喀斯特小流域内不同背景区植物解剖结构与植物叶片δ~(13)C的关系研究

本文应用光学显微镜和电子扫描显微镜的方法测量了生长在贵州省清镇市王家寨小流域内不同背景区(喀斯特与非喀斯特)11种植物的叶片解剖结构,比较了不同背景区整体植物以及各样地之间相同植物的叶片解剖结构与其δ13C值的相关关系。研究结果表明,研究区内所有植物从非退化到退化过程中的叶片解剖结构与δ13C值呈现显著的正相关关系,喀斯特背景区的竹叶椒和小叶鼠李,非喀斯特背景区的粉枝莓、油茶和构树的叶片解剖结构与δ13C值也呈现显著的正相关关系,喀斯特背景区与非喀斯特背景区植物具有比较一致的变化趋势,而生长在两背景区的同种植物叶片解剖结构和δ13C值均无显著性差异。这说明了在本研究小流域内,由于光、热、水、气等外部影响因素的一致性,不同背景区从非退化样地到退化样地的发展过程中,植物叶片的解剖形态特征为了适应环境的改变而产生了相同的响应趋势,这些响应变化均与植物叶片的δ13C值具有正相关关系,尤其是石漠化样地上的植物叶片解剖形态特征以及其δ13C值对生境条件的响应是最迅速和最敏感的。     

喀斯特地区浅层地下水对植被退化的水文地球化学响应——以贵州荔波拉桥小流域为例

喀斯特地区植被退化的水文地球化学响应是喀斯特研究的重要内容之一,具有重要的科学和现实意义。选择贵州荔波拉桥小流域中四个不同植被类型的样地作为对象,按月采集浅层地下水(土壤水和表层泉水),对其进行水文地球化学各参数的分析。结果表明,土壤水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、EC和pH值,表层泉水中Cl-、NO3-和SO24-等对植被退化响应敏感;而土壤水中NO3-和SO24-,表层泉水中Mg2+、NH4+、HCO3-和EC,以及土壤水和表层泉水中δ13 CDIC值则可能还受到其他过程的影响,需谨慎使用。由此可见,对于土壤层,阳离子和与土壤CO2气体浓度有关的HCO3-可能有较好的响应,而对于表层泉水,HCO3-以外的阴离子可能更敏感。     

黔中喀斯特石漠化区不同土壤类型对常见植物叶片δ13C值的影响

通过测定黔中喀斯特区清镇市王家寨小流域内常见种叶片δ13C值,探讨土壤类型和石漠化等级对喀斯特植物水分利用效率的影响.结果表明,小流域内不同土壤类型植物叶片的δ13C值总体差异不显著(P>0.05),黄壤区植物叶片δ13C值分布区间较黑色石灰土区窄,变异系数较小,整体较黑色石灰土区偏负.小流域内黑色石灰土区植物群落δ13C均值随石漠化进行趋正,黄壤区随石漠化呈现出先趋正后趋负的变化格局.方差分析结果显示黄壤区各石漠化植物群落δ13C值间不存在显著差异(P>0.05),黑色石灰土区各石漠化植物群落δ13C值间均存在显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01).相关分析结果显示黄壤区植物叶片δ13C值的主要影响因子为土厚和坡度,黑色石灰土区为土壤含水量.研究区土壤对植被δ13C值的影响是通过调节土壤水分实现的.     

中国不同纬度现代表层土壤水氢同位素分布特征及其影响因素

土壤水的氢氧同位素组成是开展环境示踪和土壤水文学研究的重要基础。目前的研究集中在对大气降水的氢同位素组成的相关信息认识上,关于大区域范围的环境因素对于土壤水和大气降水的氢同位素组成影响的报道很少。2016年9月从中国南部地区一直到东北地区(北纬20°—51°)采集了43个表层土壤样品,并测定表层土壤水δD值。结果表明:不同纬度表层土壤水的δD值与降水δD值存在正相关关系(R~2=0.40,p0.01),表明表层土壤水δD值总体响应大气降水的δD值变化,但可能也受其他因素影响。大气降水的δD值与表层土壤水δD值均有明显的纬度效应,但它们的δD值随纬度变化的程度并不相同,表明虽然表层土壤水主要的来源是降水,但环境变化对表层土壤水的氢同位素组成产生了一定影响,这是利用表层土壤水δD值示踪环境或者与植物中的生物标志物的氢同位素组成结合来示踪环境的基础。     

贵州喀斯特山区植物叶片碳同位素组成研究

通过测定贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13C值,研究了该区植物叶片碳同位素组成特征,以及种间、生境差异和时空变化特征。研究结果表明:该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为-26.98‰--29.15‰,平均值为-28.14‰。研究区δ13C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。研究结果还表明,种间碳同位素组成存在较大的差异。生境的变化对蕨的碳同位素组成影响较大,而对渐尖毛蕨、盐肤木、火棘、马桑影响较小。盐肤木、渐尖毛蕨、云南鼠刺、火棘叶片的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势,但降低的幅度存在差异。植物的δ13C值随小尺度海拔的变化规律与随大尺度海拔变化的规律一致,都是随着海拔的增加δ13C值增大,但不同植物种间变化的幅度是不一样的。     

喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征

以广西喀斯特地区2个不同退化程度的典型坡地作为研究对象,测定了坡地表层和不同地形部位(坡肩、坡背、坡腰和坡脚)剖面土壤可溶性有机碳(DOC)含量和δ13CDOC值,分析了土壤中DOC的迁移变化规律及影响因素.结果表明,DOC含量主要受到有机质输入?地形和土壤质量等因素影响.灌丛坡地表层土壤中DOC含量要高于草丛坡地,2个坡地表层土壤中DOC含量均随坡面向下而升高,与土壤有机碳(SOC)变化呈相反趋势.而在坡地各个地形剖面中,除灌丛坡地的坡肩和坡背2个剖面土壤中DOC含量随土层深度表现出一定的升高趋势,其他剖面中DOC含量均随土层深度增加而降低.灌丛坡地表层土壤中δ13CDOC值变化幅度明显高于草丛坡地,范围在-15.1‰~-22.1‰,与坡地植被和δ13CSOC值变化密切相关;而草丛坡地表层土壤δ13CDOC值范围在-19.98‰~-20.96‰,其变化幅度很小,与土壤δ13CSOC值变化相似,但与地表植被变化关系不明显,表明了DOC来源主要受到SOC的影响;而各个地形剖面中δ13CDOC值变化较为复杂,但灌丛坡地各剖面变化幅度明显高于草丛坡地相应剖面.剖面中有机质分解程度和输入量决定了δ13CDOC值变幅大小,因此土壤剖面中δ13CDOC值随深度变化的趋势,能够很好地反映剖面土壤中DOC迁移转化过程.     

喀斯特高原区5种常见灌木叶片δ~(13)C值的季节变化及其对石漠化程度的响应

测定了贵州高原喀斯特石漠化小流域内5种灌木叶片δ13C值的季节变化,旨在探讨季节及石漠化等级对植物叶片δ13C值的影响。结果表明:不同季节间植物叶片δ13C值呈显著差异,生长初期(4月)叶片的δ13C值显著高于生长中后期(7月、9月及12月);5种灌木种种间差异显著,火棘的叶片δ13C值最负,荚蒾的叶片δ13C值最正,粉枝莓,鼠李和竹叶椒的叶片δ13C值居中;7月不同石漠化等级间植物叶片δ13C值存在显著差异,而在其余月份(即4月、9月及12月)不同石漠化等级间植物叶片δ13C值不存在显著差异,但基本呈现无、轻度石漠化植物叶片小于中度石漠化植物叶片δ13C值的格局;整个生长季中,叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究表明大多数种在大多数时间随土壤水分的减少其δ13C值增高。     

元阳梯田水源区土壤水氢氧同位素特征

稳定同位素技术为土壤水的运移研究提供了一种全新的研究手段.通过对元阳梯田水源区降水及其4种典型植被类型(乔木林、灌木林、荒草地和无林地)下0~100 cm剖面土壤水进行采样和氢氧稳定同位素的分析测定,研究了该区不同深度层次上土壤水的稳定同位素特征.结果表明,元阳梯田水源区的大气降水线方程为δD=6.838 4δ18O-5.692 1(R2=0.878 7,n=20),其斜率和截距均小于全球大气降水线.4种典型植被类型下的土壤水氢氧稳定同位素值均落于当地大气降水线下侧,且其表层土壤剖面上的同位素值波动变化幅度较大.随着土层深度的增加,δ18O值的波动变化越来越小,尤其以80~100 cm土层体现的最为明显.乔木林和荒草地两种林分类型整体上深层土壤水中的δ18O值要偏高于表层土壤,而灌木林和无林地则恰恰相反.     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

喀斯特高原黄壤区退化植物群落常见植物叶片氮同位素组成

氮是植物需求量最大的矿质营养元素。由于氮循环诸过程中的化学转化、物理运输等都有可能使其发生同位素分馏,植物稳定氮同位素组成是土壤-植物-大气连续体综合作用的整体响应,能较好的反映流域内与植物生理生态过程相联系的一系列环境信息,具有示踪、整合和指示等多项功能。为探讨喀斯特环境下黄壤区植物稳定氮同位素组成变异的影响因素及其相关关系,以喀斯特高原贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为例,选取流域内黄壤区退化植物群落3种植被类型中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片C、N、P、K、Ca、Mg元素含量和稳定氮同位素进行了测定分析。结果表明:(1)研究区植物叶片δ~(15)N值的变化范围为-3. 25‰～0. 69‰,平均值为-1. 04‰,变异程度较高,离散程度较大,呈负偏态分布。(2)植物叶片δ~(15)N值在群落间和坡位间的差异均不显著(P0. 05);(3)植物叶片δ~(15)N值的种间变化趋势为小果蔷薇(-0. 03‰)火棘(-0. 24‰)过路黄(-1. 58‰)粉枝莓(-2. 29‰),差异显著(P0. 05)。(4)研究区植物叶片δ~(15)N值受群落类型和物种因素的交互影响显著(P=0. 016,R2=0. 870)。(5)研究区植物叶片δ~(15)N值受叶片K营养含量的影响较大,同时与C、N、P、K、Ca元素化学计量比之间的关系密切,叶片K、Ca营养含量间的调控是影响黄壤区植物叶片δ~(15)N值的主要因素。     

柴河小流域草地土壤环境的同位素示踪研究

以滇池柴河小流域为研究区域,于2011年7月采集草地样品全样、分层样共17个,对土壤粒度、w(SOM)(SOM为有机质)、w(TN)进行测定;采用放射性核素137Cs示踪技术估算研究流域土壤侵蚀速率;同时,测定δ13C(稳定性碳同位素丰度),以研究该流域生态环境状况. 结果表明:①土壤粒度组成为粉粒(66.74%~77.55%)>黏粒(21.22%~31.29%)>砂粒(1.23%~3.33%),同一土地利用方式的土壤粒度组成差异较小,土壤适宜耕作. ②CH1、CH2、CH3采样点的w(SOM)分别为3.51%、1.72%、2.54%,w(TN)分别为0.22%、0.17%、0.18%,二者相对偏低,并且土壤剖面的w(SOM)、w(TN)均随深度增加呈降低趋势. ③CH1、CH2、CH3采样点的137Cs含量分别为586.91、279.83和217.82bq/m2,侵蚀模数分别为324.96、879.33和1066.83t/(km2·a),表明研究区整体属于轻度侵蚀且表层土壤侵蚀较为严重. ④CH1、CH2、CH3采样点的δ13C平均值分别为-18.49‰、-24.5‰和-21.74‰,表明有机质主要来源于陆源.      

南方红壤丘岗区稻田土壤有机酸含量与甲烷排放率

分别采用分光光度和微机控制气相色谱法同时测定稻田土壤有机酸含量和甲烷排放率,以了解二者之间的关系,结果表明,在不同施肥实验小区,土壤有机酸含量随变化趋势一致,而甲烷放率随时间变化趋势则不尽一致,各小区土壤有机酸含量与甲烷排放率的相关性为全有机肥小区〉常规肥小区〉全化肥小区〉沼渣肥小区。在不同灌水实验小区,土壤有机酸含量与时间变化呈一致趋势,甲烷排放率随时间变化,除定常湿润小区外,也呈一致性趋势。各     

黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分环境效应

根据田间试验资料,分析研究了黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分的周年变化规律,并以休闲地和几种一年生作物地作为对照进行对比研究,得出以下主要结论:①雨季降水对苜蓿地土壤水分的补给起着重要的作用,其土壤贮水量动态与年内的降雨周期相吻合,但总体上朝着土壤不断干化的方向发展;②经过一个雨季,苜蓿地的土壤贮水量与平均含水量分别呈不同程度的下降,而休闲地与4月份持平;③相同的降水对不同作物地的补给效果不同,以3m土层计算,苜蓿地的农田蒸散量与谷子、玉米相当,比豆子地高,但要低于高粱地;④长期种植苜蓿引起的深层土壤干化问题必须引起足够的重视,干化土地的水分恢复不是一朝一夕的事情。     

紫色土坡耕地裂隙潜流的产流机理与胶体颗粒迁移

土壤胶体是坡耕地农化物质迁移的主要载体.借助18O（氧同位素）示踪技术,探索了2014年8月29日和9月10日两场降雨下大型紫色土坡耕地（1 500 m2）裂隙潜流产流的水源来源及过程特征,并耦合了胶体颗粒释放与迁移机理的研究.结果表明,裂隙潜流及胶体迁移的水文过程线均总体呈快速上升和长拖尾的特征.随裂隙潜流产流开始,雨水对潜流的贡献逐渐增大,并在流量快速上升段支配裂隙潜流产流,而潜流流量峰值前及退水阶段,土壤前期可动水是潜流的主要产流来源.两场降雨下裂隙潜流中胶体颗粒浓度介于0.60~6.85 mg/L之间,平均值分别为1.58和2.31 mg/L,水浴超声后胶体颗粒浓度平均值分别为原样的2.15和1.81倍.胶体颗粒迁移速率比产流速率快（>30 min）,表明胶体辅助坡地农化物质迁移的潜力较大.对于长历时小降雨事件,潜流中胶体的迁移动态受潜流水化学因素〔如ρ（DOC）、ρ（Mg2+）和EC（电导率）〕支配,而强降雨事件下,潜流中胶体颗粒浓度还与潜流流量呈极显著负相关（R2 > 0.5）.此外,坡地内部产流方式（横向及垂向）对裂隙潜流中胶体颗粒的迁移通量有重要影响.研究显示,裂隙潜流产流过程线结合土水势、18O及水化学指标的动态变化,能够全面揭示裂隙潜流产流的阶段特征以及胶体颗粒释放与迁移的机理,对于进一步研究胶体对磷、有机农药等憎水性农化物的辅助运移特征有重要意义.      

煤矿复垦地不同覆土厚度对小麦产量影响研究——以淮南煤矸石充填耕地复垦地为例

在淮南新庄孜煤矸石充填耕地复垦地中以覆土厚度水平作为控制因素研究其对小麦产量的影响及其相关性。在一定覆土厚度范围内,不同覆土厚度对小麦产量产生了显著性影响;小麦产量与覆土厚度有高度的线性正相关。其主要原因是底层充填煤矸石颗粒粗糙、坚硬,没有粘性呈分散状,机械阻力大,保水保肥能力弱;覆土厚度薄的地块与厚度厚的地块相比能储存持有的养分水分少进而影响其养分水分的提供。     

Movement and degradation of aldicarb residues in South Carolina loamy sand soil

The movement and degradation of aldicarb (2-methyl-2-(methylthio)propionaldehyde O-(methylcarbamoyl)oxime) residues was measured in a Dotham loamy sand soil in Barnwell County in southern South Carolina. The experiment was designed to compare movement in a fallow plot versus a soya bean plot and to compare residue results from soil suction lysimeters and soil samples. The soil sample data indicate that aldicarb degraded at a rate corresponding to a half life of approximately 9 days with essentially no residues present 4 months after application. This degradation rate is faster than the 14–39-day half-life measured in nearby states. Because this relatively rapid degradation rate generally constrained residue movement to the upper 0.3 m in both plots (resulting in no significant residues in the lysimeters and monitoring wells), comparison between data from soil cores and suction lysimeters was not possible and the reduced evapotranspiration in the fallow plot had little effect on residue movement. Simulations using the unsaturated zone model PRZM with rainfall records from 15 years were used to illustrate that aldicarb residues should be limited to the upper 1.5 m, regardless of year-to-year variations in rainfall.     

微生物作用下土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的迁移转化

现代工业的发展使Cr(Ⅵ)土壤污染问题日益突出,针对Cr(Ⅵ)土壤污染防治的相关研究逐渐引起广泛重视。选取低风险地块土壤为实验材料,以土柱淋滤实验为基础,探究在混合芽孢杆菌的作用下,土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的迁移和转化。结果表明:水溶态Cr(Ⅵ)在土壤中的迁移动力来源于土壤中水分的迁移。在对照组中,土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的迁移呈现出随着土壤深度增加浓度下降的趋势;在混合芽孢杆菌处理组中,芽孢杆菌在前期(0~10 d)会阻碍Cr(Ⅵ)的迁移,在中后期(10~30 d)阻碍作用减弱。在迁移的过程中,混合芽孢杆菌的作用使土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的浓度降低,例如土柱淋滤30 d后,175-H土柱相比于175-D土柱在5,10,15,20 cm深度处土壤的水溶态Cr(Ⅵ)浓度分别降低了3.55,2.03,1.87,1.31 mg/kg。同时,淋滤含Cr(Ⅵ)溶液使土壤中铬耐性菌的相对丰度有所增加,例如芽孢杆菌。     

利用紫外-可见吸收光谱估算三峡库区消落带水体、土壤和沉积物溶解性有机质(DOM)浓度

溶解性有机质(DOM)是陆地和水生生态系统的重要物质,有色溶解性有机质(CDOM)是可用光谱测定的DOM组分.基于2012年7月采集的土壤和沉积物样品以及2012年11月采集的水体样品,通过单波长、双波长、吸收光谱斜率(S值)和三波长模型建立CDOM与DOM浓度之间的关系.结果表明,4种模型中三波长模型效果最佳,水体数据模型的决定系数为0.788,土壤数据模型的决定系数为0.933,沉积物模型的决定系数为0.856.同时,利用2013年随机采集的32个土壤样品和36个水体样品对模型精度进行检验,结果表明,土壤DOM浓度的相对均方根误差(RRMSE)和平均相对误差(MRE)分别为16.5%和16.9%,水体分别为10.32%和9.06%,相比土壤DOM而言,三波长模型对水体DOM的预测精度更高.     

南昌市PM2.5中结合氨基酸的浓度组成及来源

采集了春季南昌市城市和森林地区的大气PM_2.5样品及潜在大气氨基酸排放源（植物和土壤）样品,测定并分析了样品中结合氨基酸（CAAs）的浓度、组成及甘氨酸（Gly）的氮同位素值.结果表明,城市和森林地区PM_2.5中总CAAs的浓度分别为0.507~3.912和0.497~2.647nmol/m³.通过对PM_2.5中CAAs组成占比分析发现,城市和森林地区CAAs组成成分相似,其中Pro、Gly、Ala、Leu和His是PM_2.5中丰富的CAAs物种.结合Gly的氮同位素值可知,城市地区（+0.62‰~+22.67‰）和森林地区（+1.99‰~+23‰） PM_2.5中δ¹⁵N_C-Gly值表现出较大的变化范围.根据大气CAAs潜在排放源δ¹⁵N值清单,本研究中生物质燃烧、土壤源和植物源是PM_2.5中CAAs的主要来源.贝叶斯稳定同位素模型计算源分配结果表明生物质燃烧、土壤源和植物源对城市地区PM_2.5中CAAs的平均贡献为42%、40%和18%,对森林地区PM_2.5中CAAs的平均贡献为38%、38%和24%.