玉米种植引起北半球碳循环变化


发布时间:2014年12月07日 文章出自:中国科学报

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研究表明,在北半球季节性的碳循环中,有四分之一的增量可能由农业生产引起,其中以玉米为首。

在北半球的植被中,存在一种明显的季节性循环。每年,大气中二氧化碳的含量水平在夏季植物“吸气”时增加,随后又在生长季节过后植物呼气时降低。在过去50年中,出于某些尚未完全弄清的原因,这种季节性涨落的规模增加了一倍。

日前,一个研究小组指出,在这种季节性的碳循环中,有四分之一的增量可能由农业生产引起,而玉米首当其冲。

这些研究得到了美国国家科学基金会宏观系统生物学项目的资助。该项目主任Liz Blood表示:“这项研究表明,建模和数据挖掘对于确定影响二氧化碳季节性变化的潜在源头有很大帮助。”

相关研究成果发表在近期的《自然》杂志上。论文的通讯作者、波士顿大学的科学家Mark Friedl表示:“北半球的植被中存在一种很明显的季节性循环,而这种循环正在发生某些变化。生态系统的生产力变得越来越强,夏季消耗的大气中的碳增加,休眠期释放出的碳也增加了。”

“但这些并不是全部。”论文第一作者、波士顿大学Josh Gray说,“现在我们已经将人类和农田考虑进来。”

科学家们收集了全球范围内四种主要作物——玉米、小麦、大米和大豆——的生产统计数据。这些作物共计占全球消耗的卡路里总量的64%。

他们发现,在北半球,自1961年以来,这些作物的产量不止翻了一番,每年吸附和释放的碳约计达到10亿吨。

这些农田是“打了鸡血的生态系统”,Gray说,“需要注意的是,在北半球有植被覆盖的区域中,这些农田面积大约占到6%,但它们却使大气中参与季节性循环的碳总量增加了四分之一。”

Gray表示,季节性碳循环的增加并未对全球陆地的碳吸收和碳释放造成巨大影响,因为每年作物吸收的碳都会重新被释放出去。

不过,研究人员仍然认为,了解农业生产带来的影响,将有助于改进全球气候模型,尤其是对探讨生态系统将在多大程度上缓冲未来二氧化碳浓度的增加很有帮助。

与波士顿大学的研究人员合作的科学家,包括密歇根大学的Eric Kort、新罕布什尔大学的Steve Frolking、威斯康星州大学的Christopher Kucharik、英属哥伦比亚大学的Navin Ramankutty和明尼苏达大学的Deepak Ray。

他们的调查结果表明,近几十年中,作物产量显著增加。

美国国家科学基金会水资源可持续性和气候计划项目也是这项研究的资助方。该项目的主任Tom Torgersen说:“产量增加的迹象对于农业来说是好事,但是农业生产率的提高会带来对水资源的大量需求,这将需要更进一步的调查。”

“这就是我们在农业生产中所做的,总体上来说非常明显。只不过是集中体现在玉米这种作物上而已。”Friedl补充说。

他表示,在有助于增强季节性碳循环的作物中,单单玉米就占到了三分之二。其中,近90%产自美国中西部和中国。

“在过去50年中,北半球的农田面积一直相对稳定,但是产量显然剧增。”Friedl说。

“这部分土地的面积能影响大气成分,这一事实是人类活动在地球上留下的一个惊人的指纹。”

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