中国典型酸雨区大气湿沉降化学特性

以湖南蔡家塘、贵州雷公山和重庆铁山坪3个小流域长年大气降水及森林穿透水的监测数据为基础,对三地的大气降水和森林林冠穿透水的化学成分的分布特征进行分析研究。研究结果表明:3个地区大气降水都已出现严重的酸化现象,大气降水多年平均pH从大至小的顺序为雷公山(4.96)、蔡家塘(4.62)和铁山坪(4.12);蔡家塘与铁山坪大气降水和森林穿透水中的阴离子均以SO42-为主,阳离子以NH4+为主;蔡家塘大气降水和森林穿透水中SO42-占总离子量的26.67%和24.14%,NH4+占总离子量的31.67%和23.69%;铁山坪大气降水和森林穿透水中SO42-占总离子量的54.73%和12.26%,NH4+占到总离子量的8.92%和59.14%;雷公山大气降水中的阴离子以Cl-为主,占总离子量的16.59%;阳离子以NH4+为主,占总离子量的20.99%;森林穿透水中的阴离子以SO42-为主,占总离子量的19.83%,阳离子以K+为主,占总离子量的16.73%;3个地区森林穿透水与大气降水相比,森林穿透水中的各种离子组分都发生了富集现象,蔡家塘、雷公山、铁山坪离子总量增加量分别为2.75倍、1.79倍和4.63倍。     

乌鲁木齐市2009年大气离子湿沉降通量变化特征分析

通过对乌鲁木齐市2009年酸沉降监测资料的分析,研究了主要离子湿沉降通量的变化特征.结果表明,乌鲁木齐市的湿沉降污染严重.硫湿沉降量主要源于本地SO2的排放,极值出现在4月份为4.56g/m2,氮湿沉降通量的极值出现在6月为1.49g/m2,钙湿沉降通量的极值出现在7月为6.66g/m2,硫、钙湿沉降量均值分别为3.09,3.22g/m2,分别是全国平均值的2.6和3.4倍,均高于其他省市.氮湿沉降量均值为0.99g/m2,略低于全国平均值.     

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。     

重庆市铁山坪针叶林和观音桥阔叶林的降水化学特征

研究并比较了重庆市铁山坪马尾松和观音桥樟树降水的化学特征,分析了大气降水的化学物质输入及其降 水淋溶对森林生态系统物质循环产生的影响,并对各种离子组分的来源进行了初步解析.结果表明:针叶林穿透 水有进一步酸化趋势,而阔叶林可以减缓酸化作用.大气降水和穿透水是养份输入的主要形式,其中以穿透水养 份输入为主.穿透水中N元素可能被吸收,其它营养元素则主要来自干沉降洗脱和植被的淋溶.     

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。     

中国硫沉降目标负荷的研究

研究了两种确定硫沉降目标负荷的方法——最小超临界负荷法和等比例降低超临界负荷法,介绍了其原理和相应的数学模型,并分析了用这两种方法确定的硫沉降目标负荷及相应的超临界负荷分布。和等比例削减ＳＯ２方案比较,采用上述两种方法,中国超临界负荷总量会明显降低,而最小超临界负荷法可以使超临界负荷的区域面积比２０００年无控方案减小约１２％。综合考虑技术、经济和区域公平性,建议在确定中国硫沉降目标负荷时采用这两种方法。     

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.     

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...     

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。     

连铸过程中钢液增氮影响因素的试验研究

研究了中包覆盖剂及连铸结晶器保护渣对82B及35K钢液吸氮的影响,结果表明:只要连铸钢液与大气接触就会增氮;熔点高于连铸钢液温度的中包覆盖剂不利于防止钢液吸氮;在同样的条件下,35K钢液吸氮量比82B大.     

Sources of sulphur in rain collected below a wheat canopy

Vegetation plays an important role in the cycle of sulphur between the atmosphere and the soil. We have measured the quantity of sulphur in rain collected below a maturing wheat canopy. This sulphur has three sources: first, the atmosphere, from which falling rain gains SO2 and sulphate; second, leaf surfaces, from which rain washes sulphur which was previously deposited by turbulent transfer ('dry deposition'), and third, leaf tissue, from which rain leaches sulphur. We have now deduced from field and laboratory measurements that leaching supplied nearly 90% of the sulphur gained by rain as it fell through the wheat canopy. Only a small fraction of sulphur which had been dry-deposited on the surface of leaves could be washed off.     

氢化非晶氮化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术以SiH4和N2为反应气体沉积了氮化硅(SiN)薄膜,利用傅里叶红外吸收谱(FTIR)、紫外-可见透射谱(UV-VIS)等对薄膜的键合结构、光学带隙等参量进行了测量与分析.结果表明,采用HWP-CVD技术能在较低的衬底温度下制备低H含量的SiN薄膜,所沉积的薄膜主要表现为Si-N键合结构.适当提高N2/SiH4比例将有利于薄膜中H含量的降低.     

落叶作为热带雨林水分亏缺适应对策的研究:以西双版纳热带雨林为例

研究通过西双版纳热带雨林中连续7年（20032009）的生态系统监测数据,探讨了土壤水分亏缺的季节和年间波动对冠层叶片物候的影响.研究表明西双版纳热带雨林冠层物候具有明显的季节构型,叶片在土壤水分亏缺最严重的旱季末期发生集中凋落.并且,叶片的凋落主要发生在冠层高度超过20 m的冠层上部,冠层下部以及林下植物则为常绿状态.同时发现叶片凋落量存在较大的年间波动,进一步分析表明,土壤水分亏缺的年间动态是造成这种波动的主要原因.最后,对西双版纳热带雨林叶片物候动态,进行了成本－收益分析.分析的结果进一步确认了水分亏缺是造成该森林季节性落叶的主因.研究从生态系统的尺度上,对冠层叶片物候动态进行了研究,是一种全新的尝试.同时,也为多年以来,关于西双版纳热带雨林落叶原因的争议,提供了具体的科学数据.     

Soil fertility limits carbon sequestration by forest ecosystems in a CO2-enriched atmosphere

Northern mid-latitude forests are a large terrestrial carbon sink. Ignoring nutrient limitations, large increases in carbon sequestration from carbon dioxide (CO2) fertilization are expected in these forests. Yet, forests are usually relegated to sites of moderate to poor fertility, where tree growth is often limited by nutrient supply, in particular nitrogen. Here we present evidence that estimates of increases in carbon sequestration of forests, which is expected to partially compensate for increasing CO2 in the atmosphere, are unduly optimistic. In two forest experiments on maturing pines exposed to elevated atmospheric CO2, the CO2-induced biomass carbon increment without added nutrients was undetectable at a nutritionally poor site, and the stimulation at a nutritionally moderate site was transient, stabilizing at a marginal gain after three years. However, a large synergistic gain from higher CO2 and nutrients was detected with nutrients added. This gain was even larger at the poor site (threefold higher than the expected additive effect) than at the moderate site (twofold higher). Thus, fertility can restrain the response of wood carbon sequestration to increased atmospheric CO2. Assessment of future carbon sequestration should consider the limitations imposed by soil fertility, as well as interactions with nitrogen deposition.     

不同基因型冬小麦花后干物质的累积、转运及氮动态变化研究

采用田间小区试验,研究了2个不同基因型冬小麦(小偃22号和小偃6号)对花后不同营养器官干物质的累积与转运、收获指数及籽粒灌浆过程中茎、叶、颖壳、籽粒的全氮含量的动态变化。结果表明:茎、叶干物质的积累量,从开花期到成熟期一直呈下降的趋势;穗干物质的积累量,在开花期和灌浆期,随着施氮量的增加均呈升高的趋势;灌浆期到成熟期无明显趋势。开花期,不同干物质转运量在不同器官中的分配为"茎叶穗";冬小麦不同器官转移的干物质对子粒的贡献叶片最大,其次是茎,穗部最小;施氮处理下,收获指数显著高于不施氮处理。在籽粒灌浆过程中,全氮含量在茎、叶、籽粒中呈先降低后升高的趋势,而颖壳中的全氮含量呈"降低—升高—降低"的趋势;冬小麦不同器官全氮含量为茎颖壳叶籽粒,施氮量在150 kg/hm2处理下,冬小麦各器官全氮含量保持较高水平。试验中选用的2个基因型冬小麦品种,小偃22号干物质的积累量、收获指数显著高于小偃6号;施氮处理下,小偃22号不同器官的干物质转运量、干物质转运率和干物质对籽粒的贡献率都显著高于小偃6号。小偃22号具有较高的氮素吸收能力。     

一种污染物的区域干沉积速度分布的计算方法

建立了一个模拟污染物的区域干沉积速度分布的数学模式，利用它计算了江苏省及周围地区ＳＯ２、硫酸盐、ＨＮＯ３（气）和硝酸盐四种污染物的干沉积速度分布，并通过数值试验研究了干沉积速度的时空变化特征。与国内外的此外场观测资料的比较表明，本模式能够实现对不同条件下污染物干沉积的模拟．     

燃煤炉窑烟气净化工艺及其装置的研究开发

在实验测试基础上，对燃煤烟气喷钙水浴复合脱硫工艺及设备进行了研究。实验表明，采用喷钙水浴复合脱硫工艺较单一喷钙或水浴具有更高的脱硫效果，且喷入的碳酸钙可得到充分利用。此外，还对诸如钙硫比、喷钙方向及喷管插入水深度等影响脱硫效率的因素进行了测试分析。     

Loss of plant species after chronic low-level nitrogen deposition to prairie grasslands

Rates of atmospheric deposition of biologically active nitrogen (N) are two to seven times the pre-industrial rates in many developed nations because of combustion of fossil fuels and agricultural fertilization. They are expected to increase similarly over the next 50 years in industrializing nations of Asia and South America. Although the environmental impacts of high rates of nitrogen addition have been well studied, this is not so for the lower, chronic rates that characterize much of the globe. Here we present results of the first multi-decadal experiment to examine the impacts of chronic, experimental nitrogen addition as low as 10 kg N ha(-1) yr(-1) above ambient atmospheric nitrogen deposition (6 kg N ha(-1) yr(-1) at our site). This total input rate is comparable to terrestrial nitrogen deposition in many industrialized nations. We found that this chronic low-level nitrogen addition rate reduced plant species numbers by 17% relative to controls receiving ambient N deposition. Moreover, species numbers were reduced more per unit of added nitrogen at lower addition rates, suggesting that chronic but low-level nitrogen deposition may have a greater impact on diversity than previously thought. A second experiment showed that a decade after cessation of nitrogen addition, relative plant species number, although not species abundances, had recovered, demonstrating that some effects of nitrogen addition are reversible.