北方农田土壤固碳减排能力对CO2浓度升高的响应研究

农田生态系统既是重要的温室气体排放源，也是巨大的碳库。随着社会经济的发展，大气中CO2的浓度仍将继续增加。因此，正确理解CO2浓度升高条件下，农田土壤固碳量和温室气体排放的变化规律，对于评价我国未来农田土壤固碳潜力和温室气体排放量具有重要的意义。本研究依托中-澳MiniFACE试验平台，以北方典型的冬小麦生态系统为研究对象，采用田间试验和室内分析相结合的方法，对比研究自由大气CO2浓度升高和常规自由大气条件下，农田土壤有机碳的动态变化和温室气体排放量的变化规律，明确CO2浓度升高对农田土壤碳储量和温室气体排放的影响，分析土壤-小麦体系的碳、氮养分运移与土壤有机碳固定和温室气体排放之间的关系，阐明农田土壤有机碳和温室气体排放对CO2浓度升高的响应特征，探讨CO2浓度升高对农田土壤固碳减排能力的影响机制，为预测我国未来农田土壤固碳量和温室气体排放量提供科学依据。

以当前的温室气体排放速率估算，到2100年大气中二氧化碳(CO2)的浓度将升高到700mol mol–1。农田生态系统作为重要的温室气体排放源，也是巨大的碳库，因此正确理解CO2浓度升高条件下，农田土壤固碳量和温室气体排放的变化规律，对于评价我国未来农田土壤固碳潜力和温室气体排放量具有重要的意义。本研究以北方典型的冬小麦生态系统为研究对象，采用田间试验和室内分析相结合的方法，对比研究自由大气CO2浓度升高(550  17 mol mol–1)和常规自由大气条件下(415  16 mol mol–1)，农田固碳减排能力的变化趋势。与对照相比，CO2浓度升高使冬小麦农田氧化亚氮（N2O）排放显著增加了21-36%。CO2浓度升高升高条件下，冬小麦成熟期0-10 and 10-20 cm 土层的土壤全氮含量显著降低，同时成熟期和灌浆期土层的土壤的铵态氮含量也显著降低，而孕穗期和成熟期的土壤硝态氮含量显著增加。CO2浓度升高显著增加了灌浆期小麦茎以及成熟起叶鞘和颖壳的氮含量，但是降低了灌浆期籽粒中的氮含量。CO2浓度升高显著增加了灌浆期的叶片和茎以及成熟期的颖壳、叶鞘和籽粒的的氮累积吸收量。研究结果表明，以当前的氮素施肥水平，北方冬小麦生态系统的未来N2O 排放量将增加。研究结果指出，CO2浓度升高将促进植株对氮素的吸收并增加农田N2O 排放，因此可能需要额外的氮素来维持冬小麦生态系统中土壤和植株间的氮素平衡。