亚热带稻田生态系统土壤呼吸的估算

采用涡度相关技术, 于2002年8月开始对亚热带典型稻田生态系统的水、热和CO₂通量进行了连续监测, 利用2003~2005年连续3 a稻田休闲期(10月中旬至次年4月)夜间通量的监测结果分析土壤呼吸的动态变化及其与土壤温度的关系, 计算得出稻田土壤呼吸年变化动态. 结果表明: 稻田土壤呼吸具有明显的季节变化趋势; 稻田休闲期夜间土壤呼吸速率为52~398 mg·m^-2·h^-1, 其呼吸速率与不同深度(5, 10和20 cm)土壤温度呈指数相关关系(P<0.001), 以稻田5 cm土壤温度相关性最好; 根据得到的稻田土壤呼吸与土壤温度的关系模式, 计算出亚热带稻田生态系统年平均土壤呼吸速率为178.5~259.9 mg·m^-2·h^-1, 年土壤呼吸总量为1.56~2.28 kg·m^-2·a^-1. 研究结果表明, 利用稻田休闲期涡度相关法观测结果得到的关系模式估算稻田生态系统水稻生长季稻田土壤CO₂的排放速率和排放量是可行的.     

C源与NP添加对Cd胁迫下林地土壤呼吸作用的影响

【目的】研究C源与矿质营养氮磷(NP)添加对土壤呼吸作用毒物兴奋效应(Hormesis)的影响。【方法】以模式土壤为对象,接种杨树林地土壤微生物,设置单独添加葡萄糖(GC)、单独添加矿质营养NP(NP)、同时添加葡萄糖和NP(GC+NP),以及二者均无添加的对照(CK)4个处理,研究Cd胁迫下土壤呼吸作用潜在的Hormesis效应。【结果】(1)NP和GC+NP处理,林地土壤呼吸速率在Cd剂量为0.02、0.10、0.40、2.50、13.00 mg/kg时均显著高于对照,且表现出显著的多重Hormesis效应交替出现的现象,刺激幅度变化在66.6%～262.6%。(2)土壤中不添加Cd时,GC与NP处理土壤呼吸速率之和大于GC+NP处理,土壤呼吸对二者的添加表现为拮抗效应;当Cd剂量在0.01～0.20 mg/kg区间时,GC与NP处理土壤呼吸速率之和小于GC+NP处理,C源与NP添加对土壤呼吸的影响表现为协同效应;Cd剂量>0.20 mg/kg时,二者之间表现为协同与拮抗效应的交替出现。【结论】外源添加N、P条件下,Cd诱导林地土壤呼吸表现出显著的Hormesis效应。当面临...     

洪泽湖重金属污染现状与防控技术

洪泽湖是我国第四大淡水湖泊,也是南水北调东线工程的重要节点湖泊,洪泽湖重金属污染问题备受关注。对洪泽湖重金属污染的现状和主要来源进行分析,发现尽管目前洪泽湖整体受污染程度较轻,但重金属空间分布差异较大, 尤其 Cd污染严重,As污染日益显著,需引起重视。淮河水沙输入、南水北调、环湖农田面源污染输入、围网/圩养殖等是洪泽湖重金属的主要来源。洪泽湖重金属污染防治重点应为:减防淮河水沙携带重金属输入; 优化养殖布局,规范养殖环节; 精准施肥、施药,控制农业面源污染; 实施重金属迁移转化拦截控制技术和污染区域修复技术。     

生物炭添加对土壤冻融过程中温室气体排放的影响

【目的】研究模拟生物炭添加对土壤冻融过程中二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,为冻融期土壤温室气体的减排提供参考。【方法】以伊犁河谷典型农田为研究对象,野外采集原状土柱,并在室内模拟不同幅度的冻融过程(+5 ℃、-5 ℃～ +5 ℃和-10 ℃ ～ +10 ℃),探求冻融过程中土壤CO₂、CH₄和N₂O排放对生物炭添加(0、20和40 t/hm²)的响应特征。【结果】与不添加生物炭的处理相比,添加生物炭会使冻融过程中的土壤CO₂排放量提高1.1～1.4倍,但该影响远小于冻融作用对土壤CO₂排放的促进作用(为CK的1.5～3.2倍); 虽然冻融作用未显著(P > 0.05)影响土壤CH₄的累积排放量,但生物炭的添加显著(P < 0.05)促进了45.5%～81.8%的CH₄吸收量; 冻融作用使土壤N₂O的累积排放量提高了1.3～3.0倍,生物炭降低了冻融过程中10.2%～30.9%的土壤N₂O排放量,但在多数情况下这种减小并不显著(P > 0.05)。【结论】模拟生物炭添加会增加土壤冻融过程中CO₂的排放,也会促进CH₄的吸收和N₂O的减排。     

垦殖对伊犁河谷湿地土壤可溶性有机氮含量的影响

【目的】研究垦殖对伊犁河谷湿地土壤可溶性有机氮(SON)的影响,为该区湿地的开发保护和氮素调控提供科学依据。【方法】以伊犁河谷的芦苇湿地及其垦殖而成的稻田为研究对象,分层采集0～100 cm的土壤样品,分析垦殖对垂直方向上土壤SON含量的影响,并探求SON与土壤理化性质和其他氮组分之间的关系。【结果】在0～100 cm土壤深度内,芦苇湿地和稻田土壤的SON含量占土壤可溶性总氮(TSN)含量的58.9%～74.1%,表明SON是该区域土壤可溶性氮素的主要组成部分; 土壤SON含量在垦殖后降低了16.7%～40.5%,在≥20～60 cm土层表现为显著降低,表明垦殖对土壤可溶性有机氮的影响不仅限于表层土壤,这缘于湿地和稻田土壤的高含水率使得土壤SON在垂直方向上的移动性较强; 湿地土壤的有机碳和全氮在垦殖后大幅减少,其中垦殖前的含量分别是垦殖后的2.9～5.9倍和2.0～6.0倍。总体上讲,土壤碳氮比、微生物量氮、铵态氮和硝态氮在开垦前后的变化不大,只有0～20 cm土层的微生物量氮和硝态氮在垦殖后显著降低(P < 0.05); 土壤SON与土壤有机碳和全氮表现出显著的相关性,说明垦殖后土壤有机质水平的降低是SON含量下降的主要原因。【结论】土壤SON是伊犁河谷湿地土壤可溶性氮素的主要形态,但其含量在湿地垦殖为稻田后表现出减少的趋势。     

沼液中$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$对土壤CO2释放的影响

【目的】揭示沼液施用过程中$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$对土壤CO₂释放的影响机制。【方法】分别向土壤添加沼液原液(BS)、原液去除$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$ (BS-B)、去离子水加HC(W+B)和去离子水(W)后,对土壤进行30 d的培养,观测土壤CO₂释放特征。【结果】BS处理下,土壤CO₂释放速率从2 h时的36.6 mg/(kg·h)快速降至30 d时的2.7 mg/(kg·h),BS-B处理CO₂释放速率从最高时的9.3 mg/(kg·h)(第1 天)降至1.9 mg/(kg·h)(第30 天),前者显著高于后者。30 d内,BS处理下土壤CO₂累计释放193.0 g/kg,BS-B处理下仅为97.8 g/kg。由此可见,沼液中的$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$显著促进了土壤CO₂的释放。相比较而言,W+B处理下土壤CO₂释放速率从最高时的12.0 mg/(kg·h)降至15 d时的0.6 mg/(kg·h),培养期内土壤CO₂累计释放54.5 g/kg;W处理下土壤CO₂释放速率在培养期内的变化为0.2~1.6 mg/(kg·h),CO₂累计释放34.4 g/kg。培养期内,BS处理下土壤CO₂释放量是BS-B与W+B两处理之和的1.6倍。$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$对土壤CO₂释放的贡献主要发生在上覆水层,且以$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$水解及$\mathrm{NH}_{4}^{+}$氧化贡献的H⁺与$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$的相互作用为主要途径。【结论】施用沼液后,大量$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$的添加是引起土壤CO₂释放加快且释放量增加的主要原因之一,土壤CO₂释放的增加并非$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$本身与除$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$之外沼液其他组分贡献的加和,二者存在显著的协同作用。     

洪泽湖湿地植被类型对土壤有机碳粒径分布及微生物群落结构特征的影响

【目的】研究不同植被覆盖下湿地土壤有机碳组成、微生物群落结构的特征,为合理开发利用、恢复和保护湿地生态功能提供依据。【方法】以江苏洪泽湖与淮河交汇区湿地自然植被类型(湖草滩、芦苇滩)和人工植被类型(杨树林、柳树林)的土壤为研究对象,应用物理分组的方法研究土壤不同粒径 (<2 μm、≥2~63 μm、≥63~200 μm、≥200~2 000 μm) 组分分布、有机碳含量与分布情况,采用高通量测序技术对土壤微生物群落结构特征进行表征,运用聚类分析、冗余分析研究不同植被类型土壤中微生物物种丰度相似性、微生物群落结构与不同粒径组分土壤有机碳及土壤理化性质之间的关系。【结果】①洪泽湖与淮河交汇区湿地人工植被类型林地中土壤粒径≥200~2 000 μm组分分布最少,土壤粒径≥2~63和≥63~200 μm组分分布显著高于其他粒径组分;人工植被类型土壤总有机碳含量显著高于自然植被类型,其中各植被类型各粒径组分(除粒径≥2~63 μm组分)土壤有机碳含量大小顺序均为柳树林>杨树林>湖草滩>芦苇滩;粒径< 2 μm组分的土壤有机碳分布比例显著高于其他粒径组分的,粒径≥200~2 000 μm组分的土壤有机碳分布比例低于其他粒径组分的。②各植被类型土壤微生物群落多样性(Shannon 指数)大小顺序均为芦苇滩>湖草滩>柳树林>杨树林,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)是样地土壤细菌的主要优势种群(50.21%~66.12%);子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)是土壤真菌的主要优势种群(68.32%~95.11%)。土壤细菌群落聚类分析相似性系数最高的是湖草滩和芦苇滩,这个聚类和杨树林的土壤细菌群落相似性较远;真菌群落聚类分析中,湖草滩和芦苇滩的真菌群落自成一族群;杨树林和柳树林的真菌群落聚为另一族群。③微生物群落结构与土壤理化性质相关性分析显示,土壤有机碳含量和含水量是影响土壤微生物群落结构的主要因子,细菌中的酸杆菌门(Acidobacteria)和真菌中的担子菌门(Basidiomycota)受粒径<2 μm、≥2~63 μm、≥63~200 μm组分的土壤有机碳分布影响很大。【结论】洪泽湖湿地4种植被覆盖下不同粒径组分土壤的质量和有机碳含量数值呈现两头小中间大趋势,不同粒径组分中有机碳分布比例随粒径的增加而降低。种植人工植被(柳树林、杨树林)有利于增加土壤有机碳的含量,但人工植被类型未增加土壤微生物的多样性,粒径<200 μm组分的土壤有机碳分布可能影响特定的优势微生物类群。     

衣藻增殖、悬浮与沉降过程对水-泥 界面磷素动态的影响

为阐明水华过程藻群动态对水-泥界面磷素变化的影响,采集太湖梅梁湾水样和泥样,以莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)为对象,通过室内模拟实验(76 d),研究藻体增殖、悬浮与沉降过程水-泥界面不同形态磷素含量及碱性磷酸酶活性(APA)的变化。结果表明:衣藻快速增殖与悬浮导致水体pH与DO含量明显升高,总磷和无机磷浓度迅速降低,但底泥有机磷含量平均高出无藻处理1.5倍。此外,衣藻沉降期底泥水溶性磷含量明显降低,这是由于部分沉降在底泥表面的藻体继续存活并吸收利用了水溶性磷。上覆水APA在藻体大量沉降后平均高于增殖和悬浮期1～3倍。相比较而言,底泥APA在藻体快速增殖与悬浮期达到最高,此后,APA降低,但仍高于无藻处理2倍以上。因此,衣藻水华过程加速了水-泥界面磷素的释放,部分沉降至底泥表面的存活藻体吸收利用磷素进而增殖和再悬浮,这可能是富营养化水体水华反复和多次暴发的重要原因之一。     

伊犁河上游典型草地生态系统氮磷含量及化学计量特征

【目的】了解伊犁河上游典型草地养分限制状况,为不同草地类型群落营养循环及植物-土壤养分管理提供理论依据,也为该区域生态环境的改善提供科学依据。【方法】通过野外调查采样和室内分析测定,采用相关性分析方法,分析了不同类型草地群落植物-土壤氮、磷、钾含量及化学计量学特征。【结果】研究区不同草地类型植物群落植物地上部分和地下部分根系的氮、磷、钾含量变异较大,山地草甸草原和高寒草甸植物地上部分氮含量荒漠草原、半荒漠草原和高寒草甸的氮含量;荒漠草原和半荒漠草原植物地下部分根系的氮含量山地草甸草原、山地草甸和高寒草甸的氮含量;不同草地群落类型植物地上部分的P含量与植物N/P比值呈显著负相关,土壤N与土壤P含量、土壤P含量与土壤N/P比值分别呈显著正相关,土壤N和土壤N/P比值极显著相关,其相关系数为0.983。【结论】研究区土壤氮素缺乏,可以考虑在草地生长过程中适当添加氮肥。     

基于特征光谱提取的有机基质含水量快速测定方法

为了寻找一种有机基质含水量的快速检测方法,采用便携式可见/近红外光谱仪获得不同含水量醋糟有机基质样品的光谱信息,经过滑动平均滤波(MAF)和一阶微分(FD)预处理后,采用逐步回归法提取对有机基质含水量反应敏感的特征光谱,建立了基于特征光谱波段组合的线性回归模型.其中,以1 889,1 544和1 735 nm为特征光谱...