地下水矿化度对黄河三角洲柽柳光合及耗水特征的影响

为了解黄河三角洲地下水浅埋区柽柳（Tamarix chinensis Lour.）对地下水矿化度的适应特征,运用叶片气体交换和树干液流技术,测定了地下水埋深为0.9 m时淡水、微咸水（3 g·L^-1）、咸水（8 g·L^-1）和盐水（20 g·L^-1）四种矿化度下柽柳的光合作用和水分利用等参数。结果表明：随地下水矿化度升高：（1）土壤水、盐含量和土壤溶液绝对浓度均逐渐升高。（2）叶片最大净光合速率和光饱和点在咸水下最高;表观量子效率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度、树干液流速率等在微咸水下最高;以上指标均在盐水矿化度下最低。水分利用效率和气孔限制值在微咸水下最低,盐水下最高。在地下水埋深0.9 m时,咸水矿化度下柽柳光合效率高,光照生态幅宽,水分利用效率高,适于柽柳幼苗的生长。     

盐和干旱胁迫对欧李幼苗光合生理特性的影响

为缓解干旱、半干旱地区水土流失现状,充分发挥欧李（Cerasus humilis）的生态价值,有效进行生态环境修复,设置了两种环境胁迫——盐胁迫（盐胁迫浓度分别为3‰、5‰、8‰,依次记做S1、S2、S3）和干旱胁迫（浇水量分别为田间持水量的30%~35%、40%~45%、50%~55%,依次记做W1、W2、W3）,比较叶片的光合气体参数T_r（蒸腾速率）、P_n（净光合速率）、G_s（气孔导度）和C_i（胞间CO₂浓度）的变化;利用P_n-PAR响应曲线比较不同处理下叶片的光响应特征参数L_sp（光饱和点）、L_cp（光补偿点）、R_d（暗呼吸速率）、α（表观量子效率）、P_nmax（最大净光合速率）.结果表明:①欧李幼苗的光合气体参数对盐胁迫的响应较敏感,对干旱胁迫的响应则鲜有显著性差异.②由P_n-PAR响应曲线得出,S1、W2处理下,随着PAR（光合有效辐射）的升高,欧李幼苗出现了光抑制现象;S2、S3、W1、W3处理下则表现出积极的光响应.③盐胁迫下,欧李幼苗的L_cp随盐胁迫的增强而逐渐增大,L_sp最小值[882.17 μmol/（m2·s）]出现在S1处理,S2、S3处理下有增加趋势,光能利用效率随盐胁迫的增强而减弱;随着干旱程度的减弱,L_cp先增后减,在W2处理下达到最大值[35.79 μmol/（m2·s）],L_sp最大值[1 581.56 μmol/（m2·s）]出现在W1处理,而在W2、W3处理下则减小,说明欧李幼苗对光照环境适应性减弱.研究显示,欧李幼苗对盐和干旱胁迫呈现出完全不同的响应特征,且对盐胁迫的响应更为敏感,研究结果可为欧李在治理水土流失、荒山绿化等生态修复工作中的应用提供依据.      

氧苯酮对龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)光合作用和呼吸作用的影响

本文以野生龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）为受试材料,测定氧苯酮（BP-3）胁迫下龙须菜的快速叶绿素荧光、光合放氧/呼吸耗氧速率及活性氧含量的变化,研究了不同浓度的氧苯酮对龙须菜光合作用和呼吸作用的影响,分析了氧苯酮对水生植物的伤害机理。结果表明,用5～30 μmol/L的BP-3在黑暗条件下处理30 h后,龙须菜的呼吸作用不受影响,但光合作用PSII受体侧电子传递受到明显抑制。在80 μmol/(m2·s)光下,5～30 μmol/L 的BP-3可导致光合作用光能吸收与利用的失衡并诱发活性氧的大量产生,且抑制作用随胁迫浓度升高而加剧。活性氧测定结果进一步显示,光下BP-3诱导的氧化胁迫加剧了龙须菜光合作用PSII受体侧的破坏,并进一步损伤其呼吸作用过程和光合作用PSII供体侧。     

外源脯氨酸对Cd胁迫下107杨光合与叶绿素荧光特性的影响

为揭示Cd胁迫下外源脯氨酸对107杨（Populus×euramericana cv.‘74/76’）光合与叶绿素荧光特性的影响,以一年生107杨苗木为试验材料,采用盆栽控水试验,研究了添加不同浓度（0、10和20 mmol/L）外源脯氨酸对Cd（0、100、200和300 mg/kg）胁迫下107杨叶片光合气体交换参数、光响应参数和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:①Cd作为独立因子可显著影响107杨叶片的光合气体交换参数、光响应参数和叶绿素荧光参数,外源脯氨酸作为独立因子对这些参数无显著影响,Cd与脯氨酸的交互作用对这3类参数均有显著影响.②随着w（Cd）的增加,107杨叶片净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）和水分利用效率（WUE）的变化趋势基本一致,均显著下降,而胞间CO₂浓度（C_i）呈显著上升趋势.与单独Cd处理组相比,在w（Cd）为200 mg/kg处理下,添加外源c（脯氨酸）为10 mmol/L时苗木叶片的P_n显著提高123.12%;WUE、PSⅡ原初反应最大量子效率（F_v/F_m）、实际光化学量子效率（φ_PSⅡ）、光化学淬灭系数（qP）和表观光合电子传递速率（ETR）分别显著提高43.73%、6.52%、27.99%、28.96%和63.26%;而非光化学淬灭系数（NPQ）显著降低19.97%.研究显示,w（Cd）低于200 mg/kg时,外源添加脯氨酸处理可增强107杨的PSⅡ光能转换效率和光强利用效率,防止过剩光能对光合机构的伤害,从而提高植株抗逆性与适应性,且以c（脯氨酸）为10 mmol/L时的处理效果较好.      

叶面喷施硫对镉污染土壤中水稻累积镉的机制研究

Cd（镉）污染稻田已成为影响全球农田土壤环境安全的重要问题,叶面喷施技术可以提高水稻对Cd的抗性,减少其对Cd的累积,保证农产品质量安全、维护土壤生态功能、防范环境和人体健康风险.通过两年四季的湖南省长沙县田间试验,探索叶面喷施S（以Na₂S计）在中轻度Cd污染稻田中的降镉、增产效果及其可推广性,进而设计水培试验,探究相关机制.结果表明:田间试验中,叶面喷施S可以将水稻产量提高6%~30%,水稻籽粒w（Cd）降低28%~50%.叶面喷施S能够增加水稻叶片的捕光能力和电子传递速率,与对照组相比,净光合速率提高2%~25%、气孔导度提高7%~25%、胞间CO₂浓度提高2%~10%、蒸腾速率提高1%~11%;实际光化学效率提升3%~21%,也可在一定程度上减缓光合系统结构和功能受到的损伤,同时提高光合作用碳同化的效率,提高水稻产量.傅里叶变换红外光谱图显示,叶面喷施S通过增强有机大分子类物质（如有机酸、多肽类等）的生成,可能直接与Cd发生螯合,区隔在细胞壁或者液泡上,降低Cd的侵害.研究显示,叶面喷施S在Cd胁迫水稻中积极参与生化过程的特定光合作用和蛋白质合成的调节,减轻了水稻Cd胁迫,可以尝试在同类型重金属污染农田土壤中推广.      

壬基酚对羊角月牙藻的毒性效应研究

为研究壬基酚（NP）对淡水微藻的毒性效应特点,选取模式生物羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）为受试对象,设置5个暴露处理浓度：0.1,0.3,0.6,0.9,1.2mg/L.观察并测定羊角月牙藻的生长情况、叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量等指标,并通过植物光合效率仪测定叶绿素荧光诱导动力学参数,分析NP对光系统Ⅱ（PSⅡ）的影响.结果表明,NP限制羊角月牙藻生长的96h EC50为0.979mg/L;NP处理浓度为0.3mg/L时,可以对羊角月牙藻生长产生抑制效应,与对照组相比,主要光合色素（叶绿素）含量下降,MDA含量显著增加,过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性显著上升,最大光能转化效率（Fv/Fm）显著下降,ABS/RC（单位反应中心吸收光能）显著上升,DI0/RC（单位反应中心耗散能量）、ET0/RC（单位反应中心捕获用于电子传递的能量）、TR0/RC（反应中心用于还原QA的能量）也随之升高;当处理浓度≥0.9mg/L后,CAT和SOD活性、TR0/RC显著下降,DI0/RC显著升高,表明PSⅡ受到损伤.由此可知,NP能够破坏膜系统完整性、诱发抗氧化系统响应并造成PSⅡ损伤,降低光能转化效率,对羊角月牙藻具有毒性效应,对水域生态系统具有潜在风险.     

丛枝菌根真菌对汞胁迫下水稻叶片生理和光合特性的影响

为了研究AM（arbuscular mycorrhizal,丛枝菌根）真菌在Hg胁迫下对农作物生长的影响,通过温室盆栽试验,分析不同Hg投加量（0、0.1、1.0和2.0 mg/kg）下,接种AM真菌对水稻植株生物量、株高、叶片叶绿素相对含量、膜质过氧化程度、抗氧化酶系活性、光合速率、气孔导度、胞间CO₂、水分利用效率、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响.结果表明:①在不同Hg投加量下,AM真菌均能促进水稻植株生长.②AM真菌接种能提高水稻叶片叶绿素相对含量,增加水稻叶片光合速率.③接种AM真菌后,水稻叶片MDA（malondialdehyde）含量降低,水稻叶片超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、过氧化物酶（peroxidase）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase,APX）活性均升高.综合显著性分析结果来看,当Hg投加量为0.1 mg/kg时,接种AM真菌后水稻整体长势良好,多项生理指标偏高,说明AM真菌在较低Hg投加量下能促进水稻生长,提高水稻对汞的抗性.研究显示,AM真菌能通过促进水稻光合色素分泌来提高水稻光合作用,同时能提高水稻抗氧化酶活性,维持细胞稳态,缓解汞的毒害作用.总之,AM真菌能增强水稻对汞污染的适应能力,促进植株生长发育,降低汞对水稻造成的毒害及损伤,增强抗逆性,且该作用在较低Hg投加量下表现更加明显.      

氮添加和地下水位交互作用对通江湖泊湿生植物陌上菅生长的影响

研究地下水位变化和氮沉降对植物功能性状的影响,有助于揭示植物对环境变化的响应和适应规律.采用原位试验的方法,选择不同地下水位梯度〔低水位（-75 cm）、中水位（-69 cm）、高水位（-39 cm）〕和氮添加〔缺氮处理（430 g/m2）、空白对照（0 g/m2）、低氮（4.32 g/m2）、中氮（8.64 g/m2）、高氮（17.28 g/m2）〕（其中缺氮处理添加量以碳元素含量计,其余处理以氮元素含量计）,研究升金湖消落带湿地物种丰富度、陌上菅（Carex thunbergii）地上生物量和根系形态学指标对地下水位和氮添加的响应.结果表明:①双因素方差分析显示,地下水位主要影响物种丰富度、陌上菅地上生物量和根系形态学指标;氮添加主要影响土壤养分含量和陌上菅比根长、根比表面积及根组织密度;地下水位和氮添加的交互作用对陌上菅比根长和根平均直径影响显著（P < 0.05）;相对而言,水位对陌上菅的影响大于氮添加.②地下水位对陌上菅地上生物量和根系形态学指标有显著影响.地下水位升高会降低陌上菅地上生物量、根系比根长和根组织密度,同时增加其根平均直径和根比表面积,且不同处理间差异显著（P < 0.05）.在空白对照处理下,相比于低水位,高水位下陌上菅地上生物量、比根长和根组织密度分别降低了97.6%、46.1%、86.1%,根平均直径和根比表面积分别增加了326.1%、198.5%.③氮添加主要影响陌上菅根系形态学指标.随着施氮水平的增加,陌上菅比根长和根比表面积呈现先减后增的趋势,根组织密度呈现先增后减的趋势.在高水位条件下,相比于空白对照,低氮处理下陌上菅比根长和根比表面积分别减少了36.1%、41.8%,陌上菅根组织密度增加了182.4%,且差异显著（P < 0.05）.研究显示,地下水位升高与氮添加对陌上菅地上生物量和陌上菅比根长的影响呈相互抵消的态势,这体现了土壤水分增加对陌上菅生长的胁迫作用;水位升高和氮添加对根比表面积和根组织密度的影响表现为协同效应,揭示了在水位胁迫条件下陌上菅对养分获取策略的变化.      

PnET-CN模型对东亚森林生态系统碳通量模拟的适用性和不确定性分析

东亚地区森林类型多样,开展区域生态系统碳循环模拟时应考虑森林类型的差异。论文利用基于叶氮浓度-最大净光合作用速率关系的PnET-CN模型,对东亚地区8 个森林生态系统通量观测站点的总生态系统碳交换（GEE）和生态系统呼吸（RE）进行模拟,以探讨模型的适用性并对不确定性来源进行分析。研究结果表明：①PnET-CN模型能较为准确地模拟东亚地区大部分森林生态系统站点的GEE和RE;②模型的适用性排序依次为温带、寒温带、亚热带、 热带,模型未能很好地模拟热带湿地森林GEE和RE 的季节与年际变异;③在同一气候区中,PnET-CN模型更加适用于针叶林碳交换的模拟;④PnET-CN模型比较准确地反映了东亚森林生态系统GEE、RE对气候因子（例如,温度或辐射）的响应,但在低温、较弱辐射条件下模型低估了GEE,在高温或较强辐射条件下高估了GEE;在低温条件下模型低估了RE,在高温条件下模型高估了RE。针对东亚多个森林通量站点的模拟情况,论文提出模型应在以下方面进行改进：①PnET-CN模型计算物候时除了考虑温度之外还应加入土壤湿度的影响,并对不同气候区森林生态系统赋予不同叶片凋落时长;②PnET-CN模型中温度对GEE的限制以及光合最适温度应该根据不同站点设置;③PnET-CN模型应该考虑森林生态系统对环境胁迫的适应性,加强对干旱等干扰的模拟;④同时对于拥有复杂水文条件的森林生态系统应该改进土壤含水量的算法,以准确反映该类型森林生态系统GEE和RE的季节变化。     

引黄调水对汾河受水区水环境的影响

引黄入晋工程缓解了太原市水短缺问题。然而,近年来上游黄河水出现较严重污染。引黄调水对汾河受水区的影响尚不明确。论文基于连续观测和采样,分析了受水区河水、地下水水文过程、理化性质、主要离子、典型污染物邻苯二甲酸二丁酯以及大肠杆菌的含量和变化。结果表明：受水河流和河岸带地下水受引黄影响十分明显,含盐量和有机物含量显著增加,水环境整体退化;引黄导致汾河雨季高水位而旱季低水位的水文过程反转,且整个水文年内河水以饱和输水的方式补给浅层含水层,水位埋深变浅;汛期河谷发生洪水的风险大大增加;引黄导致汾河水电导率增大两倍左右,且河水由Ca-HCO₃型变为Na-Cl·SO₄型,而溶解有机碳含量增高约26%,UV₂₅₄含量增大约24%;引水暂停期汾河水水化学特征趋于恢复,而河岸带地下水水化学特征未能恢复。长期来看,若引黄调水持续向河谷地下水输入大量Na⁺和Cl^-等,且地下水埋深持续保持在较浅的范围,可能造成土壤盐碱化、植被退化和生态环境恶化等更加严重的后果。     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

浅埋深黏土包气带氮迁移转化原位实验研究

通过原位实验,对浅埋深黏土包气带中氮的迁移转化开展研究.结果表明,实测地下水埋深介于145.9~173.6cm,地下水毛细上升高度计算值可达297.0cm,土壤含水率除表层外介于0.30~0.45cm³/cm³;NH₄⁺-N和NO₃^--N在地面以下155cm含量最高为1.43,23.00mg/kg,超出背景值1.13,21.05mg/kg;包气带含水率近饱和条件下,粘土对氮污染物迁移阻滞作用减弱,NH₄⁺-N和NO₃^--N在1d内自地表迁移至155cm.浅埋深地下水减弱了黏土对氮污染物运移的阻滞作用.浅埋深地下水减弱了黏土对氮污染物运移的阻滞作用.     

河西走廊绿洲玉米农田生态系统呼吸特征及温度响应

准确评估农田生态系统碳排放对评价陆地生态系统碳平衡具有重要意义。研究利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站玉米农田生态系统涡度相关和微气象监测数据,分析了2009年生态呼吸速率（RE）和呼吸敏感性指数（Q₁₀）的季节变化规律,探讨了环境因子对RE的影响,比较了不同模型估算生态系统碳排放量的差异。结果表明,河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统夜间平均呼吸速率表现为单峰型的季节动态,平均最大呼吸速率12.54 μmol CO₂·m^-2·s^-1;空气温度（T_a）比土壤温度（T_s）更明显地影响着玉米农田生态系统呼吸,且影响过程表现出明显的季节差异;基于Q₁₀模型拟合的4—10月各月的参考呼吸速率RE₁₀和敏感性指数Q₁₀也表现出单峰型的季节变化模式,最大值先后出现在6月和8月,其值分别为2.68 μmol CO₂·m^-2·s^-1和2.62。Logistic模型能较好地反映RE与T_a的关系,可以解释半小时呼吸速率55.9%的变异,但在高温情况下的预测值偏低;Q₁₀、Quadratic、Lloyd & Taylor和Logistic模型模拟的玉米农田生态系统呼吸速率的平均日变化和季节动态差异明显,估算的河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于1 122~1 252 g C·m^-2·a^-1。     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

基于氚和CFCs的三江平原浅层地下水更新能力估算

论文通过对三江平原浅层地下水年龄的测定,研究了地下水的来源与更新能力。在井深小于60 m的钻孔中,采集了11 组浅层地下水样,分别测定水中放射性同位素氚(T)和氟利昂(CFCs),根据活塞模型,分别计算出浅层地下水的年龄。分析结果表明,三江平原浅层地下水中氚同位素含量为1.7~61.2 TU;CFC-12 和CFC-113 浓度分别是0.04~1.25 pmol·kg^-1 和0.1~0.71 pmol·kg^-1。根据氚同位素含量估算的浅层地下水年龄范围是39~51 a;CFC-12 浓度估算的浅层地下水年龄范围为38.2~61.7 a。两种测年数据都表明,浅层地下水缺失了0~39 a 的年轻水,这暗示三江平原的地下水主要接受外源水的补给,深循环地下水越流补给地表水并形成湿地,最终补给到河流之中,地下水有稳定的补给源,可以适当地进行开发和利用。     

安徽淮北平原地下水动态变化研究

论文对安徽淮北地区69个地下水位站的1980-2006年平均地下水埋深资料进行分析,得出淮北地区多年平均地下水埋深2.33m,1980-1990年各地下水年均埋深较浅、变幅较小,1990年以后地下水埋深变幅加大,且埋深有明显的加深趋势。研究认为淮北平原地下水动态虽然受降水量、蒸发量和人类活动等多种因素影响,但近些年来地下水的动态变化主要是人类活动影响的结果。这些人类活动包括地下水资源开发利用、土地利用、水利工程、农业节水灌溉措施等。其中过度开发利用地下水是导致安徽淮北平原地下水埋深下降,地下水资源减少的主要原因。适度开发利用地下水有利于淮北地区地下水的循环更新,但过度的开发利用,已造成平原北部开始出现严重的环境地质问题,应限制开采。     

塔里木河下游第五次应急输水后地下水恢复量的计算

依据塔里木河下游应急输水前与第五次第一阶段输水后地下水的监测资料,分析了输水前后地下水位的响应特征:地下水位在应急输水前持续下降,呈近似水平状态;输水后则由于接受了河道渗漏的补给,地下水位表现出逐次回升的趋势且受输水的影响,宽度(距离河道)也随之加大。在此基础上,逐断面拟合了第五(I)次输水后地下水位与离河距离的二次多项式方程,同时运用地下水水均衡的原理,推导了计算地下水净恢复量的数学公式,并以此为工具对第五(I)次输水后地下水的净恢复量进行了计算。     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。