湿地生物地球化学过程研究进展

1　湿地生物地球化学过程的概念及内涵营养物质在生态系统之间的输入和输出以及在生物各圈层之间进行的物质和能量交换称为生物地球化学循环 (ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ) [4 ] ,它实质上是指生物有机体及其产物与无机环境之间进行的物质交换和能量转换过程。湿地是介于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡地带[3 ] ,它是一种特殊的生态系统 ,其独特多样的生物条件显著影响着生物地球化学过程。这些过程不仅改变了物质的化学组成 ,而且使它们在湿地内发生空间位移以及生物地球化学转化。湿地生物地球化学过程是…     

微生物在地球化学铁循环过程中的作用

铁元素虽然只在地壳含量中位列第4,但却是地球上分布最广的变价金属元素之一,微生物介导的铁循环及其与生源要素碳、氮、氧和硫等耦合的氧化还原反应是微生物地球化学循环的重要驱动力.由于铁循环过程中氧化态三价铁Fe(Ⅲ)在环境p H条件下大多以不溶状态存在,因而由其参与的地球化学循环进程通常较为缓慢.研究表明,微生物在铁元素的地球化学循环过程中起着举足轻重的作用,并在该过程中参与矿物的生成与转化.近年来的最新研究发现,参与地球化学铁循环的微生物之间,微生物与矿物之间,以及矿物介导的微生物之间存在着多样的相互作用,而含铁矿物介导的微生物胞外电子传递机制是其中最受瞩目的研究热点.本文综述了微生物介导的地球化学铁循环过程的类型及其过程中的主导微生物,并针对铁还原过程中已知的微生物胞外电子传递机制做了介绍.文中涉及的微生物地球化学铁循环过程中的各种相互作用,已经成为相关研究领域的热点问题,最新研究结果将为进一步阐明微生物地球化学铁循环过程、机制及其环境效应提供重要的理论依据和研究基础.     

生物地球化学过程模型DNDC的研究进展及其应用

脱氮-分解(denitrification-decomposition,DNDC)模型通过耦合土壤环境驱动的反硝化和分解过程来估计土壤中二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等痕量气体的排放量,是目前国际上最成功的模拟陆地生物地球化学循环的模型之一.本文主要阐述了DNDC模型的发展过程及其结构,以及模型的验证和敏感因子分析,并总结了当前DNDC模型应用的热点领域.     

人类扰动对重金属元素的生物地球化学过程的影响与修复研究进展

重金属元素在自然界中主要分布于岩石和土壤当中,通过生物地球化学循环进入其他圈层。工业革命以后,矿物开采、冶炼、农业等传统人类活动和电子产业、交通运输等现代人类活动的不断发展,增加了岩层中重金属元素进入环境的总量,还改变了它们在不同环境介质中的迁移速率、方向、形态和生物毒性,进而增加危害人类健康的风险。只有充分了解人类扰动下重金属元素生物地球化学循环的新过程和新特征,才能抓住关键环节并且科学地建立高效可行的重金属污染修复方法与技术。总结了人类扰动及其引起的一系列环境变化对几种关键重金属元素生物地球化学循环的影响,综述分析表明由于人类扰动增加重金属源头释放并加速其在水中迁移速率,日后的修复工作应该着重于矿山、电子垃圾场等特殊区域的修复和监管并利用多种修复方式联用遏制重金属在水体中的快速迁移,这为重金属污染修复技术的研究提供导向和依据。     

桂林毛村岩溶区典型植物叶片碳、氮、磷化学计量特征

植物的碳、氮、磷化学计量特征能反映植物对土壤营养元素的利用效率,岩溶区植物经过长期的进化形成了自身独特的生理生态和生态化学计量特征,通过岩溶区植物叶片碳、氮、磷化学计量可以揭示岩溶生态系统各组分之间的养分循环规律。该研究在桂林毛村岩溶区次生林中选择3个20m×20m的样方,采用多元统计方法分析了岩溶区森林12种典型植物叶片共186个样品的碳、氮、磷的生态化学计量特征,研究它们之间的相互关系,探讨碳、氮、磷化学计量学在岩溶生态系统中的生态指示作用。结果表明:(1)虽然岩溶区石灰土氮和磷的含量较高,但由于其有效性低,植物对养分的吸收和利用缓慢,岩溶区石灰土植物的生长仍然受到N和P的共同限制;(2)由于岩溶区植物叶片中N和P的含量显著偏低导致较高的C∶N和C∶P值(C∶N的平均值为80.86;C∶P的平均值为639.65);(3)利用N∶P14表明氮受限制,N∶P16表明磷受限制,14N∶P16表明N和P共同限制的标准判断植物叶片受N或P的限制在岩溶区不完全适合;(4)元素间相关性分析表明,叶片的C和N呈极显著负相关关系(P0.01),C和P呈显著负相关关系(P0.05),N和P之间呈现极显著正相关关系(P0.01)。这体现了植物体内两营养元素含量需求变化的相对一致性。研究结果有助于了解岩溶区森林植物的适生机制及其生态地球化学过程,可为岩溶区生态治理提供理论依据。     

辽西地下水化学影响指标的水岩作用分析

为查明葫芦岛市浅层地下水的水化学特征,对采集的地下水样品进行了测试分析,采用模糊综合评价法和层级阶梯法进行地下水质量与污染综合评价。在此基础上,利用相关系数法筛选出影响地下水化学特征的指标,应用水文地球化学模拟方法分析各指标的成因机制。结果表明:研究区由低山丘陵向沿海冲积平原,地下水化学类型由HCO_3型水过渡至HCO_3·SO_4、HCO_3·Cl型水;Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ和Ⅴ类水质分别占样品总数的44%、4%和52%;中度、重度和极重度污染水样比例分别为48%、36%和16%;影响水质与污染状况的指标有Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)、Cl~-、Br、NH_4~+、NO_3~-和Pb,成因机制主要是阳离子交换吸附、蒸发蒸腾和氧化还原作用,地区农业生产、采矿活动和海水入侵现象是造成浅层地下水水质恶化、污染加重的主要因素。     

污水处理厂化学除磷影响因素的研究

实验模拟同步沉析工艺,以PAC为除磷药剂,研究了搅拌时间、DO、pH、MLSS、PAC投加量几个因素对化学除磷的影响,明确了不同因素的最佳运行参数,并得出了影响化学除磷效果的四个因素的主次顺序为pH投加浓度MLSS搅拌时间。     

施用磷石膏对菱镁矿粉尘污染土壤上玉米生长发育的影响

辽宁海城一营口大石桥菱镁矿（MgCO。）区生产过程中产生大量粉尘（主要成分为氧化镁）,落入土壤后产生氢氧化镁使土壤碱化,破坏了土壤结构,降低了钙、磷、铁和锌等植物必需元素的有效性,影响作物生长。针对这一问题,我们从1991年起试用磷石膏进行粉尘污染土壤的改良试验。磷石膏是生产磷锭的副产品,主要成分为有效硫1087％,有效钙13．64％,P。0。0．92％,游离酸三．23％,PH05o试验在海城市牌楼镇进行。材料为玉米C二对规W）,品种掖单至3号,土壤为棕壤［pH8．5,含（mg八g）有机质17000．0、碱解氮14年回、速效磷8．l、水溶…     

磷石膏浸提液对豌豆种子生理及幼苗生长的影响

利用不同浓度的磷石膏浸提液处理豌豆种子,测定豌豆种子淀粉酶活性、可溶性糖、种子生命力、吲哚乙酸含量、吲哚乙酸氧化酶活性和发芽率、苗高、植株鲜重。结果表明:磷石膏浸提液处理后,豌豆种子可溶性糖含量和吲哚乙酸含量分别比对照增加6.7%～43.3%和9.4%～40.8%。豌豆幼芽中α-淀粉酶活性和吲哚乙酸氧化酶活性分别比对照高出8%～64%和15.2%～30.9%;发芽率、苗高和植株鲜重分别比对照提高10%以上。表明磷石膏能促进豌豆萌发和生长。     

农田作物同化碳输入与周转的生物地球化学过程

作物同化碳在“大气-植物-土壤”系统中流通的生物地球化学过程,显著影响全球陆地生态系统碳循环过程。作物同化碳是土壤有机碳的重要来源,与根际环境及作物生长发育有密切联系,但由于其复杂性和多变性,作物生长期内同化碳在土壤中的分配、转化与稳定的机理尚不十分清楚。因此,综述了作物同化碳向土壤碳库输入及其对土壤有机碳库的贡献,在土壤碳库中的分配与转化特征,在土壤中流通的微生物机制以及同化碳在土壤-微生物系统分配、稳定的微观机制。探讨同化碳在地上部-根际-土壤系统中的分配及调节机制,土壤界面同化碳流动过程与土壤微生物多样性形成的关系;提出了在不同生态系统尺度上加强作物同化碳在土壤-作物系统中分配过程的定量研究对于明确陆地生态碳循环过程的重要意义;指出了研究作物同化碳向土壤碳库迁移、分配定量过程与机制的重要性,以及应用显微镜成像技术与同位素示踪技术相结合的纳米二次离子质谱技术、和微生物分子与群落生态相偶联的技术是未来研究作物同化碳生物地球化学特性的有效手段。     

磷影响陆地生态系统碳循环过程及模型表达方法

全球气候变暖已大大改变了陆地植物碳吸收能力, 提高了全球植被净初级生产力。随着气候变暖的加剧, 磷对植物生长的限制作用逐渐显现且不断增强, 磷影响陆地生态系统碳循环的机理和模型研究已成为研究热点。该文系统分析了磷影响陆地生态系统碳循环的相关机理以及模型对相关过程的定量化表达方法。综合对比分析了国际上的Carnegie- Ames-Stanford Approach-CNP (CASA-CNP)、Community Land Model-CNP (CLM-CNP)和Jena Scheme for Biosphere-Atmosphere Coupling in Hamburg-CNP (JSBACH-CNP)等碳、氮、磷耦合模型中磷影响植物光合作用与同化物分配过程、植物对磷的吸收过程、土壤中磷的转化过程以及生态系统磷输入与输出等过程的相关数学表达方法, 指出了模型算法的局限与不确定性以及未来模型发展与改进的方向。同时综合对比分析了CASA-CNP、CLM-CNP、JSBACH-CNP模型的基本特征, 总结了磷循环模型的建模方法, 为未来开展磷影响陆地生态系统碳循环的模型模拟研究提供了借鉴方法与参考思路。     

磷影响陆地生态系统碳循环过程及模型表达方法

全球气候变暖已大大改变了陆地植物碳吸收能力,提高了全球植被净初级生产力。随着气候变暖的加剧,磷对植物生长的限制作用逐渐显现且不断增强,磷影响陆地生态系统碳循环的机理和模型研究已成为研究热点。该文系统分析了磷影响陆地生态系统碳循环的相关机理以及模型对相关过程的定量化表达方法。综合对比分析了国际上的CarnegieAmes-Stanford Approach-CNP (CASA-CNP)、Community Land Model-CNP (CLM-CNP)和Jena Scheme for Biosphere-Atmosphere Coupling in Hamburg-CNP (JSBACH-CNP)等碳、氮、磷耦合模型中磷影响植物光合作用与同化物分配过程、植物对磷的吸收过程、土壤中磷的转化过程以及生态系统磷输入与输出等过程的相关数学表达方法,指出了模型算法的局限与不确定性以及未来模型发展与改进的方向。同时综合对比分析了CASA-CNP、CLM-CNP、JSBACH-CNP模型的基本特征,总结了磷循环模型的建模方法,为未来开展磷影响陆地生态系统碳循环的模型模拟研究提供了借鉴方法与参考思路。     

岩溶石漠化区不同植被恢复模式土壤无机磷形态特征及影响因素

为分析岩溶石漠化区不同植被恢复模式土壤无机磷的形态特征,评价植被恢复的土壤供磷潜力,阐明有机碳及钙素在无机磷形态转化中的作用,选取研究区内8种有代表性的样地,采用蒋柏藩无机磷分级方法对土壤无机磷形态特征及影响因素进行研究。结果表明:研究区土壤全磷与速效磷含量分别在0.25—1.35 g/kg、1.05—53.01 mg/kg范围,无机磷总量在123.94—934.61 mg/kg,耕地与退耕地以及各退耕地之间全磷、速效磷、各形态无机磷含量水平差异明显,各退耕地磷素含量水平介于耕地与次生马尾松林地之间,退耕地中桃林地、花椒林地磷素含量水平较高、樟树林地、柳杉林地、撂荒草地次之、撂荒灌丛地较低。各样地土壤无机磷占全磷比例在51.2%—72.4%,不同形态的无机磷含量表现为O-PFe-PCa-PAl-P,其中Ca2-P、Al-P对速效磷的贡献率大,Fe-P、Ca8-P贡献较小,O-P、Ca10-P献率最小。不同活性土壤有机碳与不同形态钙素对各形态无机磷在总无机磷中比例的影响较大,p H、容重、粘粒含量、含水量等其它理化性质影响较小。     

滇池流域富磷区不同土壤磷水平下植物叶片的养分化学计量特征

滇池流域是我国典型的富磷区, 分析该区域内不同土壤磷含量下主要植物的化学计量特征, 有助于理解该区域的生态环境特点和生态恢复的特殊性。该研究测定了滇池流域滇中地区75种常见植物叶片的碳(C)、氮(N)、磷(P)及钾(K)含量, 综合分析了该区域不同土壤磷水平(富磷和正常)下不同生活型植物叶片的C、N、P和K的计量特征。结果表明, 研究区域植物叶片C、N和K含量的算术平均数分别是441.42、16.17和13.57 mg·g^-1, P含量的几何平均数为1.92 mg·g^-1, 植物叶片的N、P和K含量之间呈显著的正相关; 富磷区域植物叶片的P和K含量显著高于正常区域, N/P、K/P显著低于正常区域。无论是富磷还是正常区域, 草本植物的N、P和K含量均高于木本植物, 乔木与灌木差异不明显。植物叶片的P含量及N/P与土壤磷水平呈显著相关; 叶片N/P分析结果表明, N是影响滇池流域植物生长和群落恢复的主要限制元素。研究指出, 在滇池流域增加陆地植物群落及生态系统的氮素来源是进行生态修复和面源污染防治的重要切入点。     

不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素

以重庆中梁山为例,通过野外埋放标准溶蚀试片、土壤CO2收集装置和进行亮蓝染色示踪试验,测试不同土地利用方式下不同土层碳酸盐岩溶蚀速率、土壤CO2浓度、土壤溶解性有机碳(DOC)含量及土壤含水量、土壤pH值和孔L隙度等性质,探讨不同土地利用方式土下溶蚀速率差异及其影响因素.结果表明不同土地利用方式对土壤理化性质产生影响,形成特定的岩溶微环境,进而影响土下不同层次的岩溶作用:土壤CO2浓度是影响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动力;土壤含水量和供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀速率的关键因素;菜地产生的酸性物质较多,土壤pH值最低,其平均溶蚀速率高于林地;土壤DOC随水下渗迁移性强,是林地土下50 cm处溶蚀速率高于土下20 cm处的原因之一.该文为西南岩溶区土下岩溶机理、岩溶碳汇提供理论依据和数据参考.     

地下水埋深对灰胡杨叶性状与化学计量学特征的影响

以塔里木荒漠河岸林优势树种灰胡杨为研究对象,分析灰胡杨叶性状与化学计量学特征沿地下水埋深梯度(GWD)的变异格局及其相互关系,以揭示灰胡杨适应极端干旱环境的生态策略。结果表明：(1)不同地下水埋深条件下灰胡杨叶性状和化学计量学特征存在显著差异(P<0.05),叶面积(LA)、叶片含水量(LWC)、叶氮含量(LNC)和叶磷含量(LPC)随GWD增加呈下降趋势,叶干物质含量(LDMC)、叶组织密度(LTD)、叶碳含量(LCC)、碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)随GWD增加呈上升趋势;其中C∶P、N∶P、LPC和LA变异系数较大(39.90%、36.09%、30.63%和28.22%),对GWD变化较为敏感。(2)LA与LTD和LDMC, LWC与LTD和LDMC, LNC与C∶N, LPC与LCC、N∶P和C∶P分别呈极显著负相关关系(P<0.01),LA与N∶P和C∶P呈显著负相关(P<0.05);逐步回归分析表明LA、LDMC、LTD、C∶P可作为响应地下水埋深变化的重要指标。(3)C∶N、N∶P、C∶P随GWD增加均呈上升趋势,LCC、LNC和L...     

贵州台江中、下寒武统界线剖面微量元素地球化学特征

对贵州台江中、下寒武统界线剖面元素地球化学特征进行研究，探讨了微量元素丰度与比值沿剖面变化的规律性及剖面稀土元素分布模式，为剖面地层中。     

外源磷添加对西双版纳热带雨林土壤生态化学计量特征的影响

西双版纳热带雨林是我国热带雨林生态系统保存最完整、最典型、面积最大的地区。为探讨磷添加对西双版纳热带雨林土壤生态化学计量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的影响,本研究以西双版纳植物园、瑶区乡、尚勇与纳板河四处原始林区为对象,设置P添加实验。结果表明:西双版纳热带雨林土壤N、P元素更易受外源P输入影响,植物园与瑶区乡、尚勇、纳板河C∶P、N∶P存在显著差异;在P添加下,4个地点因海拔、水热气候条件和微生物活动强弱等不同,土壤养分与计量特征具有不同变化特征;在外源P输入的情况下,西双版纳热带雨林低海拔地区土壤有效P增加,植被吸收P能力增强,土壤N∶P升高,生态系统表现为P限制;而高海拔地区热带雨林中植物和微生物的N吸收增强,凋落物、微生物P释放增加,土壤N∶P降低,生态系统可能转变为N限制。     

气候变化对海洋病毒生态特性及其生物地球化学效应的影响

摘要:病毒作为海洋中丰度最高的生命粒子,通过侵染和裂解宿主细胞影响宿主生理生态特性,改变海洋食物网的物质循环和能量流动,在海洋生物地球化学过程中扮演着重要角色。全球气候变化导致海面升温、海洋酸化、营养盐和海水盐度变化、低氧区扩大等海洋环境问题,对海洋病毒生理生态特性产生直接或间接的影响。本文从海洋病毒的生态功能和生物地球化学效应出发,概述了气候变化因子对病毒分布、丰度、生命策略以及与宿主之间相互作用等的影响,提出海洋病毒是全球气候变化研究中不可或缺的对象。     

模拟氮沉降对低磷胁迫下马尾松生长和磷效率的影响

近年来大气N沉降日趋严重,导致森林土壤有效N含量增加,N/P发生改变,将会影响低P胁迫下林木的生长发育和P效率.本文以马尾松家系为研究对象,设置模拟N沉降与同质低P(介质表层与深层均缺P)、异质低P(介质表层P丰富、深层缺P)耦合的盆栽试验,研究N沉降对马尾松生长性状以及P吸收和利用效率的影响.结果表明： 同质低P下,模拟N沉降对马尾松生长性状和P效率影响较小,但存在显著的N×家系互作效应,家系40×44和71×20在N沉降后生物量增加,家系36×29和73×23生物量降低;异质低P下,模拟N沉降显著增加了马尾松苗高、生物量以及P吸收效率等,其原因是促进了根系生长和表层土壤中根系分布比例的增加.不同P环境下模拟N沉降对马尾松生长的影响,还与植株N/P有关.同质低P环境下,马尾松植株N/P为13.8,植株对N敏感性低,酸性磷酸酶活性增加,但未改善马尾松生长状况.在异质低P环境中,植株N/P为9.7,模拟N沉降显著增加了苗木生物量和P吸收效率,但未显著改变酸性磷酸酶活性.