北方泥炭地泥炭土矿化速率、温度敏感性及其影响因素研究

北方泥炭地是全球重要的碳汇,也是全球变暖最为敏感的区域之一.然而,由于泥炭地表层和亚表层泥炭土碳排放过程对全球变暖的响应过程及机制仍存在一定争议,目前对全球变暖背景下泥炭地碳排放的认识仍存在一定不足.本研究于2019年8月在大兴安岭满归泥炭地采集表层（0~10 cm）和亚表层（15~30 cm）泥炭土进行室内增温模拟有氧培养,测定其矿化速率、有机质性质和水解酶活性.结果表明,表层泥炭土矿化速率在5、15、25 ℃下培养时（（142.8±66.9）~（545.3±30.6）、（575.0±62.1）~（1843.0±547.4） 、（888.4±123.9）~（3646.7±167.9） μg·g^-1·d^-1）均 高于亚表层（（113.0±41.5）~（367.1±64.1）、（357.4±52.3）~（1122.1±218.8）、（697.1±38.1）~（2336.4±150.6） μg·g^-1·d^-1）,但表层和亚表层矿化作用的温度敏感性不具有显著差异;培养过程中,表层与亚表层泥炭土β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶（NAG）活性存在显著差异,但β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）和酸性磷酸酶（AP）活性相似;表层和亚表层泥炭土总有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）及纤维素含量均存在显著差异.在具体有机质组成方面,亚表层泥炭土中芳香族的惰性有机质含量较多,而表层泥炭土中多糖类的活性有机质含量较高,且芳香族化合物与泥炭土矿化速率呈显著负相关.综上,本研究认为全球变暖对表层和亚表层泥炭土矿化作用的影响没有显著性差异,常见的NAG、BG和AP酶并不是引起亚表层泥炭土矿化速率较慢的原因,而亚表层泥炭土中含有更多的惰性有机质可能是导致亚表层泥炭土矿化速率较低的主要因素.     

喀斯特地区端元样品中溶解有机质的多维特征与源辨析研究

由于喀斯特地区水生生态系统中碳循环的复杂性,给溶解有机质（Dissolved organic matter,DOM）的来源解析带来了巨大的挑战和困难.本研究应用C/N比值、δ¹³C组成、紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱等表征技术,综合对比了西南喀斯特地区典型土壤与水生植物样品DOM的多维特征,探讨了示踪喀斯特地区DOM来源的可靠方法与指标.结果表明：水生植物的C/N比值波动范围较大,石灰土的C/N比值偏低,水生植物与土壤样品的C/N比值及δ¹³C组成有所重叠,难以区分DOM的来源.多种紫外吸收系数（a₂₅₄、a₂₈₀、a₃₀₀与a₃₅₀）侧面反映了不同DOM样品中芳香族化合物的相对丰度,SUVA₂₅₄、E2/E3、E4/E6与腐殖化指数（HIX、HIX_ohno）指示了样品之间腐殖化程度的差异,特别是HIX、荧光指数（FI）、S_R较好区分了浮游藻类与土壤DOM.修正荧光指数（YFI）还揭示了不同DOM样品的化学组成,与三维荧光光谱的平行因子分析相吻合.此外,黄壤因较低的pH值会使土壤有机质酸解为含氮组分,导致HIX、FI和S_R的匹配性不好.除浮游藻类外,HIX表明水生植物DOM均为内源,S_R却显示其主要为外源,而FI指示兼有内源和外源.因此,在进行喀斯特地区DOM来源解析时,光谱技术相比C/N比值和δ¹³C分析更加简便、有效,同时应注意不同土壤类型的异质性与水生生态系统的复杂性.     

中国内陆流域地表水体光电化学特征研究

太阳辐射是自然界中最主要的能量来源.目前人们对自然界利用太阳能途径的认识主要集中于具有生物光采集系统（如叶绿体）的光合作用,而对于非生物光采集系统是否广泛存在于地表水体中仍不清楚.本研究通过测定全国范围内151个地表水样光生电子的能力,绘制了中国内陆流域地表水体光电化学特征图谱.通过利用XPS、XRD和EEM等手段表征水样悬浮态和溶解态物质组成,揭示了地表水体光电化学活性来源及其影响因素.结果显示,我国地表水体普遍存在光电化学活性.按生物质换算,我国地表水体光生电子每年可转化生物质当量约为1.4×10³~1.1×10⁴万t葡萄糖,相当于光合作用固碳总量的0.51%~4.02%.地表水体的光电流大小与光强和光敏物质浓度呈正相关,相关系数 分别达到0.99和0.99.水体的光电化学活性主要来源于悬浮态物质,其贡献度大于60%,与含Ti或含S的半导体矿物丰度呈正相关;而溶解态物质贡献较小（<40%）,其光电化学成分主要为溶解性有机质,并与腐殖酸类或富里酸类物质浓度呈正相关.本研究为自然界微生物光电能 营养作用的发生提供线索,同时也为量化自然地表水体太阳光引发的生物或非生物能量来源提供依据.     

夏季白洋淀有色溶解性有机质（CDOM）光学特性及其来源分析

有色溶解性有机质（CDOM）是可溶性有机质（DOM）中较为重要的组成部分,也是水环境中最大的溶解有机碳贮库.为了揭示典型浅水湖泊—白洋淀夏季CDOM的光学特性、空间异质性和来源,本研究运用三维荧光光谱和紫外-可见光吸光度分析方法结合平行因子数据分析法,分析了夏季淀区CDOM的组成,并探索分析了CDOM的主要来源.结果表明：从光学特性上分析,白洋淀水体中CDOM主要包括C1、C3 两种类蛋白质组分和C2、C4两种类腐殖质组分,其中,由内源性产生的C1、C2、C3组分占比较多,体现出白洋淀CDOM来源以内源自生为主的特征;白洋淀水体中CDOM吸光度整体呈现出丰度较高的趋势,α（355）平均达到了38.22 m^-1,光谱斜率（280~500 nm）较低,均值为0.007 nm^-1,这种高丰度低光谱斜率的特征也映证了白洋淀CDOM腐殖化程度较高的特点,根据白洋淀淀泊特征推测其来源主要为芦苇、荷花等水生植物的腐解.不同淀区CDOM分布存在差异,整体呈现出自白洋淀南部和西部向中部、北部、东部递减的空间变化特征,造成这一分布特征的原因可能为相较于白洋淀南部地区而言,北部烧车淀等区域水生植物更多.夏季白洋淀光照时间长,光照强度高,会加速CDOM的光漂白,使大分子转化为小分子,生物可利用性增强,进而促进微生物、藻类、浮游动物等大量繁殖,引起水质不断恶化.本研究结果可为制定有效的表层水 水质提升策略提供参考.     

富春江库区高温热浪变化特征及对藻类水华潜在影响研究

随着全球气候变暖,夏季高温热浪出现频次、强度和持续时间明显增加. 为探明气候变暖引起的夏季高温热浪对藻类水华及淡水生态系统的影响, 基于长期气象观测、高频浮标水温监测、藻华过程浮游植物生物量连续监测以及卫星遥感反演,分析了富春江库区夏季高温热浪长期变化特征以及2016年高温热浪对富春江水库藻类水华的影响过程. 结果表明:①1972—2020年近50年富春江水库呈现明显的区域增温,平均气温增速为0.35 ℃/(10 a),2016年达最高值(18.13 ℃);与此同时,高温热浪频次和天数也显著增加,且起始时间显著提前,结束时间显著推迟,2016年经历了近50年来较严重的高温热浪事件. ②野外实测和卫星遥感反演表明,2016年7—8月富春江水库暴发严重的藻类水华,库区叶绿素a浓度在8月19日达最高值〔(65.3±21.3) μg/L〕. ③因果分析显示,高温热浪引起的气温和水温增加、降水和风速减少以及热力分层强化等直接或者间接诱发和促进了浮游植物生物量累积及蓝藻水华形成. 研究显示,夏季高温热浪加剧了富春江水库藻类水华暴发,未来全球变暖背景下高温热浪频次和强度将继续增加,需开展高频同步监测和受控试验,深入揭示高温热浪对藻类水华形成的驱动机制.      

基于UV-Vis辽河保护区地表水DOM的时空分布特征

为探讨辽河保护区地表水中DOM（dissolved organic matter,溶解性有机质）组成、腐殖化程度及时空变化,采集辽河保护区上游至下游及主要支流入辽河干流河口处丰水期和枯水期地表水样品,基于UV-Vis（紫外-可见吸收光谱）揭示地表水中DOM结构组成的时空变化特征. 结果表明:①从季节上看,辽河保护区地表水丰水期DOC（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）浓度(11.73 mg/L)高于枯水期(6.76 mg/L),且丰水期DOM中类蛋白质组分相对浓度高于枯水期,而类腐殖质组分的相对浓度较低;从空间上看,辽河保护区支流DOC平均浓度高于干流浓度,且丰水期地表水DOM中类蛋白物质与类腐殖质浓度增加. ②基于UV-Vis特征参数可知,辽河保护区地表水中DOM主要以内源释放为主;从季节上看,丰水期降水量和地表径流增加,DOM的芳香性、分子量、腐殖化水平降低;从空间上看,辽河保护区地表水DOM的腐殖化程度沿河流上游至下游呈现逐渐递减趋势,且支流DOM腐殖化程度较高,具有较高的芳香性及疏水性. 研究显示,河流地表水中DOM的芳香性与分子量大小受周边沿岸生态环境系统、生物条件、土地利用类型等因素影响,不同类型地表水中DOM具有显著差异.      

冬季巢湖SPOM来源、空间变化及营养盐效应

为研究枯水期巢湖水体悬浮颗粒物（SPM）营养元素组成及其潜在环境效应,分析了2020年1月巢湖18个采样点表层水体SPM含量、颗粒有机质（SPOM）含量及氮磷组成,并利用颗粒有机碳、氮同位素组成及C/N研究了冬季巢湖SPOM的来源及其空间变化. 结果表明,悬浮颗粒物总磷(PP)浓度为0.032~0.065 mg/L,平均值为0.049 mg/L;悬浮颗粒物无机磷(PIP)浓度为0.018~0.046 mg/L,平均值为0.032 mg/L,是PP的主要组分,二者浓度均呈西湖区>东湖区>中湖区的空间分布特征. 悬浮颗粒物总氮(PN)浓度为0.254~0.424 mg/L,平均值为0.342 mg/L,其中悬浮颗粒物有机氮(PON)占比较高,表明颗粒态氮以湖泊内源性有机来源为主. 巢湖表层水体SPOM的δ13C范围在?28.72‰~?26.68‰之间,δ15N为3.34‰~9.97‰,C/N为2.51±0.95,指示冬季枯水期水体SPOM主要来自内源水生生物碎屑,而陆源径流输入对湖泊颗粒物影响较小. 研究显示:冬季巢湖悬浮颗粒有机质主要来自湖泊内源,具有潜在的营养盐效应,污染控制需要相应的策略.      

有机质对土壤中多环芳烃纵向迁移的影响

为探讨多环芳烃(PAHs)在不同有机质梯度土壤中的纵向迁移机理,以山东省广泛分布的潮土、褐土和棕壤为研究对象,配成低有机质含量(17 g/kg)、中有机质含量(30 g/kg)、高有机质含量(45 g/kg)三种梯度的较清洁土,以柴油原液配成污染土壤,采用室内土柱淋滤试验,模拟自然条件下土壤中PAHs的纵向迁移,分析淋滤后较清洁土和污染土中PAHs的含量及组成.结果表明：PAHs在潮土中更易向下迁移,褐土和棕壤无显著性差异(P>0.05). PAHs主要富集于较清洁土柱表层(69.10%～73.68%),随土柱深度增加,PAHs含量逐渐降低;在去离子水条件下淋滤,较清洁土中低环PAHs的迁移能力大于高环PAHs.与低有机质条件相比,中有机质条件下PAHs的淋滤率降低了20.43%～32.41%,高有机质条件下降低了48.16%～58.05%.研究显示,低环PAHs易向下迁移,高环PAHs则较难向下迁移,有机质会抑制土壤中PAHs的纵向迁移,有机质含量越高,对PAHs纵向迁移的抑制作用越强.     

崇明东滩光滩带夏季有机质空间分布特征、来源组成及食物网作用

本文选取长江口崇明东滩光滩带为研究对象,通过2019年夏季表层沉积物总有机碳（TOC）、总氮（TN）、生物硅（BSi）及碳稳定同位素（δ13C）等参数,分析了有机质的空间分布特征和主要来源组成,探讨了有机质分布的主要影响因素及其与大型底栖动物分布的关系。结果表明,崇明东滩光滩带表层沉积物有机质含量呈现北高南低的分布特点,包括海源有机质、陆源有机质和盐沼C₃植物,占比分别为（35.22±9.20）%、（34.45±4.87）%和（30.33±4.34）%。底栖硅藻对有机质的贡献在光滩带较植被带更高。沉积物粒径是影响光滩有机质含量空间分布的主要因素,盐沼C₃植物和陆源有机质的δ13C值接近,可能模糊了有机质来源的空间差异。大型底栖动物丰度、生物量的空间分布与有机质含量显著相关,表层沉积物有机质为光滩消费者提供了食物基础。本文的研究结果对了解光滩潮间带有机质的生物地球化学循环及食物网的功能具有重要意义。