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-2a-1,TN湿沉降通量为77.23 kg hm-2a-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。     

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。     

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。     

河流输送硅通量降低的机制及生态效应

从筑坝成库、硅藻吸收和固定、渔业发展、水体富营养化、水文结构变化几方面对河流输送硅通量降低的影响机制进行了归纳分析,综述了河流输送硅通量降低对河流、河口和近海产生的生态效应。研究表明,河流输送硅通量降低对硅的地球化学循环平衡产生了巨大影响,并造成了一系列的生态变迁。其中,硅藻是河流输送硅通量降低的主要因素,大量繁殖的硅藻将水库水体溶解性硅(DSi)吸收后转化成自身的生物硅(BSi),死亡后沉积到水库底部贮存起来,导致下游河流和海洋缺乏DSi,从而产生对人类具有重大影响的生态效应。     

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。     

大兴安岭多年冻土区森林流域碳湿沉降通量与河流碳输出

流域碳湿沉降与河流碳输出是全球碳循环的重要组成部分,对区域碳收支评估具有重要意义,然而在我国高纬度多年冻土区的相关研究仍然缺乏。本研究以大兴安岭多年冻土区典型森林流域——老爷岭流域为对象,在2022年5月28日—10月30日通过对流域内碳湿沉降过程及河流碳输出过程的动态监测,分析了降水和河流中各碳组分浓度与通量的变化特征及影响因素,并估算了流域内碳湿沉降对河流碳输出的贡献。结果表明：观测期内,老爷岭流域溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)和总溶解碳(TDC)湿沉降通量分别为1354.86、684.59和2039.45 kg·km^-2;河流中DOC、DIC、TDC的输出通量分别为601.75、1977.30、2579.05 kg·km^-2,颗粒有机碳(POC)、颗粒无机碳(PIC)、总碳(TC)的输出通量分别为125.13、21.99、2726.17 kg·km^-2;流域内TDC湿沉降对河流TDC输出的贡献量为9941.89 kg,相对贡献率为17.6%;河流中DIC浓度表现出显著的季节性差异,降水引起径流量的增加使...     

鄱阳湖流域多尺度碳、硅输送特征及其对浮游植物分布的影响

选取鄱阳湖流域内从初级支流到最大干流再到湖区（香溪→架竹河→赣江→鄱阳湖）这一联通水系线路为研究对象,通过对该流域多尺度碳、硅输送进行监测,并对其浮游植物群落分布进行研究,揭示鄱阳湖流域多尺度碳、硅输送对浮游植物分布的影响。结果表明：（1）鄱阳湖通江流域的碳、硅浓度与碳硅比呈明显空间变化。香溪流域和鄱阳湖湖区溶解态硅（DSi）浓度显著低于架竹河流域和赣江流域,而溶解性总碳（DTC）和溶解性有机碳（DOC）浓度变化则与之相反;碳硅比随流域尺度的扩大呈现先下降后上升的趋势,西鄱湖高于东鄱湖,冬季高于其他季节。（2）碳、硅对浮游植物分布特征的影响随着流域尺度的变化而变化。架竹河流域浮游植物主要受碳影响,且硅藻对溶解性无机碳（DIC）浓度变化最敏感,赣江流域,硅成为影响浮游植物分布的主要因子,进入鄱阳湖湖区后,硅对浮游植物分布的影响减弱;DIC虽然不是鄱阳湖流域浮游植物生长的限制性因子,但可通过影响水体pH值间接影响浮游植物群落结构。（3）浮游植物密度随着流域面积的扩大而成倍增加,鄱阳湖湖区浮游植物密度约为架竹河流域的11倍,湖区生态环境及水体污染问题不容忽视。     

漓江上游典型森林植被对降水径流的调节作用

利用野外同步长期定位观测林外降雨、地表径流和河川径流的方法,对漓江上游典型森林植被的生态水文过程进行观测研究。结果表明:1)流域降水年内分配极不均匀,50a年降雨量总体变化趋势不明显。林冠截留受林外降雨特征的影响,也与植被类型密切相关。2)地表径流平均滞后时间为70 min。在连续降雨的情况下,降雨滞后效应不再明显,甚至出现地表径流与降雨同步的现象,小降雨可能产生大的地表径流,从而加大流域在雨季发生洪灾的风险。3)湿季径流系数略大于旱季,干季降水量减少,且森林植被消耗大量水分,减少了枯水期径流的产生,增大发生旱灾的风险。森林植被延长河川径流持续时间,使一次持续18 d的降水过程形成的径流,在降水停止后能延续24 d。降雨后退水持续时间与前期降水及后期降水叠加有关。目的为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力、加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。     

鼎湖山自然保护区不同演替系列森林生态系统的磷平衡

了解磷(P)在生态系统中的平衡对于生态系统生态学和环境科学与工程领域具有重要的意义。大气沉降是 P进入生态系统的重要途径, 同时径流在输出 P 的过程中占主导地位。以鼎湖山自然保护区三个典型南亚热带地带性植被-季风常绿阔叶林(简称季风林)及其演替系列-针阔叶混交林(简称混交林)和马尾松林为研究对象, 分析大气沉降P 输入和径流 P 输出。结果表明 , 每年通过大气沉降输入的 P 总量为 1.06 kg⋅hm–2 , 通过干、湿沉降输入的 P 量分别为0.50 kg⋅hm–2 a–1 和 0.56 kg⋅hm–2 a–1, 其中 , 大于 61%的大气 P 沉降出现在旱季(10 月至次年 3 月 )。季风林、混交林和马尾松林每年径流损失的 P 分别为 0.66 kg⋅hm–2、 0.69 kg⋅hm–2 和 0.81 kg⋅hm–2 。然而, 在雨季(4 月至 9 月 ), 季风林、混交林和马尾松林的径流 P 损失分别超过 83%、 80%和 80%。大气 P 沉降输入与径流 P 输出在旱季与雨季之间的差异表明了大气 P 沉降的增加对缓解生态系统 P 缺乏的作用非常有限。     

雷州半岛尾叶桉和湿加松人工林的蒸腾耗水规律

为正确认识大径材桉树及湿加松耗水规律,为地区人工林树种选择、栽培及抚育提供指导,应用TDP热扩散探针技术,对10年生尾叶桉和湿加松树干液流进行连续监测,并同步测定各气象因子,分析了雷州半岛地区尾叶桉和湿加松蒸腾耗水的日变化特征和季节变化规律,并与气象因子建立了相关模型。结果表明:尾叶桉和湿加松边材液流均表现出典型的昼高夜低的单峰型日变化特征,各月平均液流速率不同,且旱雨季差异显著;其中峰值尾叶桉雨季(0.127 cm/min)和旱季(0.096 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.30倍和1.57倍;日平均液流速率尾叶桉雨季(0.045 cm/min)和旱季(0.033 cm/min)分别是湿加松雨季和旱季的1.27倍和1.54倍;启动时间和迅速下降时间雨季两树种间差异不大,但旱季尾叶桉要提前湿加松约1—1.5 h启动,并晚0.5—1 h迅速下降。影响两树种边材液流速率的主要气象因子相同。尾叶桉人工林年平均单株日耗水量为12.79 L/d,是湿加松的1.33倍,林分蒸腾耗水量尾叶桉(582.16 mm)和湿加松(483.24 mm),分别占同期年降雨量的34.2%和28.4%,且两树种旱雨季蒸腾耗水量均雨季显著大于旱季。     

福建九龙江北溪浮游植物群落分布特征及其影响因子

分别于2011年枯水期(2月)、丰水期(5月)和平水期(10月),系统调查研究了福建九龙江北溪浮游植物群落组成、丰度的分布特征及其与环境因子的关系.共鉴定浮游植物107种,隶属于7门64属.不同水文期浮游植物主要优势种类不同,枯水期为马索隐藻和梅尼小环藻,丰水期为四尾栅藻和四角十字藻,平水期则演替为微小平裂藻.不同水文期浮游植物丰度变化明显,其平均值依次为枯水期(154.77×10⁴ cells·L^-1)>平水期(76.40×10⁴ cells·L^-1)>丰水期(45.40×10⁴ cells·L^-1).相关分析表明, 枯水期和平水期浮游植物丰度与铵态氮(NH₄⁺-N)呈显著正相关,丰水期浮游植物丰度与温度呈极显著正相关.典范对应分析(CCA)表明,水体温度是影响该水域浮游植物分布格局的重要因子,溶解态活性磷浓度也对浮游植物的分布有较大的影响.CCA排序图较好显示了浮游植物物种分布和环境因子之间的关系.     

海南岛西南部土壤生物硅分布的时空差异及其驱动机制

地球表层元素硅(Si)的生物地球化学循环影响全球初级生产力和全球碳循环进而影响地球环境变化。土壤生物硅(BSi)因其易溶解而成为岩石圈-土壤圈-生物圈-水圈等圈层之间Si迁移-转化的枢纽。采集海南岛西南部的热带季雨林、经济林(橡胶林、桉树林、芒果林)和农作物(香蕉、甘蔗)土壤样品。采用热碱消化连续提取法萃取BSi;运用相关分析和主成分分析法识别土壤BSi含量变化的主要驱动因素。结果表明：研究区不同植物群落土壤BSi含量从大到小依次为：香蕉地((2.38±0.72)mg/g)>热带季雨林((1.86±1.34) mg/g)>橡胶林((1.42±0.81) mg/g)>桉树林((1.22±0.28) mg/g)>芒果林((0.98±0.71) mg/g)>甘蔗地((0.62±0.74) mg/g);研究区土壤BSi含量存在随群落变化的季节变化：森林群落土壤 BSi含量干季大于湿季,农业草本群落(香蕉和甘蔗)土壤BSi含量则出现湿季大于干季的特征。研究区土壤BSi含量变化主要受生物因素(总氮和碳/氮(C/N))和非生物因素(化学风化程度)耦合驱动。在全球尺度上,海南岛西南部土壤BSi含量(1.43 mg/g)低于热带雨林土壤BSi含量(2.5 mg/g),揭示水热同期的季风气候区山地土壤较活跃的微生物活动和较强的降雨、径流侵蚀作用,均有利于土壤BSi发生迁移-转换,最终以溶解态硅的形式随地表径流注入南海,在一定程度上保持南海生态系统的营养成分结构,确保南海生态系统良性循环。     

Environmental variability drives phytoplankton assemblage persistence in a subtropical reservoir

Temporal changes of assemblages may result from environmental variability and reflect seasonal dynamics of their ecosystem. In the subtropics, the hydrological regime is usually characterized by well‐defined wet and dry seasons, regulating discharge and influencing a series of environmental variables that affect phytoplankton persistence. Therefore, we may expect that dry seasons are environmentally more stable than wet seasons. We analysed interannual phytoplankton assemblage variability (or, inversely, persistence) in a subtropical reservoir sampled every austral summer and winter during 5 years. We tested (i) if phytoplankton assemblage structure differed between the dry (summer) and wet (winter) seasons; (ii) if assemblage persistence differed between the seasons; (iii) if assemblage persistence was related to environmental stability; and (iv) if assemblage dissimilarity increased over time. Phytoplankton assemblages differed between the summer and winter seasons. Winter indicator species were mostly Bacillariophyceae or Cryptophyceae, whereas Cyanophyceae and Chlorophyceae taxa were more frequent and abundant in summer. Assemblages in the dry season were more persistent among years than those occurring during rainy periods. Similarly, environmental variability tended to be lower among dry than among rainy seasons. The relation between the phytoplankton temporal cycle and the temporal patterns of environmental variability supports our prediction that high environmental stability results in more persistent assemblages. Assemblage dissimilarity increased as sampling years were farther apart, for both seasons. Additionally, assemblages in the rainy periods showed a more pronounced increase in dissimilarity, as their changes among years were less predictable. We found a clear temporal pattern and an increased dissimilarity over time in the phytoplankton assemblage structure. Unravelling these temporal patterns may improve our understanding of phytoplankton temporal dynamics, and may have implications for management and monitoring programs. High dissimilarity of assemblages among years, particularly among rainy periods, can obscure human impacts, and monitoring programs should take this into account.     

Emerging understanding of the ecosystem silica filter

The annual fixation of dissolved Si (DSi) into terrestrial vegetation has been estimated to range from 60 to 200 Tmole, or 10–40 times more than the yearly export of DSi and biogenic Si (BSi) from the terrestrial geobiosphere to the coastal zone. Ecosystems form a large filter between primary mobilization of DSi from silicate weathering and its eventual export to the oceans, and a large reservoir of BSi accumulates in aquatic and terrestrial ecosystems. Although a number of synthesis activities within the last decade have discussed biological transformations in the terrestrial Si cycle, the timescales at which BSi is stored and recycled within ecosystems, BSi persistence and reactivity throughout soil profiles, the dependence of the BSi storage and recycling on ecological processes, the feedbacks to hydrology, the interaction with man’s activities and ultimately the global relevance in Si budgets are poorly constrained. Here we discuss 5 key controls on the ability of ecosystems to filter and control the export of DSi: ecosystem biodiversity, BSi dissolution rates and reactivity, hydrology, interaction with the geosphere and anthropogenic impacts. These controls need to be further studied to better quantify the global and local importance of the terrestrial biogeochemical Si cycle and specifically the BSi reservoir in ecosystems.     

九龙江西溪漳州段浮游植物组成与环境因子的关系

分别在2010年的丰、平、枯3个时期,从浮游植物种类组成、生物量(叶绿素a含量)及其粒级结构等指标对九龙江漳州段浮游植物组成进行了调查,同时分析了其与环境因子间的关系,评估了该河段的水质质量。结果表明:研究区域微微型浮游植物占总生物量比例与温度存在显著的正相关性(P<0.05),小型浮游植物占总生物量比例与总氮成显著的负相关(P<0.05)。共鉴定出浮游植物7门59种,且在各时期均有差异;丰水期与枯水期相比,蓝藻比例上升(P<0.05),甲藻比例下降(P<0.05);研究水域Shannon-Wiener指数在1.0～3.0,为中度污染。典型对应分析表明,温度和营养盐是影响九龙江西溪漳州段浮游植物群落变化的主要环境因子。     

鼎湖山流域下游浅层地下水动态变化及其机理研究

全球变暖和降水格局的改变将如何影响下垫面水文过程是一个被普遍关注的重大科学问题,然而要阐述其内在联系首先必须排除人类活动及土地格局变化的影响。论文以严格保护下的鼎湖山自然保护区为研究对象(排除人类活动及土地格局变化的影响),以其完整集水区下游区域地下水测井系统测定的地下水位数据为基础,拟阐述全球变暖和降水格局改变对该地区地下水位多年变化动态及趋势的影响机制。结果表明:2000年至2009年10 a间鼎湖山流域下游浅层地下水位由2000年的-2.27 m上升到2009年的-1.81 m,年均极显著(p = 0.005)上升0.043 m·a^-1;地下水位干湿季差异显著,湿季地下水位显著(p < 0.001) 高于干季,分别为-1.87±0.23 m、-2.25±0.15 m。时间序列上,干季地下水位无显著(p = 0.190)变化,湿季(1999-2009年)地下水位呈极显著(p = 0.002)上升趋势;日地下水位变异系数CV_wt = 0.20明显小于日降水量 CV_p = 2.77,日地下水位动态与前40 d的日降水量有关;地下水位的变化不能用同期内降水量变化(p = 0.294)解释,分析认为降水格局的变化是导致地下水位上升的基本原因。该研究对评估降水格局改变和全球变暖环境下,地下水资源的变化趋势有重要指示意义。     

Thawing glacial and permafrost features contribute to nitrogen export from Green Lakes Valley,Colorado Front Range,USA

Alpine ecosystems are particularly susceptible to disturbance due to their short growing seasons, sparse vegetation and thin soils. Increased nitrogen deposition in wetfall and changes in climate currently affect Green Lakes Valley within the Colorado Front Range. Research conducted within the alpine links chronic nitrogen inputs to a suite of ecological impacts, resulting in increased nitrate export. The atmospheric nitrogen flux decreased by 0.56 kg ha^?1 year^?1 between 2000 and 2009, due to decreased precipitation; however alpine nitrate yields increased by 40 % relative to the previous decade (1990–1999). Long term trends indicate that weathering products such as sulfate, calcium, and silica have also increased over the same period. The geochemical composition of thawing permafrost, as indicated by rock glacial and blockfield meltwater, suggests it is the source of these weathering products. Furthermore, mass balance models indicate the high ammonium loads within glacial meltwater are rapidly nitrified, contributing ~0.5–1.4 kg N ha^?1 to the growing season nitrate flux from the alpine watershed. The sustained export of these solutes during dry, summer months is likely facilitated by thawing cryosphere providing hydraulic connectivity late into the growing season. This mechanism is further supported by the lack of upward weathering or nitrogen solute trends in a neighboring catchment which lacks permafrost and glacial features. These findings suggest that reductions of atmospheric nitrogen deposition alone may not improve water quality, as cryospheric thaw exposes soils to biological and geochemical processes that may affect alpine nitrate concentrations as much as atmospheric deposition trends.     

Terrestrial vegetation and the seasonal cycleof dissolved silica in a southern New Englandcoastal river

The Pawcatuck river watershed (797 km²) is located in southern Rhode Island and northeastern Connecticut. The predominant lithology of the area is granite, and over 60% of the watershed remains forested with mixed hardwoods (primarily oak) and eastern white pine. As part of a larger study of nutrient and sediment exports from the watershed to Little Narragansett Bay, we measured dissolved silica (SiO₂) (DSi) concentrations at the river mouth over 70 times between January 14, 2002 and November 29, 2002. Annual export of DSi during our study was 40 × 10⁶ mol or 50 kmol km⁻². The United States Geological Survey (USGS) obtained DSi concentrations at this site, at varying frequencies, from 1978 to the present, which allowed for a historical comparison of this study with previous years. River DSi concentrations exhibited a strong seasonal signal that did not vary in a regular way with water discharge or water temperature. DSi and dissolved inorganic nitrogen (DIN) concentrations were significantly related over the annual cycle (p<0.0001) and both decreased substantially during the spring. Dissolved inorganic phosphorus (DIP) did not covary at any time with silica or nitrogen, suggesting that in-stream biological uptake was not responsible for the seasonal decline in silica. The spring decline in river silica concentrations may be due to silica uptake by terrestrial vegetation. We estimate a net forest silica accretion rate of 41 kmol km⁻² y⁻¹, a value that is stoichiometrically consistent with other measurements of net carbon accretion in nearby forests.