土抗剪强度的影响因素与研究发展

在生活中有许多建筑物是由于地基变形过大或不均匀发生了影响到建筑物使用或安全的事故,这种事故一方面是沉降造成的,另一方面是由土体的强度受到破坏而造成的。本研究以土体的强度为研究对象,通过土的直剪实验,分析影响土抗剪强度的因素,并提出目前土的抗剪强度研究中存在的一些问题,为进一步深入研究地基基础的设计奠定基础。     

微生物在预防地震中的作用

强烈地震会造成建筑物倒塌甚至人员伤亡。而建筑物下面的地基极为重要，那些含沙质土壤的地表一旦发生地震，土壤就会像液体一样出现“流动”现象，位于其上的建筑物很容易发生振动或震动，强烈地震则造成其受损或倒塌。为弥补沙质土壤地基的弱点，可采取两方面的对策措施：一是化学方法，即注入某些化学物质如环氧的化学物质以增强建筑物地基的抗震性，从而可减少地震带来的损失；但缺点是该化学物质对土壤和地下水均有毒性，不适宜采用。     

大气氮沉降通量观测方法

工农业的发展引起含氮化合物排放量日益增多,导致大气向地面输入的沉降量相应增加。大气氮沉降是自然生态系统重要的氮素来源,沉降量的增加必然会对生态系统的生物地球化学循环产生干扰。针对大气氮沉降组成复杂、时空变异性大、观测的技术方法不统一、研究结果之间可比较性差等关键科学问题,本文从大气氮沉降来源和组成出发,综述了过去几十年来国内外大气氮素干湿沉降在观测方法和测试手段方面的重要进展,详细描述了传统雨量计收集法、降水降尘仪法、阴阳离子交换树脂法、降尘缸收集法和沉降速率法等干、湿沉降观测方法的原理,对比不同方法存在的优点与不足;简要对比了国内外大气干、湿沉降通量状况,提供了大气氮沉降区域分布格局方面的量化信息;初步阐明了大气氮沉降观测研究的理论基础和观测原理,为对比分析不同观测方法获得的观测结果提供定性参考,并为不同生态系统氮沉降研究选择合理的观测方法提供理论依据。     

氮沉降对草地凋落物分解的影响研究进展

随着人类干扰和全球变化的加剧,大气氮沉降量迅速地增加,对草地生态系统碳循环过程产生了显著影响。凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,也是土壤碳库的主要来源和维持土壤肥力的基础。凋落物分解深受非生物、生物因子及其交互作用的影响。氮沉降通过影响土壤氮有效性、凋落物产量和质量、土壤生物因子及凋落物分解环境来影响分解。该文综述了氮沉降对草地凋落物分解过程的影响及其机理,包括对土壤氮有效性,凋落物产量、质量,土壤微生物和酶活性以及凋落物分解环境的影响,在系统分析国内外研究现状的基础上,探讨整合了目前氮沉降影响草地凋落物分解的主要研究内容、方向、方法以及存在的主要问题,并对未来的重点研究方向进行了展望,以期为深入研究草地生态系统碳循环过程与氮沉降之间的相互作用与反馈机制提供参考。     

南方滨海地区盐雾沉降的时空分布——以福建古雷半岛为例

研究滨海地区盐雾沉降的时空分布及其影响因素,以期为滨海绿化植物的选择与配置提供依据.以福建省古雷半岛为研究站点,设置盐雾沉降缸研究离海岸线距离和防护林对盐雾沉降量的影响;同时模拟不同生活型植物的高度,研究不同高度盐雾沉降量的差异.结果表明:春夏秋冬四季,盐雾沉降量均表现出随离海距离的增加逐渐降低的趋势,冬季盐雾沉降量在离海岸线500 m内快速下降,在500 m以外则下降速度趋缓;防护林的存在能减少盐雾沉降量,这种效果在盐雾危害严重的冬季更明显,可使盐雾沉降量降低15.4%;在无防护林遮挡条件下,盐雾沉降量在不同高度上差异不显著;主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)显示,离海距离、平均风速和东北风向频率是3个影响盐雾沉降量的主要环境因子.南方沿海地区盐雾沉降量存在明显的时空变化,离海500 m范围为盐雾危害重点防范区域,防护林或类似遮挡物的存在,可以显著减少盐雾沉降量.     

丹江口水库淅川库区大气氮湿沉降特征

大气氮沉降是除河流输入外水库水体重要的外源氮输入途径。以丹江口水库淅川库区为研究区,于2018年11月至2019年10月在库区周边设置了6个采样点,采集并分析了库区大气氮湿沉降样品,探讨氮湿沉降的时空分布特征以及对水库水体外源氮输入的贡献。研究结果表明,研究区大气氮湿沉降量为24.21 kg hm^-2 a^-1,其中氨氮占比（47.45％）为最大,有机氮占比（36.34％）次之,硝氮占比（16.21％）最小。硝氮湿沉降量在空间上表现出显著差异性。氨氮、有机氮湿沉降量的季节差异显著,氨氮是以夏季最高,秋季次之,冬季最低,而有机氮是以秋季最高,夏季次之,冬季最低。氨氮、硝氮、有机氮湿沉降量之间存在显著相关性,氨氮、有机氮湿沉降量与降水量之间存在显著相关性。总氮、氨氮湿沉降量分别为1321.98 t/a和627.34 t/a,分别占河流总氮、氨氮入库量的10.82％、34.85％。研究结果可为探索有针对性的库区水体氮污染控制途径提供重要理论基础。     

氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响

大气氮沉降已经并将继续对森林土壤主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量产生影响.综述了国内外氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响及其机理的研究现状.由于森林类型、土壤N状况、氮沉降量及沉降类型等不同,氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响主要表现为抑制、促进和不显著3种效果.在N限制的森林中,氮沉降对土壤主要温室气体通量无显著影响,或促进土壤CO2排放;在"N饱和"的森林中,氮沉降可减少土壤CO2排放,抑制对大气CH4的吸收,增加N2O排放.分析了产生以上影响效果的作用机理,介绍了氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响的研究方法,探讨了该领域存在的问题及未来研究的方向.     

丹江口水库氮干沉降的时空特征及生态影响

氮沉降是水库水体外源氮输入的重要途径,对水生态系统有直接影响。通过采集丹江口水库淅川库区162个大气氮干沉降样品,分析了库区氮干沉降通量特征、典型农业期对氮沉降的贡献以及潜在的生态影响。结果表明：库区氮干沉降通量为22.60 kg N·hm^-2·a^-1,有机氮沉降量占总氮沉降通量的50.8%,以有机氮沉降为主;库区东北与西南区域氮干沉降通量较高,而北部和东南区域较低;春、秋季库区总氮、有机氮和尿素沉降通量高于夏、冬季,铵态氮沉降通量在夏季最高,硝态氮沉降通量在冬季最高,与氮素的来源、农业生产活动以及气象因素有关;典型农业期氮干沉降量月均值是非典型农业期的1.75倍,农业活动对总沉降量的贡献不容忽视;淅川库区大气氮干沉降通量是我国湖泊营养盐总氮沉降临界负荷的2.26倍,有潜在的水体富营养化风险,需重点关注典型农业活动期对水生态系统的影响。     

基于降水和径流的长江源头氮素收支研究

在全球变暖的背景下,生态环境相对脆弱的江河源区的生态系统过程和生态安全是人们关注的重点,氮素作为生态系统功能和过程的重要限制性因子,其平衡和收支研究对于深入理解和分析全球变化背景下的生态系统过程具有十分重要的意义。作者利用降水,径流,输沙等数据,建立了长江上游源头地区简单的氮素收支过程,计算了长江上游源头区域的大气氮沉降总量,径流氮输出总量,泥沙氮输出总量,长江源头地区的氮收支总量,并得出以下结论:(1)长江源头地区氮素湿沉降主要集中在夏季,沉降量占到全年总湿沉降量的近70%,春季和秋季的沉降量基本相同;(2)长江源头地区氮湿沉降量为0.290—0.307gN/(m.2a),总沉降量为0.345—0.385gN/(m.2a)。在考虑径流损耗后,长江源头地区陆面实际获得的氮沉降总量为0.275—0.315gN/(m.2a);(3)输沙是流域氮损失的一个重要因素,泥沙携带的氮素有约10%溶解在径流中被径流携带。平均每年由于输沙造成的氮损失约为0.606gN/(m.2a);(4)整个长江源头地区平均每年由降水、径流和输沙作用产生的平均氮损失为-0.306N/(m.2a),说明整个长江上游源头流域是一个氮源。     

氮沉降和土壤线虫对落叶松人工林土壤有机碳矿化的影响

大气氮沉降不仅含有无机态氮,还含有大量有机态氮,然而目前大部分研究主要关注无机态氮沉降对土壤有机碳(SOC)矿化的影响,对于有机态氮沉降的影响关注甚少。为更全面地了解大气氮沉降对SOC矿化的影响,我们在温带落叶松(Larix gmelinii)人工林长期氮沉降试验样地中采集了对照(CK)、无机氮(IN)、有机氮(ON)及无机氮有机氮混施(IN∶ON=7∶3;MN)4种不同氮沉降处理的表层土壤(0~10 cm),然后进行室内恒温(25℃)培养62 d,测定SOC矿化速率。同时,为了研究氮沉降背景下土壤线虫在SOC矿化中的作用,我们将每个氮沉降处理的土壤分为2组,分别添加或不添加线虫抑制剂。结果显示:与CK处理相比,IN、ON及MN处理均显著降低了SOC矿化速率,其SOC累积矿化量分别降低了15.7%、23.9%和34.3%,表明无机有机氮混施处理对SOC矿化的抑制作用大于无机氮沉降和有机氮沉降。因此,单一形态的氮沉降模拟研究可能低估了大气氮沉降对SOC矿化的抑制作用。另外,添加线虫抑制剂促进了SOC矿化,且添加线虫抑制剂在IN、ON和MN处理中对SOC累积矿化量影响的效应值较CK处理分别增加了0.08%、42.40%和29.0%,该结果表明,土壤线虫对SOC矿化的影响与氮沉降形态有关。相关性分析结果显示,SOC累积矿化量与土壤C∶N、有效磷含量及真菌∶细菌呈显著正相关,与土壤硝态氮含量和革兰氏阳性细菌∶革兰氏阴性细菌比呈显著负相关。因此,在全球变化背景下,氮沉降的增加有利于降低温带森林生态系统土壤碳释放。     

大气氮沉降的基本特征与监测方法

大气氮沉降主要以干湿沉降两种形式将有机和无机形态的氮带入生态系统,是氮素生物地球化学循环的重要环节之一.近年来人类活动的加强,使得大量活性氮素进入大气,高排放量导致氮沉降通量急剧上升,引起一系列的环境风险,因此,对大气氮沉降的研究也越来越受到关注.本文总结了大气氮沉降的组分、过程、时空变异及生态效应,归纳了目前采用的干湿沉降的监测手段、临界负荷计算方法及污染物来源解析方法等,展望了氮沉降研究的发展趋势.     

南亚热带森林土壤微生物量碳对氮沉降的响应

研究了鼎湖山自然保护区3种森林生态系统土壤微生物量碳对氮沉降增加的响应.选取南亚热带代表性森林类型马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)建立野外模拟氮沉降试验样地.2003年7月开始每月进行氮处理.这些处理分别为对照、低氮处理、中氮处理和高氮处理,即0、50、100 kg N hm-2 a-1 和150 kg N hm-2 a-1.在2004年11月和2006年6月用氯仿熏蒸浸提法分别测定土壤微生物量碳和土壤可浸提有机碳.土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量均表现为2006年6月高于2004年11月;季风林高于马尾松林和混交林.随着氮沉降增加季风林土壤微生物量碳减少,但可浸提有机碳含量则增加,且此趋势在高氮处理下表现明显.然而,氮沉降增加对马尾松林和混交林土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量的影响不显著.以上结果表明,氮沉降增加可能提高季风林土壤有机碳的固持能力.     

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。     

小麦和大豆叶片的气孔不均匀关闭现象

用14CO2放射自显影的方法研究了田间小麦和大豆叶片在水分胁迫下的气孔关闭状况。正常浇水的小麦和大豆叶片呈现出对14CO2的均匀吸收。在小麦与大豆"片水势分别降至-1．75和-1．32MPa的土壤干旱条件下,两种作物叶片都发生气孔不均匀关闭。离休叶片在空气中快速脱水易引起气孔不均匀关闭。正常供水小麦叶片在晴天中午明显的光合午休时,无CO2的不均匀吸收。某些晴天中午,在大豆光合午休低谷时段观察到较明显的气孔不均匀关闭,用气体交换资料计算出的细胞间隙CO2浓度并不随气孔年度的降低而下降,反而略有回升。     

陆地生态系统氮沉降的生态效应:研究进展与展望

随着人类对能源和食物需求的持续增长,化石燃料和化学肥料的消耗急剧增加,导致全球范围内大气氮沉降速率快速升高。目前,我国已成为全球大气氮沉降的热点区域,且氮沉降量可能会在较长一段时间内累积增加,已严重威胁到生态系统结构和功能的稳定。该文梳理了近40年来国内外氮沉降生态效应研究的发展历史和前沿进展,综述了氮沉降对陆地植被系统、土壤微生物群落和生态系统元素(碳、氮、磷)循环的影响及其作用机制。研究表明:氮沉降导致的活性氮在陆地生态系统中的累积,改变了土壤环境、元素平衡和物种共存关系,驱动了生物多样性以及生态系统结构和功能的改变。氮沉降速率、沉降持续时间、氮输入形式、生物系统的生态化学计量内稳性和非生物环境条件共同决定了生态响应的性质和程度。基于对国内外氮沉降研究进展和发展趋势的分析,该文讨论了我国在该研究领域存在的问题与不足,倡议建立更为完善的全国性长期监测研究平台,开展区域尺度甚至全球联网研究。同时,要考虑多因子耦合,从现象特征的描述向机理探究推进,从而全面提升我国氮沉降生态效应基础研究与生态风险管理水平。     

氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响

为探讨氮沉降对亚热带森林土壤有机碳矿化及土壤酶活性的影响规律,在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验。试验设计为4种处理,分别为N0（对照）、N1（60 kg N?hm-2?a-1）、N2（120 kg N?hm-2?a-1）和N3（240 kg N?hm-2?a-1）,每处理重复3次。通过28 d的培养后发现,各土层有机碳日均矿化量随培养时间的延长呈下降趋势,而有机碳累计矿化量则逐步增加。不同氮沉降处理下各土层有机碳累计矿化量总体趋势表现为：随着氮沉降量的增加而降低,日均矿化量降低幅度以N1最大,其次是N0和N2,N3降幅最小。相同N沉降处理下,参与土壤碳循环的6种主要酶（蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化物酶）活性、土壤有机碳日均矿化量和有机碳累计矿化量均随土层加深而降低。氮沉降对6种土壤酶活性的影响存在差异,对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用,而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用;中-低氮沉降（N1、N2）对蔗糖酶无影响,而对β-葡糖苷酶具有促进作用,高氮沉降（N3）促进了蔗糖酶活性,但抑制了β-葡糖苷酶活性。表层土壤中,土壤有机碳累积矿化量与土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、过氧化物酶活性呈显著正相关。因此,氮沉降促进了表层土壤纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性,但在一定程度上抑制了淀粉酶和过氧化物酶,对土壤有机碳矿化也表现出明显的抑制作用。     

降水年内分配不均匀性指标

径流量及其分配过程依赖于降雨特征,它关系到水利设施规模和水资源合理配置。本文借鉴水文界经验,应用降雨集中度、降雨不均匀系数和调节系数概念,并对后2个系数进行修订,使其值域介于0～1。利用中原地区有代表性的4个气象台站1951—2005年的日降雨资料,计算并分析比较了降雨集中度、降雨不均匀系数和调节系数在河南省的适用性。结果表明:降水集中度、降水不均匀系数和调节系数从不同侧面反映了降水量的年内分布特征。3个指标具有一定的可比性,但数值上用同样资料计算的调节系数都要大于不均匀系数;4站候、旬和月的降水不均匀系数有相同的分布规律,随着时段的延长,不均匀系数增大,其变幅也增大,而调节系数则不同,随着时段的延长,降水调节系数减小,而相应的变幅则增大;分别采用候、旬和月的降水资料计算的降水集中度、不均匀系数和调节系数之间具有很好的一致性,最小的相关系数为0.60(P<0.001),说明3个指标间可互为代替;采用候、旬和月计算的降水集中度两两之间呈显著相关,相关系数为0.98;候、旬和月不均匀系数之间的相关系数为0.75;候、旬和月的调节系数之间的相关系数与不均匀系数相当。表明这3个指标在不同时间尺度间具有明显的一致性,在河南区域只应用月降水量就能反应降水的不均匀性。     

长白山森林生态系统大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征

2009—2010年期间,利用雨量计收集法在长白山森林生态系统定位站开展定位观测,分析降水中氮素浓度,研究了该区域大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征。结果表明,各形态氮素月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性;其降水中浓度主要受降水量和降水频次的影响。全年氮素湿沉降中TN、TIN和TON的沉降量分别为27.64 kg N hm-2a-1、11.05 kg N hm-2a-1和16.59 kg N hm-2a-1,TON为沉降主体,占60.02%;其大气氮沉降量主要由降水量和降水中氮素浓度共同决定。该地区氮湿沉降量已处于我国中等水平,考虑到氮素的干湿沉降比例,本区域的年氮沉降量已接近或超过本区域的营养氮沉降临界负荷,存在一定的环境风险。该地区生长季(5—10月)的氮沉降量(16.59 kg N hm-2a-1)占全年氮沉降量的比例达到73.20%。生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显。     

我国雷州半岛典型农田大气氮沉降

近一个半世纪以来,粮食和能源需求导致活性氮创造的急剧增加,从而导致各种活性氮的排放及其沉降的增加。氮沉降引起土壤酸化,水体富营养化,及敏感生态系统植物多样性的丧失等不良生态效应。因此定量不同生态系统氮沉降量对于确定该地区生态系统安全及氮循环有重要意义。南方地区氮沉降已有较多研究,主要集中于湿沉降的研究,选取雷州半岛地区典型农田综合研究了大气氮素的干湿沉降。结果表明:大气活性氮浓度NH3、HNO3、NO2、pNH+4和pNO-3浓度分别为5.62、0.88、3.16、3.30、2.02μg N/m3。采用欧洲氮沉降监测网的氮干沉降速率估算了大气氮干沉降量为17.6 kg N hm-2a-1。大气降雨NO-3-N浓度为(0.86±0.36)mg N/L,NH+4-N浓度为(1.11±0.68)mg N/L,大气降雨无机氮含量冬季最高,夏季最低。大气无机氮年湿沉降总量为25.3 kg N/hm2。湿沉降NH+4-N和NO-3-N,干沉降NH3、HNO3、NO2、pNH+4、pNO-3分别占沉降量的30.8%、28.0%、23.7%、5.4%、2.8%、3.9%、5.4%。湿沉降NH+4和干沉降NH3在氮沉降中占主导地位显示氮肥施用导致的NH3挥发对大气活性氮浓度及氮沉降的显著贡献。鉴于研究可观的氮沉降量(总沉降量42.9 kg N hm-2a-1),其向农田的养分的输入不容忽视;氮沉降对该地区水体,自然生态系统的环境影响需要受到重视。     

模拟氮沉降增加对中国陆地生态系统土壤呼吸Q_(10)的影响

研究模拟氮沉降增加对土壤呼吸温度敏感性的影响可以降低全球变化条件下土壤碳收支评估的不确定性。本研究用meta分析方法探讨了模拟氮沉降增加对中国陆地生态系统土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))的影响。结果发现:模拟氮沉降增加整体上对Q_(10)影响不显著(0.49%),但显著降低了高原气候带生态系统Q_(10)(16.32%),显著增加了沼泽Q_(10)(38.19%)。效应大小与试验模拟的氮沉降量有一定关系,模拟氮沉降量小于50 kg·hm~(-2)·a~(-1)时Q_(10)增加2.59%,模拟氮沉降量为50～150和大于150 kg·hm~(-2)·a~(-1)时Q_(10)分别降低4.33%和1.61%。使用只含硝态氮的氮肥显著增加了Q_(10)(34.33%),而施加尿素的生态系统Q_(10)则显著降低(8.11%)。模拟氮沉降的时间超过15个月显著降低Q_(10)(19.24%)。模拟氮沉降影响土壤呼吸温度敏感性可能是由于氮通过影响土壤养分而影响了根系和土壤微生物的新陈代谢,进而影响土壤呼吸,使土壤呼吸对温度的敏感性不同。