中东亚地区土地退化早期阶段关键营养元素C、N的差异流失作用

土地退化是导致土地生产力下降的过程之一,也是造成土地资源日益减少的主要原因.在气候变化的大背景下,人类对土地资源的过度利用正使得土地退化成为世界性难题.     

中国大陆科学钻探主孔0～2000米的N2、Ar和He流体地球化学

CCSD主孔泥浆中He的含量在0.0006-0.029％之间变化,平均含量是9.7×10-4％,N2的含量在75.5-88.7％之间变化,平均含量是81.10％,Ar的含量在0.126-1.13％之间变化,平均含量是0.94％,N2/Ar比值在71.11-622.22之间变化,平均值为86.72。依据泥浆解吸气体中的N2、Ar、He浓度和N2/Ar比值与井深关系曲线,300m以下的主孔剖面可以分为6个区段:300-469m,469.5-891 m,891.5-1174 m,1203.5-1492 m,1520-1773 m,1773.5-2045 m。300-469m和1520-1773 m区段未见明显的外来流体加入,469.5-891 m、891.5-1174 m、1203.5-1492 m和1773.5-2045 m泥浆流体中可能有地下流体异常存在。根据N2/Ar比值的变化,首次报道了大陆科学钻钻进过程中存在N2、Ar异常。泥浆中N2、Ar和He含量的地球化学特征表明,泥浆的主要成分是富Ar的浅部循环大气降水(大气混染泥浆),大气N2、Ar的带入占泥浆气体的主要部分。从300 m到2045 m的钻进过程中,由于深部地震-构造作用,可能导致多种来源地下流体加入。     

影响C4草本植物C/N比值变化的因素与土壤有机C积累的关系

文章对采自贵州从低海拔的东部到高海拔的西部且大致平行的石灰岩和砂岩两地带均生长的3种C₄草本植物,即巴茅(Miscanthusfloridulus)、白茅(Imperatacylindrica)和类芦(Neyraudiareynaudiana),以及相对应的土壤表层样品,进行了营养元素和C同位素组成分析;研究营养元素含量随着海拔的不同而出现的变化趋势,以及这些元素之间的相互协变作用,尤其是Ca和N之间的相互协变作用对植物的N含量、C/N比值和^δ13C值的影响,以了解植物的C/N比值(指示植物残留物质量的一种标志)与土壤有机C积累的关系。研究结果表明,植物的N含量和^δ13C值具有随海拔的上升而显著增大趋势,而植物的C/N比值在砂岩地区虽有减小的趋势,在石灰岩地带则没有。对所研究的C4草本植物来说,在土壤pH值为5.8的中性条件下显示出Ca的最大吸收,因此,Ca与其他营养元素之间的协变模式在两种土壤类型中表现出相反的倾向,并存在土壤交换性Ca的边界浓度:当土壤可交换性Ca的含量为2.24mg/g,相应土壤的pH值在5.8以下时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量上升,而植物的C/N比值会显著降低;当Ca在边界浓度以上时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量下降,而植物的C/N比值有增加的趋势。由此可见,植物残留物的N含量和C/N比值受Ca元素含量的相     

洞穴滴水地球化学的空间和时间变化及其控制因素——以北京石花洞为例

通过对北京石花洞滴水地球化学一个水文年的观测,揭示了洞穴滴水水文地球化学季节变化与外界气候变化的关系,3个滴水点的滴率随降雨量的增加都有明显的变化,但不同滴水点滞后时间不同。滴水滴率、Mg2+和SO24含量的季节变化数据显示,雨季洞穴滴水主要来源于当季降水,但也存在岩层滞留水的混入。滴水中Mg/Ca比值存在明显季节变化,旱季较低而雨季较高,但在雨季初期出现较大的波动。分析洞穴上覆土壤和洞内裂隙土壤数据,认为雨季初期滴水中Mg/Ca比值的波动是由土壤中Mg2+的快速淋溶造成的,上覆土壤结构性质和组分变化均影响滴水地球化学特征。     

干旱内陆流域景观格局变化下的景观土壤有机碳与氮源汇变化

以黑河流域中游绿洲区域为例,近10年来,在干旱内陆流域受人类活动强烈影响的区域,景观的破碎度降低,景观异质性减弱,显著的景观变化表现在:耕种景观与荒漠化景观的扩张和沼泽草甸景观与水域景观的萎缩,其中荒漠草原景观面积的10%、山地草原景观的49.8%以及沼泽草甸(包括盐化草甸)景观面积的16.8%演变为耕种景观类型;相反,17.4%的荒漠草原景观面积和20.2%的沼泽草甸退化为沙漠与戈壁景观,另有13.02%的灌耕地面积演变为荒漠草原.景观空间格局演变驱动景观土壤N、C的源汇变化,近10年来,黑河流域中游地区由于景观空间格局变化形成的景观N净排放和有机C净释放分别达到50.65×104T和530.17×104T.山地草原景观的荒漠化与耕种利用、耕种景观的荒漠草原化、沼泽草甸与山地草甸景观以及荒漠草原景观的耕种利用和这些景观的沙漠化发展是造成区域N、C损失的主要途径.     

青藏高原多年冻土区两种高寒草地生态系统土壤氮季节变化及其与环境因子的关系

在气候变化背景下,青藏高原多年冻土区生态环境发生着一系列变化并进一步影响土壤氮循环过程,但目前冻融循环及植被生长周期中土壤氮的动态变化还不清楚。以青藏高原腹地的风火山和特大桥地区的两种典型草地生态系统为研究对象,分析了土壤可利用氮（NH₄⁺-N、NO₃^--N、DON）及微生物量氮（MBN）的季节变化。结果表明：土壤铵态氮（NH₄⁺-N）及可溶性有机氮（DON）含量在非生长季高于生长季,土壤硝态氮（NO₃^--N）在生长季高于非生长季;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤NH₄⁺-N在融化期含量较高;土壤MBN在植被生长旺盛期降低,在植被生长后期升高;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤MBN含量、特大桥地区高寒草原生态系统中土壤可利用氮总量与土壤全氮（TN）含量显著正相关。这表明,土壤全氮含量、植被吸收以及冻融作用均可引起土壤可利用氮及MBN的季节变化。     

煤矸石堆积区土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征

煤矸石地表堆积是我国东部煤矿区生态环境破坏的典型形式,造成堆积区土壤重金属污染的防控已成为当前研究热点。以河北峰峰矿区某在用煤矸石山周边(方圆300 m以内)浅层土壤(垂直深度40 cm以浅)为研究对象,采用Tessier连续提取法和电感耦合等离子体发射光谱仪,测定Cu、Cr、As、Pb这4种土壤重金属的有效态、铁(锰)氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量,基于生物活性系数(MF)和生态风险评价编码法(RAC)计算与评价4种土壤重金属生物有效性及生态风险,剖析4种土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征。结果表明:(1) 煤矸石的堆存具有提高周围土壤中Cu、Cr、As、Pb有效态质量分数和降低残渣态质量分数的效应,且与距煤矸石山的水平距离成反比,当水平距离达到或接近300 m时,该效应基本消失。(2) 土壤总有机碳(TOC)质量分数与4种重金属有效态质量分数的相关系数均超过0.6,达到显著正相关水平(p<0.05),是影响研究区土壤重金属有效态含量空间变化特征的主要因素。(3) 4种土壤重金属生物有效性的空间变化特征可分为2个类型,Ⅰ类为“MF值一般大于3,且具有显著的空间异质性”;如 Cu、Cr,Ⅱ类为“MF值一般小于3,且具有显著的空间同质性” ,如As、Pb。(4) 当距煤矸石山水平距离分别小于80和40 m时,土壤重金属Cu、Cr的 MF平均值超过中等风险水平阈值的60%,应予以重视。建议综合考虑煤矸石山存续状态、土壤重金属累积效应及生物有效性空间变化特征等因素,制定煤矸石堆积区土壤重金属污染精准防控及安全利用策略。      

海南岛万泉河口沉积物有机碳、 氮同位素的特征及其环境意义*

对海南岛万泉河口沙美内海柱样K3和K4沉积物进行生物地球化学指标总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³ C)、氮同位素(δ¹⁵ N)的分析,以及²¹⁰ Pb定年了解其近代变化特征,追踪沉积物有机质来源的变化,提取沉积环境演变及人类活动的信息。K3中TOC的变化介于0.51 ％ ~1.12 ％ ,K4变化介于0.43 ％ ~1.49 ％ ,而其随时间的变化反映了流域内人类活动的历史。17世纪TOC含量明显增加记录了明末清初开始流域内广泛种植农作物的活动,19世纪以来TOC含量逐渐增加,至现代达最高值,对应了工业革命以来人类活动的增强。K3和K4的δ¹³ C值变化分别在-24.38 ‰ ~-21.02 ‰ 之间和-24.74 ‰ ~-20.17 ‰ 之间,δ¹⁵ N值变化分别在2.20 ‰ ~4.62 ‰ 之间和2.39 ‰ ~5.02 ‰ 之间,映证了本区沉积物有机质是陆源物质和海洋物质混合的特点。明末清初开始流域内广泛种植玉米等农作物造成δ¹³ C值增加和δ¹⁵ N值减少; 自19世纪以来至现在,该区的经济活动增加,人口的持续增长,尤其是近50年来化肥农药的大量使用,造成陆源输入的有机碳含量大幅增加,使δ¹³ C值减少和δ¹⁵ N比值增加。 δ¹³ C值自19世纪以来就逐渐变轻,说明陆源和海洋有机碳的比例发生了变化,较轻的陆源有机碳比例相对增加,较重的海洋有机碳比例相对减少,反映了玉带滩沙坝的增长、沙美内海封闭、海水交换作用减少的状况。C/N比值分别从底部的16.19和17.36到顶部减小为11左右,自19世纪以来呈明显减小的趋势也反映了沙美内海泻湖自生的藻类有机质供应越来越多,也说明了其逐渐封闭、水动力条件越来越弱,与外海的交换作用逐渐减少的状况。     

金矿区某些植物中Au、Ag、Cu元素的富集及其与土壤的关系

研究Au、Ag、Cu元素在招远金矿区8种植物叶中的富集系数（BAC）后发现,元素Cu在泡桐叶中的富集系数较大,Ag在麻栎叶中富集系数较大,而Au在8种植物叶中的富集系数差异较小.回归分析表明,元素Ag和Au在赤松叶与土壤中的相关性良好,均遵守植物选择性吸收和质量作用定律.可用测量植物叶中的Au及伴生元素含量的方法作为勘探金矿的辅助手段.     

基于大数据的中国土壤背景值与基准值及其变化特征研究——写在《中国土壤地球化学参数》出版之际

土壤地球化学背景值与基准值研究是地球科学领域重要基础性工作。《中国土壤地球化学参数》是在全国多目标区域地球化学调查基础上,基于高质量高精度大数据研究的重要成果。本文概述地球化学调查工作方法与样品测试质量等若干基本要求,说明大数据的获取方式与精度水准。主要从宏观尺度上论述中国土壤背景值与基准值变化特征,包括:①研究中国土壤地球化学背景值与全球地壳丰度比值特征,阐述中国土壤元素(氧化物)背景值相对于全球地壳丰度的总体特征和基本规律;②通过辽河流域、黄河流域、长江流域及珠江流域土壤元素(氧化物)背景值与地壳丰度对比,研究由北方至南方各大流域相对于全球丰度的变化特征;③通过上述各大流域与全国土壤背景值对比,研究各大流域分别在全国总背景中的变化特征;④以中国基本无人类影响的代表自然本底的第一环境土壤背景值为基准,研究代表人类深度影响的第二环境土壤地球化学富集特征;⑤通过对比国内各大流域和地区第一环境与第二环境土壤地球化学背景比值特征,研究全国不同自然环境和地理景观条件下元素指标富集与贫化规律等。《中国土壤地球化学参数》研究建立在地球化学大数据基础上,信息量巨大,内涵极为丰富,是我国地球化学历史上空前规模的具有里程碑意义的学术成就,为包括土壤学、生态学、环境学、生物学在内的地球科学领域提供基础信息,为全球变化、全球环境、全球治理重大科学问题研究提供重要依据,为国家自然资源、生态环保、农业农村及卫生健康等行业部门科学管理与科学决策提供评价标准。本文研究仅仅触及宏观层面的某些方面,就已经涌流出大量生态信息、自然规律与科学问题需要深化研究和应用实践。可以预见,随着中国土壤地球化学参数的深入研究与广泛应用,将促使地球化学更加深度融入国家经济社会发展,在国家发展大格局中发挥积极作用,国家经济社会发展也将会更加关注地球化学问题。本项调查与研究成果凝聚了广大地学工作者的辛劳和智慧,展现出严谨的科学精神和崇高的事业心与责任心,展示中国质量和中国精度,代表中国地学领域高质量发展方向。     

长江三角洲典型区农田土壤碳氮比值的演变趋势及其环境意义

土壤碳氮比值(C/N)是衡量土壤C、N营养平衡状况的指标,它的演变趋势对土壤碳、氮循环有重要影响.本文通过野外调查、采样和分析,运用地统计学方法和GIS技术,分析了张家港市自1980-2004年土壤C/N值的时空演变及其对土壤碳、氮循环的意义.结果表明,张家港土壤有机质呈全氮总体上明显提高,土壤C/N值也发生了不同程度的变异,主要表现在南部的人为土区土壤C/N降低,其中普通铁聚水耕人为土降低显著(p<0.001),平均降低0.85个单位.北部雏形土区C/N亦呈降低趋势,但无显著性(p<0.05).在土壤有机质和全氮提高的同时,C/N的降低提高了微生物活性,加快有机质和有机氮的分解矿化,土壤碳素投入和降低氮素投入,如大力推行秸选秆还田,、增施有机肥、减少无机氮肥,以保持土壤碳氮平衡及土壤的可持续利用.     

碳氧比能谱测井精细解释方法研究及应用

利用碳氧比规范化处理,将碳氧比值限制在广义动态范围之内解决零值漂移问题,使用通用解释模型处理碳氧比资料。利用试验数据分析了碳氧比能谱测井零值漂移与产额的关系。建立了高精度碳氧比能谱精细解释标准。在精细研究和动态分析的基础上,结合多种测井资料,综合评价储层,取得了很好的地质效果。该方法实际处理了大庆、辽河等油田的多口井,效果表明,该解释方法的综合解释符合率在80%以上。     

中国东北森林区和草原区表土植硅体的植物群落代表性研究

文章系统研究了东北地区东部森林区和西部草原区41个样点表土植硅体及相应植物群落植硅体的关系,并据此定量校正了表土植硅体与植被、气候的数量关系。结果表明,不同植物群落下表土植硅体的组合特征与其地上植物群落间存在密切关联,依据表土植硅体可明显区分森林区木本群落和草原区草本群落。但表土中不同植硅体类型对地上植物群落的代表性不同。表土中帽型、哑铃型、尖型、扁平状、块状和扇型的含量高估了其在对应植物群落中的含量,在土壤中保存较好;毛发状、硅质突起型、硅化气孔、表皮植硅体对植物群落的代表性刚好与此相反;鞍型、齿型和棒型能够较准确地反映地上植物群落的信息,在土壤中保存较好。同时,东部森林区和西部草原区不同植物群落下表土中同一植硅体类型对地上植物群落的代表性也有所差别。东部森林区表土中帽型的含量高估了其在对应群落中的含量,棒型、块状和扇型可准确指示地上植物群落的信息,但西部草原区却与此刚好相反。基于此,依据植硅体的R值(表土植硅体含量与地上植物群落植硅体含量之比)校正了表土植硅体的含量,校正后的表土植硅体特征和干旱指数对地上植物群落特征和区域降水的响应更为敏感,表土植硅体组合特征能够更好地指示地上植物...     

贵州喀斯特山区植被演替对土壤有效性氮磷含量及酶活性的影响

对贵州南部茂兰喀斯特山区不同植被类型的土壤进行调查与采样分析,探讨植被演替过程中土壤生物有效性氮磷含量及酶活性的变化。结果表明:喀斯特植被从阔叶林向灌木林及灌草丛的演变过程中,土壤全氮、活性有机磷含量出现下降;而速效氮、硝态氮、速效磷及水溶性磷的含量出现显著的降低,灌草丛土壤中速效氮、硝态氮、速效磷及水溶性磷的平均含量分别比原生阔叶林土壤减少28.09%、65.44%、69.42%和81.71%;同时,土壤脲酶、蛋白质酶、磷酸酶活性分别比原生阔叶林土壤减少74.72%、63.08%和50.32%。在喀斯特山区土壤生物有效性氮磷含量的变化明显地受到植被群落演变的影响,森林退化主要导致土壤硝态氮及水溶性磷数量的明显减少。      

广南县幅岩溶区与非岩溶区土壤碳氮磷生态化学计量比空间变异分析

借助1∶25万云南省广南县幅土壤地球化学调查数据,并利用单因素方差分析、多重比较法以及地统计学方法,对岩溶区和非岩溶区土壤碳氮磷生态化学计量特征及其空间分布进行了对比分析。结果显示:广南县幅岩溶区土壤中有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量显著高于非岩溶区,而碳氮比（C∶N）、碳磷比（C∶P）、氮磷比（N∶P）显著低于非岩溶区;无论是岩溶区还是非岩溶区,表层（0～20 cm）SOC、TN、C∶N、C∶P、N∶P均显著高于深层（＞100 cm）。克里格空间插值结果表明,研究区表层土壤中SOC、TN、TP含量具有东高西低的特征,而C∶N、C∶P、N∶P具有低值区集中于东部、高值区散布在西部的空间分布格局。成土母质和土壤类型等自然因素严重制约了研究区土壤碳氮磷的空间变异,同时土地利用变化等人为因素也起到了不可忽视的作用。      

中亚热带典型植物群落下表土植硅体组合及其保存特征

现生植被与植被代用指标的对应关系是准确复原历史时期植被面貌的基础,本研究系统分析了中亚热带地区隶属于森林（常绿阔叶林、常绿/落叶阔叶混交林和落叶阔叶林）、灌丛和草本群落的39个样点的植物群落及其对应表土植硅体的组合特征和保存特性,共鉴定出32种植硅体类型。结果表明,森林、灌丛、草本群落及其相应表土间的植硅体组合特征均具有明显差异。其中,森林群落以短细胞植硅体、扁平状和硅化气孔为主,灌丛群落中短细胞植硅体、扁平状和棒型较多,而草本群落则以短细胞植硅体、棒型和尖型为主。同时,不同植物群落下表土植硅体组合表现出与其地上植物群落相似的特征,且依据表土植硅体组合可以在一定程度上定量区分不同植物群落。此外,基于保存指数（R值）,发现不同植物群落下表土植硅体的保存明显不同,其中,森林群落保存最好、灌丛群落其次、草本群落最差;且森林群落中常绿阔叶林中植硅体的保存好于落叶阔叶林、常绿/落叶阔叶混交林与落叶阔叶林相近。表土中不同类型植硅体的保存也具有明显差别,扇型、块状和尖型在土壤中保存较好,短细胞植硅体、棒型和扁平状保存适中,硅化气孔、表皮植硅体和毛发状保存较差。因此,本研究不仅有助于理解表土中植硅体的埋藏机制,也可为中亚热带地区基于植硅体的古植被重建精度的提高提供重要依据。

     

Spatial analysis and hazard assessment of mercury in soil around the coal-fired power plant: a case study from the city of Baoji, China

Based on systematic sampling of soil around the coal-fired power plant (CFPP), the content of Hg was determined, using atomic fluorescence spectrometry. The result shows that the content of Hg in soil is different horizontally and vertically, ranges from 0.137 to 2.105 mg/kg (the average value is 0.606 mg/kg) and is more than the average content of Hg in Shaanxi, Chinese and world soil. In this study, spatial distribution and hazard assessment of mercury in soils around a CFPP were investigated using statistics, geostatistics and geographic information system (GIS) techniques. Ordinary kriging was carried out to map the spatial patterns of mercury and disjunctive kriging was used to quantify the probability of the Hg concentration higher than the threshold. The maps show that the spatial variability of the Hg concentration in soils was apparent. These results of this study could provide valuable information for risk assessment of environmental Hg pollution and decision support. An erratum to this article can be found at     

Variations of nutrient element contents of plants and soils in the process of karst rocky desertification

The present research on karst rocky desertification is mainly focused on qualitative analysis and obviously lack of quantitative and successive mechanism studies. Currently, classification of rocky desertification grades mainly depends on ratio of rocky coverage or ratio of plant and soil coverage. The process of rocky desertification was divided into latent, slight, medium and serious grades without mention of soil degradation. The Cha＇eryan catchment in the Huajiang Gorge of Guizhou Province was selected as the research area in this paper. Soil basic physical characteristics, nutrient element contents of soil and plant were studied in the process of rocky desertification. The karst soil characteristics elucidated that the clay content was high, the contents of soil organic matter, nutrient element （except potassium and sodium）, available contents of elements （except of potassium） were also high; ashes of plants were rich in calcium and nitrogen, and poor in iron, zinc, potassium and phosphorus. Meanwhile, the contents of plant ashes showed a significant positive relationship with calcium content of plant. There were no clear relations between soil degradation and succession of rocky desertification according to current classification standard. Soil particle size distribution, specific gravity, soil organic matter content, total and available nutrient element contents did not vary with the succession of rocky desertification.     

Assessment of δ13C and C/N ratios in bulk organic matter as palaeosalinity indicators in Holocene and Lateglacial isolation basin sediments,northwest Scotland

Carbon isotopes (δ¹³C) and C/N ratios from bulk organic matter have recently been used as alternative proxies for relative sea‐level (RSL) reconstruction where there are problems associated with conventional biological indictors. A previous study on a single isolation basin (Upper Loch nan Eala) in northwest Scotland has shown a clear relationship between δ¹³C, C/N ratios and palaeosalinity from Younger Dryas and Holocene aged sediments. In this paper we present results of δ¹³C and C/N ratio analyses from other isolation basins in northwest Scotland over the Holocene and the Lateglacial period in order to validate this technique. The results from the Holocene sequences support the earlier findings that this technique can be used to identify RSL change from isolation basins over the Holocene in this region. The relationship between δ¹³C, C/N ratios and RSL change is not apparent in sediments of Lateglacial age. Other environmental variables such as atmospheric CO₂ concentration, poor vegetation development and temperature influence δ¹³C values during this period. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

中东亚地区表土碳酸盐含量和pH值的空间变化及其气候代用指标意义

黄土-古土壤以及湖泊沉积物的碳酸盐含量作为常用的气候指标,被人们广泛地应用于干旱、半干旱地区的古气候研究,然而碳酸盐含量的气候意义却缺乏足够的验证.中东亚干旱、半干旱区覆盖我国西北部和蒙古国全境,区域内温度和降水等具有显著的空间分布特征,这为验证包括碳酸盐矿物含量在内的地球化学代用指标的气候意义提供了理想的研究场所.为此,选取了一条横跨该区不同气候带的采样线,对采样线上表土碳酸盐含量、pH值以及气象站的记录资料行了分析和对比.研究发现:(1)表土碳酸盐含量的分布特征沿着纬度呈现出南高北低的总体趋势,在北纬34.50°～42.50°的广大黄土、类黄土地区,碳酸盐含量较高,而北纬42.5°以北地区碳酸盐含量则相对较少,局部地区由于土壤母质为碳酸盐岩而具有较高的碳酸盐含量;(2)表土碳酸盐含量与pH值的非线性拟合特征反映出土壤碳酸盐矿物含量与pH值之间的化学平衡,两者在0.01水平上呈显著的正相关关系(r=0.51).酸性土壤地区的碳酸盐体系难处于饱和状态,碳酸盐易于淋失含量低,此时,碳酸盐矿物含量不宜作为气候指标,而碱性土壤地区的碳酸盐矿物含量变化与气候变化关系密切;(3)高温、干燥的气候环境使降水被迅速蒸发,加剧了碳酸盐类物质的表聚作用,使黄土、类黄土地区表土碳酸盐含量与降水量、温度都呈现出了一定的正相关关系;(4)黄土、类黄土地区表土pH值与多年平均降水量关系密切(PH>7,R2=0.90),可以作为我国黄土高原地区过去大气降水量变化的代用指标.