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...     

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。     

不同施氮水平对再生水灌溉土壤释氮节律的影响

土壤供氮能力是影响土壤氮素利用效率的一个重要指标,再生水灌溉和施氮水平均影响着土壤供氮能力,研究不同施氮水平对长期再生水灌溉土壤氮素的转化特征可为合理施肥及农产品增产增效提供理论依据.本研究选择河南新乡洪门试验站温室大棚内长期再生水灌溉和清水灌溉土壤,试验共设8个处理:A(N200)(施氮量200 mg·kg-1)、A(N160)(施氮量160 mg·kg-1)、A(N140)(施氮量140 mg·kg-1)、A(N100)(施氮量100 mg·kg-1)、A(N0)(施氮量0 mg·kg-1)、E(清水灌溉常规施氮)、CK(清水灌溉不施氮)、Re CK(再生水灌溉不施氮),采用实验室内常温培养法,分别在培养的7、14、21、28、35、42 d测定土壤铵态氮、硝态氮及全氮含量,并分析了土壤氮素矿化量和氮素矿化速率的变化,通过Freundlich线性等温吸附模型及一级动力学方程拟合了土壤吸附参数Kd和氮素矿化势N0.结果发现,培养前期土壤氮素矿化较快,释放的氮量较高,中后期变化较慢,土壤供氮平稳,同一时段不同处理间土壤累积矿化氮量存在显著差异(p0.05),表明不同外源氮肥输入对土壤氮素的矿化能力影响显著,A(N160)处理的供氮能力最强;同时,在培养前期Re CK处理的土壤氮素矿化累积量显著高于CK处理,表明再生水灌溉较清水灌溉促进了土壤氮素的矿化,显著提高了土壤氮素活性;土壤氮素的矿化速率随着培养时间的增加而逐渐降低,但降幅依次减小并趋于平稳,且不同施氮处理再生水灌溉土壤氮素矿化速率显著高于清水灌溉;不同土壤肥力水平(B0)、外源施氮A(N160)调控,土壤氮素矿化潜势可表达为N0=B0+117.5072t-0.1062.因此,外源氮肥输入显著影响了土壤氮素释放节律,再生水灌溉辅以适宜的施氮量可促进土壤氮素矿化,提高土壤氮素活性.     

模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

我国西南地区氮饱和马尾松林土壤和植物15N自然丰度对长期氮施加的响应

我国快速增长的氮沉降可能造成森林生态系统的氮饱和,进而导致一系列严重的环境后果.为了深入研究氮沉降对我国森林生态系统的影响,进而评价和预测森林生态系统的氮状态,本研究选取我国西南地区典型的马尾松林生态系统,对土壤和植物的15N自然丰度(δ15N)进行了测定,探讨用15N富集因子(εp/s)作为氮状态指标的可行性.对该马尾松林连续7 a施加NH4NO3或Na NO3的控制实验结果表明,长期的高氮输入显著增加了土壤和植物的δ15N.同时,该生态系统对不同形态的氮输入有不同的响应,即在NH+4沉降下δ15N显著高于NO-3沉降下的值.15N富集因子与氮沉降量、净硝化速率和淋溶量均呈显著的正相关关系,特别是本研究与之前研究的所有马尾松林的15N富集因子与氮沉降量之间线性相关,表明15N富集因子可用来表征氮状态.由于在相同氮沉降的情况下,NH+4的效应强于NO-3,建议我国在未来控制氮氧化物排放的同时也应当重视氨的排放控制.     

氮沉降对缙云山柑橘林不同季节土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物积极参与生态系统的物质循环和转化.人类活动造成全球氮沉降量激增,引起土壤微生物群落结构和功能的改变,进而导致生态系统失衡.2014年6月—2015年5月在缙云山柑橘林建立野外模拟氮沉降试验样地,原位设置4个施肥水平:对照(N0,0 g·m~(-2)·a~(-1))(以N计,下同)、低氮(N20,20 g·m~(-2)·a~(-1)),中氮(N4 0,40 g·m~(-2)·a~(-1))和高氮(N60,60 g·m~(-2)·a~(-1)).施氮处理2 d后,采用磷脂脂肪酸(PLFA)标记法和ACE(Automated Soil CO_2Exchange Station,UK)自动土壤呼吸监测系统对土壤微生物群落结构、土壤温湿度进行测定.研究表明:(1)不同季节土壤微生物对氮沉降的响应各异,春季氮沉降抑制土壤微生物量,夏、秋、冬季N40处理提高了土壤微生物量,N20、N60表现为抑制土壤微生物量;氮沉降对土壤温度有显著影响,但对土壤湿度影响不明显(p0.05).(2)土壤微生物丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数在中氮沉降条件下达最大;Pielou均匀度指数则表现不一致,春季和夏季在中氮浓度下最大,秋季在高氮处理下最大,冬季则在低氮处理下最大.(3)土壤温度与放线菌呈显著负相关(p0.01);土壤湿度与细菌和总PLFA呈显著正相关(p0.01),与放线菌呈显著正相关(p0.05).综合分析表明,土壤微生物受土壤温度和含水量的共同影响,氮沉降降低了土壤微生物含量,此研究结果支持了氮沉降抑制土壤微生物的认识.     

短期氮添加对黄土高原人工刺槐林土壤有机碳组分的影响

人类活动背景下,氮(N)沉降持续影响着生态系统的碳循环.氮沉降对土壤有机碳的影响与不同碳组分的差异性响应有关.为探究短期氮沉降背景下土壤有机碳组分变化及其影响因素,基于野外氮添加试验,以刺槐人工林为研究对象,共设置4个氮添加梯度：0(CK)、1.5(N1)、3(N2)和6(N3) g·(m²·a)^-1,分别在6月和9月进行取样,测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性.结果表明：(1)外源氮输入降低了土壤pH,促进可溶性有机碳含量的增加,增加了土壤氮素有效性.(2)短期氮添加显著降低了土壤有机碳含量,且有机碳各组分对氮添加响应不同.其中,易氧化有机碳含量显著降低,且在N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了54.4%和48.2%,惰性有机碳含量增加,但增加不显著.氮添加降低了土壤碳库活度,提高了土壤碳库的稳定性.土壤碳库活度分别在N3和N2处理下达到最低,与对照相比分别降低了53.3%和52.80%.(3)随机森林模型表明,短期氮添加下土壤微生物生物量化学计量比、微生物生物量碳和AP是驱动土壤有机碳活度变化的关键因子,分别解释了易氧化有机碳和惰...     

施肥类型和水热变化对农田土壤氮素矿化及可溶性有机氮动态变化的影响

为了揭示土壤水分、温度和添加不同氮肥对大沽河流域农田土壤氮素矿化的影响,设置对照(CK)、添加尿素N 120mg·kg~(-1)(Ur)和添加尿素N 36 mg·kg~(-1)+有机肥(相当于添加N 120 mg·kg~(-1),UM)这3个处理进行为期84 d的室内恒温培养实验,实验共设3个培养温度(15、25和35℃)和3个水分梯度[60%、75%和90%田间持水量(WHC)].结果表明,施肥类型和培养温度对土壤氮素矿化速率、累积矿化量和氮潜在矿化势(N0)均具有显著影响(P0.01).与CK处理相比,Ur和UM处理的矿化速率和累积矿化量分别增加了1.46~8.17和2.00~8.15倍.各施肥处理的土壤氮矿化速率和累积矿化氮量随温度升高而增加,且各温度梯度之间差异均达到显著水平(P0.05).与未施肥处理相比,Ur和UM施肥处理均能够显著提高土壤中可溶性有机氮(SON)的含量,且施肥处理土壤中SON含量与氮素累积矿化量之间有显著负相关关系,表明SON作为一个不可忽视的组分,参与了土壤氮素矿化过程.升高温度能显著提高土壤中SON的矿化速率和矿化强度,但水分对各处理土壤的SON无显著影响.此外,施肥处理显著降低了土壤氮矿化的温度敏感性(Q10)(P0.05),尿素配施有机肥处理的土壤的氮矿化温度敏感系数最低(Q10=1.01),说明配施有机肥显著降低了土壤氮素矿化速率对温度变化响应的强度,这有利于减缓高温条件下矿质氮的释放速率,并提升作物对氮素的利用效率.     

环境质量评价与环境监测 环境监测

X83200701356酸沉降下韶山森林氮的输入、输出通量变化特征/张西林湖南大学环境科学与工程学院)…∥环境科学研究/中国科院.-2006,19(4).-31~35环图X-6以韶山蔡家塘森林小流域2001年实地监测的大气降、穿透水和地表水数据为基础,对酸沉降作用下韶山森林的输入、输出的月均通量及变化特征进行了研究.结果表:2001年N输入通量为53.81kg/hm2,主要以NH4+形式占总输入的64%)输入该森林生态系统;2001年N输出通为3.57kg/hm2,主要以NO3-形式(占总输出的64%)输该森林生态系统.韶山森林2001年N净滞留量达到.24kg/hm2.月均输出通量极大值出现在降雨…     

酸沉降下韶山森林氮的输入、输出通量变化特征

以韶山蔡家塘森林小流域2001年实地监测的大气降水、穿透水和地表水数据为基础,对酸沉降作用下韶山森林N的输入、输出的月均通量及变化特征进行了研究.结果表明:2001年N输入通量为53.81 kg/hm2,主要以NH₄+ 形式(占总输入的64%)输入该森林生态系统;2001年N输出通量为3.57 kg/hm2,主要以NO₃-形式(占总输出的64%)输出该森林生态系统.韶山森林2001年N净滞留量达到50.24 kg/hm2.月均输出通量极大值出现在降雨量较多的5-7月,其N输出通量占全年N总输出通量的59%.从N的总输入通量、总输出通量的变化来看,N输出并不随输入的增加而增加,N的输出主要受到降水量的影响.      

欧洲的氮状况

欧洲(不包括前苏联)的氮收支表明,欧洲氮循环加速的三个主要驱动力是肥料生产(14MtN/a)、矿物燃料燃烧及其它工业(3.3MtN/a)和各种产品中的氮输入(7.6MtN/a).本文估计了欧洲粮食、能源和工业产品系统中活性氮元素的各种泄漏,评估了它们对人类健康及水陆生态系统的影响.考虑到氮流转中的可能后果,未来欧洲有关封闭氮循环和减少活性氮泄漏的环境政策措施最好集中于三个主要驱动力.在确定氮排放上限和制定氯流控制的综合政策方面,如肥料使用、输入和氮水平,临界负载可能是非常有用的工具.     

地表水中含氮化合物变化及迁移规律初探

文章研究了上海某污染河道污染断面及其下游断面河水中几种含氮化合物及其底泥中总氮的含量变化,初步探索含氮化合物的转换规律及迁移。研究发现在污染断面,河水难以得到自净的机会,底泥中的总氮持续累积;在研究河流的下游断面,地表水中的含氮化合物含量变化与上游污染断面不完全一致,说明上游水体中的含氮化合物在向下游迁移,但迁移的同时,河道水质也受到其它含氮污染源的影响,并且由于水质的好转,溶解氧含量升高,同时发生了氨的硝化;而随着上覆水体的水质好转,底泥中的总氮含量也略有下降。     

关于氨氮自动分析仪测定水中氨氮方法的探讨

本文研究了氨氮自动分析仪测定水中氨氮与用行标HJ535-2009中纳氏试剂光度法测定水中氨氮的方法对比.通过结果表明,自动分析仪的线性回归具有很好的稳定性,而且仪器检出限较行标法更低,从而该仪器提高了方法的灵敏度,并且有较好的精密度与准确度.     

亚洲氮循环案例研究

以IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)方法为基础,用IAP-N-1.0氯循环模型分析1961～2030年时间序列、亚洲各国家和地区的氮收支情况.农作物数据来源于联合国粮农组织(FAO)数据库.各参数及排放因子以亚洲国家检测出的数据为主,缺省值采用IPCC的默认值.本文主要讨论了活性氮产生及其不同的迁移和转化途径,以及环境对氮的富集作用和主要驱动因子.亚洲地区活性氮含量从1961年约14.4 Tg N/a迅速地增加到2000年约67.7 TgN/a,预计到2030年可能达105.3Tg N/a.人类对食物和能源需求的增长,以及缺乏提高氮肥利用率、降低矿物燃料燃烧释放NOx的有效措施,使得由人类活动产生的大部分活性氮在环境中累积.解决这一问题还有待于用先进的生物技术,研制出新型高效氮源来代替目前的合成氮.     

土壤水分和氮素水平对春小麦水分与氮素利用效率的影响

以抗旱性不同的三个春小麦品种为材料,研究它们在不同水氮水平下水分利用效率(WUE)和氮素利用效率(NUE)的变化,探讨二者间的相关性。结果表明:三个品种中,和尚头和定西35号的WUE相当,而定西35号的NUE最高。三个春小麦品种叶片NUE均随施氮量增加而降低,整株水平的NUE与氮素水平负相关。施氮量对春小麦叶片光合作用的瞬时WUE影响不显著,整株WUE与施氮量显著正相关。水氮耦合作用对春小麦NUE具有重要影响,整株NUE对水分条件的响应表现出明显的氮水平依赖性。春小麦品种氮素利用和水分利用两个生理过程之间存在"负偶联"关系。     

日本氮氧化物的排放标准研究

日本20世纪60年代开始经济迅速发展,但同时也带来了严重的大气污染问题。文章简单介绍了日本大气污染物的分类,再次分别从固定源和流动源二个方面梳理了日本氮氧化物的排放标准,并概述了日本实施氮氧化物排放标准的成效。最后总结了日本氮氧化物排放标准的特点：排放标准是根据排放氮氧化物的设备或设施的不同来区分的,且时间上都体现了新源比旧源严格的思想;日本的排放标准非常详细具体;汽车尾气的污染问题是日本大城市的氮氧化物污染难以改善的重要原因。     

几种生物脱氮新工艺的比较

目前已经发现了2种微生物脱氮新途径:一是根据好氧氨氧化菌具有反硝化能力,从而在一定条件下反硝化脱氮;二是在功能微生物的作用下,亚硝酸盐与氨离子一起厌氧氨氧化,并且发现了厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌能协同耦合在一种有利的微生态环境中.基于以上新途径提出了几种生物脱氮新工艺,包括了:SHARON、ANAMMOX、SHARON-ANAMMOX、CANON、OLAND、NOX工艺、需氧反氨化工艺(Aerobic deammonification)、甲烷化与厌氧氨氧化耦合工艺.     

几种生物脱氮新工艺的比较

目前已经发现了2种微生物脱氯新途径：一是根据好氧氨氧化菌具有反硝化能力，从而在一定条件下反硝化脱氯：二是在功能微生物的作用下，亚硝酸盐与氨离子一起厌氧氨氧化，并且发现了厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌能协同耦合在一种有利的微生态环境中。基于以上新途径提出了几种生物脱氟新工艺，包括了：SHARON、ANAMMOX、SHARON—ANAMMOX、CANON、OLAND、NOX工艺、需氧反氨化工艺（Aerobic deammonification）、甲烷化与厌氧氨氧化耦舍工艺。     

玉溪尖山河小流域N的输出特点研究

对澄江尖山河小流域不同土地利用类型径流小区进行监测,并对地表径流中氮素的流失特征进行研究。结果表明：随着降雨量的不断增大,径流中的总氮和氨氮的输出浓度也有上升的趋势;在相同降雨条件下,各地类年平均总氮输出浓度为：农地7．955mg／L、人工林7．4886mg／L、次生林6．9836mg／L、灌草丛4．5188mg／L;氨氮的年平均输出浓度为：农地0．8474mg／L、人工林0．7286mg／L、次生林0．6514mg／L、灌草丛0．4782mg／L。农地的总氮输出浓度和氨氮输出浓度最大,人工林次之,灌草丛和次生林较小。研究结果表明,灌草丛和次生林较高的植物覆盖有效地保持了水分和土壤,从而也减缓了氮素的输出。     

淹水条件下种植水稻对氮元素渗漏的影响

为了探明淹水植稻条件下氮元素在土层中的垂直移动、渗漏情况，设置了模拟土柱培养试验。试验以淹水种植水稻为处理，以淹水不种水稻为对照，探讨植稻对模拟土柱（40cm埋深处）渗漏水硝态氮、铵态氮的淋出数量的影响。结果表明：硝态氮与铵态氮相比，硝态氮极易流失；在试验整个过程中，淹作种植水稻硝态氮总流失量流失远大于不种水稻，铵态氮则与之相反；从绝对数量看，种植水稻与不种植水稻氮的渗漏都以硝态氮为主。