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文章标题：Effects of winter soil warming on crop biomass carbon loss from organic matter degradation
标题译文：冬季土壤升温对有机质降解造成的作物生物量碳损失的影响
发表期刊：Nature Communications
在线时间：2024.10.14
通讯作者：梁玉婷研究员
作者单位：中国科学院南京土壤研究所
研究背景
Background
过去十年，全球快速变暖对全球粮食安全构成了显著威胁。预计到2050年，世界人口将达到100亿，全球粮食需求将比2010年水平增加约56%。在此背景下，全球变暖导致的作物生物量下降将使满足未来粮食需求增长成为一个日益艰巨的任务。因此，鉴于气候变化的不可逆性，把握气候变化如何具体影响作物生物量对于保护全球粮食安全至关重要。
当前研究大多关注年平均温度变化对作物产量的影响，而冬季变暖对作物生物量的影响尚未得到充分研究。研究发现，冬季变暖可以通过改变土壤温度和湿度来影响土壤肥力，进而影响作物生长。文章通过整合全球数据库和在中国三个不同气候区域进行的为期十年的田间实验，研究了冬季变暖通过土壤过程对作物生物量碳的潜在影响。
主要结果
Results
冬季土壤温度每升高 1°C，秸秆和谷物生物量碳分别下降 6.6 ± 1.7g kg-1和10.2 ± 2.3 g kg-1。这种下降主要归因于土壤有机质和微量营养素的损失。如果忽视冬季变暖对作物生物量碳的不利影响，可能会在未来变暖情景下高估粮食总产量 4-19%。
通过土壤转位实验，发现从高纬度地区转移到中低纬度地区的土壤有机质的降解速率更高，这表明冬季变暖可能通过加速土壤有机质的分解来影响作物生物量碳。
结构方程模型分析表明，冬季土壤温度、土壤地球化学特性和微生物特性之间的相互作用可以解释高纬度地区作物生物量碳变异性的80%，中纬度地区的42%，以及低纬度地区的44%。
文章图表
Figures & tables
图1：不同作物类型下作物生物量碳对冬季土壤温度变化的响应。
图2：在为期十年的田间土壤转位实验中，冬季土壤温度与作物生物量碳之间的关系。
图3：通过结构方程模型揭示冬季土壤温度、矿物保护、土壤属性、微生物多样性和酶活性对作物生物量碳的直接和间接影响。
图4：冬季变暖对作物生物量碳的遗留效应示意图。
图5：未来十年作物碳总量的预计损失。
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