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。     

森林生态系统对大气氮沉降降低的响应

大气氮沉降是全球变化的重要影响因素之一,而过量氮沉降导致森林出现氮饱和,引起土壤酸化、硝酸根淋溶、氧化亚氮排放增加、植物物种多样性和植被生产力下降.在欧洲、北美和我国大气氮沉降降低的背景下,总结森林生态系统对氮输入降低的响应,不仅能够完善氮沉降对森林生态系统影响的知识体系,也能评估各国已开展的减排行动的成效,为我国制定进一步的减排政策提供科学依据.回顾了欧洲和北美的温带森林以及我国亚热带森林的土壤、地表水、氮循环和植被对大气含氮污染气体和氮沉降降低的响应.土壤溶液中硝酸根浓度对氮沉降的减少响应迅速,但具体响应规律未出现统一趋势.土壤酸化和氮循环过程从高氮沉降中的恢复过程出现滞后现象.森林氮矿化和固持、土壤碳储量和净初级生产力可能需要几十年的时间对氮沉降的减少作出响应.相对而言,虽然有一两年的延迟,土壤无机氮库和氮淋溶量会随着氮沉降的下降而下降.地表水氮浓度与森林生态系统氮状态密切相关.当氮沉降降低时,在历史高氮沉降地区,森林生态系统的氮淋溶下降,因此地表水氮浓度的响应较明显.而在氮缺乏的森林中,普遍较低的地表水氮浓度受到氮沉降变化的影响不显著.地表水酸化的恢复受到土壤硫解吸-矿化和硝化...     

全球森林土壤净矿化量的影响因子

森林生态系统在全球变暖格局下的地位和作用,尤其是土壤氮库对大气氮沉降增加的响应逐渐成为全球变化研究的热点。文章通过对已有文献资料的调研和整理,分析了1984-2012年间全球森林生态系统土壤净矿化量的野外原位观测结果的分布特征,力求有效预估森林生态系统中氮素年净矿化量对大气氮素沉降量和水热条件等因子变化的响应。结果表明:全球森林生态系统土壤净矿化量的平均值为39.33 kg/(hm2·a)(以N计)。作为一个复杂的生态过程,土壤净矿化量同样受到年均温、年降水量以及土壤属性的显著影响。其中年降水量大于800 mm区域的森林土壤净矿化量与年降水量呈显著正相关关系(R2=0.17,p<0.05)。另外,森林土壤净矿化量也随着氮沉降量的增加而显著增大,氮沉降量对不同区域森林土壤氮素净矿化量的贡献率约为38%。土壤C/N(x1)和氮沉降量(x2)可以有效解释不同区域森林土壤净矿化通量(y)85%的变化。     

施用不同氮肥对坡耕地径流中N输出的影响

以山东省泰安东北部刘家庄村坡耕地为研究区域,通过实地监测多次天然降雨中农田养分的流失,研究施肥处理对氮素流失的影响.结果表明,施肥显著地增大了农田径流中氮素浓度及流失量;在相同施肥量的实验条件下,与碳酸氢铵和普通尿素相比,控释尿素可有效地降低氮素流失15%～25%;70%左右的氮素流失发生在监测的前期.合理施肥、降低表土中速效氮养分含量是减少农田氮流失的关键途径之一.     

洱海大气氮素湿沉降特征

通过对2020年位于洱海湖区周边4个站点大气降水的实地监测，定量揭示了大气湿沉降不同形态氮素（TN、DTN、AN、NN、NIT、PN）的浓度和时空分布规律，探讨了氮素沉降通量的变化特征及其主要影响因子，进而明确了大气氮湿沉降对湖区外源性氮素输入的贡献程度，评估了氮素湿沉降入湖负荷对湖区水环境的影响。结果表明：各监测点降水中氮素浓度年内总体呈先升后降再升的趋势，总氮浓度为0.18～8.73 mg/L，平均浓度为1.34±0.686 mg/L，氮素浓度呈现干季高湿季低的变化规律；氮素湿沉降通量月际变化大致呈M双峰型，沉降通量峰值出现在浓度最低但降雨量最大的8月，最小值出现在12月，沉降通量与降雨量呈极显著正相关，沉降通量AN/NN为1.97，农业生产活动的氮素排放是湿沉降的主要来源；2020年洱海湖面湿沉降总氮直接输入负荷量约为170.11 t，其中铵态氮86.86 t，硝态氮51.58 t，总氮直接入湖负荷约占流域农业面源排放量的6.18%。     

北方典型灌区不同灌期农田系统中氮素迁移特征分析

以内蒙古河套灌区杭锦后旗解放闸灌域为研究区,分析2009年夏灌和秋浇前后土壤中、浅层地下水和土壤渗滤液中的硝态氮、总氮的分布特征,研究不同灌期农田系统中氮素的迁移规律及其影响因素.结果表明:夏灌对氮素的稀释作用明显,反硝化作用也会降低地下水中硝态氮的浓度,此外玉米地块的氮流失在夏灌时相对明显;秋浇是农田氮素淋失的主要阶段,一方面是硝态氮 (NO3-N) 在灌水作用下向下淋失,另一方面是土壤中的NO3-N 在反硝化作用下转变成N2O、N2和O2释放;夏灌与秋浇两次灌水前后地下水中总氮 (TN) 的峰值滞后于NO3-N,表明氮素的流失除以NO3-N的形式发生之外,部分氨氮以及有机氮等其他形式的氮素在灌溉驱动下也发生一定程度的纵向流失.     

农田氮素流失对水环境污染及防治研究进展

氮是造成水体富营养化的主要元素之一，农田氮素流失是水环境氮污染的主要来源。文章从农田氮素对水环境污染途径、氮污染控制模型、污染控制措施等方面对当前国内外水环境氮污染防治进行概述。综合国内外农田氮流失污染防治措施的成功经验提出：加强农田养分管理，利用平衡施肥技术，推广施用控释、缓释肥料，改进施肥方式，从污染源头控制和减少氮素流失；同时，充分利用生态工程技术，建立人工湿地、植被过滤带、多水塘系统，改变或切断氮污染物的传播途径是控制农田氮素对水环境污染的有效措施。     

小流域大气氮干湿沉降特征

大气氮沉降是陆源污染物和营养物质向水生生态系统传输的重要途径之一.在人类活动影响较大的流域,大量氮素通过大气沉降的形式输入到水体中,能够对地表水体的营养结构、水生生物的生存环境等造成严重的负面生态效应.本文以密云水库石匣小流域为例,采集并分析了研究区大气氮沉降(颗粒态干沉降与湿沉降)样品,探讨了该流域大气氮沉降通量的变化特征及其主要影响因子,进而明确了大气氮沉降对流域氮输入的贡献程度.结果表明:(1)石匣流域大气氮总沉降(颗粒态干沉降与湿沉降之和)呈现出明显的季节变化特征;对湿沉降而言,总氮、氨氮在夏季沉降通量最大,溶解性有机氮沉降通量在春季最大,而硝态氮季节变化并不明显;对颗粒态干沉降而言,总氮和氨氮的沉降通量在冬季最高;硝态氮在不同季节变化不明显,但其沉降趋势与总氮基本一致;溶解性有机氮在秋季出现最高值.(2)该流域氮沉降通量为43. 14 kg·hm-2,其中湿沉降通量占39. 85%,颗粒态干沉降通量占60. 15%.(3)降雨和风速条件是影响大气氮沉降的重要影响因子,其中雨量和雨强与氮湿沉降浓度均呈明显的负相关关系;对颗粒态干沉降而言,监测期内平均风速是影响颗粒态氨氮干沉降通量的重要因子.(4)大气氮沉降占该流域总的氮素输入量的15. 09%,是仅次于畜禽养殖和农村生活的重要污染源.本研究结果可为密云水库上游流域氮素综合管理提供科学参考.     

氮素在土壤-作物中迁移转化的试验研究

为研究氮素在土壤和作物体系中的运移规律。本文开展土壤箱栽试验,分析农作物玉米在关中盆地3种不同类型土壤中对氮素的吸收以及土壤中氮素的迁移转化规律。结果表明,在试验初期,3种土壤中三氮主要以NH4＋的形式存在,随着农作物生长NH4＋含量减少,同时NO2-和NO3-含量均有不同程度的累积。作物收获后,土壤和作物体系中有相当数量的氮素残留,而且土壤中氮残留相对较高,导致氮素的损失率较大,流失的N素必将会对土壤、甚至地下水产生污染,因此建议该地区针对不同的土壤类型控制氮肥施用量,合理施用氮肥。     

季节性冻融格局变化对高山森林土壤氮素淋溶损失的影响

气候变化情景下冻融格局的改变可能导致寒冷生物区土壤氮的淋溶损失,从而改变土壤养分循环和森林溪流的水体环境.因此,为了解季节性冻融循环及其变化对高山森林土壤氮淋溶损失的影响,于2010年5月到2012年4月期间,采用土柱培养实验,利用海拔形成的温度差异模拟气候变暖过程,将高山森林(海拔3600 m)土壤分别培养在海拔3600 m(A1)、3300 m(A2)和3000 m(A3)的森林地表,研究了生长季节与冻融季节不同关键时期的土壤氮淋溶特征.结果表明:川西高山森林土壤氮素淋溶损失随着海拔增加而增加,其损失量为(1.85±0.39)kg·hm-2·a-1(A3)(1.87±0.34)kg·hm-2·a-1(A2)(2.94±0.73)kg·hm-2·a-1(A1),其中,62%以上的氮损失发生在季节性冻融期间.冻融季节高山森林土壤氮素淋溶流失的主要形式为铵态氮和硝态氮,且铵态氮的淋溶损失量高于硝态氮,而生长季节土壤氮素淋溶损失的主要形式是可溶性有机氮.这意味着冻融循环格局在很大程度上控制着高山森林土壤氮素淋溶损失特征,未来气候变暖可能降低高寒森林土壤氮素肥力,增加森林溪流中的氮含量.     

旱作农业土壤矿质态氮随地表径流迁移特征研究

为了了解旱作农业土壤中氮素随地表径流的流失水平及规律,于野外夏玉米试验田中进行了模拟降雨与自然降雨条件下的对比试验,并通过对水量和水质的同步监测,研究了不同施肥水平下氮素的流失效应.其中,模拟降雨采用的两个降雨强度分别为40和70mm.h-1,3个尿素施肥水平分别为287、431和575kg.hm-2(以N计),每次自然降雨的试验小区布置相同.试验期间,共有20次降雨事件(包括模拟降雨),其中,4次降雨过程中产生了地表径流并有氮素流失.结果表明,次降雨径流过程中硝态氮流失浓度先迅速增大后逐步降低,而铵态氮流失浓度变化平稳,且流失浓度较低.次降雨间氮素流失平均浓度相差较大,尤其体现在硝态氮浓度上更为明显.此外,研究发现,次降雨径流过程地表氮素流失初期效应明显,且受降雨强度影响显著.通过氮素流失水平的计算发现,研究区大于25mm的降雨类型会有明显的地表径流产生及氮素流失.     

气候变化情景下青山湖流域的氮负荷时空分布预测研究

针对目前流域非点源污染,特别是不断增加的氮污染负荷问题,文章利用SWAT模型,将青山湖流域划分为46个亚流域、189个HRU,并使用2005-2011年的日尺度实测流量与主要降雨月份2011年7-8月的日尺度实测氮素浓度对模型参数进行率定,构建了青山湖流域氮素面源污染估算模型。利用所建模型,在气候变化情景下预测2030年氮负荷的时空分布特征,结果表明:(1)时间上,未来年均径流量提高了12.43%,且氮素流失的月变化特征明显,以NO_3~--N为主要流失形式,流失量主要集中在7-9月,占年总流失量的比例为52.67%;(2)空间上,氮素流失依然主要集中在流域中部和东南部农田比例较高的子流域。流域西北部的自然林地区的氮素流失负荷虽然保持较低的NO_3~--N流失量,但会有一个相对比较大的增幅,增幅量为13.5%。     

大气氮沉降对三峡库区消落带土壤呼吸的影响

以三峡库区消落带落干期土壤为研究对象,采用室内模拟培养的方法,探讨了大气氮沉降通量及其组成对土壤呼吸的影响.结果表明,土壤呼吸速率对氮添加的响应为短期效应.1倍当前大气氮沉降添加下,无机氮和有机氮对土壤累积CO₂释放分别表现为无影响和抑制作用.除NH₄⁺-N在2倍氮沉降添加下表现为抑制作用外,2、3倍氮沉降添加均促进了土壤累积CO₂释放.与硝态氮相比,2、3倍氮沉降添加的铵态氮对土壤累积CO₂释放具有抑制作用.     

氮素影响陆地生态系统碳循环过程的模型表达方法

氮素是植物生长所必需的重要营养元素。人类活动引起的大气氮沉降增加对陆地生态系统碳循环过程具有重要影响。准确地定量表达氮素对陆地生态系统碳循环过程的影响是预测未来全球碳循环变化的关键环节。论文系统地归纳总结了国内外多个知名生物地球化学模型中氮素影响光合作用、呼吸作用、同化物分配等碳循环过程的数学表达方法,分析了不同碳循环过程中模型表达方法的不确定性及其原因。指出未来模型的发展需在加强机理研究的基础上,发展能反映氮饱和现象、能显式表达氮素与光合速率关系的光合作用过程算法,发展能显式表达氮素与植物体根、茎和叶呼吸速率关系的维持呼吸算法以及发展显式表达氮素对同化物分配过程影响的动态同化物分配方案。指出当今大部分主流模型在模拟氮素对光合作用影响时没有考虑氮饱和现象,因此利用模型预测未来陆地生态系统对氮素增加的响应时可能会高估氮沉降对光合速率的影响。研究综述可为准确评价陆地生态系统碳氮相互作用和发展碳氮耦合模型提供参考。     

HYDRUS-1D模型对河套灌区不同灌施情景下氮素迁移的模拟

选取河套灌区五原建丰的典型土壤,应用HYDBUS-1D 模型对不同灌溉强度、不同表施浓度以及将表施改为灌施3类情景下土壤氮元素的迁移进行了动态模拟,研究了灌溉和施肥对河套灌区典型区域土壤氮元素迁移的影响.结果表明,灌水强度小于0.10 cm·h-1时,铵态氮与硝态氨累积流出通量变化极为缓慢;强度大于 0.14 cm·h-1时,累积流出通量急剧攀升,表明氮元素大量向土层深层流失.铵态氮表施浓度的变化对氮素的迁移几乎没有影响.保持相同的施肥量,灌施情景对铵态氮迁移几乎无影响,但表施换为灌施后硝态氮下渗浓度增加47%,更易于向深层渗漏.     

不同植被覆盖度对流域氮素径流流失的影响

以 8.27km² 纸坊沟流域 1∶400比例模型为研究对象 ,在人工控制条件下 ,模拟天然降雨 (降雨强度 2 mm/min,历时30 min) ,研究不同植被覆盖度对流域氮素流失的影响 ,揭示小流域土壤氮素随径流流失规律 .研究表明 :当流域植被覆盖度分别为 60%、40%、20%和 0%时 ,土壤铵态氮流失量分别为 87.08、44.31、25.16和 13.71 kg/ km² ;硝态氮流失量分别为 85.50、74.05、63.95和 56.23kg/km²;而流域有机质流失量为 15.67、24.02、44.68和 164.87;全氮流失量为 0.81、1.18、1.98和7.51t/ km².产流过程中径流及泥沙中氮素含量随产流时间的延长呈下降趋势 ,而流失累积量呈逐渐增大趋势 .植被覆盖虽能有效地减少土壤侵蚀和全氮的流失 ,却能增加土壤矿质氮的流失 .     

浅析大气氮沉降的基本特征与监测方法

在工业持续发展的情况下,含氮化合物不断被排放到大气中,造成大气氮沉降量上升。大气氮沉降是自然环境中氮的主要来源,这些氮以干、湿沉降两种方式沉降到地表,进入土地和水体中,对氮素的循环产生影响,引发环境风险。因此,要对氮沉降进行分析,使用科学的手段进行监测。     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

我国自然生态系统氮沉降临界负荷评估

过量的氮沉降引起了一系列环境问题并导致生物多样性损失,因此评估当前生态系统氮沉降临界负荷对区域氮管理及其污染控制至关重要.利用稳态质量平衡法估算了当前我国自然生态系统的氮沉降临界负荷,并与氮沉降数据对比,获取了我国超过氮沉降临界负荷的生态系统空间分布情况.结果表明,6%的地区氮沉降临界负荷大于56 kg·(hm²·a)^-1,67%的地区氮沉降临界负荷在14～56 kg·(hm²·a)^-1之间,27%的地区氮沉降临界负荷小于14 kg·(hm²·a)^-1.氮沉降临界负荷较高的区域主要分布在青藏高原东部、内蒙古东北部和南部部分地区.氮沉降临界负荷较低的区域主要分布在青藏高原西部、西北地区和东南部分地区.氮沉降超过临界负荷的区域约占我国的21%,主要分布在东南和东北部分地区.东北、西北和青藏高原地区超临界负荷值普遍低于14 kg·(hm²·a)^-1.因此,未来这些超过氮沉降临界负荷地区的氮素管理和控制更为值得关注.     

DMPP对稻田田面水氮素转化及流失潜能的影响

采用杭嘉湖地区典型的小粉土和青紫泥土壤,进行水稻盆栽试验,研究新型硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对稻田田面水氮素转化及径流流失潜能的影响.结果表明,小粉土和青紫泥土壤稻田应用添加DMPP抑制剂的尿素,与常规尿素处理相比,田面水中铵态氮的浓度增加24.8%和16.7%,硝态氮浓度降低47.7%和70.9%,亚硝态氮浓度降低90.6%和88.9%,总无机氮浓度下降13.5%与23.1%,能显著减轻农田氮素流失对水环境存在的污染;DMPP可使田面水的电导率下降,降低盐基离子随农田排水或暴雨径流所导致的流失风险,有助于保护河流水体等地表水环境.