全球变化响应.pptx

Changes in global nitrogen cycling during the Holocene epoch
全新世时期全球氮循环变化
Kendra K. McLauchlan, Joseph ,
Joseph M. Craine & Elizabeth S. Jeffers
报告人:苏国宾
自然地理学
河口海岸科学研究院
1、研究目的
人类活动加倍了地球上工业化以前的活性氮的供应,预计将来活性氮的增加速率将会加快。所以需要进一步了解生物圈对增加的氮汇的缓冲作用。
通过对更新世末次冰消期后全球生态系统中的氮的相对同位素的观察,了解在较早的长时间尺度(百年和千年尺度)中氮循环的变化,从而推导出全新世氮循环的变化规律。
地球生态系统中氮循环对碳循环的响应
2、研究背景
人类活动加倍了生物和非生物固氮速率,极大地改变了全球氮循环周期,许多陆地生态系统的活性氮的供应增加,预计在未来25内全球范围内将继续增加10至15%的活性氮,这意味着地球的氮循环已经进入了一个关键时期。
虽然我们确定了氮供应的增加速率(increased supply rates),但是,我们不确定N的有效性( N availability )--即大气中N的供应相对于植物和微生物对N的需求的关系,是否也在全球范围内增加了。关于净生态系统对活性氮的响应变化的不确定,妨碍了我们进一步预测一些重要生态系统在未来的功能发展情况,如初级生产力、分解功能和硝酸盐输出到水域的情况等。(研究对象)
现在关于氮的有效性的测量大多是采用子年度(月度或季度)到年代纪(decadal)的时间尺度,得到的模式是矛盾的,无序的。在过去数十年来,虽然一些高沉积物地区关于N的有效性在增加,以及很多陆地生态系统可以显著地吸收增加的活性氮,但是,在一部分的生态系统中N的有效性在显著下降。同时,因为不确定氮的有效性在陆地上的变化,延伸记录人类活动前的氮循环使有价值的。(时间尺度)
通过经验方法和假设模型,表明N循环可以通过树木、植物叶子、土壤或沉积物中的(即分馏得到的氮相对同位素)来观测得到。其中,湖泊中的沉积物可以提供最长期限的观测,且δ15N的观测比15N更准确,所以本文选择观测湖泊中的沉积物的
基础知识补充:
氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环。
活性氮(Reactive N):指固氮作用后的氮化物。
主要循环过程:
(2)
(1)
备注:(1)(2)为主要人为干预固氮作用,还有一点人为影响固氮是矿物燃料燃烧,使得地质中储藏的氮进入大气。
氮的有效性(N availability):生态系统中所能吸收和利用的活性氮
氮的相对同位素( δ 15N) :
3、研究方法
收集分布在六大洲86个湖泊的沉积物的样点数据,从而获得过去15000年,生态系统的氮循环变化。这个时间尺度是更新世-全新世的过渡期间,大气中的CO2快速增加,温度升高,主要的冰消融期。同时,这时间尺度也包含了过去500年,即人类对全球变化影响最激烈的时期。
根据样本数据最低标准要求,37个样点是涵盖至今15000年前的,58个样点是涵盖至今500年前的时间尺度。样本点较宽泛、平均地分布在全球范围内,可以较好的表达不同的气候、群落和人类的影响作用。
这些样点的年平均温度为-17 to 26oC,年降水量为118 to 2,516mm。
说明:传统的时间尺度表达是采用距今多少个自然年的说法(cal. yr BP),所以本文在采用这种时间尺度表达,自然年的0年代表公元1950年,如2000年为-50 cal. yr BP。
纵坐标:样点数
横坐标:对应测量情况的值
4、研究结果
1)、距今15000自然年的时间尺度
在更新世和全新世的过渡期, from15,000 cal. yr BP to an inflection point at 7,056±597 cal. yr BP,全球生态系统,积累吸收碳,氮的相对同位素的量在下降。

±‰ kyr-1 (P<),P代表P次方误差最小化准则,误差越小越好。单位为每千年变化。所测样点中有17个样点呈减少趋势,其中11个样点减少显著。10个样点呈增加趋势,其中3个样点增加显著。

这些下降的点在两个半球的热带和温带都有分布,一些受到冰川作用,一些没有。氮相对同位素最低值是在7,050 cal. yr BP的时候。(针对15000年的研究)
沉积物的氮相对同位素值呈逐渐增加部分,±