青藏高原典型高寒草甸区土壤有机碳氮的变异特性

本研究应用地统计学的基本原理与方法(半方差分析)对青藏高原典型高寒草甸区0～10 cm土壤有机碳和全氮空间变异性进行了分析.结果表明,0～10 cm的土壤有机碳和全氮的平均含量分别为11.45 g·kg^-1和1.02 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.23和0.21,反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠.土壤有机碳和全氮随机因素的变异占总空间异质性变异的比率分别为44.7%和49.9%,变异尺度分别为210.9 m和200.1 m,随机因素的影响主要发生在采样尺度＜10 m的范围之内.在该研究区域上土壤有机碳和全氮均表现出空间自相关因素大于随机因素的变异格局;在空间结构的变异上,由土壤内在属性如土壤矿物质、地形等空间自相关因素和人为因素如放牧及工程施工等对土壤表层的践踏引起的随机因素共同起作用,影响程度呈中等水平.     

太湖西北湖区表层水体颗粒态有机碳含量的季节变化及其来源解析

以太湖重度蓝藻水华发生的西北湖区为研究对象,从河口到湖心区设置5个采样点,于2012年9月—2013年8月逐月采集表层水体样品,测定了水温、蓝藻生物量和总细菌丰度,并分析了颗粒态有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)含量及颗粒态有机物(POM)的碳稳定同位素特征值(δ~(13)C_(POM))和碳氮比(C/N).结果表明,与DOC相比,太湖西北湖区表层水体POC含量变化范围较大,为(0.49±0.03)~(30.86±2.00)mg·L~(-1),冬季POC含量较低,春季和夏季POC含量达到最大值.降雨冲刷作用产生的悬浮物随着地表径流进入水体可能是引起汛期POC/DOC升高的重要原因.鉴于太湖水体风场影响下表层湖流作用会引起蓝藻在西北湖区堆积,5个采样点的蓝藻生物量没有显著差异.POC含量的差异仅存在于靠近陈东港的河口区S5与湖心S4之间(p0.05,n=10).蓝藻生物量与POC含量(r=0.634,n=48,p0.01)、δ~(13)C_(POM)(r=0.500,n=48,p0.01)均显著正相关,表明蓝藻是太湖西北湖区表层水体POC的来源之一.西北湖区秋、冬季δ~(13)C_(POM)显著低于春、夏季(p0.001,n=57),均值(-25.9‰±6.37‰)介于太湖δ~(13)C微囊藻(-20.9‰)和外源来源端元的碳稳定同位素特征值(-27‰)之间,表明内源和外源来源都是太湖西北湖区表层水体POC的来源,夏季表层水体POC的主要来源是内源,冬季河口区S5的主要来源是外源.POM碳氮比有显著季节变化规律,秋、冬季较春、夏季高(p0.001,n=55),平均值(9.36±2.80)较低,可能是内源来源POC及外源POC被细菌生物降解的结果.     

厦门市陆地生态系统空气负离子服务能力评估

为探讨厦门市陆地生态系统负离子的服务能力及其影响因素,以生态系统产生的有益于人类身心健康的空气负离子个数为表征指标,改进了空气负离子服务评估方法,基于空气负离子监测数据计算了厦门市空气负离子服务功能量,并分析了厦门市空气负离子的时空变化规律及其影响因子.结果表明:厦门市2015年空气负离子服务功能量为1.37×1025个,单位面积负离子服务功能量为0.8×1016个/m2.从行政分区来看,同安区空气负离子服务功能量最大,约占厦门市总量的56.5%;从生态系统类型上看,森林生态系统空气负离子服务功能量最大,约占厦门市总量的86.6%.厦门市空气负离子日浓度存在明显的"波峰"与"波谷",波峰主要分布01:00-07:00之间,波谷主要分布在12:00左右;厦门市空气负离子浓度存在明显的季节性变化特征,夏季生态系统空气负离子平均浓度为2 437个/cm3,约为春季的2倍;不同生态系统空气负离子浓度存在明显差异,如森林远大于草地、耕地等生态系统;对于大多数生态系统类型而言,空气负离子浓度主要受到温度和湿度的影响,表现为随着温度的升高而降低、随着湿度的升高而增加.研究显示,厦门市森林生态系统的空气负离子服务能力最强,乔木绿地空气负离子服务能力大于灌木、草本绿地,城市森林、乔木绿地面积越大,为人类提供的空气负离子服务越大.      

基于QMEC分析的青藏高原不同类型冰川前缘地土壤微生物功能潜力

微生物通过多种功能代谢过程主导着因气候变暖裸露的冰川前缘地土壤元素的地球化学循环.以青藏高原的海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川的前缘地土壤为研究对象,分析不同类型冰川前缘地土壤的微生物功能特征.依次选择玉龙冰川、天山乌鲁木齐1号冰川和老虎沟12号冰川作为三类冰川的典型代表,采用高通量功能基因芯片(QMEC)检测土壤微生物的功能基因特征.结果表明,在三类冰川前缘地土壤中,半纤维素降解基因和还原型乙酰辅酶A途径相关的碳固定基因丰度最高,三者主要的氮功能基因和氨化作用有关,磷、硫功能基因则主要与有机磷矿化过程和硫氧化过程相关.其中,水热条件较好的海洋型冰川的微生物功能基因的种类与丰度最高,其次为环境较为干燥的极大陆型冰川.三类冰川前缘地土壤的微生物功能基因结构的显著差异,证实了地理环境差异对微生物功能特征的影响,也为不同类型冰川前缘地土壤微生物的功能及其介导的元素地球化学循环研究提供了基础.     

青藏高原热融湖塘沉积物理化性质特征

热融湖塘是多年冻土区常见的地貌，全球气候变暖导致多年冻土退化会加快热融湖塘的形成和扩张，进而会增加多年冻土区碳的释放。热融湖塘沉积物与温室气体释放有着重要的关系，明确其沉积物碳氮含量等理化性质特征有助于认识青藏高原C、N循环对全球气候变化的响应。该研究选择青藏高原中东部116个热融湖塘为研究对象，采集热融湖塘沉积物样品，测定其总碳(TC)、有机碳(OC)、总氮(TN)、p H、沉积物粒径等理化性质，分析TC、OC、TN含量分布特征和各理化性质之间的关系。结果表明，TC、OC、TN含量均为高寒沼泽草甸区>高寒草甸区>高寒草原区>高寒荒漠区，沉积物粒径中粉粒加黏粒含量为高寒沼泽草甸区>高寒草原区>高寒草甸区>高寒荒漠区。研究表明：（1）沉积物TC含量为0.78～110.71 g/kg,OC含量为0.87～85.91 g/kg,TN含量为0.19～7.5 g/kg;(2)沉积物粒径与TC、OC和TN极显著相关（p<0.01）;(3)热融湖塘深度与TC、OC和TN呈极显著正相关（p<0.01），表明热融湖塘越深，C、N含量越高；（4）高寒沼泽草甸...     

青藏高原多年冻土区典型植被下河流溶解性有机碳的生物可利用性

选取青藏高原多年冻土区12条河流样品进行分析,结合流域内植被类型、流量大小、多年冻土面积与河流溶解性有机碳(DOC)的质量浓度、化学组成、生物可利用性之间的关系及分解动力学进行讨论.结果表明,分别在高寒草甸(AM)、高寒沼泽草甸-高寒草甸(ASM-AM)、高寒草甸-高寒草原(AM-AS)、高寒草甸-高寒草原-裸地(AM-AS-BL)为主的流域内,河流DOC的质量浓度依次为(5.17±0.21)、(5.02±0.50)、(3.55±0.25)和(2.79±0.41)mg·L-1,DOC的生物可降解性程度(BDOC)依次为(23.54±2.62)%、(23.66±3.31)%、(18.17±5.26)%和(11.72±15.56)%;相应地,流域内植被覆盖度越小,河流DOC的芳香性程度越大,DOC的可生物降解性和降解速率随着降低,并且BDOC在培养的过程中的反应遵循一级反应动力学原理;此外,连续多年冻土区河流的BDOC大于非连续多年冻土区的河流BDOC,大河的BDOC小于源头小河的BDOC.研究表明,流域内植被类型是影响多年冻土区河流BDOC的主要影响因素,同时,流量大小和多年冻土对BDOC也有一定的影响.     

青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态初探

为了解青藏高原楚玛尔河碳素赋存形态,于2013年4月至2014年3月采集水样,分析溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)的浓度、碳稳定同位素特征值和碳氮比值、以及总溶解性碳水化合物浓度和DOC的光谱参数。结果表明,2013年4月、7月、11月和2014年2月,DOC/POC比值1,其它月份水体有机碳均以DOC为主。δ~(13)C_(DOC)的2个峰值出现在夏季和冬季,表明DOC可能来源于土壤、冰川融水和地下水。此外,DOC碳氮比值较低,表明植物凋落物可能也是DOC的重要来源。碳稳定同位素特征值随着有机碳粒径的增大而增大,表明POC是DOC的重要来源。总溶解性碳水化合物在DOC所占比例没有明显季节变化规律,可能是低温下较弱的生物以及光降解引起。此外,冬季水体较低的紫外吸光度SUVA254(specific UV absorbance)值暗示DOC生物可利用性较其它季节要高。     

青藏高原腹地不同植被下河流溶解性有机碳特征

青藏高原河流众多,为了解这一区域河流溶解性有机碳(DOC)的特征,选择三江源地区不同植被类型下的河流进行研究,在2016年夏季进行采样,并将DOC浓度与流域内的植被分布情况进行统计分析。结果表明,河流DOC浓度范围为5.948~1.511 mg/L,平均值为3.938 mg/L,不同植被类型下的河流DOC浓度大小依次为沼泽草甸草甸草原草原-荒漠。河流DOC浓度与沼泽草甸覆盖所占流域面积比例呈极显著正相关(R2=0.725,P0.000 1),相反,分别与流域内的草原和荒漠+裸地的覆盖比例呈极显著负相关;河流DOC的浓度分别与流域面积和流量也呈极显著负相关。此外,河流水体的p H值与DOC浓度负相关,植被退化严重的草原和荒漠地区河流总悬浮物固体浓度较高。因此,流域内的植被类型是河流DOC浓度大小的主要决定因素,且流域面积和流量大小对其也有一定的影响。     

青藏高原东北部热融滑塌区土壤碳氮磷含量

全球变暖加剧多年冻土退化,导致地表沉降等热喀斯特现象,进而会改变土壤理化性质,但热融滑塌对土壤理化性质的影响还不清楚。该研究选择青藏高原东北部高寒草甸区3条热融滑塌沟的3种微地貌(对照区、滑塌区、沉降区)样地,采集0～15 cm、15～30 cm的土壤,测定其有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、溶解有机碳(DOC)、总溶解氮(TDN)、磷酸盐(P-PO_4)、pH、含水率等理化性质,分析热融滑塌对土壤理化性质的影响。结果发现:(1)热融滑塌导致表层土壤C、N、P含量大幅降低,其中0～15 cm层土壤SOC、TN、TP含量在0～15 cm层分别减少42%、38%、22%,土壤可溶性DOC、TDN、P-PO4分别减少60%、24%、44%;15～30 cm层土壤中,SOC、TN、TP含量分别减少16%、23%、21%,土壤可溶性DOC、TDN、P-PO4分别减少33%、30%、38%。(2)pH与土壤含水率与土壤C、N、P含量密切相关,滑塌后土壤pH升高、含水率降低,同时土壤C、N、P含量降低。结果表明热融滑塌会降低多年冻土区土壤C、N、P的含量。     

巢湖溶解性有机物时空分布规律及其影响因素

为研究巢湖溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的时空分布规律及其影响因素,于2013年4月至2014年4月每月在巢湖3个不同湖区17个点位采集表层水样,测定了水体溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)浓度.结果表明,东部、中部和西部这3个湖区DON浓度具有显著差异(P0.01,n=13),这可能与西湖区入湖河流的外源输入以及DON的可利用性有关.水华期间,水体总氮总磷比、总溶解性氮磷比以及溶解性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)与溶解性活性磷(soluble reactive phosphorus,SRP)比值迅速降低,其中西湖区DIN/SRP在2013年8月降至5±7,表明水体出现氮限制.此外,DON浓度迅速降低,西部湖区叶绿素浓度与DON显著负相关(r=-0.265,P0.05,n=91),表明在氮限制条件下,DON具有一定生物可利用性.DOC浓度不存在显著空间差异,水温是控制这3个湖区DOC浓度变化的重要因素.东部和中部湖区DOC浓度还受叶绿素和硝态氮浓度的影响.此外,巢湖DOC/DON变幅较大,由于含氮化合物更易降解,因此DON是影响碳氮比值的主导因子,是表征DOM可利用性的重要组分.