中亚热带针阔混交林土壤-大气界面释汞通量研究

为了揭示不同气候条件下森林与大气间汞交换的规律,应用动力学通量箱与Lumex RA 915+测汞仪联用技术,选择重庆缙云山国家级自然保护区为研究地点,于2011年4月~2012年3月对针阔混交林土/气界面释汞通量进行了为期1 a的连续监测,并考察了各环境因子对土壤释汞通量的影响.结果表明,缙云山针阔混交林林地土壤年平均释汞通量值为(16.82±6.70)ng·(m2·h)-1,明显高于欧美国家自然背景区;受光照、温度、相对湿度等气象因素以及亚热带地区森林植被生长变化规律影响,缙云山地区林地土壤释汞通量存在显著的季节性差异,暖季林地土壤释汞通量[(22.23±13.19)ng·(m2·h)-1]明显高于冷季[(6.01±4.05)ng·(m2·h)-1];通径分析结果表明林地土壤释汞通量的日变化特征和1 d中光照强度变化有密切关系,土温、气温和相对湿度与土壤释汞通量之间的显著相关关系可能是光照强度与土壤释汞通量相关关系的表象.     

万山汞矿区地表与大气界面间汞交换通量研究

采用动力学通量箱与高时间分辨率大气自动测汞仪联用技术对万山汞矿区不同季节、不同地表与大气界面间汞交换通量和大气汞含量进行了测定.结果显示,受人为活动和地表强烈释汞的影响,万山地区大气汞含量高出背景区1～3个数量级,在冶炼厂附近平均值可达1 101.8 ng/m³,最低平均值达17.8 ng/m³,显示万山汞矿区已遭受较严重的大气汞污染.万山汞矿区土壤与大气界面汞交换非常强烈,土壤向大气的释汞通量最高可达27 827 ng/(m².h),大气汞干沉降通量最高可达9 434ng/(m²·h).万山汞矿区土壤与大气汞交换通量主要受光照强度、大气汞含量影响.光照在土壤释汞过程中起促进作用,而较高的大气汞含量则抑制了土壤向大气的释放,并导致大气汞强烈的干沉降.不同的地表类型对地表释汞影响较大,植被覆盖土壤释汞通量显著低于无植被覆盖地区,而冶炼后的矿渣堆则成为大气汞的净源.     

三峡库区典型农田系统大气汞浓度及不同自然界面释汞通量

以三峡库区周边典型农田系统为研究对象,对不同土壤利用类型下的界面汞释放通量及影响因素进行系统研究,并同时对区域内大气汞(TGM)浓度进行监测.结果表明,研究区TGM浓度范围为2.67~75.5 ng·m~(-3),春冬两季显著高于夏秋季,其均值为(6.26±8.11)ng·m~(-3),明显高于全球TGM浓度背景值.不同地表类型下土壤释汞通量表现为旱地稻田林地;季节变化表现为夏季最高,冬季最低;日变化中最大的释放量出现在正午.不同地表中释汞通量的主要影响因素均为气温、湿度、光照、紫外线强度、土温等,其中气温和紫外强度是影响不同地表土/气界面汞交换的主要因子;在环境因子与农业活动的外界影响下,土壤本底汞含量对不同界面的土壤释汞通量的作用不明显.     

贵阳市2种不同类型草地的汞释放通量

利用动态通量箱法对贵阳市人工草坪和天然草地的汞释放通量进行了野外实测. 结果表明:春季和夏季的草地是大气中汞的来源,并未出现明显的季节性变化,其平均汞释放通量为(7.8±15.7)～(41.5±15.2) ng/(m2·h),且天然草地的汞释放通量明显高于人工草坪. 草地的汞释放通量具有明显的日变化特征,白天汞释放通量显著高于夜间,最大值通常出现在午后,最小值则出现在夜间. 草地的汞释放通量与光照强度、土壤温度、大气温度呈显著的正线性关系,与大气相对湿度呈负线性关系. 大气中气态总汞的质量浓度是影响草地汞释放通量的另一个重要因素. 大气中气态总汞质量浓度的升高能够抑制草叶片向大气中释放汞,而高质量浓度的气态总汞可导致大气中的汞向草叶片的强烈沉降.      

重庆铁山坪森林土壤汞释放通量的影响因子研究

对位于重庆铁山坪的马尾松林下的山地黄壤进行表层土壤(0~5 cm)的原状采集,并在实验室中进行控制实验,利用通量箱法测量原状土块表面的汞释放通量,以研究环境因子对土壤汞释放量的影响.结果表明,土壤汞释放量与辐射强度呈显著的正相关,在相同的空气温度和土壤含水量等条件下,土壤汞释放量在光下是遮阳条件下的3~9倍.不过,由于林下土壤常处于背阴状态,可能遮阳条件更能代表白天林下土壤汞的排放情况.土壤汞释放量存在明显的季节变化,夏季>春秋季>冬季,空气温度与土壤汞释放呈正相关.在低温下土壤汞释放量很低,土壤含水量影响较弱,而在高温时土壤含水量增加能明显促进土壤汞释放.枯落物的移除会显著降低土壤汞释放通量,主要原因可能是枯落物的汞含量较高并易于还原.土壤汞释放量在一天内也存在明显的衰减趋势,表明土壤表层的汞含量可能是森林土壤汞释放的重要限制因素.本研究测得森林土壤汞释放通量(白天)为:夏季(14.3±19.6)ng·(m2·h)-1、春秋季(3.50±5.36)ng·(m2·h)-1、冬季(1.48±3.27)ng·(m2·h)-1,以上稳态测试结果可能高估了实际的汞排放量.     

重庆几种地表类型土/气界面汞交换通量

应用RA915+汞分析仪与动力通量箱(DFC)联用技术,在重庆市不同区域选取几种地表类型(3个林地、2个草地和1个耕地)进行了土气界面间汞交换通量的研究.结果表明,汞交换通量范围为-59～733.8ng·m-2·h-1,平均值为115.8ng·m-2·h-1,汞交换通量大小顺序为污染区(气象站)>裸地(耕地)>大学园区(草地)>清洁区(林地).土壤汞含量、光照强度、相对湿度、土壤温度等环境因素对汞交换通量有较大影响.同时对区域汞释放进行了初步的估算,2003年重庆市从林地、耕地(旱地)和草地释放到大气中的总汞量约为791kg,释放强度为17.1g·km-2·a-1.     

华南南亚热带不同演替阶段植被的环境效应

研究华南南亚热带不同演替阶段植被对养分保护、碳氧平衡和对酸雨的缓冲作用的结果表明 :①100年生季风常绿阔叶林植物 N、P、K贮量是草地和芒萁群落的 12～ 39倍 ,灌木林的 12～16倍 ;死地被物 N、P、K贮量是草地和芒萁群落的 11～ 36倍 ,灌木林的 3.1～ 5.2倍 .30年生季风常绿阔叶林净初级生产量的 N、P、K贮量是草地、芒萁、灌木群落的 1.9～ 5.1倍 .②100年生季风常绿阔叶林植物碳贮量是草地、芒萁、灌木群落的 13～ 49倍 .30年生季风常绿阔叶林植物碳净固定量是草地、芒萁、灌木群落的 2.3～3.4倍 ,前者的氧释放量也明显大于后者 . ③芒萁、灌木群落和季风常绿阔叶林穿透雨的平均 p H值比降雨p H值分别高 1.13、1.03和 1.90个单位 ,季风常绿阔叶林对酸雨的缓冲能力明显高于芒萁、灌木群落 . ④正向演替可加强植被的环境效应 ,让草地、芒萁、灌木群落演替成为季风常绿阔叶林 ,有利于区域生态环境的改善 .     

三峡库区消落带沉积物-水界面汞的扩散特征

通过模拟实验研究了三峡库区消落带沉积物-水界面汞及甲基汞的扩散。结果表明,三峡库区消落带浅水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.41%±0.29%,深水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.74%±0.52%。深水沉积物比浅水沉积物具有更高的甲基汞产率。随着淹水时间的延长,沉积物中甲基汞的含量呈指数增长。沉积物中的甲基汞生成动力学方程符合零级反应方程。沉积物中无机汞的扩散以Freundlich修正式拟合效果最好,相对好氧的环境更有利于沉积物中无机汞的释放。相应地,甲基汞的扩散以抛物线扩散方程拟合效果最好,黑暗厌氧的环境更有利于沉积物中甲基汞的释放。三峡库区消落带沉积物-水界面无机汞的扩散通量为154.65±47.12~160.23±56.19 ng/(m~2·d),甲基汞扩散通量为7.61±3.39~7.79±4.56 ng/(m~2·d)。随着淹水时间的增加,孔隙水无机汞及甲基汞向上覆水体的释放通量均表现为先增加后减小的趋势。沉积物中的甲基汞对上覆水体甲基汞含量的贡献率为1.5%~14.3%,释放量为0.28~0.85 kg/a。而沉积物中的汞对上覆水体汞含量的贡献率为0.20%~1.70%,释放量为5.64~17.55 kg/a。     

亚热带浅水池塘水-气界面甲烷通量特征

为研究亚热带富营养化浅水池塘水-气界面CH_4释放通量特征,以宜昌地区5个浅水池塘为对象,利用静态通量箱法进行了为期一年的水-气界面CH_4通量监测.结果表明,这5个池塘CH_4的年释放量分别为4.495、12.702、6.827、8.920、17.560 mg·(m~2·h)~(-1).其中扩散通量分别为0.075、0.087、0.118、0.086、0.151 mg·(m~2·h)~(-1),冒泡通量分别为4.420、12.616、6.709、8.834、17.409 mg·(m~2·h)~(-1),CH_4冒泡量占CH_4释放总量的98%以上,并且CH_4释放量明显高于其他水域生态系统(湖泊、水库).可见在富营养化浅水水域中,CH_4释放量较大,且冒泡排放是CH_4的主要排放方式,而只关注扩散排放而忽略冒泡排放则会大大低估CH_4释放量.     

不同类型紫色土土/气界面汞释放通量及其影响因素

运用动力通量箱与RA-915 汞分析仪联用技术,对重庆市3种类型紫色土的土/气界面汞交换通董进行了实地监测.结果显示,不同类型紫色土的土/气界面汞交换通量有一定差异,随着土壤pH值的增加,汞交换通量值增大,酸性紫色土平均通量值为(30.8±23.7)ng·m-2·h-1,中性紫色土为(34.9±25.7)ng·m-2·h-1,石灰性紫色土为(39.0±27.O)ng·m-2·h-1.土/气界面汞交换量受光照、气温、土壤温度和空气相对湿度等因素的影响,汞交换通量与光照、气温和土壤温度呈显著正相关关系,与相对湿度呈显著负相关关系,与大气压不相关.     

缙云山不同林分下土壤有机碳及矿化特征

土壤有机碳库是陆地最大的有机碳储存库,其微弱的变化就能影响大气CO2浓度的显著变化,其中森林土壤碳库约占全球土壤碳库的70%,因此如何实现森林生态系统土壤有机碳库的高效管理成为目前的研究热点.本研究以缙云山5种典型林分:阔叶林、针叶林、针阔叶混交林、竹林及研究区内弃耕15 a的荒草地(对照土壤)为对象,采用矿化培养实验,分析了不同林分的土壤在不同土层(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)中的有机碳矿化特征.结果表明,林分类型、培养时长和土层深度均对土壤有机碳矿化速率有显著影响.不同林分土壤有机碳矿化速率均随着土层加深而降低,其中0～20 cm土层的矿化速率[11. 97～25. 12 mg·(kg·d)-1]均显著高于其他土层(P 0. 05),其他土层间矿化速率[4. 79～6. 51mg·(kg·d)-1]无显著性差异. 5种林分的土壤有机碳累积矿化量均随着土层加深而降低,0～20 cm土层中竹林和阔叶林土壤有机碳累积矿化量最高,分别为177. 66 mg·kg~(-1)和120. 38 mg·kg~(-1),随着土层加深在60～100 cm土层中,针叶林累计矿化量最高达到了46. 96 mg·kg~(-1).双库一级动力学方程可以较好地拟合缙云山不同林分下土壤有机碳矿化过程,不同林分下土壤易分解有机碳含量均随土层加深而降低,针叶林土壤矿化能力较强,对难分解有机碳库的利用程度较高,而竹林和阔叶林土壤微生物活性较高,可以有效促进碳循环,提高土壤固碳能力.     

陆面模式Noah-MP模拟地表热通量的物理过程不确定性分析

陆面过程中的热量交换对于确定生态系统中的水文循环、边界层发展、天气和气候至关重要,然而目前陆面模式Noah-MP对地表热通量模拟的偏差在-180~180 W·m^-2之间,为明确模拟不确定性来源,本研究基于FLUXNET全球热通量观测数据,在5种气候类型、9类下垫面系统定量评估了Noah-MP感热和潜热通量模拟的不确定性.结果表明：Noah-MP在不同类型下对感热和潜热通量模拟的平均误差主要分布在-80~10 W·m^-2和-30~10 W·m^-2之间,模型在气候类型为热带和干旱气候以及下垫面类型为草地、针叶林、落叶阔叶林的模拟误差最大.研究发现植被过程是热通量模拟不确定性的主要来源,其次是水文过程和土壤过程;其中动态植被模型（DVEG）是植被过程模拟的主导因子,其次是湍流输送过程（SFC）、冠层气孔阻抗（CRS）和冠层辐射传输（RAD）.     

四面山大洪湖底泥/水界面汞的迁移转化规律

森林生态系统的汞产量可以用森林湖泊或水库的动态变化来表征.而且,下游汞浓度的变化也可以在一定程度上反映森林生态系统汞的输出.通过对四面山大洪湖上游、中游、下游丰水期与枯水期汞的分布与沉积物剖面的分析发现:大洪湖上覆水中总汞浓度在丰水期显著增加(丰水期平均值4. 33 ng·L~(-1),枯水期1. 85 ng·L~(-1)),在下游尤为明显,其总汞和甲基汞的含量明显高于其他类型湖泊,但小于受到污染的湖泊,说明四面山常绿阔叶林具有一定"汞源"的特征,同时沉积物也是大洪湖上覆水中甲基汞和无机汞的输入源;甲基化过程主要发生在沉积物的表层,丰水期时甲基化过程更活跃;在丰水期时,更有利于汞和甲基汞从沉积物固相进入沉积物液相,从而进入上覆水中.     

应用PLFA法分析氮沉降对缙云山马尾松林土壤微生物群落结构的影响

氮沉降虽可提升林地生产力却会给环境造成压力,而土壤微生物对环境变化敏感.通过野外模拟试验,探讨不同氮沉降量对马尾松土壤微生物群落的影响,探索该区域马尾松土壤微生物群落与土壤温湿度、氮沉降浓度的关系,为深入研究氮沉降对马尾松林土壤生态系统的影响提供参考.2014年5月~2015年6月在缙云山马尾松林设置3个氮添加水平和一个无氮添加的对照处理:低氮[N20,20 g·(m~2·a)~(-1)]、中氮[N40,40 g·(m~2·a)~(-1)]、高氮[N60,60 g·(m~2·a)~(-1)]和对照[N0,0g·(m~2·a)~(-1)],采用磷脂脂肪酸(PLFA)标记法和ACE(automated soil CO_2 exchange station,UK)自动土壤呼吸监测系统分别对土壤微生物群落结构、土壤温度和土壤湿度进行分析测定.结果表明:1季节变化对土壤细菌、真菌、放线菌及总PLFA量有显著影响(P0.05),各类型均在春季最高,冬季最低.在不同季节,土壤微生物量对氮沉降的响应趋势不同,总体而言,春季和秋季氮沉降抑制了土壤微生物量,夏季和冬季氮沉降促进了土壤微生物量.2氮沉降对土壤微生物群落结构有显著影响(P0.05),在春季和夏季,低、中氮沉降使土壤微生物丰富度指数和多样性降低,使均匀度指数升高;在秋季和冬季,低氮和中氮则使丰富度指数、多样性指数及均匀度指数升高.高氮沉降使4个季节土壤微生物丰富度指数、多样性指数和均匀度指数降低.3相关性分析表明,氮沉降浓度与细菌呈极显著负相关(P0.01),与总PLFA呈显著负相关(P0.05);土壤温度与放线菌呈极显著负相关;土壤湿度与细菌和总PLFA呈极显著正相关.综上所述,缙云山马尾松林土壤微生物群落结构主要受土壤湿度和氮沉降的影响,受土壤温度影响较小.     

青海南部高原积雪期与生长季高寒草甸土壤CO2、CH4和N2O通量的观测

以静态箱采集气体和气相色谱分析气体浓度方法,测定分析了青海南部高原积雪期和生长季高寒草甸土壤CO_2、CH_4和N_2O通量.结果表明在积雪集中期的3月3日和4日,积雪深度为9~10 cm时,土壤CO_2通量为1.33 g·(m~2·h)-1、N_2O通量为0.21 mg·(m~2·h)-1、CH_4通量为-0.19 mg·(m~2·h)-1;在积雪末期的4月30日,积雪深度在8~9 cm时,土壤CO_2通量为4.70 g·(m~2·h)~(-1)、N_2O通量为0.24 mg·(m~2·h)-1、CH_4通量为-1.23 mg·(m~2·h)-1;积雪深度小于4 cm时,土壤CO_2和N_2O通量较低或为负值,土壤CH_4通量为负值且绝对值较小.土壤CO_2和N_2O通量与积雪深度呈正相关、土壤CH_4通量与积雪深度呈负相关(P0.05),土壤CO_2与CH_4通量及CH_4与N_2O通量间呈负相关、土壤CO_2与N_2O通量间呈正相关.土壤CO_2和N_2O通量在生长季较高、在积雪末期其次、在积雪集中期较低;土壤CH_4通量为负值,其绝对值在生长季和积雪末期较大.结果说明积雪改变将影响青藏高原高寒草甸土壤温室气体通量.     

多功能型城市人工湿地水体汞分布特征及其量变分析

以重庆某集接纳生活污水处理厂出水、水质净化、休闲娱乐为一体的城市湿地公园为研究对象,根据水流流向设点采样,分析了湿地公园内污水处理区、湖泊深度净化区中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)的分布特征,并探讨了其源汇关系.结果表明,污水处理区出水THg质量浓度范围为1. 98～38. 03 ng·L~(-1)[平均值为(9. 10±5. 84) ng·L~(-1)],出水MeHg质量浓度范围为0. 09～0. 84 ng·L~(-1)[平均值为(0. 34±0. 08) ng·L~(-1)];湖泊深度净化区THg质量浓度范围为0. 37～85. 69 ng·L~(-1)[平均值为(6. 76±2. 29) ng·L~(-1)],MeHg质量浓度范围为0. 04～1. 47 ng·L~(-1)[平均值为(0. 35±0. 17) ng·L~(-1)],人为活动对汞浓度的干扰较为明显.水体总汞、甲基汞垂直分布规律具有一致性,均表现出表层深层.通过物料衡算,表明该湿地系统水体总汞每年降低155. 50 g,水体甲基汞每年降低1. 65 g,对下游水体具有保护作用.     

长寿湖水库垂直剖面不同形态汞的季节变化特征及其影响因素

分别于2013年9月至2014年7月,在三峡库区长寿湖水库设置5个采样点,分季节、分层次对水样和沉积物间隙水进行了采集和分析,考察了水库水体和沉积物间隙水不同形态汞浓度及垂向分布特征,并研究了沉积物中汞向上覆水的扩散通量.结果表明,长寿湖水库水体总汞浓度平均值为(14.77±12.24)ng·L-1,总甲基汞浓度平均值为(0.41±0.47)ng·L-1.夏秋季采样点溶解态甲基汞浓度在表层下4~8 m出现峰值,随之其值降低近湖底部再次跃增.颗粒态甲基汞浓度峰值出现在表层下8~20 m而非在沉积物-水体界面处,主要与上层水体颗粒物吸附甲基汞的沉降有关.长寿湖水库垂直剖面间隙水甲基汞峰值出现在表层下16 cm和28 cm,可能硫酸盐还原细菌活动扩展到更深的区域,从而导致了沉积物深处甲基化率的提高.间隙水溶解态甲基汞在秋季和夏季向上覆水体扩散通量分别为28.2 ng·(m2·d)-1和30.0 ng·(m2·d)-1,远高于冬季3.8ng·(m2·d)-1,这与夏秋两季水温较高有关.夏季、春季水体DMe Hg浓度与DO相关关系(r=-0.482**,P0.05;r=-0.339*,P0.01),秋季和冬季不具有相关性.