牧压梯度下海北高寒草甸土壤速效氮变化特征及其影响因素分析

在青海海北高寒矮嵩草草甸设置封育禁牧(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)和重牧(HG)放牧梯度试验样地, 进行了土壤速效氮变化特征及影响因素的分析. 结果表明: 植物生长期的5-9月, 土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N和速效氮(NH₄⁺-N和NO₃^--N之和)含量季节变化明显, 基本表现为植物生长初期高, 末期低. CK、LG、MG和HG条件下, 5-9月0~40 cm土壤NH₄⁺-N平均含量分别为17.62 mg·kg^-1、17.84 mg·kg^-1、18.63 mg·kg^-1和16.67 mg·kg^-1, NO₃^--N平均含量为8.91 mg·kg^-1、8.23 mg·kg^-1、7.99 mg·kg^-1和7.94 mg·kg^-1, 速效氮平均含量为26.53 mg·kg^-1、26.07 mg·kg^-1、26.62 mg·kg^-1和24.61 mg·kg^-1, 基本表现出随放牧强度增大而降低. 土壤速效氮月际变化与地上绿体生物量具有一定的负相关关系, 表明地上生物量越大, 消耗土壤速效氮越趋明显; 与枯落物有一定的正相关关系, 与地下生物量关系不甚明显, 与湿沉降呈现负的相关性. 土壤NH₄⁺-N含量与土壤有机碳有负相关关系, 而NO₃^--N含量与有机碳相关性差, 表明土壤有机碳越高, 土壤NH₄⁺-N消耗越明显.     

长江源区大气氮湿沉降时空变化特征

长江源区作为亚洲第一长河的发源地,探究其氮沉降特征,对于保护我国水源地安全具有十分重要的意义.本文在野外采样、数理分析的基础上,利用氮源分析及后向轨迹模型判断氮沉降的环境意义.结果表明:(1)2016年4月-2018年7月,NO₂^--N、NO₃^--N、NH₄⁺-N的平均浓度分别为1.01 mg/L、2.45 mg/L、1.30 mg/L;NO₂^--N、NO₃^--N、NH₄⁺-N的平均沉降量分别为0.02 kg/hm²、0.09 kg/hm²、0.30 kg/hm².曲麻莱氮浓度占源区比重最高,沱沱河次之,直门达最小,且春、夏季氮沉降量高于秋、冬季.(2)氮沉降浓度与降水量之间呈对数函数关系,沉降量与降水量之间呈正向幂函数关系;NO₂     

酒泉东盆地地下水“三氮”分布特征及健康风险分析

为探讨河西走廊地下水“三氮”的污染现状和个人健康风险。本文以酒泉东盆地为例,通过数据统计、空间分布趋势、污染源和影响因素分析的手段,从“三氮”分布、迁移和影响因素及其健康风险评价进行研究。结果表明：在其独特的地形地貌、氧化还原环境、包气带和含水层岩性、潜水的埋深、酸碱环境和地下径流条件等自然因素以及生态环境的破坏和城市化的发展等人为因素影响下,研究区地下水“三氮”总体含量较低,污染相对较轻,仅有一处NO₃^--N含量超过标准限值;区域分布上,“三氮”含量具有明显的北高南低的规律,NO₃^--N和NO₂^--N含量东、西两侧高,中间低,NH₄⁺-N含量由西北向东南逐渐减少。“三氮”个人年健康风险的整体分布趋势基本一致,由西部人口密集区域向东部人口非密集区域逐渐递减。     

青藏高原多年冻土区不同草地类型生态系统呼吸季节差异性

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明：生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0.30~0.92）高于沼泽草甸（0.12~0.29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0.31和0.36 μmol·m^-2·s^-1,生长季分别为1.99和2.85 μmol·m^-2·s^-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419.01 gCO₂·m^-2,显著高于高寒草甸（1 042.99 gCO₂·m^-2）,其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268.13和340.40 gCO₂·m^-2,分别占全年的25.71%和23.99%。两种草地类型生态系统呼吸与气温、5 cm和20 cm地温均显著相关,可解释37%~73%的季节变异,除生长季沼泽草甸外,生态系统呼吸与5 cm地温相关性最高。非生长季5 cm地温对应Q₁₀为4.34~5.02,高于生长季（2.35~2.75）,且沼泽草甸高于高寒草甸。生长季生态系统呼吸与土壤水分无显著关系,而非生长季生态系统呼吸受土壤水分显著影响（R²：0.21~0.40）,随土壤水分增加而增加。     

不同淹水深度对香蒲生长状况、水质及底泥理化性质的影响

为了研究湿地香蒲种群对不同水深环境的生态响应规律和特征，分别于2018-06-30，2018-07-30，2018-08-29，2018-09-28进行野外采样，通过调查和室内化学分析，探讨了7个不同淹水深度下香蒲种群生长指标、水质因子和底泥因子的变化情况。结果表明：在不同淹水深度下，香蒲的生长指标差异显著，当淹水深度为50 cm时，香蒲的生长状态最优；4个采样日石佛寺水库水样大体呈弱碱性，底泥类型为中性偏酸性；随着淹水深度的增加，水样中的溶解氧（DO）、硝态氮（NO₃^-）和亚硝态氮（NO₂^-）质量浓度逐渐减小，总氮（TN）和氨氮（NH₄⁺）质量浓度增大，底泥中氨氮（NH₄⁺）和有机碳（SOC）质量分数总体增大，总氮（TN）、硝态氮（NO₃^-）和亚硝态氮（NO₂^-）质量分数逐渐减小，电导率总体逐渐降低，总磷（TP）和速效磷（AP）的质量分数基本呈波动状态。底泥和水体中氮元素的含有量对香蒲的生长影响较大。     

青藏高原冰川氮记录研究进展

近年来,青藏高原冰川持续退缩,显著影响区域气候与生物地球化学循环。作为重要的营养元素,氮在生态系统中的循环备受关注。冰川中含氮化合物的迁移转化是冰冻圈地区氮循环的重要环节。基于青藏高原地区冰川氮记录研究,综述了近年来冰芯氮记录的历史变化,指出不同区域的变化趋势存在差异,认为一定程度上受亚洲地区人类活动排放污染物的影响。通过全面的雪冰氮（总氮以及NO₃^-、NH₄⁺等）数据收集与分析,阐明了冰川雪冰中可溶无机氮北高南低的整体空间分布特征。利用冰川物质平衡数据,评估了气候变化背景下青藏高原冰川氮的释放量,结果表明：可溶无机氮年均释放量可达4 700 t?a^-1以上。基于目前的研究与认识,提出了冰冻圈地区冰川雪冰氮研究的薄弱环节并进行了展望。在未来的研究中特别关注有机氮以及氮同位素的研究,加强冰川氮释放迁移对青藏高原冰冻圈地区氮循环的影响研究。     

秦岭太白山南麓降水中常量无机离子特征及其来源研究

以2011年11月至2014年9月连续采集的74个有效降水样品为研究载体,运用趋势分析法和相关分析法分析太白山南麓黄柏塬地区降水中常量无机离子（NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-、F^-）的化学特征,并结合富集因子法、端源贡献法及后向气流轨迹模型探究其来源。结果表明：研究区降水中各离子浓度大小顺序为Ca²⁺ > SO₄^2- > NH₄⁺ > NO₃^- > K⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > Cl^- > F^-,主要阳离子是Ca²⁺和NH₄⁺,共占阳离子总量的76.21%,主要阴离子是SO₄^2-和NO₃^-,共占阴离子总量的90.83%。降水总离子年平均浓度为404.64 μeq·L^-1,相对于国内外已研究的其他高山站点偏高,表现出典型的大陆型及人为源干扰的特征。受排放源、气象因子、植被、降水量等因素影响,降水总离子浓度表现出显著的季节差异,依次为冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季。源解析结果显示降水中SO₄^2-和NO₃^-95%以上由人为源贡献,Ca²⁺和Mg²⁺主要来源于地壳风化,Na⁺海盐源和非海盐源贡献约各占一半,K⁺主要来自于非海盐贡献,而F^-和NH₄⁺则几乎全部由人为源贡献。不同路径气团影响下的降水离子组分具有明显不同,北方气团途径太原、石家庄、北京、兰州等工业发达城市,工业燃煤交通废气排放量大,降水中SO₄^2-、NO₃^-浓度均偏高,离子总浓度也明显高于南方气团。     

秦岭主峰太白山北麓降水化学特征分析

利用太白山北麓2011年12月-2013年7月共39次降水样品数据资料, 定量分析了该区域降水化学的特征和时间变化规律. 结果表明: 太白山北麓地区降水中, 除常量离子Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-外, CO₃^2-、HCO₃^-、PO₄^3-及低分子有机酸也占有相当比例. 研究区降水常量离子浓度的顺序依次为: NH₄⁺ > SO₄^2- > Ca²⁺ > NO₃^- > Na⁺ > Cl^- > Mg²⁺ > K⁺ > F^-, 离子总浓度表现出明显的季节变化: 夏季(轻度污染) < 秋季(中等污染) < 春季(严重污染) < 冬季(极重污染). 利用因子分析法得出太白山北麓地区降水组分主要有三种来源; Na⁺、Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺主要来自地壳源, SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺主要来自人为源, K⁺和F^-主要由海盐源和人为源共同贡献. 根据Hysplit 后向气流轨迹分析, 得出不同路径气团降水离子组分不同: 受地形等因素影响, 北方路径的气团比南方路径气团离子总浓度较高; 受土壤类型影响, 西北方向气团降水Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺浓度较高; 受人为活动影响, 东北方向SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺浓度较高.     

三江平原典型湿地系统大气湿沉降中氮素动态及其生态效应

2004年7月至2005年6月对三江平原典型湿地系统大气湿沉降中的氮素动态进行了研究,并探讨了其生态效应。结果表明,各形态氮月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性,原因主要与人类活动、降水强度及频次、风向、地理位置以及氮氧化物自然排放有关;湿沉降的TN组成以TIN为主(51.38%~98.96%),TIN又以NH₄+-N和NO₃--N特别是NH₄+-N为主,降水天气系统的路径在很大程度上影响着降水中各形态氮的组成;降水量与各形态氮浓度均呈较弱的负相关(p>0.05),而NH₄+-N与NO₃--N、TON均呈显著正相关(p<0.05),它们可能具有同源性。NH₄+-N与NO₃--N的良好相关性与其在液相中的反应有关;生长季是全年氮沉降的重要时期,其TN沉降量为非生长季的1.84倍,二者所占比例分别为64.78%和35.22%。除NO₂--N外,其它各形态氮的沉降量均以生长季为主体;全年TN沉降量为7.57 kg/hm2,TIN/TON之比为5.47,TIN为沉降主体,占84.56%。NH₄+-N和NO₃--N是TIN沉降的主体,其所占全年的比例分别为52.55%和30.03%;氮是该区植物生长的限制因素,生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显,其生态作用不容忽视;近年来湿地系统氮沉降量的降低可能是导致其退化的重要原因,其生态影响也不容忽视。     

高寒冻土区生物结皮对土壤理化属性的影响

生物结皮是高寒地区地被层的重要组分之一。其作为地表特殊的结构层,能够改变地表结构及土壤理化属性,从而影响冻土环境。迄今为止,关于青藏高原高寒生态系统中生物结皮对土壤理化属性的影响尚不清楚。以青藏高原高寒冻土区生物结皮为研究对象,初步研究了生物结皮的特征及其对土壤理化属性的影响。结果表明：生物结皮在高寒草甸退化过程中广泛发育,主要以藻结皮为主,其盖度可达37.3%~51.7%,结皮层平均厚度为12.6 mm。由于生物结皮的发育,高寒地区5~20 cm土层粉粒含量有所增加,但差异不显著,而结皮层土壤田间持水量相比于裸地表层（2 cm）增加了10%~40%,结皮层容重较裸地降低了30%;两种类型藻结皮均显著增加了结皮层及其下0~20 cm土层土壤有机质,而深色藻结皮增加了结皮层及其下0~20 cm土层土壤全氮含量,浅色藻结皮仅增加了结皮层土壤全氮含量,对其下0~20 cm土层土壤全氮含量没有显著影响;生物结皮对土壤pH没有显著影响;生物结皮是高寒生态系统植被退化过程中的关键环节。研究结果为揭示生物结皮在高寒生态系统中发挥重要生态功能提供依据。     

大兴安岭多年冻土泥炭地无机氮动态对秋季冻融的响应北大核心CSCD

大兴安岭多年冻土泥炭地是对全球变暖响应敏感的地区之一。在全球变暖、多年冻土退化背景下,为了探明秋季冻融对多年冻土泥炭地无机氮时空变化的影响,本研究于2019年9—11月以大兴安岭三种多年冻土泥炭地为研究对象进行野外原位实验,分析了秋季冻融前、中和后期多年冻土泥炭地浅层和深层土壤无机氮的时空变化特征以及浅层和深层土壤含水量和温度的变化规律,建立了土壤无机氮含量与土壤温度和含水量间的多元线性回归模型。研究表明:多年冻土小叶章泥炭地(XY)、兴安落叶松-泥炭藓泥炭地(XA)和白毛羊胡子苔草泥炭地(BM)的土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量变化范围:(1.00±0.00)~(20.60±0.20)mg·kg^(-1),硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量的变化范围:(0.02±0.01)~(14.64±1.11)mg·kg^(-1),且无机氮以土壤NH_(4)^(+)-N为主;秋季冻融后期无机氮含量明显高于前期。尽管水热交互作用对该时期无机氮没有显著影响,但是在不同冻融阶段,无机氮对环境因子的响应程度存在差异:在秋季冻融前、中和后期浅层无机氮动态分别与浅层温度和含水量的变化相关,但在整个秋季冻融期间BM浅层无机氮含量仅对10~20 cm含水量存在响应(R^(2)=0.344,P<0.01)。研究表明,秋季冻融期内,多年冻土泥炭地无机氮发生初步累积,且浅层环境因子对无机氮响应程度最大。本研究可补充大兴安岭多年冻土泥炭地秋季冻融对土壤无机氮影响研究的相关数据,并为多年冻土泥炭地响应全球变暖的温室气体释放的研究提供基础数据支撑。     

西藏高原灌区氮素迁移转化特性及模拟方法

针对西藏高原灌区的水文和氮素迁移转化特性,于2014年和2015年青稞种植期在西藏林芝市丹娘灌区测定了土壤-松散岩体介质中径向渗流和地表排水过程中的流量、氨氮和硝态氮浓度变化过程。发展了分段连续演算方法描述径向通量过程,基于集总式一阶动力学方法计算径向渗流及排水过程中氮素的转化过程,构建了西藏高原灌区水文及氮素迁移转化模型。结果表明:灌区径向通量分别占降雨量和灌水量的26.2%和40.9%。进入排水沟的NH₄+-N和NO₃--N通量分别占深层渗漏量的20.2%和25.1%。流量、NH₄+-N和NO₃--N浓度模拟结果的系统偏差、Nash-Sutcliffe系数、相对均方根误差和累积偏差分别为0.043、0.694、0.081和0.242,表明所提出的方法有效地模拟了西藏高原灌区水文及氮素的迁移、转化和入河过程。     

污染河道对沿岸地下水环境影响规律研究

以江苏奎河为例,观测研究奎河污染物COD_Cr、NH₄+-N、NO₃--N、Cl-入渗进入地下水中发生物理、化学及生物变化的时空分布规律,分析河道沿岸土壤对污染物的去除能力.结果表明:河床的土壤对污染物COD_Cr具有很高的去除率,对NH₄+-N亦有较高的去除率.河道中的NO₃--N在入渗过程中虽有一定的去除率,但由于NH₄+-N、NO₂--N等污染因子转化成NO₃--N,因此该浓度不一定会明显降低.Cl-是保守性污染因子,入渗过程中虽有一定的去除率,但仍对沿岸地下水环境产生影响.因此,当污染河道中污染因子是保守性物质时,必须考虑对沿岸地下水源地的影响.     

三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

通过监测三江源玛沁县高寒草甸2017年度植被特征及土壤呼吸通量, 探讨了不同退化阶段植被群落、 土壤呼吸特征及其协同关系, 并分析了土壤呼吸的温度敏感性。结果表明： 随着高寒草甸退化程度加剧, 禾本科植物重要值降低, 毒杂草显著增加（P<0.05）; 植被盖度、 物种数、 多样性指数显著下降（P<0.05）, 重度退化阶段的地上生物量比轻度、 中度退化阶段降低了25.36%、 22.37%（P<0.05）; 在中度退化条件下, 均匀度指数和地下生物量显著增多（P<0.05）。在各退化阶段, 土壤呼吸年内均呈单峰式变化过程, 表现出生长季高、 非生长季低的特征, 植物生长旺季（7 - 8月）最高, 且与5 cm深度处土壤温度之间呈显著指数关系（P<0.05）; 2017年轻度退化、 中度退化和重度退化阶段的土壤呼吸碳排放总量分别为626.89 gC·m^-2、 386.66 gC·m^-2、 393.81 gC·m^-2; 同时, 土壤呼吸与植被群落演替具有显著的协同性, 随着退化程度加剧土壤呼吸速率下降。轻度退化、 中度退化、 重度退化阶段土壤呼吸的温度敏感性系数（Q₁₀）分别为2.82、 3.54和2.35, 表明中度退化条件下的温度敏感性最强, 重度退化条件下最弱。     

基于多重分形理论的多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分析

为阐明青藏高原多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分布(PSD)非均匀性和异质性的变化特征, 在青藏高原长江源区, 根据高寒草甸的退化梯度, 选取了未退化区域、 轻度退化区域、 中度退化区域、 重度退化区域和极重度退化区域, 测定了高寒草甸退化过程中土壤的粒径分布、 饱和导水率、 孔隙度与有机质含量. 运用多重分形理论, 并结合土壤颗粒分布与土壤理化特性等参数的相关性进行分析, 为高寒草甸退化对长江源高寒土壤性质变化的影响的定量研究提供一种精确的分析方法. 结果表明: 随着青藏高原多年冻土区高寒草甸退化程度的增加, 土壤颗粒呈粗粒化趋势, 多重分形参数中容量维数(D₀)随之增大, 表征PSD宽度随之增大; 信息维数(D₁)、 信息维数/容量维数(D₁/D₀)、 关联维数(D₂)、 奇异谱宽(Δα)可从不同角度反映的土壤PSD的非均匀性与局部异质性随着高寒草甸退化有先增大后减小的趋势, 中度退化区域的土壤PSD不均匀性最大. 研究发现, 研究区土壤多重分形参数与细砂含量、 土壤的孔隙度、 有机质含量具有较明显的相关性. 多重分形参数能准确描述高寒草甸退化过程中土壤粒径分布的细微差别, 可作为反映土壤性质的潜在指标.     

天然水温对生物修复污染水源除NH4+-N效果的影响研究

采用弹性填料微孔曝气生物修复方法净化受污染的某饮用水源,探讨了天然水体环境温度变化对生物除NH₄+-N作用效果的影响.结果表明,水体环境温度对生物修复工艺除NH₄+-N作用影响很大.水温越高,生物修复工艺除NH₄+-N效果越好.在较低水环境温度下,水温变化对生物修复工艺除NH₄+-N作用效果影响最大;在日常水体温度下,水温变化对生物修复工艺除NH₄+-N作用效果影响最小;在水体温度较高的条件下,水温变化对生物修复工艺除NH₄+-N作用效果影响较小.     

马衔山多年冻土与季节冻土区土壤微生物量及酶活性的季节动态

为了研究马衔山多年冻土区和非多年冻土区土壤微生物碳氮、土壤酶活性的差异,选取多年冻土区、季节冻土区和交界区为对象,分析了0~30 cm土层微生物碳氮和转化酶、脲酶、中性磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶酶活性不同季节的变化特征。结果表明：全氮、总有机碳、微生物量碳氮与多数土壤酶之间呈显著相关关系。在不同区域,土壤微生物碳氮均在0~10 cm含量最高,10~20 cm次之,20~30 cm最低。土壤微生物碳氮在生长季表现为含量逐渐增加,但是多年冻土区与季节冻土区差异不大。土壤酶活性在深度方面表现与微生物碳氮含量变化一致。土壤酶并无的季节变化规律。在多年冻土区,转化酶、多酚氧化酶和磷酸酶活性明显高于非多年冻土区。本研究表明,尽管多年冻土区的植被和土壤总有机碳明显高于非多年冻土区,其土壤微生物碳氮含量相当,且一些土壤酶活性也相当。说明非多年冻土区土壤的生物地球化学相对强度较大。因此,多年冻土退化后可能会导致生态系统的退化。     

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅰ)：模型对比

冻土水热传输和水热耦合过程是寒区水循环的核心环节和重要组成部分,土壤温度和湿度(含水量)的观测和模拟是冻土水热过程分析的基础. 以中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域为依托,选取季节冻土区的高寒草原、高寒草甸和多年冻土区的沼泽化草甸、高山寒漠等4种典型寒区下垫面,分别布设自动气象站,并调查相关土壤和植被参数,利用SHAW和CoupModel模型对试验点的土壤水热条件进行模拟计算.结果表明：4个试验点多层土壤含水量和地温SHAW模型计算值与实测值对比平均相关系数R²分别为0.65和0.90;CoupModel模型计算值与实测值对比平均R²为0.72和0.93. 总体上,地温的模型估算结果略好于含水量;相对于SHAW模型,CoupModel模型是更适合寒区各种下垫面的一维SVATs模型.