九龙江流域大气氮干沉降

对九龙江流域10个站位的大气氮干沉降量进行为期1a的连续观测。利用专用降尘缸湿法收集大气沉降氮,在获取各月氮组分浓度和相应水样体积后,求得各月氮沉降速率,再将各月数值相加得到全年的大气氮干沉降量。结果表明,九龙江流域大气氮干沉降表现出一定的时空差异性,总氮沉降量为3·41~7·63kgN/(hm2·a),铵氮为1·02~3·00kgN/(hm2·a),硝氮为0·76~1·76kgN/(hm2·a)。干沉降中氮的3种主要形态铵氮、硝氮与有机氮分别占总沉降量的31%、24%和45%。中游漳州地区的大气氮干沉降总量较大。上游龙岩地区与中游漳州地区具有较高的铵氮沉降量,硝态氮在上下游间无明显变化,而有机氮沉降量在中下游地区较高。在时间尺度上,大气氮干沉降呈现出夏秋两季比春冬两季略高的总体趋势,季节性差异显著(p<0·05)。大气氮干沉降时空差异主要与氮排放量和气象条件有关。     

密云水库白河流域基流演变特征

基流是水文过程的一个重要组成部分,选择科学合理的基流分割方法,研究明确影响基流变化的驱动因素,对于保证河湖的生态水量至关重要。以北京密云水库的白河流域为例,根据白河流域张家坟水文站1967—2012年的实测径流数据和相关气象数据,对比分析了局部最小值法、单参数数字滤波法和递归数字滤波法三种方法的基流分割结果,并从气候变化和人类活动两方面分析影响基流变化的驱动因素。结果表明,相比局部最小值法和单参数数字滤波法,递归数字滤波法在白河流域有着更好的应用稳定性;在密云水库白河流域,基流对河川径流有着相当高的贡献比例(BFI>0.65);1967—2012年白河流域年基流量存在极显著的减少趋势(P<0.01),而年基流指数值基本保持不变。白河流域基流序列分别在1980年和1999年发生了突变,其中1999年的突变主要受到降雨过程(气候变化)的影响,而1980年的突变点主要受到其他因素(如人类活动)的影响。     

艾比湖流域生态环境演变与人类活动关系初探

艾比湖流域生态环境演变与人类活动关系初探杨云良阎顺贾宝全陈利军（中国科学院新疆地理研究所,乌鲁木齐８３００１１）ＡＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐＢｅｔｗｅｅｎｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄ...     

海河流域植物土壤中氮碳的含量特征

本文研究了海河要植物（包括栽培和野生植物）及土壤中氮、碳的含量特征,结果表明：本区植物氮含量平均约２％,最高约６％,少数植物约３％－４％;不同植物类型氮含量以蔬菜植物最高,苔藓、蕨类植物最低,大多数植物碳含量平均在４０％－４５％左右,其次为茎和叶。不同土壤类型含氮量以亚高山草甸土最高,盐碱土最低,０－１０ｃｍ土层含氮量明显高１０－２０ｃｍ土层。不同土类炭含量以棕壤土最高,草甸褐土,潮土最低,０－１     

嫩江流域生态干旱影响因素及其时空演变格局

近几十年来,嫩江流域湿地大面积萎缩、土地盐碱化严重,干旱频发,严重威胁生态安全、水环境安全和社会经济可持续发展。为量化嫩江流域干旱对生态系统的影响,利用标准化生态缺水指数(SEWDI),结合旋转经验正交函数、累积和曲线和Pearson相关性分析法分析嫩江流域1980-2017年生态干旱的时空演变规律,并利用游程理论提取生态干旱特征。结果表明:(1)生态干旱与影响因子间的相关系数排序为相对湿度 ＞ 归一化植被指数 ＞ 径流 ＞ 降水 ＞ 气温,其中生态干旱和相对湿度相关系数最大且大于0.5,呈现显著相关性,其余因子的相关系数均小于0.5,呈现低度相关性;(2)从SEWDI变化曲线上看,1980-1999年干湿交替呈现出一定的周期性,生态干旱以轻旱和中旱为主,总体呈加剧趋势;2000-2017年极端干旱和极端湿润事件频发,生态干旱总体呈缓解趋势。从累积和曲线上看,1980-1995年为嫩江流域生态干湿状态的正常波动时期,1996-2009年为嫩江流域生态干旱期,2012-2017年为生态湿润期;(3)生态干旱的干旱历时和烈度显示流域西南部严重程度较大,长期干旱风险较高,而流域北部干旱强度较大,较易发生单次较为严重的短期干旱。     

汾河流域生态敏感性综合评价及时空演变特征

基于格网尺度,在定量构建景观生态风险敏感性、水土流失敏感性、生物多样性敏感性的基础上,对汾河流域综合生态敏感性进行评价,采用空间自相关分析与圈层分析方法,揭示其时空演变特征。结果表明：2000-2018年研究区重度、极度敏感区面积减少,生态环境得到改善,生态敏感性空间分异与流域地形分布具有一致性;生态敏感性具有显著的空间正相关关系,在空间上呈连片连带式分布,具有明显的聚集性特征,随着高高、低低聚集网格数量的减少,生态敏感性空间结构逐渐趋于离散化;结合圈层分布,可将西南象限9-13圈层的吕梁山区与东南象限9-13圈层的太岳山区识别为流域生态环境治理的重点区域,此类区域地形以山地丘陵为主,体现了地形因素对流域生态敏感性空间分布的影响;研究区生态敏感性变化是生态本底与人类胁迫共同作用的结果。     

近40年来洞庭湖流域土地利用及生态风险时空演变分析

以洞庭湖流域为研究对象,利用1980年、1990年、2000年、2010年和2018年5个时期的土地利用数据,在定量分析近40年流域土地利用动态特征的基础上,从景观生态学视角构建生态风险评价模型,对1980-2018年洞庭湖流域生态风险进行评价,并进一步揭示其时空格局演变特征。结果表明：（1）1980年以来,洞庭湖流域土地利用类型以林地和耕地为主。洞庭湖流域土地利用格局发生较大变化,其显著特征为建设用地不断扩张、林地基本稳定、耕地日益萎缩和水域呈扩大趋势。（2）近40年来,洞庭湖流域生态环境较为良好,以较低和中等生态风险区为主导类型。在1980-1990年、1990-2010年和2010-2018年3个时段内,生态风险呈现增长、缓和、加剧的变化过程,高风险区以洞庭湖湖盆向环洞庭湖平原扩张,洞庭湖区、湘江流域和资水流域生态风险等级明显高于其他地区,而沅水流域、澧水流域和湘江流域的东南部生态风险相对较小。     

石羊河流域武威绿洲春玉米水氮耦合效应

为探讨西北旱区春玉米最佳的水氮耦合模式,在甘肃石羊河流域武威绿洲边缘进行田间正交试验,研究不同生育阶段水量分配及施氮量对春玉米群体产量和水氮利用的影响.结果表明：石羊河流域武威绿洲春玉米籽粒产量随施氮量的增加而增加;施氮量为300 kg·hm^-2、拔节期灌水136 mm时的籽粒产量最大.籽粒灌溉水利用效率随灌水量的增加而降低;全生育期灌水340 mm时增施氮肥可使籽粒产量和籽粒灌溉水利用效率同时提高;施氮量为300 kg·hm^-2、苗期和灌浆期分别灌水34 mm时籽粒灌溉水利用效率最大.各因素对玉米植株全氮累积总量的影响由大到小依次为：施氮量、拔节期灌水、苗期灌水、灌浆期灌水和抽穗期灌水.石羊河流域武威绿洲春玉米水氮耦合最佳模式为：施氮量300 kg·hm^-2,苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期分别灌水34、136、68和102 mm.     

Nitrogen solutes in an Adirondack forested watershed: Importance of dissolved organic nitrogen

Nitrogen (N) dynamics were evaluated from 1 June 1995 through 31 May 1996 within the Arbutus Lake watershed in the Adirondack Mountains of New York State, USA. At the Arbutus Lake outlet dissolved organic nitrogen (DON), NO₃ ^- and NH₄ ⁺ contributed 61%, 33%, and 6% respectively, to the total dissolved nitrogen (TDN) flux (259 mol ha^-1 yr^-1). At the lake inlet DON, NO₃ ^-, and NH₄ ^- constituted 36%, 61%, and 3% respectively, of TDN flux (349 mol ha^-1 yr^-1). Differences between the factors that control DON, NO₃ ⁺, and NH₄ ⁺ stream water concentrations were evaluated using two methods for estimating annual N flux at the lake inlet. Using biweekly sampling NO₃ ^- and NH₄ ⁺ flux was 10 and 4 mol ha^-1 yr^-1 respectively, less than flux estimates using biweekly plus storm and snowmelt sampling. DON flux was 18 mol ha^-1 yr^-1 greater using only biweekly sampling. These differences are probably not of ecological significance relative to the total flux of N from the watershed (349 mol ha^-1 yr^-1). Dissolved organic N concentrations were positively related to discharge during both the dormant (R² = 0.31; P < 0.01) and growing season (R² = 0.09; P < 0.01). There was no significant relationship between NO₃ ^- concentration and discharge during the dormant season, but a significant negative relationship was found during the growing season (R² = 0.29; P < 0.01). Biotic controls in the growing season appeared to have had a larger impact on stream water NO₃ ^- concentrations than on DON concentrations. Arbutus Lake had a major impact on stream water N concentrations of the four landscape positions sampled, suggesting the need to quantify within lake processes to interpret N solute losses and patterns in watershed-lake systems.     

红壤小流域不同利用方式氮磷流失特征研究

从红壤小流域坡地资源合理利用和保护的角度研究了不同利用方式土壤氮、磷流失的特征,结果表明：恢复保护性植被的试验区3,由于其水土流失量最低,氮、磷流失量最小。侵蚀严重的试验区5,由于水土失量最大,磷的流失量最大,但其有效磷、水溶性磷及氮素流失量低于不注重水土资源保持经营利用的试验区1、注重水土保持措施的试验区2和试验区4。由于采用了水土保持综合农林措施,有效地减轻了水土流失,试验区2和试验区4的土壤氮、磷流失量明显小于试验区1土壤氮、磷流失量,红壤小流域不同利用方式中水土保持综合措施能有效地控制土壤养分流失。2000年不同试验区土壤氮、磷的流失主要集中于5、6及8月份,其流失量占全年氮、磷流失量的90％以上,这与当地的降雨季节性分配特征有关。土壤氮、磷的坡面流失方式为推移质流失和径流流失,磷的流失形态主要为泥砂结合态,约占总磷流失量的70％以上。除试验区3以外,其它试验区泥沙结合态氮素的流失量大于水溶态氮素流失量。     

Surface runoff contribution of nitrogen during storm events in a forested watershed

We examined total Kjeldahl nitrogen (TKN) loading to a small forested stream during storm events. We hypothesized that upper soil and litter layers in riparian area are primary source of higher TKN concentrations during storm. A storm water sampling program was carried out to gather requisite flow and water quality data to calibrate and validate water and nutrient components of the Riparian Ecosystem Management Model for TKN. Water quality and storm flow data collected from January 2000 to December 2003 were used to simulate the hydrology and nitrogen transport over a second-order watershed within the Fort Benning Military Installation, Georgia. Intensive sampling conducted from October 2002 to May 2003 provided the necessary data to characterize the rising limb, peak, and recession limb of six major storm events. Simulated runoff and storm TKN loads were compared with their corresponding observed or calculated values. Hydrology and nitrogen data collected from February 21, 2003 to December 31, 2003 were used for the model validation. The hydrology component of the model showed a Nash-Sutcliffe efficiency of 87% for the validation period. The average absolute difference between simulated and calculated TKN loads was 25%. Even though the monthly water budget indicated the dominance of subsurface flow, TKN contribution from direct runoff was significantly greater than that from subsurface flow. On an average, 73% of the observed total TKN load at the watershed outlet was contributed by surface runoff during storm events. The results suggested that the surface runoff during the storm events washed off the nitrogen from the forest floor and transported to the stream.     

Nitrogen budget and gaseous nitrogen loss in a tropical agricultural watershed

Although agricultural systems in tropical monsoon Asia play a central role in the global nitrogen (N) cycle, details of the N cycle in this region on a watershed scale remain unclear. This study quantified the N budget in a tropical watershed of 221 km² on Java Island, where paddy fields cover 28% of the land, by conducting field surveys. The amount of net biochemical gaseous N loss to the atmosphere (X _GB ), which is generally difficult to determine, was calculated as the residual of the N balance. Assuming that NH₃ volatilization balances deposition, and hence subtracting NH₄–N from the N import with atmospheric deposition, the average total import and export of N per year was found to be 46.5 kg ha⁻¹ year⁻¹ over the watershed. Of this, 71% was imported as fertilizer (M _F ) and 29% with atmospheric deposition (M _AD ). On the export side, 42% was lost as X _GB , 37% with incineration of rice residues and wood fuel (X _GI ), 13% with river discharge (X _D ) and 9% with rice surplus export (X _R ). A large portion of X _GB , and consequently, a small portion of X _D could be explained by the high rate of denitrification resulting from the high temperature and humid climate, and are thought to be common features of tropical watersheds where paddy fields are found.     

流域生态与管理学科发展及研究重点

在介绍了流域生态与管理学科发展的基础上,阐述了流域生态与管理研究的基本内容,并根据我国水土保持与生态建设需求,提出我国在该领域研究任务是深入了解流域生态过程,完善野外研究基地,发展以退化生态系统恢复为主要特色的流域管理理论体系,建成不同尺度流域生态与管理研究网络及示范模型,完成流域生态与管理学科建设。近期研究的重点为流域生态系统功能过程及其模拟、土壤质量演变与生态系统健康评价理论与方法、社会经济因素对流域水土资源管理的影响过程及作用机制。     

气候变化对滇西北碧塔海流域景观演变的影响

气候变化是景观演变的重要驱动力,高海拔地带生态系统对气候变化的响应较为敏感和迅速。选择地处青藏高原东南缘,受人为干扰相对较小的碧塔海流域为研究对象,利用1958—2011年气象资料以及1955、1974、1981、1994、2005和2011年6个年代的景观类型面积,采用气候倾向率估计、Mann-Kendall突变检验方法和Pearson相关系数等统计方法,研究了香格里拉县气候变化背景下碧塔海流域景观演变特征。结果表明:(1)1958—2011年来,滇西北香格里拉县多年平均气温为5.9℃,多年平均活动积温为2146.1℃,多年平均年极端高温为24.3℃,多年平均年极端低温为-18.6℃,多年平均降水量为631.7mm。气温、活动积温和年极端低温呈显著上升趋势,近54年来气温平均上升了1.94℃,升温速率远高于云南和全国水平。年极端高温和降水量呈增加趋势,但增加不明显。滇西北高原碧塔海流域背景气候呈现显著的变暖趋势。(2)1955—2011年来,碧塔海流域自然景观演变规律为草甸和灌草丛向有林地演变,气温、活动积温和年极端低温升高趋势与有林地景观面积的增加趋势大体一致,与草甸和灌草丛变化趋势相反。(3)气温、活动积温和年极端低温与碧塔海流域草甸、灌草丛和有林地的景观面积变化具有显著的相关性,是流域景观演变的主导气候要素,在草甸和灌草丛演变成有林地的过程中发挥着重要作用。极端高温和降水量对流域景观演变的作用相对较弱。     

Nitrifier genomics and evolution of the nitrogen cycle.

Advances in technology have tremendously increased high throughput whole genome-sequencing efforts, many of which have included prokaryotes that facilitate processes in the extant nitrogen cycle. Molecular genetic and evolutionary analyses of these genomes paired with advances in postgenomics, biochemical and physiological experimentation have enabled scientists to reevaluate existing geochemical and oceanographic data for improved characterization of the extant nitrogen cycle as well as its evolution since the primordial era of planet Earth. Based on the literature and extensive new data relevant to aerobic and anaerobic ammonia oxidation (ANAMMOX), the natural history of the nitrogen-cycle has been redrawn with emphasis on the early roles of incomplete denitrification and ammonification as driving forces for emergence of ANAMMOX as the foundation for a complete nitrogen cycle, and concluding with emergence of nitrification in the oxic era.     

浙江赋石水库集水区板栗林土壤氮素迁移特征

本研究通过在板栗林地设置径流小区,于2013年1—10月间采集径流水样进行测试,同时结合雨季前后土壤氮素数据,分析了浙江北部赋石水库集水区板栗林土壤氮素迁移特征.结果表明: 板栗林地的10次地表径流事件中,各径流小区径流水量差别较大,最大达0.51 m³;其中氮是主要的流失元素,硝态氮(NO₃^--N)、铵态氮(NH₄⁺-N)、总氮(TN)和化学需氧量(COD_Mn)的浓度分别为0.02～1.87、0.04～3.53、1.69～5.33和5.30～14.07 mg·L^-1,各水质指标受径流水量影响较大,且用一元一次方程可以较好地拟合氮素流失量与径流水量之间的相关关系;雨季前后板栗林地径流场上部、中部和下部3个位置的土壤中,氮素含量差异较大;总的变化趋势是随着海拔升高氮素含量增加,随着土层深度加深氮素含量降低.比较雨季前后4种土壤氮素(NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN 和水解性氮Hydro-N)的差异发现,差异较大的为Hydro-N和TN,平均差异值为20.21和307.49 mg·kg^-1.该区氮素随径流流失风险较大,对赋石水库水体富营养化构成潜在压力,需重点关注.     

流域非点源氮素流失空间分异特征的多时间尺度分析

流域非点源污染关键源区的定位是控制和治理流域非点源污染的重要问题,为进一步揭示时间尺度对流域非点源氮素流失空间分异特征的影响,通过构建山美水库流域SWAT模型,在对各个子流域的总氮(TN)流失强度进行模拟的基础上,从多年平均、多年月平均、场次暴雨洪水过程等3种时间尺度,对氮素流失的空间分异特征和关键源区进行分析,并通过多元线性相关分析,对自然和人为因素的影响进行研究.结果表明： 不同时间尺度下流域氮素流失空间差异均十分显著,氮素流失空间分异程度以多年月平均最高,场次暴雨洪水过程最低;桃溪亚流域氮素流失量最大,是非点源氮污染关键源区.不同时间尺度下,土地利用类型均是影响流域非点源氮素流失空间分布的主要因素,而降雨、径流等自然因子对氮素流失空间分异的影响仅表现在不施肥月份和部分不施肥场次的暴雨洪水过程,这种规律与土地利用及施肥具有显著空间变化、而降雨径流的空间变异程度低有关.