基于MLP-ANN神经网络的河流泥沙输移对气候变化的响应

运用MLP-ANN神经网络方法,对金沙江中游一级支流龙川江的河流泥沙输移状况与气候变化之间的响应关系进行了研究。结果表明：（1）龙川江河流泥沙输移对温度、降雨量、降雨强度和径流量等气候因子响应直接,而对降雨频率、蒸发量和湿度的改变没有明显响应;（2）当不考虑径流因子时,MLP-ANN模型对泥沙输移的拟合有一个月的时滞效应,而考虑径流因子时,则没有时滞效应;（3）在1993年以后,河流泥沙输移对气候变化的响应出现明显偏移,显示有其它因素对龙川江的河流泥沙输移产生了强烈干扰。     

坡耕地薄层紫色土-岩石系统中氮磷的迁移特征

于2015年两场代表性降雨事件下研究了紫色土坡耕地(1 500 m~2)水文过程驱动的氮磷地表和地下迁移特征.结果表明:(1)前期土壤水饱和度和降雨量决定地表径流和裂隙潜流的产流深度和胶体浓度的基本水平;降雨强度则控制产流量的变化趋势和胶体浓度的峰值水平.(2)氮素主要以溶解态随裂隙潜流迁移;磷素则主要以细颗粒结合态通过地表径流流失.(3)氮磷迁移过程的水文驱动特征明显,氮素迁移主要受裂隙潜流的驱动作用影响,而磷素迁移则主要受地表径流的驱动作用影响.该研究结果丰富了对坡耕地薄层土壤-裂隙母岩二元系统中氮磷迁移对降雨响应规律的认识,可为农业氮磷非点源污染防治提供可靠的田间数据支持并明确关键的水文调控环节.     

生物炭添加比例及冻融对沟渠土壤氮素淋失的影响

三江平原大规模集约化农业生产活动破坏了土壤养分平衡,加快了营养物质输移过程,而沟渠土壤中高有机物含量有利于营养元素的化学循环.为了研究冻融过程及添加不同比例生物炭对沟渠土壤氮素淋失的影响效果,本研究采用室内土柱模拟淋溶方法,探究了冻融过程及添加不同比例生物炭土壤对淋溶液中铵态氮(NH~+_4-N)和硝态氮(NO~-_3-N)淋失量的影响规律.实验采用400℃烧制的玉米秸秆生物炭,分别按照炭土质量比0、0.75%、1.50%、3.00%的比例施用于沟渠土壤中.结果表明:施加生物炭加快了溶液的淋溶速率;施加生物炭能够增加土壤对氮素的固持,且不同配比生物炭的土壤对铵态氮的固持能力优于硝态氮,添加0.75%生物炭的土壤对硝态氮表现出较好的固持能力;冻融条件下土壤氮素的淋失有所增加,生物炭对氮素的固持能力随着冻融次数的增加也有所降低,在本实验中,当冻融频次为1时,冻融过程对生物炭固持土壤氮素能力的抵消作用最大.     

丘陵坡地地表径流中磷的形态及其影响因素

土壤磷随地表径流进入水体是导致水域富营养化的重要因素,研究地表径流中磷的形态有助于了解农业活动对流域水质的影响.本研究在2年内测定了浙江北部排溪冲小流域6种坡地利用方式的径流中各种磷的形态浓度及其影响因素．结果表明,对于己开发利用的坡地（尤其是新开荒的坡地）泥沙结合态磷（PP）是地表径流中P存在的主要形态,PP占总磷（TP）比例在49．39％～87．72％,径流中可溶性磷（DP）占生物可利用磷（BAP）的50％以上;径流中的DP和BAP明显受施肥状况和土壤中磷含量的影响,磷肥施用后遇降雨和高的土壤含磷量是导致径流中DP和BAP浓度高的主要原因.     

缓控释肥深施对黏性土壤麦田氮素去向的影响

黏性土壤严重影响土壤水肥运移.采取适宜的农艺措施优化土壤无机氮分布,减少该类型土壤的氮素损失是农业绿色可持续发展的关键.为明确缓控释肥种肥深施对黏性土壤麦田氮素损失的影响,选择常规化肥(CN)和缓控释肥(RCU)这2种类型肥料,采用撒播撒施(B)和机械化条播深施(D),研究了缓控释肥种肥深施对黏性土壤小麦产量、季节麦田氮素径流流失、氨挥发和N₂O排放的影响;并分析了其耕层土壤的无机氮时空分布特征.结果表明,相同肥料类型下,D处理的小麦产量显著高于B处理;而相同施肥方式下,RCU处理的产量显著高于CN处理.D-RCU处理的小麦产量最高,达6.97 t·hm^-2.季节径流和氨挥发氮损失量高于N₂O形态的氮损失,且不同损失途径对肥料类型和施肥方式的响应不同.肥料类型和径流发生时间是麦田径流氮素流失的主要影响因素.受监测年份降雨年型分配影响,RCU处理的季节径流氮素流失量(20.35 kg·hm^-2)较CN处理(10.49 kg·hm^-2)显著增加.生育后期是麦田氨挥发损失的主要时期,...     

西南喀斯特流域泥沙来源、输移、平衡的思考——基于坡地土壤与洼地、塘库沉积物~(137)Cs含量的对比

汇总了西南喀斯特地区坡地土壤和洼地、塘库沉积泥沙的~(137)Cs比活度资料,并进行了对比,分析流域泥沙来源。坡地地面流失轻微的,汇水面积小于0.5 km~2的微小流域,流域产沙主要源于地下流失(裂隙土)和沟岸侵蚀(沟壁土);坡地地面流失强烈的,主要源于坡地地面流失(坡地表层土壤)。地下流失和沟岸侵蚀是小流域和较大流域的主要产沙方式,且有随着流域面积增大,产沙贡献率越高的趋势。由于裂隙土和沟壁土都基本不含~(137)Cs,~(137)Cs单一示踪法不能区分这两种源地土体的产沙贡献率。建议采用多元示踪法,研究流域的泥沙来源。区分裂隙土和沟壁土的产沙贡献率,可考虑尝试磁性法和孢粉法。通过沉积物~(137)Cs断代等方法确定洼地、河流滩地和塘库泥沙淤积量,结合径流小区和水文站输沙量资料,分析不同类型洼地、河流滩地和塘库的泥沙截留率,分析河流泥沙输移比。在查明泥沙来源,泥沙输移比和输沙量(或产沙量)的基础上,确定流域泥沙平衡,结合径流研究成果,建立喀斯特流域产沙模型。     

水库与河流沉积物中好氧甲烷氧化菌群落差异性研究

甲烷在自然生态系统碳循环过程中起着重要作用,氮素形态的差异影响了甲烷氧化菌的氧化作用.选取北京市密云水库和北运河两类不同污染类型的水体作为研究区域,采用克隆文库分子生物学的方法,探究氮素形态及其来源的差异对MOB细菌群落特征的影响.结果表明：密云水库与北运河沉积物中氮素形态有显著差异,水库中氮素以NO₃^--N为主,河流中氮素以NH₄⁺-N为主;氮素形态的差异影响了MOB细菌的系统发育,密云水库沉积物中MOB细菌的高同源性菌群主要来自湖泊生态系统,与NO₃^--N有较强的响应关系,北运河沉积物中MOB细菌高同源性菌群主要来自污水处理厂废水和活性淤泥,与NH₄⁺-N有较强的响应关系,不同环境中氮素对MOB细菌的影响主要依赖于氮素的主要存在形态及其主要来源.北运河等重污染河流中MOB细菌群落的联系更紧密更趋于模块化,对环境变化的敏感程度更高,微生物更脆弱,更容易受到水质变化以及人类活动的干扰.北运河沉积物中NH₄⁺-N对MOB细菌氧化速率的抑制性强于密云水库沉积物中NO₃^--N对甲烷氧化的抑制作用.重污染的城市河流中高浓度的NH₄⁺-N通过抑制甲烷氧化速率和促进产甲烷产生速率的双重作用影响了河流沉积物中甲烷的产生.     

喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征研究

为查明高异质性背景条件下喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征,在6类典型人为活动方式石灰岩坡地针对4类主要生境类型(土面、土石面、石沟、石缝)开展生境空间分布调查和土壤理化性质分析,并利用Guelph入渗仪进行稳渗率实验。通过对比分析各生境土壤性质和土壤稳渗率关系,结合人为作用方式探讨各生境土壤性质和稳渗率空间变化特征及其演化规律。结果表明:1)喀斯特坡地土壤稳渗率普遍高于非喀斯特地区,喀斯特坡地土壤稳渗率受土壤孔隙和岩石裂隙耦合作用影响。2)各生境条件下土壤稳渗率具有高度的空间异质性,呈现"斑块状"空间分布特征。3)坡地人为作用方式变化将改变原有生境的土壤性质,进而导致各生境土壤稳渗率随人为活动进程发生相应变化。人为踩踏作用影响较小的原生林、次生林和乔灌林坡地土面和土石面生境土壤稳渗率普遍高于石沟和石缝生境,但转变为人为踩踏作用强烈的放牧灌草地或火烧人为干扰地后,土面和土石面生境土壤退化严重,土壤容重和粘粒含量增大,稳渗率显著降低。而石沟和石缝生境土壤性质和稳渗率受影响程度明显小于土面和土石面生境,土壤稳渗率仍可维持较高水平。     

喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征研究

为查明高异质性背景条件下喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征,在6类典型人为活动方式石灰岩坡地针对4类主要生境类型(土面、土石面、石沟、石缝)开展生境空间分布调查和土壤理化性质分析,并利用Guelph入渗仪进行稳渗率实验。通过对比分析各生境土壤性质和土壤稳渗率关系,结合人为作用方式探讨各生境土壤性质和稳渗率空间变化特征及其演化规律。结果表明:1)喀斯特坡地土壤稳渗率普遍高于非喀斯特地区,喀斯特坡地土壤稳渗率受土壤孔隙和岩石裂隙耦合作用影响。2)各生境条件下土壤稳渗率具有高度的空间异质性,呈现"斑块状"空间分布特征。3)坡地人为作用方式变化将改变原有生境的土壤性质,进而导致各生境土壤稳渗率随人为活动进程发生相应变化。人为踩踏作用影响较小的原生林、次生林和乔灌林坡地土面和土石面生境土壤稳渗率普遍高于石沟和石缝生境,但转变为人为踩踏作用强烈的放牧灌草地或火烧人为干扰地后,土面和土石面生境土壤退化严重,土壤容重和粘粒含量增大,稳渗率显著降低。而石沟和石缝生境土壤性质和稳渗率受影响程度明显小于土面和土石面生境,土壤稳渗率仍可维持较高水平。     

稻田微氧层和还原层土壤有机碳矿化对氮素添加的响应

田间条件下,淹水稻田由于上覆水中溶解氧的扩散作用,使其表层土壤存在约1 cm厚的微氧层,这个特殊层次中碳氮转化的特征尚未明晰.以亚热带典型稻田土壤为对象,采用100 d室内模拟培养试验,结合¹³C稳定同位素示踪和磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术,研究稻田土壤微氧层(0～1 cm)和还原层(1～5 cm)外源新鲜有机碳(¹³C-水稻秸秆)和原有土壤有机碳矿化对氮肥施用[(NH₄)₂SO₄]的响应规律及其微生物过程.结果表明,氮素添加使土壤总CO₂和¹³C-CO₂累积排放量分别提高11.4%和12.3%;培养结束时,氮素添加下还原层比微氧层土壤总有机碳含量和¹³C回收率分别降低2.4%和9.2%.培养前期(5 d),氮素添加提高还原层微生物总PLFAs,且细菌和真菌PLFAs响应一致,但对微氧层微生物丰度无显著影响;氮素添加对微氧层和还原层总¹³C-PLFAs丰度均无显著影响...     

基于组分区分的亚热带湿地松人工林土壤呼吸对氮添加的响应

氮沉降在很大程度上会对土壤呼吸产生扰动,进而影响到生态系统碳收支.以我国亚热带湿地松人工林为研究对象,通过定位模拟氮沉降控制试验,定量研究根系呼吸和微生物呼吸对氮添加的响应差异,并通过土壤环境的同步监测,初步探讨影响上述过程的生物地球化学与微生物学机理.结果表明:不同氮素添加水平下土壤呼吸速率及其组分总体上都呈现出单峰曲线特征,峰值出现在7月或8月,氮添加对土壤呼吸的季节模式没有明显影响.CK（0,对照）、LN〔60 kg/（hm2·a）,低氮〕和HN〔120 kg/（hm2·a）,高氮〕处理下土壤总呼吸速率的年均值分别为3.91、2.30和1.73 μmol/（m2·s）,各组根系呼吸速率年均值分别为1.41、0.87和0.66 μmol/（m2·s）,各组微生物呼吸速率年均值分别为2.50、1.44和1.07 μmol/（m2·s）.施氮后土壤总呼吸及其组分都受到明显抑制,并且随着施氮水平的提高,土壤总呼吸及其组分明显减小.与对照样地微生物呼吸占比65.2%相比,低氮和高氮处理下微生物呼吸占比显著降低,降幅分别为62.6%和62.1%,说明氮素添加对微生物呼吸的抑制作用大于根系呼吸.施氮后一年,氮素输入对土壤呼吸的抑制在消退.施氮对表层土壤w（TOC）（TOC为总有机碳）、w（NH₄+）、w（NO₃-）、w（DOC）（DOC为可溶性有机碳）、w（DON）（DON为可溶性有机氮）、w（MBC）（MBC为微生物生物量碳）和w（MBN）（MBN为微生物生物量氮）都没有显著影响.氮素添加主要是通过降低土壤pH、加速湿地松人工林土壤酸化,对影响土壤有机质转化的土壤脲酶和蔗糖酶活性产生显著抑制,从而影响到土壤微生物活性,导致土壤微生物呼吸降低,这可能是土壤呼吸对氮添加响应的关键机制.      

农业非点源氮污染研究进展分析

概述了非点源污染的概念、特征及非点源氮素对水环境的影响,阐述了两种形态的非点源氮素NH+4-N和NO-3-N的迁移机理、流失途径(地表径流和渗漏淋失)及其自然和人为影响因素;非点源污染负荷定量计算的方法,及计算非点源污染负荷模型的发展趋势。提出了控制农田非点源氮素的措施。     

白洋淀湿地土壤氮素空间分布特征研究

为了了解白洋淀湿地土壤氮素空间分布规律,于2011年4月在研究区内部耕地和芦苇地采集土样进行分析、研究。研究结果显示,湿地土壤氮素含量总体趋势随着土层的加深而减少;表层土壤全氮和碱解氮呈现出西北高、东南低的趋势。耕地土壤氮素含量和变异性均高于芦苇地,反映出人类活动对土壤氮素的空间分布有较大影响。相关性分析显示土壤有机质含量和含水量与氮素联系紧密,是影响其分布的重要因素。     

土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展

氮素的生物地球化学循环不仅影响土壤生产力。还会引起全球环境变化,其过程主要包括氮素矿化、固氮、氮素硝化和反硝化、铵离子的吸附和释放。文章全面综述了氮素生物地球化学过程研究的现状与进展及其可能存在的问题。     

大围山典型森林土壤有机氮垂直分布特征

为了解亚热带典型森林土壤氮素和有机氮素特征,采集大围山森林公园典型森林土壤剖面(0~100 cm),按每10 cm一层采集土壤样品,研究土壤氮素和有机氮变化规律及其与土壤理化性质的关系.结果表明:1土壤全氮、酸解性有机氮、可溶性有机氮含量均随剖面深度增加而呈下降趋势,受海拔高度影响,高海拔山地花岗岩黄棕壤土壤全氮和有机氮组分含量较高;2土壤有机氮占全氮比平均97.39%±1.17%,酸解性有机氮占全氮比平均64.38%±10.68%,酸解性有机氮各组分均随剖面深度增加而降低;3土壤可溶性有机氮含量范围为9.92~23.45 mg·kg-1,游离氨基酸氮(1.62~12.02 mg·kg-1)占可溶性有机氮比为27.36%±9.95%;4酸解性有机氮、可溶性有机氮与土壤全氮、可溶性总氮、无机氮均达到显著的正相关关系(P0.05),与土壤容重、有机碳和全磷具有极显著的相关关系(P0.01).亚热带典型森林土壤中有机氮是土壤全氮的主体,受海拔高度和土壤理化性质的影响,各组分随土壤剖面深度的增加呈下降趋势,有机氮组分与各氮素形态间的转化关系密切,土壤有机氮特征将深刻影响森林生态系统氮的循环过程.     

氮沉降增加对青藏高原林地氮淋溶通量的影响

森林生态系统对大气氮沉降升高的响应机制是国内外学者研究的热点问题之一,近年来中国学者相继在温带森林和热带森林建立了氮沉降增加影响的野外实验平台,但关于氮沉降增加对青藏高原地区森林土壤氮素淋溶通量影响的野外原位研究匮乏。基于此,该研究于2012-2013年生长季,在青藏高原林芝地区云冷杉林通过野外模拟试验,研究了3种水平(0、15和30 kg/(hm~2·a)(以N为计,下同))及3种形态((NH_4)_2SO_4、NH4Cl和KNO_3)氮沉降增加对土壤可溶性氮素淋溶通量的影响。结果表明:林芝地区不同形态氮素的淋溶通量均存在显著的季节和年际变化特征,铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的生长季月淋溶通量为0.02～0.6 kg/hm~2,可溶性总氮(TDN)、可溶性总有机氮(DON)月淋溶通量为0.07～2.0 kg/hm2,不同形态氮淋溶通量峰值均出现在7-9月;森林穿透雨中硝态氮沉降通量的增加,对氮素淋溶通量具有明显的促进作用,造成NO_3~--N显著淋失(p0.05),且这种促进作用在施加低剂量硝态氮肥的处理上更为明显(p0.01);大气氮沉降增加对DON和TDN淋溶通量有显著的抑制作用,且随着氮沉降量的增加其抑制作用也随之增加。     

土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展

氮素的生物地球化学循环不仅影响土壤生产力,还会引起全球环境变化,其过程主要包括氮素矿化、固氮、氮素硝化和反硝化、铵离子的吸附和释放.文章全面综述了氮素生物地球化学过程研究的现状与进展及其可能存在的问题.     

土壤氮素生物地球化学循环的研究现状与进展

氮素的生物地球化学循环不仅影响土壤生产力,还会引起全球环境变化,其过程主要包括氮素矿化、固氮、 氮素硝化和反硝化、铵离子的吸附和释放。文章全面综述了氮素生物地球化学过程研究的现状与进展及其可能存 在的问题。     

桂西北峰丛洼地泉水和溪流在降雨过程中的水化学动态变化特征

通过对中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测研究站所在区域的泉水和溪流在降雨时的连续采集,发现二者的水化学特征对降雨的响应较快,但变化却不同。降雨时泉水的pH值在降雨时降低,电导率和主要离子浓度升高,SI降低,pCO2升高,而溪流的电导率和主要离子浓度降低,碳酸盐矿物饱和指数(SI)降低,水中二氧化碳分压(pCO2)降低。降雨时泉水和溪流的溶质输移速率明显增加,但没有表现出在连续降雨中因为降雨强度大输移速率就高的现象,从而推断,除了雨水的稀释作用和"土壤CO2效应"外,土壤包气带的"前水"以及土壤中可交换态离子也影响了降雨时峰丛洼地水体中溶质的运移。     

微塑料对土壤N2O排放及氮素转化的影响研究进展

微塑料（MPs）在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮（N₂O）是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都能够产生影响,其在土壤中不断富集可能造成土壤N₂O排放规律的改变.由于微塑料自身的复杂性以及不同试验在时空上的变异,导致微塑料对土壤氮素转化和N₂O排放产生不同了影响,增大了对土壤N₂O排放和土壤氮素转化的评估难度.目前,微塑料在土壤N₂O排放、氮素含量、相关功能酶活性和功能基因丰度的研究上未得出统一的结论,缺少在更广的尺度（如盆栽尺度）、更多元的角度（如反硝化过程、DNRA过程等）和更先进的手段上（如同位素技术）探究其影响机制的研究.因此,通过归纳微塑料对土壤氮循环影响的不同观点,能更全面地认识微塑料对土壤氮循环存在的影响,可为气候变化条件下土壤微塑料富集对土壤氮素循环过程以及N₂O排放规律的影响提供一定的理论基础.