
碳通量

Bijay Gurung是罗森塔尔博士实验室的环境与植物生物学硕士学生,他正在研究绿色屋顶去除大气中碳的可能性。
他写道:
绿色屋顶提供了许多好处,如雨水截流、动物栖息地、调节建筑物和屋顶表面的温度、缓解城市热岛效应、延长屋顶的使用寿命和美学价值(Oberndorfer等人,2007)。各种类型的植物已经被用于绿色屋顶系统,包括耐旱多肉植物,草,和其他草本或木本植物。
最近,人们还研究了绿色屋顶吸收和储存碳的潜力。绿色屋顶生态系统与自然生态系统在碳吸收方面存在差异。在自然生态系统中,如草原,大部分被隔离的碳以土壤有机质(SOM)的形式存在。SOM包括分解植物残留物、微生物和腐殖质(Luo & Zhou, 2006)。虽然Schoonover中心的绿色屋顶由与草原生态系统相似的植物组成,但绿色屋顶上的植物生长在人造基质中,主要由珍珠岩组成,珍珠岩是一种工程轻质材料,其成分与土壤不同。参与固存土壤有机质的主要矿质土壤成分之一是粘土。通过有机质与土壤矿物颗粒的相互作用,黏土有助于土壤长时间储存碳,从而减缓分解过程(Yang等,2021)。与草地相比,广泛的绿色屋顶基质很少或没有粘土,这可能会降低碳的固存。Getter等人(2009)、Agra等人(2017)和Kuronuma等人(2018)的研究提供了关于绿色屋顶和植物类型的碳储存能力的信息,以增强碳储存的潜力。种植原生草地植物的绿色屋顶已被证明比单一栽培的多肉植物吸收更多的碳(Kuronuma等人,2018),但很少有数据描述绿色屋顶基质上草原植物通过二氧化碳外排(土壤呼吸)所吸收和损失的碳量。
土壤呼吸是由于根系和土壤微生物的呼吸活动而使二氧化碳从土壤中流出的过程。土壤呼吸包括自养和异养成分,其中自养呼吸与根、菌根和根相关微生物的呼吸有关,而异养呼吸涉及自由生活的土壤微生物对SOM的分解(Hanson et al., 2000)。
土壤呼吸是全球碳循环的一个组成部分,并可能受到温度、湿度和其他因素的影响。一般说来,土壤温度的升高与土壤呼吸作用的增加有关。土壤温度的升高通过促进自养(即根)呼吸和通过增加异养(即微生物)呼吸来增加土壤呼吸。土壤含水量在土壤呼吸中也是一个同样重要的因素。在土壤含水量低的情况下,根系呼吸作用减少。土壤含水量可以降低土壤呼吸对温度的敏感性。在干旱条件下,较低的水分供应被发现限制了植物和微生物的活动(Shen et al., 2008)。因此,评估土壤湿度和温度对土壤呼吸各组成部分的影响将有助于了解土壤呼吸各组成部分对这些因素的敏感性。
通过这个项目,我的目标之一是研究Schoonover中心新建立的绿色屋顶的土壤呼吸的自养和异养成分,并将其与威廉希尔亚洲真人平台学生农场附近恢复的草原系统进行比较。这项工作将首次量化和比较绿色屋顶和草原土壤呼吸的自养和异养成分。这些数据将揭示每个呼吸成分如何受到土壤温度和土壤水分含量的影响,以及这些响应在天然土壤和绿色屋顶基质之间的差异。
引用:
Agra, H., Klein, T., Vasl, A., Kadas, G., & Blaustein, L.(2017)。植物群落组成对屋顶绿化固碳效应的测量。城市林业与城市绿化,24,1-4。https://doi.org/10.1016/j.ufug.2017.03.003
Getter, K. L., Rowe, D. B., Robertson, G. P, Cregg, B. M, and Andresen, J. A.(2009)。大面积绿色屋顶的固碳潜力。环境科学与技术,43(19),7564-7570。https://doi.org/10.1021/es901539x
Hanson, p.j., Edwards, n.t., Garten, c.t., and Andrews, j.a.(2000)。分离根系和土壤微生物对土壤呼吸的贡献:方法和观察的综述。生物地球化学,48(1),115-146。https://doi.org/10.1023/A:1006244819642
Kuronuma t;渡边,H.(2017)。几种屋顶绿化植物建设后1年的生理形态特征及固碳能力点。植物科学。, 8(01), 14-27。
Kuronuma, T., Watanabe, H., Ishihara, T., Kou, D., Toushima, K., Ando, M., & Shindo, S.(2018)。不同植被种类粗放绿化屋顶的CO2收益。环境科学学报,21(7),344 - 344。https://doi.org/10.3390/su10072256
罗艳,周霞(2006)。第三章土壤中CO2的产生过程。见罗毅、周晓东主编,土壤呼吸与环境(pp. 35-59)。学术出版社。https://doi.org/10.1016/B978-012088782-8/50003-6
Oberndorfer, E., Lundholm, J., Bass, B., Coffman, R. R., Doshi, H., Dunnett, N., Gaffin, S., Köhler, M., Liu, k.k.y ., & Rowe, B.(2007)。绿色屋顶作为城市生态系统:生态结构、功能和服务。中国生物医学工程学报,2014(10),344 - 344。斯高帕斯。https://doi.org/10.1641/B571005
沈伟,Jenerette, g.d., Hui, D, Phillips, R. P, and Ren, H.(2008)。降水制度变化对降水事件、季节和年际尺度上旱地土壤呼吸和碳库动态的影响地球物理学报:地球科学版,2013(3)。https://doi.org/10.1029/2008JG000685
杨建强,张晓明,Bourg, i.c., and Stone, h.a.(2021)。4D成像揭示了粘土碳保护和释放的机制。自然通讯,12(1),622。https://doi.org/10.1038/s41467-020-20798-6
相片画廊
以下图片是Bijay Gurung和本科生Robert Santiago在Schoonover绿色屋顶上进行研究的照片。