腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区表层土壤有机碳矿化对凋落物添加的响应

土壤有机碳矿化是调控土壤碳库时空格局、土壤碳收支平衡和植物养分供应的重要过程,植物残体和凋落物分解释放CO₂直接影响着土壤有机碳矿化。研究了不同类型凋落物对腾格里沙漠东南缘建植于1956年的人工固沙植被区土壤有机碳矿化过程及其对水分和温度的响应特征。结果表明：凋落物添加显著促进了有机碳矿化,添加柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、油蒿（Artemisia ordosica）、小画眉草（Eragrostis minor）凋落物后,CO₂-C最大矿化速率分别增大了6.94、5.17、3.46倍,0~5 cm层土壤是5~10 cm层土壤的1.09、1.55、1.22倍;CO₂-C累积释放量分别增加了3.73、3.38、2.34倍,0~5 cm层土壤是5~10 cm层土壤的1.17、1.30、1.57倍。凋落物对有机碳矿化的促进作用与温度和水分密切相关,25℃时,CO₂-C平均释放速率、最大释放速率、累积碳释放量分别是10℃的2.21、3.60、2.21倍,而含水量10%时,CO₂-C平均释放速率、最大释放速率和累积碳释放量分别是含水量5%时的1.25、1.20、1.25倍。相关性分析表明,凋落物碳氮含量、碳氮比、木质素比氮和土壤有机碳以及全氮是影响有机碳矿化的主要因子。凋落添加土壤后潜在可矿化碳表现为柠条锦鸡儿>油蒿>小画眉草>对照。凋落物添加显著促进了有机碳矿化过程及碳周转,植被恢复过程中草本植物凋落物的输入更有利于土壤碳固存,凋落物对土壤碳库的调控作用受土壤理化性质和水热等环境因子的共同作用影响。     

过量氘新的定义及其在极地地区的应用综述

水汽中过量氘主要受蒸发过程中非平衡动力分馏控制,而水汽冷凝过程一般认为同位素发生平衡分馏,平衡分馏过程对降水及水汽中过量氘影响较小,因此理论上可以利用冰芯过量氘记录进行水汽源区环境条件的定量重建。在极地地区,较低的温度导致水汽的冷凝程度较高,氢(δD)与氧(δ~(18)O)稳定同位素的斜率受与温度有关的平衡分馏系数显著影响,因此极地降水中过量氘实际上还受平衡分馏系数影响;此外,随着水汽冷凝程度的升高,水汽中δD/δ~(18)O值越来越低,δD和δ~(18)O之间的非线性关系越来越明显,这导致传统线性过量氘(定义为d_(excess)=δD-8δ~(18)O)的值还受同位素值本身的影响。因此,上述线性过量氘定义的不足使得利用极地冰芯过量氘记录进行水汽源区环境条件定量重建的精度受到了很大的限制。为了弥补传统线性过量氘定义的不足,近年来一些研究者提出了过量氘的对数定义和指数定义。本文旨在说明传统线性过量氘定义的不足,详细介绍两种过量氘新定义的基本原理与优势、最新研究进展及其在极地地区的应用前景。     

祁连山亚高山灌丛林叶面积指数与冠层氮、磷的关系

氮和磷作为植物体内重要的生命元素,在植物群落的生长发育过程中发挥着重要的作用。为了明确祁连山亚高山灌丛林叶面积指数与冠层氮、磷之间的关系,本文通过对祁连山亚高山灌丛林不同植被类型(箭叶锦鸡儿、高山吉拉柳、金露梅)及不同放牧处理(羊群、牦牛,未放牧)条件下灌丛群落的叶面积指数(LAI)与叶片氮积累量(TFN)、叶片磷积累量(TFP)比较发现,在整个亚高山灌丛群落中,LAI与TFN和TFP之间都有较强的相关性,并且TFN和TFP比值的变化表明不同植被类型叶片的生长都受到N、P的共同限制,只是随着LAI的增加,高山吉拉柳主要受到氮素的限制,箭叶锦鸡儿主要受到磷素的限制,而金露梅则受到N、P的共同限制;在不同放牧条件下,单位面积LAI对应的TFN的值较高而TFP的值较低,说明动物通过对植被的啃食可能会改变群落的模式,在一定程度上限制磷的摄入。LAI、N、P之间的耦合关系表明了亚高山灌丛群落的LAI在物种组成、放牧和冠层密度上存在差异,但仍然受到N和P的约束。研究结果有利于探索水分限制条件下祁连山灌丛林生态系统植物叶片与养分元素之间关系,对于研究干旱区高寒灌丛生态系统在全球气候变化中的作用及其对全球气候变化的响应与反馈,具有重要的理论价值和实践意义。     

丘陵区典型小流域地下水化学特征与补给来源分析

川中紫色土丘陵区频发的季节性干旱严重制约区域农村经济和社会可持续发展。地下水是丘陵区农村居民饮用和灌溉的主要水源,但迄今该区域地下水补给循环过程的相关研究报道极少。本研究选取盐亭大兴小流域(480 hm 2)为典型小流域进行综合水文观测与取样,比较了小流域内浅层地下水(2口泉水、14口井水)在不同覆被条件下雨季和旱季的水化学特征(包括D、 18 O)及水岩作用过程,并通过氯离子平衡法和二元混合模型法对比分析区域降水补给地下水规律。结果表明:(1)研究区内浅层地下水水化学类型为HCO 3 ·SO 4-Ca,主要控制因素为岩石风化水解;(2)由地下水同位素峰值响应特征可知该区域浅层地下水对雨季降水补给响应时间约为50~ 85 d;雨季浅层地下水交换作用比旱季强烈;(3)氯离子平衡法受人为干扰较大,计算结果可能偏小,二元混合模型法未包含更多水源,计算结果可能偏大;(4)优化估算结果表明浅层地下水全年接受降水补给率在12%~38%间变化,雨季单次降水补给地下水比例在4.3%~58.0%间变化。本研究通过揭示丘陵区浅层地下水水化学性质变化规律,初步估算了浅层地下水补给来源及比例,可为区域地下水资源评估提供科学基础。     

邛海浅水湖带及其附近人工湿地中沉水植物底质以上植株中氮和磷含量北大核心CSCD

2017年4月21~30日,对邛海浅水湖带及其附近人工湖和沟渠中沉水植物的分布进行了野外调查;2018年4月22~28日,在邛海浅水湖带及其附近人工湖和沟渠中设置采样点,采集沉水植物底质以上植株的样品;在实验室中,测定了样品中的全氮和全磷含量。研究结果表明,2017年4月,在邛海浅水湖带及其附近人工湖和沟渠的水中,共发现了9种沉水植物,分别为苦草(Vallisneria natans)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、黑藻(Hydrilla verticillata)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、菹草(Potamogeton crispus)、穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)和大茨藻(Najas marina),其中,穗状狐尾藻和苦草分布最广;2018年4月,沉水植物底质以上植株的全氮和全磷含量存在差异,分布较广的7种沉水植物金鱼藻、穗状狐尾藻、苦草、马来眼子菜、菹草、篦齿眼子菜和黑藻底质以上植株的全氮和全磷含量依次减小。     

1978年以来5个时期南四湖区土地利用格局及土壤有机碳储量北大核心CSCD

以1978年、1987年、1998年、2008年和2018年南四湖区的遥感影像为数据源,采用监督分类方法,对遥感影像进行人机交互目视解译,得到5个时期南四湖区各种土地利用类型的分布和面积数据;在沼泽、水产养殖区、水稻田和旱地中各设置了8个采样点,采集表层(0~15 cm深度)土样,测定土样中的溶解性有机碳、轻组有机碳和重组有机碳的含量,计算出各种土地利用类型表层土壤有机碳密度和碳储量。研究结果表明,受水文变化和人类活动干扰的影响,随着时间的推移,5个时期南四湖区天然湿地(湖泊、河流、沼泽)面积在不断减少,人工湿地面积(水产养殖区、水稻田、人工水渠)在不断增加;随着土地利用方式的改变,南四湖区土壤碳储量也发生了明显变化,沼泽表层土壤的溶解性有机碳密度和轻组有机碳密度都相对最大,水稻田表层土壤的重组有机碳密度相对最大。虽然水产养殖区和水稻田面积的增加,使其表层土壤重组有机碳储量增加了921.58×10~3t,但是,天然湿地的丧失,使得2018年南四湖区表层土壤碳储量比1978年减少了136.34×10~3t。     

基于AnnAGNPS模型的山美水库流域非点源氮控制研究

探索研究流域非点源氮污染控制的有效措施,对于治理改善水环境恶化具有重要的现实和长远意义。以山美水库流域为研究区域,建立AnnAGNPS氮污染模型,通过情景模拟技术分别模拟了河岸缓冲带、适量施肥、免耕、少耕、梯田和退耕还林等最佳管理措施的非点源氮污染削减效率。结果表明:(1)梯田与退耕还林对氮的削减率较高,均高于15%;免耕较低,为13%;少耕、合理施肥、河岸缓冲带削减效果有限,低于10%。(2)河岸缓冲带、少耕、免耕、梯田等措施的总氮削减率在不同月份的变化趋势与泥沙削减变化趋势一致,在7月和8月有较高的削减率;合理施肥与退耕还林的总氮削减率则与流域施肥状况相关性更高,在2—4月份有较高的削减率,因此山美水库流域水环境改善应结合非点源氮污染治理和流域水土流失治理。     

氨氮急性攻毒对水产经济动物棘胸蛙(Paa spinosa)蝌蚪死亡率、排氨率、耗氧率及窒息点的影响

以体长(1.932±0.204)cm、体质量(1.386±0.055)g的棘胸蛙蝌蚪为实验动物,在水温(24±0.2)℃、DO(7.30±0.01)mg/L、pH 7.30±0.01条件下,采用静水停食法开展了氨氮对蝌蚪的急性攻毒实验,并以此为基础,测定了不同氨氮质量浓度胁迫下棘胸蛙蝌蚪的排氨率、耗氧率、氧氮比及窒息点。结果表明:(1)蝌蚪对氨氮急性攻毒具明显的运动避毒行为,濒死个体的背部皮肤和肝脏均具明显的色变症状;(2)氨氮对蝌蚪的急性致死率具明显的剂量—时间效应,24h、48h、72h、96h LC50依次为177.5、151.7、148.6和146.8mg/L,毒性时段蓄积程度系数呈持续下降趋势,24—48h、48—72h、72—96h的时段MAC值分别为84.04%、10.1%和5.86%;(3)蝌蚪夜均、昼均、日均及时段排氨率随氨氮质量浓度增加均呈阶梯式下降趋势,其中时段排氨率与对照组均无显著差异的为9.80mg/L实验组,夜均、昼均、日均及时段排氨率与对照组均无显著差异的仅为2.45mg/L实验组(P0.05);(4)氨氮对蝌蚪呼吸耗氧具低毒兴奋效应,其夜均、昼均和日均耗氧率随氨氮质量浓度增加均呈先升后降趋势,峰值氨氮质量浓度范围均为4.90—7.35mg/L(P0.05),与对照组均无显著差异的仅为14.70mg/L实验组(P0.05),窒息点含氧量随氨氮质量浓度增加呈先降后升趋势,谷底出现于4.90mg/L实验组(P0.05),与对照组无显著差异的仅为9.80mg/L实验组(P0.05);(5)实验期间,蝌蚪氧氮比(O:N)波动于18.87—25.34之间,昼均和日均氧氮比(O:N)随氨氮质量浓度增加均依次呈"上升—稳定—下降—再稳定"之趋势,两者的峰值氨氮质量浓度范围分别为4.90—14.70mg/L和4.90—9.80mg/L,夜均氧氮比(O:N)呈先升后降趋势,峰值出现于7.35mg/L实验组(P0.05)。     

利用稳定同位素(15N)示踪技术研究浮游藻类氮素吸收速率特征

浮游藻类对溶解态氮的吸收同化是湖泊氮生物循环和水体富营养化发生机制探讨的关键环节。本文通过~(15)N稳定同位素添加实验以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、海链藻(Thalassiosira sp.)、卡德藻(Tetraselmis sp.)、剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)以及盐水隐藻(Rhodomonas salina)为研究对象,从浮游藻类氮素吸收时间、营养盐基质以及藻种差异三个方面研究五种藻类对铵氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、尿素氮(Urea-N)三种形态氮的吸收特征。研究发现:(1)浮游藻类对三种形态氮的吸收均在1h时吸收速率最高,其氮素吸收过程为快速吸收。(2)浮游藻类优先吸收还原态氮,其中NH_4~+-N吸收速率最高,当培养周期为1d和4d时浮游藻类对NH_4~+-N吸收速率的均值分别为4.05和4.15μmol/(L·h);浮游藻类对Urea-N吸收相对偏好系数为25.18—713.42,表现出对小分子溶解态有机氮的特定偏好性。(3)不同藻种对氮素吸收具有不同特征,其中,剧毒卡尔藻对三种形态氮的吸收速率均为最高,而铜绿微囊藻的吸收速率均为最低;不同藻种不同培养时间氮素吸收速率差异与浮游藻类生长周期等特性有关。不同浮游藻类对不同形态氮素表现出吸收特异性,对水体氮负荷和浮游藻类水华优势种形成将产生重要影响。