土壤碳氮循环与气候变化研究团队

南京农业大学农业资源与生态环境研究所土壤碳氮循环与气候变化研究团队写在前面的话在新年的钟声敲响的时候，回顾过去一年我们走过的里程，历数我们的收获，无不感受国家发展带给我们的机遇，无不感受各位领导和朋友的关怀，无不体会大家在科学道路上求索的精神。我们将在过去的一年所做的工作，取得的些许成绩，编成这个集子，权作我们的2009年年报，奉献给大家，并借此机会衷心感谢资助部门、管理部门和合作单位以及各位领导和朋友，感谢你们的指导和支持，批评和鞭策这些都是我们不可缺少的前进动力我们每年作一点努力，换一点进步；我们每年寄一份希望，求一寸高度于南京农业大学实验楼工作室目录、团队主要研究进展、发表论文目录1、SCI收录论文及部分英文论文2、中文核心期刊论文、在研项目、年度历程、代表性论文选录1，XIONGZQ,KHALILMAK,XINGG,SHEARERMJ,BUTENHOFFC2009ISOTOPICSIGNATURESANDCONCENTRATIONPROFILESOFNITROUSOXIDEINARICEBASEDECOSYSTEMDURINGTHEDRAINEDCROPGROWINGSEASONJGEOPHYSRES114,G02012DOI101029/2008JG0008272，JIANWENZOU,YAOHUANG,YANMEIQIN,SHUWEILIU,GENXINGPAN,QIRONGSHEN,YANYULUANDQIAOHUILIU2009CHANGESINFERTILIZERINDUCEDDIRECTN2OEMISSIONSFROMPADDYFIELDSDURINGRICEGROWINGSEASONINCHINABETWEEN1950SAND1990SGLOBALCHANGEBIOLOGY,152292423，LIAOQILIN,ZHANGXUHUI,PANGENXING,ETAL2009INCREASEINSOILORGANICCARBONSTOCKOVERTHELASTTWODECADESINCHINASJIANGSUPROVINCEGLOBALCHANGEBIOLOGY,158618754，PAN,G,XUXW,SMITHP,PANW,LAL,R2009ANINCREASEINTOPSOILSOCSTOCKOFCHINASCROPLANDSBETWEEN1985AND2006REVEALEDBYSOILMONITORINGAGRICULTURE,ECOSYSTEMANDENVIRONMENT,DOI101016/JAGEE2009120115，PANGENXING,ZHOUPING,LIZHIPENG,ETAL2009COMBINEDINORGANIC/ORGANICFERTILIZATIONENHANCESNEFFICIENCYANDINCREASESRICEPRODUCTIVITYTHROUGHORGANICCARBONACCUMULATIONINARICEPADDYFROMTHETAILAKEREGION,CHINAAGRICULTURE,ECOSYSTEMSANDENVIRONMENT,131274280一、主要研究进展1，15N同位素与氮素温室气体研究熊正琴教授课题组率先开展稻田温室气体N2O产生过程中15N、18O同位素自然丰度变异研究，发现稻田生态系统中15N2O同位素值明显高于其他农业生态系统，从而揭示稻田生态系统中反硝化过程在全球氮循环中具有重要意义，对全球N2O收支平衡研究具有重要参考价值。该研究结果于2009年发表在国际权威期刊JOURNALOFGEOPHYSICALRESEARCHG02012,DOI101029/2008JG000827；2，稻田水分管理方式与稻田温室气体排放变化评估熊正琴教授课题组和邹建文教授课题组分别系统研究了我国稻田温室气体N2O和CH4、蔬菜地N2O以及水体N2O产生和排放规律，熊正琴教授与美国PORTLAND大学KHALIL教授合著的GREENHOUSEGASESFROMCROPFIELDS一书中对于我国因水分管理方式改变而导致的稻田温室气体排放变化进行了分析评估，CH4排放减少51TG/年，同时N2O排放增加002TG/年，相当于净减少27TGCO2当量/年。NATURENEWS对这一研究结果进行了专题科学新闻报道，HTTP/WWWNATURECOM/NEWS/2009/090818/FULL/NEWS2009833HTML。3，稻田温室气体总排放量变化估计与评价邹建文教授课题组员充分考虑到我国稻田生产中水分管理模式的改变，根据我国水稻生产的特点，将稻田水分管理划分为淹水、淹水中期烤田淹水和淹水中期烤田湿润灌溉三种方式，采用IPCC方法学和利用最小二乘法线性回归技术建立了适用于我国不同水分管理方式下水稻生产中N2O直接排放量的估算模型，进一步利用我国水稻生产面积、水分管理、氮肥施用等历史资料，估算了20世纪50至90年代我国水稻生产的N2O直接排放量变化，揭示了过去几十年来我国水稻生长季N2O排放随着水稻产量提高而线性增加的变化特征。从20世纪50至90年代，每年我国水稻生长季N2O直接排放量由096万吨N增加到了323万吨N；并揭示我国水稻生产中N2O减排的主要潜力区域为长江中下游稻区。这一结果支持了我国部分学者基于测定资料的外推估算，为纠正国际同行利用DNDC模型对我国稻田N2O排放估算的明显偏高提供了科学依据和数据支撑。相关研究结果发表于生态环境类国际权威刊物GLOBALCHANGEBIOLOGY（2009，15229242）。4，我国农田氮肥施用与N2O温室气体排放量演变分析邹建文教授课题组采用其自主建立的降水因子修正的IPCC排放因子的N2O排放估算模型与GIS技术相结合的方法，估算了二十世纪8090年代我国农田化学氮肥施用引起的N2O直接排放量，明确了我国农田N2O排放的时空变化特征，及其减排区域。结果表明，二十世纪80年代和90年代我国农田化肥N施用引起的N2O直接排放量分别为1157和2105万吨N/年，19802000年间，化肥N施用引起的N2O直接排放量增加速率为091万吨N/年。其中以旱作农田为主，分别占1980年和2000年总量的79和92。化肥N施用引起的N2O直接排放量主要来自于中国东部和中南部地区，大约占总量的65左右，这些地区也是我国农田N2O减排的主要潜力地区。就农业生产而言，19802000年间单位农业产量的N2O排放量并无显著增加，平均每生产1公斤农业产量大约有093克N以N2O的形式排放到大气中。相关研究结果发表于环境类国际重要刊物ENVIRONMENTALPOLLUTIONDOI101016/JENVPOL200908026。5我国耕地土壤固碳及其减排潜力实证研究潘根兴教授课题组采用国土地调成果和耕地土壤监测结果，采用METAANALYSIS统计方法及年相对增量评价方法，并与第二次土壤普查结果对比，首次分析了江苏省尺度土壤表层和全国耕地耕层（深度为020CM）土壤有机碳含量变化，实证揭示江苏省19822004年间表层土壤有机质碳库增加24TG,全国耕地在19852006年间土壤表土有机碳库增加065PG,平均每年增加255TG,并且水稻土增加较大幅度高于旱地土壤；有机无机配合施肥可以显著增加耕地土壤有机质碳库固定，保护性耕作可以进一步将固碳效应提高150，农业土壤固碳潜力可达1990年温室气体减排份额的50左右。这些工作是我国首次通过土壤测定值对土壤碳库增加的实证研究，进一步支持了过去提出的农业土壤固碳对减缓气候变化的巨大潜力，值得在我国生态系统和农业固碳减排中予以充分重视。相关论文发表在GLOBALCHANGEBIOLOGY2009,AGRICULTURE,ECOSYSTEMANDENVIRONMENT2009以及农业环境保护学报（2009）。6农田土壤有机质固碳增汇增产机理分析收集整理了我国不同省区谷物作物产量与耕地有机质碳含量资料，南方稻田长期试验中作物产量与有机质碳含量变化资料，以及几个典型水稻长期试验土壤的有机质、土壤氮素养分及微生物生物量及微生物区系的实际采样分析，统计建立了耕地有机质含量与作物产量及其多年稳定性的关系，首次实证揭示耕地有机质固碳对于提高和稳定耕地粮食生产力的作用，这种作用与有机质增加下土壤微生物生物量增加及其微生物氮素等养分蓄持而提高了氮素等养分利用律有关；良好管理下的固碳增汇作用通过微生物区系多样性及真菌优势度提高，而减慢有机质矿化分解，减少温室气体释放。对南方多个长期试验农田的系统碳汇效应的评估得到进一步证实。这些结果支持了2007年度发表的有机无机配合施肥增加土壤有机质碳库并减少稻田温室气体释放的实验研究结果。因此，以稻田为例，揭示农田土壤固碳减排增汇和增产的共轭双赢作用和农田CN耦合作用，为低碳农业技术途径提供了明确的科学依据。相关研究论文发表在AGRICULTURE,ECOSYSTEMANDENVIRONMENT2009A,B,生态学报（2008），应用生态学报（2009），生态环境（2008），中国农业科学（2009）和农业环境保护学报（2009）等杂志。二、发表论文（一），发表的SCI收录论文及部分英文论文（团队成员作为第一作者或通讯作者）1JIANWENZOU,YAOHUANG,YANMEIQIN,SHUWEILIU,GENXINGPAN,QIRONGSHEN,YANYULUANDQIAOHUILIU2009CHANGESINFERTILIZERINDUCEDDIRECTN2OEMISSIONSFROMPADDYFIELDSDURINGRICEGROWINGSEASONINCHINABETWEEN1950SAND1990SGLOBALCHANGEBIOLOGY,152292422JIANWENZOU,YANYULU,YAOHUANG2009ESTIMATESOFSYNTHETICFERTILIZERNINDUCEDDIRECTNITROUSOXIDEEMISSIONFROMCHINESECROPLANDSDURING19802000ENVIRONMENTALPOLLUTION,DOI101016/JENVPOL2009080263JIANWENZOU,SHUWEILIU,YANMEIQIN,GENXINGPANANDDAWEIZHU2009SEWAGEIRRIGATIONINCREASEDMETHANEANDNITROUSOXIDEEMISSIONSFROMRICEPADDIESINSOUTHEASTCHINAAGRICULTURE,ECOSYSTEMSTHECARBONBALANCEOFEUROPEANCROPLANDS”学术报告并就中国土壤有机碳变化模拟进行交流；9月是月，科技部“863”高技术领域“十二五”战略研究进入报告编制阶段，潘根兴教授参加“农业生境领域固碳减排生境技术发展战略”部分编写，于10月初提交，12月接受科技部进一步征询意见；潘根兴教授接受北京科技报电话采访，纵谈土壤重金属污染与粮食和公众健康。我所刘永卓同学受委派赴美国加州大学RIVERSIDE分校环境科学系DAVIDCROWLEY环境微生物实验室进行进修及稻田土壤微生物分子生态合作研究；262009年9月28日，气候变化国家评估报告第一次章主笔会议在中国科学院寒区旱区环境研究所冰冻圈国家重点实验室召开，主编秦大河院士主持会议。潘根兴教授出席会议，并作为农业和土地利用领域专家承担编写工作；272009年9月26日，中国气候与环境2012科学评估报告第二次章主笔会议在中国科学院寒区旱区环境研究所冰冻圈国家重点实验室召开，主编秦大河院士主持会议。潘根兴教授出席会议，并作为农业领域温室气体减排研究专家承担相应编写任务；282009年9月25日，“十二五”国家应对气候变化科技发展专项规划启动会在北京科技部多功能厅召开。专项规划编制领导小组成员单位代表、专家指导委员会主任徐冠华院士、专家指导委员会成员及编写专家组部分成员120余人参加了本次会议。受科技部农村司推荐，潘根兴教授作为农业领域编写组专家出席了会议；292009年9月2122日，邹建文教授和熊正琴教授出席在南京举行“CONFERENCEONTHEENVIRONMENTALIMPACTSOFCARBONANDNITROGENCYCLESINTERRESTRIALECOSYSTEMSINEASTASIA”国际研讨会，并分别主持分会场主持，并分别作特邀报告“MODELINGGLOBALANNUALSOILRESPIRATIONFROMCLIMATEANDSOILPROPERTIES”和“ISOTOPICSIGNATURESOFNITROUSOXIDEINARICEBASEDECOSYSTEM。”302009年9月23日，潘根兴和邹建文教授出席张福锁教授组织的WORKSHOPONFCOPROJECTANDCASESTUDYINJIANGSUPROVINCE，并作报告；312009年9月22日，江苏省农业科学院太湖地区农业科学研究所副所长沈明星研究员访问我所，就低碳农业的研究与合作进行深入讨论，同意双方加强合作，共同推进现代化农业中应对气候变化农业技术的研究开发；322009年9月20日，我所潘根兴教授、邹建文教授、李恋卿教授、研究生张阿凤访问常熟农业科学研究所，就应对气候变化农业试验研究合作基地建设进行洽谈，并拟订合作协议，计划在未来10年内共建高水平气候变化与农业生产野外试验研究基地；332009年9月1718日，邹建文教授应邀出席国家自然科学基金委生命科学部生态学科发展战略专家研讨会，与会专家就“十二五”生态学学科发展战略和优先发展领域进行了讨论；342009年9月16日，我所举行新生入学开学教育暨学术报告会，12名新入学博士和硕士研究生及全体在校老生、实验室在校老师出席，张阿凤、邰继承、QAISERHUSSAIN、靳振江、崔立强、韩晓君、程琨等高年级研究生介绍了各自领域的研究工作和在实验室工作的体会，潘根兴教授作了本所研究方向、工作筹划及研究生培养的报告，要求研究生在学期间通过学习，修身养性，塑造合格人格，培养严谨求实的科学精神，树立积极的人生信念，享受科学生活；352009年9月15日，农业部科教司项目办王桂玲处长来所访问，潘根兴教授与王处长讨论了土地利用节能减排和农业应对气候变化项目合作事宜；8月是月，我所张旭辉副教授受国家留学基金委员会资助，受委派赴英国ABERDEEN大学PETESMITH教授环境过程模拟实验室进行农田土壤有机碳演变模拟合作研究；362009年8月2226日，我所潘根兴教授、张旭辉副教授及研究生王洋赴三江源地区考察，并与青海省气象局就青藏高原地表环境研究建立合作；372009年8月1214日，熊正琴教授出席于北京召开的DOEMOST美国能源部中国科技部气候变化科学组会议，并主持SESSION5“大气痕量气体”小组报告会。并作专题报告“WHOLEYEARNITROUSOXIDEEMISSIONSFROMRICEWHEATROTATIONAGRICULTURE”。会议期间，就“中国稻田水分管理与稻田温室气体排放”接受受访，2009818NATURENEWSONLINE报道。382009年8月11日，国家自然科学基金委员会地球科学部“十二五”学科发展战略土壤学领域研讨会在南京江苏会议中心召开，战略研究秘书组成员骆永明教授主持讨论会，潘根兴教授作为主要编写者主持了自由讨论，会后与张海波博士起草土壤学战略研究报告，在10月提交基金委员会战略研究组；392009年8月6日，国家自然科学基金委员会地球科学部“20112020”学科发展战略研究地球科学部启动会在北京外国专家大厦召开，学部主任程国栋院士主持讨论会，潘根兴教授作为土壤学领域专家出席了会议，并参加战略研究编制工作；402009年8月1011日，我所张阿凤同学参加了由海峡两岸关系协会主办的第十四届海峡两岸中国现代化学术研讨会“地球暖化问题”，并作题为“秸秆黑炭处理技术与农业减排增汇”的报告；412009年8月1日，科技部农村司农业处王亚武博士访问我校，潘根兴教授作农业固碳减排与应对气候变化工作汇报；7月是月，潘根兴教授完成在美国的学术会议和访问，提前回国，准备农业部行业专项申报工作的组织。周萍、李志鹏、王成己等博士研究生完成学位论文答辩，旋毕业。其中周萍同学被评为校优秀博士毕业研究生，并为中国科学院亚热带农业与生态研究所录用，王成己被福建农业科学院录用；李志鹏经考试合格进入公务员队伍。422009年7月23日，农业部在北京永安宾馆召开2009年度公益性行业专项科研经费项目申报答辩会，潘根兴教授代表“气候变化对农业的影响及应对研究”申报项目组，参加了答辩，经过此轮答辩修改，9月在北京进行了实施方案汇报，继而进入编制实施方案和预算，报科技部和财政部审核；432009年7月2022日，潘根兴教授在北京出席国家自然科学基金地球科学部面上和青年基金评审会及化学学部国际重大合作项目评审会；442009年7月69日，潘根兴教授作为科学指导委员会成员，应邀参加了在美国COLORADO州温泉市举行的“第二届国际土壤有机质动态学术研讨会”，并作了“稻田土壤有机质与生产力”的特邀报告，是亚洲国家唯一的大会特邀报告。会议期间，潘根兴教授还与生物黑炭著名研究者，CORNELL大学的JOHNNASLEHMAN博士，法国农业土壤碳生物地球化学专家ABADCHABBI教授、德国墨尼黑理工大学INGRIDKOGELKNABER教授、美国COLORADO州立大学自然资源生态学实验室KEITHPAUSTIAN教授、加拿大农业部HENRYJANSEN等国际著名土壤有机质（碳）科学家就土壤固碳减排、有机质管理与生产力提升等问题进行了深入交流和讨论，并商谈了今后的进一步合作；452009年7月2日，潘根兴教授分别访问了美国北卡州立大学COLLEGEOFAGRICULTUREANDBIOSCIENCE,NORTHCAROLINASTATEUNIVERSITY和美国DUKE大学环境科学学院，分别与北卡州立大学HEITMAN博士就土壤水分水循环与气候变化，与DUKE大学地学与环境学院知名著名科学家DANRICHTER教授就生态系统长期试验研究与全球土壤变化进行了深入探讨；6月是月，2007届硕士研究生张良运，李洁静，牛文静，王新洲，胡忠良等完成论文答辩，毕业。张良运被评为校优秀硕士毕业研究生；李洁静被中国农业大学录取为博士研究生。462009年6月23日至7月1日，潘根兴教授在OHIO州立大学访问，并应邀作了题为“CSTOCK,DYNAMICSANDPOTENTIALOFCLIMATEMITIGATIONOFCHINASCROPLANDS”的报告；472009年6月18日，本所网站WWWIREEACN进行第二次重大调整,增加了站内搜索、认证人员内部资料共享等内容；482009年6月13日，复旦大学生态学系方长明教授应邀为本所师生作学术报告“土壤有机碳分解的温度效应研究进展与问题”，受到了我所师生的强烈反响和热烈讨论；492009年6月10日，我所在四川成都河畔宾馆组织召开首次“南方稻田生态系统长期试验交流协作会议”，潘根兴、邹建文、李恋卿、张旭辉等老师出席，潘根兴教授作“长期试验网络化”主题报告，四川省农科院土壤肥料研究所、浙江农业科学院土壤肥料研究所、福建农业科学院土壤肥料研究所、湖南农业科学院土壤肥料研究所、西南大学资源环境学院、江苏农业科学院太湖地区农业科学研究所、江西红壤研究所、福建农林大学资源环境学院、广西大学农学院等单位20余位专家领导应邀出席。会议得到了在四川省农科院土壤肥料研究所大力支持。会议期间，潘根兴教授还应邀访问了四川省地调研究中心，受到该中心主任，金立新教授级总工的接待，并讨论了地调成果中土壤碳库研究合作的可能性；502009年6月2日，中国科学院大气物理研究所、大气边界层物理国家重点实验室研究员徐星凯博士来访，并作“陆地土壤碳氮有关过程及其机制基础研究”报告；5月是月，我所牵头组织申报“农田土壤有机质及生产力功能基础研究”“973”项目，参与科技部组织的第二轮答辩，未果；512009年5月30日，潘根兴教授受邀在复旦大学“2009年生态学全国研究生暑期学校”作“中国农田土壤固碳增汇及其农田生态过程与效应”主题报告；522009年5月1623日，美国加州大学RIVERSIDE分校环境科学系教授、著名环境微生物学家DAVIDCROWLEY访问我所，就土壤微生物生态与固碳微生物机理与潘根兴教授、李恋卿教授进行了广泛的讨论与合作研究探讨，并赴太湖地区我所试验研究基地考察。访问期间，向资源环境学院师生分别作了“THEGLOBALBIOCHARINITIATIVELINKINGMICROBIOLOGICALPROCESSESTOCARBONSEQUESTRATIONINCHARCOALAMENDEDSOILS“和“IMPACTSOFMETALSANDMETALLOIDSONSOILMICROBIALDIVERSITYANDECOSYSTEMFUNCTION”报告；532009年5月20日，我所承办的农业部“农业应对气候变化工作研讨会”在南京农业大学翰苑宾馆召开，来自中国农科院环发所、中国农业大学、中国科学院南京土壤研究所等单位的二十多名专家和我所邹建文教授、李恋卿教授、熊正琴教授与会。农业部科教司王衍亮巡视员、农业部科教司寇建平处长、方放副处长等领导到会讲话，邹建文教授做了大会发言。会议就农业领域气候变化相关问题进行了广泛的讨论；4月542009年4月22日，“10000个科学难题”编写工作启动。地球科学领域难题征集及编写会议北京中国科学院地理与资源科学研究所召开，陆大道院士主持。潘根兴教授受有关专家推荐出席了会议，作为土壤学科代表组织土壤学科难题征集、联络及入编工作。7个土壤学问题介绍在9月提交出版；552009年4月2526日，潘根兴教授受邀出席了教育部“农业资源与环境专业”教学指导委员会在广州华南农业大学召开的“农业资源与环境专业发展战略研讨会”；562009年4月2123日，潘根兴教授应邀出席了在北京香山饭店召开的由国土资源部地质调查局组织的第348次香山科学会议“生态地球化学环境与健康”，并应执行主席邀请作了“中国土壤碳库研究的若干问题”的专题报告；572009年4月16日，潘根兴教授对农业部农业环境保护科研监测所进行了学术访问并作了“中国农业与应对气候变化的若干问题”的学术报告，并与该所领导讨论了农业和农村温室气体减排潜力合作研究；582009年4月14日下午，农业部土壤肥料质量监督检验测试中心副主任、全国农技中心土壤肥料质量监督处副处长田有国研究员应邀到我所进行交流访问，并作了题为“国内外长期定位试验与检测发展动态”的报告；592009年4月3日，召开实验室年度科学研究工作会议，部署了本年度主要研究和实验室建设任务；3月是月，哥本哈根国际气候变化科学大会召开。在中国社会科学研究院潘家华先生支持和推荐下，潘根兴教授受哥本哈根大学资助参加农业及土地利用缓解气候变化分会。潘根兴教授向会议提交2篇相关报告，因故未能成行。602009年3月4日，潘根兴教授就我国土壤碳库、二氧化碳减排及与气候变化关系等问题接受中国气象报记者采访，访谈报告在中国气象报刊登；2月是月，邹建文教授课题组有关稻田温室气体排放的研究成果被科技日报、新华日报、现代快报、南京日报、新华网、气候变化信息网、科学网等十多家媒体报道转载；612009年2月23日，中国农业科学院土壤肥料研究所马义兵研究员来访我所，并作“农业长期试验数据挖掘与养分管理”专题报告，受到师生的高度关注和热烈讨论；1月622009年1月1617日，潘根兴教授受邀参加了在北京国家气象局召开的第一次全体作者会议，并参与承担第三部分“减缓气候变化的社会经济影响评价”中第五章“中国农、林业部门减排增汇技术与潜力分析”的编写工作；632009年1月15日，院学术年会召开，潘根兴教授作“中国粮食生产50年发展趋势分析及其启示”的学术报告；642009年1月12日，我所召