不同灌溉方式旱田土壤N2O排放和氮素淋溶特征

通过野外原位监测试验,利用静态箱-气相色谱法、土壤溶液提取器分别对旱田土壤N₂O排放及氮素淋溶进行2018和2019年连续两年观测.试验设计为DCK （滴灌无肥）、DD （滴灌+N 500kg/hm²）、DG （滴灌+N 1000kg/hm²）、FCK （沟灌无肥）、FD （沟灌+N 500kg/hm²）、FG （沟灌+N 1000kg/hm²）.结果表明,不同施氮量、不同灌溉方式对N₂O排放和氮素淋溶量影响具有极显著差异（P<0.01）.N₂O排放量随施氮量的增加而增加,滴灌与沟灌相比可有效降低N₂O排放,2018和2019年FCK、FD、FG的N₂O累积排放量分别为2,23.79,45.73kg/hm²和2.08,6.23,13.93kg/hm²,而DCK、DD、DG分别降低了35%、80.9%、75.6%和26.7%、66.4%、21.5%.2018和2019年旱田土壤氮素淋溶量均表现为：滴灌<沟灌,80cm深度土壤溶液氮素淋溶量<40cm.2018和2019年相同施氮量下滴灌与沟灌相比,在40cm和80cm分别能减少氮素淋溶量36.95%~63.10%和54.93%~87.92%.主成分分析结果表明,影响N₂O排放的主要环境因子为土壤NO₃^--N含量和降水频率,相关系数分别为0.689、0.596;影响氮素淋溶量的主要环境因子为降水频率和灌水频率,相关系数分别为0.697和-0.729.滴灌可有效减少N₂O排放和氮素淋溶量,在提高肥料利用率的同时可减轻环境污染.     

生态文明视角下喀斯特地区“双评价”研究——以生态敏感区宁远县为例

精简“双评价”流程、融合评价机制,基于生态文明视角构建具有喀斯特地区特色的指标体系,刻画国土空间开发与保护格局特征,对于生态敏感脆弱区可持续发展具有重要指导意义。分别从生态、农业与建设三个视角构建指标体系,将资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价指标整合,从国土的用途功能出发,提供一个全新的评价思路,测算宁远县国土对于不同功能的适宜程度。结果表明：（1）宁远县生态保护重要性总体较高,不同等级、地区空间集聚和分异特征明显,呈南北两侧高、中部和西部偏低的分布格局,需重点加强南北两侧生态空间的保护力度,满足国家提倡的生态文明建设要求;（2）农业生产适宜性总体较低,适宜生产区域主要以城区中心分割线为轴带,呈东、西两侧对称分布格局,和生态保护空间存在一定冲突,需合理优化农业生产结构和布局,保障区域粮食和生态的“双安全”;（3）建设开发适宜性总体上较低,中心外围分布格局特征显著,以中心城区为核心并向四周辐射递减,需节约集约利用国土资源,适当调整和转变发展利用方式,协调“三生空间”关系;（4）以中心县城为核心,“三环带放射式”的国土开发与保护空间格局特征明显,建设—农业—生态空间呈“同心圆”圈层结构分布;（5）多宜、双宜、单宜与不宜空间面积依次为36672.67 hm²、32276.11 hm²、181022 hm²、175.46 hm²,分别占宁远县国土的14.66%、12.90%、72.37%、0.07%。从生态文明视角开展喀斯特地区“双评价”研究,更为精细地摸清特殊地貌的国土基数与空间基底,提升了国土空间规划的科学性与操作性,可为其他喀斯特生态脆弱区域“双评价”工作开展提供科学支撑。     

岷江下游小型集水区3种人工林对降雨重金属含量的影响

为了解人工林对大气污染物质的过滤作用,分析研究了2011年11月10日到2012年3月4日期间7次降雨中,岷江下游 (五通桥段)一个小型集水区中水杉人工林、杉木人工林和巨桉人工林穿透水和树干茎流中的4种重金属 (Cd、Cu、Pb、Zn)含量特征.结果表明,3种人工林大气降雨、穿透水和树干茎流重金属含量呈现一致的规律,按平均值大小排列为:Zn>Pb> Cu >Cd.3种人工林穿透水重金属含量差异不显著,水杉人工林与杉木人工林树干茎流中重金属Cd、Cu和Pb含量存在显著差异.巨桉和水杉人工林对重金属Cd和Zn有较强的过滤作用,杉木林和巨桉林对重金属Cu和Pb的过滤作用较强.Pb在3种人工林中的含量均超过国家《生活饮用水卫生标准》.3种人工林穿透水和树干茎流Cd、Pb和Zn的淋溶系数小于1,为负淋溶,杉木树干茎流Cu的淋溶系数大于1,为正淋溶.大气降雨重金属含量与降雨量之间存在显著的负相关关系,水杉人工林穿透水Cu含量、杉木人工林穿透水Cd和Cu含量、巨桉人工林穿透水和树干茎流Cd和Cu含量与降雨量之间存在显著的负相关关系.     

广东鹤山酸雨地区针叶林与阔叶林降水化学特征

研究并比较了广东酸雨地区鹤山丘陵综合实验站区内不同类型森林降水的化学特征.结果表明,和大气降水相比,针阔叶林林内降水除NO3外其它离子含量都明显增加,马尾松针叶林冠层穿透雨和树干径流中离子含量增加倍数最高分别为34倍和12倍,阔叶林穿透雨和树干径流中离子含量增加倍数最高分别为8倍和10倍,针叶林降水比阔叶林降水离子富集程度较为显著．林内降水中马尾松针叶林树干径流离子总含量小于穿透雨离子总含量,阔叶林穿透雨离子总含量小于树干径流离子总含量.不同阔叶林型林内降水中离子含量是不同的.针叶林林内降水有进一步酸化趋势.林内降水离子富集导致森林冠层正负电荷数不平衡,营养离子大量淋失,使林冠层养分亏损．     

湿润亚热带森林锰、铜、锌随降雨分配的迁移动态特征

为探究森林生态系统中重金属随降雨分配迁移的特征,连续观测两年降雨,对比分析Mn、Cu、Zn在穿透雨、树干茎流、地表径流中浓度、输出量、变异情况的差异,并讨论了重金属迁移规律的产生机制.结果表明,林型对雨水的再分配有较大影响.米槠次生林树干茎流水量极显著大于杉木人工成熟林,故前者树干茎流的重金属浓度低于后者;对于林内雨,穿透雨中重金属浓度在米槠次生林（阔叶林）更高,树干茎流中重金属浓度则在杉木人工成熟林（针叶林）更高.整体而言,林内雨的重金属浓度在旱季高于雨季,表现出明显的季节变化;林型对地表径流的影响较复杂,体现在植被类型、林龄、土壤理化性质等方面.本研究中,Mn随地表径流的输出量在米槠次生林显著大于其它3种林型;Zn在较大林龄的米槠次生林和杉木人工成熟林有更大的输出量;降雨分配过程中3种元素的浓度变异情况有所不同,表现为Mn变异最大,Zn次之,Cu最稳定.本研究结果对进一步了解森林生态系统中重金属的迁移特征提供了依据.     

质疑：“红旗河”调水功能的可行性

据报道,“红旗河”方案确定的基本目标是由雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河调水600亿m³至新疆等干旱区,发展2亿亩农田（1亩=1/15 hm²）,建15万~20万km²绿带,以此彻底改善西北干旱区的生态与环境。“红旗河”通过上述河流的各调水点以上的年均径流量总和为1 444亿m³,占被调水河流总径流量的35%;“红旗河”计划年调水量约占可调水量1 444亿m³的42%。如果不考虑国际河流、调水口以下的水电站及工程的正常运行等因素,单纯就水资源而论,600亿m³总调水量是可行的。“红旗河”是跨流域调水的宏大设想,已经引起国内外的广泛关注,但这个宏大的设想也面临地质、技术、经济、社会、生态等领域的多重严峻挑战,存在极大的不确定性。特别是600亿m³的水能解决什么问题?在实施工程之前应该充分论证,采取有效措施防范和减轻这些风险带来的危害。从自然地理、资源环境和区域发展角度看,以下问题值得商榷：从主要受水区域新疆看,依据现有农田的净灌溉定额（大约600 m³/亩）,即使完全不考虑渠道（干渠及农田灌溉支渠）中途渗漏与水面蒸发,理论上最多发展1亿亩农田。同样,根据新疆为了维持塔里木河下游大海子水库以下的511 km²湿地所调用的水量估算,15万km²生态绿带建设每年至少需水1 100多亿 m³。600亿m³引水量既无法实现建造2亿亩农田的需要,也无法满足15万km²生态绿带的需要,二者同时实现更无可能。何况这600亿m³的水要经过6 000多km的长途跋涉,渗漏和蒸发非常大,最终能有多少水达到受水区?该项目计划建设期10 a、投资4万亿元,每亩农田（以2亿亩计算）2万元,每m³水费近66元。工程建成运行时,谁来为昂贵的水费买单?调水可能引起的环境影响和生态后果具有极大的不确定性,需要给予高度关注。如调入区是内流区,降水量小,蒸发量大,地形封闭,缺乏排水出路,环境条件特殊。大量引水,在灌溉不当的情况下,极易导致土壤次生盐渍化。跨流域调水工程不仅仅是一个复杂的水利工程,还是一个十分复杂的生态系统工程,更是一个十分复杂的社会经济工程。环境效应、生态后果和社会经济影响涉及复杂的地球物理、化学和生物过程,也涉及复杂的人地关系和谐平衡过程。“红旗河”同时涉及国际河流,潜在的地缘政治关系需要引起重视。在现有认识水平下,需要对这些问题进行深入系统研究,分析各系统之间的相互关系及影响规律,提出理性的评价系统和论证方案。此外,在“红旗河”的舆论造势中,还存在几个有悖科学认知的观点,如“改变中国气候格局”、“森林致水作用”、打破千百年来的“胡焕庸线”等。文章均进行了分析和澄清。     

台风“杜鹃”降水δ18O的云雨区效应初探

我国东南地区台风降水显著,但对这种强降水事件中的稳定同位素研究较少,限制了对短时间极端降水稳定同位素变化过程和影响因素的认识。论文根据2015年9月28日至29日第21号台风“杜鹃”两次登陆（台湾宜兰、福建莆田）前后台北、福州两地气象数据和降水稳定同位素数据,分析了此次台风的降水稳定同位素变化特征及影响因素。台风期间,两地降水δ¹⁸O波动范围为-3.4‰~-15.0‰,变化幅度达11.6‰。台风前端和尾端两地降水同位素值相对偏正,平均值为-4‰~-6‰而台风中端两地降水同位素值极其偏负,平均值分别为-12.4‰和 -13.2‰。台风前端与尾端降水同位素值偏正,水汽受蒸发效应影响明显;而台风中端降水δ¹⁸O值极端偏负主要受“云雨区效应”的影响,即云雨区气流急剧上升,水汽在过饱和环境中快速凝结降落,受动力分馏作用小,降水δ¹⁸O极端偏负。结合降水δ¹⁸O变化特征、过量氘及模拟水汽轨迹,得到台风“杜鹃”降水主要的水汽来源为西太平洋海域。     

豫西鸡冠洞不同尺度滴水水化学分析及对区域极端干旱的响应

论文对自2009年10月到2015年12月豫西鸡冠洞两处滴水：鲤鱼戏水（LYXS）和天宫冰灯（TGBD）进行了连续定点监测及取样分析,并结合2015年8月4—6日对其进行的暴雨监测,从不同时间尺度上分析了滴水的滴速、pH值、HCO^-₃、电导率、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、元素比值等指标的变化特征及其与降水的关系。结果表明：1）年际尺度上,鸡冠洞滴水的水化学特征响应ENSO循环引起的多雨年与干旱年降水的变化,其主要受控于土壤CO₂的溶解、上覆物质的淋滤、先期沉积作用（PCP）的强弱;2）季节尺度上,滴水受岩溶水运移路径、淋滤作用、水-岩反应时间及先期沉积作用等因素综合影响表现出明显的季节变化特征;3）在单场降雨尺度上,滴水的水化学特征都不同程度表现出随滴率的变化而变化的趋势,主要受到岩溶水的运移路径、活塞效应、稀释作用等因素影响,而与水-岩反应时间关系不大;4）受到2013年区域极端干旱后“老水”的滞留与2014年新降水的稀释作用影响,其滴水水化学指标的极端值出现在降水量有所回升的2014年。     

“雅安天漏”降水变化气候特征的分析

论文基于1951—2008年逐日降水资料和1969—2000年逐小时降水资料,应用统计诊断分析方法,研究了青藏高原东侧雅安降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明：与整个四川省的降水变化一致,近58 a“雅安天漏”的年降水总量和年雨日是减少的,并且后者比前者减少得更加显著;降水量在20世纪90年代的显著减少是雨日和雨强变化共同影响的结果;除冬季外,春、夏、秋三季的降水量和雨日均呈减小趋势,其中秋季减少最明显;汛期降水量减少占年降水量减少量的92.7%,汛期雨日的减少比降水量显著,占年雨日减少的62.9%;21世纪初期后,“雅安天漏”强降水月份减少,雨日集中时段缩短;“雅安天漏”夜雨特征突出,夜间降水量和频次远远大于白天,呈单峰单谷结构,降水谷值到峰值增加速率是峰值到谷值衰减速率的2倍,易夜间形成强降水,具有明显持续性。进一步分析发现,雅安不仅夜雨量和发生频次减小,而且降水表现为峰值出现时间提前、向前半夜移动的变化特征。     

生态退耕前后张家口市耕地变化及影响因素识别

耕地变化与相关土地政策密切相关,为揭示生态退耕政策实施前后,耕地变化特征及其影响因素的差异性,该研究以北方农牧交错区——张家口市为例,分析了生态退耕前后（1989—2000年和2000—2015年）耕地变化特征。在此基础上,应用多项Logistic回归模型研究了耕地变化的影响因素。研究结果表明：1）耕地面积由1989年的1 090 031.02 hm²减少到2015年的924 647.32 hm²,持续减少了15.17%,特别是生态退耕后,耕地减少速度加快;但耕地仍然集中分布在张北县、康保县、沽源县。2）生态退耕前后,耕地转出与转入并存。与生态退耕前相比,生态退耕后耕地转换变化总面积增加121 695.72 hm²,其中转出面积增加占88.72%;耕地主要转换去向由草地（17 063.59 hm²）、建设用地（9 007.00 hm²）、林地（8 932.72 hm²）和园地（5 981.19 hm²）,变为林地（51 902.41 hm²）、园地（40 311.23 hm²）、草地（32 292.66 hm²）和建设用地（23 152.11 hm²）。3）生态退耕前后,耕地转换变化的影响因素不同。退耕前,海拔和坡度分别是耕地转为园地、林地和转为草地、建设用地的主导因素;退耕后,耕地转化的影响因素多样化,海拔仍是耕地向园地转换的主导影响因素,人均GDP变化和到最近道路距离分别成为耕地转为林地、草地和转为建设用地的首要因素。基本农田保护区和自然保护区对耕地转为园地、林地和草地也起着重要作用。研究结果能为张家口市耕地保护、生态环境保护及经济社会协调发展提供科学依据。     

Tests of the use of net throughfall sulfate to estimate dry and occult sulfur deposition

Throughfall and stemflow measurements taken in a mature high elevation red spruce stand, and precipitation measurements made in a nearby clearing, were used to calculate weekly net throughfall (=throughfall + stemflow - precipitation) sulfate deposition and net throughfall volume in the stand over a 20-week period. The study fortuitously was divisible into a low cloudwater deposition period, during which precipitation volumes generally exceeded throughfall volumes, and a high cloud period, during which the reverse was true. Weekly cloudwater deposition volume was estimated independently from continuously recorded cloudwater collections by an artificial tree located on an elevated platform in the clearing. Weekly net throughfall volume correlated well with cloudwater deposition volume (r = +0.86). Precipitation accounted for only 25% of the throughfall sulfate collected throughout the study and only 15% of that collected during the high cloud period, as net throughfall sulfate was 2.4 times greater during the high cloud period than during the low cloud period. Weekly estimates of cloudwater sulfate deposition correlated well (r = +0.74) with measures of net throughfall sulfate during the high cloud period. Dry deposition models were used to estimate weekly dry S deposition; weekly estimates of the wash-off of this dry deposition also correlated well (r = +0.76) with net throughfall sulfate during the low cloud period. During the high cloud period, estimates of cloudwater S plus dry S deposition accounted for 67% of the sulfate collected in net throughfall; however, during the low cloud period only 55% of net throughfall sulfate was accounted for. The low percentage of sulfate accounted for during the low cloud period suggests that the dry models were underestimating S deposition. Possible reasons for underestimation include failure to consider fully topographic complexity and edge effects, underestimates of surface wetness, and the possibility of canopy sources of sulfate (foliar leaching). These results support the use of throughfall sulfate measurements as gross estimates of (1) total S deposition, (2) total dry S deposition (using net throughfall in environments where cloudwater deposition accounts for less than 5% of total sulfate deposition) and/or (3) total cloud S deposition (subtracting precipitation and dry inputs from total throughfall sulfate in high cloud environments).     

Effect of acid precipitation on leaching of nutritionsand aluminium from forest soils

ＥｆｆｅｃｔｏｆａｃｉｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｎｌｅａｃｈｉｎｇｏｆｎｕｔｒｉｔｉｏｎｓａｎｄａｌｕｍｉｎｉｕｍｆｒｏｍｆｏｒｅｓｔｓｏｉｌｓＤａｉＺｈａｏｈｕａ；ＬｉａｏＢｏｈａｎ；ＷａｎｇＺｈｉｈａｉＷａｎｇＸｉｎｇｊｕｎ；ＬｉｕＹｕｎｘｉ...     

A new method for estimation of dry deposition of particles based on throughfall measurements in a forest edge

Throughfall measurements are very often used to calculate the atmospheric input to ecosystems. Such attempts are normally complicated by canopy interaction processes which are difficult to assess. This study presents an approach to calculate dry deposition and canopy leaching of Ca²⁺, Mg²⁺ and K⁺ to forests. The calculations are based on throughfall measurements in a forest edge of a spruce stand and by use of Na⁺ as a model substance for dry deposition of particles. This ‘forest edge approach’ is compared with an approach based on equal Na⁺ to base cation ratios in wet and dry deposition (‘wet/dry ratio approach’), which has been widely used in the literature. Our calculations show that the wet/dry ratio approach may overestimate the dry deposition of Ca²⁺, Mg²⁺ and K⁺ by up to 100% and leaching will correspondingly be underestimated. The assumptions underlying the different approaches and the use of throughfall measurements to estimate dry deposition are discussed and it is suggested that throughfall measurements in forest edges may be a valuable improvement to studies of atmospheric deposition in forests.     

Deposition and forest canopy interactions of airborne sulfur: Results from the integrated forest study

The Integrated Forest Study (IFS) was a long-term research project designed to determine the effects of atmospheric deposition on forest nutrient cycles. Concentrations and fluxes of airborne sulfur compounds were determined for several years at the 13 IFS research forests in North America and Europe using a standard set of protocols. Annual mean air concentrations of sulfur ranged from ∼1.5 to 8 μgSm⁻³ and were generally dominated by SO₂ (∼60% of total sulfur on the average). Atmospheric deposition of sulfate at these forests was highest at the high elevation (∼ 1000–2000 eq ha⁻¹yr⁻¹) and at the southeastern U.S. sites (∼800–1000 eq ha⁻¹yr⁻¹), and lowest in the Pacific northwest (∼300 eq ha⁻¹yr⁻¹). Cloud water contributed significantly to the sulfur flux at the mountain sites (45–50%), and dry deposition was comparable to wet at the drier southeastern sites (>40% of total). Deposited sulfur appeared to behave more or less conservatively in these canopies, showing little net uptake (ofSO₂) and minor foliar leaching (of soil-derived, internal SO₄²⁻) relative to the total atmospheric flux. The estimated fluxes in total deposition were generally within 15% of the measured fluxes in throughfall plus stemflow, indicating that useful estimates of total atmospheric deposition of sulfur can be derived from measurements of throughfall.     

Waterborne nutrient budgets for the riparian zone of an agricultural watershed

Agroecosystems in the southeastern United States Coastal Plain typically have uplands in agriculture with mixed hardwood forests along the stream channels. This study determined the inputs and outputs of waterborne nutrients for the riparian forest ecosystem of an agricultural watershed. Quantities of phreatic groundwater and precipitation nutrient inputs and phreatic and surface nutrient outputs were determined during 1979. Based on input/output budgets, these streamside forests were shown to be effective in retaining N, P, Ca, and Mg. Partial conversion of the riparian forest to cropland was projected to increase NO₃-N and NH₄-N loads by up to 800%. Total replacement of riparian forest with crops would increase loads of all nutrients studied except organic N, DMRP, and total P. Land managers can maintain the nutrient filtering capacity of the streamside forest by selective harvesting of hardwoods and by maintaining the present hydrologic regime.     

怀柔山地油松林氮、磷、硫生物--地球化学循环的研究

海河流域怀柔山地油松林生态系统N,P,S元素生物地球化学循环研究结果表明,生态系统氮素输入输出基本平衡。氮素、磷素在未来一段时间内将在植物凋落层中累积,硫则在凋落物层、土壤中累积。这种情况形成了城市郊区森林生态系统元素循环的独特特性。