酸化湖泊水生生物恢复的理论框架构建

在欧洲和北美广大地区,随着大气硫沉降的减少,地表水体酸度正在逐渐降低,但是对水质改善的生态响应过程却依然扑朔迷离.有些湖泊和河流的生物正在恢复,有些水体的生物并没有得到恢复.为理解这些生物响应的差异,有利于酸雨问题的有效管理,我们需要对下面2个问题有清晰的认识:①生物群落恢复所必须经历的生态步骤;②倘若恢复受阻,从哪里着手对恢复进程实施干预,如何干预.本文通过构建一套理论框架来回答上述问题.第一层框架是基于生态学考虑而构建的,通过决策树来反映生态恢复进程中必须经历的若干步骤,步骤之间则通过管理工具或对瓶颈的响应来连接.水质不佳,移生生物供给不足以建群,以及群落水平上对恢复动态变化的阻碍等等都可能成为恢复的瓶颈所在.第二层框架则是基于管理层次来构建的,为了克服瓶颈,框架指明从哪里着手对恢复进程实施干预,为建模来进一步将框架具体化,需要做哪些研究.一旦我们可以用模型来预测酸化水体生态恢复的速率和程度,对硫排放减少带来的效益评价就变得简单起来.而这些模型的构建需要充分认识恢复进程中的生态步骤.本文提出的理论框架将有助于我们朝这个目标迈进.     

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...     

陆地生态系统的恢复--模拟全球变化所引起的酸性输入减少和海盐输入增加的影响

到2010年<哥德堡议定书>正式实施时,欧洲自20世纪70年代末以来已减少的酸化硫和氮释放量将进一步减少.这里我们论述了通过使用应用于3个大型"清洁雨"实验(即分别在挪威里斯达尔谢伊阿[Risdalsheia],瑞典耶德松[Gardsjon]以及丹麦克洛斯特海泽[Klosterhede]的所谓"屋顶实验")的酸化模型MAGIC讨论恢复酸化陆地生态系统的结果.<哥德堡议定书>的实施将启动通过重建盐基饱和恢复上述3处土壤的进程.恢复率较低,在今后30年中,盐基饱和增加不足5%.气候引发的风暴严重性的加剧将增加海盐输入生态系统的量.这将为土壤提供额外的碱阳离子,并使恢复速度翻一番,同时还将随着沉积的碱阳离子与存储在土壤中的酸性交换导致高海盐输入之后的强酸性脉动.因此,酸化集水区土壤和径流的进一步恢复将取决于酸沉积下降的数量和速率,在近岸系统的情况下,还取决于海盐输入事件的频率和强度.     

对加拿大东南部湖泊从酸沉降效应中恢复的评价

北美洲SO2排放量的减少激起了人们对加拿大东南部的水生态系统能迅速摆脱酸化的状态的期待.但是只有那些明显减少了排放量的冶炼厂附近的湖泊达到了这种期望值.在临近大西洋的省份魁北克和安大略,受远程污染源影响的湖泊的硫酸根离子(SO2- 4)浓度都有一定降低,但pH和碱度则仅有较少量的提高.对于这种延迟的酸度响应,有如下几种因素可以解释:碱基阳离子含量的下降,干旱加速SO2- 4的迁移,水体内部碱性物质生成机制遭到破坏;同时硝酸盐和有机阴离子含量的提高也可能是其中的原因.对加拿大东南部生物恢复的监测资料非常有限,即使有的话,在萨德伯里(Sudbury)和基拉尼(Killarney)地区以外也很难找到恢复的证据.比如,尽管除了酸化作用外其他因素也对上述现象有一定影响,新思科舍河中的大西洋鲑鱼出现率和安大略湖潜鸟的繁殖成功率实际上正在下降.化学和生物学模型预测,只有比目前法规要求严格的多的SO2排放削减额才能促进广泛的化学恢复和其后的生物恢复,而在加拿大东南部的众多湖泊中重建工业化前的化学与生物学条件或许很难实现.     

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.     

地表水源热泵尾水排放对三峡库区重庆段水生生态系统的影响分析

基于三峡库区重庆段水文及水生生态系统特征,结合地表水源热泵示范工程的监测情况,分析了地表水源热泵尾水排放对三峡库区重庆段水生生态系统的影响.工程监测研究结果表明:尾水排放对排放口附近水域水温、溶解氧、氮、磷和浮游植物的影响表现为夏季水温升高导致溶解氧降低,氨氮、总氮和化学需氧量升高,蓝绿藻大量繁殖,富营养化加剧;冬季冷排水导致氨氮、总氮、总磷的升高,硅藻、绿藻数增多和蓝藻数减少,藻类物种多样性下降.对湖泊富营养化的影响是双方面的,即具有不确定性.分析认为尾水排放对排放口附近水域的水生动物及鱼类种群分布及数量均有影响,温排水可能导致其生长繁殖加快,成熟期缩短.地表水源热泵尾水排放对水生生态系统的影响程度主要取决于进出水的温差和排放量,也与水源的水文地质特征密切相关.     

人类活动加剧了对近岸及海洋水域生物地球化学过程的影响

海洋在全球生物地球化学的碳、氮、磷、硅和其他化学元素和化合物等循环中起着重要作用.化石燃烧、农业活动和气候变化愈发影响了海洋化学、地域性滨岸以及全球海洋水体.人类是最大的影响是无机碳、营养盐和可溶性氧,它们之间互相关联并影响到生物生产力.因工业产物的生产、迁移以及大量持久性有机化合物和痕量金属,特别是汞、铅和铁的释放到环境中,所以海洋水体中化学性质的改变表现得尤为明显.     

国际贸易视角下的中国碳排放责任分析

贸易会导致"碳泄漏",中国由于贸易顺差所导致的二氧化碳等温室气体排放增加是显著的,西方消费需求加剧了中国碳排放增长.未来中国需要:第一,在气候变化后京都进程谈判中,重新界定温室气体排放的现代责任,减少减排义务和压力.第二,开展"环境、贸易和气候变化的关系研究"和"节能减排对减少二氧化碳排放的协同效应研究",完善节能减排方案和应对气候变化国家方案.第三,建议以环保手段"绿化"贸易增长,使用出口环境税、产品和行业准出制度、绿色投资等手段,构建绿色贸易体系,限制高耗能、高排放产品和行业的出口,减少污染和温室气体排放.     

中国酸沉降:来源、影响与控制

总结我国酸沉降观测与模拟、来源与影响以及控制与成效,不仅能为未来我国大气污染治理提供科学依据,也能为国际酸沉降控制提供参考.本文回顾了40年来我国酸沉降研究的发展历程,对有关酸雨时空分布特征、致酸气体排放、土壤和地表水酸化、酸化缓冲机制、临界负荷区划以及酸雨控制对策等研究进展进行综述.我国酸雨污染经历了快速发展、污染缓和、再次恶化和持续改善4个阶段,与酸性气体——二氧化硫和氮氧化物的排放趋势相一致.我国酸雨区主要分布在长江以南及青藏高原以东的广大地区以及四川盆地,而不是排放最为集中的华北地区,反映出氨气和盐基阳离子排放的较强中和作用.作为酸沉降的主要危害,我国土壤酸化严重,而地表水酸化与欧美相比并不突出,原因是盐基阳离子沉降和硫氮转化（如硫酸根吸附和反硝化等过程）提供了特别的缓冲作用.随着二氧化硫排放优先于氮氧化物得到初步控制,我国降水化学组成由硫酸型转变成硫酸-硝酸-铵混合型,从而氮沉降,特别是铵沉降对我国土壤酸化的贡献越发显现.国家“两控区”划分、大气污染物总量控制与“大气污染防治行动计划”等政策的实施,有效控制了我国酸沉降的发展,酸化的土壤和地表水开始出现恢复的趋势.     

木醋液酸化生物炭与氮素配施对盐渍土壤活性氮及氨挥发的影响

以盐渍土壤为研究对象,通过吸附试验和室内土壤培养试验,分析生物炭及木醋液酸化生物炭与尿素配施后对盐渍土壤活性氮、脲酶活性和氨挥发的影响,为提高盐渍土壤氮素有效性提供理论和技术支撑.吸附试验表明,木醋液酸化生物炭提高了对铵态氮的吸附量,与生物炭相比,提高了2.28%～18.18%.土壤培养试验表明,与单施尿素处理相比,生物炭和木醋液酸化生物炭与尿素配施处理使土壤硝态氮、铵态氮分别减少了0.72%和25.26%、 1.11%和16.93%;提高了土壤可溶性有机氮和可溶性全氮含量.木醋液酸化生物炭与尿素配施提高了脲酶活性,而生物炭与尿素配施处理则降低了土壤脲酶活性.木醋液酸化生物炭与尿素配施处理氨挥发累积量在不同培养时期均低于单施尿素处理及生物炭与尿素配施处理,且能降低土壤的pH,而未改性的生物炭则提高了土壤pH.因此,在盐渍土区,采用木醋液对生物炭进行酸化后再与氮肥配合施用,不仅有效降低了土壤pH,提高土壤脲酶活性以及可溶性有机氮含量,还可以适当降低土壤铵态氮和硝态氮含量,减少氨挥发,有利于减少土壤无机氮素的损失和提高盐渍土壤氮素有效性.