北极苔原新奥尔松地区的地表辐射特征

利用我国北极黄河站所在地,德国Koldewey站1993-2003年的资料,对新奥尔松地区的地表辐射特征进行了初步分析。结果表明,由于云的影响,新奥尔松极昼期间的日照百分率仅为32.2%。暖季由于下垫面地表冰雪融化,地表反射率迅速减小,地面吸收辐射和地面有效辐射都迅速增大。全年累计的净辐射为正值;暖季是接受太阳辐射能的主要时段,寒季接受的太阳辐射能极少。虽近10年来新奥尔松地区的气温增加十分显著,但各辐射量的变化趋势不明显。地表辐射实测值与同期NCEP/NCAR相邻格点逐日资料的比较表明,NCEP资料对各辐射项模拟的精度不高。     

北极新奥尔松地区夏季近地面CO2、CH4和N2O浓度的观测研究

2008和2009年夏在北极新奥尔松地区（Ny-Ålesund）不同苔原区域（鸟类保护区、海滩苔原、矿区、人类活动区等）监测CO₂、CH₄和N₂O近地面浓度的时空变化并分析其可能的影响因素。2008年7月25日-8月13日和2009年7月13-26日,在不同观测区域设置常规和非常规采样点采集气体样品共239瓶并妥善保存。实验室内使用气相色谱（GC）测定准确真空瓶中温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）的浓度。鸟类保护区的日变化中,2008年鸟类保护区CO₂和N₂O日变化浓度均大于2009年约30 ppm和25 ppb。2008年海滩苔原CO₂浓度均高于2009年约30 ppm;N₂O浓度低于2009年11 ppb;2008年鸟类保护区CH₄浓度低于2009年,而海滩苔原2008年浓度高于2009年,差值均约为0.7 ppm。这些年际变化可能由环境条件（天气变化等）和地表覆盖情况的变化引起。高海鸟活动区（HB）CO₂浓度低于海鸟活动较少的区域（MB 和 LB）;鸟类保护区CO₂浓度低于海滩苔原,N₂O浓度高于海滩苔原,主要原因是海鸟活动和鸟粪增加了土壤营养元素,影响苔藓植被发育的情况并改变上垫面状况。综合不同苔原区域：新奥尔松地区CO₂和CH₄浓度高于ZEP (Zeppelin Station)监测平均浓度,地表向大气输送CO₂和CH₄;而N₂O低于ZEP监测的平均浓度,地表从大气吸收N₂O。不同区域影响因素不同：鸟类保护区、海滩苔原和鸟岛主要是受到海鸟活动影响;矿区主要是受水分和土壤基质影响;站区和机场受到人类活动影响但并不明显,总的来说直接原因是由于地表覆盖情况以及地形不同引起。     

北极新奥尔松地区现代污染源及其指示植物研究

分析了采自北极新奥尔松(Ny-lesund)(78°55′N,11°56′E)煤矿开采区水平剖面12个点位上的三种苔原植物Dicranumangustum(苔藓类植物)、Puccinelliaphryganodes(穗状植物)和Salixpolaris(管状植物)及土壤中10种重金属(Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Fe、Mn、As、Se)及S、TOC的含量。结果显示采矿过程中煤层的暴露是本地区的Hg、Cd、S污染的主要来源。三种分布最广泛、数量最多的苔原植物中苔藓植物Dicranumangustum对重金属元素具有最大的富集能力,位于矿区的Dicranumangustu体内污染元素含量显著高于非矿区部分,这也说明该水平剖面上的元素污染是由当地煤矿开采导致的。同时发现,Dicranumangustum体内元素积累和土壤中元素浓度之间沿水平剖面的变化趋势较一致,能较好地反映本地区的污染状况,可以作为污染监测和指示植物。从全球区域对比来看,北极新奥尔松苔藓体内污染水平显著低于邻近的北欧等工业区,但却是北极地区Hg、Cd和S污染最严重地区,同时也比南极地区高。     

北极新奥尔松古海鸟粪土层的识别

对采自北极新奥尔松(Ny-lesund)一级海岸阶地上的海蚀凹槽沉积剖面进行沉积岩相学、同位素地球化学和元素地球化学研究,结果显示该剖面的70-118 cm段显著受到了海鸟粪沉积的影响,为含贝壳的海鸟粪土沉积层。该段粪土沉积层中大多数元素的浓度随深度表现出明显的波动特征,其中TOC、TN、Se、Sr、CaO、Pb、As、Zn等元素含量在深度剖面上表现出较为一致的垂向变化趋势。对粪土层的元素地球化学数据进行了聚类分析,结果表明在浓度剖面上具有较好协同关系的上述元素组合与海鸟粪有机质的输入密切相关,这些具有显著地球化学性质差异的元素共生组合是北极新奥尔松粪土沉积层的生物地球化学组合的标型特征,它们的含量变化主要受控于海鸟粪对沉积物的影响程度。海鸟粪土生物地球化学标型组合特征的识别为进一步研究该地区12-4 ka B.P.的海鸟生态系统和气候演化记录提供了科学基础。     

南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH_4、CO_2和N_2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH_4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH_4·m~(–2)·h~(–1),半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放;三个类型苔原沼泽观测点均表现为N_2O净吸收,最高吸收通量出现在淹水苔原,为(–2.6±2.4)μg N_2O·m~(–2)·h~(–1);黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH_4和N_2O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH_4有氧氧化吸收,同时促进了反硝化作用对N_2O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO_2的汇,最高CO_2净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区,分别为(–40.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)和(91.2±26.5) mg CO_2·m~(–2)·h~(–1);而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点,为(73.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用,增加了苔原沼泽CO_2吸收量。CO_2、N_2O、CH_4通量随时间变化的相互关系规律不显著(P0.05),但在降水与温度波动下,N_2O与CH_4通量都随CO_2通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究;不同光照条件对CH_4、N_2O排放量的估算有重要影响。     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

北极新奥尔松地区王湾和海湾河溶解N2O分布及影响因素

分别于2013年8月和2015年8月对北极斯瓦尔巴德(Svalbard)群岛的王湾(Kongsfjorden)峡湾和海湾河(BayelvaRiver)等水域进行了调查,对水体中溶解氧化亚氮(N_2O)分布及影响因素进行了研究。结果表明,2013年8月王湾表层溶解N_2O浓度范围为10.95—13.32 nmol·L~(-1)、平均值为(12.47±0.71) nmol·L~(-1),海湾河表层溶解N_2O浓度范围为10.66—16.83 nmol·L~(-1)、平均值为(14.65±1.54) nmol·L~(-1); 2015年8月王湾表层溶解N_2O浓度范围为11.40—13.07 nmol·L~(-1)、平均值为(12.39±0.53) nmol·L~(-1),海湾河表层溶解N_2O浓度范围为9.38—15.45 nmol·L~(-1)、平均值为(12.99±1.98) nmol·L~(-1)。王湾西北部水体中N_2O分布受北大西洋暖水团输入影响,东南部受多条冰川融水输入影响;同时,沉积物可能通过反硝化等微生物活动释放N_2O。王湾水体中ΔN_2O和表观耗氧量(AOU)呈负相关性,表明微生物活动对王湾水体N_2O的产生和消耗贡献较小。2013年8月海湾河冰川融水中N_2O呈现不饱和特征(78%),受温度和水气交换影响,海湾河N_2O饱和度自上游冰川融水78%向河口逐渐增加至96%。受海冰融水稀释影响,王湾表层N_2O也表现出不饱和特征。2013年8月王湾表层N_2O饱和度范围为77%—98%、平均值为(89±6)%; 2015年8月王湾表层N_2O饱和度范围为90%—101%、平均值为(95±4)%。新奥尔松(Ny-?lesund)地区水体中N_2O饱和度主要与温度等因素有关,其不饱和的特征使该地区水体成为大气中N_2O的汇。     

北极新奥尔松地区鸟粪土的分子有机地球化学研究

本文研究了位于北极地区的斯瓦尔巴(Svalbard)群岛上的新奥尔松(Ny-lesund)地区的鸟粪土层(YN)的分子有机地球化学组成特征。YN沉积物的烷烃呈双峰分布,奇偶优势不明显,烷烃组分包含UCM(不可分辨成分),姥鲛烷、惹烯是烷烃的主峰,表明烷烃组分受到附近三叠纪含煤地层的强烈影响。脂肪醇类组分偶奇优势明显,主要为现代生物来源。甾醇以谷甾醇为主,由于谷甾醇是草食动物粪便的主要甾醇,所以YN沉积物中谷甾醇可能来源于鸟粪。脂肪酸类组分的偶奇优势同样十分明显,不饱和脂肪酸以C18∶1为主,除脂肪酸外,还检测到β-羟基酸和ω-羟基酸。综合YN生物标志物的组成与分布特征,认为YN既受到附近含煤地层的影响,也受到附近的鸟粪和植被的影响。     

北极新奥尔松地区可溶性无机氮盐对根际土壤细菌群落多样性的影响

氮是植物生长的主要营养限制因子,为了探索北极近岸地区植物根际土壤细菌群落多样性受氮元素的影响作用,采用16S rDNA扩增子测序分析了2014—2016年新奥尔松地区(Ny-?lesund,Arctic)的3种典型植物根际土壤和本底土壤样品.结果显示,可溶性无机氮盐(NO–2-N,NO–3-N,NH4+-N)与3种植物...     

北极新奥尔松(Ny-lesund)地区环境中有机碳组成来源的初步分析

对2010年8月从北极新奥尔松地区(Ny-lesund)中国黄河站附近所采集的土壤、沉积物和苔藓进行整体指标[OC%,TN%,δ13C(‰)]和木质素(lignin-derived phenols)分析;并对土壤和沉积物进行粒度分析。结果显示OC%与TN%具有相同的来源;但是粒度并不是控制有机物分布的主要因素。数据显示当地木质素主要来自当地的维管植物和苔藓,但是可能会受到当地动物或者微生物的影响。木质素的降解参数(Ad/Al)v值的大小顺序为沉积物土壤苔藓,可能是由于苔藓的表面吸附了细颗粒的煤炭,但是缺少14C数据,无法定量计算煤炭对环境中有机碳的贡献;另外一个降解参数肉桂基酚类两种单体(CAD/FAD)比值由苔藓、土壤、沉积物依次降低,反映出成岩作用增强,木质素降解程度增加。综合OC%、TN%、δ13C(‰)和木质素数据,中国北极黄河站周围环境中的有机碳来源主要为当地的苔藓和维管植物,也有可能吸附了一些煤颗粒,但是由于技术手段的限制,煤炭的贡献在当前的数据解析下无法定量评估。     

北极Ny-Ålesund地区真菌多样性分析及龙胆苦苷转化菌株的筛选

采用多种培养基对北极高纬地区（土壤及海洋沉积物）真菌进行分离纯化,共得真菌65株。通过分析菌株的18S rDNA序列研究了它们的系统发育多样性,18S rDNA序列分析表明,65株真菌分属25个属,其中数量上位居第一的是青霉属（Penicillium）,有菌株20株,其次为丛赤壳属（Nectria）和节枝孢属（Articulospora）,各有菌株6株。同时对这65株真菌开展转化龙胆苦苷阳性菌株的筛选。以β-葡萄糖苷酶作为筛选转化菌株的标志酶于65株真菌中筛选到阳性菌株28株,其中产酶能力强的9株菌作为转化实验的备选菌株,以龙胆苦苷为底物进行转化,将转化粗提物进行TLC及HPLC分析,最终确定将C-5作为转化龙胆苦苷的菌株。根据菌株形态特征和核酸序列分析结果,初步鉴定菌株C-5为青霉属真菌。暂定名为Penicillium sp.C-5。     

北极Barrow地区几种冻原植物的花粉形态

本文研究了北极巴罗 (Barrow)地区 1 2种冻原植物的花粉形态 ,它们的形状有球形、近球形、扁球形茧形和四合体型 ,其萌发孔有三孔沟、三沟、二合沟以及散孔等类型。花粉具辐射对称和两侧对称两种类型。这些花粉的植物体是北极冻原地区常见的植物 ,分属于 1 2个科 ,除 3种为小灌木外 ,大多数为多年生或一年生草本植物。这些冻原植物花粉形态的研究为恢复北极地区古植被和古气候的研究 ,提供了有价值的对比资料和依据。     

北极地区碳循环研究意义和展望

全球变暖引发了北极地区的快速变化。北极地区苔原冻土带退化、海冰面积退缩和厚度变薄将使北极生态系发生重要变化 ,因而引起碳的生物地球化学循环过程变异。为精确评估北极地区对人为大气CO2 的吸收通量 ,围绕北极苔原、边缘海和极区海域的碳循环研究引起了重视。调查表明 ,北冰洋和亚北冰洋海冰区是海洋吸收大气CO2 的重要汇区 ,北冰洋具有吸收大气CO2 约 1×GtC/a的能力 ,北冰洋夏季冰缘区的长光照和高生产力促进了对大气CO2 的吸收能力 ,北冰洋深水环流和通风作用也有利于表层碳向深水转移。最近有些调查表明 ,如温度继续升高 ,北极苔原有可能从碳汇转变成大气碳源。国际上正加强北极地区碳循环研究的规划和计划 ,企图通过改进现场调查观测手段以及研究方法 ,来定量研究和模式预测变化中北极地区的碳汇潜力及其对地球气候的影响。     

北极陆架沉积碳埋藏及其在全球碳循环中的作用

陆架边缘海有机碳的堆积速率比大洋高一个数量级 ,全球大约有 80 %以上的沉积有机碳埋藏于陆架地区。北极陆架是世界上最大的陆架 ,占全球陆架面积的 1 / 4 ,然而由于相关的工作较少 ,目前对北极沉积有机碳埋藏情况及其对全球的贡献还知之甚少。北极地区沉积有机碳埋藏主要取决于生物泵 ,而生物泵过程一个主要的限制因子是海冰的覆盖。近几十年来随着全球变暖 ,北极海冰覆盖面积正在快速减小。本文从北极沉积有机碳的来源、河流携带的沉积物输入、海冰覆盖率、营养盐来源等方面初步讨论了陆源输入和生物泵过程对沉积碳来源和埋藏时空变化的影响。结合两次北极考察的初步结果指出 ,全球变暖很可能使北极陆架边缘海成为沉积有机碳的高效汇区。     

北极新奥尔松Austre Lovénbreen冰川退缩迹地不同演替阶段的植物组成与植被群落特征分析

为开展新奥尔松地区苔原植物生长和植被演替对冰川退缩响应的研究,在Austre Lovénbreen冰川(简称A冰川)前沿不同年代冰缘线附近布设了植被样方,调查了样方内植物组成与群落结构。结果表明:(1)A冰川1990年冰缘线代表植被演替的初始阶段,样方内仅出现先锋植物挪威虎耳草(Saxifraga oppositifolia);(2)1936年冰缘线代表冰川退缩长达75年后植被发育的情况,样方内植物种类和个体数明显增多,植被群落以木本植物极柳(Salix polaris)和草本植物黄葶苈(Draba bellii)为主,地衣以寒生肉疣衣(Ochrolechia frigida)和鸡皮衣(Pertusaria sp.)等壳状地衣为主;(3)随着冰川迹地形成时间更长,植被趋向成熟阶段发展,样方内极柳占绝对优势,地衣的物种多样性和盖度显著增加,出现雪黄岛衣(Flavocetraria nivalis)和刺岛衣(Cetraria aculeata)等叶状地衣。初步结果表明冰川退缩迹地上的物种更替明显,群落结构发生着显著变化。     

北极新奥尔松地区有机氯农药和多氯联苯在不同环境样品中的浓度及特性

采用毛细管气相色谱法(GC-ECD)对北极新奥尔松地区地表沉积物、苔藓和动物粪便中的有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)进行分析研究。所有样品和空白的回收率分别为69.5%-92.2%(78.8%)、75.1%-112.1%(98.5%)和67.7%-95.1%(79.5%),相对标准偏差分别为6.7%、8.0%和11.3%。检测到OCPs中主要的单体是HCHs和DDTs,浓度范围分别为0.86-4.50ng/g(2.24ng/g)和0.22-1.09ng/g(0.55ng/g),其中HCHs主要以α,β异构体为主,二者占HCHs总量的81.6%,DDTs则主要以单体p,p′-DDD为主。样品中PCBs的浓度范围在0.20-3.25ng/g(0.84ng/g)之间,主要由四氯、五氯和六氯代PCBs同类物组成,分别占总量的23.8%、26.7%和32.3%。本文对HCHs和DDTs各组分间的比值进行了对比研究,并对PCBs同系物进行了主成分分析,证实大气传输是新奥尔松地区环境中POPs污染来源的主要途径之一,并且POPs污染来源具有相同的输入途径。     

西太平洋海-气二氧化碳分压差及其通量研究

本文研究了中国第八次南极科学考察青岛至南极航渡中所观测到的大气与海水二氧化碳分压资料,结果表明：７°Ｎ以北、０°至２°Ｓ、１０°Ｓ至４３°Ｓ之间及５８°Ｓ以南的海域是大气二氧化碳的汇区,其间碳通量平均约为６．１ｍｇ／（ｍ２ｈ）;７°Ｎ至０°、２°Ｓ至１０°Ｓ及４３°Ｓ至５８°Ｓ则为大气二氧化碳的源区,其间碳通量约为４．０ｍｇ／（ｍ２ｈ）。     

北极黑碳气溶胶研究现状和展望

在过去的100年中,北极温度升高的速率几乎是全球平均速率的两倍,尽管人为长生命期的温室气体(GHGs)在气候系统辐射强迫中占主导地位,黑碳气溶胶和其它短生命期的污染物却能很好地解释北极气候增暖较快的原因。因此,减少人为黑碳气溶胶排放将成为缓解北极迅速变化的重要策略。介绍北极黑碳气溶胶研究现状,讨论它在北极变暖中扮演的角色,分析当前北极黑碳气溶胶研究中存在的问题,展望深入开展黑碳气溶胶观测研究的必要性和紧迫性。     

极区鸟粪土中磷酸酶活性变化特征及其影响因素

磷酸酶在土壤生物释磷过程中起着重要作用。本文以极地苔原鸟粪土为研究对象,测定了不同环境条件下土壤剖面中碱性磷酸酶(APA)的活力,研究了APA在土壤中随深度的变化规律,并同步测定了相应土壤中有机碳、总氮、各形态磷、pH,分析了酶活力与这些因子的相关性。结果表明:同一采样点土壤剖面中碱性磷酸酶活力大小呈现一定规律性,最大值出现在表层,且随采样深度的增加而递减,变化范围为1.00—1403.49ppm,平均约为408.31ppm。碱性磷酸酶活性与土壤中有机碳含量(r=0.70,p0.01)、氮含量(r=0.43,p0.01)呈显著正相关性,表明土壤中碳、氮等有机物含量是影响极地苔原土壤磷酸酶活力的主要因素。另外,碱性磷酸酶活性与总磷(r=0.39,p0.05)、无机磷(r=0.40,p0.05)和有机磷(r=0.11,p=0.67)含量也呈正相关性,表明各形态磷在一定程度上也影响着土壤中碱性磷酸酶活力;与土壤中铜含量(r=-0.38,p0.05)和锌含量(r=-0.28,p=0.05)呈显著负相关,表明土壤中Cu、Zn等金属离子对极地苔原土壤磷酸酶活力具有抑制和破坏作用。结果证实土壤磷酸酶活性可作为指示极地土壤肥力的一个重要指标。