白云岩风化剖面的粒度分布、元素迁移及碳同位素特征——以黔北新蒲剖面为例

研究了影响喀斯特地区土壤有机碳(SOC)更替的因素及其与元素地球化学行为的关系。选取黔北新蒲地区的两个白云岩风化剖面,以粒度分布、有机碳δ~(13)C和元素质量迁移系数为基础,对该区域红色风化壳中有机碳及δ~(13)C值随深度变化的趋势和元素的地球化学特征进行了探讨。结果显示,该区土壤分级后粉粒(5—50μm)含量占50%—80%,粘粒次之,砂粒最少;δ~(13)CSOC值介于-26.4‰―-23.6‰,且分级后的土样和原样中δ~(13)C值随着剖面深度的增加均减小,各粒级间差异不明显;草地覆被的剖面中铁、钾、钡、钒和锌表现出一定的富集,钠和钴在风化原岩处有一个富集端点,锰在岩粉处富集,镁、钙则完全迁出土体。而耕地剖面中,钒和锌呈现一定程度富集,铁、钾在岩土界面富集,钴在风化原岩富集,而钡在表层微弱富集。     

快速城市化地区土地覆盖景观特征的粒度效应

土地覆盖及其变化研究一直是全球变化研究的焦点,而土地覆盖作为生态系统的重要组成成分,具有明显的空间尺度（包括空间粒度和幅度）属性,不仅如此,尺度问题还成为景观空间研究的关键环节之一.因此,研究了解土地覆盖的尺度效应具有重要的理论意义与实际意义.基于高分辨率SPOT遥感数据,对广州市土地覆盖的景观特征进行类型及景观水平的粒度效应研究.结果表明,粒度增加对优势的景观类型有加强作用;粒度效应在类型和景观水平上都存在“临界阈”现象,粒度10、32和128是“临界阈”粒度.不同土地覆盖类型、不同特征指数的粒度响应存在差异：绿地和水域是对粒度响应最敏感的两种土地覆盖类型,而园地的斑块密度和面积百分比对粒度变化不敏感.景观水平上,斑块密度和平均形状指数的粒度响应最强烈,多样性指数则最弱,反映不同粒度形成的景观的异质性不同.     

Comparison of grain size correction procedures for organic micropollutants and heavy metals in marine sediments

Four grain size correction procedures were tested for their applicability for comparing concentrations of heavy metals and organic micropollutants (PCBs, PAHs) in sediments. A simple and straightforward procedure proved best: wet sieving of fresh sediment, isolating and analysing the < 63 m grain size fraction and expressing the pollutant concentration as a proportion of the fraction's dry weight. The total analytical errors, expressed as the variation coefficient of the average concentrations, were 3.8–7.6% for heavy metals, 12–24% for PCBs and 5.3–9.9% for PAHs.     

中国省际碳足迹广度、深度评价及时空格局

借鉴三维生态足迹方法构建了碳足迹广度、深度测算模型,对吸纳碳排放所占用的自然资本流量、存量进行区分,核算了2000—2016年中国30个省(市、自治区)碳足迹广度和碳足迹深度,并对其进行空间关联性分析。结果显示:①中国碳足迹广度受碳足迹和碳生态承载力的综合影响,由0.173 hm~2/人升至0.329 hm~2/人又降至0.301 hm~2/人;碳足迹广度高值区集中于东北、西北和西南地区,其自然资本流量尚未完全占用,低值区集中于东部沿海和中部,其自然资本流量已不足以补偿碳排放。②2008年起中国碳足迹深度突破自然原长1,数值由1.04升至1.42又降至1.31;研究期内碳足迹深度始终处于自然原长1的有10个地区,高值区集中于东部沿海和中部,尤其是上海可达298.83,以存量资本耗竭为主且生态持续性弱。吸纳碳排放所占用的流量资本和存量资本存在地域互补性。③中国碳足迹广度、深度呈显著的空间正相关。碳足迹广度H-H集聚区分布于东北和西北,该类集聚有减弱趋势;碳足迹深度H-H集聚区主要分布于东部沿海且向中部扩散,该类集聚有增强趋势。通过引入碳足迹广度、深度两项指标对碳足迹的研究方法进行了深化和完善,在碳排放对生态环境影响规模的刻画和表达上取得了较优于传统碳足迹的评价结果。     

Loss-on-ignition estimates of organic matter and relationships to organic carbon in fluvial bed sediments

Fluvial bed sediments represent an important sink and source for a variety of organic and inorganic compounds. Their most important constituent is organic matter (OM) and its primary component organic carbon (OC). Few studies have been conducted in fluvial environments examining bed-associated OM or OC. This is surprising given the recent interest in global carbon cycling and the importance of bed-associated organics as ecosystem energy sources. The objective of this study was to examine the relationship between OM, determined by loss-on-ignition (LOI), and OC in fluvial bed sediments determined by a dry combustion analyzer. The wide adoption of the LOI method in soil science reflects its ease of use, it is inexpensive, it is rapid, requires no specialized training, and strong statistical relationships commonly exist between OM and OC estimated by standard dry combustion procedures. Regression models were developed between OC and OM for six bed sediment size fractions (≤2.0 mm) for 113 sample sites in a tropical stream on Oahu, Hawaii. All models were highly significant (p < 0.0001), with coefficients of determination ranging from 35 to 79%. Measurement of LOI explained 64% of the variation in OC for all grouped data. The black-box LOI approach may be useful for rapid reconnaissance surveys of drainage systems. Examination of OM to OC conversion factors for Manoa bed sediments indicates that values typically observed in the soils literature (1.7–2.2) are far too low. Values of OM/OC were found to increase with increasing grain size, and decrease with increasing LOI percentage. Conversion factors obtained for grouped data had a mean of 14.9, a coefficient of variation of 21%, and a range of values between 6.2 and 27.4. It is suggested that these high conversion factors reflect significant water loss by dehydration of Fe, Al, and Mn oxides at a muffle furnace temperature of 450 °C. Therefore, the blind application of conversion factors developed from soils should be avoided when converting from OM to OC for fluvial bed sediments. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Effect of dissolved organic carbon quality on microbial decomposition and nitrification rates in stream sediments

1. Microbial decomposition of dissolved organic carbon (DOC) contributes to overall stream metabolism and can influence many processes in the nitrogen cycle, including nitrification. Little is known, however, about the relative decomposition rates of different DOC sources and their subsequent effect on nitrification. 2. In this study, labile fraction and overall microbial decomposition of DOC were measured for leaf leachates from 18 temperate forest tree species. Between 61 and 82% (mean, 75%) of the DOC was metabolized in 24 days. Significant differences among leachates were found for labile fraction rates (P < 0.0001) but not for overall rates (P=0.088). 3. Nitrification rates in stream sediments were determined after addition of 10 mg C L^–1 of each leachate. Nitrification rates ranged from below detection to 0.49 μg N mL sediment^–1 day^–1 and were significantly correlated with two independent measures of leachate DOC quality, overall microbial decomposition rate (r=–0.594, P=0.0093) and specific ultraviolet absorbance (r=0.469, P=0.0497). Both correlations suggest that nitrification rates were lower in the presence of higher quality carbon. 4. Nitrification rates in sediments also were measured after additions of four leachates and glucose at three carbon concentrations (10, 30, and 50 mg C L^–1). For all carbon sources, nitrification rates decreased as carbon concentration increased. Glucose and white pine leachate most strongly depressed nitrification. Glucose likely increased the metabolism of heterotrophic bacteria, which then out‐competed nitrifying bacteria for NH₄⁺. White pine leachate probably increased heterotrophic metabolism and directly inhibited nitrification by allelopathy.     

生物炭及秸秆对水稻土各密度组分有机碳及微生物的影响

生物炭被认为是土壤碳封存的有效手段,但是关于生物炭对土壤不同密度组分有机碳影响的研究报道很少。以南方稻麦轮作区水稻土为研究对象,通过田间小区试验研究了不施有机物(CK)、玉米秸秆还田(CS)、施用300℃热解生物炭(300BC)、施用400℃热解生物炭(400BC)和施用500℃热解生物炭(500BC)处理对土壤轻重组分质量比例,土壤轻重组分有机碳和土壤微生物的影响。结果表明:1)施用生物炭显著提高了土壤轻组的质量比例和土壤轻组有机碳含量,轻组有机碳含量为500BC400BC300BCCSCK,对重组有机碳影响不显著,但重组有机碳在土壤中占重要比例;2)施加生物炭后土壤微生物量相比对照也有提高,但是与施加秸秆处理相比,微生物量提高幅度较小。研究表明,生物炭能提高土壤有机碳含量,尤其提高了土壤轻组有机碳的累积,但由于生物炭特殊的芳烃结构,其轻组组分化学性质稳定,这与传统的土壤有机碳轻组理论不同。与秸秆处理相比,生物炭处理具有较低的土壤微生物量与微生物商,有利于土壤碳的固定。     

环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物 群落碳代谢多样性的影响

采用氯仿熏蒸浸提法和Biolog法,分析环丙沙星作用下的土壤微生物量碳和微生物群落碳代谢多样性,以揭示环丙沙星在环境中残留对土壤微生物学性状的影响.结果表明,环丙沙星(wCIP≥0.1 μg/g)对土壤微生物量碳含量影响显著(P＜0.05),土壤中环丙沙星浓度愈高,微生物量碳含量愈低,100μg/g的环丙沙星处理使土壤微生物量碳含量下降58.69％.环丙沙星对土壤微生物群落碳代谢功能影响显著,环丙沙星降低了土壤微生物对碳水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的碳源利用率;环丙沙星(wCIP≥0.1 μg/g)显著影响了土壤微生物群落碳源代谢强度和代谢多样性,但不同浓度的环丙沙星对土壤微生物群落碳代谢功能的影响不同,0.1、1、10 μg/g的环丙沙星处理对土壤微生物群落碳代谢功能的影响主要表现在处理前期(用药第7天、21天),这种影响在处理后期(用药第35天)表现不明显,100μg/g的环丙沙星在用药的前期和后期均显著影响土壤微生物群落碳代谢功能,土壤中环丙沙星积累到该浓度可能对土壤微生物群落碳代谢功能产生难以逆转的长期影响.     

Particle size,percent organic carbon,phosphorus, mineralogy,and deposition of sediments in Ham's and Arbuckle lakes

Several sediment parameters were examined in a 40 ha lake with a maximum depth of 9 m and in a 950 ha lake, 26 m deep, from May through October, 1977. Particle size was finer at the deeper stations than at the shallower stations in both lakes. Sediments of the shallow stations generally had a more even grain size distribution. Variation in percent organic carbon and phosphorus among stations of different depths was not significant. However, temporal variation of phosphorus was significant as values increased during summer. Kaolinite was the dominant clay particle in both lakes, but the sediments also included quartz, mica, montmorillonite, and a montmorillonite-vermiculite interlayer. Sedimentation rate was inversely related to depth in the larger lake, while variation among stations in the smaller lake was slight.Research supported with funds from the Office of Water Research and Technology and the Bureau of Reclamation     

蚯蚓对土壤微生物残留物的影响研究评述与展望

蚯蚓如何影响土壤有机碳的固持是土壤生态学的关键科学问题之一。蚯蚓能同时促进土壤有机碳分解和稳定,这种两面作用带来的不确定性被研究者称为"蚯蚓困境"。研究证据和新兴的"土壤微生物碳泵"概念模型表明土壤微生物残留物是土壤有机质的主要贡献者。为系统了解蚯蚓对土壤微生物残留物的影响与可能的机制,研究分析和总结了已有的国内外蚯蚓与微生物残留物（氨基糖）的相关研究成果,表明：（1）过往的研究忽略了蚯蚓对微生物残留物的影响,导致这一方向的研究严重滞后;（2）蚯蚓对土壤微生物残留物影响的方向和大小仍有很大的不确定性,可供量化分析其驱动机制的研究还很缺乏。研究尝试将蚯蚓整合到"土壤微生物碳泵"概念框架中,分析蚯蚓影响土壤微生物残留物3个方面的可能机制,即：（1）改变土壤微生物量、群落结构,（2）改变微生物生理特性,（3）改变土壤团聚体结构等,影响土壤有机碳的积累。同时,本文提出了未来相关研究的6个重点方向,包括：（1）蚯蚓对微生物的选择性取食,（2）肠道介导的微生物"涨落"现象,（3）蚯蚓对矿质结合有机物的"破坏"与"重组",（4）蚯蚓引起的"激发"和"续埋"效应,（5）多生态型相互作用,（6）全球变化背景下的蚯蚓生态学等,以期为进一步揭示蚯蚓-微生物相互作用影响土壤有机碳累积与稳定性的机制提供参考。     

湛江高桥红树林表层沉积物的粒度空间分布特征

红树林湿地是滨海湿地的一个重要类型,也是重要的沉积库.沉积物是红树林定居与生长的基质,记载着红树林湿地的环境历史,可用于物源分析和沉积过程反演,对于红树林湿地的生态恢复和保护具有重要意义.2011年7月,以湛江国家级红树林自然保护区高桥片区红树林湿地为研究区,沿着水动力梯度进行取样,并基于沉积物粒度分析其表层沉积特征,通过地统计学方法生成预测表面,并结合有机质含量和群落结构进行相关性分析.结果表明:研究区沉积物是以粘、粉粒为主的混合沉积类型,砂粒、粘粒和粉粒平均含量分别为(27.8±15.4)%、(40.3±15.4)%和(32.1±11.4)%;表层沉积特征呈现明显的空间梯度,随着与陆地距离增加,从高潮位到低潮位方向上,沉积物砂粒含量增加,粘粒含量降低.表层沉积的有机质与粉粒含量呈正相关,而与砂粒呈负相关,且在水动力条件弱的高潮位区域,有机质含量高.表层沉积特征在不同群落生境间存在差异,沉积特征与不同红树林群落结构存在一定程度的相关性,反映了水动力条件与红树林之间的复杂关系.     

菌渣化肥配施对稻田土壤微生物量碳氮和可溶性碳氮的影响

菌渣作为一种养分丰富的有机物料还田,可减少化肥施用,同时保持土壤肥力;而土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮是土壤活性碳氮库的重要组成部分,其含量和比例变化对土壤肥力均具有重要作用。因此,探讨不同比例菌渣化肥配施对土壤微生物量碳、氮及可溶性碳、氮的影响,评价菌渣在优化土壤肥力方面的生态作用具有重要意义。本研究在水稻田间定位试验条件下,设置3个化肥水平(C) 0%、50%、100%,菌渣相对用量(F) 0%、50%、100%,共9个处理,分析了各处理土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可溶性碳(DOC)、氮(DON)的变化特征,及其占土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的比例与相关关系。结果表明:菌渣化肥配施后,微生物量碳和可溶性碳、氮均在C100F50最高,微生物量氮在C50F100最高,与不施肥处理相比,分别显著增加了49.40%、43.65%、83.52%、207.19%;MBC/SOC和DOC/SOC均随着菌渣化肥配施量的增加而减少,MBN/TN和DON/TN均在C100F50最高。相关分析表明,MBC、DOC与SOC,MBN与TN均呈极显著正相关,DON和TN呈显著正相关。总体来讲,菌渣化肥配施能够显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量,但不是随着用量的增加一直呈增加趋势,高量菌渣或者化肥下会有降低趋势;菌渣化肥配施降低了土壤微生物量和可溶性碳氮比,因此适宜的菌渣化肥配施是提高土壤有机碳周转速度、微生物活性及其氮素供应能力和有效性的最佳选择。     

空间尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响:粒度和幅度

空间尺度是影响我们理解生态学格局和过程的关键因素.目前已有多种关于物种多样性分布格局形成机制的假说且研究者未达成共识,原因之一是空间尺度对物种多样性分布格局的环境影响因子的解释力和相对重要性有重要影响.地形异质性是物种多样性分布格局的重要影响因素.本文综述了在地形异质性-物种多样性关系的研究中,不同空间粒度和幅度对研究...     

耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响

以位于西南大学的农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站始于1990年的长期定位试验田为对象,研究了冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)等4种耕作方式对紫色水稻土有机碳(SOC)和微生物生物量碳(SMBC)的影响。结果表明,4种耕作方式下SOC和SMBC均呈现出在土壤剖面垂直递减趋势,翻耕栽培下其降低较均匀,而免耕栽培下其富集在表层土壤中。同一土层不同耕作方式间SOC和SMBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0—60 cm剖面中,SOC含量依次为:LM(17.6 g/kg)>DP(13.9 g/kg)>LF(12.5 g/kg)>SH(11.3 g/kg),SOC储量也依次为:LM(158.52 Mg C/hm2)>DP(106.74 Mg C/hm2)>LF(93.11 Mg C/hm2)>SH(88.59 Mg C/hm2),而SMBC含量则依次为:LM(259 mg/kg)>SH(213 mg/kg)>LF(160 mg/kg)>DP(144 mg/kg)。与其它3种耕作方式比较,LM处理显著提高SOC含量和储量以及SMBC含量。对土壤微生物商(SMBC/SOC)进行分析发现,耕作方式对SOC和SMBC的影响程度并不一致。SMBC与SOC、全氮、全磷、全硫、碱解氮、有效磷均呈现极显著正相关(P<0.01),与有效硫呈显著正相关(P<0.05);表明SMBC可以作为表征紫色水稻土土壤肥力的敏感因子。     

青藏高原湖泊沉积物中有机碳组分构成及其对微生物群落结构的影响

【目的】探究湖泊沉积物中有机碳组分构成及其对湖泊微生物群落结构的影响。【方法】本研究采集了青藏高原29个湖泊共81个沉积物样品,通过硫酸水解法分析样品中易降解和难降解有机碳含量及其与环境变量之间的相关性;同时使用高通量测序技术分析样品中原核微生物和真菌群落的多样性和组成及其与易降解和难降解有机碳含量的相关关系。【结果】本研究的青藏高原湖泊沉积物中易降解有机碳Ⅰ(labile organic carbon Ⅰ, LOCⅠ)、易降解有机碳Ⅱ(labile organic carbon Ⅱ, LOCⅡ)和难降解有机碳(recalcitrant organic carbon, ROC)的含量分别为0.03–29.62 mg/g、0.02–23.38 mg/g和0.64–75.72 mg/g,ROC是沉积物有机碳的主要组分(占比为54.97%±19.50%)。LOCⅠ含量与海拔、总氮、总磷、钙离子、活性钙和活性铁含量显著相关(P<0.05);LOCⅡ含量与总氮、钙离子和活性钙含量显著相关;而ROC含量与海拔、总氮、总磷、钙离子和活性钙含量显著相关。其中,钙离子和活性钙的浓度与3种有机碳组分...     

内蒙古退化荒漠草原土壤有机碳和微生物生物量碳含量的季节变化

为探明荒漠草原土壤有机碳（SOC）和微生物生物量碳（MBC）含量特征,分别在内蒙古达茂旗、四子王旗和苏尼特右旗设置样地,依次代表轻度、中度和重度退化草地,分析了不同样地表层土壤(0～20 cm)SOC和MBC含量变化及季节动态.结果表明：退化草地SOC和MBC含量均随草地退化程度增加而减小;除2006年夏季外,轻度、中度退化荒漠草地的土壤可培养微生物总数都高于重度退化荒漠草地;MBC含量和土壤可培养微生物总数均在夏秋季较高,春冬季较低.相关分析结果显示,SOC含量与MBC含量之间呈极显著正相关（P<0.01）,说明两者均可作为评价荒漠草原草地退化的敏感指标.     

森林土壤融化期异养呼吸和微生物碳变化特征

采用室内土柱培养的方法,研究在不同湿度(55%和80%WFPS,土壤充水孔隙度)和不同氮素供给(NH_4Cl和KNO_3,4.5 g N/m~2)条件下,外源碳添加(葡萄糖,6.4 g C/m~2)对温带成熟阔叶红松混交林和次生白桦林土壤融化过程微生物呼吸和微生物碳的激发效应。结果表明:在整个融化培养期间,次生白桦林土壤对照CO_2累积排放量显著高于阔叶红松混交林土壤。随着土壤湿度的增加,次生白桦林土壤对照CO_2累积排放量和微生物代谢熵(q_(CO_2))显著降低,而阔叶红松混交林土壤两者显著地增加(P0.05)。两种林分土壤由葡萄糖(Glu)引起的CO_2累积排放量(9.61—13.49 g C/m~2)显著大于实验施加的葡萄糖含碳量(6.4g C/m~2),同时由Glu引起的土壤微生物碳增量为3.65—27.18 g C/m~2,而施加Glu对土壤DOC含量影响较小。因此,这种由施加Glu引起的额外碳释放可能来源于土壤固有有机碳分解。融化培养结束时,阔叶红松混交林土壤未施氮处理由Glu引起的CO_2累积排放量在两种湿度条件下均显著大于次生白桦林土壤(P0.001);随着湿度的增加,两种林分土壤Glu引起的CO_2累积排放量显著增大(P0.001)。单施KNO_3显著地增加两种湿度的次生白桦林土壤Glu引起的CO_2累积排放量(P0.01)。单施KNO_3显著地增加了两种湿度次生白桦林土壤Glu引起的微生物碳(P0.001),单施NH_4Cl显著地增加低湿度阔叶红松混交林土壤Glu引起的微生物碳(P0.001)。结合前期报道的未冻结实验结果,发现冻结过程显著地影响外源Glu对温带森林土壤微生物呼吸和微生物碳的刺激效应(P0.05),并且无论冻结与否,温带森林土壤微生物呼吸和微生物碳对外源Glu的响应均与植被类型、土壤湿度、外源氮供给及其形态存在显著的相关性。     

中国水生态足迹广度、深度评价及空间格局

运用生态足迹方法对水资源进行流量资本和存量资本区分,测算分析了中国31个省市1997—2014年的水生态足迹广度与深度。结果显示:(1)中国的水生态足迹广度受年际水资源量丰枯影响,总体呈波动趋势;各省市的水生态足迹广度存在着明显差异,南方地区水生态足迹广度普遍大于北方地区;(2)研究期内,中国的水生态足迹深度只有1998年为1,其余年份的水资源流量资本已不能满足人类生产生活的需求,需要消耗水资源存量资本;各省市之间水生态足迹深度相差较大,整体上北方高南方低,其中14个省份18年的平均水生态足迹深度为1,平均水生态足迹深度最高的地区是宁夏的308.12;(3)运用空间自相关方法对31个省市的水生态足迹广度和深度进行分析得出,中国省际水生态足迹广度与深度均存在明显的空间集聚现象。水生态足迹广度H-H集聚地区主要集中在中国南方地区,水生态足迹深度H-H集聚地区主要集中在中国北方地区。通过对全国水生态足迹广度与深度的测度分析为水生态足迹分析提供新的研究方法,同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。     

大理河沉积物微生物碳源利用特征及其影响因素

沉积物是河流生态系统中氮磷等物质循环的重要场所,而微生物是河流生态系统的重要组成部分,探究沉积物中微生物群落碳源利用特征和功能多样性对于河流生态环境保护具有重要意义。利用Biolog Eco微平板法、基于主成分分析、冗余分析阐明了大理河流域沉积物中微生物群落碳源利用强度和功能多样性变化特征及其影响因素。结果表明：（1）从流域上游到流域下游,沉积物中微生物碳源利用强度逐渐降低,与上游相比,支流、中游、下游沉积物中微生物碳源利用强度分别降低了13.4%、30.5%、30.7%。（2）沉积物中微生物群落功能多样性存在差异,沉积物中微生物群落功能多样性（Shannon-Wiener多样性指数）表现为上游 > 支流 > 中游 > 下游,常见物种优势度（Simpson多样性指数）则表现为下游 > 支流 > 中游 > 上游。（3）与微生物代谢活动相关性较高碳源为糖类,其次是氨基酸类,聚合物类、羧酸类、胺类、酚酸类与微生物代谢活动相关性较低。（4）沉积物中全氮、氨氮、硝氮、有机碳含量是影响微生物群落功能多样性和碳源利用特征差异的主要因素。流域沉积物中合适的碳、氮水平对维持河流水生态健康具有重要的意义。