淹水和非淹水条件下湿地植物对重金属吸收转运特征研究

目前,矿山冶炼产生的重金属污染废水和尾矿对我国环境造成严重污染。湿地植物作为人工湿地的主要组成部分被成功应用于去除废水中的重金属(淹水条件),同时,湿地植物也成功被应用于矿山尾矿复垦(非淹水条件)。本研究在淹水和非淹水条件下,研究了十种常见湿地植物根部渗氧、重金属(Pb、Zn、Cd)吸收、根表和根际铁膜形成之间的关系,探讨不同水分处理引起的根际效应对湿地植物体内重金属积累转运以及生物量的影响。选取常见10种湿地植物品种,以广东大宝山重金属(Pb、Zn、Cd)污染土壤为生长介质,在淹水和非淹水条件下,采用根际袋法进行盆栽试验。研究发现,与非淹水条件相比,淹水处理能够显著提高同种湿地植物的生物量,根部渗氧量,根表和根际铁膜的厚度。淹水条件下,根表和根际铁膜厚度的增加也提高了根表和根际重金属(Pb、Zn、Cd)的吸附能力。虽然淹水处理也提高了植物的地上部分的生物量,但以整株湿地植物(地上部分,根,根表铁膜)为单位来计算,与非淹水处理相比,淹水处理显著提高了这十种湿地植物对Pb、Zn、Cd的累积量,它们分别为143%~4 161%,5.65%~1 637%,25.5%~474%。湿地植物的根部渗氧在淹水条件下对根表和根际重金属吸附重金属有重要作用,进而影响到湿地植物对重金属的吸收、转运和累积。     

北方泥炭沼泽中酚类物质释放的热敏感性研究:以英国威尔士地区雨养和矿养泥炭沼泽为例

利用高精度多梯度热培养系统,对英国威尔士地区两类典型的北方泥炭沼泽中酚类物质和溶解有机碳释放的热敏感性进行了为期1年的调查研究.研究结果表明,雨养泥炭沼泽(Bog)酚类物质释放的热敏感性Q10(总酚)月变化为0.92～1.57,而矿养泥炭沼泽(Fen)的月变化范围为0.93～1.30.酚类释放的热敏感性与土壤温度大致呈正相关关系.此外,土壤温度与溶解有机碳释放的热敏感性Q10(DOC)也呈正相关关系.总体上,雨养泥炭沼泽的热敏感性比矿养泥炭沼泽略高.除温度外,水文条件和植被等多种环境因子对酚类物质和溶解有机碳释放的热敏感性也有较大影响.研究结果还表明酚碳热敏感性比值Q10o(总酚)/Q10(DOC)相对稳定,土壤温度的变化对其影响有限.     

土壤溶解性有机碳（DOC）动态变化影响因素 研究进展

土壤溶解性有机碳(DOC)是陆生生态系统中极为活跃的有机组分,是土壤圈层与相关圈层(如生物圈、大气圈、水圈和岩石圈)发生物质交换的重要形式.与土壤有机碳其他组分相比,DOC对土壤质量变化、环境因素以及土地利用变化表现出高度敏感性,因此土壤DOC的消长动态及其影响因素已经成为了土壤、环境和生态科学领域研究的热点之一.本文对近年来有关土壤DOC动态变化影响因素的研究进行了综述,并分析了生物因素、非生物因素和人为因素对土壤DOC动态变化的影响及作用机理.研究表明,生物因素植被和土壤微生物控制着土壤DOC的输入和输出;非生物因素和人为因素通过作用于微生物活性、植被生长及其他过程而间接地驱动着土壤DOC的动态变化;生物因素、非生物因素和人为因素对土壤DOC的影响通常表现为综合作用.在此基础上,本文针对土壤DOC动态变化影响因素的进一步研究提出了两点建议,即应用模型定量分析各影响因素的作用和统一DOC含量的测定方法.     

利用稳定同位素技术研究广西桂江流域水体中碳的来源

本文对岩溶区不同类型样品中的有机碳同位素样品前处理的分离提纯技术进行了研究,并对广西桂江流域水体进行了稳定有机碳同位素分析.结果表明,C3植物对桂江水体可溶性有机碳(DOC)有很大比例的贡献,而水生生物对水体有机碳影响较小.抚河流域比漓江流域有较高的(DOC)含量,可能与非岩溶区土壤微生物活动强,土壤活性有机碳含量高有...     

祁连山海北高寒湿地植物群落结构及生态特征

海北高寒湿地系沼泽型和湖泊型湿地相并存.海北高寒湿地植物种类组成较少,从湿地中央到边缘植物优势种组成不同,群落结构变化明显.中部以帕米尔苔草为主要植物建群种的沼泽草甸,边缘地带以藏嵩草为主要建群种的沼泽化草甸,从中央到边缘地带主要有25种植物组成,隶属10科20属.高寒湿地植物有较高的地上生物量(349.373 g·m^-2)和地下生物量(仅1~40 cm层次最高可达10769.301 g·m^-2),而且地下部分远高于地上部分,地下生物量从表层到深层基本均匀下降,与矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸区的地下生物量分布截然不同.因湿地帕米尔苔草、藏嵩草、黑褐苔草、华扁穗草等为主的植物粗纤维高,牲畜利用率下降,不论地上还是地下对土壤有机物的补给均较高,多年的积累使其海北高寒湿地有深达2~3 m的泥炭层,使湿地形成一个非常重要的碳库.在气候变暖的条件下,这些未分解或半分解的土壤有机物质(或残体)将加速分解,对大气有更多的CO₂、CH₄等温室气体的排放.     

黑龙江省扎龙湿地及其周边地区土壤碳储量估算与1986年以来的变化趋势研究

以黑龙江省扎龙湿地及其周边地区多目标区域地球化学调查、第2次土壤普查数据为基础,通过不同土地利用方式下土壤全碳、有机碳密度、储量的估算,研究该地区20a来土壤碳库的变化趋势。结果显示：扎龙沼泽湿地区0-100cm土体的有机碳密度约为37884t／km^2;当沼泽地退化为草地或围垦为耕地后,土壤中有机碳的损失率高达66．...     

桂江流域河流有机碳特征

通过对桂江流域内植物、土壤碳同位素、河流有机碳含量及同位素进行系统取样测试分析发现,桂江流域C3植物的δ13C范围为-37.89‰~-23.27‰,C4植物δ13 C范围为-14.49‰~-12.00‰。土壤碳库的δ13 C范围为-30.43‰~-11.56‰,平均值为-24.32‰。土壤碳库主要受C3途径植物控制,C4途径植物对土壤碳库的δ13 C影响有限,植物残体转化成土壤有机质的过程中产生有机碳同位素分馏效应,造成土壤有机碳同位素比植物碳库偏重4.42‰。桂江河流DOC分布范围0.68~2.16mg/L,平均值为1.39mg/L。ρ(POC)分布范围0.11~1.14mg/L,平均值为0.37mg/L,DOC/POC的范围1.31~9.04,ρ(DOC)ρ(POC),成为水体有机碳的主要形式。流域水体中δ13CDOC值的范围为-29.682‰~-15.377‰,平均值为-24.810‰;δ13CPOC值的范围为-27.886‰~-24.271‰,平均值为-25.868‰;两者均位于土壤有机碳库同位素范围内,说明河流有机碳主要来源于土壤的机械侵蚀和土壤有机质的降解,受人类生产生活有机废弃物和河流自生浮游植物的代谢分泌物影响小。     

滇东北地区泥炭植物残体主要类型及其特性

泥炭是未固结成岩的可燃有机矿产,是最年轻的煤,主要形成于第四纪,并以全新世最普遍。由有机质和无机质两种组成,含水份通常在80％左右。有机质含完全分解和未完全分解的植物残体,主要成份有纤维素、半纤维素、腐植酸、醣类及氨基酸;无机物主要是各种矿物的氧化物,即灰成分。沼泽发育过程中植物生长死亡、分解而成泥炭。而植物残体又是沼泽中造炭植物死亡后留在矿质土壤和泥炭土中,在过分潮湿和通气困难的条件下尚未完全分解的植物体。     

喀斯特地区不同坡位条件下优势灌木根际与非根际土壤养分与pH的分布特征

对广西喀斯特地区2种优势灌丛植物子凌蒲桃与火棘在不同坡位条件下根际与非根际土壤养分与pH值的分布特征进行研究,揭示植物种类及其立地条件对植物根际养分与pH值分布特征的影响。结果表明,2种植物根际养分存在一定程度的富集现象,其中,火棘根际有机碳与速效磷含量富集明显,子凌蒲桃根际有机碳与全氮含量富集明显;根际与非根际土壤养分含量在不同坡位下存在显著性差异（p<0.05）;根际土壤有机碳含量与全氮含量呈显著正相关（p<0.05）,与速效磷含量呈显著负相关（p<0.05）;非根际土壤有机碳含量与速效磷、全氮含量呈显著正相关（p<0.05）。双因素方差分析显示,与植物种类相比,坡位对根际土壤养分含量影响更大。以上的研究表明,喀斯特灌丛优势植物有利于提高该地区土壤养分利用,但应该考虑植物立地条件对根际养分利用的影响。      

泥炭沼泽源酚酸对铁有机复合体的溶解作用及其环境意义

泥炭沼泽是具有全球意义的湿地类型,研究泥炭沼泽源酚酸对铁有机复合体的溶解作用有助于深入了解铁碳耦合地球化学循环过程.以中国东北金川泥炭沼泽为研究对象,提取了泥炭腐殖质,并实验合成了铁有机复合体及一系列的铁氧化物.选择原儿茶酸、咖啡酸和没食子酸等代表性泥炭沼泽源酚酸对铁有机复合体以及铁氧化物等系统开展了不同条件下的溶解试验.结果表明酚酸对无定型的水铁矿和新合成的铁有机复合溶解能力相对较弱,而对结晶态的赤铁矿、针铁矿和老化后的铁有机复合体的溶解能力较强.pH值、酚酸浓度和铁氧化物自身的结构和组成都对铁矿物的溶解作用产生影响.反映了铁有机复合体在酚酸溶液体系中比无机铁氧化物更稳定,这与泥炭沼泽中有机结合态铁比例较高、而普通矿质土壤中结晶态铁氧化物占比更大的事实相吻合.证明了铁有机复合体是泥炭沼泽中影响铁碳循环耦合的关键载体.泥炭沼泽中铁碳作用十分复杂,既能以铁有机络合物形式向海洋等水生生态系统输出大量的溶解性铁,也能通过铁有机复合体的形成促进泥炭沼泽有机碳的保存,进而影响全球铁碳循环耦合,具有重要的生态环境意义.      

外源氮输入对草地土壤微生物特性影响的研究进展

大气氮沉降作为全球变化的重要现象之一,沉降量不断增加所带来的一系列生态问题日趋严重.草地作为陆地生态系统的主体类型之一,对大气氮沉降的响应不仅体现在地上植被生长和群落动态的变化,其地下各种生态过程的变化更加值得关注.此外,世界范围内的草地生态系统大部分面临不同程度的退化,草地施氮是寻求草地恢复的有益尝试.综述了大气氮沉降和人为施氮引起的外源氮输入变化对草地生态系统土壤微生物特性(微生物数量、微生物量、微生物呼吸、微生物多样性和土壤酶)影响的研究进展,研究表明:①施氮有利于细菌数量的增加,但对真菌数量的影响甚微或是降低真菌的数量.②长期施氮降低土壤微生物量,但短期施氮的影响效应具有不确定性.③施氮对草地土壤微生物呼吸的影响效应取决于微生物可获得的碳源的量.输入地下的植物碳量增加促进土壤微生物呼吸,输入地下的有机质减少则抑制微生物呼吸.④施氮改变了土壤微生物的群落结构组成和底物利用方式,对土壤微生物多样性的影响表现出负效应.⑤施氮提高了β-葡糖苷酶、磷酸酶和大部分糖苷酶的活性,降低了脲酶的活性.迄今为止,施氮对草地土壤微生物特性的影响效应仍存在很大的不确定性,今后的研究中应开展氮输入对草地生态系统影响的长期试验研究、加强对土壤微生物呼吸的影响研究以及合理确定我国草地生态系统可持续发展的氮饱和阈值,并进一步完善和发展测量土壤微生物多样性的新方法.     

石漠化区植被恢复过程凋落叶分解特征及其对土壤有机碳/氮的影响——以重庆中梁山为例

运用凋落物分解袋及样品室内分析的方法,研究了石漠化脆弱生态区植被恢复不同阶段主要建群种凋落叶分解及有机碳、氮释放动态及其与土壤团聚体有机碳、氮之间的关系。结果表明:(1)各植被恢复阶段凋落叶分解系数介于0.73～1.33之间,不同阶段之间表现为,草地<灌丛<乔木林<灌乔林,人工樟树林介于乔木林与灌乔林之间。(2)各植被恢复阶段凋落叶有机碳、氮净释放率介于58.5%～72.9%与21.2%～63.9%之间,有机碳在分解期间表现为净释放,有机碳、氮释放率随植被恢复年限的延长呈增加的趋势。(3)凋落叶分解与养分释放对土壤有机碳、氮含量的提高有促进作用。其中,凋落叶分解系数与0.25～1 mm、<0.25 mm粒径团聚体轻组有机碳、氮之间关系密切。在植被恢复过程中,凋落叶分解速率及有机碳、氮释放率随恢复年限延长而呈增加趋势,凋落叶分解对土壤有机碳、氮有重要影响,轻组有机碳、氮优先向小粒径团聚体输入,小粒径团聚体在土壤有机碳、氮积累中有重要作用。凋落叶分解一方面能为植物生长提供养分,同时也促进土壤有机质的形成与积累,植被恢复过程中应加强水土保持、提高土壤层的养分保蓄与抗水土流失能力。      

Variations in nitrogen isotopic values among various particle-sized fractions in modern soil in northwestern China

Ratios of stable nitrogen isotopes in organic matter derived from plants and preserved in soil are potential tracers for nitrogen cycles in natural ecosystems and valuable for evaluation of climate change. However, the rela-tionship between nitrogen isotopic compositions in surface soil and in plant litter during the decomposition process from plant litter to soil organic matter is not well understood. By using nitrogen isotopic analysis of soil parti-cle-sized fractions, nitrogen isotope discrimination between plant litter and surface soil organic matter in various modern ecosystems in northwestern China was conducted. The results of our study indicate that: (1) in general, the nitrogen isotopic compositions of particle-sized fractions from surface soil are different, and δ15N values increase from plant litter to fine soil organic matter; (2) the δ15N values in the soil particle-sized fractions become larger with increasing relative humidity and temperature, and the largest variation in the δ15N values is from -5.9‰ to -0.3‰; and (3) under a controlled climate, significant nitrogen isotope differences in δ15N values (Δδ15Nplant-soil) between plant litter and bulk soil organic matter were observed, with the values of 1.52 to 4.75 at various sites. Our results suggested that comparisons of Δδ15N values between bulk soil and the particle-sized fractions of soil could reveal the effect of humidity on transferring process of nitrogen from plant to soil in arid and semi-arid ecosystems.     

草地生态系统土壤有机碳库对人为干扰和全球变化的响应研究进展

草地土壤碳库碳储量及其变化与调控机制是草地碳循环研究的核心.草地生态系统正经受着越来越严重的人为与自然因素干扰,如土地利用变化、大气氮沉降增加、施肥及大气CO2浓度与温度升高.因此,加强人为干扰和全球变化背景下草地土壤有机碳库的响应研究有重要意义.总结了放牧、草地开垦及外来氮素输入等3种主要的人类活动对土壤有机碳总量和活性碳组分的影响及其对全球变化的响应与适应,在此基础上指出了目前草地生态系统土壤有机碳库研究的薄弱环节及今后的重点研究领域.     

Understanding compost effects on water availability in a degraded sandy soil of Patagonia

Disturbances have the potential to reduce soil water and nutrient retention capacity by decreasing soil organic matter (SOM), which is particularly true for sandy soils characterized by an inherent low capacity to retain nutrients and water. To restore degraded areas, several works have shown positive effects of organic matter inputs on soil properties and plant growth. Despite these promising results, it is still unclear how organic matter inputs and plant growth modify the balance between soil nutrient and water supply. The objectives of the present work were (1) to evaluate the effects of biosolids compost and municipal compost addition on plant available water (PAW), soil moisture and soil temperature in a burned sandy soil of NW Patagonia (Argentina), and (2) to relate PAW and soil moisture with bulk density, soil organic carbon, nutrient availability (inorganic and potential mineralized nitrogen (N), extractable phosphorous) and aboveground phytomass. An experiment with excised vegetation and watering was also conducted. Compost application increased SOM, but it was insufficient to increase PAW. The increase in potential mineralized N in the amended soils indicated that during moist periods (and adequate temperatures), N uptake was increased, enhancing plant growth. As a consequence, higher plant water consumption in amended treatments resulted in lower soil moisture than in non-amended plots during the vegetative growth period that coincides with decreasing precipitation. Results indicate that a relatively high dose of compost (40 Mg ha^?1) applied to a sandy soil, contributed to increase nutrient availability and consequently, aboveground phytomass and water consumption.     

再生水补水条件下土壤全氮空间分布特征

土壤中的氮素是植物生长发育的基础,由于城市湿地土壤受特殊水文条件影响,土壤全氮(TN)的分布规律和影响机制较为复杂,因此研究土壤TN的空间分布特征具有重大的生态意义。本文以再生水为主要补给水源的北京门城湖湿地公园为研究区,运用ArcGIS和地统计学对该区土壤TN的空间分布特征进行研究。结果表明:研究区土壤TN质量分数较高,差值明显,变异系数达47.35%;比较不同的植物群落区可知,香蒲群落区土壤TN质量分数最高。对影响研究区土壤TN分布的因素分析得出:土壤TN、全磷(TP)质量分数呈极显著正相关关系(r=0.81,P0.01);TN、土壤有机质(SOM)质量分数呈显著正相关关系(r=0.62,P0.05);气候因子中,湿度和温度对TN分布同样影响显著。水质参数中,再生水出水口处测得的土壤TN的指标数值更高,随出水口距离的增加,参数值总体呈下降趋势且逐步趋于稳定,说明植被对湿地土壤中氮素空间分布的调整具有重要作用。     

Nitrogen and phosphorus distribution and utilization bySpartina alterniflora in a Louisiana gulf coast marsh

Nitrogen and phosphorus content ofSpartina alterniflora Loisel and soil nitrogen were measured along a transect perpendicular to a stream in a Louisiana salt marsh in order to provide information on differences between the so-called streamside and inland regions. Total plant nitrogen and phosphorus levels in June and September tended to be greater at streamside than inland sites. Total soil nitrogen on a dry soil weight basis increased with distance inland from a natural stream toward an interdistributary basin in the marsh. Soil extractable ammonium-nitrogen levels measured in June were very low in vegetated streamside and inland areas, but they were much higher in inland areas devoid of plants. Nitrogen and phosphorus utilization byS. alterniflora was also investigated at an inland location in the salt marsh. Labelled ammonium-nitrogen and phosphate-phosphorus were added in May at a rate of 200 kg/ha to the soil of replicated plots. Added nitrogen significantly increased total above-ground plant biomass and plant height by 28 and 25%, respectively, 4 months after application. The ratio of belowground macro-organic matter to total aboveground biomass was decreased from 5.7 to 4.7 by the additional nitrogen. Added phosphorus did not significantly affect plant height and biomass. The use of¹⁵N-depleted nitrogen tracers showed that about half of the nitrogen in the aboveground portion ofS. alterniflora from 1 to 4 months after the nitrogen addition was derived from the added ammonium-nitrogen. After 4 months, 28 and 29% of the added labelled nitrogen was recovered in the aboverground and belowground biomass ofS. alterniflora, respectively. Recovery of added nitrogen was overestimated with a non-tracer method based on the difference in total nitrogen uptake between nitrogen-amended plots and untreated plots. Soil organic nitrogen comprised the majority of the nitrogen in the salt marsh. Nitrogen in the standing crop biomass ofS. alterniflora represented only about 2% of the total nitrogen in the plantsoil system of an inland marsh to a 20 cm soil depth.     

沉积岩中无机CO2热模拟实验研究

结合三水盆地的地质特点，分析了无机CO₂热模拟实验研究的可能性，进行了不同条件下的模拟试验和相关的分析测试，提出了无机CO₂生成量和转化率的概念和计算方法。从实验结果来看：含有一定量碳酸盐矿物的沉积岩，在一定温度下可转化形成相当数量的无机CO₂，无机CO₂转化率越高，岩石中碳酸盐矿物越容易转化生成无机CO₂；相同热成熟度条件下，Ⅱ型干酪根生成有机CO₂的量较Ⅲ型的少；CO₂中碳同位素与CO₂的成因密切相关，随有机质热成熟度的增加，同种类型有机质生成的有机CO₂相对富集¹³C；无机CO₂较有机CO₂的碳同位素明显富集¹³C，随水介质的pH值降低，无机CO₂气含量、模拟温度及时间的增加，无机CO₂相对富集¹³C。实验研究结果为CO₂成因研究及其资源评价提供了实验依据。