险之中。欧盟的经济日益依赖技术和创新来应对环境恶化,而不是优化欧盟的环境所提供的生态系统服务。例如在农业部门,可以大量使用灌溉和排水,以应付土壤水文功能退化。在城市环境中,暴雨水渠道等水利工程允许将洪水连接到具不透水表面的雨水径流通道的风险策略。 报告指出欧盟政策还未完全认识到保护土壤对水循环的重要作用,特别是土攘持水力的作用。土壤和水常被视为各自独立的学科,虽然综合了土壤和水的管理方法出现在欧盟,如“洪水指令”(2007)、通信“解决水资源短缺的挑战和干旱”和土壤保护方面的“土壤保护和草案框架指令主题战略”。 如今,大量研究刊物调查土壤水分动态变化的问题。虽然他们阐明了土壤水分的一些科学问题,但对土壤持水性整体认识仍然是分散的,且在欧盟和成员国层面、成因与环境、社会、经济和政治影响方面没有对土壤持水的清晰总览。因此仍有必要探讨这些方面,并在全球的角度向决策者和社会公众进行解释,特别是更好地了解土壤持水机制和驱动力将使政策制定和利益相关者能够做出关于如何维持、恢复或改善土壤持水力的明智决定。 研究目标: 本研究旨在弥合科学—政策差距,并通过收集和综合现有的资料信息增加关于土壤持水力的当前证据基础。通过关键信息和建议,本研究进一步帮助政策制定者采取适当的行动,维持或恢复土壤持水。 总体而言,它的目的是回答以下问题: 1、什么是土壤持水力,它是如何工作的? 2、为什么很重要? 3、欧盟的主要趋势是什么? 4、土壤持水容量降低的环境和社会经济影响是什么? 5、这些趋势的背后关键驱动因素是什么,哪些实践可以提高土壤持水力? 报告结构: 除了本章引言部分,报告把分析内容分为五个章节和结论。 第1章定义土壤持水力的概念,并通过发生在土壤表面和土壤内(储存和释放)的动态解释了它的机制。它也通过它提供的生态系统服务解释了为什么这片土壤的功能对环境、人类健康和福祉以及经济是至关重要的。 第2章描述了土壤中捕获、储存和释放水的能力在物理、化学、生物和与水有关的参数中的作用,也指出了实现这一功能和潜在影响力的可能相关威胁。 第3章解释了人为驱动力如何通过修改第2章特定的参数改变土壤持水力。特别是它探讨了土地利用变化、农业和林业实践活动、城市规划和设计以及气候变化的影响,以确定和突出最佳的实践活动。 第章4介绍了欧盟过去、现在和未来的土壤持水力发展趋势,并考虑到欧盟水可获得性和水利用方面趋势,对他们进行了讨论。 第5章通过土壤持水力对洪水和干旱以及在城市、农业、森林和草原发生影响地区的相关损失,介绍了其在欧盟的经济含义。 结论突出了关键信息以及研究需求和对政策制定者良好做法的建议。 在本报告的分析和方法等其它细节设置在附件。 附件1提供在研究过程中调查了案例研究的概述。它被涉及正文案例研究的数目; 附件2提供了对一些参数和土壤持水力驱动器的进一步科学信息; 附件3假借现在和未来土壤持水力发展趋势的估计,提供完整的信息来源、方法和主要假设的描述, 附件4提供信息来源和经济影响估计主要方法的说明; 附件5提供研究期间咨询专家列表。 《Soil and water in a changing environment》全文链接地址:http://ec.europa.eu/environment/soil/pdf/Soil%20and%20Water.pdf
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    • 来源专题:大气污染防治
    • 编译者:APC
    • 发布时间:2020-07-06
    •  当今大气中的二氧化碳(CO2)浓度,达到很长时间以来的最高值。据近日发表在《地质学》期刊上的一项最新研究,科学家发现当今大气CO2浓度超过了过去2300万年的最高纪录,且其飙升的速度也前所未有。  自从工业化以来,人类不断升级发展需求,温室气体的排放越来越强劲。长期研究表明,从19世纪初开始,CO2浓度急剧上升,这一时间点就在工业革命的前后。目前,CO2被认为是温室效应最强的污染物之一,而CO2浓度升高与气候变化密切相关。目前,已有的直接记录可以追溯到几百年前,但在这之前,情况就非常模糊了。科学家们钻出的冰芯,可以让人们“看”到远在270万年前的情景——当时的CO2浓度还不到300ppm。  此次最新研究中,美国路易斯安那州立大学的研究人员将目光投向了更远的时间,追溯到2300万年前。团队通过研究古代植物的化石遗骸来实现这一目标。因为当植物生长时,它们会从大气中吸收CO2,植物的组织会保留某些稳定的碳同位素,尤其是碳-12和碳-13。当这些植物变成化石后,科学家们就可以研究同位素的含量,以确定植物生长时的CO2浓度。  研究团队通过这一方法发现,在整个2300万年的时间里,CO2浓度大多在230ppm到350ppm左右波动。这远远低于现代水平。研究同时发现,在过去的漫长岁月里,CO2浓度从未像我们现在所经历的这样,如此剧烈地攀升。  研究人员指出,在过去2300万年中,变暖事件都与CO2浓度的上升幅度有关,其中包括发生在1500万到1700万年前的中新世中期,以及300万到500万年前的上新世中期。  去年5月,夏威夷的莫纳罗阿天文台测量的数据显示,CO2浓度创下了415.26ppm的新高,该浓度也是人类历史上最高。如今这项最新研究,进一步证明了当前人类所面临挑战的严重性。  总编辑圈点  与新冠肺炎疫情一样,气候变化是全球面临的另一个重大挑战。此类难题有个共同点:它们并非仅影响某个地区、某一群人,而将影响全人类的命运;同时,解决它们又需要每一个人观念的改变以及付诸行动。可以说,它们是对人类智慧的真正考验。要想破题,必须从短期利己主义中跳脱出来,用长远目光和大局意识去审视现状,寻找应对策略,在合作之中推进问题的解决。