物候变化对落叶松人工林降雨分配过程中钾和钠离子迁移的影响

目的 森林冠层导致的穿透雨和树干茎流中离子通量的季节变化,能够影响森林生态系统生物地球化学循环,对物候变化明显的温带落叶林的影响更为突出。探究不同物候期(展叶期、盛叶期和落叶期)森林水化学过程,深入了解森林生态系统养分元素循环过程,为温带落叶林生物地球化学循环提供基础数据。方法 以东北林业大学城市林业示范基地内落叶松人工林为研究对象,在观测样地的中心位置十字交叉布设13个直径20 cm自制雨量筒,并选择5株落叶松安装树干茎流收集器,同时在林外布置1台翻斗式雨量计和3个自制雨量筒。在前期观察期(2015年5月1日—10月31日)每次降雨事件后,对林外降雨、穿透雨和树干茎流进行观测、取样,水样过滤酸化处理后用火焰原子吸收分光光度计测定Na⁺和K⁺质量浓度,探索冠层的物候变化对降雨分配过程中Na⁺和K⁺的质量浓度和净输入量的影响。结果 整个观测期间,林外降雨中Na⁺、K⁺的质量浓度分别为0.45 和1.89 mg/L,穿透雨中分别为0.44 和2.48 mg/L,树干茎流中分别为1.98和18.63 mg/L;大气降雨中Na⁺质量浓度在落叶期最高,盛叶期最低,K⁺质量浓度则在落叶期最高,展叶期最低;各时期穿透雨中Na⁺和K⁺质量浓度大小均为落叶期>盛叶期>展叶期;树干茎流中Na⁺和K⁺质量浓度大小均为展叶期>盛叶期>落叶期;生长季内林冠对降雨中Na⁺的截留量为0.252 kg/hm²,其中展叶期和落叶期的截留量分别为0.143和0.193 kg/hm²,截留率分别为30.63%和48.22%,盛叶期则表现为淋溶,淋溶量为0.083 kg/hm²;生长季内降雨对林冠中K⁺的淋溶量为0.903 kg/hm²,其中展叶期和盛叶期的淋溶量分别为0.999和0.157 kg/hm²,落叶期则为截留,截留量为0.254 kg/hm²,截留率为20.25%。结论 大气降雨经过森林冠层后离子质量浓度发生明显改变,且不同物候期、不同离子的变化强度不同。生长季内,兴安落叶松林对Na⁺总体表现为截留作用,对K⁺总体表现为淋溶作用。即落叶松叶片的物候变化能够影响大气降雨中Na⁺和K⁺的迁移。研究结果可为进一步探明我国温带森林生态系统伴随水文过程的养分循环过程及促进可持续经营管理提供借鉴。     

炼铝赤泥污染物淋滤试验研究

为研究与防控炼铝固废赤泥堆放造成的地下水污染,从山东省某炼铝固废堆厂采集了赤泥样本,首先通过室内污染物浸泡试验,研究了赤泥在不同浸泡时间和不同比例条件下污染物的浓度变化;然后,运用去离子水进行了土柱淋滤试验,模拟了降雨条件下赤泥堆土淋滤液在下渗过程中污染物的迁移情况。结果表明,浸泡液中F^-的浓度最高可达54.1mg/L,超标53倍;SO4²-的浓度可达259.57mg/L,已超出III类水标准,Al³⁺可达29.20mg/L,超标57倍;浸泡水量相较于浸泡时间对赤泥中组分的浸出影响更显著;淋滤液中F^-、Na⁺、Al³⁺和TDS的浓度整体呈现先增大后逐渐减小的趋势,其原因主要是发生了离子交换反应以及生成了CaF2和MgF2。在自然降雨条件下赤泥中的Mg²⁺和Fe³⁺不易随淋滤液迁移进入包气带造成污染,因此赤泥污染防控时,应将F^-、Al³⁺、SO4²-等污染成分作为主要防控对象。     

北方严寒地区路面径流污染特征分析

目的研究北方严寒地区路面径流污染的影响因素以及变化特征,为治理径流污染及雨水资源化利用提供基础性资料.方法以沈阳建筑大学校园内的沥青路面为研究对象,进行了实地采样监测,分析沥青路面径流污染物降雨历时的变化规律及污染的影响因素.结果校园区沥青路面的初期径流雨水污染严重,COD_(cr)和NH_3-N质量浓度的最高值分别达到了407.23 mg/L、3.25 mg/L,TSS质量浓度达到886 mg/L.超出地表V类水标准,不宜直接收集利用.结论干沉降期越长,污染物质量浓度也越高;降雨强度小,降雨量少,会导致径流缓慢,污染物质量浓度呈现小幅度上升趋势;持续性降雨冲刷效果较好,污染物质量浓度呈明显下降趋势.南北方径流污染特征的差异主要源于气候,南方气候湿润干沉降小,年降雨量大,冲刷频繁,径流水质较好.     

原始红松林皆伐后穿透雨对凋落物淋溶过程的影响

[目的]揭示原始红松林皆伐恢复演替为60年生的次生阔叶林后,凋落物对淋溶过程土壤养分归还及酸沉降的缓冲作用的影响,为评价森林生态功能的变化提供参考.[方法]以小兴安岭地区典型的原始红松林和皆伐后恢复演替60 a的次生阔叶林为研究对象,在两个样地内选择非林隙且林木通直分布均匀处放置30个体积为1 L的冠层穿透雨收集器,在...     

次生落叶阔叶林降雨过程中的4种金属元素特征

【目的】通过长期野外定点、定位法,监测次生落叶阔叶林森林生态系统降雨再分配过程,检测其中金属元素Ca、K、Fe、Cu含量,探索降雨驱动下的森林养分循环特征,为提升森林经营管理水平提供参考。【方法】在研究地1 340 m²径流场内的35 m气象观测塔上,安装4台翻斗式自记雨量计(HOBO),对降雨情况自动连续监测,共获得次生落叶阔叶林生长季的24场大气降雨量和降雨历时数据; 在距研究地约500 m的楼顶上,设置6个标准雨量筒,用于采集大气降雨样品; 以梅花布点法在径流场内,设置了5个受雨器,收集穿透雨样品; 利用聚乙烯管制作茎流环环绕标准木,连接盛水器采集树干茎流水样; 在径流场梯形围堰的出水口蓄水池中,采集土壤表层地表径流水样。水样的采集量约250 mL,利用水质悬浮物重量法、水质pH玻璃电极法分别测定悬浮物(SS)含量和pH,利用电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)测定水样中金属元素Ca、K、Fe、Cu含量。【结果】①大气降雨中输入4种金属元素的质量浓度以6月最高,9月最低,呈先增后降的变化趋势。Fe质量浓度月变化最大,Ca最小。②森林对降雨再分配后,经穿透雨后除Cu外各金属元素质量浓度均有增幅; 除Fe外各金属元素质量浓度均为6月最高; 各元素质量浓度的月变化以Fe为最大,Ca最小。③经树干茎流后,4种金属元素质量浓度均有所增加,且明显高于穿透雨,以K淋溶系数最大,Cu最小。但各金属元素质量浓度的月动态不一,总体表现为夏季偏高、秋季偏低的特征,以Cu的月波动最大,Ca的最小。④降雨过程中4种金属元素的质量浓度变化,主要与SS、降雨pH、降雨量、降雨类型、降雨历时、降雨强度等因素有关,大多表现为随降雨量、降雨强度和降雨历时增加而减少的趋势,其中Ca受降雨量的影响显著,K与降雨pH显著正相关,Cu与Fe主要源于降雨淋洗的悬浮物。不同降雨类型对Fe迁移影响不显著,小雨对Ca、K迁移影响显著,暴雨对Cu迁移影响显著。⑤大气降雨净输入量Ca、K、Fe均为正值,Cu为负值,净迁移量中4种金属元素均为负值。【结论】受降雨特征等因素影响,次生落叶阔叶林生态系统对Ca、K、Fe、Cu元素的淋溶与吸存能力表现出不同的迁移特征,明确在降雨驱动下该森林生态系统金属元素的动态过程,可为次生林养分循环、植物生长发育、生态水文调节及森林经营等领域提供重要依据。     

惠州大亚湾大气湿沉降中氮营养盐变化特征的研究

通过对降水中氮营养盐质量浓度及其沉降通量变化特征的研究,研究了大气湿沉降中氮营养盐对大亚湾水生生态系统的影响.结果表明,观测期间NH4+-N、NO3--N/NO2--N和TN降雨量加权平均质量浓度分别为0.474、0.536和1.23mg/L,氮质量浓度在8月份出现了明显的峰值;湿沉降通量分别为58.93、78.13和158.75kg/( km2.月),其中无机氮占总氮含量的86.34%,大亚湾大气湿沉降中氮营养盐主要以NO3--N/NO2--N的形式存在.与2009年的观测结果相比较,2012年大气中氮的沉降通量增加了约1倍.通过大气湿沉降输入的氮营养盐在大亚湾水体富营养化过程中产生了重要作用,在研究水体富营养盐问题时应考虑降水的贡献.     

黔中喀斯特地区典型次生林内凋落叶化学计量特征

为了研究退化喀斯特森林养分循环特征,以黔中喀斯特常绿落叶阔叶次生林内的10个优势种凋落叶为对象,开展化学计量学特征研究。研究结果表明:凋落叶中C、N、P元素与凋落叶的质量比分别为(497.88±12.97)mg/g、(12.19±0.54)mg/g和(0.89±0.05)mg/g。m(C)∶m(N)、m(C)∶m(P)和m(N)∶m(P)值分别为43.17±2.07、620.03±42.33和14.60±0.81。不同生活型树种凋落叶中C和P元素与凋落叶的质量比及m(C)∶m(P)均表现为常绿树种大于落叶树种(P0.05)。凋落叶中N、P与凋落叶的质量比呈正相关。同其他研究结果相比,喀斯特地区树种凋落叶中C、N、P元素与凋落叶的质量比具有地域差异。黔中次生森林凋落叶中C、N、P与凋落叶的质量比普遍较高,凋落叶的分解速率较快,N、P元素成比例矿化释放,但是矿质养分和凋落叶的分解不受有机物与凋落叶质量比的影响。     

混凝-超滤处理低温低浊受污染水试验研究

以某市江水为研究对象,考察混凝-超滤组合工艺处理低温低浊受污染水的效果,比较不同混凝预处理形式对超滤膜膜通量的影响以及膜滤出水水质的变化.结果表明,混凝预处理可以减缓膜污染,改善膜通量,可将出水的浊度控制在0.2 ntu以下,提高了组合工艺对有机物的去除效果.当混凝剂投加量为30 mg/L时,混凝-超滤组合工艺对UV254和DOC的总去除率分别达到56.5%和39.0%.混凝后直接膜滤对超滤膜膜通量的影响最小,在60 m in内通量下降了11.5%,对UV254和DOC去除率效果最好,平均去除率为37.5%和32.9%.因此采用在线混凝-UF组合工艺可以更明显地改善低温低浊水的处理效果.     

南洛河可溶性碳与阴离子含量周年变化及其影响因素分析

以河南省洛阳市南洛河瀛洲桥段为取样地点,每周1次,周年采样,结合气象数据,探讨了南洛河瀛洲桥段水体可溶性碳和阴离子的周年变化规律及其影响因素。研究结果表明:可溶性无机碳(DIC)是南洛河的主要碳输出形式,DIC与可溶性有机碳(DOC)含量(质量浓度)分别为20.27～29.38 mg/L和1.07～6.69 mg/L,年平均含量分别为23.99 mg/L和3.74 mg/L。SO_4~(2-)是南洛河的主要阴离子,阴离子含量从高到低依次是SO_4~(2-)Cl~-NO_3~-,分别为25.50～125.40 mg/L、5.43～29.41 mg/L和4.61～22.37 mg/L,年平均含量分别为77.86 mg/L、16.65 mg/L和13.79 mg/L。南洛河DOC含量与区域内降水量和水温呈显著性正相关关系,DIC含量则呈显著性负相关关系。降水量是影响DOC含量的主导因素,而DIC含量主要受降水量的稀释效应和水温的双重控制。南洛河SO_4~(2-)与Cl~-含量周年变化较小,其主要受地质风化作用的影响。     

祁连山鲜黄小檗灌丛穿透雨特征及其影响因素

【目的】探讨祁连山排露沟小流域鲜黄小檗灌丛穿透雨特征及其影响因素,为定量评价祁连山鲜黄小檗灌丛的生态水文效应提供数据支撑。【方法】基于灌丛种群特征调查,选取3处代表性的鲜黄小檗灌丛,沿冠层枝条辐散方向选取观测断面,在每个断面上布置承雨器,对穿透雨和冠层结构指标进行测定,分析穿透雨与降雨量和冠层结构特征的关系。【结果】①试验期间,单株鲜黄小檗的平均穿透雨率为55.1%。部分观测点的穿透雨率大于100%,这主要是由于降雨在冠层的作用下发生了聚集效应。②穿透雨量与降雨量之间呈线性关系(P<0.01),穿透雨率与降雨量之间呈对数函数关系(P<0.05)。③受冠层水平结构影响,平均穿透雨率从距基部10 cm处的25.93%单调递增至距基部90 cm处的74.45%; 其中,距基部50～70 cm之间增加值最大,占总增加值的41.19%。随着冠层厚度的增大,平均穿透雨率呈减小的趋势。叶面积指数在一定程度上影响穿透雨的空间分布,且降雨量越小影响程度越明显。【结论】在降雨性质相同的情况下,冠层结构特征是影响灌丛冠下穿透雨空间分布的重要因素。     

兴安落叶松林降雨再分配及其穿透雨的空间异质性

【目的】探究大兴安岭北部兴安落叶松林对降雨的截留再分配及树冠下穿透雨空间分布规律,了解兴安落叶松林生态水文过程。【方法】通过长期定位观测研究的方法,获取了2013年兴安落叶松林19场降雨事件的林外降雨、穿透雨和树干径流的观测数据,采用相关分析,总结了兴安落叶松林降雨再分配规律,比较了树冠下不同位置处穿透雨的变异性。【结果】观测期内兴安落叶松林的林冠截留量、穿透雨量和树干径流量依次为35.14、148.61和0.250 7 mm,分别占大气降雨量的19.10%、80.77%和0.14%; 不同降雨事件中,树冠不同位置处的穿透雨具有空间异质性; 当降雨量、温度等气象因子一致时,3/4树冠半径处的穿透雨变异最小,树冠外缘(4/4树冠半径处)变异最大; 当冠层结构稳定时,穿透雨的变异程度均随降雨量的增加而减小,二者呈一定的负相关性(P<0.01)。【结论】穿透雨是兴安落叶松林降雨再分配的主要水文分量(约占降雨量的81%),选择变异最小、最接近林分穿透雨率(误差约1%)的3/4树冠半径处布设穿透雨收集装置,能够适当减少野外工作量,提高科研观测效率,可为落叶松林区森林水文模型的参数化提供依据。     

老龄杉木林土壤活性有机碳的动态变化

通过在福建南平西芹教学林场对老龄杉木林不同坡位土壤微生物生物量碳（MBC）和土壤可溶性有机碳（DOC）动态变化研究,结果表明：土壤MBC和土壤DOC具有明显的季节性波动,均在植物生长旺季维持在较低水平,在植物休眠季节维持在较高水平;在0—20cm的土层内,老龄杉木林不同坡位土壤MBC和土壤DOC的变幅分别在210.44—1418.90mg·kg^-1和8.24—38.54mg·kg^-1,两种易变有机碳的含量基本表现为中坡位〉下坡位〉上坡位;相关分析表明,土壤MBC与DOC之间的相关性达到显著水平,土壤MBC和DOC与土壤温度显著负相关,与土壤含水量、凋落物生物量和降雨量的相关性未达到显著水平,说明土壤MBC和土壤DOC的变化与土壤中的微生物活性、林木的生长以及根系分泌物等因素有关。     

杉木多代连栽地长期轮栽柳杉后凋落物的动态

对杉木多代连栽地经柳杉长期轮栽后凋落物的组成及归还动态进行了研究,结果表明:柳杉林分的年凋落量是杉木多代连栽林的2.18倍,两树种凋落物年组成成分的变化规律不同,但杉木和柳杉年凋落物主要都来源于叶、枝和花果,其余的组分归还较少.柳杉林凋落物的归还模式为主峰出现在5月份和8月份,这两个月的凋落量占年凋落量的49.69%,可见,柳杉凋落物主要发生在5月和8月这两个月,而杉木则主要发生在8月份,仅8月份这1个月的凋落量就将近占年凋落量的一半.柳杉各月的凋落物中都以柳杉叶为多,但其他组分的归还顺序各月亦不完全一样,杉木亦有相似的变化规律.凋落物的季节归还模式亦不同:柳杉林凋落物的季节变化呈适现出夏季(35.13%)＞秋季(30.39%)＞春季(26.33%)＞冬季(7.57%),而杉木多代连栽林则呈现出秋季(53.06%)＞春季(24.07%)＞夏季(15.76%)＞冬季(6.48%).     

Biodegradation of dissolved organic carbon in soil extracts and leachates from a temperate forest stand and its relationship to ultraviolet absorbance

The amount and biodegradability of dissolved organic carbon (DOC) in forest floors can contribute to carbon sequestration in soils and the release of CO 2-C from soil to the atmosphere.There is only limited knowledge about the biodegradation of DOC in soil extracts and leachates due to the limitations inherent in degradation experiments.Differences in the biodegradation of DOC were studied in forest soil extracts using cold and hot water and 4 mmol/L CaCl 2 solution and in soil leachates sampled under different conditions over a wide range of DOC concentrations.From these results,we developed a simple and rapid method for determining the biodegradable organic C in forest floors.The hot water extracts and CaCl 2 extracts after CH 3 Cl fumigation contained higher concentrations of biodegradable organic C than the cold water extracts and CaCl 2 extracts before fumigation,with rapid DOC degradation occurring 24-48 h after incubation with an inoculum,followed by slow DOC degradation till 120-168 h into the incubation.During a 7-d incubation with an inoculum,the variation in DOC degradation in the different soil extracts was consistent with the change in special UV absorbance at 254 nm.Relatively higher levels of biodegradable organic C were detected in soil leachates from the forest canopy than in forest gaps between April and October 2008 (P <0.05).Relatively lower concentrations of DOC and biodegradable organic C were observed in soil leachates from N-fertilized plots during the growing season compared with the control,with the exception of the plot treated with KNO 3 at a rate of 45 kg N ha 1 a 1.Around 77.4% to 96.3% of the variability in the biodegradable organic C concentrations in the forest floors could be accounted for by the initial DOC concentration and UV absorbance at 254 nm.Compared with the conventional inoculum incubation method,the method of analyzing UV absorbance at 254 nm is less time consuming and requires a much smaller sample volume.The results suggest that the regression models obtained using the initial DOC concentration and UV absorbance can provide a rapid,simple and reliable method for determining the biodegradable organic C content,especially in field studies involving relatively large numbers of samples.     

三峡山地不同林型冠层截留特征及再分配过程研究

森林冠层对降雨的截留和再分配是生态水文学的重要研究内容.截留过程因降雨特征、森林类型及立地环境存在差异.以三峡库区山地的暖性针叶林、落叶阔叶林和针阔叶混交林三种林型为研究对象，对比了2018年植物生长季(4—11月)56场降雨的再分配特征及影响因素.结果表明：1) 降雨在三种林型的再分配特征具有明显差异.暖性针叶林的透流量、树干径流量、林冠截留量分别占同期林外降雨的62.0%、7.2%、30.8%；落叶阔叶林分别占77.9%、3.5%、18.6%；针阔混交林分别占73.3%、2.7%、24%. 2) 再分配参数与降雨量的相关分析显示，三种林型下树干茎流量、透流量均与降雨量呈线性正相关关系，冠层截留量与降雨量呈幂函数关系. 3) 场次降雨特征也会影响再分配，大雨和暴雨时三种林型内降水再分配的动态过程存在明显差异.三种林型的降雨再分配过程因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异.针阔叶混交林在强降雨条件下能够更有效地减缓降雨对地表土壤的强烈冲击，减少水土流失.     

南黄海及长江口邻近海域夏季溶解有机碳的分布特征及其影响因素

【目的】海水中溶解有机碳(DOC)的研究对于碳的生物地球化学循环具有重要意义。通过对南黄海及长江口邻近海域夏季溶解有机碳的分布特征及其影响因素的研究,为进一步丰富我国陆架边缘海碳循环的研究提供数据支持和参考依据。【方法】利用高温燃烧氧化法对2013年夏季南黄海及长江口邻近海域水体中的DOC进行测定,初步分析夏季南黄海DOC的分布特征,并结合水文、化学、生物同步观测参数,探讨影响DOC分布的主要因素。【结果】2013年夏季南黄海及长江口邻近海域DOC的含量为0.24~2.37mg/L,平均值为(1.34±0.42)mg/L。整体而言,调查海区平面分布呈现北部浓度高,向南部逐渐降低,近岸浓度高远岸浓度低的分布趋势。DOC的垂直分布呈现表层高,逐渐向底层减小,在底层又有所增加的趋势。【结论】研究海区DOC的分布受水团物理混合控制作用十分明显,近岸DOC高值区的分布主要受鲁北沿岸流和陆源输入影响,南部的低值区主要受黑潮表层水及台湾暖流的稀释作用影响,而生物作用对DOC的分布影响较弱。