野外台站安全管理探讨——基于中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站研究

正近年来,随着我国经济体量的发展壮大,整体科技水平的提高,国家对野外台站的投入规模也在持续加大,台站的功能也在不断深化和拓展。从安全的角度,如何构建科学合理的体系,保证野外台站安全运转,已经成为摆在台站管理者面前的一个重要课题。一、野外台站的性质野外台站是进行科学研究、野外观测从而获取科学数据的载体,但若不加强运行管理,会给人身安全、设备安全乃至整个台站的运行埋下隐患,带来风险。以建在湿地的野外台站为例,由于我国的湿地构成形态多样,不仅南北方差异大,而且即使是纬度相同的     

三江平原泥炭沼泽孔隙水甲烷浓度变化动态及其影响因子

湿地土壤孔隙水甲烷浓度变化动态对于揭示湿地碳循环过程具有重要作用.于2012年和2013年对三江平原毛苔草泥炭沼泽不同土壤深度孔隙水甲烷浓度的季节变化动态进行监测,并分析了其关键影响因子.结果表明:植物生长季孔隙水甲烷浓度呈单峰变化趋势,不同土层甲烷浓度峰值(80.45~490.95μmol·L-1)主要集中在湿润的生长季末,但年际间存在显著差异;从土壤剖面来看,土壤融通之后,孔隙水中甲烷浓度随着土壤深度的增加而增加;土壤表层(5 cm和10 cm)甲烷浓度主要受到株高(R2=0.6,p=0.005)和土壤充水孔隙率(R2=0.36,p=0.01)的影响,而深层(20~40 cm)甲烷浓度主要受到土壤温度等因素的综合影响.研究还表明,表层土壤孔隙水甲烷浓度能够解释生长季甲烷排放通量变化的26%~60%,而且短期的极端降雨事件可能不会对甲烷浓度以及甲烷排放产生即时影响,而是出现大约一周的延迟(time lag)现象,这主要取决于实际土壤湿度.     

沼泽湿地植物光合特性及固“碳”潜势对外源氮输入的响应

以沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,在三江平原进行了野外培养实验,探讨了4个不同氮素输入水平(0(NO)、6(N6),12(N12)、24(N24)g·m-2· a-1)下沼泽湿地植物生长与光合特性的响应特征,并从光合固"碳"的角度分析了小叶章沼泽湿地的固"碳"潜势.结果表明,外源氮输入明显促进了小叶章的株高、叶面积及植株数,显著增加了碳的生物量积累,到植物生长季结束,N6、N12和N24三个施氮水平下,小叶章地上部分生物量分别比对照增加了58.79%、133.11%和190.55%.同时,小叶章叶片全氮含量、叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量也显著增加,净光合速率明显提高,分别比对照增加了20.70%、26.69%和53.54%.从光合固"碳"的角度来看,外源氮输入能够促使沼泽湿地植物通过光合作用固定更多CO2.     

土壤中多环芳烃的SPMD辅助解吸行为研究

为了开发一种表征土壤中憎水性有机污染物解吸及生物有效性的新方法,建立了半透膜被动采样装置（SPMD）研究土壤中有机污染物解吸行为的方法,利用SPMD分析了多环芳烃菲、芘和苯并［a］芘在3种不同性质土壤中的辅助解吸行为.结果表明,SPMD是一种很好地表征土壤中憎水性有机污染物解吸及生物有效性的手段. SPMD辅助解吸多环芳烃的效率与土壤有机质及多环芳烃性质有关.随着土壤有机质含量的降低,土壤中菲和芘的SPMD解吸率逐渐升高,对于10 mg/kg染毒水平,当土壤有机质含量由18.68%降低到0.3%时,2种化合物的解吸率分别由56.45%和48.28%上升到接近100%;但是对于苯并［a］芘,粘土表现出明显的滞留能力,在有机质含量（0.3%）很低、粘土含量（39.05%）较高的3号土壤中,苯并［a］芘的解吸率仅有66.97%.不同多环芳烃SPMD辅助解吸率差别很大,随着土壤有机质含量的降低,以及污染物浓度的提高,菲和芘的解吸差异逐渐缩小,而苯并［a］芘与上述2种多环芳烃的差异很大,主要是由于苯并［a］芘具有高度亲脂性,并且分子较大,造成其容易滞留在粘土的微孔及有机质的致密结构中.     

硝基苯、苯胺在湿地土壤不同有机组分中的吸附特征

应用平衡法研究了湿地土壤不同有机组分对硝基苯和苯胺的吸附行为.结果表明,吸附等温线经拟合后均符合Freundlich模型,可决系数分别为R2=0.983～0.997,R2=0.963～0.991(P<0.01,n=5),土壤不同有机组分对硝基苯和苯胺的吸附表现为非线性特征,其吸附过程与有机质含量和结构有关.硝基苯和苯胺在湿地土壤中的吸附主要受腐殖酸、易氧化有机质组分和脂类化合物的影响,其中腐殖酸对硝基苯和苯胺具有最大的吸附容量;脂类化合物表现为与硝基苯、苯胺竞争土壤有机质结构中的吸附位点,去除脂类化合物后残余物的吸附量增大;矿物组分对硝基苯和苯胺的吸附是次要的,吸附容量仅为2.31mg·kg-1和3.63mg·kg-1.硝基苯和苯胺的Koc值分别按如下顺序增加:碱提取残余物<原始土<过氧化氢氧化残余物<苯/甲醇提取残余物,原始土<苯/甲醇提取残余物<过氧化氢氧化残余物<碱提取残余物.     

1982～2008年东北冻土区植被生长季NDVI对气候变化和CO

利用GIMMS和MODIS两种遥感数据,分析了1982～2008年东北冻土区植被生长季平均NDVI的时空特征.并探讨不同类型冻土区和不同植被类型归一化差值植被指数(NDVI)对气候变化和CO2体积分数增加的响应.研究表明.不同冻土类型区植被生长季NDVI均值从大到小依次为:连续多年冻土区＞大片多年冻土区＞季节性冻土区＞岛状多年冻土区.东北冻土区不同植被类型生长季平均NDVI值由大到小依次为:森林＞灌丛＞沼泽＞农田＞草地,其中森林植被生长季平均NDVI值为0.61,草地为0.46,过去27年间,东北冻土区植被生长季平均NDVI年际变化曲线可分为3个变化阶段:①1982～1990年,小幅上升阶段;②1990～2000年,缓慢下降阶段;③2000～2008年.明显上升阶段.1982～2008年期间,连续多年冻土区及大片多年冻土区植被生长季平均NDVI值呈显著上升趋势((P＜0.05)对于不同植被类型而言,除森林植被NDVI呈显著上升趋势外(P＜0.05),其它植被类型NDVI值无显著变化趋势.过去27年间,东北冻土区年均气温显著升高,年降水量显著下降,CO2浓度显著升高.研究区全区平均NDVI与年平均气温呈显著正相关(P＜0.05),气温是影响东北冻土区生长季植被NDVI的主要气候因子.森林和沼泽湿地植被生长季平均NDVI与年平均气温呈显著正相关,与降水量呈显著负相关(P＜0.05);5种植被类型中仅森林植被受CO2浓度影响显著.年平均气温对不同植被类型的影响由高到低的顺序为:森林＞沼泽湿地＞灌丛＞农田＞草地;降水的影响为:森林＞沼泽湿地＞草地>灌丛＞农田;CO2浓度的影响为:森林＞沼泽湿地＞草地＞农田＞灌丛.关健词:NDVI;气候变化;CO2浓度增加;东北冻土区     

三江平原小叶章湿草甸CH4地-气交换特征

用密闭不透明箱-气相色谱法对三江平原小叶章湿草甸进行了为期2 a的现场观测研究.结果表明三江平原季节性积水的小叶章湿草甸全年CH4排放呈明显的双峰型变化.在非冰冻期(5月至10月)CH4排放通量为0.297～18.914 mg·m-2·h-1, 排放峰值出现在6月和8月、9月;冰冻期(11月至次年4月)CH4排放通量为0.048～2.921 mg·m-2·h-1, 排放低值出现在冬季的12月至次年3月之间,以及发生季节性干旱的7月.冰雪覆盖下的小叶章湿地依然有CH4排放,冰冻期CH4排放量约占全年排放总量的4.94%.在季节性积水或过湿的环境中,小叶章湿草甸CH4排放通量的季节变化主要由温度和土壤水分条件共同控制,其日变化特征表现为白天排放通量大,夜间则小.     

沼泽湿地孔隙水中溶解有机碳、氮浓度季节动态及与甲烷排放的关系

选择三江平原典型的毛果苔草沼泽湿地为研究对象,测定了沼泽湿地孔隙水中水溶性碳、氮浓度、CH4浓度和CH4排放通量,以及相关环境因子;研究了沼泽水中水溶性有机碳、氮浓度变化特征,探讨了沼泽湿地孔隙水中CH4浓度和排放通量季节性变化及发生原因.结果表明,三江平原沼泽湿地土壤孔隙水中DOC浓度有明显的季节变化(p＜0.01).最高值(剖面平均值为95.1 mg·L-1)出现在6月份,9和10月份出现最低值(剖面平均值均为79.3 mg·L-1),剖面上浓集中心位于15～30 cm.孔隙水中NH4 -N和NO-3-N浓度也有明显的季节变化,而DON变化不明显.孔隙水中CH4浓度在剖面上的分布特征与DOC一致,高浓度中心位于20～30 cm.除6月份外,孔隙水甲烷浓度与土壤温度和DOC浓度有显著的正相关关系,与NH4 -N和NO3-N均没有显著相关性.土壤温度和孔隙水中DOC浓度是影响沼泽湿地产CH4能力的重要因素.CH4排放通量与土壤温度和积水深度呈很好的指数关系,与剖面CH4浓度和孔隙水NH4 -N浓度有显著的正相关关系.CH4排放通量与孔隙水DOC浓度相关性不显著.     

植物对沼泽湿地生态系统N2O排放的影响

利用静态暗箱/气相色谱法连续3个生长季(2003-2005年)对三江平原小叶章草甸和毛果苔草沼泽N2O排放通量进行野外对比观测试验.结果表明,植物不同生长阶段对湿地生态系统N2O排放通量的影响不尽相同.植物的参与促进了湿地生态系统N2O的排放,2003-2005年生长季小叶章草甸土壤-植物系统N2O排放通量分别是土壤表观N2O排放通量的1.58倍、2.09倍和2.34倍,同期毛果苔草沼泽土壤-植物系统N2O排放通量分别是土壤表观N2O排放通量的1.86倍、1.50倍和1.33倍.3个生长季小叶章草甸N2O排放通量均大于毛果苔草沼泽,这主要是由土壤理化性质的空间变异性以及水文情况的差异造成的.     

磷添加对三江平原湿地小叶章立枯质量和分解的影响

立枯分解是湿地植物凋落物分解的重要组成部分,在湿地养分循环中起着重要作用。在人类活动的影响下,磷大量流入到自然湿地中,可能会引起草本植物凋落物质量及立枯期分解过程的变化。通过磷添加控制试验(对照,0 g·m~(-2)·a~(-1);磷添加,1.2 g·m~(-2)·a~(-1)),探讨三江平原草甸中土壤磷可用性增加对优势植物小叶章(Deyeuxia angustifolia)地上部分(杆和叶片)凋落物质量及其在立枯期的分解过程的影响,以揭示磷可用性变化对植物立枯期碳与养分循环的影响。结果表明,磷添加引起叶片凋落物氮和磷含量的升高,升幅分别为8.35%和28.33%,但对杆凋落物无显著影响(P0.05)。在一年的立枯期内,来自于不同磷添加处理的凋落物质量损失速率及微生物呼吸速率无显著差异(P0.05)。然而,磷添加使立枯期叶片凋落物养分残留量(以百分比计)显著减少(P0.05):分解一年后,来自于P添加处理的叶片凋落物氮和磷残留量分别为106.64%和49.34%,而对照处理分别为121.84%和63.58%。因此,在该地区的淡水湿地中,人类活动引起的磷富营养化将会通过提高植物组织的养分含量,改变其在立枯阶段的养分释放动态,从而对生态系统的养分循环产生重要影响。