南方典型灌区农田地表径流氮磷流失特性

农田地表径流氮磷流失与土地利用、土壤和灌溉方式有着极为重要的联系,而且具有十分明显的地域特点。本文选取我国南方丘陵地区典型灌区——湖北省漳河灌区的水旱作物(分别为水稻和玉米)作为研究对象,开展了农田地表径流N素和P素流失特性及其影响因素的试验研究。结果表明:土地利用类型对地表N素流失量的影响显著,地表TN流失量表现为旱地>水田;土地利用类型对地表P素的流失量有较大影响,但差异性未达到显著水平,地表TP流失量表现为水田>旱地。随着降雨强度的增大,铵态氮和硝态氮浓度均呈减小的趋势,有机氮的比例由3.2%增至69.7%,无机氮比例由96.8%降至30.3%,更多的有机氮随地表径流流失;随着降雨强度的增大,农田排水总磷和磷酸磷也呈增加的趋势。采用节水灌溉方式,降雨利用率提高了14%~23%,节水率达15%,降雨排水量减少20~25 mm左右,能够有效降低农田氮、磷等养分流失对地表水的污染。作物生育期和地形地势差异也会影响降雨径流特征和农田养分流失。     

三江平原农田排水沟渠铁的输出及形态变化

农田沟渠系统的输出将直接影响水体的生态环境安全。在大面积湿地农田化的三江平原,沟渠排水是铁输入河流的源和主要通道,也是北太平洋西北部okhotsk海铁输入的重要来源。以农田沟渠水体中铁为研究对象,采用切向超滤技术分离铁的形态,研究沟渠系统中可溶态铁的形态和迁移特征,探讨湿地开发后沟渠向河流输出铁的特征。通过对2005年...     

降雨径流汇入背景下受纳水体可溶态Ni和As的动态变化

选取降雨丰沛、降雨径流突出的热带海岛城市海口美舍河市区河段,使用室内分析与野外采样结合的方法开展降雨径流汇入后受纳水体可溶态Ni和As的动态变化研究。结果表明：降雨径流的汇入直接对受纳水体中Ni和As的固液分配产生干扰,且其对受纳水体Ni和As的输入贡献主要依赖悬浮态,可溶态Ni和As输入相对较弱。具体表现为：降雨径流汇入前受纳水体可溶态Ni和As占总质量浓度的比例分别达到55.67%和94.77%。降雨径流汇入后,受纳水体Ni和As发生一系列动态变化,排水口处可溶态Ni和As占比分别达总质量浓度的20.97%和76.92%,可溶态占比明显下降,变化较为剧烈;排水口下游可溶态Ni和As占比也均下降,分别为47.23%和88.38%。对不同降雨情境下的数据分析发现：当降雨量≤10 mm时,雨前干燥期长短是受纳水体可溶态Ni和As动态变化的主要影响因素;当降雨量在10~30 mm时,雨前干燥期长短、雨强峰值出现时间及其大小是受纳水体可溶态Ni和As对降雨径流响应时间及响应程度的主要影响因素;当降雨量≥30 mm时,雨强峰值出现时间是受纳水体可溶态Ni和As动态变化的主要影响因素。降雨径流对受纳水体可溶态Ni和As的影响存在差异,当干燥期短、且存在最大雨强值过高现象时,受纳水体可溶态As受降雨径流影响小,而可溶态Ni受降雨径流影响明显。     

基于水环境化学及稳定同位素联合示踪的土地利用类型对地下水体氮素归趋影响

识别复杂土地利用类型对地下水体氮素归趋的影响一直是非点源污染研究中的重点及难点。本文采用水环境化学及同位素联合示踪法对具有复杂地类的三江平原阿布胶河流域地下水体中氮素归趋进行解析研究。结果表明：研究区域内地下水体中存在严重的氮素污染,部分点位超出标准限值近4倍。土地利用类型不仅是氮素浓度和水化学类型演变的主导因素,而且对地下水体氮素循环过程及氮素来源产生了重要的影响。其中：在林地区域内,硝态氮占主导,氮素主要来源于土壤有机氮硝化;在城镇区域内,硝态氮超标,具有较高的氯离子浓度,主要来源于粪便及废水,受硝化过程所控制;在水田区域：铵态氮超标,具有较高的硝酸盐同位素值（δ ¹⁵N-NO₃ ^-和δ ¹⁸O-NO₃ ^-）且二者存在显著的线性关系,表明存在着显著的反硝化过程。在旱田区域,硝态氮占主导,氮素来源及循环过程较为复杂,受反硝化及雨水混合过程等多重影响,难以单一使用同位素示踪法进行溯源解析。通过联合水化学解析法能进一步揭示该区域氮素污染主要来源于肥料施用。因此,通过联合示踪法能够补充复杂土地利用区域氮素来源识别工作的缺陷,提升地下水体氮素归趋识别的精度。     

三江平原沟渠系统水体和底泥的养分特征及效应

分季节原位采集三江平原不同土地利用方式下沟渠系统水体和底泥,调查沟渠水体及底泥中养分的时空分布特征及生态环境效应,分析了土地利用、沟渠植被生长及淹水状况等对沟渠养分时空分异的影响。结果表明,湿地开垦为旱田有利于沟渠DOC的沉积,但降低了沟渠水体DOC的浓度;湿地的垦殖和大量化肥的施用使得旱田沟渠水体TN、TP浓度高于湿地和水田沟渠;而沟渠植被生长和死亡分解又使得沟渠水体及底泥养分呈现出一定的时空差异。养分的长期积累将使沟渠系统水体N/P不断降低,影响湿地生态系统的稳定性。     

向海沼泽湿地土壤氮素的空间分布格局

本文运用地统计学方法探讨了吉林省通榆县向海沼泽湿地土壤氮素在植物生长初期的空间分布格局 ,结果表明除铵态氮外 ,其他各形态氮素主要集中分布在表层土壤 ,呈现出由表层向下逐渐减少的趋势。各形态氮素和全氮都具有高度的变异特征 ,其中表层土壤碱解氮的变异最大 ,铵态氮最小 ,变异系数分别为 6 5 6 4%和 4 9 5 1% ;其他各层土壤有机氮、全氮和硝态氮含量的统计变异较大 ,而碱解氮和铵态氮较小 ;有机氮和全氮的空间分布格局具有显著的相似性 ;表层土壤全氮、有机氮和碱解氮的高值区和低值区具有高度的一致性 ;除碱解氮主要集中在土壤表层外 ,其他形态氮素和全氮在土壤较深层次均出现累积峰。     

坡地土壤氮素与降雨、径流的相互作用机理及模型

坡地土壤氮素径流损失表现为两种形式 ,溶解于径流中的矿质氮随径流液流失 ,吸附于泥沙颗粒表面以无机态和以有机质形式存在的氮素。坡地土壤氮素流失过程实际上是表层土壤氮素与降雨、径流相互作用的过程 ,土壤氮素流失的多少主要受相互作用的限制。从分析土壤与降雨、径流相互作用入手 ,分析了土壤氮素与降雨、径流相互作用过程及机理 ,并对相互作用模型进行探讨。     

16 ka以来黄土高原东亚夏季风变化的环境磁学记录

末次冰消期以来的气候变化是第四纪古气候研究的重要内容。本文对黄土高原西部和平镇剖面16 ka以来的黄土沉积序列（厚度为3.5 m）进行了高分辨率环境磁学研究。结果表明：该黄土序列的磁性颗粒主要由细颗粒磁铁矿主导。其磁化率和频率磁化率具有相同的变化特征,与黄土高原中部和东部的黄土磁化率变化机制一致,即黄土高原西部和平镇黄土的磁化率和频率磁化率仍然受成土作用形成的细颗粒磁铁矿控制,因此其磁化率和频率磁化率仍然可以反映季风降雨的变化特征,并且其反映的16 ka以来季风降雨变化与南方石笋氧同位素记录的季风变化特征一致。通过详细的海陆综合对比,本文认为16 ka至11 ka间东亚季风降雨的变化受到北半球太阳辐射和北半球区域温度的共同影响,而11 ka之后的夏季风降雨减少主要受太阳辐射降低的影响。     

西苕溪流域不同土地类型下氮元素输移过程

以西苕溪流域为研究对象,选择最有代表性的5种土地类型,模拟天然大暴雨,通过3次重复实验研究不同形态氮素随暴雨径流及径流沉积物的迁移过程,估算氮素在流域内不同土地利用/土地覆被条件下的损失率。研究结果表明,在相同的降雨条件下,氮素的流失速率和流失量随土地利用/土地覆被类型的不同表现出明显差异,地表径流水相总氮的流失量桑林最大,水田最小。水相不同形态的氮素流失量亦有所不同,悬浮颗粒态氮占地表径流水相总氮的70 %~90 %,水相溶解态氮的流失量以松林为最高,竹林、桑林和水田接近而且较低,不同类型的水相溶解态氮也随土地利用类型的不同表现出各自的特征。各土地类型单位面积、表层10 cm土壤氮素流失高达4.66~9.40 g·m-2,其中随径流沉积物相迁移的氮素占绝大部分(90 % 以上)。估算出的各土地利用类型总氮流失速率,地表径流水相为2.68~14.48 mg·m-2·min-1,径流沉积物相高达100.01~172.67 mg·m-2·min-1。     

滇池不同流域类型降雨径流对河流氮磷入湖总量的影响

通过对滇池三种不同流域类型的雨季初始期三场降雨径流的汇水河道的入湖口水质和流量监测 ,重点分析了典型城市纳污河流、城乡结合型河道和农业重污染区河道的营养盐携带状况与特征。研究结果表明 :不同流域类型河流的氮磷营养盐入湖总量受降雨过程及特征、流域类型特征、降雨径流流量、径流水营养盐浓度综合控制。城乡结合型河道 (大清河 )有最高的TP、KN (凯氏N)、NH3 N、NO3 N和NO2 N入湖总量 ,三场降雨累积量分别为11374 3、 12 7971 7、 85 36 5 4、 92 3 4和 84 1 2kg ;城市纳污河流 (乌龙河 )有最高的单位面积入湖总量负荷 ,TP、KN、NH3 N和NO2 N分别为 5 35 7、 5 86 0 5、 382 1 9和 2 4 6kg/km2 。     

硝酸盐氮氧同位素在不同生态系统中的研究进展

硝酸盐作为氮循环中的重要物质之一,已成为地下水污染的主要形式。硝酸盐的来源分为自然源和人为源。不同来源的硝酸盐具有不同的同位素特征,因此可以利用N、O同位素来识别硝酸盐的来源、迁移和转化。本文通过综述硝酸盐的主要来源及其同位素特征,简要介绍了硝酸盐同位素检测技术的发展历程,影响同位素分馏的相关作用过程;同时简述了硝酸盐同位素在农业、沙漠、森林、城市生态系统中开展的相关研究,概述了研究中存在的问题,并展望了今后的发展方向。     

陶瓷杯与蒸渗仪测定硝态氮和氨态氮淋溶的比较

土壤硝态氮（NO₃^--N）和氨态氮（NH4+-N）淋溶量测定方法因草本植物和土壤类型不同而异。试验采用陶瓷杯（ceramic suction cups）和蒸渗仪（lysimeters）分别测定草地土壤NO₃^--N和NH4+-N淋溶量。蒸渗仪直径为50 cm和深度为70 cm,土壤类型分别为新西兰Gorge silt loam、Mataura sandy loam和Lismore stony silt loam,重复4次。陶瓷杯水平插入蒸渗仪不锈钢筒,陶瓷杯插孔中心离不锈钢筒底部距离分别为35 cm（上陶瓷杯）和60 cm（下陶瓷杯）。在试验前,喷灌72 h冲洗蒸渗仪土壤溶液,使淋溶液NO₃^--N浓度接近0 mg·L^-1,然后1次性施加250 kg N·hm^-2尿素溶解液,用喷灌系统喷灌蒸渗仪,每周喷灌1次,喷灌系统误差使Gorge、Mataura和Lismore土壤喷灌强度分别为15.0、19.0和18.7 mm·h^-1,1次喷灌持续时间为3 h。在Gorge和Lismore土壤,陶瓷杯和蒸渗仪测定NO₃^--N淋溶量差异显著。在Gorge土壤,上陶瓷杯、下陶瓷杯和蒸渗仪测定NO₃^--N淋溶累计量分别为64、68和54 kg N·hm^-2,测定NH₄⁺-N淋溶累计量分别为0.43、0.49和0.43 kg N·hm^-2;在Mataura土壤,上陶瓷杯、下陶瓷杯和蒸渗仪测定NO₃^--N淋溶累计量分别为57、68和62 kg N·hm^-2,测定NH₄⁺-N淋溶累计量分别为0.51、0.37和0.23 kg N·hm^-2;在Lismore土壤,上陶瓷杯、下陶瓷杯和蒸渗仪测定NO₃^--N淋溶累计量分别为61、103和99 kg N·hm^-2,测定NH₄⁺-N淋溶累计量分别为1.70、2.24和2.04 kg N·hm^-2。在结构发育良好的Gorge和Lismore土壤,陶瓷杯不适合测定NO₃^--N淋溶量,但适合应用于砂土质地和发育不完善Mataura土壤。NH₄⁺-N淋溶累计量占NO₃^--N淋溶累计量的0.37%～2.93%,在测定和计算氮淋溶时,NH₄⁺-N淋溶可以忽略不计。     

A Meta-analysis of the Effects of Organic and Inorganic Fertilizers on the Soil Microbial Community

In order to investigate the general tendency of soil microbial community responses to fertilizers, a meta-analysis approach was used to synthesise observations on the effects of inorganic and organic fertilizer addition (N: nitrogen; P: phosphorus; NP: nitrogen and phosphorus; PK: phosphorus and potassium; NPK: nitrogen, phosphorus and potassium; OF: organic fertilizer; OF+NPK: organic fertilizer plus NPK) on soil microbial communities. Among the various studies, PK, NPK, OF and OF+NPK addition increased total phospholipid fatty acid (PLFA) by 52.0%, 19.5%, 334.3% and 58.3%, respectively; while NP, OF and OF+NPK addition increased fungi by 5.6%, 21.0% and 8.2%, respectively. NP, NPK and OF addition increased bacteria by 6.4%, 9.8% and 13.3%, respectively; while NP and NPK addition increased actinomycetes by 7.0% and 14.8%, respectively. Addition of ammonium nitrate rather than urea decreased gram-negative bacteria (G ^-). N addition increased total PLFA、bacteria and actinomycetes in croplands, but decreased fungi and bacteria in forests, and the F/B ratio in grasslands. NPK addition increased total PLFA in forests but not in croplands. The N addition rate was positively correlated with the effects of N addition on gram-positive bacteria (G ⁺) and G ^-. Therefore, different fertilizers appear to have different effects on the soil microbial community. Organic fertilizers can have a greater positive effect on the soil microbial community than inorganic fertilizers. The effects of fertilizers on the soil microbial community varied with ecosystem types. The effect of N addition on the soil microbial community was related to both the forms of nitrogen that were added and the nitrogen addition rate.     

Physiological Responses of Pistia stratiotes and Its Fluoride Removal Efficiency

Phytoremediation technology using aquatic plants is being used increasingly in constructed wetlands to purify wastewater. The physiological responses of water lettuce (Pistia stratiotes) and its effectiveness in removing fluoride (F ^-) from water are described in this article. The results indicate that Pistia stratiotes has the ability to accumulate F ^-. The removal efficiency ranged from 27.79% to 56.32% for the various initial F ^-concentrations tested, and was highest (56.32%) in the highest initial concentration group 60mg/L. The F ^- concentrations in control groups (without Pistia stratiotes) changed very little, from -1.135% to -0.007% of the initial concentrations. At the highest removal rate, the bioconcentration factor was 7.84. The rate of purification conformed to the Michaelis-Menten equation, and the correlation coefficients (R ²) were all greater than 0.97. The Specific Growth Rates (SGR) of the treatment groups were -8.03% to -1.22%, and the SGR of plants under F ^-stress decreased during the experimental period. The partial correlation analysis showed that concentrations of F ^- in water were strongly linearly correlated with peroxidase.     

Enzyme Activities and Microbial Communities in Subtropical Forest Soil Aggregates to Ammonium and Nitrate-Nitrogen Additions

A laboratory incubation experiment was established to examine the impacts of nitrate and ammonium nitrogen additions on soil microbial attributes of a subtropical Pinus elliottii forest ecosystem in southern China. Soils were subjected to three different treatments: the control with no nitrogen addition (CK), the ammonium nitrogen addition (NH₄⁺-N), and the nitrate nitrogen addition (NO₃^--N). Samples from bulk and two different size fractions (macroaggregate (>250 μm) and microaggregate (53-250 μm)) were analyzed for soil properties, enzyme activities and microbial communities on day 7 and 15 of the incubation. Our study demonstrated that NH₄⁺-N had a greater influence on soil microbial activities than NO₃^--N. NH₄⁺-N additions resulted in significant increases in β-1,4-glucosidase (βG) and β-1,4-N-acetyl glucosaminidase (NAG) enzyme activities in bulk, macroaggregate and microaggregate soils after 7 and 15 days incubation. NO₃^--N additions only significantly increased in βG and NAG enzyme activities in bulk, macroaggregate soils after 7 and 15 days incubation, but not in microaggregate. All NH₄⁺-N and NO₃^--N additions resulted in significant increases in gram-positive bacterial PLFAs in microaggregates. Only a significant correlation between soil nutrient contents and enzyme activities in macroaggregates was founded, which suggests that the soil aggregation structure played an important role in the determining enzyme activities.     

Effects of soil nitrate：ammonium ratio on plant carbon：nitrogen ratio and growth rate of Artemisia sphaerocephala seedlings

Can soil nitrate： ammonium ratios influence plant carbon： nitrogen ratios of the early succession plant？ Can plant carbon： nitrogen ratios limit the plant growth in early succession？ To address these two questions, we performed a two-factor （soil nitrate： ammonium ratio and plant density） randomized block design and a uniform-precision rotatable central composite design pot experiments to examine the relationships between soil nitrate： ammonium ratios, the carbon： nitrogen ratios and growth rate of Artemisia sphaerocephala seedlings. Under adequate nutrient status, both soil nitrate： ammonium ratios and plant density influenced the carbon： nitrogen ratios and growth rate of A. sphaerocephala seedlings. Under the lower soil nitrate： ammonium ratios, with the increase of soil nitrate： ammonium ratios, the growth rates of plant height and shoot biomass of A. sphaerocephala seedlings decreased significantly; with the increase of plant carbon： nitrogen ratios, the growth rates of shoot biomass of A. sphaerocephala seedlings decreased significantly. Soil nitrate： ammonium ratios affected the carbon： nitrogen ratios of A. sphaerocephala seedlings by plant nitrogen but not by plant carbon. Thus, soil nitrate： ammonium ratios influenced the carbon： nitrogen ratios of A. sphaerocephala seedlings, and hence influenced its growth rates. Our results suggest that under adequate nutrient environment, soil nitrate： ammonium ratios can be a limiting factor for the growth of the early succession plant.     

荒漠绿洲农田土壤水热动态及硝态氮淋溶特征北大核心CSCD

灌溉和氮肥的施用是保障干旱荒漠区农田生产的关键措施,但过量的氮肥会随水分淋溶至深层土壤或地下水中,从而导致氮素的损耗和地下水的污染。本研究以黑河中游荒漠绿洲过渡带两种开垦年限的农田土壤(风沙土和灰棕漠土)为研究对象,通过土柱模拟试验监测分析了玉米生育期和休闲期内土壤水分和温度的动态变化及硝态氮(NO_(3)^(-)-N)的淋溶规律,揭示了不同耕作年限农田土壤中硝态氮损耗的差异。结果表明:新绿洲农田深层渗漏及NO3--N的淋失主要发生在苗期-拔节期以及休耕期,深层渗漏年损失量97.65-105.1 mm,占年灌溉水总量(810 mm)的12%-13%,NO_(3)^(-)-N淋溶年损失量68.1-123.8 kg·hm^(-2),占年施氮总量的18.7%-34.2%,休耕期灌水致使生育期内土壤中大量积累的氮素淋溶至深层,NO3--N淋失量是当年生育期内NO_(3)^(-)-N淋失量的2.2倍;开垦年限较长的老绿洲农田在相同灌溉施肥条件下无深层渗漏和NO_(3)^(-)-N的淋失现象发生,其“蓄水保墒”及抑制水分和NO_(3)^(-)-N渗漏淋失的生态效应优于开垦年限较短的新垦绿洲农田。因此,为降低土壤水分损失和NO_(3)^(-)-N淋失风险,建议新绿洲农田生育期内减少春季灌溉次数或降低灌水定额,冬季休耕期降低灌水定额或采取免冬灌措施,以此保证灌溉水资源的优化利用并减少农田氮素的淋失。     

稻田生态系统服务价值测算方法与应用——以苏州市域为例

对稻田资源的生态服务价值重视不足是稻田保护工作的最大缺陷,导致了稻田资源流失严重。本文以苏州市水稻田为例,运用造林成本法、瑞典碳税法、制氧工业成本法、替代成本法、影子工程法、当量因子法等方法对稻田生态系统各项服务价值进行了测算。结果表明,苏州市域稻田生态系统服务净总价值量为60785.18×10⁵元,单位面积净价值量为73111.84 元/hm²。其中,正面总价值量为68485.93×10⁵元,环境效应负总价值量为7700.75×10⁵元,前者为后者的8.89 倍。从稻田生态系统服务价值各部分的比例看,其实物生产价值远远低于其生态经济价值,表明了作为人工湿地生态系统,稻田生态服务价值对社会经济的可持续发展具有十分重要的作用。研究结果将有助于确定稻田保护经济补偿标准,为各级政府出台相关政策提供思路和依据     

城镇化流域降水径流氢氧同位素特征及洪水径流分割

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。