氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳氮過程的影響

鄒建文 熊正琴

氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳氮過程的影響

鄒建文 熊正琴

氣候變化包含地球歷史上發(fā)生的各種或冷或熱的變化，但目前所討論的氣候變化主要是指自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，人類大量排放二氧化碳等氣體所造成的全球變暖現(xiàn)象。全球變暖問題是指大氣成分發(fā)生變化導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，使地球平均氣溫異常升高并由此引發(fā)的一系列環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等問題。大氣溫室氣體濃度增加與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮等元素生物地球化學(xué)循環(huán)過程緊密關(guān)聯(lián)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人為干預(yù)下的生態(tài)系統(tǒng)，是以大量物質(zhì)能量投入的集約化生產(chǎn)為特征，每年從生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)移出收獲物，同時(shí)施入有機(jī)肥和化學(xué)肥料，因此具有額外的碳氮循環(huán)途徑和通量，其受氣候變化的強(qiáng)烈影響。本文旨在總結(jié)有關(guān)氣候變化對(duì)農(nóng)田碳氮循環(huán)影響研究的已有認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上提出我國(guó)進(jìn)一步開展氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)過程影響研究的幾點(diǎn)建議。

一、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳氮過程

作物經(jīng)過光合作用吸收大氣中CO2成為初級(jí)總生產(chǎn)力(GPP)，其中一部分通過作物暗呼吸作用(RA)和揮發(fā)性有機(jī)碳(VOC)損失成為初級(jí)凈生產(chǎn)力(NPP)。土壤有機(jī)質(zhì)降解形成的土壤異養(yǎng)呼吸進(jìn)一步損失NPP中的部分C，在土壤-作物生態(tài)系統(tǒng)尺度上，這就是生態(tài)系統(tǒng)凈交換(NEE)。一部分可溶性C隨著水分運(yùn)移而損失即DIC和DOC，從而形成生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力(NEP)。由于作物收獲H、焚燒F等管理措施從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)帶走大量C，同時(shí)部分秸稈還田等有機(jī)肥M施用帶入C，最終形成生物群落凈生產(chǎn)力NBP，在長(zhǎng)期時(shí)間尺度上就表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳SOC的改變量。N循環(huán)與C循環(huán)相偶聯(lián)，多了從土壤中吸收N這個(gè)途徑。除了豆科作物和共生固氮作物可以部分吸收利用大氣N2外，其余作物還包括外源化學(xué)N肥和有機(jī)N肥的投入。

二、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1、氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)過程的影響具有明顯的時(shí)間效應(yīng)

一般認(rèn)為氣候變化導(dǎo)致土壤有機(jī)碳輸入和土壤呼吸都會(huì)有所增加，兩者引起土壤有機(jī)碳庫(kù)的變化。因此，土壤有機(jī)碳庫(kù)的變化取決于兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，當(dāng)土壤碳輸入量的增加超過土壤呼吸時(shí)，土壤有機(jī)碳庫(kù)增加。土壤有機(jī)質(zhì)積累與降解之間需要幾十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到新的平衡狀態(tài)，因此只有通過長(zhǎng)期田間試驗(yàn)才能驗(yàn)證[CO2]升高下土壤有機(jī)質(zhì)是否真實(shí)積累。生態(tài)系統(tǒng)中C、N庫(kù)大小是逐步改變的，包含重要的時(shí)間要素。在[CO2]升高下即使光合作用不變，生態(tài)系統(tǒng)C積累速率也會(huì)隨著呼吸作用的逐漸加快而逐漸減少。呼吸作用通常與C庫(kù)大小成比例：微生物和根毛等C庫(kù)周轉(zhuǎn)速率快，且?guī)煨?，短時(shí)間就可達(dá)到新的平衡；木質(zhì)素和土壤中老腐殖質(zhì)等生命周期長(zhǎng)的庫(kù)，庫(kù)通常很大且變化緩慢，需要幾十年到幾千年不等的時(shí)間積累C、N來達(dá)到新的平衡，CO2短期試驗(yàn)很難發(fā)生統(tǒng)計(jì)上顯著的改變。因此，庫(kù)的大小和生命周期的長(zhǎng)短對(duì)土壤碳庫(kù)和養(yǎng)分有效性的動(dòng)態(tài)過程起著決定作用。

關(guān)于氣候變化下自然生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯效應(yīng)，很多研究觀察到不同的甚至相反的研究結(jié)果。絕大多數(shù)報(bào)道認(rèn)為，[CO2]升高碳固定增加，但是溫度升高導(dǎo)致土壤呼吸加快，有機(jī)質(zhì)礦化增加，二者相互抵消，凈碳匯效應(yīng)不顯著。有許多研究表明，[CO2]升高直接促進(jìn)植物光合作用，光合產(chǎn)物的20-50%便通過根系分泌與凋落物輸入土壤，根際沉淀及植物殘?bào)w增加引起土壤SOM庫(kù)增加。de Graaff 等總結(jié)[CO2]增加試驗(yàn)表明，[CO2]升高下，微生物生物量C和土壤呼吸分別增加了7.1%和17.7%，但是同時(shí)植物地上部和地下部生物量分別增加了21.5%和28.3%，因此由于C輸入增加引起土壤C含量仍以每年1.2%的速率增加。據(jù)Langley等普遍認(rèn)為，[CO2]增加對(duì)土壤碳庫(kù)表現(xiàn)出初始激發(fā)效應(yīng)，由于微生物活性增加加速SOM分解，土壤碳減少。Xie等和Niklaus等表明，長(zhǎng)期[CO2]升高下土壤碳庫(kù)通常沒有明顯改變。關(guān)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯效應(yīng)研究極少，尤其是長(zhǎng)期田間試驗(yàn)，缺乏氣候變化各因子綜合作用下的研究報(bào)道。

普遍認(rèn)為，[CO2]升高影響土壤生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)，在[CO2]升高長(zhǎng)期試驗(yàn)條件下土壤氮素有效性逐年降低。[CO2]促進(jìn)植物吸收氮素的作用隨著時(shí)間的推移而下降，土壤氮固持作用最初增加繼而下降。在[CO2]升高下，生態(tài)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一系列短期和長(zhǎng)期機(jī)制來阻止或減緩?fù)寥鲤B(yǎng)分限制性現(xiàn)象。短期機(jī)制包括N在各庫(kù)之間的再分配，在植物組織和土壤有機(jī)質(zhì)中增加C:N比，增加根毛和菌根對(duì)土壤N的攫取。長(zhǎng)期機(jī)制包括增加N生物固定、減少N淋失和土壤中氣態(tài)N損失，增加對(duì)大氣沉降N吸收，從而影響N供給總量。土壤氮素有效性的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)可能被短期過程所掩蓋，例如改變N生產(chǎn)效率，或N從C:N比低的土壤有機(jī)質(zhì)庫(kù)轉(zhuǎn)移到C:N高的木材生物質(zhì)庫(kù)。[CO2]增加下N在不同C:N比庫(kù)間重新分配就可增加生態(tài)系統(tǒng)中單位N的C固定量。因此需要長(zhǎng)期試驗(yàn)來證明生態(tài)系統(tǒng)碳氮過程的土壤養(yǎng)分限制性是否發(fā)生。

2、氣候變化加速農(nóng)田土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)，改變碳氮組分

土壤呼吸作用強(qiáng)度反映土壤有機(jī)質(zhì)分解及土壤養(yǎng)分有效性。已有研究表明，土壤生物大部分都是異養(yǎng)型，依賴于植物源有機(jī)碳的輸入，[CO2]升高增加土壤中有機(jī)碳的輸入，為土壤微生物提供更多的可降解底物，促進(jìn)微生物活性，因而土壤呼吸作用增強(qiáng)。據(jù)Zak等報(bào)道，微生物呼吸強(qiáng)度對(duì)于禾草狀、草本和木本植物土壤分別增加34%、34%和20%。據(jù)Pendall等等報(bào)道，在春小麥旺盛生長(zhǎng)時(shí)期，F(xiàn)ACE處理下土壤呼吸增加了40-70%；通過穩(wěn)定性同位素法進(jìn)一步鑒定在作物生長(zhǎng)前，土壤呼吸100%來自原有有機(jī)質(zhì)分解，而在作物旺盛生長(zhǎng)期只占35-40%。

土壤呼吸作用強(qiáng)弱不僅取決于向地下的C輸入，還受到土壤N有效性的影響。大氣[CO2]升高可以加速地上植被對(duì)氮的吸收，同時(shí)也增加微生物可利用碳量，導(dǎo)致土壤可利用氮含量降低，從而增強(qiáng)了土壤氮素對(duì)微生物的限制性，降低微生物呼吸作用。而土壤C、N供應(yīng)充足，土壤呼吸作用會(huì)增強(qiáng)、N礦化速率增加。因此，提高大氣[CO2]可以改變植物與土壤微生物間的交互作用，可以通過提高植物對(duì)氮的吸收來限制土壤微生物的分解作用。土壤呼吸作用強(qiáng)度可以作為土壤微生物總的活性指標(biāo)。[CO2]升高對(duì)土壤中微生物群體結(jié)構(gòu)的影響是多方面的，短期效應(yīng)由于植物凋落物和根際沉淀增加了土壤微生物底物供應(yīng)可能表現(xiàn)為促進(jìn)作用，但長(zhǎng)期效應(yīng)由于土壤養(yǎng)分虧缺會(huì)表現(xiàn)為抑制效應(yīng)。

生態(tài)系統(tǒng)增溫對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)過程的影響研究十分有限。模型研究表明，增溫對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程影響的時(shí)空變異性將顯著高于[CO2]增加。已有研究表明，土壤呼吸隨著溫度的增加而增加，但其它生態(tài)過程比如甲烷產(chǎn)生率、甲烷氧化率、氮轉(zhuǎn)化率、氮損失率、凈碳通量、植物生產(chǎn)力等對(duì)溫度升高的響應(yīng)還沒有明確結(jié)論。Rustad等綜合了全球變化和陸地生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)增溫研究網(wǎng)絡(luò)（GCTE-NEWS）2-9年內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)增溫試驗(yàn)（0.3-0.6℃），發(fā)現(xiàn)土壤呼吸增加20%，凈N礦化速率增加46%，植物凈初級(jí)生產(chǎn)力增加19%。Bond-Lamberty和Thomson總結(jié)表明，自然生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸在1989-2008間以每年0.1%的速度遞增，溫度升高引起了明顯的正反饋效應(yīng)，但尚不能區(qū)分土壤呼吸的增加是來自植物根系呼吸還是土壤原有有機(jī)質(zhì)分解。

不同組分土壤有機(jī)質(zhì)之間周轉(zhuǎn)周期差異很大，因此在土壤中的穩(wěn)定性和生命周期差異顯著。在大氣[CO2]升高下，植物組織的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，植被凋落物質(zhì)量下降，含氮量降低，C/N升高，單寧、木質(zhì)素類化合物含量增加，分解速度減緩。de Graaff等總結(jié)[CO2]增加試驗(yàn)表明，[CO2]升高下，總N固持作用增加了22%，而總和凈N礦化速率則保持不變，微生物量N和土壤C:N比分別增加了5.8%和3.8%，推測(cè)[CO2]升高有利于短期土壤碳固定。Feng等用PLFA方法在分子水平上表明，在[CO2]升高和氮肥施用共同影響下，微生物群落組成改變，施氮后短期效應(yīng)促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)分解。

3、長(zhǎng)時(shí)間尺度上[CO2]升高的施肥效應(yīng)受土壤養(yǎng)分的限制

[CO2]升高下土壤-植物系統(tǒng)之間的養(yǎng)分循環(huán)是否會(huì)改變，或者將如何改變，以及這種改變對(duì)土壤碳匯的生態(tài)服務(wù)功能有何指示意義，對(duì)此國(guó)際上許多學(xué)者進(jìn)行了研究。如前所述，[CO2]升高在短期內(nèi)促進(jìn)土壤呼吸，加快養(yǎng)分周轉(zhuǎn)，土壤養(yǎng)分有效性提高。但許多試驗(yàn)表明，生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力由于[CO2]升高下土壤氮循環(huán)能力下降而下降。在[CO2]試驗(yàn)中火炬松森林冠層光合作用升高40%，NPP增加20-32%，木質(zhì)生物質(zhì)升高4%，有機(jī)質(zhì)層及地表30厘米礦質(zhì)土壤碳含量上升24%，長(zhǎng)周期植物生物質(zhì)和SOM庫(kù)中碳固定的大量增長(zhǎng)使得這些庫(kù)中氮的吸收和固定增加，兩庫(kù)氮量比對(duì)照多了6.3gN/m2，大于該時(shí)間段內(nèi)氮的大氣沉降及生物固定，導(dǎo)致森林中氮素明顯虧缺。[CO2]升高下總N固持作用和植物吸收增加，但微生物N不變，說明土壤微生物氮周轉(zhuǎn)速度加快可以補(bǔ)償總N固持作用對(duì)土壤氮素有效性的影響。Niklaus等研究表明,[CO2]增加加快土壤氮循環(huán)以緩解土壤可利用氮對(duì)微生物活動(dòng)的限制作用。

[CO2]升高下，土壤C:N比增加，生物固氮效率也逐年降低；在不施肥處理中由于微生物固持作用植物產(chǎn)生了對(duì)[CO2]升高的適應(yīng)性，只有額外施用養(yǎng)分才能在長(zhǎng)時(shí)間尺度上發(fā)揮土壤碳匯的作用。根據(jù)Hartwig和Sadowsky總結(jié)報(bào)道，在[CO2]升高下生物固氮作用通常隨著植物氮需求的增加而增加，繼而受到土壤氮素有效性的限制而減少，具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，主要與[CO2]增加下葉中Fe、Mo含量降低有關(guān)。綜合驗(yàn)證土壤養(yǎng)分限制性需要在大田[CO2]升高長(zhǎng)期試驗(yàn)中反復(fù)測(cè)定生態(tài)系統(tǒng)碳氮供求的動(dòng)態(tài)變化。

4、氣候變化和養(yǎng)分管理對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)過程的影響具有交互作用

對(duì)于每年帶走大量收獲物的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，開展養(yǎng)分有效性的研究和管理就更為重要了。如前所述，個(gè)別研究報(bào)道認(rèn)為，[CO2]升高下凋落物分解速度加快，生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)加快，土壤養(yǎng)分有效性升高。多數(shù)研究者認(rèn)為[CO2]升高下碳輸入增加主要用于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，從而土壤養(yǎng)分有效性降低，施用外源氮肥則可以抵消養(yǎng)分有效性降低的影響，[CO2]升高與氮肥施用存在交互作用。[CO2]升高并供應(yīng)氮可加速碳循環(huán)，若在低氮和高[CO2]下，土壤碳庫(kù)周轉(zhuǎn)變慢。Niboyet等研究表明，[CO2]和氮肥施用對(duì)農(nóng)田氮循環(huán)存在明顯的交互作用，尤其是土壤硝化潛勢(shì)，受到[CO2]和高氮水平的正向交互促進(jìn)作用，總礦化速率也受到[CO2]和高氮水平的顯著促進(jìn)作用，但是硝化總量并不受到[CO2]和氮肥施用的影響。在高氮條件下[CO2]增加促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用更加顯著，在氮脅迫時(shí)高[CO2]對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用消失。de Graaff等總結(jié)表明，高氮水平下，[CO2]增加植物地上部和地下部生物量分別增加了20.1%和33.7%，土壤C含量則增加了2.2%yr-1；但在低氮水平下，[CO2]增加植物地上部和地下部生物量分別增加了8.8%和14.6%，土壤C含量則沒有改變；只在高氮供給條件下，土壤C、N都增加，微生物活性、微生物生物量C和微生物呼吸都增加更多；只有供應(yīng)其他養(yǎng)分，[CO2]增加處理中氮的生物固持作用才增加。

[CO2]增加下養(yǎng)分狀況對(duì)作物的影響在生長(zhǎng)后期表現(xiàn)更加顯著，同時(shí)受到土壤水分狀況的影響。Kimball等發(fā)現(xiàn)在土壤N和水分充足時(shí)FACE處理小麥谷物N含量平均降低3%，在土壤水分不足時(shí)降低約4%，在土壤低N條件下降低9%。在水分和養(yǎng)分充足下，[CO2]升高使禾本科C3植物葉片N含量平均減少9%，但土壤含N量低時(shí)，葉片N含量平均降低16%，F(xiàn)ACE圈內(nèi)盆栽試驗(yàn)黑麥草地上部分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期N含量減少9%，生殖生長(zhǎng)期卻減少了近20%。

[CO2]升高、溫度升高、養(yǎng)分管理等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程的影響具有顯著的交互作用。植物生物量在全球各大洲均隨氣候變暖而增加，但在水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足時(shí)這種響應(yīng)程度降低。[CO2]升高后降低植物蒸騰速率，植物氣孔開度減小，水分利用效率提高，土壤濕度增加，尤其是當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于季節(jié)性干燥環(huán)境中時(shí)。在水分脅迫條件下FACE圈內(nèi)禾本科C4植物高粱產(chǎn)量要比對(duì)照高約25%，在水分充足條件下產(chǎn)量反而略有降低。溫度、水分和[CO2]各因素之間對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響具有復(fù)雜的交互作用。

絕大多數(shù)報(bào)道認(rèn)為，[CO2]升高碳固定增加，但是溫度升高導(dǎo)致土壤呼吸加快，二者相互抵消，因此凈碳匯效應(yīng)不顯著。同時(shí)植物生長(zhǎng)則受到養(yǎng)分有效性的制約，因此碳匯的大小和方向主要取決于土壤養(yǎng)分的有效性。光合作用和氮生物固持作用之間具有明顯的相互依存關(guān)系?？傮w而言，大氣[CO2]升高下植物光合作用增強(qiáng)。全球變暖下植物光合作用速率加快，植被生物量提高，同時(shí)土壤呼吸作用增強(qiáng)。氮肥水平通過改變植物C/N比、改變凋落物分解速率，進(jìn)而影響土壤呼吸。土壤有機(jī)碳庫(kù)的變化取決于土壤有機(jī)質(zhì)積累與降解之間兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，需要幾十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到新的平衡狀態(tài)，因此只有通過長(zhǎng)期田間試驗(yàn)才能驗(yàn)證氣候變化下土壤有機(jī)質(zhì)是否真實(shí)積累。

關(guān)于未來氣候變化升溫和[CO2]升高同時(shí)存在下土壤生態(tài)系統(tǒng)碳氮過程的研究十分有限。升溫和[CO2]升高同時(shí)存在加劇了與之相關(guān)的溫度和降水地區(qū)分布差異，對(duì)不同地區(qū)的影響甚至完全不同，尤其是對(duì)中高緯度地區(qū)的影響將更加復(fù)雜，氣候變化下正確理解區(qū)域差異顯得十分重要。

5、土壤養(yǎng)分有效性制約著氣候變化背景下農(nóng)田碳匯和生產(chǎn)力功能

[CO2]升高由于植物生物量增加向土壤輸入的C增加，從而決定了土壤碳匯作用大小，而植物生長(zhǎng)則受到養(yǎng)分有效性的強(qiáng)烈制約。土壤氮素供給對(duì)陸地碳匯的調(diào)控作用仍然是全球生物地球化學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)非常有爭(zhēng)議的話題，這將影響對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、大氣[CO2]和氣候變化的反饋調(diào)節(jié)等的正確認(rèn)識(shí)。Luo等從生態(tài)系統(tǒng)學(xué)角度提出了用于研究C-N交互作用的基本理論框架即N素限制性(PNL)，可更好地預(yù)測(cè)土壤N素調(diào)控土壤C固定。在此以土壤氮素供給為典型代表來闡述土壤養(yǎng)分有效性的影響，提出養(yǎng)分限制性理論框架。許多試驗(yàn)研究已經(jīng)觀察到，在氣候變化條件下N供給限制了生態(tài)系統(tǒng)C吸收。[CO2]升高下，生態(tài)系統(tǒng)C流入量增加，通過激發(fā)兩個(gè)關(guān)鍵性過程來來調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期N素動(dòng)態(tài)。一是為滿足植物生長(zhǎng)增加的N需求增加；二是長(zhǎng)生命周期植物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)N庫(kù)增加。后者降低了植物生長(zhǎng)所需土壤N的有效性，在PNL機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。N需求增加導(dǎo)致短期、中期或長(zhǎng)期N供給機(jī)制改變，由此決定PNL是否最終出現(xiàn)。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)暴露在[CO2]升高的大氣中時(shí)，光合作用由于C固定酶有效性加強(qiáng)而增加，生態(tài)系統(tǒng)中C流入量增加，用于生產(chǎn)植物質(zhì)、貯存土壤有機(jī)質(zhì)以及通過自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸返回大氣的C通量增加，導(dǎo)致長(zhǎng)生命周期植物質(zhì)和土壤C貯存增加，N以有機(jī)態(tài)形式被固定，植物可吸收利用的有效礦質(zhì)態(tài)N則將日益減少。與常規(guī)CO2水平相比較，若沒有新的N輸入或N損失沒有減少，有效礦質(zhì)態(tài)N將隨著CO2水平增加而減少。[CO2]增加后，若可以增加N固定和減少N損失，使得生態(tài)系統(tǒng)可以長(zhǎng)期獲得N，就可以避免PNL出現(xiàn)。

模型研究表明，[CO2]升高下，隨著C貯量增加，不管N的初始有效性如何，N有效性總是減少。不是土壤初始N水平，而是N有效性逐漸減少限制了NPP和C貯存的長(zhǎng)期響應(yīng)?？偟恼f來，當(dāng)[CO2]升高引起了生命周期長(zhǎng)的植物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)積累，大量的C、N固定到長(zhǎng)期庫(kù)中時(shí)，氮素限制性就發(fā)生了。C、N初始積累增加越大，后繼氮素限制性發(fā)生可能性越大。如果固定在生命周期長(zhǎng)的植物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)中的N被外源N供給所補(bǔ)償，N就有可能完全不會(huì)限制C積累。因此，生態(tài)系統(tǒng)中N的不同供給機(jī)制及肥料運(yùn)籌決定著氮素限制性是否出現(xiàn)以及在何種程度上表現(xiàn)。如果氮素限制性發(fā)生，[CO2]增加所引起的生態(tài)系統(tǒng)C固定量的增加會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減少，從而制約著土壤碳匯和農(nóng)田生產(chǎn)力功能的長(zhǎng)期發(fā)揮。

三、幾點(diǎn)建議

1、加強(qiáng)氣候變化多因子對(duì)農(nóng)業(yè)綜合影響的試驗(yàn)觀測(cè)研究

在過去的十幾年中，我國(guó)相繼開展了一些田間模擬氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的觀測(cè)試驗(yàn)研究，這些研究對(duì)于認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)我國(guó)的影響提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但這些模擬試驗(yàn)主要側(cè)重于某一氣候變化因子的影響，如FACE平臺(tái)的CO2濃度升高、紅外加熱試驗(yàn)的溫度升高等。全面認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，需要綜合考慮氣候變化多因子的綜合效應(yīng)，因此，我國(guó)在今后的觀測(cè)試驗(yàn)研究中以下幾個(gè)方面值得重視：（1）開展多因子的開放式模擬試驗(yàn)，如溫度和CO2濃度升高的T-FACE平臺(tái)試驗(yàn)；（2）影響、減排、應(yīng)對(duì)研究三者的緊密結(jié)合，在典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中同步開展氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響、農(nóng)業(yè)溫室氣體減排和農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化技術(shù)等研究；（3）自然驅(qū)動(dòng)過程與人為干預(yù)調(diào)控研究相結(jié)合，在明確氣候變化對(duì)碳氮過程驅(qū)動(dòng)的主要因子基礎(chǔ)上，加強(qiáng)人為干預(yù)調(diào)控研究，篩選和優(yōu)化調(diào)控技術(shù)和調(diào)控效果；（4）氣候變化的科學(xué)問題與應(yīng)對(duì)技術(shù)研究相結(jié)合。

2、同步開展多尺度數(shù)據(jù)整合分析和情景預(yù)測(cè)

國(guó)內(nèi)外大量模型預(yù)測(cè)分析了氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，但這些預(yù)測(cè)結(jié)果存在很大不確定性，甚至一些結(jié)果迥異。因此建議加強(qiáng)開展多尺度數(shù)據(jù)整合分析和情景分析：（1）模型、Meta-分析和情景分析相結(jié)合，力求對(duì)同一對(duì)象做到交叉驗(yàn)證，提高結(jié)果科學(xué)性和可信度；（2）將氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的事實(shí)分析與未來預(yù)測(cè)相結(jié)合，做到基于過去和現(xiàn)在事實(shí)分析，科學(xué)預(yù)測(cè)未來；（3）立足長(zhǎng)期變化反應(yīng)，辨析短期影響。

3、加強(qiáng)氣候背景下農(nóng)田養(yǎng)分管理策略研究

農(nóng)田土壤肥力（土壤養(yǎng)分有效性）將如何保持？如何有效管理農(nóng)田土壤養(yǎng)分從而保障農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的可持續(xù)性和農(nóng)田碳匯生態(tài)服務(wù)功能？因此，對(duì)農(nóng)業(yè)管理的啟示集中體現(xiàn)在施肥運(yùn)籌管理策略和秸稈還田管理策略。根據(jù)氣候變化情境下土壤養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)規(guī)律，同時(shí)需要分別研究不同作物類型和種類氣候變化情景下相應(yīng)的需肥規(guī)律，從而及時(shí)合理分配肥料運(yùn)籌，促進(jìn)作物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高，保障生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的可持續(xù)性。