宁东煤炭基地植被生态特征及矿业开发对其的影响

准确评估大型能源基地矿业开发活动对区域植被生态系统影响具有重要的科学意义和实践价值。利用2000—2017年中分辨率成像光谱仪(MODIS)连续观测的生态系统参量,定量研究宁东煤炭基地开发建设以来的植被生态系统时空变化特征,分析矿业开发对植被生态系统的影响。结果表明,随着宁东煤炭基地开采活动的持续,区域植被生态系统的生产力及其与大气之间的水汽交换强度整体增强,归一化植被指数、总初级生产力、净初级净生产力和蒸散的年增长幅度分别为0.0053、5.10g·C/(m2·a-1)、4.10g·C/(m2·a-1)和6.62mm/a;这4种指标在空间像元上也以增长趋势为主,且未来多数像元有持续增强的特征,但生态系统的水分利用效率却在降低。空间分析表明,大尺度植被生态演变受矿业活动影响微弱,其主要受制于气候和区域性的生态治理工程。     

黄海秋季典型站位沉降颗粒物的垂直通量

2002年9月,在海州湾外侧(E1站)、黄海冷水团(E2站)和黄、东海毗邻水域(E3站)分别放置沉积物捕获器采集沉降颗粒物,研究其垂直通量.结果显示,E1、E2和E3站底层颗粒物沉降通量分别为215.44 g/(m2·d)、165.51 g/(m2·d)、873.91 g/(m2·d),POC沉降通量分别为3.15 g/(m2·d)、2.22 g/(m2·d)、10.49 g/(m2·d).生源颗粒物是E1站位次表层POC的主要来源.E3站水体底层的大量悬浮颗粒物主要来自沉积物的再悬浮,再悬浮强烈程度及影响深度均高于E1站.通过模型计算出E2站底层颗粒物再悬浮比率平均(±SD)为95.65(±2.14)%,底表沉积物再悬浮通量占总再悬浮通量的百分比(X值)为89.53%,显示秋季底部平流对黄海冷水团区再悬浮通量影响不大,但这种影响在夏季相对较强.E2站POC净沉降通量为192 mg/(m2·d),生源颗粒物是此站位POC通量的主要贡献者.由于温跃层的长期存在,营养盐贫乏,生物生长受到抑制,导致黄海冷水团区秋季POC通量小于夏季.     

深圳市大气210Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率研究

2017年1月至12月,研究分析了深圳市大气气溶胶中210Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率.结果表明,深圳市大气210Pb比活度范围为0.59～4.72 mBq/m3(平均值为1.58 mBq/m3);沉降通量范围为0.45～1.31 Bq/(m2·d)(平均值为0.74 Bq/(m2·d));沉积速率范围为0.09～1.44 cm/s(平均值为0.71 cm/s).研究发现,深圳市大气210Pb比活度冬季高、夏季低,其季节变化受气象条件和不同气团来源综合影响.大气210Pb的沉降通量和沉积速率均与降水量呈明显的正相关关系,提示降雨是大气中210Pb去除的有效途径.     

东海海—气界面二氧化碳通量的季节变化与控制因素研究进展

通过对东海海—气界面二氧化碳(CO2)交换有关研究的总结,剖析了东海表层海水CO2分压(pCO2)的区域分布特征,探讨了海—气界面CO2通量(FCO2)的季节变化规律,诠释了影响海—气界面CO2转移的主要因素.结果表明,东海表层海水pCO2的区域分布具有明显的季节变化,可将其分为冬季、夏季、过渡季节(春季、秋季)3个时段.冬季西部近岸海域由于水体垂直交换强烈,造成表层水体pCO2较高,而中、东部陆架海域由于浮游生物的光合作用使得pCO2较低.夏季近岸河口海域由于陆源输入的影响导致pCO2较高,中、东部陆架海域受温跃层、长江冲淡水、浮游植物的综合作用pCO2较低.春季、秋季为过渡时段,表层海水pCO2分布变化剧烈,受控因素较为复杂.东海全年表现为大气CO2的净汇,其中冬、春、夏为碳汇,其海—气界面FCO2分别为(-6.68±6.93),(-4.94±0.80),(-3.67±1.09)mmol/(m2·d).秋季表现为碳源,通量约为(1.50±8.37)mmoL/(m2·d).东海全年平均通量约为-3.16 mmol/(m2·d),共可吸收CO2约为6.92×106 t C/a.不同季节海—气界面FCO2的年际变化凸显了人为因素的影响,近海富营养化加剧,三峡工程的运行都可能是造成东海冬季碳汇量减少、秋季碳源/汇格局转变的原因.     

基于苔藓氮含量和氮同位素的太白山大气氮沉降研究

利用石生苔藓氮含量和氮同位素研究太白山地区大气氮沉降量及来源。对太白山不同海拔高度上石生苔藓样品氮含量(ω(TN))和氮同位素值(δ15N)进行分析,并对南北坡数据进行比较。南坡苔藓ω(TN)与海拔高度(Laltitude)的关系为ω(TN)=5.23-3.00×10-4Laltitude(R2=0.05),北坡为ω(TN)=3.48-3.00×10-4Laltitude(R2=0.14);南北坡苔藓ω(TN)随海拔高度变化规律不明显;根据前人经验估算出南坡大气氮沉降量最大值和最小值分别为122.11、48.07kg/(hm2·a),平均值为70.57 kg/(hm2·a);北坡大气氮沉降量最大值和最小值分别为61.66、21.72 kg/(hm2·a),平均值为39.03 kg/(hm2·a);南坡苔藓δ15N主要集中在-6‰~-2‰,北坡苔藓δ15N主要集中在-5‰~-1‰,太白山地区主要氮源为农业或土壤氮的自然释放。     

广西中东部9县区农田土壤As输入通量研究

对广西中东部9县区农田土壤中的As输入通量进行了初步研究。综合各方面因素,计算获取了大气干湿沉降、施肥和灌溉水输入通量。结果表明,研究区大气干湿沉降和施肥As输入通量基本相当,平均值分别为9.92 g/(hm^2·a)和7.83 g/(hm^2·a),灌溉水通量最高,平均值为14.98 g/(hm^2·a),三者对土壤As污染的贡献率分别为30.31%、23.92%和45.77%。9个不同县区大气干湿沉降、施肥和灌溉水As输入通量占比略有不同,其中6个县区灌溉水和施肥输入通量占主导地位,另外3个县区大气干湿沉降输入通量比例较高。因此,灌溉水是研究区农田土壤As的主要输入途径,应重视灌溉水水质控制。在未考虑农田土壤As输出通量的情况下,以当前的As年平均输入通量估算得到耕层土壤As的质量分数每年升高0.01 mg/kg。与土壤As含量现状相比,As年增量比例很小,因此判断在短期内,外源输入对土壤As分布现状影响不大。该区土壤p H值较低,铁氧化物含量较高,因此外源输入农田土壤的As生物有效性较低。     

大气沉降对海洋初级生产过程与氮循环的影响研究进展

大气沉降通过为海洋提供外源性氮、磷和铁等微量元素,可显著影响海洋氮、碳循环过程,并产生气候效应。一方面促进海洋初级生产和生物固氮,增强海洋吸收二氧化碳的能力;另一方面影响海洋氮、碳循环路径,增加海洋生物源气溶胶排放量,间接影响气候变化。由于大气沉降对海洋生态系统及气候变化的重要影响,相关科学问题已成为海洋科学与大气科学交叉研究的热点,被多个国际研究计划列为核心研究内容。在大气污染物排放持续增加与沙尘事件频发的背景下,大气沉降对我国东部陆架海(黄海、东海)及其邻近西北太平洋碳、氮循环过程的影响日趋增强,因此该海区已成为大气沉降及其气候影响研究的代表性海域。结合分子生物学和实验生态学手段理解大气沉降影响下的海洋初级生产过程,利用同位素示踪技术研究大气沉降对海洋氮循环的影响,以及获得大气沉降影响下海洋生物源气溶胶排放的观测证据将是未来研究的重点方向。     

松辽盆地松科1井晚白垩世沉积时期古湖泊生产力

通过对松科1井不同层位泥岩样品的地球化学分析,利用有机碳法计算古海洋生产力公式定量恢复了白垩纪时期松辽古湖泊生产力,探讨了湖泊演化过程中生物发育、水体环境的变化及生产力与优质烃源岩关系.结果显示:青山口组一段和嫩江组一段时期生产力最高,最大值达到3 000g/(m2·a),生物标志化合物指标反映了该时期以藻类为主要贡献,水体具有盐度分层,湖底为厌氧环境,可能与海侵作用有关,此时湖泊为超富营养或富营养湖,反映出高生产力与湖泊中藻类勃发、水体分层、湖底厌氧等条件有关;青二、三段早期继承了青一段时期湖泊特点,具有相对较高的生产力,为中至富养湖;之后生产力逐渐下降,到晚期时生产力又有增大,为中养湖.姚家组一段沉积时期湖泊生产力平均为365 g/(m2·a),为中养湖;姚家组二、三段沉积早期和晚期时生产力均较低,一般低于100 g/(m2·a),属贫养湖;而在沉积中期生产力有明显增大,为中养湖.生产力、泥岩中生物标志物的变化反映了湖泊在白垩纪沉积时期生物发育、水体环境出现振荡变化.超养湖和富养湖的高生产力是形成优质源岩的基础.     

赤道东北太平洋表层沉积物间隙水中营养盐的剖面分布及其海底扩散通量

对赤道东北太平洋海域表层沉积物间隙水中硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐等营养盐的剖面分布三个航次的研究表明,研究区在采样深度内沉积物中有机质的分解以硝化作用为主.在水-沉积物界面附近硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐都存在着极陡的浓度梯度, Fick扩散定理的计算结果表明,研究区内硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐的海底扩散通量分别为- 886.45～ 42.62 μ mol/(m2· d)、- 3.04～ 5.83 μ mol/(m2· d)和- 189.43～ 21.05 μ mol/(m2· d),且硅酸盐和硝酸盐主要是从沉积物向底层水体扩散,是底层水体营养盐的来源之一;研究区内硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐的海底扩散通量存在着一定的时间和空间变化, 这可能与因全球气候变化而导致的沉积环境的改变有关.     

南印度洋海区营养盐的分布特征

探讨了南印度洋海区总有机磷(TOP)、总有机氮(TON)以及溶解无机营养盐的分布规律。分析结果表明：研究海区内溶解无机营养盐受水体中生物活动和物理过程的综合影响,表层水体由于生物活动的消耗,其磷酸盐等无机营养元素的含量一般是采样水深范围内最低的;中深层水体由于生物活动的降低以及有机质矿化作用的影响,无机营养元素的变化范围较小。表层水体中TOP和TON含量占TP和TN的主要部分,说明表层水体中的氮和磷主要以有机态形式存在,且沿着37.8°S从西向东,TOP和TON的含量以及TOP/TP和TON/TN的比值呈降低的趋势。研究海区叶绿素a的分析结果表明,初级生产力的变化可能是控制研究海区TON和TOP空间分布的主要因素。不同形态氮、磷营养元素的相关分析表明,有机营养盐和无机营养盐之间互为补充,且表层水体中有机氮和磷是水体初级生产所需营养盐的重要来源,总氮、总磷的关系表明研究区初级生产力并不受氮、磷的限制。     

Atmospheric supply of osmium to the oceans

Supply of Os to the oceans via atmospheric transport is assessed by means of aerosol analyses and tracking with ²¹⁰Pb. Although the inferred continental Os flux at a coastal site (New Haven, Connecticut) was found to be large, this flux is not representative of the global atmospheric flux to the oceans. This conclusion is based on the observed ²¹⁰Pb atmospheric flux pattern across the Pacific Ocean and the constancy of the ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os in the oceans. The ²¹⁰Pb-based flux of Os to Pacific islands based on a measure of the leachable Os in stream sediments and the measured Al flux to these islands is assessed. By means of this approach, 0.8 mol of Os per year of atmospherically transported Os to the world oceans is obtained. This value is considerably smaller than the value of ∼1500 mol of Os per year assigned to delivery by streams. However, there may be an additional flux of Os to the oceans from the release from coastal aerosols, although the amount is uncertain.     

基岩海岛地下水与海水相互作用研究

中国北方基岩海岛水文地质条件独特,气候变化和人类活动不同程度地影响着海岛地下水与海水相互作用过程,然而对包括海水入侵(SWI)和海底地下水排泄(SGD)的水文过程的定量认识比较缺乏。本研究基于2012—2016年我国北方某基岩群岛降水、地下水水位、水质动态监测数据,运用数理统计、空间插值和水力学方法,分析了基岩海岛地下水与海水相互作用的特征和影响因素。结果表明,降水和开采是影响地下水、海水相互作用的主要因素,地下水水位变化滞后于降水事件约10 d;南岛东北岸、南岸的大部分地区没有发生海水入侵,地下水向海排泄过程较稳定,2012—2016年SGD速率均值为0.2 m/d,向海NO₃^-N通量均值为81.8 mmol/(m²·d);北岛东南地区是海水入侵的严重区域,地下水水位长期低于海平面且逐年下降,2012—2016年SWI速率均值为0.3 m/d,向陆NO₃^-N通量均值为69.6 mmol/(m2·d)。分别计算南、北两岛枯水季(2014年4月)、丰水季(2013年9月)SGD水...     

Coastal-Zone Biogeochemical Dynamics under Global Warming

The coastal zone, consisting of the continental shelves to a depth of 200 meters, including bays, lagoons, estuaries, and near-shore banks, is an environment that is strongly affected by its biogeochemical and physical interactions with reservoirs in the adjacent domains of land, atmosphere, open ocean, and marine sediments. Because the coastal zone is smaller in volume and areal coverage relative to the open ocean, it traditionally has been studied as an integral part of the global oceans. In this paper, we show by numerical modeling that it is important to consider the coastal zone as an entity separate from the open ocean in any assessment of future Earth-system response under human perturbation. Model analyses for the early part of the 21st century suggest that the coastal zone plays a significant modifying role in the biogeochemical dynamics of the carbon cycle and the nutrient cycles coupled to it. This role is manifested in changes in primary production, storage, and/or export of organic matter, its remineralization, and calcium carbonate precipitation- all of which determine the state of the coastal zone with respect to exchange of CO₂ with the atmosphere. Under a scenario of future reduced or complete cessation of the thermohaline circulation (THC) of the global oceans, coastal waters become an important sink for atmospheric CO₂, as opposed to the conditions in the past and present, when coastal waters are believed to be a source of CO₂, to the atmosphere. Profound changes in coastal-zone primary productivity underscore the important role of phosphorus as a limiting nutrient. In addition, our calculations indicate that the saturation state of coastal waters with respect to carbonate minerals will decline by ～15% by the year 2030. Any future slowdown in the THC of the oceans will increase slightly the rate of decline in saturation state.     

不同类型生物土壤结皮固氮活性及对环境因子的响应研究

利用乙炔还原法对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区3种生物土壤结皮(藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮)的固氮活性及生物结皮固氮活性对模拟不同降雨量(1、3和5 mm)、温度(13、24和28℃)和光强(0、400和1000μmol/(m2·s))的响应进行研究.结果表明:不同类型生物结皮的固氮活性差异显著,依次为:藻结皮(16.6 ...     

气溶胶质谱技术在海洋气溶胶亚微米级颗粒物特征的研究进展

海洋上空颗粒物(即海洋气溶胶)体系组成和来源非常复杂,它对于大气颗粒物总数贡献非常大,是大气科学及全球变化领域研究的重要组成部分。与传统离线滤膜采样技术相比,气溶胶质谱技术具有灵敏度高、检测效率高、时空分辨率高等特点,已广泛应用于大气细颗粒物的特征和来源判别研究中。综述比较了目前应用最广泛的气溶胶质谱仪(AMS)和气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS)在岛屿、沿海城市、近海、开阔大洋及南北极地等区域细颗粒物特征的研究进展。指出2种一起联合使用,可以较为全面地观测海洋气溶胶的粒径、化学组分及混合态的特征,为中国近海的雾霾监测网建设和治理空气污染提供一定的科学依据。     

海洋二氧化碳的研究进展

海洋是一个巨大的碳库,具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力,研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。综述了海洋CO2的研究现状,着重介绍海洋CO2的源与汇、海—气CO2通量的估算以及海洋环流、生物泵和海洋生态在海洋碳循环中的作用,并对该研究领域的发展趋势进行了总结。     

南北极海区碳循环与全球变化研究

南北极是全球变化研究领域中十分重要的地区 ,也是世界大洋对全球变化反馈的一个重要窗口。文章论述了南北极海区碳循环研究的国内外研究动态 ,阐述了目前南大洋及北冰洋的生产力水平及碳收支平衡状态 ,讨论需要进一步研究的一些存在问题以及将来的发展方向。目前的研究表明 ,北极的生产力比历史上所认为的要高 ,在全球变化的作用下 ,其将成为越来越重要的碳汇区 ;南大洋主控着人为源CO2 的海气交换通量 ,而生产力所受到的限制也影响着其吸收CO2 的潜力。目前制约着对两极碳循环进一步认识所缺乏的资料包括 :极区碳汇的时空变异、南大洋的Fe限制及Fe假说、紫外增强对极区碳循环可能产生的影响等。今后研究的重点将集中在全球变化对两极碳循环的影响及其反馈 ,碳循环的机制及其动力学过程 ,以及通过碳循环人为干预全球变化的可行性。近年来 ,中国也十分重视极区碳循环的研究 ,取得了许多积极的成果。我们的研究结果表明 ,在 80°E～ 80°W之间 ,南大洋基本上是大气CO2 的汇 ,其中在 45°W～ 30°W及 10°W～ 10°E之间 ,是CO2 的强汇区。北冰洋的一些海区也表现为很强的碳汇区。计算得出 ,楚科奇海及其附近海区 7月到 9月CO2 吸收通量为 0 13g/ (m2 ·d) (碳 )。南大洋夏季CO2 吸收通量为 0 1g/ (m2 ·     

岩溶土壤系统对空气CO_2的吸收及其对陆地系统碳汇的意义——以桂林丫吉村岩溶试验场的野外观测和模拟实验为例

以桂林丫吉村岩溶实验场为例 ,对湿润亚热带岩溶土壤系统进行了土壤植被系统CO2 浓度变化、土壤有机质分解的CO2 产生等野外观测以及实验室土壤灰岩土柱系统模拟实验。实验表明在土壤地球化学条件的控制下 ,岩溶土壤系统存在着对空气CO2 的显著吸收效应 ,其值可达 2 2～ 130 g/ (m2 ·a) ,并以此为依据估算了中国岩溶土壤系统对大气的碳汇约为 4× 10 13g/a。因而揭示了岩溶土壤系统可能是十分重要的陆地碳汇 ,在讨论全球碳汇饱和问题中必须重视这一碳汇的变化。     

Assessment on Redox Conditions and Organic Burial of Siliciferous Sediments at the Latest Permian Dalong Formation in Shangsi, Sichuan, South China

The redox sensitive elements, molybdenum (Mo) and uranium (U), in marine sediments from the latest Permian Dalong (大隆) Formation at the Shangsi (上寺) Section, Northeast Siehuan (四川), South China, were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) to determine their response to a range of redox conditions, and to estimate the organic carbon burial rate. On the basis of the correlation between authigenic Mo abundance and organic carbon content in modern oceans, the organic carbon burial rates were calculated for the rocks at Dalong Formation, ranging from 0.48-125.83 mmol/(m2-d), which shows a larger range than the mineralization rate of organic carbon at the continental margins (1.6-4.23 mmol/(m2.d)). The Zr-normalized Mo and U abundances show large fluctuations in the entire section. The maxima of Zr-normalized Mo abundance and thus the maxima of the organic carbon burial rates were observed at the interval between the 155th and 156th beds (404-407 m above the base of Middle Permian). A decrease (the minimum) in U/Mo ratios is present in this interval. It is speculated that the oxygen-limited conditions and ultimately anoxia or euxinia may develop within this depth interval. In contrast, an enhanced enrichment of Zr-normallzed U abundance is found, in association with less enrichment in Zr-normnllzed Mo abundance in the interval from the I51st to 154th beds (395-404 m above the base of Middle Permian), inferring the dominance of a suboxic/anoxic depositional condition (denitrifying condition), or without free H2S. The presence of small quantities of dissolved oxygen may have caused the solubilization and loss of Mo from sediments. It is proposed that the multiple cycles of abrupt oxidation and reduction due to the upwelllng at this interval lead to the enhanced accumulation of authigenic U, but less enrichment of Mo. A decrease in the contents of U, Mo, and TOC is found above the 157th bed (407 m above the base of Middle Permian), in association with the enhanced U/Mo ratio, suggesting the overall oxic conditions at the end of the Dalong Formation.     

大气污染物向海洋的输入及其生态环境效应

纵观20年来，特别是近几年来逐渐成为生物地球化学循环研究热点之一的大气对海洋物质输入的研究，从大气物质入海通量，大气物质入海对海洋生态系统和环境的影响，大气物质入海的科学研究计划和项目等方面分析了这一领域的研究现状和未来趋势。给出了不同海区各种主要大气入海物质的通量或在同类物质入海总量中的比例，讨论了氮、磷、铁等营养物质和持续性有毒污染物，如PAH、PCBs、杀虫剂和重金属对海洋生态系统和环境的不同影响。