重庆缙云山4种典型林分土壤氮素动态变化

于2012年4—10月逐月月末采集重庆缙云山4种典型林分(常绿阔叶林、毛竹林、针阔混交林和针叶林)样地中不同深度(0~15、15~30、30~60 cm)的土壤样品,测定土壤中w(TN)、w(NH4+-N)和w(NO3--N),分析土壤氮素含量的分布特征,并探讨土壤理化性质对土壤氮素含量的影响.结果表明:1不同林分土壤中氮素含量的垂直分布规律相一致,均表现为随土壤深度的增加而不断降低,并且w(NH4+-N)w(NO3--N);2不同林分0~60 cm土壤平均氮密度表现为毛竹林(1.037 kg/m2)针阔混交林(0.783 kg/m2)≈常绿阔叶林(0.778 kg/m2)针叶林(0.747 kg/m2);3不同林分土壤中w(TN)的季节性变化规律不明显,而w(NH4+-N)和w(NO3--N)的季节性变化规律相似,均表现为春季夏季秋季;4不同林分土壤中w(TN)、w(NH4+-N)和w(NO3--N)与容重、w(SOC)均呈显著线性相关(P0.05),而且与土壤其他养分含量之间也存在一定的相关性.     

重庆酸雨地区森林生态系统土壤、植被与地表水现状分析

酸沉降现象在重庆已成为一个严重的长期环境污染问题，本文根据东亚酸雨监测网土壤、植被监测技术规范的方法-研究了酸沉降对森林生态系统土壤、地表水以及植被的影响和危害。通过对土壤的分析：3个采样点的土壤pH值较低，这可能与大气S和N的输入有关，导致了土壤酸化。而南山采样点的盐基饱和度(BS)均值少于10％，盐基离子交换量(CEC)也较低．土壤中Al^3 浓度相对较高，土壤中C／N较低，南山可能存在土壤酸度增加的危险，以及土壤中Al浓度增高并伴有S或N沉降增加的危险。对地表水分析结果表明，南山采样点地表水的酸中和能力(ANC)较大，但是该采样点土壤剖面的盐基饱和度并不高，由此可推测该地表水可能是经由盐基离子丰富的土壤或岩石径流而来。通过对植被的分析，酸雨可能对杉木和柳杉这两种酸敏感性植物有一定的危害作用。     

缙云山3种典型森林降雨过程及其氮素输入

选取重庆缙云山的常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林为研究对象,于2012年5~10月对大气降水、穿透雨和树干径流等降水过程及其氮素输入进行研究.结果表明:①研究期间总降雨量564.88 mm,常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林的穿透雨量占总降雨量的比例分别为74.0%、85.0%和71.6%,且树干径流量所占比例分别为1.9%、10.3%和1.6%;3种林分的穿透雨量、树干径流量与林外降雨量之间均呈显著的线性关系(P<0.05),且穿透雨率、树干径流率与林外降雨量之间都呈对数关系(P<0.05).②与大气降水相比,穿透雨和树干径流的NO-3和NH+4浓度要高,且3种林分的大小关系为针阔混交林>常绿阔叶林>毛竹林;穿透雨和树干径流的总无机氮输入量(以N计)分别为针阔混交林(18.93 kg·hm-2)、常绿阔叶林(14.93 kg·hm-2)和毛竹林(15.31 kg·hm-2).③3种林分的无机氮输入量与穿透雨量、树干径流量之间均呈显著的线性关系(P<0.05).     

森林凋落物对土壤酸化缓冲作用的初步研究

阔叶树木荷凋落物的灰分元素含量以及分解速率大大高于针叶树杉木凋落物。相比之下,木荷凋落物具有较高的缓冲酸化的潜在能力。覆盖木荷凋落物的土壤,其下渗液盐基含量和PH值与对照相比显著较高,而土壤本身的盐基饱和度和有机质含量也显著较高,土壤酸度和Al/Ca显著较低,即太荷凋落物对土壤酸化有较高的缓冲能力,而杉木凋落物则不然。     

土壤酸化空间信息模型构建及其在贵州龙里实验区的应用

依托遥感和地理信息系统理论和技术,基于TM数据、气象资料和化学实测数据,将基于能量循环的土壤水平衡模型和基于物质循环的土壤酸化模型相耦合,构建了土壤酸化空间信息模型,解决了土壤化学性质从点尺度到空间尺度的扩展.并以季节尺度模拟了酸沉降对土壤化学性质的影响,分析了贵州省龙里县2007年不同植被类型覆盖土壤受酸沉降影响的定量变化特征,结果表明,①从空间角度来说,在同一季节内,不同植被覆盖类型土壤水的pH值和土壤盐基饱和度的大小关系为:草地混交林灌丛针叶林;②从时间角度来说,土壤水盐基浓度主要与土壤水含量呈负相关性,即浓度随着土壤水含量的增加而降低.不同季节相同指标的浓度由高到低为:春季秋季冬季夏季;③不同植被覆盖类型土壤受相同酸沉降的影响不同,受酸雨影响由大到小为:针叶林灌丛混交林草地.     

西南地区典型土壤酸化特征及其与重金属形态活性的耦合关系

采用空间代替时间的方法,采集了西南地区主要类型和不同酸化阶段的土壤样品,分析了土壤理化性质特征、酸缓冲性能和重金属赋存形态,结合小白菜盆栽生物试验,探讨土壤酸化和重金属形态活性变化的耦合关系.结果表明,紫色土和黄壤随着土壤酸化程度增加,土壤交换性盐基离子降低,由交换性Ca²⁺流失引起.不同酸化阶段紫色土和黄壤对酸敏感性差异较大,紫色土在pH>7.50和pH<4.50时,酸缓冲容量较大;黄壤酸缓冲容量和土壤交换性盐基离子含量呈较强的相关性,且随着酸添加量增加,酸缓冲容量的增大倍数和土壤盐基离子消耗速率有关.重金属Cd和Pb在土壤中的赋存形态和土壤类型、酸化程度紧密相关,紫色土与黄壤中Cd和Pb主要以可交换态和残渣态为主,且随土壤酸化程度增加交换态占比增加,残渣态占比减少;红壤中以残渣态和Fe-Mn结合态为主,Cd的Fe-Mn结合态分别是紫色土和黄壤的2.15倍和1.73倍,Pb的Fe-Mn结合态是紫色土与黄壤的4.30倍和3.91倍,与红壤铁含量较高有关.盆栽试验表明土壤酸化一定程度上抑制小白菜的生长量,酸化严重的黄壤(pH<5.70)中小白菜生物...     

生物炭对菜地土壤氮平衡及酸碱缓冲能力的影响

针对太湖地区菜地化肥氮投入量较大导致氮淋失严重及土壤酸化的现状,选取太湖地区的菜地土壤,利用盆栽试验连续种植三季小白菜,结合生物炭埋袋回收技术,研究不同化肥氮施用量(以N计,0和110 mg/kg)及生物炭添加量(w为0%、1%、2%和5%)对土壤氮淋失及酸碱缓冲能力的影响. 结果表明:在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,与无生物炭添加相比,生物炭添加量为2%时可使作物对土壤矿质态氮的利用效率提高约1倍(由41%增至81%),因化肥氮施用引起的土壤氮素残留量降低83%;生物炭添加可有效减少48%~65%的土壤氮淋失量,当添加量为1%、2%时,生物炭主要通过削减淋失液中ρ(TN)来降低土壤氮淋失量;添加量为5%时,则主要通过削减淋失液体积来实现. 无论是否添加化肥氮,生物炭均能有效维持土壤原有的pH、w(有机质)及w(盐基离子);促使土壤酸碱缓冲能容量增加22%~37%,致酸速率降低17%~80%,显著提升了土壤的酸碱缓冲能力. 研究显示,在化肥氮施用量为110 mg/kg条件下,生物炭添加量为2%时能对土壤酸化产生较好的缓冲效果.     

天然林土壤有机碳及矿化特征研究

通过野外调查和室内分析培养,研究了马尾松林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、红松林和油松林这6种天然林林下土壤有机碳含量及有机碳矿化特征.结果表明,林下土壤有机碳含量都表现出随土壤深度增加而逐渐降低的趋势;双指数方程可以很好拟合出天然林土壤有机碳的矿化过程,准确反映出各天然林土壤的矿化反应特征.天然林各层土壤矿化反应趋势相同,但强度各异.其中,红松林0~10 cm土壤反应强度最为强烈,其下各层土壤的矿化反应强度也显著高于其他天然林的同层土壤;对落叶阔叶林和针阔混交林土壤矿化特征比较发现,凋落物种类差异对土壤活性有机碳含量产生较强烈影响,因此呈现出不同的矿化反应特征.     

土壤对不同酸度酸沉降的缓冲作用研究

通过模拟酸性水淋溶土壤，研究了土壤对不同酸度酸沉降的缓冲作用。结果指出，以不同酸度酸性水淋洗时，黄棕壤对酸沉降表现出了不同的缓冲过程；而红壤对酸沉降的缓冲作用却均以次级缓冲过程为主。经酸性水淋溶后，土壤的酸化由上至下逐渐减弱。     

酸沉降对重庆南山森林生态系统土壤和植被的影响

酸沉降现象在重庆南山地区已造成长期严重的环境污染，笔者根据东亚 酸雨监测网土壤和植被监测技术规范方法，研究了酸沉降对森林生态系统土壤和植被的影响和危害，通过对土壤的分析表明：5个采样点的土壤pH值较低，A层均值为3．74，B层均值为4．20，盐基饱和度（BS）的均值小于10％，盐基离子交换量（CEC）A层为78．1－88．6mmol/kg,B层为61．1－65．1mmol/kg，土壤中含有较高的Al^3 可能与大气中S和N的输入有关，并导致了土壤酸化，土壤中C／N较低，A层接近12．0，并且随土层的加深而下降，说明在亚热带湿润气候条件下有机质层分解良好，通过对植被的分析表明，酸沉降可能对杉木和柳杉这两种酸敏感性植物有一定的危害作用。     

中国植被对氮和盐基阳离子吸收速率及其在土壤酸化中的作用

植被对氮和盐基阳离子的吸收是除酸沉降外另一个重要的土壤酸度来源.本研究基于中国植被的净初级生产力和元素化学组成确定了中国植被对氮和盐基阳离子的吸收速率.结果表明中国东南部,包括东北、华北、华东和华南地区,植被对氮的吸收速率普遍较低,而在中国的西北部吸收速率较高,并且由东南向西北逐渐递减对盐基阳离子来说,吸收速率较高(>2.0 keq·(hm²·a)^-1)的植被有亚热带、热带常绿阔叶林、温带石灰岩落叶阔叶林、温带落叶灌丛和亚热带、热带稀树灌木草原等,它们主要分布在华北西北部、云南南部和海南岛西部,而吸收速率较低(<0.5 keq·hm²·a)^-1)的植被则主要包括分布在东部亚热带地区的常绿针叶林以及分布在西部干旱地区的各种荒漠和草原尽管中国大多数地区不会因为植被吸收而造成显著的土壤酸度增加,但在少数地区,植物吸收造成的土壤酸度输入却不容忽视(>0.5 keq·(hm²·a)^-1)由于这些地区植被吸收造成的土壤酸度输入已经大于或相当于目前的酸沉降水平,而且两者之和也超过了土壤的风化速率,这些地区可能面临土壤的酸化问题.     

基于InVEST模型的北京山区森林生态系统碳储量评估分析

本文基于北京山区遥感影像数据和标准样地调查数据,利用In VEST模型碳储量模块,评估分析了北京山区森林生态系统的碳储量。结果表明,北京山区森林生态系统的平均碳密度为99. 95 Mg/hm~2,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层平均碳密度分别为10. 51、3. 16、0. 86、8. 61、76. 81 Mg/hm~2。植被碳密度与土壤碳密度呈现显著正相关关系,土壤碳密度与凋落物碳密度呈现显著正相关关系。各林分类型平均碳密度表现为落叶针叶林(153. 99 Mg/hm~2)针阔混交林(132. 45Mg/hm~2)落叶阔叶林(125. 10 Mg/hm~2)常绿针叶林(111. 78 Mg/hm~2)灌木林(72. 26 Mg/hm~2)。北京山区森林生态系统总碳储量为77. 41 Tg,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层的碳储量分别为8. 14、2. 45、0. 67、6. 67、59. 48 Tg。各林分类型总碳储量表现为落叶阔叶林(43. 23 Tg)灌木林(25. 90 Tg)常绿针叶林(6. 21 Tg)针阔混交林(1. 42 Tg)落叶针叶林(0. 65 Tg)。落叶阔叶林和灌木林是北京山区森林生态系统碳储量的主要贡献者,分别占55. 84%和33. 46%。在北京山区各个区县中,怀柔区碳储量最高(15. 37 Tg),平谷区碳储量最低(4. 89 Tg)。北京山区森林生态系统碳储量分布不均,总体表现为北京山区北部区县较高,西部区县偏低,中部和东部最低。     

缙云山不同土地利用方式下土壤团聚体中活性有机碳分布特征

于缙云山阳坡同一海拔高度处选择了亚热带常绿阔叶林(简称林地)、荒地、坡耕地和果园4种土地利用方式,在0~60 cm的土壤深度内每隔10 cm采集一个土壤样品,测定大团聚体(2 mm)、中间团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)以及粉+黏团聚体(0.053 mm)这4种粒径团聚体内的土壤活性有机碳(labile organic carbon,LOC)的含量,分析缙云山不同土地利用方式对团聚体LOC的影响.结果表明,各粒径团聚体中LOC含量均随土壤深度的增加而显著降低,呈现出明显的垂直递减性;在0~60 cm土壤深度的各土层上,基本上均表现为林地和撂荒地各粒径团聚体中LOC含量高于坡耕地和果园.采用土壤等质量方法计算LOC储量,显示大团聚体LOC储量为林地(3.68 Mg·hm-2)撂荒地(1.73 Mg·hm-2)果园(1.43 Mg·hm-2)坡耕地(0.54 Mg·hm-2);中间和微团聚体LOC储量为撂荒地(7.77 Mg·hm-2和5.01 Mg·hm-2)林地(4.96 Mg·hm-2和2.71 Mg·hm-2)果园(3.55 Mg·hm-2和2.10 Mg·hm-2)坡耕地(1.68 Mg·hm-2和1.35 Mg·hm-2);粉+黏团聚体LOC储量为撂荒地(4.32 Mg·hm-2)果园(4.00 Mg·hm-2)林地(3.22 Mg·hm-2)坡耕地(2.37Mg·hm-2).除粉+黏团聚体LOC储量略低于果园外,林地和撂荒地其他粒径团聚体LOC储量均高于果园和坡耕地,表明林地开垦为果园和坡耕地会导致LOC的降低,而坡耕地撂荒则会促进LOC的增加.林地和荒地LOC主要分布在中间团聚体,而果园和坡耕地则为粉+黏团聚体内LOC储量最高,表明在土地利用的转变过程中,粒径较大的团聚体更容易积累或损失LOC.4种土地方式下各粒径团聚体中LOC分配比例随土壤深度的增加而降低,果园和坡耕地各粒径团聚体内LOC分配比例略高于林地和撂荒地,表明林地和撂荒地土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)性质更稳定,更有利于碳在土壤中的留存,从而减少SOC矿化分解向大气的释放.相关分析表明,土壤团聚体LOC含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著正相关关系,表明团聚体LOC可以作为衡量西南地区山地土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

红壤丘陵区冬季大气湿沉降化学特征及森林冠层对其截留作用机制

通过对亚热带千烟洲流域的冬季湿沉降化学特征及森林穿透雨进行研究,揭示亚热带流域森林冠层对大气湿沉降中的营养元素(C、N、P、S)及金属元素(K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Mn、Zn)的截留与作用机制.结果表明:1亚热带丘陵区冬季大气湿沉降以酸沉降为主,p H变化范围在3.49~7.0之间,冬季酸沉降离子中以SO_4~(2-)和NO_3~-为主,其月平均沉降通量分别为4.68 kg·hm~(-2)和0.36 kg·hm~(-2),痕量金属元素中以Zn、K、Ca沉降为主,其沉降通量分别为1.72、0.56、0.36 kg·hm~(-2);2森林林冠对溶解性有机碳(DOC)、溶解性总氮(DTN)、总磷(TP)以及痕量元素Ca、Mg、Mn有明显的截留与离释作用,离释百分比达到64.69%、206.75%、301.38%、137.94%、405.25%、1 226.60%;而对Zn、SO2-4具有很好的吸收作用,吸收百分比为73.50%和12.51%,显著降低了亚热带流域冬季酸沉降对土壤生态系统的危害.     

基于流域单元的营养盐输出与景观异质性影响研究

选择太湖上游西苕溪流域,利用GIS、RS及景观生态方法进行小流域划分和流域景观异质性分析,基于改进的输出系数模型估算小流域营养盐输出,并对流域单元主要景观类型空间异质性及多样性指数与营养盐输出的关系进行了分析.结果表明,西苕溪各小流域TN、TP输出强度变化范围分别为3.01～15.44 kg/(hm2.a)与0.049～0.355 kg/(hm2.a),营养盐输出水平空间差异性明显;小流域单元优势景观类型与营养盐输出关系明显,小流域林地面积增加10%,TN、TP输出强度分别降低0.203 1、0.015 2 kg/(hm2.a);小流域耕地面积增加10%,TN、TP输出强度分别增加0.572 6、0.027 3 kg/(hm2.a);西苕溪小流域景观多样性指数与氮磷输出水平关系呈二次多项式关系,营养盐输出强度随着SHDI增大而增大,当SHDI为1.5时,输出强度达到最大值,然后随着SHDI增大而降低.研究结果将为流域非点源污染治理提供参考.     

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.     

不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸和土壤生化性质的影响

为探讨不同施氮水平对紫花苜蓿草地土壤呼吸速率和土壤生化性质的影响及其关系,本研究于2017年4月至2018年3月采用田间试验和室内分析相结合的方法,设置了无氮(N0,0)、低氮(N1,60 kg·hm~(-2))、中氮(N2,120 kg·hm~(-2))和高氮(N3,180 kg·hm~(-2))这4个施氮水平,监测了不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率及土壤水热的季节变化,并于紫花苜蓿生长季内不同茬次刈割后测定了土壤生化性质.结果表明:(1)不同施氮水平下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率均表现出明显的季节性变化特征,在7月下旬达到峰值,12月中旬降至最低;随施氮量的增加紫花苜蓿生长季内土壤呼吸速率逐渐增强,N1、N2和N3施氮水平下的土壤呼吸速率均值分别为0.97、1.04和1.07 g·(m~2·h)~(-1),与N0[0.88 g·(m~2·h)~(-1)]相比,土壤呼吸速率分别增加了10.2%、18.2%和21.6%;施氮对紫花苜蓿非生长季内土壤呼吸速率无显著影响(P0.05).(2)不同施氮水平下紫花苜蓿生长季、非生长季和全年的土壤呼吸速率与土壤温度拟合指数模型均达极显著水平(P0.01),且指数模型的决定系数R~2值表现为生长季(0.46～0.62)非生长季(0.66～0.76)全年(0.80～0.86).(3)施氮在一定程度上降低了紫花苜蓿草地土壤的pH值和速效磷(AP),而提高了速效钾(AK)、土壤有机质(SOM)、土壤脲酶(URE)和土壤蔗糖酶活性(INV).土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)含量在不同施氮水平下表现出不同的变化趋势,当施氮量在0～120 kg·hm~(-2)时,TN和AN随施氮量的增加而增加,继续增施氮肥超过N2(120 kg·hm~(-2))水平时则略有下降.(4)通过紫花苜蓿生长季内土壤呼吸与其土壤生化性质之间的相关矩阵分析可知,土壤呼吸速率(R_S)与土壤pH值呈极显著负相关(P0.01),与TN和URE呈极显著正相关(P0.01),与SOM呈显著的正相关(P0.05),与INV呈显著负相关(P0.05).综合考虑土壤生化特性对不同施氮条件下紫花苜蓿草地土壤呼吸速率的影响,可为草地生态系统土壤呼吸强度研究提供理论依据.     

Acid deposition critical loads modeling for the simulation of sulfur exceedance and reduction in Guangdong, China

The current acid deposition critical loads in Guangdong, China were calculated using the PROFILE model with a 3 km × 3 km resolution. Calculations were carried out for critical loads of potential acidity, actual acidity, sulfur and nitrogen, with values in extents of 0–3.5, 0–14.0, 0–26.0 and 0–3.5 kmol/(hm2·year), respectively. These values were comparable to previously reported results and reflected the influences of vegetation and soil characteristics on the soil acid buffering capacity. Simulations of S...