Winter Hydrology and NO3− Concentrations in a Forested Watershed: A Detailed Field Study in the Adirondack Mountains of New York1

Abstract: More than 85% of NO₃^? losses from watersheds in the northeastern United States are exported during winter months (October 1 to May 30). Interannual variability in NO₃^? loads to individual streams is closely related to interannual climatic variations, particularly during the winter. The objective of our study was to understand how climatic and hydrogeological factors influence NO₃^? dynamics in small watersheds during the winter. Physical parameters including snow depth, soil temperature, stream discharge, and water table elevation were monitored during the 2007‐2008 winter in two small catchments in the Adirondack Mountains, New York State. Snowpack persisted from mid‐December to mid‐April, insulating soils such that only two isolated instances of soil frost were observed during the study period. NO₃^? export during a mid‐winter rain‐on‐snowmelt event comprised between 8 and 16% of the total stream NO₃^? load for the four‐month winter study period. This can be compared with the NO₃^? exported during the final spring melt, which comprised between 38 and 45% of the total four‐month winter NO₃^? load. Our findings indicate that minor melt events were detectable with changes in soil temperature, streamflow, groundwater level, and snow depth. But, based on loading, these events were relatively minor contributors to winter NO₃^? loss. A warmer climate and fluctuating snowpack may result in more major mid‐winter melt events and greater NO₃^? export to surface waters.     

自然景观遥感解译基础上的华中自然区划研究

在自然景观类型的卫星图像解释和制图的基础上，通过对自然景观类型分布规律的定性分析和定量计算，自下而上归并与自上而下划分相结合，将华中地区划分为５个自然区、１９个自然亚区和３０个自然小区。     

地表臭氧浓度升高对旱作农田N2O排放的影响

通过田间试验,在冬小麦和大豆生长季设置3种不同臭氧(O3)浓度的处理,包括自由空气(对照,CK)、100 n L·L-1O3浓度(T1)和150 n L·L-1O3浓度(T2),采用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究地表O3浓度升高对冬小麦-大豆轮作系统N2O排放的影响.结果表明,与CK相比,在冬小麦返青期,T1和T2处理都降低了土壤-冬小麦系统N2O累积排放量,降幅分别为37.8%(P=0.000)和8.8%(P=0.903);在拔节-孕穗期,T1和T2处理使N2O累积排放量分别降低了15.0%(P=0.217)和39.1%(P=0.000);从冬小麦全生育期来看,T1、T2的N2O累积排放量分别降低了18.9%(P=0.138)和25.6%(P=0.000).由于本年度大豆生长季降水偏少,受干旱胁迫的影响,O3浓度升高对大豆田N2O排放的作用不明显.本研究表明地表O3浓度升高会减少旱作农田N2O排放量.     

北京城郊冬季一次大气重污染过程颗粒物的污染特征

本研究分析了北京冬季一次大气重污染过程的颗粒物污染特征,通过数学统计方法分析了其形成的可能原因.观测于2013年1月24—31日进行,在西三环城区和大兴郊区使用中流量大气颗粒物采样器采集可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5),并采用离子色谱和元素碳/有机碳分析仪分析了PM2.5上的水溶性离子、元素碳和有机碳浓度.结果表明,本次重污染天气的大气日均能见度低于3.0 km.PM10和PM2.5质量浓度日均最大值分别为675.5和453.4μg·m-3,平均质量浓度为349.2和260.8μg·m-3,超过环境空气质量标准(GB3095—2012)所规定的二级浓度限值.通过比较PM2.5上化学成分的浓度发现,在城区和郊区,此次天气形成的共同污染源为冬季燃煤燃烧、汽车尾气排放和二次有机气溶胶污染;而土壤/沙尘对郊区污染天气的形成有部分贡献.大气中PM2.5质量浓度与能见度呈对数负相关关系.     

贵阳市冬季地表灰尘重金属含量动态变化及原因探析

本研究以贵阳市冬季地表灰尘和家庭燃煤为研究对象,分析了贵阳市冬季不同时段地表灰尘重金属含量的动态变化,以及家庭燃煤取暖排放的煤灰与煤尘对环境中重金属的排放影响.结果表明:贵阳市冬季前后不同时段地表灰尘重金属含量的动态变化规律为:As含量在初冬和晚冬时段均大于初春,Cu和Pb含量表现为晚冬初春初冬,Cd、Ni、Zn在3个时段的含量变化不大;冬季地表灰尘中Cd、Cu、Zn、Pb累积较重;燃煤中元素As、Cd、Pb、Zn主要富集于煤尘中,Ni、Cu则主要富集于煤灰中.贵阳市地表灰尘在晚冬、初春时段,细粒级灰尘所占质量占比明显高于初冬,而且晚冬灰尘中粗粒级所占质量比最低,3个时段中,晚冬时段灰尘中大部分重金属含量随粒级减小而增大的特征表现得最明显.家庭燃煤排放对地表灰尘中的As、Pb含量有一定的影响.     

水分减少与增温处理对冬小麦生物量和土壤呼吸的影响

通过田间控制试验,设置对照(CK)、水分减少30%(W)、增温2℃(T)、水分减少30%+增温2℃(TW)这4种不同处理,利用静态箱-气相色谱法测定土壤呼吸,研究水分减少与增温处理对冬小麦生物量和土壤呼吸的影响.结果表明,在拔节-孕穗期,T和TW显著增加了冬小麦地上生物量,增幅分别为46.0%(P=0.002)和19.8%(P=0.032);T和TW也显著增加了收获的地上生物量,增幅分别为19.8%(P=0.050)和34.6%(P=0.028);而W对地上生物量无显著影响;W、T和TW处理都没有显著改变地下生物量.相比于CK,T和W对土壤呼吸平均速率没有显著影响(P0.05);TW使土壤呼吸平均速率降低了22.4%(P=0.049).T降低了土壤呼吸温度敏感性系数((Q_(10)).本研究表明水分与增温的复合处理对农田生态系统产生了与单—因子处理不同的生态效应.     

增温及秸秆施用对冬小麦田土壤呼吸和酶活性的影响

为研究增温及秸秆施用对冬小麦田土壤呼吸和酶活性的影响,于2014-11~2015-05进行田间试验.设置对照、增温、秸秆施用、增温及秸秆施用这4个处理,观测了不同处理下土壤呼吸、土壤温度、土壤湿度(体积含水量)的季节动态,并在拔节期、孕穗期、扬花期观测了不同处理下的土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶活性.结果表明,对照、增温、秸秆施用、增温及秸秆施用这4个处理的季节平均土壤呼吸速率分别为1.46、1.96、1.92、2.45μmol·(m2·s)-1.方差分析表明,增温处理与对照、秸秆施用处理与对照、增温及秸秆施用处理与对照3对处理之间的季节平均土壤呼吸速率均存在显著差异(P0.05).不同处理下土壤呼吸与土壤温度的关系均可用指数回归方程拟合,指数回归方程可分别解释对照、增温、秸秆施用、增温及秸秆施用这4个处理土壤呼吸34.3%、28.1%、24.6%、32.0%的变异.增温、秸秆施用比对照处理显著(P0.05)提高了脲酶、转化酶、过氧化氢酶活性.土壤呼吸与脲酶活性存在线性回归关系,其P值为0.061,接近显著水平;土壤呼吸与转化酶(P=0.013)、过氧化氢酶活性(P=0.002)均存在极显著的线性回归关系.     

长三角地区春季臭氧污染特征及其对冬小麦产量的影响

春季是长三角地区对流层O₃污染的高峰期之一,高浓度的O₃暴露会影响冬小麦生长导致减产.利用长三角地区各城市2014年春季逐时ρ（O₃）观测数据,研究了长三角地区春季O₃污染特征,并结合O₃暴露指数（M7指数和AOT40指数）和剂量-响应关系模型,详细评估了长三角地区O₃污染对冬小麦产量的影响.结果表明:长三角地区春季ρ（O₃）空间上总体呈南低北高的分布,长三角地区北部江苏和上海的ρ（O₃）明显高于南部的浙江地区,在浙江北部、江苏和上海等地区,整个春季日最大8 h ρ（O₃）平均值超过107 μg/m3,最高值出现在5月,超过128 μg/m3;一半以上的城市ρ（O₃）超标[超过GB 3095-2012《环境空气质量标准》中8 h滑动平均ρ（O₃）的二级标准限值（160 μg/m3）]日数在10 d以上,其中南京和扬州超标日数最多,分别为27和20 d;相应地,O₃暴露指数也呈南低北高的分布,其中苏北地区O₃暴露指数最高,导致长三角地区平均冬小麦相对损失达5.7%（M7）~25.5%（AOT40）,造成的产量损失为7.85×105 t（M7）~4.49×106 t（AOT40）,其中,苏北地区为5.8%（M7）~25.9%（AOT40）,造成的产量损失为6.77×105 t（M7）~3.86×106 t（AOT40）,占长三角地区冬小麦产量损失的86%以上.研究显示,当前长三角地区O₃污染及其对冬小麦产量的影响已相当严重,特别是对苏北地区,而苏北地区是我国重要的冬小麦产地之一,因此,应当科学有效地治理O₃污染以缓解粮食安全问题.      

亏缺灌溉对冬小麦农田温室气体排放的影响

为研究不同时期亏水量对冬小麦农田土壤温室气体排放的影响,优化灌溉管理措施,试验采用静态箱-气相色谱法对关中平原冬小麦(2016年10月～2017年6月)农田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)排放通量进行了监测研究.试验在冬小麦3个生育期(越冬期、拔节至抽穗期、抽穗至灌浆期)各设置3个灌水水平(充分灌溉,100%;轻度水分亏缺,80%;重度水分亏缺,60%),共6个处理(CK、T1、T2、T3、T4、T5,其中CK处理为充分灌溉处理,其它处理均为不同程度的水分亏缺处理).阐述了3种气体(CO_2、N_2O和CH_4)在全生育期的动态变化特征,并用作物产量、长远增温效应(net GWP_L)和当季增温效应(net GWPS)这3个指标综合评估不同生育期亏水水平对关中平原小麦经济效应和生态效应的影响.结果表明,生育期灌溉后CO_2、N_2O排放通量基本上呈增加趋势,以CK处理最高,而灌溉后土壤CH_4吸收通量迅速减小,高水分处理甚至出现排放特征.与CK处理相比,T1、T2、T3、T4和T5处理下小麦季CO_2排放总量分别显著降低了13. 32%、25. 98%、5. 55%、15. 47%和17. 52%(P 0. 05),N_2O排放总量分别显著降低了12. 20%、18. 00%、5. 63%、11. 54%和13. 53%(P 0. 05),CH_4吸收总量分别显著增加了46. 47%、75. 78%、19. 47%、53. 40%和62. 33%(P 0. 05); T1、T2、T3、T4和T5处理net GWP_L较CK处理分别显著降低了10. 07%、12. 77%、6. 50%、6. 81%和11. 53%(P 0. 05);除T3处理外,其他处理较CK处理net GWPS分别显著降低了13. 21%、37. 65%、24. 60%和19. 86%(P 0. 05); T1、T2、T3、T4和T5处理小麦产量较CK处理分别显著减少了12. 56%、32. 53%、2. 25%、20. 93%和18. 14%(P 0. 05),T3处理较CK处理减产2. 25%,但无显著性差异(P 0. 05).亏缺灌溉显著降低了小麦地温室气体的排放,但会造成不同程度的减产,综合考虑不同生育期亏水水平处理下小麦地的经济效应和生态效应,T3处理更有利于关中平原冬小麦的保产节水减排.     

华北地区几种冬闲覆盖作物碳氮蓄积及其对土壤理化性质的影响

充分利用华北地区冬季空闲耕地及光热资源,以冬闲耕地为对照,研究二月兰（Orychophragmus violaceus）、毛苕（Vicia uillosa Roth.）、黑麦草（Secale cereale L.）、草木樨（Melilotus officinalis）、紫花苜蓿（Medicago satiua L.）5种不同冬闲覆盖作物地上部、地下部以及总碳、氮的蓄积量及其对土壤理化性质的影响。结果表明：5种覆盖作物总干物质质量在4.6-8.82 t.hm-2之间,是冬闲田干物质质量的1.6-3.1倍。5种覆盖作物全碳蓄积量在1.80-3.14 t.hm-2之间,是冬闲田碳蓄积量的1.9-3.3倍。与对照相比,各覆盖处理均明显提高氮素蓄积,尤以苜蓿最佳,达到了202.8 kg.hm-2,差异显著。试验选择5种肥覆盖均可提高土壤有机质质量分数（0.90-2.86 g.kg）;黑麦草覆盖可明显降低土壤容重（0.08 g.cm3）;毛苕和苜蓿栽培均可显著降低土壤pH,但同时土壤盐分有所增加;二月兰和黑麦草栽培在提高土壤水分含量方面表现最好。