科尔沁草甸生态系统水分利用效率及影响因素

生态系统水分利用效率(WUE)是衡量碳水循环耦合程度的重要指标。利用科尔沁温带草甸草地碳水通量观测数据,对该生态系统总初级生产力水分利用效率(WUEGPP)的日季变化规律及对环境和生理因子的响应进行分析。结果表明:(1)WUEGPP日变化呈下降-稳定-上升的变化趋势,最大值出现在日出后1—2 h,阴天条件下WUEGPP高于晴天,生长中期WUEGPP高于生长初期和末期;(2)总初级生产力、总蒸散和WUEGPP季节变化均呈夏季高、春秋低的形式,生长季平均值分别为0.57 mg m-2s-1、0.08 g m-2s-1和5.97 mg/g,最大值分别为1.49 mg m-2s-1、0.16 g m-2s1和13.62 mg/g;(3)总初级生产力与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系;总蒸散与气温呈二次曲线关系,与饱和差、叶面积指数和冠层导度相关性均不显著;(4)WUEGPP与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系,饱和差、冠层导度和叶面积指数分别为2.0 k Pa、0.0015 m/s和4.2是控制WUEGPP增加的阈值;(5)净生态系统生产力水分利用效率(WUENEP)和净初级生产力水分利用效率(WUENPP)季节变化规律与WUEGPP一致,均值分别为3.47和5.47 mg/g。     

土地利用变化对土壤温室气体排放通量影响研究进展

土壤是大气中主要温室气体(如CO2、CH4和N2O)重要的源或汇,土地利用方式的改变将会导致土壤相关微环境及其生理生化过程发生改变,从而显著影响土壤中温室气体的产生与排放。在全球变化和土地利用大幅度改变的背景下,国际上已逐步开展了关于土地利用变化对土壤温室气体通量的研究。本文在简要介绍土地利用变化与土壤温室气体通量研究的基础上,重点论述了农田、草地和森林互换、湿地向农田转变、不同土地利用类型(森林、草地、湿地和农田)内部变化对3种土壤温室气体排放的影响,并从3种土壤温室气体产生的关键过程简单阐述其主要影响机理。根据目前研究中存在的不足,提出了今后需要加强的领域,以期更好地揭示土地利用变化对土壤温室气体通量的影响及作用机理,为今后深入开展相关研究提供参考。     

大兴安岭重度火烧迹地天然次生林土壤温室气体通量及其影响因子

为研究大兴安岭重度火烧迹地自然恢复后的林分土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,对生长季(6—9月)天然次生林土壤温室气体CO₂、CH₄、N₂O通量进行原位观测.结果表明: 1)生长季内天然次生林土壤为大气CO₂、N₂O的源,CH₄的汇,平均通量分别为575.81 mg·m^-2·h^-1、17.81 μg·m^-2·h^-1和-68.69 μg·m^-2·h^-1;CO₂与CH₄通量在生长季内表现出明显的双峰变化规律,N₂O通量则呈单峰变化,且均在8月达到观测期的最大值.2)土壤温度是影响该区天然次生林土壤温室气体通量的主控因子,土壤湿度和大气湿度在昼夜与季节尺度上与土壤温室气体通量的相关性不同.3)该区天然次生林9:00—12:00时段观测获得的土壤气体通量值经矫正后可代表当日气体通量.研究补充了大兴安岭火烧迹地森林生态系统温室气体通量数据,为该区土壤温室气体源汇的相关研究提供了依据.     

沙坡头人工植被固沙区生物结皮-土壤系统温室气体通量特征

荒漠生物结皮-土壤系统温室气体(CO2、CH4和N2O)通量数据的缺乏,给区域尺度上温室气体通量的估算带来很大的不确定性.2011—2012年在腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同时期建植的人工植被固沙区,采用静态箱-气相色谱法研究了不同类型和不同演替阶段生物结皮覆盖的土壤CO2、CH4和N2O的通量特征.结果表明:结皮类型、恢复时间及二者与采样时间的互作显著影响CO2通量;恢复时间、结皮类型与采样时间的互作显著影响CH4通量;采样日期显著影响CO2、CH4和N2O通量.苔藓结皮年均CO2通量(105.1 mg·m-2·h-1)显著高于藻类结皮(37.7 mg·m-2·h-1).荒漠生物结皮-土壤系统年均CH4和N2O吸收通量分别为19.9和3.4μg·m-2·h-1.藻类结皮的年均CH4和N2O吸收通量略高于苔藓结皮,但差异并不显著.随着荒漠生物结皮的发育和演替的深入,生物结皮-土壤系统呼吸逐渐增加,CH4和N2O吸收能力逐渐下降.与藻类结皮相比,苔藓结皮呼吸对温、湿度的变化更为敏感,且随着生物结皮的发育和演替的深入逐渐增强.温度和湿度不是决定荒漠生物结皮-土壤CH4和N2O通量的关键因子.     

林火干扰对土壤性质及温室气体通量的影响

林火干扰是森林生态系统重要的干扰因子。林火的发生烧毁大量的森林资源,释放温室气体到大气当中,同时林火对土壤物理、化学性质以及土壤微生物都会产生一定的影响,进而影响到地-气主要温室气体的释放。本文综述了不同强度的森林火灾对土壤物理、化学性质以及土壤微生物的影响;森林火灾发生后的不同时间序列上地-气主要温室气体CO2、CH4、N2O通量的变异;尤其是在全球气候变暖背景下,冻土区森林火灾发生后,随冻土的融化,温室气体排放;林火发生时高温缺氧环境下往往会形成燃烧程度不同的木炭;本文还综述了火烧迹地木炭的不同管理方式如火场清理或就地掩埋,及其对火烧迹地土壤性质以及温室气体通量的影响。最后,提出今后应该注意的几个问题,并指出未来可能的研究拓展方向。     

华北平原冬小麦农田生态系统CO_2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO_2通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO_2通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO_2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO_2·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO_2·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据.采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素.结果 表明:30年生红松和落叶松人工林...     

四川省生态系统土壤保持功能空间特征及其影响因素

土壤保持是生态系统通过其结构与过程减少由于降水所导致的土壤侵蚀的作用,是生态系统重要调节服务之一。四川省位于长江上游,是我国重要的生态安全屏障区域,对其生态系统土壤保持功能的保护和土壤侵蚀的控制是维持长江中下游生态安全的重要保障。研究采用通用土壤流失方程(USLE)和统计学方法,对四川省生态系统土壤保持功能的空间特征以及影响因素展开分析,结果表明:(1) 2015年,四川省生态系统土壤保持总量为199.01亿t,平均土壤保持强度约409.43 t hm-2a-1,森林和灌丛生态系统是土壤保持功能的主体,农田生态系统仍发挥了相当数量的土壤保持作用,但农业活动中需注意采取水土保持措施;(2)空间上,土壤保持功能较强的区域主要位于地形起伏明显的盆周山地区(包括龙门山、邛崃山、大凉山和米仓山等),以巴中市、雅安市、达州市、广元市、攀枝花市、乐山市等地的平均土壤保持强度较高,以凉山州、阿坝州、甘孜州、雅安市、巴中市、达州市等地的土壤保持极重要区分布较广;(3)自然因素中,气候和地形是影响研究区生态系统土壤保持空间格局的主要因素,土壤因素在区域尺度上也表现出一定的影响,植被因素则可能在局域尺度上发挥作用。研究从土壤保持功能角度揭示了保障生态安全的重要区域,研究结果可为四川省的生态保护和侵蚀控制提供科学指导。     

玉渡山水库生长季温室气体排放特征及其影响因素

为了探讨温带水库温室气体排放规律,采用静态箱-色谱分析法,研究了温带地区库龄10年内的北京玉渡山水库生长季3种温室气体CO2、CH4及N2O排放特征,及其影响因子。结果表明:样地类型、测定月份与样地类型交互作用对3种温室气体通量影响极显著,5月消落带CO2通量(664.31mg·m-2·h-1)达到最大,显著高于入库口和浅水区;8月消落带CH4通量(0.87mg·m-2·h-1)及N2O通量(3.05mg·m-2·h-1)最大;8月,切除消落带样地地上植物后,3种温室气体通量均有所降低。CO2通量与地下5cm地温、氧化还原电位和水体总氮显著正相关,与地上生物量和水体pH显著负相关;CH4通量与地表温度、地上生物量、水体pH呈显著相关,与水体总氮和水体铵态氮显著负相关;N2O通量与水体总氮含量显著相关,与水体pH显著负相关。采取平均估值法初步推测,在生长季,水库消落带、入库口及浅水区CO2排放量依次为15960、2160、-70kg·hm-2;CH4排放量依次20.04、-7.05、14.8kg·hm-2;N2O排放量依次83.42、3.79、-1.54kg·hm-2;表明消落带3种温室气体的排放量均较高,为玉渡山水库3种温室气体排放的重点区域。     

青藏高原高寒草甸生态系统碳通量特征及其控制因子

青藏高原特殊的气候变化特征,在区域生态系统碳动态平衡起着重要作用。本文就青藏高原不同生态系统CO2通量的时空变化及其影响因子和控制途径进行综述,以明确青藏高原植草地生态系统的碳源汇状况及时空变化特征,为全球变化的研究提供依据。     

洪湖湿地生态系统土壤有机碳及养分含量特征

洪湖湿地是长江中游地区重要湿地生态区域,在维持区域生态安全中发挥着重要作用.通过对洪湖湿地5种类型土壤进行有机碳及养分含量进行研究,为湿地生态系统地球化学循环及碳储量估算提供重要基础.结果表明,(1)洪湖土壤有机碳含量随土壤容重增加递减.(2)洪湖湿地土壤有机碳平均含量为:湖中淤泥＞洪泛平原湿地＞草本沼泽＞林地＞农田,其中湖底淤泥的有机碳平均含量6.74％,农田的有机碳平均含量为1.241％.此外,有机碳含量随土层的加深而减少.(3)湖底淤泥N的平均含量(4.623±0.535) g/kg、Ca的平均含量(26.262±4.201) g/kg,与洪泛平原湿地、草本沼泽及林地有显著性差异.农田P的平均含量(2.876±1.253) g/kg-、K的平均含量(7.205±0.159) g/kg,与湖底淤泥、洪泛平原湿地、草本沼泽及林地有显著性差异.(4)湖底淤泥中Cu的平均含量(40.19±3.04) mg/kg,Fe的平均含量(8560.90±80.98) mg/kg,Co的平均含量((29.66±0.67) mg/kg),Cu、Fe和Co的平均含量都显著小于洪泛平原湿地、农田及林地,Pb的平均含量(35.13±2.40) mg/kg,Mn的平均含量(749.65±54.07) mg/kg,这两个元素的含量均与农田及林地有显著性的差异.湖底淤泥中重金属元素的平均含量小于其余4种湿地类型土壤.     

Linking soil process and microbial ecology in freshwater wetland ecosystems

Soil microorganisms mediate many processes such as nitrification, denitrification, and methanogenesis that regulate ecosystem functioning and also feed back to influence atmospheric chemistry. These processes are of particular interest in freshwater wetland ecosystems where nutrient cycling is highly responsive to fluctuating hydrology and nutrients and soil gas releases may be sensitive to climate warming. In this review we briefly summarize research from process and taxonomic approaches to the study of wetland biogeochemistry and microbial ecology, and highlight areas where further research is needed to increase our mechanistic understanding of wetland system functioning. Research in wetland biogeochemistry has most often been focused on processes (e.g., methanogenesis), and less often on microbial communities or on populations of specific microorganisms of interest. Research on process has focused on controls over, and rates of, denitrification, methanogenesis, and methanotrophy. There has been some work on sulfate and iron transformations and wetland enzyme activities. Work to date indicates an important process level role for hydrology and soil nutrient status. The impact of plant species composition on processes is potentially critical, but is as yet poorly understood. Research on microbial communities in wetland soils has primarily focused on bacteria responsible for methanogenesis, denitrification, and sulfate reduction. There has been less work on taxonomic groups such as those responsible for nitrogen fixation, or aerobic processes such as nitrification. Work on general community composition and on wetland mycorrhizal fungi is particularly sparse. The general goal of microbial research has been to understand how microbial groups respond to the environment. There has been relatively little work done on the interactions among environmental controls over process rates, environmental constraints on microbial activities and community composition, and changes in processes at the ecosystem level. Finding ways to link process-based and biochemical or gene-based assays is becoming increasingly important as we seek a mechanistic understanding of the response of wetland ecosystems to current and future anthropogenic perturbations. We discuss the potential of new approaches, and highlight areas for further research.     

亚热带不同植被类型土壤磷组分特征及其影响因素

研究了戴云山常绿阔叶林、针阔混交林和针叶林3种植被类型土壤磷组分、微生物生物量磷以及酸性磷酸单酯酶(ACP)和磷酸双酯酶(PD)的活性.结果表明: 3种植被类型土壤易分解态磷仅占总磷(TP)的1.0%～4.5%,且碳(C)与有机磷(Po)的比例>200,表明本研究区受到磷限制.Po是土壤磷库的主要组分,在淋溶层(A层)和淀积层(B层)土壤中分别占TP的44.8%～47.1%和28.6%～30.6%.冗余分析表明,A层土壤磷组分主要受PD影响,而B层主要受ACP调控,且PD和ACP均与Po呈显著负相关.亚热带地区3种植被类型土壤均缺磷,PD和ACP对有机磷的分解可能是该地区森林生态系统对磷限制的适应机制.     

设施土壤生态环境特点与调控

论述了设施土壤生态环境的特性主要是土壤养分富集 ,土壤板结 ;土壤酸化、次生盐渍化和连作障碍严重 ;土壤产生有害气体 ;土壤微生物区系变化很大。这些特点主要是盲目大量施肥 ,土壤长期连续利用 ,土壤环境密闭 ,单一化栽培 ,用肥种类不合理及某些化学物质积累造成的。利用生物、农业耕作、地上环境和工程措施调控相结合 ,是调控设施土壤生态环境的有效方法 ,土壤生物学的应用将是改善设施土壤生态环境新的研究方向。     

中国典型森林生态系统土壤水分时空分异及其影响因素

森林土壤水分作为物质与能量循环的载体影响林木生长与发育,并通过影响水分在陆气之间的循环与分配影响区域气候。基于我国不同气候带的9个森林生态系统定位观测站的长期观测数据,探究了2005-2016年中国典型森林生态系统土壤水分的空间分异及其时间动态,并进一步分析了影响其时空分异的环境因素。主要研究结论如下：（1）9个森林生态系统的土壤水分多年均值介于12.45%-36.30%之间,空间上呈现中温带、亚热带、热带土壤水分较高,暖温带土壤水分较低的分布特征。降水蒸散差（降水与蒸散的差值）可以解释我国森林生态系统土壤水分空间分异的62%（P<0.05）;（2）我国北部与东部季风区森林区域土壤水分呈上升趋势,降水上升是主因,其中暖温带北京、南亚热带鼎湖山与鹤山森林土壤水分上升趋势显著,增幅分别为0.67%/a、1.72%/a与0.69%/a;西南地区森林生态系统土壤水分呈下降趋势,该趋势由降水下降与蒸散上升共同导致,其中中亚热带贡嘎山及哀牢山森林生态系统土壤水分下降趋势显著,降幅分别为-1.77%/a与-0.94%/a;土壤水分时间分异与降水蒸散差的相关性最高（R=0.59,P<0.01）;（3）土壤水分呈下降趋势的森林生态系统中,春季土壤水分变化主导了年际变化,土壤水分上升的森林生态系统中,年际变化则是由秋、冬季主导。（4）与ERA-interim土壤水分再分析数据比较得出,两者在空间格局与变化趋势上均具有较高的一致性。CERN土壤水分观测数据反映了无人为干扰的自然条件下森林土壤-植被-气候之间的反馈作用,可为基于模型的土壤水分研究提供长时序的验证数据。     

Leachate treatment and greenhouse gas emission in subsurface horizontal flow constructed wetland

Organic and nitrogen removal efficiencies in subsurface horizontal flow wetland system (HSF) with cattail (Typha augustifolia) treating young and partially stabilized solid waste leachate were investigated. Hydraulic loading rate (HLR) in the system was varied at 0.01, 0.028 and 0.056 m³/m² d which is equivalent to hydraulic retention time (HRT) of 28, 10 and 5 d. Average BOD removals in the system were 98% and 71% when applied to young and partially stabilized leachate at HLR of 0.01 m³/m² d. In term of total kjeldahl nitrogen, average removal efficiencies were 43% and 46%. High nitrogen in the stabilized leachate adversely affected the treatment performance and vegetation in the system. Nitrogen transforming bacteria were found varied along the treatment pathway. Methane emission rate was found to be highest at the inlet zone during young leachate treatment at 79–712 mg/m² d whereas CO₂ emission ranged from 26–3266 mg/m² d. The emission of N₂O was not detected.