Seasonal changes of dissolved and particulate organic carbon in Donghu Lake, China

Concentrations of dissolved and particulate organic carbon (DOC and POC) were documented in 1996–1997 at 4 different trophic state stations in Donghu Lake, a typical shallow eutrophic lake along the Changjiang River's middle reaches. The mean concentrations of DOC were 15.11±3.26, 15.19±4.24, 14.27±3.43, and 13.31±3.30 mg/L in Station I, II, III, and IV, respectively. The DOC concentrations of the studied area were very similar to that in other lakes along the Changjiang River's middle reaches. The POC mean of the whole lake was 5.01 mg/L due to the large amount of organic detritus of both allochthonous and autochthonous origin. Significant linear relationship was found between POC and chlorophyll a at all 4 stations, which presumably reflect that phytoplankton, its exudates and its metabolic products were the main contributors to the POC pool in the water column. The slope of such linear relationship at Station IV was significantly steeper than that at Station I, II and III. In addition, the DOC/POC ratios (mean value: 4.40) indicated that the organic detritus was the most important component of the particulate organic matter; in other works, next to organic detritus, phytoplankton dominated the particulate organic matter in Donghu Lake. Project 39770146, 39430101 supported by NSFC and the State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, affiliated to the Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences.     

金属硫化物微生物氧化的机制和效应

岩石露头和矿山废弃物中的金属硫化物在地表、近地表条件下的氧化作用往往导致多种环境问题,因此,金属硫化物的地表风化一直是备受关注的表生过程之一。越来越多的证据表明微生物对矿物的氧化在金属硫化物风化过程中发挥着重要作用。实验研究发现:微生物在金属硫化物表面附着并形成微生物膜,在矿物-微生物膜界面微环境中存在着强烈的微生物氧化和化学氧化作用,两种氧化作用相互协同、共同促进。在此过程中,金属硫化物的S、As、Fe等元素经历了复杂的电子传递、逐级氧化的动力学过程,最终形成稳定的高铁硫酸盐或氧化物,并形成大量的酸性排水。该过程受多种因素的影响,包括细菌种类、光照和溶液Fe~(2+)浓度等。金属硫化物的微生物氧化直接导致重金属大量释放和严重的环境危害,释放的酸性排水还引发碳酸盐矿物分解和CO_2排放,会对全球碳循环产生不可忽视的影响。在地球演化的早期阶段,金属硫化物氧化消耗大气氧气可能导致大氧化进程滞后。尽管关于金属硫化物-微生物相互作用研究取得了长足的进展,但金属硫化物微生物氧化的分子机制和全球尺度的元素地球化学循环还有待深入研究,原位纳米观测技术的引入和全球物质循环模型研究具有必要性和紧迫性,同时也对生物冶金技术的发展有着重要的意义。     

渤海沉积物中氮的形态及其在循环中的作用

利用分级浸取分离法首次将自然粒度下渤海表层沉积物中的氮分为可转化态氮和非转化态氮，并将可转化态氮区分为四种形态：离子交换态氮(IEF—N)、碳酸盐结合态氮(CF—N)、铁锰氧化态氮(IMOF—N)及有机态和硫化物结合态氮(OSF—N)，并对其分布进行了研究，估算了各形态氮对沉积物-海水界面循环的贡献。结果表明，渤海沉积物氮中可转化态氮占总氮(TN)的比例为30．85％，其中IEF—N、CF—N、IMOF—N和OSF—N所占比例分别为3．67％、0．31％、0．42％和26．45％，其分布呈现不同的地球化学特征，分布的控制因素亦不同；各形态氮释放的顺序与其在沉积物中结合的牢固程度一致，对界面循环的相对贡献随时间尺度发生变化，绝对贡献的大小与其在沉积物中的储存量大小一致，为0SF—N(84．6％)＞IEF—N(13、0％)＞IMOF—N(1．4％)＞CF—N(1、0％)；非转化态氮占TN的69．15％，其中约有49％是由于粒度因素所致。     

华东地区农田土壤有机碳动态模拟研究——模型的验证与灵敏度分析

以建成的农田土壤有机碳动态模拟模型为基础,增加土壤pH值影响函数,利用3组土壤pH值迥异的长期定位试验数据对模型进行验证。这些定位试验在地理位置、气象条件、农作方式和土壤性质等方面都具有较大差异。结果表明:修正后的模型可以较好地模拟不同pH值条件下土壤有机碳的变化趋势,模拟值和观测值间的线性相关系数(r2)为0.96(n=137);模型输入参数的敏感程度为温度>外源有机碳>土壤pH值>难分解组分初值>降水>土壤粘粒。     

喀斯特地区碳酸酐酶与环境的关系及意义

本文综述了喀斯特地区碳酸酐酶及其与环境的关系和地球化学意义。碳循环通过碳酸酐酶影响水生生态系统。碳酸酐酶是水体碳循环的一个重要因子，是生物地球化学作用的一个重要标志。不同环境条件如水、光、pH值、无机和有机离子等可对碳酸酐酶活性造成不同程度的影响。对于不同岩溶生态系统，植被覆盖率低的土壤碳酸酐酶活性低于植被种类丰富的土壤碳酸酐酶活性。同一类型岩溶生态系统不同岩溶地形的土壤碳酸酐酶活性也不同。研究岩溶地区土壤碳酸酐酶的地球化学作用，可以为岩溶生态系统碳循环的研究提供新的途径和方法，并为岩溶地区石漠化的防治提供理论依据。     

固定化土著氮循环细菌在城市湖泊水体净化中的应用

从镇江金山湖天然水体中筛选分离出土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,对氮循环细菌固定化后在镇江金山湖示范工程区进行水体净化应用.结果表明,运行一段时间后水质得到明显改善,氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮以及总氮浓度处于动态变化中,有降低的趋势;氨氮含量已经达到Ⅱ类指标,总氮和COD分别达到Ⅴ类、Ⅲ类指标;分析结果还显示硝酸盐氮是金山湖水体中总氮的主要存在形式,与水体荒漠化状态有关;固定化氮循环细菌通过扩散,可以增加水体及植物根区的微生物数量,高出对比组1-3个数量级;固定化氮循环细菌技术对荒漠化水体氨氮、总氮和COD去除具有重要意义.     

中国土壤有机碳库量与农业土壤碳固定动态的若干问题

在整理和统计国内对土壤有机碳及其变化的文献资料基础上,着重讨论中国土壤有机碳库及其分布、不同时期土壤有机碳的变化以及最近时期有机碳的固定趋势,分析我国不同土壤有机碳的保护机制的特点,期望对于我国当前土壤有机碳库与全球变化研究提供参考依据。我国总土壤有机碳库的估计在50—180Pg之间。估计我国表层土壤有机碳库为20Pg,它主要分配于几个与湿地和水成过程有关的土壤类型,且水稻土占有较大比例。因而我国人为土的管理在陆地生态系统碳循环与全球变化上有重要意义。     

雷达资料同化对暴雨预报影响的数值模拟研究

以CAPS研发的最新版ARPS模式为基础,利用其数据同化系统ADAS对南京多普勒雷达资料进行同化,模拟2009年6月5日江苏地区的一次暴雨过程,进行了不同的微物理方案设计以及何时同化雷达资料的敏感性实验研究。研究发现:(1)格距较小且不使用积云对流参数化的情况下,选择warm rain或Schultz微物理过程的模拟结果差别不大,且与实况较为相符,但选择ice微物理方案时,会造成1 h内的降水量突增百倍;(2)在参数一致的情况下,模拟研究时段前3、2、1 h分别同化,可以得到部分主要降水区域;但同化预报的时间越短,降水模拟的中尺度信息越明显,对降水量的控制也越好;(3)依据以上结论,在暴雨发生最初的1 h内进行每6 min一次的时间循环同化,然后积分2 h,可以得到较为精细的云内气象要素场分布,预报的结果与实况最接近。     

Nitrogen cycling across the sediment-water interface in an eutrophic,artificially oxygenated lake

Processes controlling the nitrogen (N) exchange between water and sediment in eutrophic Lake Sempach were studied using three different independent methods: benthic flux chambers, interstitial water data and hypolimnetic mass balances. The sediments released NH ₄ ⁺ (1.1–16.1 mmoles m^–2 d^–1), NO ₂ ^- (0.1–0.4 mmoles m^–2 d^–1) and dissolved organic N (<0.25 mmoles m^–2 d^–1). A net NO ₃ ^- consumption (2.4–11.1 mmoles m^–2 d^–1) related to the NO ₃ ^- concentrations in the overlying water was observed in all benthic chamber experiments. The flux of the reactive species NO ₃ ^- and NH ₄ ⁺ was found to depend on hydrodynamic conditions in the water overlying the sediment. For this reason, benthic chambers overestimated the fluxes of inorganic N compared to the other methods. Thus, in short-term flux chamber experiments the sediment may either become a sink or a source for inorganic N depending on the O₂ concentration in the water overlying the sediment and the stirring rate. As demonstrated with a¹⁵NO ₃ ^- experiment, nitrate-ammonification accounted for less than 12% of the total NO ₃ ^- consumption. After six years of artificial oxygenation in Lake Sempach, a decrease in hypolimnetic total inorganic nitrogen (TIN) was observed in the last two years. The occurrence of dense mats of H₂S-oxidizingBeggiatoa sp. indicated micro-aerobic conditions at the sediment surface. Under these conditions, a shorter distance between the ecological niches of nitrifying and denitrifying bacteria, and therefore a faster NO ₃ ^- -transport, can possibly explain the lowering of TIN by enhanced net denitrification.     

三峡消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程研究进展

流域氮污染问题是世界面临的共同难题,大型水利水电工程极大地改变了流域氮循环过程。三峡水库作为我国重要的优质淡水资源库,却面临着支流水华频繁暴发的水安全问题。如何有效削减氮污染并维持水库消落带生态系统的稳定性,是三峡水库生态安全运行中亟待解决的实际问题。水库消落带作为邻近水体的“生物地球化学循环热区”,在营养元素循环、面源污染截留、温室气体排放等过程中扮演着重要角色。随着生物信息学、分子生物学等新型研究手段在环境研究中广泛应用,氮循环过程与机理得到了更微观的诠释,氮循环功能微生物的多样性和生态位分化等方面的研究也取得了突出成果。本文基于对三峡水库消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程所开展的最新研究,结合消落带水陆交错的特殊环境条件,综述水库消落带中氮循环的关键过程和机理,分析水库消落带对流域水环境和温室气体排放的潜在影响,并对未来消落带亟待解决的问题做了进一步展望,以期为大型水库消落带生态系统的综合管理提供科学支撑。