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摘要:凋落物是森林土壤有机质的主要来源,是森林生态系统物质循环和能量流动的重要载体。而凋落物分解是森林生态系统养分生物地球化学循环的重要过程,是土壤有效养分供应能力的决定因素之一,与森林生产力及可持续生长密切相关。通过研究杨树人工林凋落物生物量及其分解过程,掌握其养分数量及其释放规律,为人工林可持续经营提供重要依据。采用凋落物收集网法和凋落物分解袋法,对长江中下游地区南京市浦口区13年生的杨树(PopulusdeltoidesBartr.cv.“Lux”I-69/55)人工林生态系统凋落物生物量以及不同类型凋落物的分解特征进行了系统研究,结果表明:杨树人工林凋落物生物量约为5t·hm-2·a-1,叶片是凋落物的主要成分,占凋落物总量的70%左右;通过Olson指数模型拟合得出的各凋落物的半分解时间及95%分解时间均表现为杨树枯枝>杨树枯叶>混合凋落物>枯死的林下植被>杨树根系。2年连续分解试验表明,凋落物中的N整体上呈先富集后释放的模式,P整体上呈持续富集的模式,K呈早期释放模式,而Ca和Mg的释放模式比较复杂。分解2年后,杨树地上部分凋落物(枯叶和枯枝)养分总释放量(N、P、K、Ca和Mg的总和)为86.1kg·hm-2,养分回归率约为60%;林下植被凋落物养分总释放量为92.3kg·hm-2,养分回归率达75%以上,表明林下植被凋落物是杨树人工林生态系统养分归还的重要组成部分。
摘要:老龄林是重要的森林碳库,研究老龄林碳储量长期变化对评价老龄林碳源和碳汇功能和量化区域尺度森林生态系统碳循环具有重要的意义。基于云南省迪庆自治州森林资源规划设计调查数据、样地数据和迪庆州造林、采伐、灾害等统计数据,运用林业碳收支模型(CBM-CFS3)模拟并预测了2005—2020年云南省迪庆州区域尺度云杉(Picealikiangensis)老龄林(过熟林)的生物量、死亡有机质(包括枯落物、枯死木和土壤有机碳)以及生态系统碳储量及其动态变化。结果表明,干扰情景下,2005—2020年迪庆州云杉老龄林的生物量、死亡有机质和生态系统碳储量范围分别为3.98~4.73Tg、5.41~7.28Tg和9.44~12.01Tg,且均呈逐渐增长趋势。模拟期间,云杉老龄林的生物量碳密度和生态系统碳密度均呈减少趋势,其中生物量碳密度平均值为106.40Mg·hm-2,生态系统碳密度平均值为255.56Mg·hm-2;死亡有机质碳库碳密度呈增加趋势,平均值为149.16Mg·hm-2。研究结果显示,迪庆州云杉老龄林生态系统碳储量动态受林分生长、成熟林为过熟林和干扰三方面影响;其中自然生长导致生态系统碳储量增加0.51Tg,成熟林进阶导致生态系统碳储量增加2.75Tg,而采伐干扰造成生态系统碳储量损失1.14Tg。建议未来森林经营中将老龄林每年采伐总面积控制在1.9×103hm2·a-1以内,以保证老龄林生态系统碳储量趋于稳定,避免老龄林转变为碳源。
摘要:为深入了解裸果木(Gymnocarposprzewalskii)遗传基础、斑块状分布的种群遗传结构及遗传多样性与土壤因子间的相关性,对分布于西北荒漠区的12个裸果木种群遗传多样性及土壤养分及进行分析,为裸果木遗传多样性的地理变异趋势预测及种质资源的科学管理和保育提供依据。结果表明,裸果木居群遗传多样性较高,其中,Nei’s基因多样性指数(He)变化范围为0.235~0.269,Shannom信息指数(I)变化范围为0.351~0.405,居群内具有丰富的遗传变异,基因分化系数(Gst)为0.279。基于遗传一致度对种群进行PCA分析,12个种群裸果木可分为4大类:甘肃肃北县种群为分布的核心区,单独为一类;以河西走廊中西部为中心分化2类,甘肃瓜州及甘肃柳园镇为河西走廊西部中心种群,与向西南和向西延伸的甘肃阿克塞县和新疆伊州区种群亲缘关系较近,聚为一类;甘肃金塔县、甘肃高台县、甘肃清泉乡、甘肃肃州区为中心的河西走廊东部分布聚为一类;向东和向东南延伸的内蒙古阿右旗、宁夏沙坡头区域和甘肃民勤县聚为一类。依据裸果木分布区土壤养分含量进行主成分聚类,将种群划分为3大类:宁夏沙坡头样地中有机质、磷、氮和水分含量较高,被单独划为一类;甘肃肃北县等种群因土壤养分含量处于中等水平,聚为一类;内蒙古阿右旗等种群因钾元素含量高,被划分为一类。将遗传特征参数与土壤养分含量进行相关性分析,土壤中氮含量及全盐含量对种群遗传多样性水平有一定影响,处于贫瘠土壤上种群机体能够更加有效地利用土壤中的限制性养分。
摘要:为明确控释肥和尿素配合施用对稻季土壤CH4和N2O排放的影响,通过田间原位试验,采用人工密闭箱法,观测氮肥(尿素单施、控释肥与尿素配合施用)及不同施氮水平(0、80、160、240kg·hm-2)下水稻生长季土壤CH4和N2O的排放通量,以寻求综合温室效应最小的施肥管理措施。结果表明:水稻生长季N2O排放总量、水稻产量均随氮肥施用量的增加而增加,而CH4排放总量、综合温室效应与氮肥施用量之间没有显著相关性。控释肥与尿素配合施用对水稻生长季CH4和N2O排放及水稻产量的影响因氮肥施用量的不同而不同。与尿素单施相比,不同施氮水平下配合施用控释肥能有效降低N2O排放总量3.6%~49.6%,其中,烤田期是控释肥发挥减排作用的关键时期。与尿素单施相比,在80kg·hm-2和160kg·hm-2施氮水平上,配施控释肥分别增加CH4排放总量48.1%和27.5%及稻田综合温室效应45.0%和22.8%,而水稻产量无显著差异;在240kg·hm-2施氮水平上,配施控释肥处理土壤CH4排放总量降低4.2~15.1%,水稻产量增加5.7%~13.9%,且综合温室效应降低7.5%~19.8%。在240kg·hm-2施氮水平上,与尿素∶控释肥为3∶7、1.5∶8.5、0∶1的配施处理相比,尿素∶控释肥为4.5∶5.5配施处理的综合温室效应最小,且水稻产量最高。因此,施氮量为240kg·hm-2,尿素和控释肥按4.5∶5.5比例混合施用可作为稻田控释肥推荐施用方式。
摘要:稻田是重要的N2O排放源,而稻田N2O排放与土壤水分和施肥密切相关。南方丘陵区是中国水稻的重要生产地,然而由于地形海拔的差异,稻田的水分条件相差很大。该地域典型的稻田水分包括持续淹水、中期晒田(除中期晒田和收获前落干外,保持淹水)以及耕灌雨养(灌水整地插秧,水稻分蘖盛期后不灌溉,依靠自然降水)。稻草还田为土壤微生物提供了大量的碳、氮基质,不同的稻草还田方式(深施、表施)会影响微生物对稻草中的碳、氮的利用,从而可能会影响N2O排放。采用静态箱-气象色谱法研究了南方丘陵区稻田土壤在不同水分条件(持续淹水、常规灌溉和耕灌雨养)下,秸秆还田方式(无稻草、稻草翻耕入土、稻草覆盖)对N2O排放的影响。当土壤有水层时,N2O排放微乎其微;当水层落干后,N2O排放快速上升。耕灌雨养的N2O累积排放通量显著高于常规灌溉和持续淹水处理的N2O累积排放通量。在耕灌雨养条件下,稻草翻耕入土处理下N2O排放为2.566kg·hm-2,比无稻草处理增加54%,而稻草覆盖处理对N2O排放影响很小。在常规灌溉和持续淹水条件下,无论是否进行稻草还田,N2O排放均很弱,仅为-0.003~0.030kg·hm-2。研究结果表明,水分是调控稻田N2O排放的主要因子,在田间无水层条件下,稻草翻耕入土有促进N2O排放的潜力。
摘要:以全球气候变暖和区域降水变率增加为主的气候变化给农业生产和人类食品安全带来严峻挑战。认识气候变化对农业的影响,提出科学的技术对策,是应对气候变化的基础。基于西北5省区气象观测资料,分析西北地区近52年(1961—2012年)气候时域趋势变化和空间分布特征,对比讨论了气候变化对西北农业的主要影响,提出了西北旱作农业应对气候变化的适应技术对策。结果表明,近52年来,西北区域气温呈显著上升趋势,气温变化倾向率为0.312℃/10a,从20世纪70年代开始气温持续上升,气候变暖的突变点在1991年。西北区域降水量趋势变化空间差异明显,以黄河沿线为界,黄河以西区域降水量呈增多趋势,黄河以东区域呈减少趋势,并且降水量减少的幅度明显高于增加的幅度。气候变暖对农作物生长生育、植物形态结构、产量形成及品质等生理生化过程产生重大影响,对作物种植结构、栽培方式、种植制度,农田耕作层土壤生态环境等也产生了重大影响。要通过优化农业种植结构、调整作物种植制度、改进作物栽培方式、改良作物品种、加强水肥系统协调管理等技术措施来适应气候变化。科学开发利用气候资源,减缓气候变暖的不利影响,积极应对全球气候变化。
摘要:大气PM2.5污染和金属元素健康风险已成为大气环境研究热点。研究目标区域位于塔克拉玛干沙漠南缘,气候极其干旱,全年降水稀少,风沙较多,沙尘天气一定程度上影响着该区域的大气环境。于2014年1月、4月、7月和10—11月在和田市城区采集PM2.5样品,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了样品中的17种金属元素,分析了金属元素在不同季节沙尘和非沙尘气象状况下的暴露特征及与气象参数的关系,采用富集因子(EF)和正交矩阵因子(PMF)法对金属元素来源进行了分析并对健康风险进行了评价。结果表明,(1)PM2.5质量浓度季节性特征表现为春季(973.59μg·m-3)>夏季(728.08μg·m-3)>秋季(366.51μg·m-3)>冬季(259.84μg·m-3),并且PM2.5质量浓度与风速和温度呈正相关。(2)PM2.5中金属元素质量浓度在沙尘天气(108.12~268.25μg·m-3)明显高于非沙尘天气(43.19~126.41μg·m-3),秋季金属元素Ni、Cd和Pb出现富集,EF值分别为10.26、42.06、27.39;冬季Ni、Zn、As、Cd和Pb出现富集,EF值分别为22.46、11.03、18.49、84.35、206.03。(3)金属元素在沙尘期间的来源主要为汽车排放(17.66%)、生物质燃烧(10.58%)、化石燃料9.97%和扬沙(61.78%),非沙尘期间4种排放源的贡献分别为23.63%、20.34%、18.39%、37.63%。(4)健康风险评价结果表明,金属元素风险指数小于阈值1,可以忽略;致癌金属Cr的致癌风险值小于10-6,没有致癌风险,但Co、Ni、As和Cd的致癌风险值在10-6~10-4之间,有一定的致癌风险。
摘要:广州市作为珠三角地区的政治经济中心,人口数已经超过1500万,因此,其供水安全问题至关重要。虽然广州市目前供水主要来源于东江、西江和北江,但是水污染等问题使得其供水能力较为脆弱,而地下水作为应急水源,了解其水质及影响因素为重中之重。为了解广州市地下水化学特征概况和土地利用类型对地下水的影响,分别于2014年12月(旱季)和2015年7月(雨季)各采集72个浅层地下水水样,分析水中pH、TDS和主要的七大离子含量;运用GIS的相关技术方法分析水化学性质的时空分布特征,对水化学类型区域进行划分;采用Duncan多重比较法分析土地利用类型对地下水化学特征的影响。结果表明,广州市浅层地下水化学特征季节性差异不显著,但空间上存在较大差异,其中Na+和Cl-在空间上的变异性最大。由于广州市东北地区土壤层较薄,对酸雨的缓冲能力较弱,并且作为流域内的主要补给区,其pH值较低,pH总体呈现出东北低西南高的分布趋势;TDS主要受到海水的影响呈现出与pH相似的分布趋势,另外,农耕地覆盖下和脆弱性较高地区的地下水中的TDS含量相对较高。广州市浅层地下水水化学类型以Ca+Mg-HCO3为主,沿海区域和中心城区由于海水入侵和人类活动的影响导致水化学类型向Na+K-Cl+SO4型转变。根据差异性分析结果,土地利用方式会对地下水造成一定的影响,但是较为分散的土地利用方式对地下水的影响效果不显著,而由于行政功能划分不同造成的各土地利用方式在不同行政区的比例差异却会对地下水化学性质造成显著的影响。K+与SO42-在浅层地下水中的含量与农耕用地面积存在正相关关系,Na+则主要与城镇用地面积相关,Cl-同时受农耕用地和城镇用地的影响。
摘要:乌梁素海内源污染源底泥释放的重金属对其水生态环境影响较大,为探索沉积物重金属在不同盐度条件下的释放规律以及沉积物中重金属总量、形态含量、迁移性大小及自身性质、沉积物理化性质对沉积物中重金属释放的影响,于2010-2016年每年8月采集18个水体样品,现场测定水体盐度,并在2016年8月采集10个表层沉积物样品测定沉积物重金属总量,采用BCR逐级提取法对沉积物中重金属Cu、Pb、Zn和Cr的4种形态进行提取,并进行静态释放试验以分析其在不同盐度浓度条件下的释放特征,监测和实验结果表明,乌梁素海水体盐度在2010-2016年8月期间逐年增大,呈现出由淡水湖向微咸水湖转变的趋势。重金属的总量、形态含量及其迁移性大小影响沉积物中重金属的释放量,沉积物中Cu、Pb、Zn和Cr的形态含量均以残渣态为主,其中Pb的残渣态含量最多,总量和释放量均最少,重金属酸可提取态含量较少,重金属迁移性的大小为Zn>Cu>Pb>Cr,而Zn的释放量大小与其在沉积物中的迁移活性及总量呈正相关关系。同时沉积物有机质含量、pH及含水率也均可影响沉积物重金属的释放,其中Pb的金属性最弱,溶解度相应较低,释放量最少。随着盐度的增加,沉积物中Zn、Cu和Pb释放量增加,Cr的释放量则先增大后减小,虽然4种重金属释放量虽然均较小,但其释放量增幅变化很大,存在较大的湖泊水生态环境风险。
摘要:随着经济的增长和人口的增加,沿海地区养殖业迅速发展,故养殖区水-气界面的CO2、CH4和N2O交换通量对大气中温室气体浓度的影响不容忽视。以黄河三角洲神仙沟(桩11)南部的养虾塘为研究对象,于2013年6月—2014年4月,采用漂浮箱-气相色谱法对养殖塘白天水-气界面CO2、CH4和N2O通量进行观测,并同步测定养殖塘部分环境因子。结果表明,黄河三角洲养殖塘CO2、CH4和N2O的通量范围分别为-71.1403~7.2786、-0.0058~0.0165、-0.0020~0.0079mg·m-2·h-1,均值分别为-36.3475、0.0059、0.0027mg·m-2·h-1,整体上表现为从大气吸收CO2的汇和向大气排放CH4和N2O的源。养殖塘温室气体通量存在明显的季节变化特征,在温度较高的夏秋季,CH4和N2O排放通量较大。相关性分析结果表明,温度、盐度、SO42-、Cl-和磷水平对养殖塘温室气体具有一定的影响,且盐度与N2O通量、SO42-浓度与CO2通量之间的相关性达到显著水平。黄河三角洲养殖塘温室气体通量与自然水体和其他地区养殖塘存在较大差异,其中,地理位置的差异、养殖方式、杀菌剂的使用等环境因子和人为因素的作用显著。此外,养殖塘作为受人为干扰严重的水体,表现为多因子共同作用的结果,这一结论还有待于进一步的研究。研究结果对于综合评价水产养殖对区域气候变化的影响,深化人类活动对全球变暖的影响认识具有一定意义。
摘要:为探究珠江春季禁渔前后浮游动物群落变化特征,深入分析浮游动物群落对珠江春季禁渔的响应,为珠江流域的渔业资源和生物多样性保护积累基础数据,于2014—2015年3—6月,在西江上游至下游河口设置封开、肇庆和磨刀门3个采样点每年开展4次浮游动物及水质调查。分析了浮游动物的种类组成和优势种分布、浮游动物现存量和生物多样性指数的分布,探讨了浮游动物群落结构与环境因子的关系。调查期间共检出浮游动物88种(未包括无节幼体及桡足幼体)。萼花臂尾轮虫(Brachionuscalyciflorus)、广布中剑水蚤(Mesocyclopsleuckarti)、角突臂尾轮虫(Brachionusangularis)、跨立小剑水蚤(Microcyclopsvaricans)以及中华窄腹剑水蚤(Limnoithonasinensis)等种类在禁渔前、中、后均占有较大优势。浮游动物平均丰度在2579~2957ind.L-1范围内波动,3个采样点平均丰度变化趋势为:5月>4月>3月>6月,平均生物量变化趋势为:3月>5月>4月>6月。浮游动物生物多样性指数和均匀度指数从3—6月均总体呈现上升趋势,生物多样性指数和均匀度指数均值分别为2.85和0.91。PCA分析表明:封开浮游动物优势种类丰度与总氮和pH等环境因子显著相关;肇庆浮游动物优势种类丰度与总氮呈极显著正相关,与高锰酸盐指数和叶绿素a含量呈显著正相关,与溶解氧呈显著负相关;磨刀门浮游动物优势种类丰度与透明度呈显著正相关,与总磷呈显著负相关。可以看出,禁渔前后珠江干流浮游动物群落发生了明显变化,且受到营养盐等诸多因素的影响。
摘要:人工湿地是农业面源污染治理的有效措施,植物构成及其组合模式是影响湿地污染消纳能力的关键。以湖南亚热带红壤丘陵区为研究区,通过人工湿地小区试验,选取对氮磷有较强吸收能力的浮水植物绿狐尾藻(Myriophyllumelatinoides)为主要植物,分别与黑三棱(Sparganiumstoloniferum)、梭鱼草(Pontederiacordata)、铜钱草(Hydrocotylevulgaris)、灯芯草(Juncuseffusus)、野芋头(Callapalustris)、水花生(Alternantheraphiloxeroides)等构成不同的植物组合模式,研究其对农村污水(COD:56.34~109.41mg·L-1、TN:21.11~33.24mg·L-1、TP:3.36~5.74mg·L-1)的净化效果,旨为亚热带丘陵区农村污水人工湿地生态治理工程提供参数依据。结果表明,观测期内(7—11月),野芋头组合对COD去除效果最好,出水COD平均质量浓度为21.24mg·L-1,平均去除率为72.9%。铜钱草组合对TN的去除效果最好,出水TN平均质量浓度为3.52mg·L-1,平均去除率达到84.9%。梭鱼草组合对TP的去除效果最好,出水TP平均质量浓度为0.22mg·L-1,平均去除率达到95.2%。各植物组合氮磷积累量分别在12.43~30.87g·m-2和0.99~4.69g·m-2之间,梭鱼草组合氮磷积累量最大(8月:N30.87g·m-2和11月:P4.69g·m-2)。植物吸收占总氮磷去除的比例分别为17.3%~27.8%和10.3%~16.7%,其中,以梭鱼草组合对氮磷的吸收比例最大,野芋头组合吸收比例最小。综合而言,绿狐尾藻与梭鱼草组合为研究区最佳湿地水生植物组合模式。
摘要:作为城市生态环境的重要组成部分,城市土壤对城市的可持续发展具有重要意义。然而,随着人类活动加剧,重金属元素成为城市土壤中具有重大影响的有毒污染物,尤其是铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)及其复合物在城市土壤污染中较为突出。为了探讨城市土壤中重金属的含量及污染空间分布特征,为城市环境治理和环境保护提供客观依据,以内江市城区为例,采集了203个表层土壤样本,利用单因子污染指数法、GIS技术结合投影寻踪模型评估了研究区不同土地利用方式下表层土壤铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)的污染特征及其空间污染程度。结果表明:(1)与国家二级标准限定值比较,镉元素的富集程度最大,锌元素次之,铜元素富集程度最小,铅元素无富集;(2)4种元素变异系数属于高度变异,其含量均受到人类活动的强烈影响;(3)土壤重金属综合污染指数均值表现为公共用地>商业用地>住宅用地>工矿用地>农业用地>交通用地;(4)内江市城市土壤重金属污染程度的克里格插值评价等级为较清洁、轻污染,在空间展布上二者的面积比例为1.2∶1,内江市重金属综合污染水平较轻。投影寻踪模型为涉及多因素的城市土壤重金属污染评价提供了新思路。