评估不同土地利用的温室气体排放系统:一个案例研究的有限公司₂加纳在南部区域

文摘

温室气体的排放(温室气体)在全球变暖和气候变化的结果。发展中国家温室气体排放做出贡献的程度并不是众所周知的。本研究报告发现在不同的土地利用系统对温室气体排放的影响(有限公司₂在这种情况下)从两个位置区南部的加纳,非洲西部。网站之一(位于Kpong)包含一个沉重的粘土土壤而网站两个(位于Legon)包含一个轻质土壤沙质土壤。土地利用系统包括牛牛栏,自然森林,种植玉米地里,稻田,在网站,和自然森林,林地,栽培大豆在网站两个字段。有限公司₂使用夹气排放测量方法(PVC室)。捕获的解决方案是改变每一个12-48 h和测量根据网站持续了9到15天。我们发现,同样的土地使用,有限公司₂排放较高的粘土(Kpong)比砂土(Legon)。在粘土土壤环境中,最高平均有限公司₂观察发射从牛牛栏(256.7 mg·m⁻²·h⁻¹),其次是森林(146.0 mg·m⁻²·h⁻¹)和稻田(140.6 mg·m⁻²·h⁻¹)领域。最低的平均排放观察玉米出现土地(112.0 mg·m⁻²·h⁻¹)。在沙质土壤环境中,最高平均有限公司₂观察发射从大豆出现土地(52.5 mg·m⁻²·h⁻¹),其次是森林(47.4 mg·m⁻²·h⁻¹)和林地(33.7 mg·m⁻²·h⁻¹)。几个因素影响公司₂从不同的土地利用系统排放。这些包括土壤的固有属性,如质地,温度,水分含量,影响有限₂生产通过它们对土壤微生物活性的影响及根呼吸。实践,减少有限公司₂排放可能会促进碳封存,因此维持或增加农作物产量,从而改善全球或区域粮食安全。

1。介绍

土地利用和覆盖变化是最重要的人类改变地球陆地表面的(1]。转换或overutilization土地种植等过程,过度的植被,燃烧,树种植园,和其他形式的退化和恢复可以添加或移除大气中的温室气体排放(温室气体),从而对全球碳循环的影响(2]。大气温室气体物质被认为使函数就像温室的玻璃。他们捕捉太阳的短波能量并回送它是产生热量的长波辐射,造成大气温度的增加(3]。温室气体排放和他们的交互与辐射被认为是全球气候变化的主要原因,已成为发展和粮食安全的主要威胁,特别是在热带地区(4,5]。主要负责的人为气体导致温室效应包括有限公司₂甲烷(CH₄)、一氧化二氮(N₂O)、六氟化硫(科幻小说₆)、全氟化碳(全氟化物),氢氟碳化合物(HFCs)。2010年,公司₂N₂O, CH₄占66.5%,17.2%,和15.4%的温室气体,分别在全球范围内(6]。

有限的水平₂大气中平均估计∼280 ppmv前工业化前的期间从315年∼1957 ppmv∼356 ppmv在1993年更准确监测开始(7]。当前的增长率1.5∼ppmv /年是由于化石燃料的燃烧、水泥生产、土地利用转换(3]。农业占全球总量大约有10 - 12%的人为温室气体的排放,这相当于全球N的60%和50%₂O和CH₄分别排放(8]。在热带国家,大量的有限公司₂排放蒸汽从植被、燃烧和分解,土壤碳损失由于栽培和土壤退化9]。CH的₄和N₂O排放来自沼泽等领域中发现水稻生产系统,而且还从动物的生产基地。最近的荟萃分析结果氮肥对温室气体排放的影响表明,N fertilizer-induced N₂O排放因子在水稻生长季节是0.21%持续淹水大米系统和0.40%字段与排水时间(10]。大部分的历史排放温室气体可能归咎于化石燃料燃烧(11]。土地利用变化最近增加的排放量占施肥,低地稻田肥料应用于水,和牛等家畜(12]。

到目前为止,农业和森林浪费构成最大的温室气体排放源等热带国家加纳(13]。农业和气候变化息息相关。纳尔逊(14)观察到“农业是气候变化问题的一部分,贡献约13.5%的年度温室气体排放(林业造成额外的19%与13.1%来自交通)。然而,“农业是解决方案的一部分,提供通过固碳潜力的缓解,改善土壤和土地利用管理、和生物质生产14]。公司的释放₂从土壤向大气中碳排放的最大来源(15]。土壤有限公司₂排放和生产之间复杂的相互作用的结果,气候和土壤生物、化学和物理性质(16,17]。

土壤表面有限公司₂生产是生物圈的碳循环的重要组成部分,因为它可能构成约四分之三的生态系统呼吸(18]。近年来,土壤有限公司₂生产一直强烈的主题研究因为全球变暖的潜在作用放大19]。土壤的速度有限公司₂生产依赖于土地利用和土地管理系统(20.]。在加纳,常见的土地利用系统包括林业、旱地农业,水稻,畜牧业(21]。理解控制土壤有限公司₂土壤中排放是至关重要的,因为相对较小的变化有限公司₂通量从这些土地利用系统可能大幅改变大气CO的浓度₂。据报道,关键因素影响土壤有限公司₂生产速度包括大气温度和湿度,土壤有机质和养分含量,根呼吸、微生物过程,土壤通气孔隙度和水,净初级生产力和植被类型(15,22]。

多年来,大多数热带国家比如加纳认为自己是净碳汇,或者在最坏的情况下,碳中和。这个传闻断言是基于这些国家的工业化水平低。但是考虑到广泛的土地使用变化发生在许多热带国家包括森林砍伐和土地退化布什通过管理不善和周期性的火灾,可想而知,他们的温室气体排放增加23]。有相对较少的研究评估温室气体排放在撒哈拉以南非洲西部,尤其是在农业领域,同样,在主要土地利用类型稀缺的比较研究。因此,大多数的实践和适应气候变化的技术正在提倡(24,25)在很大程度上是基于知识生成的在世界的其他地方。加纳的温室气体库存项目环境保护署(EPA)使用政府间气候变化专门委员会(IPCC)准则来估计温室气体排放一些部门如农业、林业废弃物、动物肥料、牛、甲烷排放量和低地水稻领域(26]。结果从这些估计以及二氧化碳信息分析中心(人均)(http://www.cdiac.org在加纳)表明,人均碳排放增加。如上所述,米尔恩et al。27),一般的弱点在这些估计是严重依赖较低的层IPCC的方法。加纳的环保署估计也显示逐步增加温室气体排放与预计进一步增加只基于“最佳猜测”或通过使用排放因素(EFs)发布的政府间气候变化专门委员会(26]。实际测量来验证这些估计或EFs缺乏。因此,目前迫切需要更多的评估生态系统应对土地管理(管理不善)为了提高决策关于适应和减缓气候变化。本研究试图解决其中的一些知识缺口识别。它旨在测量有限公司₂一些主要的土地利用产生的排放系统操作加纳沿海草原农业生态的区内。

2。材料和方法

2.1。研究区域描述

的有限公司₂排放试验进行了2012年7月至11月,在两个地点不同土地使用制度在沿海草原加纳农业生态的区域。第一个站点,土壤和灌溉研究中心(SIREC) Kpong,加纳大学坐落在低沃尔塔盆地(图1)。1036公顷SIREC站点位于6°09′N纬度和经度00°04′E,与美国手语(表22米的高度1)。第二个网站,Legon研究农场,加纳大学(主校区,阿克拉),位于经度和纬度5′66°N 00°19′E,海拔88米的美国手语。的一般地形SIREC-Kpong网站轻轻倾斜的斜坡上从1到5%。Legon-Accra站点有一个温柔的,起伏的救济与斜坡从1到2%。

Kpong站点的年降雨量800 - 1326毫米,双峰,特点是一个主要的雨季(March-July),短时间内8月干旱,一个小雨季(9),另一个时期的干旱(型号)(表1)。大约60%的总降雨量发生在主要的雨季和小雨季的30%。的雨量分布Legon网站类似的双峰,平均年降雨量900 - 1010毫米的范围。长期大雨是偶尔有经验的雨季主要从3月/ 4月到6月在小雨季开始于9月或10月至12月。温度研究地点都是温暖的。Kpong网站的最大和最小平均气温33.3°C和22.1°C,分别和30.9和21.5°C,分别在Legon网站。相对湿度的晚上时间凌晨两个站点范围从100%到70。下午相对湿度从20%到65%不等。

植被在Kpong网站仅限于草生长缓慢,深根树种。这是由于土壤的粘土含量高,及其shrink-swell特点和结构,结合气候效应(表1)。这些土壤的自然植被的主要特点是耐干旱,以及根深蒂固的发展克服根损害结果年度开裂的土壤。Legon站点覆盖着茂盛的草,灌木丛补丁,和灌木植被社区垃圾落。只有少量的有机物能因此积累和腐殖质土壤开发不足。Kpong站点的土壤风化的冲积物质来源于榴子石的角闪石片麻岩(表1)。它是属于典型的calciustert [28]。本地,是热带黑粘土叫Akuse系列(28)这是归类为变性土(29日]。这些通常是深黑色的土壤含有超过30%的粘土通常由蒙脱石矿物学[30.]。一般来说,在变性土粘粒含量非常高,而主要粘土矿物是2:1型矿产(蒙脱石和蒙脱石)。Legon网站,土壤来源于ferruginized风化岩石,多哥石英岩片岩。是归类为铁强淋溶土(砂质壤土),这是一个土壤矿物的特性粘化层(31日]。在本地,列为Toje系列(32]。

2.2。实验取样的二氧化碳通量的布局

数据收集后分层随机抽样的方法。网站抽样分层到土地利用类型和土地使用类型或层次,在每个采样的二氧化碳是随机完成三个复制的位置。Legon网站,研究土地利用系统林地(银合欢leucocephala),种植玉米(玉米),和一个自然的林分。Kpong网站,四个土地利用系统,即种植大豆(大豆)领域,自然森林,牛牛栏(牛和其它家畜的外壳),和低地(水稻)稻田被认为是(图2)。

Kpong网站,大豆开花阶段。土壤没有收到任何形式的修改(例如,矿物肥料或肥料)。土地管理制度实行包括耕作与拖拉机播种前一个星期。旱作大豆作物在整个生长季节。自然森林至少50岁占主导地位的树种组成桂皮瘘l粗糠anacuai m . Johnst。,Azadirachta indica答:法律原则。在森林地面上覆盖厚垫的树叶和树枝。灌溉稻田受到常数约为5厘米的洪水。抽样时,水稻出现阶段。

水稻的管理包括受精和尿素两种植后六个星期。牛栏是畜牧系统半精耕细作的放养密度每3.0米的一头牛²。他们主要喂食草(Brachiaria muticaStapf,Ischaemumspp。Axonopus compressusP.Beauv。雀稗spp。黍最大Jacq。Melinis minutifloraP.Beauv。狼尾草spp。Brachiaria brizantha(Hochst。前男友有钱。)Stapf。三叶草decumbens支架,Eragrotisspp)、豆类(Calopogonium mucunoidesDesv。Centrosema下毛竹Benth。国内外葛根phaseoloidesBenth。Stylosanthes股薄肌肯(GCI),含羞草l和Stizolobiumaterrimum风笛手和特蕾西)、饲料(Gliricidia海螵蛸(Jacq)。肯,滨藜属spp,Kochiasedifoliaf . Muell。,热带榕属植物spp)。土壤在牛栏覆盖着牛粪混合着尿液。

Legon现场,耕种玉米收获前抽样活动。该领域不断在玉米种植了超过5年。除草是手工完成的,和死杂草,从先前的玉米作物秸秆在土壤表面。这位20岁的银合欢leucocephala林地是相邻种植玉米。最初,这个网站是培养转换前的林地薪材的生产。土壤表面覆盖着一层薄薄的落叶。自然森林超过60岁,包括植物种类等花椒属植物zanthoxyloides,Azadirachta indicaa .汁液。Dichrostachys glomerataChiov。Antiaris toxicariaLesch。Uvaria siamensis(希夫。)黍最大Jacq。Byrsocarpus coccineus舒马赫。& Thonn。Canthium orthacanthum罗宾,白粉藤属petiolataHook.f。(个人观察)。土壤表面覆盖着厚厚的垫子的树叶和树枝。

2.3。测量土壤有限公司₂生产

哈钦森和Mosier[描述的夹气方法33和沙利文et al。34使用了)。透明聚氯乙烯“PVC”室2厘米插入的矿质土三个随机位置。10毫升3 m氢氧化钠溶液被分配到一个小瓶,放在塑料商会有限公司₂从土壤中不断发展的。额外瓶包含10毫升的3 m氢氧化钠与他们的盖子放在透明PVC排除有限公司₂进化从土壤中担任控制占有限公司₂从大气中被困。测量时间范围从9到15天根据网站。Kpong网站,为每个土地利用系统捕获的解决方案是改变以下安排:每天两次(I)从19日到2012年7月24日(12 h间隔五点半点和下午5点6天);(2)每天一次从24日到2012年7月27日(24 h间隔4天下午五点半);和(III)每隔两天从7月27日到8月2日(48 h间隔7天)下午五点半。Legon站点上的每个土地利用系统,捕获方案改变每天一次(24小时)从10月28日到2012年11月5日(9天)。捕获钱伯斯被放置在同一位置每次测量后持续时间。暴露的碱后,瓶被移除,立即盖着盖子(气密密封),并送往实验室进行分析。发展有限公司₂是由使用酚酞指示剂滴定法。

2.4。土壤采样和特征分析

主要的土壤特性与潜在影响有限₂排放测量。在开始研究之前,土壤样本被螺旋钻法深度0 - 0.15在三个随机的位置在每个土地利用系统研究网站。风干样本的(为每个土地利用),压碎,描述一个2毫米筛进行筛分。质地土壤样本进行了分析,使用修改后的pH值,C, N Bouyoucos比重计法(35),一个电极酸度计,沃克和黑色的方法,分别和凯氏法。

土壤温度和土壤含水率测定在同一时间在整个实验期间气体采样Legon站点(只)。土壤温度测量使用数字探测震源深度5厘米(pH / mV / C计,RS232)。含水率是由岩心取样器取样,烘箱干燥24小时的105°C。日常环境空气温度和降水数据(也可以影响土壤温度和水分)获得的气象数据站在SIREC Kpong。

2.5。统计分析

土壤和环境变量数据评估使用色散和方差分析方法与不同土地利用系统(36]。方差分析是进行土壤有限公司₂生产速度在每个采样日期分别评估土地利用系统和时间之间的差异。回归分析也用于确定公司之间的关系₂生产速度和环境参数(温度和湿度)作为每个土地利用系统的表达。预测公司₂生产土壤温度的基础上,我们使用了一个指数方程所显示戴维森et al。37)和赖斯&波特(38]。对于土壤水分,我们使用二次生产和含水量之间的关系(37]。统计的差异被认为是重要的 。此外,统计软件包Statistix 9.0版本是用于测试的差异意味着使用图基范围测试过程的显著性水平 。方差分析与执行Genstat统计软件(Genstat版本9.2)。

3所示。结果

3.1。土壤和环境变量

表2总结了信息的物理和化学特征Kpong土地利用系统和Legon网站,分别在实验开始前,。粘土含量高的土壤Kpong网站证实他们变性特点,而土壤Legon现场主要是桑迪。Kpong网站的变性土土的平均pH值为7.0,称为中性除了牛牛栏的土壤pH值大约是8.0(碱性)。Legon网站的淋溶土土壤强烈酸。有机碳(OC)内容与每个不同土地利用系统。这个网站的OC内容的牛栏和森林土壤高。Legon网站,OC种植场很低。在森林地面的OC内容高(2.42%),而在林地OC中(1.55%)。

今年降雨量Legon网站的研究(2012)594.7毫米(较小的季节),只有一个小的降雨事件(即。,5.1毫米)发生在测量时间。Kpong的年平均气温是26.6°C。总降雨量Kpong现场在本赛季的714毫米的测量。在测量时间内,五个降雨记录(即。,14.4,46.6,52.0,3.6,和0.5毫米),达117.1毫米。28.95和36.6°C之间的土壤温度变化在研究期间在Legon站点(图3(一个))。

种植土地利用系统的气温特别高,而低土壤温度记录在森林土地使用。培养下土地利用、土壤温度峰值在第二和第五采样时间,然后逐渐下降到34.7°C。对于林地系统,土壤温度逐渐增加从30.57°C到32.7°C在第一和第三个采样时间。温度突然下降之后发生在第六采样时间它up-surged 35°C和再次大幅降低29.37°C。低土壤温度在森林里发现了土地使用,温度平均为32.6°C。33.9°C的最高温度测量在第四采样时间。温度下降到28.95°C在过去的采样时间。

Legon网站的森林土壤的含水量相对较高而耕地和林地系统土壤的水分含量(图3 (b))。种植土地使用记录低含水率。林地和耕地场最初记录高水分含量的0.124和0.097 gg⁻¹分别比0.089 gg⁻¹从森林土壤。水分含量急剧下降到0.065和0.038 gg⁻¹林地和耕地,分别在第二次取样时间。在大多数情况下,林地土壤存储更比耕地土壤水分。森林土壤的含水率随时间逐渐下降,但高于其他土地利用系统。

3.2。有限公司₂通量

3.2.1之上。有限公司₂发射从粘土土壤环境(Kpong)

土壤有限公司₂排放有显著不同土地使用制度和对大多数测量时间。最高的公司₂观察发射从牛牛栏,紧随其后的是水稻和森林生态系统。高有限公司₂通量发生在白天(am-5:30 5:30 pm)相比,排放在晚上观察时间(上午5:30 pm-5:30)。在第一次采样时间、最高的公司₂排放340.5 mg·m⁻²·h⁻¹在夜间发出了牛栏。白天,有限公司₂生产增加到411.4毫克·m⁻²·h⁻¹(图4)。

的有限公司₂发射模式维持一段时间,但逐渐下降到226.3 mg·m⁻²·h⁻¹在第四采样时间和up-surged 421.3 mg·m⁻²·h⁻¹在第五个采样时间在白天。最初,该公司₂稻田的发射显示无意义的差异从牛栏。一个公司₂生产330.0 mg·m⁻²·h⁻¹测量在晚上时间和增加到404.3 mg·米吗⁻²·h⁻¹在白天。排放逐渐降低到85.3 mg·m⁻²·h⁻¹之后急剧下降导致生产31.3 mg·m⁻²·h⁻¹。

森林和种植土地利用系统最初显示较低的公司₂排放比牛栏和稻田,但随着时间的增加。最低的公司₂排放5.8 mg·m⁻²·h⁻¹从森林土地利用在测量的开始。这个峰值112.8 mg·m⁻²·h⁻¹在白天,降至25.6 mg·m⁻²·h⁻¹在晚上的时间。再次,公司₂排放上升到228.6毫克·m⁻²·h⁻¹在下一个采样时间和逐渐下降到165.6毫克·m⁻²·h⁻¹。种植场最初发出14.0 mg·m⁻²·h⁻¹有限公司₂,但这逐渐增加到176.6毫克·m⁻²·h⁻¹之后,它下降到95.8毫克·m⁻²·h⁻¹。的有限公司₂生产然后up-surged 198.8 mg·m⁻²·h⁻¹最后下降到84.2毫克·m⁻²·h⁻¹。

土壤有限公司₂排放测量24小时间隔是一致的与基于12 h间隔。这段测量,牛牛栏有限公司₂生产之后,排放的森林,而稻田和培育全都发出公司相对较低₂。总的来说,在整个测量期间,最高平均有限公司₂观察发射从牛牛栏(256.7 mg·m⁻²·h⁻¹),其次是森林(146.0 mg·m⁻²·h⁻¹)和水稻(140.6 mg·m⁻²·h⁻¹)土地。最低的平均排放观察耕地(112.0 mg·m⁻²·h⁻¹)。

3.2.2。有限公司₂发射从沙质土壤环境(Legon)

土壤有限公司₂Legon排放三个土地利用系统网站图所示5。

一般来说,低排放之前观察到在早上,下午三点左右见顶,此后下降到下午晚些时候(图5(一个))。在大多数情况下,高有限公司₂观察生产从林地种植场排放紧随其后。低排放特别记录从森林生态系统(图5 (b))。

土壤有限公司₂生产从最初所有的土地利用系统抽样显示无意义的排放的差异。一般的公司₂生产31.3 mg·m⁻²·h⁻¹。有限公司₂排放在第二个采样时间渐渐地爬森林和林地土地利用系统。然而,从培养观察排放急剧增加字段。突然下降,排放37.6 mg·m⁻²·h⁻¹随后急剧增加到88.0 mg·m⁻²·h⁻¹这是公司最高₂生产记录的土地使用。土壤有限公司₂然后排放降至38.4毫克·m⁻²·h⁻¹然后再up-surged 78.0 mg·m⁻²·h⁻¹最终拒绝45.9 mg·米在哪里⁻²·h⁻¹在最后的采样时间。

的有限公司₂排放的林地显示类似的模式,培养领域,但动力学是循序渐进而不是陡峭。从31.0 mg·m⁻²·h⁻¹有限公司₂在第一次取样时间,有限公司₂排放逐渐增加到73.9之前大幅减少到40.9 mg·m⁻²·h⁻¹。此后,逐步减少和增加排放保持直到有限公司₂生产48.3 mg·m⁻²·h⁻¹被记录在最后采样时间。

森林土地使用记录很低有限公司₂排放与耕地和林地土地利用系统。最初的生产31.0 mg·m⁻²·h⁻¹增加到49.5毫克·m⁻²·h⁻¹在第四个采样时间。最低的公司₂排放19.9 mg·m⁻²·h⁻¹观察第六采样时间。总的来说,在整个测量期间,最高累积有限公司₂观察发射的耕地(250.02 mg·m⁻²·h⁻¹),其次是林地(228.95 mg·m⁻²·h⁻¹)和森林(175.31 mg·m⁻²·h⁻¹(图)土地利用系统5 (b))。

3.2.3。土壤有限公司₂生产、温度和湿度测量在沙质土壤环境

一个回归分析揭示了重要的呼吸率之间的相关性和土壤温度和水分()。模型的预测能力,给出的R²在某些情况下,低。回归的土壤温度对土壤有限公司₂生产表现出正相关,与公司₂随着土壤温度的增加(图进化增加6)。土壤温度解释公司总数的65%₂生产耕地、林地52%和29%的林分。土壤有限公司之间的关系₂生产和体积在林地土壤水分较高而耕地和自然森林。

4所示。讨论

4.1。影响土地利用系统有限公司₂排放

土地使用和管理实践可能会影响碳输入,因此有限公司₂排放(39]。事实上,公司₂不同土地利用系统排放在我们研究的Kpong网站显著不同。高有限公司₂排放特别观察牛牛栏和可能是由于矿化的土地使用的高有机质含量较其他土地利用系统。土壤有机肥料能增加公司的应用程序₂排放(40]。的确,新鲜的土壤有机质的输入之后,许多专业微生物快速增长和加速土壤有机质导致启动效应(41]。麦吉尔et al。42)提出,土壤中可溶性有机C C是一个直接的来源对于土壤微生物,进而发出有限公司₂。因此,大量的有机肥料被添加到农业土壤每年向作物提供营养可能对公司作出了重大贡献₂发射。各种土地利用系统的测量有机质含量降低的顺序牛栏,森林,出现土地和水稻。然而,最初的高有限公司₂排放的观察水稻领域在12小时取样时间可能是由于充足的水分,微生物活动增加,因此提高有机物的分解。此后,排放稳步下降,和较低的有限公司₂排放在24 - 48小时观察测量时间间隔。减少公司的出现₂从水稻生产领域恰与这一时期的洪水(灌溉)的领域。在这水下的水稻栽培、有限公司₂进化在土壤中严格限制是由于洪水条件(43]。

研究森林土地的土壤中含有大量的有机物的积累垃圾随时间下降。在分解,微生物组织和解聚产品生产进行化学稳定通过与无机阳离子的络合或物理稳定粘土(44]。因为变性土包含重或大量的粘土,稳定材料分解比原来的垃圾(慢100倍44]。森林土壤有限公司₂相比发射Kpong现场因此低排放的牛栏。然而,排放显著高于栽培土壤排放。

耕作土壤增加土壤有机质的矿化,因此CO的排放₂(45]。土壤有机质的分解是增加了物理扰动引起的土壤耕作,它们分解macroaggregates并且使碳保护在他们的内部微生物过程(46]。在这项研究中,较低的有限公司₂排放的耕种土壤Kpong网站,一部分是因为其有机质含量较低。即使种植预计将使微生物分解有机物,这个网站的重粘土性质的土壤会保护它。这可能显著降低种植领域的公司₂排放与其他土地利用系统除了洪水条件阻碍了公司的水稻₂排放。Legon网站,培养领域包含有机质含量最低,但它有高有限公司₂排放相比,林地和森林土地。这可能是由于粘土含量较低(即。,sandy nature) of this site’s alfisol soil which exposes the organic matter to microbial decomposition.

土壤温度和水分是影响非生物因素影响土壤碳的动态的过程。土壤微生物群落贡献99%的股份有限公司₂时引起的分解有机物质(47根呼吸的贡献占总数的50%),而土壤呼吸(48]。土壤温度影响微生物呼吸,而土壤水分影响微生物呼吸和土壤呼吸,因此有限公司₂进化(49,50]。最大的公司₂进化论指出1日和11月3日(在88和78 mg·m⁻²·h⁻¹、职责)。这可能是由于增加根系活力和有机物分解的作用与土壤温度的增加,达到峰值36.5和35.7°C 1日和11月3日,分别。

Legon网站,尽管在森林地面有机质含量高于林地,较低的公司₂排放低可能是由于土壤温度缓慢分解的有机物质。事实上,土壤温度可以显著影响有限₂进化从土壤中(51]。相当大的变化在土壤中有限公司₂在不同时期(即排放。,日夜)观察。土壤有限公司₂各种土地利用系统排放的白天比夜间生产。这可能是由于较高的土壤温度白天测量。

4.2。温度和湿度对公司的影响₂排放

土壤含水量和土壤温度,土壤的重要驱动有限公司₂生产,他们可能会改变由于森林变薄52,53]。类似于唐et al。54),我们使用两种土壤含水量和土壤含水量的平方在我们的模型中。在许多的研究,指出土壤温度是一个强大和积极的预测土壤呼吸,占43 - 75%的变异在土壤中有限公司₂生产速度(55]。另一方面,增加土壤水分会增加有限₂进化到一个最佳水平,上面会减少有限公司₂进化(51]。土壤温度和土壤湿度的交互假设意义重大的全球变暖和降水模式可能干扰。然而,Kowalenko et al。56)观察到温度是决定公司的最主要的因素₂从土壤中进化。

回归的土壤温度对土壤有限公司₂生产(Legon站点)显示正相关,与有限公司₂进化增加随着土壤温度的增加。土壤温度解释高达65%(耕地)的有限公司₂生产的回归模型。这强烈的土壤温度和公司之间的关系₂生产预计自土壤呼吸率反映异养和自养活动高度依赖于温度56]。这是反映在土壤中有限公司₂排放的森林(土壤温度较低)相比,低排放的牛栏和耕种土地利用系统,其中后者土壤温度特别高。温度敏感性系数(即问₁₀值)是一种方便的指数比较土壤的温度灵敏度有限公司₂生产。它通常被用来表达土壤生物活性和温度之间的关系(58]。的问₁₀从25到35°C值有限公司₂研究表明CO排放₂排放控制主要由土壤生物活性。据估计,增加1°C的温度可能会导致土壤有机碳的损失10%地区的年平均气温25°C (59]。在区域的平均温度30°C, 1°C增加温度将导致土壤有机碳的3%的损失。

5。结论和前进的道路

测量有限公司₂不同土地利用系统的土壤允许排放的理解和准确的评估土壤管理措施,以减少温室气体排放。在我们的研究中,土有限公司₂排放明显受到不同的土地利用系统的影响。土壤有机质分解和矿化的主要动力有限公司₂排放。土壤本身可以作为源或汇有限公司_2,根据管理或土地利用系统强加于它。土地利用系统经常打扰和使土壤有机质的分解和矿化有可能释放出更多的温室气体。

在我们的研究中,牛牛栏排放大,越来越多的公司_2。这表明,牛栏可能成为越来越威胁到全球变暖这样的大片土地被牲畜在发展中国家。减少公司₂牛排放牛栏、牲畜等管理系统与低库存率改善牧场必须练习。我们研究了林地和森林土地记录相对较低的公司₂排放。这是尽管有机质含量高的土壤和可能是由于低水平的土壤扰动在这些土地。这一发现意味着维护森林资源,促进农林复合经营系统,包括林地为减少温室气体排放是非常可取的。我们还发现有限公司₂低地水稻稻田排放的含氧的条件下保持时达到顶峰。周期性的洪水的字段(缺氧条件)经常减少有限公司₂进化;然而,研究表明,这种情况可以促进CH₄生产。由于缺乏一个气相色谱仪(GC),其他温室气体如CH₄和N₂O无法研究。而重要的是要减少有限公司₂排放通过维护一些水在土壤表面(即。、洪水),定期排水减少CH也很重要₄排放。

总的来说,有几个因素影响有限公司₂排放量不同土地利用系统在我们的研究中。这些包括土壤的固有属性,如质地、温度和含水量的影响有限₂生产通过它们对土壤微生物活性的影响及根呼吸。土壤土壤中超过50%的差异可以用温度来解释有限公司₂生产。温度系数的敏感性问₁₀土壤的4.1描述了有限公司₂排放控制主要是由土壤微生物活动。

因此,开发和实施实践,增加树木覆盖直接减少排放通过碳捕捉和封存应该优先研究领域。这将有助于缓解全球温室气体排放,但重要的是还将有助于维持或增加农作物产量,从而改善全球或区域粮食安全。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是CGIAR的关于气候变化的研究项目的支持下,农业和粮食安全(CCAFS)。作者感谢加纳大学为我们的研究提供土地和实验室共享室帽和罐。作者也谢谢约翰博士草地校对和编辑。

引用

1. j·a·弗利r . DeFries g . p . Asner et al .,“全球土地利用的后果。”科学,卷309,不。5734年,第574 - 570页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. r·a·皮尔克“土地利用和气候变化,”科学卷,310年,第1626 - 1625页,2005年。视图:谷歌学术搜索
3. 联合国政府间气候变化专门委员会,2013年气候变化:物理科学基础。工作组的贡献1到第五个政府间气候变化专门委员会的评估报告英国剑桥,剑桥大学出版社,2013年。
4. l . Connolly-Boutin和b Smit”,气候变化、粮食安全、和生活在撒哈拉以南非洲,”区域环境变化,16卷,不。2、385 - 399年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. t·p·道森,a·h·派瑞,t·m·奥斯本“造型气候变化对全球粮食安全的影响,“气候变化,卷134,不。3、429 - 440年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. s . Buragienėe .Šarauskis k . Romaneckas j . Sasnauskienėl . Masilionytė和z . Kriaučiūnienė实验分析的有限公司₂农业土壤排放受到五种不同耕作系统在立陶宛,”科学的环境卷,514 - 2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. t . m . l . Wigley和d s .丢弃碳循环爱丁堡,剑桥大学出版社,建筑,剑桥,英国,2000年。
8. p·史密斯·d·马蒂诺,z Cai et al .,2007:缓解气候变化。第三工作小组的贡献的政府间气候变化专门委员会第四次评估报告)英国剑桥,剑桥大学出版社,2007年。
9. r . Valentini A . Arneth A Bombelli et al .,”一个完整的温室气体排放预算非洲:合成、不确定性,和漏洞,”Biogeosciences,11卷,不。2、381 - 407年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. b . a . Linquist m·a . Adviento-Borbe c . m . Pittelkow c·范·凯塞尔,和k . j . van Groenigen”肥料管理实践和水稻系统:温室气体排放量化评估和分析,“作物研究领域卷。135年,10-21,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. r . Heede和n》“潜在CO的排放₂从化石燃料的探明储量和甲烷:另一种分析”全球环境改变人类和政策维度卷,36 12-20,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. m .写到,b·亨德森,p . Havlik et al .,“畜牧业温室气体减排潜力,”自然气候变化》第六卷,没有。5,452 - 461年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 美国Asumadu-Sarkodie和p·a·奥乌苏”二氧化碳在加纳和农业之间的关系:一个比较的结果和ARDL模型,”环境科学与污染研究,23卷,不。11日,第10982 - 10968页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. g·c·纳尔逊农业和气候变化:在哥本哈根谈判的议程2009年,焦点不。16日,http://www.ifpri.org/2020/focus/focus16.asp。
15. w·h·施莱辛格和j·a·安德鲁斯,”土壤呼吸和全球碳循环”,生物地球化学,48卷,不。1,7-20,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m·f·鲍姆,“将土壤有机碳的变化作为一个积极的还是消极的反馈对全球变暖?”生物地球化学,48卷,不。1,21-51,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. k·奥尔特,r·梅克斯,eddy Merckx e . Grehan j . Labreuche年度通量和b . Nicolardot因素有限公司₂和N₂O在免耕和传统耕作制系统长期在法国北部,“土壤和耕作研究卷,95年,第148 - 133页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. b . e .法律,f . m . Kelliher d d Baldocchi et al .,“时空呼吸的变化在一个年轻的杰克松森林在夏季干旱,”农业和森林气象学,卷110,不。1,27-43,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. Wan树群y罗,d . f .回族和l·l·华莱士,“驯化的土壤呼吸在高草草原,气候变暖”自然,卷413,不。6856年,第625 - 622页,2001年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. r·a·霍顿和j·l·哈克勒”,从土地利用变化的碳排放在撒哈拉以南非洲,”地球物理学报Research-Biogeosciences,第111卷,第2003页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. o . Pabi“理解土地利用/覆盖变化过程对土地和环境资源使用管理政策在加纳,”GeoJournal卷,68年,第383 - 369页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. y罗和x周,土壤呼吸和环境爱思唯尔,牛津,2006年英国。
23. z, s . Li l . l . Tieszen和e . Tachie-Obeng”模拟动态碳储量由土地利用的变化,气候潮湿的热带生态系统的管理和加纳,”农业生态系统与环境,卷130,不。3 - 4、171 - 176年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. s . Borron构建弹性对不可预知的未来:有机农业如何帮助农民适应气候变化联合国粮食及农业组织,可持续发展部门,罗马,意大利,2006年。
25. 粮农组织、适应气候变化在农业、林业和渔业:角度来看,框架和重点,跨部门工作小组气候变化,联合国粮食及农业组织,罗马,意大利,2007年。
26. 美国环保署第一个国家通信加纳共和国在联合国气候变化框架公约(UNFCCC)、环境保护署、加纳、2000。
27. e·米尔恩h . Neufeldt t Rosenstock et al .,“温室气体排放的量化方法在景观层面对发展中国家的小农环境中,“环境研究快报,8卷,不。1,p。015019年,2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. j·k·Amatekpor、j . w . Oteng和p . Agyiri”字段导游:技术中心农业和农村合作(CTA)”美国维持在密集的非洲农业土壤生产力1993年11月,阿克拉,加纳,。视图:谷歌学术搜索
29. h·布拉姆阿克拉平原的土壤、土壤科学研究所(SRI)加纳、回忆录。3、库马西,加纳,1967。
30. 美国美国员工,土壤分类。土壤分类的基本系统使土壤调查和解释、美国农业部、农业手册。436号,华盛顿特区,1999年美国。
31. p . n .法国埃兹特征、分类及土壤的成土作用Legon系列在阿克拉平原,加纳大学土壤学、加纳、Legon,加纳,2008,博士论文。
32. s . Fiagbezi沿着Legon希尔Soil-Landscape关系美国土壤科学,加纳大学Legon,加纳,1989。
33. g·l·哈钦森和a·r·莫斯尔“改良土壤覆盖一氧化二氮气体通量的现场测量方法,”美国土壤科学学会杂志》上,45卷,不。2、311 - 316年,1981页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. b·w·沙利文·t·e·科尔布s c·哈特,j·p·凯,s .多尔和m . Montes-Helu”稀释减少土壤二氧化碳而不是甲烷通量从美国西南部杰克松森林,”森林生态与管理,卷255,不。12日,第4055 - 4047页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. g . j . Bouyoucos“比重计法改善土壤进行粒度分析,“农学期刊54卷,第465 - 464页,1962年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. g·p·奎因和m . j . Keough生物学家的实验设计和数据分析英国剑桥,剑桥大学出版社,2002年。
37. e·a·戴维森l . v . Verchot j . h . Cattanio i l·阿克曼和j·e·m·卡瓦略”土壤含水量对土壤呼吸的影响在东部亚马逊森林和牧场,”生物地球化学,48卷,不。1,53 - 69年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. j·w·赖斯和c·s·波特,”来自土壤,全球二氧化碳排放的模式”全球生物地球化学循环,9卷,不。1,23日,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. m . Sainju和j . d . Jabro”耕作、裁剪序列和氮肥对旱地土壤二氧化碳排放和碳含量的影响,“《环境质量37卷,第106 - 98页,2010年。视图:谷歌学术搜索
40. t·r·摩尔和m . Dalva”的影响,温度和尾矿库位置对二氧化碳和甲烷的排放实验室的列泥炭地土壤,“土壤科学杂志》,44卷,不。4、651 - 664年,1993页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. 美国。方丹a Mariotti, l . Abbadie”有机质的启动效应:微生物竞争的问题?”土壤生物学和生物化学,35卷,不。6,837 - 843年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
42. w·b·麦吉尔·h·w·亨特,r . g . Woodmansee和j·o·罗伊斯,“凤凰城,一个模型的动力学在草原土壤碳和氮,”生态公告33卷,49 - 115年,1981页。视图:谷歌学术搜索
43. 刘K.-y y。湾,y道et al .,“二氧化碳通量从中部地区稻田土壤:间歇洪水和排水的影响周期,”《公共科学图书馆•综合》,8卷,不。2篇文章ID e56562 2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. m·c·斯科尔斯j·斯威夫特,o . w .治愈et al .,“土壤肥力研究可持续发展的需求,”生物的管理热带土壤肥力,p . Woomer和m . j .迅速、Eds。,pp. 1–14, Wiley, Chichester, UK, 1994.视图:谷歌学术搜索
45. d . c . Reicosky“保护性耕作对土壤有机碳动力学的影响”田间试验。年代玉米带d·e·斯托特,r·h·Mohtar和g·c·斯坦哈特,Eds。,第485 - 481页,2001年。视图:谷歌学术搜索
46. c . a . Cambardella e·t·艾略特,“颗粒土壤有机质变化在草原种植序列,”美国土壤科学学会杂志》上卷,56号3、777 - 783年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. d . e .赖赫利、j . f . McBrayer和b s Ausmus”生态能量分解器无脊椎动物的落叶林和总呼吸的预算,”土壤动物学的进展,j . Vanek Ed,页283 - 292,垃圾容积出版。1975年,海牙,荷兰,。视图:谷歌学术搜索
48. a .举办“土壤新陈代谢与生态系统能量流和主系统和辅助生产,”土壤生态学的研究方法菲利普森j . Ed,页167 - 172,IBP /联合国教科文组织协会。,1970年巴黎。视图:谷歌学术搜索
49. a . Hursh a .巴兰坦l·库珀·m·Maneta j·金伯尔和j·瓦,“土壤呼吸对土壤温度的敏感性,水分,供应和碳在全球范围内,“全球变化生物学,23卷,不。5,2090 - 2103年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
50. j·m·罗宾逊,t·a·奥尼尔j . Ryburn l . l .梁v . l . Arcus和洛杉矶Schipper”快速实验室测量土壤呼吸对温度的依赖关系的变化和应用在三个不同的土壤,“生物地球化学,卷133,不。1,第112 - 101页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
51. m . Rastogi s·辛格,h·帕沙克,“从土壤排放的二氧化碳。”当前的科学卷,82年,第517 - 510页,2002年。视图:谷歌学术搜索
52. r·t·柯南特·Dalla-Betta c . c . Klopatek和j·a . Klopatek“控制在半干旱土壤,土壤呼吸”土壤生物学与生物化学,36卷,不。6,945 - 951年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
53. p c . Selmants s c·哈特,s波义耳,c·a·格林和b . a . Hungate”恢复杰克松森林增加土壤有限公司₂流出超过水或氮的增加。”应用生态学杂志,45卷,不。3、913 - 920年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
54. l . j . w . Tang美声,a . Gershenson w x Cheng和h·戈尔茨坦,“连续测量土壤呼吸和无根的杰克松庄园内华达山脉,”农业和森林气象学,卷132,不。3 - 4、212 - 227年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
55. a . Tufekcioglu j·w·赖斯·t·m·Isenhart r·c·舒尔茨,“在河岸缓冲区和相邻农田土壤呼吸,”植物和土壤,卷229,不。1,第124 - 117页,2001。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
56. c . g . Kowalenko k.c. Ivarson, d·r·卡梅伦“含水率的影响,温度和二氧化碳的进化从球场上氮肥的土壤,“土壤生物学与生物化学,10卷,不。5,417 - 423年,1978页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
57. a·j·伦敦,m·g·梅西纳和s . h . Schoenholtz“森林采伐对土壤温度的影响,水分,和呼吸在一片容易被淹的低洼地过早地硬木森林,”美国土壤科学学会杂志》上,卷63,不。3、637 - 644年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
58. e·a·荷兰,a·r·汤森和p . m . Vitousek”变化的温度调节有限公司₂通量和n矿化从5夏威夷soils-implications气候变化,“全球变化生物学,1卷,不。2、115 - 123年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
59. m·f·鲍姆,“土壤有机质分解的温度依赖,全球变暖的效应对土壤organic-C存储,”土壤生物学与生物化学,27卷,不。6,753 - 760年,1995页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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