苹果树叶片全氮含量高光谱估算模型研究

采用Field-Spec Pro便携式光谱仪,测定了不同苹果品种叶片的光谱反射率及对应的全氮含量,采用相关性及单变量线性与非线性拟合分析技术,对全氮含量与原始光谱反射率、一阶微分光谱、高光谱参数之间的关系进行了分析。研究确立叶片全氮含量的定量监测模型,以期为遥感技术在苹果氮素营养诊断中的实际应用提供理论依据。结果表明:全氮含量与原始光谱在715nm处具有最大负相关系数(r=?0.817),并且基于此波长所构建的对数关系估算模型明显优于线性模型;光谱反射率一阶微分值在723nm处具有最大正相关系数(r=0.87),并且基于此波长所构建的线性和非线性模型的拟合效果接近;对于所选取的3类高光谱特征变量,全氮含量除了与黄边位置及由红边位置和黄边面积所构建的比值植被指数和归一化植被指数的相关性较弱外,与其余变量均呈极显著相关,说明这些变量对苹果叶片全氮含量进行估算具有可行性。对所建立的各类方程进行检验,最终筛选确定在723nm处的光谱反射率一阶微分值所构建的指数模型作为苹果叶片全氮含量的预测模型最为理想。     

有机化学物质碳氮稳定同位素系列标准物质研制

实验室和研究人员所使用的碳、氮同位素标准物质一般由国际原子能机构(IAEA)获得,然而近年来,随着碳氮同位素在实验室质量监控、方法评价、仪器校准等方面的广泛应用,市场需求量不断增加, IAEA研制的碳、氮同位素标准物质的种类与数量逐渐不能满足科学研究快速发展的需求。我国急需研制适应当今分析技术水平的有机质碳氮同位素国家标准物质用以进行质量监控、方法评价、仪器校准。为保证量值传递精度,本文研制了4个有机化学物质的碳氮稳定同位素标准物质,其中3个为尿素样品,1个为L-谷氨酸。经检验4种标准物质的均匀性通过F值检验,标准物质的δ~(13)C和δ~(15)N值经过一年的稳定性检验,特征量值变化在测量方法允许的不确定度范围内,由此判定δ~(13)C和δ~(15)N值稳定性良好。由包括研制单位实验室在内的12家实验室协同定值,采用高温燃烧-气体同位素质谱法测定了δ~(13)C和δ~(15)N值,系列标准物质δ~(13)C和δ~(15)N认定值区间呈梯度分布,δ~(13)C值为-40‰～0‰,δ~(15)N值为-10‰～30‰,涵盖了我国天然样品中有机质碳氮稳定同位素组成范围;研制的系列标准物质δ~(13)C的定值扩展不确定度不大于0.08‰,δ~(15)N的定值扩展不确定度不大于0.09‰,定值水平与国际标准物质相当。该系列标准物质已被国家质检总局批准为国家一级标准物质,批准号为GBW04494～GBW04497。可被用于地质、生态、环境等多种样品δ~(13)C和δ~(15)N比值测定时的分析监控、仪器校准、方法评价、质量保证和质量监控。     

Chemistry of throughfall,stemfall and litterfall in fertilized and irrigated Pinus radiata

The chemical inputs by rainfall, throughfall and stemflow were studied in a pine plantation located in Pierces Creek Forest, Canberra, Australia. Three treatments were included in the study: a control (C) and two fertilizer treatments. The first fertilizer treatment (F) involved two applications of mixed fertilizers at high rates, the second (IL) involved application of a complete liquid fertilizer with irrigation, so as to remove nutrient and water restrictions to growth. The application rates of nutrients were higher for IL than F. Net inputs of elements in throughfall and stemflow, obtained by subtracting the amounts in the rainfall, were compared for different treatments. For cations (the sum of Ca, Mg, Na and K), the treatment effect on leaching by throughfall and stemflow was IL > F > C; but the F to C differences were greater for throughfall than stemflow. The effects were almost entirely due to increases in concentration, rather than the amount of rainfall becoming throughfall or stemflow. The concentration of nitrogen (as NH₄ or NO₃) in throughfall or stemflow could be lower or higher than in rainfall, indicating net removal or leaching, respectively. Net removal occurred for most rainfall events for the control treatment, for a substantial number of events for treatment F, but for few events for treatment IL. The ammonium ion was preferentially removed from throughfall, and nitrate from stemflow. Transfers of potassium and total nitrogen by litterfall, throughfall and stemflow were also studied. The proportions of potassium and nitrogen being transferred by these processes showed little difference between treatments; the overall values for potassium being 60% by throughfall, 4% by stemflow and 36% by litterfall. In contrast the transfer of nitrogen was dominated by litterfall (81%), with 18% by throughfall and 1% by stemflow. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

青藏高原高寒草地小流域水体碳氮输出特征及其影响因素

以青藏高原长江源区典型高寒草地小流域为研究对象,基于2012年小流域气象监测数据和小流域径流水样分析,探讨了小流域水体碳氮输出特征,分析了气象因子和土壤水热对小流域水体碳氮输出的影响。结果表明,径流水体碳氮质量浓度均较低,其中可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量分别在2.95~6.96mg.L-1、0.45~1.15mg.L-1、0.02~0.88mg.L-1和0.16~0.36mg.L-1之间;DOC、DON、NO3--N在8~10月份之间随时间逐渐升高,9月中旬达到峰值后波动下降,NH4+-N无显著的季节变化特征,溶解氮中DONNO3--NNH4+-N;DOC和DON的输出量与降水、不同土层(20、40、60、90、120cm)地温和不同深度(10、20、40、60cm)土壤水分、水温呈极显著正相关(P0.001),与90、120cm土壤水分呈极显著负相关(P0.001);NH4+-N的输出量与降水、气温、水温呈显著正相关(P0.05);NO3--N与降水呈极显著正相关(P0.001)。     

三峡水库消落区典型草本植物氮、磷养分计量特征

为明确消落区土壤养分对植物生长的影响,通过室内栽培试验,研究三峡库区秭归消落区土壤3种氮磷水平下4种草本植物—鬼针草(Bidens pilosa)、苍耳(Xanthium sibiricum)、水蓼(Polygonum hydropiper)、藜(Chenopodium album)长势及氮、磷计量特征.结果表明,消落区土壤中生长的植物氮含量为7.98~19.4 mg/g,磷含量为0.740~3.880 mg/g,氮磷比为3.48~13.70,判别植物生长受氮限制.外源氮磷的添加促进植物氮、磷含量明显升高,但氮磷比没有明显变化;外源氮磷添加解除植物受氮的限制作用.4种植物对消落区土壤低氮环境具有一定的适应能力.比较消落区土壤中4种植物长势,鬼针草生物量、相对生长率、根茎生物量比最高,氮磷养分丰富对鬼针草生长促进作用最明显,表明鬼针草更易于在氮、磷贫乏的三峡库区消落区形成优势群落.     

双向环形水槽模拟变化水位和流速下洞庭湖沉积物氮释放特征

浅水湖泊生态系统中的沉积物—水界面是湖泊内源氮释放的重要界面,而水动力因素是改变沉积物氮释放的重要因素.三峡大坝修建以后,长江中下游通江湖泊的水动力条件发生了明显的变化.通过采集洞庭湖湖口区域的沉积物和水样,在双向环形水槽动力模拟装置内模拟湖泊水位和流速的变化,探讨湖泊沉积物氮在沉积物和水系统中的二次释放特征.结果表明,随着扰动强度的增加,上覆水悬浮物浓度增大,上覆水中总氮浓度增加,沉积物向上覆水释放氮的强度增强,水动力条件的改变所引起的沉积物内源氮释放不容忽视.在该模拟实验条件下,沉积物存在最适扰动水位(20cm),此水位下上覆水中悬浮物浓度最低,总氮浓度最小.水动力条件的改变对上覆水和沉积物—水界面处铵态氮和硝态氮浓度的影响并不明显,孔隙水中铵态氮与硝态氮之间发生形态的转化.     

太湖水体氮、磷浓度演变趋势(1985-2015年)

分析了太湖水体氮、磷浓度1985-2015年的演变趋势.结果表明,近30年来,全太湖水体氮、磷指标总体呈先恶化、后好转的波动变化趋势.总氮（TN）浓度年均值在1.79～3.63 mg/L之间,30年平均值为2.62±0.03 mg/L,总磷（TP）浓度年均值在0.04～0.15 mg/L之间,30年平均值为0.086±0.001 mg/L,1996年全太湖TN （3.84 mg/L）和TP （0.15 mg/L）浓度年均值均达历史峰值.氮、磷逐月浓度变化情况显示,TN浓度呈明显季节性变化规律,最高值集中出现在3、4月,概率分别为67%和33%,最低值则分布在8、9、10、11月,概率分别为18%、41%、29%和12%,而TP浓度则没有明显的季节性变化规律.太湖各湖区水体氮、磷浓度变化空间异质性明显,西部水域和北部水域变化幅度大于东部水域、南部水域和湖心区.太湖水体氮、磷浓度的长期变化趋势显然和流域经济发展及各项环保管理措施的实施密切相关,同时也受到重大水情变化的影响.此外,在相对封闭的局部湖湾水体可以通过水利调度等综合治理措施短时期内改善氮、磷指标,但大太湖水质的改善任重而道远.     

Characteristics of Vegetation Carbon,Nitrogen, and C/N Ratio in a Tamarix chinensis Coastal Wetland of China

Variations in carbon (C) and nitrogen (N) of the vegetation in a Tamarix chinensis coastal wetland located in Laizhou Bay, China, are analyzed. It is found that T. chinensis accumulates more C and N than the surrounding herbs, and it allocates more C and N in the aboveground parts but less in the roots. Branches store more C, whereas leaves and flowers accumulate more N than other tissues. The C and N contents in the aboveground parts of T. chinensis are mainly influenced by pH, electrical conductivity (EC), water content, and clay content in the top 100 cm of soil as well as the distance from the sea. For the herbs, their C contents vary little in the supratidal zone, but they are higher than those in the intertidal zone. However, N contents in the herbs are higher in the aboveground parts and varied among different communities. The contents of C and N in the herbs are affected by EC, water content as well as the contents of organic C and total nitrogen (TN) in the top 10 cm of soil. The findings confirm that increasing the biomass of T. chinensis is an effective way to increase C sequestration in temperate coastal wetland.     

鳙、鲢鱼鳞作为稳定同位素研究非致命采样替代物的有效性

稳定同位素分析技术已成为食物网研究中的关键技术,通用方法是取鱼类背部白色肌肉,在实际应用过程会导致鱼类的死亡,因而有所局限.使用非致命组织作为稳定同位素研究中的替代组织越来越得到关注,但是目前国内尚未开展相关研究.比较鳙(Aristichthy nobilis)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)鱼鳞与肌肉组织中δ13C和δ15N比值,发现鳙、鲢的鱼鳞与肌肉组织中δ13C和δ15N比值均有显著差异.鱼鳞δ13C比值比肌肉更富集,平均高2.54‰,而δ15N比值比肌肉平均低0.7‰.对鳙、鲢的鱼鳞与肌肉组织δ15N比值含量进行相关分析发现,通过构建线性模型,可用校正后的鱼鳞δ15N比值替代肌肉组织δ15N比值.鲢的鱼鳞与肌肉组织δ13C比值存在显著线性相关,而鳙的鱼鳞与肌肉组织δ13C比值无显著相关关系.     

基于土地利用方式的巢湖流域氮排放情景模拟

土地利用方式及其转移对区域氮素迁移和水体氮负荷产生重要影响,但量化自然发展、耕地保护和生态保护等多情景下土地利用方式氮排放时空变化特征,揭示流域水体氮负荷对土地利用变化的响应机制仍面临挑战。本研究以巢湖流域为研究区,通过遥感解译多时相土地利用类型数据,借助PLUS和InVEST模型探索不同情景下氮排放对各土地利用类型变化的响应机制。结果表明:(1)2000—2020年期间,巢湖流域建设用地面积的增加(626.14 km²)主要占据的是耕地(减少了775.64 km²),城市化建设成为土地利用方式变化的主要驱动力;(2)PLUS模型多情景预测结果显示:2020—2030年间土地利用变化特征与2000—2020年基本保持一致,但各用地间的转换频率降低;(3)经InVEST模拟,耕地面积缩减而导致氮排放的减少量(340.17 t)大于建设用地等面积增加带来的氮排放增加量(170.11 t),使2000—2020年间巢湖流域土地利用所排放的总氮量呈降低趋势,由2000年的4768.04 t降至2020年的4597.98 t;(4)不同情景下,2030年各土地利用方式的氮排放量较2020年均呈降低趋势。其中,生态保护情景既有效地保障了巢湖流域生态功能又展现出较好的氮减排效果(113.36 t);鉴于此,建议流域管理部门应通过合理规划各用地类型的发展,严格控制建设用地对林草地、水域等生态用地的侵占,以期削减流域水体氮负荷、缓解氮素治理压力。