我国南方红壤区氮磷湿沉降对森林流域氮磷输出及水质的影响

持续高通量的氮、磷输入导致水体富营养化的问题已引起广泛关注。通过对江西省千烟洲香溪流域水样(常规水样,降雨后的地表径流以及雨水水样)的季节性监测,研究大气氮、磷湿沉降对森林流域氮、磷输出动态及水质的影响。结果表明:从2013年6月至2014年5月,香溪流域内氮、磷湿沉降通量分别为11.86 kg/hm~2和0.38 kg/hm~2,其中氮湿沉降主要集中在夏秋两季,占全年输入量的64%,而磷沉降主要集中在夏季,占全年输入量的43%,表现出明显的季节性差异;水体p H值(6.22—8.89)的变化范围较大,而且氮、磷的输出受土地管理(施肥方式)及降雨事件的影响较为明显,尤其在耕作期,总氮的输出量占全年氮输出总量的96.2%,而总磷的输出量占全年磷输出总量的61.4%;对4场不同强度降雨(按降雨强度从大到小)的氮、磷输出动态过程分析,发现不同强度的降雨对水体氮、磷的输出过程影响不同,在径流未形成前以及降雨强度达到暴雨级别时,降雨对流域水体氮、磷的稀释作用明显,而在大雨强度下水体磷的输出量明显高于其他降雨;研究期间,香溪流域内氮湿沉降对水体的贡献量为101.97 kg,磷湿沉降的贡献量为0.60 kg,4场降雨氮对流域水体的贡献量为4.46kg,占流域氮输出负荷的15.22%,磷对水体的贡献量为0.032kg,占流域磷输出负荷的0.85%。同时,根据营养状态指数(EI),发现流域水体全年处于中至富营养状态,而且研究期间水体氮、磷浓度均超过水体富营养化阈值(氮1.5 mg/L,磷0.15 mg/L),存在爆发水体富营养化的威胁。     

黄土高原典型坝系流域碳氮湿沉降与水体碳氮流失特征

本研究通过对黄土高原坝系流域的碳(C)、氮(N)湿沉降过程、降雨径流过程及其基流过程的动态监测,揭示C、N湿沉降对流域水体碳氮流失的贡献,探讨C、N流失负荷在降雨-径流中的分布,进一步评估黄土高原雨季水体碳氮流失状况。结果表明,研究区域碳、氮湿沉降通量分别为173.95 kg km~(-2)mon~(-1)和43.01 kg km~(-2)mon~(-1),而通过径流的碳、氮流失量为11.52 kg km~(-2)mon~(-1)和2.19 kg km~(-2)mon~(-1)。雨季C、N湿沉降对该地区水体C、N流失的贡献率分别为65.81%和100%,其中流水侵蚀引起的C、N流失贡献率为59.20%和56.16%。黄土高原主要以流水侵蚀为主,C、N主要集中在降雨径流后期,因此截留后期径流可以有效控制养分流失。     

森林生态系统可溶性碳和颗粒碳通量

可溶性碳(Dissolved carbon,DC)和颗粒碳(particulate carbon,PC)通量作为森林生态系统碳收支的重要组分,在森林固碳功能的评价和模型预测中具有重要意义,但常因认识不足、测定困难等而在森林碳汇研究中被忽略。综述了森林生态系统DC和PC的组成、作用、相关生态过程及其影响因子,并展望了该领域应该优先考虑的研究问题。森林生态系统DC和PC主要包括可溶性有机碳、可溶性无机碳和颗粒有机碳,主要来源于生态系统的净初级生产量。DC和PC是森林土壤的活性碳库,主要以大气沉降、穿透雨和凋落物的形式输入森林土壤系统,并通过土壤呼吸、侧向运输及渗透流失的方式输出生态系统。从局域尺度看,DC和PC通量受根系分泌、细根分解、微生物周转等生物过程的影响较大;从区域尺度看,它们受土壤和植被特性、生态过程耦联关系、气候因子以及全球变化的综合影响。该领域应该优先考虑:(1)探索不同时空尺度下森林生态系统DC和PC通量的控制因子及其耦联关系,揭示其中的驱动机理;(2)探索DC和PC与其它森林生态系统碳组分的相互关系及转化,阐明DC和PC通量与其它养分之间潜在的生态化学计量关系;(3)探索全球变化,特别是人类活动(如森林经营)和极端干扰事件(如林火、旱涝、冰冻、冻融交替等)对森林生态系统DC和PC通量的影响。     

氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响

森林土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡具有重要意义。不断加剧的全球氮沉降有可能改变森林生态系统中碳元素的地球化学循环过程,从而引起森林土壤碳储量的变化。本文从森林土壤碳收支的角度,将氮沉降对森林生态系统土壤碳库影响的复杂过程划分为凋落物分解、细根周转、土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失4个相对独立的过程。综合国内外研究现状,对其进行了简要评述,指出了目前研究的不足,并探讨了这一研究领域的发展方向。     

大兴安岭北部多年冻土区土壤碳氮含量及有机碳矿化特征

多年冻土区土壤碳库对水热变化的响应是气候预测中的主要不确定性因素。国内外关于浅层土壤（0-30 cm）有机碳储量及潜在排放量的研究已取得一系列突破成果,然而深层土壤对气候变暖作何响应仍需进一步探讨。利用钻孔技术采集大兴安岭北部多年冻土区0-6 m（含活动层和多年冻土层）土壤样品,探究土壤碳、氮、磷等理化指标的剖面分布特征,设置三种温度（5、10和15℃）及水分（30%、45%和60%）梯度的室内培养实验,明确多年冻土区不同深度土壤有机碳矿化对气候变化的响应特征。结果表明,土壤pH、总有机碳、溶解性有机碳、总氮、硝态氮、铵态氮含量均与土壤深度呈显著正相关,多年冻土层中的平均储量高于活动层。培养60天后,各深度土壤有机碳累积矿化量的变化范围为0.20-4.86 mg C。整体来看,土壤有机碳累积矿化量随温度的升高而增加,但其对水分变化的响应较为复杂,表现出先减小（幅度较大）后增大（幅度较小）的趋势。分析不同深度土壤有机碳累积矿化量,发现多年冻土层平均值显著高于活动层。三因素方差分析结果表明,温度、水分和深度及交互作用对累积矿化量影响显著（P<0.001）。活动层Q₁₀平均值为2.46,多年冻土层顶部出现极低值,多年冻土层Q₁₀平均值为1.91,两者的差值随着水分增大而减小。土壤性状及有机质的垂直分异是多年冻土区土壤有机碳累积矿化量及其温度敏感性在深度上显现差异的主要原因。     

亚热带典型流域C、N沉降季节变化特征及其耦合输出过程

大气湿沉降是流域生态系统水体中碳氮的重要来源,对生态系统的健康及稳定性有很大的影响。通过对江西千烟洲典型亚热带流域降雨过程的碳、氮湿沉降和径流过程的季节性动态特征进行监测分析,探讨流域沉降、径流输出的C、N耦合及平衡关系。结果表明:千烟洲香溪流域降雨径流中碳氮浓度明显低于雨水,流域大气降水中DOC浓度和TN浓度呈极显著正相关关系。香溪河流域常规水体C∶N均值为2.81,远低于根据Redfield比率得出的适宜浮游生物生长的C∶N(6.6左右),说明外源性N输入导致该流域水体环境处于N过量的状态,长期输出会提高下游鄱阳湖水系的营养化程度。降雨过程对流域碳输入输出平衡影响较小,对氮输入输出平衡的影响较大。流域湿沉降DOC年输入量为69.41 kg hm~(-2)a~(-1),TN湿沉降通量为77.23 kg hm~(-2)a~(-1),碳氮沉降水平受区域降雨量及空气污染情况控制。香溪流域生态系统截留的沉降TN占当地氮肥年均使用量的33.13%,大气降水对亚热带流域生态系统的大量营养物质输入不容忽视。     

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。     

河流有机碳的输出通量及性质研究进展

综述河流有机碳输出过程的最新研究进展．指出受人类经济活动的干预,对气候变化响应最敏感的陆地有机碳库的侵蚀通量发生了复杂变化;河流有机碳不但记录了流域侵蚀的历史和现状。还对近海沉积过程和水域生态环境产生重要影响;河流有机碳在通量和性质等方面存在着明显的地区性及流域间差异,且以季风流域与非季风流域之间的对比最为明显;随着水文动力过程的变化,同一流域河流有机碳的性质也发生显著变化;河流有机碳在自陆地生态系统向海洋输送的过程中,放射性同位素组成可因水体微生物的代谢改造而发生变化．使得河流有机碳的^14C年龄偏老．     

基于FORCCHN模型的中国典型森林生态系统碳通量模拟

森林生态系统是陆地碳循环的重要组成部分,其固碳能力显著高于其他陆地生态系统,研究森林生态系统碳通量是认识和理解全球变化对碳循环影响的关键。碳循环模型是研究森林生态系统碳通量有效工具。以长白山温带落叶阔叶林、千烟洲亚热带常绿针叶林、鼎湖山亚热带常绿阔叶林和西双版纳热带雨林等4种中国典型森林生态系统为研究对象,利用涡度相关2003-2012年观测数据,评估FORCCHN模型对生态系统呼吸（ER）,总初级生产力（GPP）,净生态系统生产力（NEP）的模型效果。结果表明：（1） FORCCHN模型能够较好的模拟中国4种典型森林生态系统不同时间尺度的碳通量。落叶阔叶林和常绿针叶林ER和GPP的逐日变化模拟效果较好（ER的相关系数分别为0.94和0.92,GPP的相关系数分别为0.86和0.74）;（2）4种森林生态系统碳通量季节动态模拟值和观测值显著相关（P<0.01）,ER、GPP、NEP的观测值和模拟值的R²分别为0.77-0.93、0.54-0.88和0.15-0.38;模型可以很好地模拟森林生态系统不同季节碳汇（NEP>0）,碳源（NEP<0）的变化规律;（3）4种森林生态系统碳通量模拟值与观测值的年际变化有很好的吻合度,但在数值大小上存在差异,模型高估了常绿阔叶林的ER和GPP,略微低估了其他3种森林生态系统ER和GPP。     

广东省北江流域河流有机碳浓度历史重建

根据河流颗粒有机碳浓度(CPOC)、溶解有机碳浓度(CDOC)与河流总悬浮物含量(CTSS)和流量(Q)的关系,构建广东省北江流域河流有机碳浓度估算模型分别为:CPOC=0.0195×CTSS+0.0589和CDOC = 0.0047×CTSS+0.0027×Q+0.9087.由上述模型重建了北江流域河流有机碳浓度变化历史,结果发现,北江流域河流有机碳主要以颗粒有机碳形式存在;年内分布表现为汛期高于平水期;年际变化多样,但总体上均表现出下降趋势;空间分布上表现为自上游往下有机碳浓度有所下降,但在三水站有所回升.     

大兴安岭北部多年冻土区河岸森林湿地土壤性质和微生物呼吸活性特征

多年冻土区河岸森林湿地是水文、生态和生物化学过程的关键区域.本研究以河岸森林湿地及其与泥炭地的交错带土壤为对象,分析了腐殖质层和不同深度土壤理化性质、生态化学计量和微生物呼吸活性(微生物生物量碳、基础呼吸、微生物熵和代谢熵)特征.结果 表明:与大兴安岭多年冻土区泥炭地和河岸森林湿地的交错带相比,河岸森林湿地土壤理化性质...     

氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响

工业化带来的大气氮沉降增加是影响森林生态系统碳吸存的重要因素。将森林碳库分为地上和地下两部分,从3个方面综述了国内外氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的研究现状。(1)地上部分:氮限制的温带森林,氮沉降增加了地上部分碳吸存。氮丰富的热带森林,氮沉降对地上部分碳吸存没有影响。过量的氮输入会造成森林死亡率的上升,从而降低地上部分碳吸存。(2)地下部分:相比地上部分研究得少,表现为增加、降低和没有影响3种效果。(3)目前的结论趋向于认为氮沉降促进森林生态系统碳吸存,然而氮沉降所带来的森林生态系统碳吸存能力到底有多大依然无法确定,这也将成为未来氮碳循环研究的重点问题。分析了氮沉降影响森林生态系统碳吸存的机理,介绍了氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的4种研究方法。探讨了该领域研究的不足及未来的研究方向。     

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。     

河流氮输出对流域人类活动净氮输入的响应研究综述

人类活动引起的生态系统氮输入对水环境有着重要的潜在影响,而目前,我国流域氮污染的研究多从微观角度进行探讨,而从宏观尺度或流域角度诊断流域系统存在的问题研究尚处于起步阶段,直接导致了对流域存在的生态问题把握不清、流域污染程度和潜在污染情况含糊不明.基于此,本文综述了河流氮污染与人类活动氮素输入的响应关系及其影响因素,这对于从流域尺度诊断生态环境、摸清氮流动的过程中自然气候和人类活动扮演的角色及调节过程,并最终提出科学的管理方案具有一定的理论和实际意义.     

森林转换对地表径流可溶性有机碳输出浓度和通量的影响

米槠次生林转换成米槠人工幼林和米槠人工促进天然更新幼林(以下简称"人促幼林")后,以这三种森林类型为研究对象,连续监测每次降雨后地表径流量及径流水中可溶性有机碳(DOC)的含量及通量,比较不同森林类型观测结果的差异,并分析降雨对实验结果的影响。结果表明:米槠人工幼林单次产流量是米槠次生林的1.5—19.0倍,观测期间总径流量为5.9倍;米槠人促幼林单次径流量和总径流量均与米槠次生林无显著差异(P0.05)。观测期间米槠次生林、人工幼林、人促幼林径流水DOC浓度值范围为5.9—18.4 mg/L,4.3—13.5 mg/L和3.2—9.9 mg/L,米槠次生林径流水浓度均值(12.6 mg/L)分别是米槠人促幼林(7.6 mg/L)和米槠人工幼林(5.3 mg/L)的1.6和2.4倍。回归分析表明,径流水中DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著相关;降雨前土壤含水率20.8%是一个临界值,含水率低于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前含水率呈显著正相关(P0.05);高于20.8%时,径流水DOC浓度与降雨前土壤含水率呈显著负相关(P0.05)。米槠人工幼林地表径流DOC输出通量是米槠次生林的0.7—5.4倍,观测期间总输出通量为2.1倍;米槠人促林DOC单次通量和观测期间总通量均与米槠次生林差异不显著(P0.05)。三种森林类型DOC输出通量均与降雨量呈显著相关(P0.05)。可见,米槠次生林转变成米槠人工幼林后DOC输出浓度降低,但径流量显著增加,导致DOC输出通量增加;而转变成米槠人促幼林后DOC输出浓度也降低,但径流量并未增加,因而并未增加DOC输出通量。     

土壤碳库积累与分配对热带森林恢复的响应

为探明土壤有机碳沉积对热带森林恢复的响应过程与机理,选取西双版纳处于不同恢复阶段的热带森林类型(前期的白背桐群落、中期的崖豆藤群落、后期的高檐蒲桃群落)为研究对象,探讨土壤有机碳库各组分积累与分配(微生物量碳储量/总有机碳储量、易氧化有机碳储量/总有机碳储量、惰性有机碳储量/总有机碳储量)的时空变化规律,分析乔木与林下物种的丰富度和多样性、土壤温湿度、容重、pH及氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)对土壤有机碳库组分积累与分配的影响。结果表明:(1)热带森林恢复显著促进土壤碳库各组分的蓄积(P<0.05),相较于恢复前期,恢复中后期土壤总有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳储量增幅达9.25%-50.84%;恢复促进了土壤微生物量碳和易氧化有机碳的分配(8.98%-25.36%)(P<0.05),但对惰性有机碳分配无显著影响;(2)不同恢复阶段热带森林土壤碳组分积累与分配的时空变化存在一定的差异。其中上述4种碳组分积累最大值均出现在6月、垂直变化均沿土层递减;土壤易氧化有机碳和微生物量碳分配最大值出现在6月、惰性有机碳分配则在12月最大,易氧化有机碳和微生物量碳分配沿土层递减、惰性有机碳分配无显著垂直变化;(3)土壤微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳的储量在土壤碳库储量的分配占比分别维持在2.40%-5.00%、18.22%-39.34%、18.50%-26.55%,土壤有机碳组分对总有机碳储量变化的解释率表现为:微生物量碳(83.71%)>惰性有机碳(82.17%)>易氧化有机碳(78.54%);(4)相较于恢复初期,恢复后期乔木与林下物种丰富度和Shannon多样性提升了42.78%-490.82%,氮库(全氮、水解氮、铵氮、硝氮)含量仅提升了12.73%-25.51%;(5)冗余分析表明,林下物种丰富度、温湿度、水解氮是影响土壤有机碳组分积累的主要驱动因子,而乔木香农多样性、湿度、容重则是影响土壤有机碳库组分分配的主控因子。因此,西双版纳热带森林恢复进程显著促进了土壤有机碳库组分积累与分配,影响程度取决于样地林下物种丰富度、乔木香农多样性、土壤温湿度、容重与水解氮的状况。     

流域尺度上的景观格局与河流水质关系研究进展

利用景观生态学原理研究流域尺度上土地利用及其空间格局对河流水质的影响,已成为流域环境研究中的热点问题。在综合评价国内外土地利用变化与河流水质关系研究的基础上,阐述了景观格局在流域水环境研究中的重要性,并根据国内外研究进展,对景观格局与水质关系的研究方法和手段进行了分类分析,同时也对流域尺度上的景观-水质模型研究进展也进行了分析总结,最后指出了景观格局与水质关系研究的核心问题和未来研究的热点方向。     

紫色土流域次降雨条件下碳、磷非点源输出过程及其流失负荷

通过对位于川中丘陵区的紫色土流域在次降雨过程中溶解态有机碳(DOC)和不同形态磷素的输出进行动态监测,分析降雨过程DOC和P输出负荷,并探讨降雨径流对C、P迁移和水环境的影响。研究结果表明:(1)3次降雨共产生地表径流20399.8 m3,碳、磷输出负荷为83.19 kg和5.1 kg,次降雨过程径流C、P输出动态差异较大,其中径流DOC浓度随降雨历时的延长而降低,随后迅速升高,在达峰值后逐渐降低并趋于平稳。(2)降雨径流过程中磷素迁移主要以颗粒态(PP)为主,磷酸盐(PO3-4-P)是径流溶解态总磷(DTP)的主要存在形式,3次降雨PP输出负荷分别为1167.491、1891.331、984.74 g;PO3-4-P输出负荷分别为108.37、338.8、167.79 g。(3)3次降雨径流DOC输出浓度分别为3.37、4.77、6.97 mg/L,总磷(Total phosphorus,TP)输出浓度分别为0.11、0.43、0.74 mg/L;次降雨径流C/P比分别为192、48和42.1,相比于暴雨而言,大雨和中雨带来的水质问题需引起关注。     

中国主要河流鱼类分布及其种类多样性与流域特征的关系

对中国13条主要河流淡水鱼类分布进行的系统聚类分析结果表明,分异最小的是闽江与九龙江。瓯江与钱塘江、淮河与黄河、东北的水系分别较早聚为一类。相异系数在0.60～0.69时分为三类: 东北的水系、黄河到珠江间的水系和云南的元江。淡水鱼种类数与流域特征的相关和回归分析揭示了：鱼种数分别与河流流域面积、年平均流量呈显著或极显著的正相关,单位干流长和单位流域面积的鱼种类数分别与河流径流深、比降呈显著或极显著的正相关, 而与河流平均纬度呈显著负相关。主成分分析得到的第一和第二主成分分别综合反映了河流鱼种类数和相对种类数与河流特征值的关系。     

流溪河流域景观空间特征与河流水质的关联分析

人类活动影响或改变流域景观空间结构,并有可能对河流水质产生不同程度的影响,以流溪河流域为研究区,分析流域景观空间格局特征与水质指数之间的相关关系。将流域划分为27个子流域,采集水样分析水质状况,所选用的水质指标有氨氮(NH3-N)、硝态氮-亚硝态氮(NO3-N+NO2-N)、总磷(TP)、化学需氧量(CODCr)。结果表明:1)该流域土地利用结构与水质具有显著相关性,其中居住用地对水质的影响作用最强,林地对河流水质具有净化功能,与水质指标之间的关系表现为负相关,园地与水质指标关系具有不确定性;2)流域景观特征从上游到下游之间表现为城市化增强的梯度,水质状况响应这个梯度变化表现为上游优于下游,人类活动及城市化发展引起的土地利用变化及土地管理方式对水质变化有显著影响;(3)景观破碎度与水质呈现显著正相关性,是影响水质的重要指标,景观聚集程度和斑块形状复杂程度与水质有负相关关系;子流域尺度和河岸带尺度景观空间特征对水质的影响差异不明显。