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.     

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78.1~88.6 mmol/kg,B层为61.1~65.1 mmol/kg,土壤中含有较高的Al3+<\sup>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.      

模拟氮沉降对土壤酸化及土壤酸缓冲能力的影响

为探讨N沉降对酸雨区森林土壤酸化和土壤酸缓冲能力的影响,于2012年4—12月在重庆缙云山地区选取针阔混交林和常绿阔叶林2种典型林分进行模拟N沉降试验,设N0、N1、N2、N3 4个处理,施N量(模拟N沉降量)分别为0、60、120、240 kg/(hm2·a),每月月初将NH₄NO₃溶液均匀喷洒在所选样方内,8个月后进行取样分析. 结果表明:①不同pH下2种林分土壤的酸缓冲能力存在较大差异,pH越低土壤酸缓冲能力越高. ②2种林分的土壤酸缓冲能力随N沉降量的增加而降低. 在相同的N沉降量下,常绿阔叶林土壤酸缓冲能力略高于针阔混交林. ③N沉降会加快土壤酸化速率. 与N0处理相比,N1、N2、N3处理常绿阔叶林土壤pH分别下降了0.03、0.06、0.16,而针阔混交林则分别下降了0.08、0.10、0.26. ④2种林分土壤中盐基离子含量均随N沉降量的增加而降低,交换性Al3+含量则相反. 与N0处理相比,常绿阔叶林N1、N2、N3处理盐基离子含量分别下降了55.76%、66.00%、70.38%,交换性Al3+含量分别增加了16.03%、21.37%、31.81%;针阔混交林盐基离子含量分别下降了24.12%、43.38%、62.24%,交换性Al3+含量分别增加了19.19%、23.48%、34.85%. 研究表明,氮沉降会降低森林土壤酸缓冲能力,加快酸化速率,并且常绿阔叶林土壤对N沉降的敏感性高于针阔混交林.      

中国南方土壤对酸沉降的敏感性

在综合考虑我国南方土壤和土壤资料特点的基础上,基于Ｋｌｏｐａｔｅｋ的敏感性分类体系,建立了适合我国南方土壤的敏感性分类体系,并用其对南方土壤的敏感性进行了评价。此外也根据土壤盐基含量分析了南方土壤的缓冲能力。     

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。     

模拟氮沉降对高硫沉降地区森林土壤酸化的贡献

以重庆铁山坪马尾松林下典型的酸化土壤为研究对象,按照40 kg·(hm²·a)^-1的N剂量分别喷洒NH₄NO₃和NaNO₃以模拟氮沉降翻倍的情景,对其影响下的土壤溶液pH值和主要阴阳离子浓度进行了为期1 a的野外观测.结果表明,与未经处理的对照相比,喷洒NH₄NO₃的土壤溶液的pH值有所下降,而NaNO₃则导致pH值略有上升.同时,喷洒NH₄NO₃和NaNO₃均导致盐基阳离子（Ca²⁺和Mg²⁺）和Al³⁺浓度的明显上升,其中Al³⁺与盐基阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺之和)的摩尔比值由对照的0.5左右升高到接近甚至超过1.0.盐基阳离子的加速淋溶和有毒Al³⁺的活化,表明氮沉降已加剧了土壤酸化.此外,氮输入的增加还引起了NO^-₃淋溶的大幅增加,土壤出现氮饱和现象.相对而言,NH⁺₄的酸化和富营养化效应均强于同当量的NO^-₃,表明中国氮沉降控制不应忽视NH₃的排放削减.     

酸沉降对土壤地球化学过程的影响

酸沉降通过影响土壤组分的化学行为进而影响土壤地球化学过程。本文就该领域的目前研究进展做了较详细的论述。考察了酸化条件下土壤中盐基离子和铝、硅的释放淋失及硅对铝毒的缓解作用 ;论述了酸沉降通过影响土壤中微量金属及稀土离子沉淀 -溶解、吸附 -解吸、络合 -解离、氧化 -还原平衡进而影响其存在形态和化学行为 ;同时关注了酸沉降对C、N、S、P循环转化直接和间接的影响。     

森林生态系统对大气氮沉降降低的响应

大气氮沉降是全球变化的重要影响因素之一,而过量氮沉降导致森林出现氮饱和,引起土壤酸化、硝酸根淋溶、氧化亚氮排放增加、植物物种多样性和植被生产力下降.在欧洲、北美和我国大气氮沉降降低的背景下,总结森林生态系统对氮输入降低的响应,不仅能够完善氮沉降对森林生态系统影响的知识体系,也能评估各国已开展的减排行动的成效,为我国制定进一步的减排政策提供科学依据.回顾了欧洲和北美的温带森林以及我国亚热带森林的土壤、地表水、氮循环和植被对大气含氮污染气体和氮沉降降低的响应.土壤溶液中硝酸根浓度对氮沉降的减少响应迅速,但具体响应规律未出现统一趋势.土壤酸化和氮循环过程从高氮沉降中的恢复过程出现滞后现象.森林氮矿化和固持、土壤碳储量和净初级生产力可能需要几十年的时间对氮沉降的减少作出响应.相对而言,虽然有一两年的延迟,土壤无机氮库和氮淋溶量会随着氮沉降的下降而下降.地表水氮浓度与森林生态系统氮状态密切相关.当氮沉降降低时,在历史高氮沉降地区,森林生态系统的氮淋溶下降,因此地表水氮浓度的响应较明显.而在氮缺乏的森林中,普遍较低的地表水氮浓度受到氮沉降变化的影响不显著.地表水酸化的恢复受到土壤硫解吸-矿化和硝化...     

氮添加对生长季寒温带针叶林土壤有效氮和酸化的影响

基于低剂量、多形态的N添加控制实验,以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,通过长期持续的原位增N处理,测定了2010年、2012年和2013年生长季初期(5月)和生长旺季(8月)0~10 cm土壤有效氮(NH+4-N和NO-3-N)含量以及土壤p H值.结果表明,生长季初期和生长旺季土壤有效氮均以NH+4-N为主,NO-3-N含量较低,其中NH+4-N含量占无机氮含量的96%以上.随着增N时间的延长,同生长旺季相比,增N对生长季初期0~10 cm土壤NH+4-N影响较为明显,且主要受施N类型影响.与此相反,生长旺季0~10 cm土壤NO-3-N含量高于生长季初期.N输入对生长季初期和生长旺季土壤NO-3-N影响较为明显,且低N处理更倾向于促进0~10 cm土壤NO-3-N的富集.随着时间的延长,土壤NH+4-N和NO-3-N对增N的响应都由前期的不显著向后期的显著转变.增N对生长季初期和生长旺季0~10 cm土壤p H值影响显著,其中低N处理的土壤和生长旺季阶段土壤p H值相对较低.随着增N时间的延长,土壤p H值对增N的响应也由前期的不显著向后期的显著转变.长期持续的增N处理已经使大兴安岭寒温带针叶林0~10 cm土壤产生了明显的酸化.     

贵州典型森林群落植被冠层的酸雨淋溶特征及缓冲作用

在贵州龙里地区开展酸雨模拟实验,并进行天然降雨连续监测,采集马尾松、灌丛冠层穿透雨,结果表明:①研究区降雨中主要阳离子浓度依次为NH4+Ca2+K+Na+Mg2+,降雨pH值大于6.0时,降雨中NH4+含量降低,Ca2+占优势;降雨中主要阴离子浓度依次为SO42-NO3-Cl-;冠层穿透雨与降雨相比,Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-和有机酸富集,特别是K+、Ca2+、SO42-和有机酸富集倍数最大.②森林冠层对酸雨的缓冲作用体现在酸雨中H+与树叶组织中的盐基阳离子发生交换反应,淋出K+、Mg2+、Ca2+等阳离子,减少了酸雨中H+含量.Na+相对惰性,在降雨和穿透雨中的含量变化不大;K+、Mg2+、Ca2+的淋出是冠层缓冲降雨酸度的主要原因,其中K+和Ca2+作用最突出,其次是Mg2+.③贵州典型森林群落植被冠层的缓冲作用随降雨pH值而变化.对pH值接近3.0的强酸性降雨,经过冠层形成的穿透雨pH值大于降雨,典型森林群落植被冠层对酸雨的缓冲作用依次为马尾松林针阔混交林灌丛;对4.0pH6.0的降雨,马尾松林冠层使降雨更加酸化,典型森林群落植被冠层对酸雨的缓冲作用依次为针阔混交林灌丛马尾松林;对pH值大于6.0的非酸性降雨,经过冠层后被酸化,穿透雨pH值小于降雨;穿透雨pH值基本在4.0～6.0范围内.     

酸沉降对森林生长固碳和土壤盐基保持功能的影响

在森林土壤酸化过程空间信息模型和森林植被生产力空间信息模型的基础上,耦合了森林水土保持、森林涵养水源、森林生长固碳、森林土壤盐基保持4个空间信息子模型,构建了森林生态效益空间信息模型.选取贵州省龙里地区作为试验点,运用遥感和地理信息系统技术获取模型参数,定量模拟了不同酸沉降条件下森林保土、保水、生长固碳、土壤盐基保持4种生态功能,并利用替代价值法对4种生态功能进行了货币化评定.本文主要介绍森林生长固碳、森林土壤盐基保持两个子模型及其生态效益评价.经研究森林生长固碳、土壤盐基保持效益远大于森林的林木价值,约为林木价值的10倍.森林不同生态功能受酸雨的破坏程度不同,若2007年酸雨pH值下降1.0,则在29km2的面积上森林生长固碳和土壤盐基保持生态效益损失达165万元,平均每km2面积上损失为5.7万元.     

贵州典型森林群落植物冠层叶片遭受酸雨直接伤害的模拟实验与效应分析

在贵州龙里地区开展降雨连续监测,依据监测结果,配置不同pH值梯度的模拟酸雨;选择杨梅、油茶等10种贵州典型森林群落优势种,对植物叶片开展模拟酸雨喷淋试验;并利用便携式光合仪LI-6400观测喷淋前后叶片的光合作用,研究酸雨对贵州典型森林群落植物叶片的直接伤害作用.实验结果显示:①pH值5.0和4.0的模拟酸雨基本不会影响供试树种冠层叶片的光合作用;pH值3.0的模拟酸雨使小果红椿、枫树冠层叶片的净光合作用速率不同程度地升高,升高率为11.03%和0.62%,其他树种效果不明显;②pH值2.0的模拟酸雨使供试树种冠层叶片的净光合作用速率降低,其中小果红椿、枫树、白栗和香叶树尤为明显,降低率为28.32%、30.32%、12.21%和11.37%;pH值2.0的模拟酸雨使小果红椿叶片出现可见直接伤害,叶缘和脉间出现黄白色斑点,有穿孔,其他树种未发现可见直接伤害症状.研究表明,研究区典型森林群落植物叶片出现可见直接伤害的酸雨pH值阈值在2.0～3.0之间;同时,在酸雨对叶片造成可见直接伤害之前,存在隐性直接伤害,对叶片造成隐性直接伤害的酸雨pH值阈值为3.0.依据试验结果,从研究区监测数据分析,目前酸雨对该区植物冠层叶片的直接伤害有限.     

模拟酸雨对北亚热带天然次生林土壤呼吸的影响

于2009年3月～2010年1月在南京市郊龙王山北亚热带天然次生林进行模拟酸雨试验,以便携式土壤CO2通量观测仪对不同酸雨强度处理下的林地土壤呼吸速率进行原位测定,研究酸雨对森林土壤呼吸的影响.结果表明,在本试验阶段,4个酸雨强度处理CK(pH值6.4,去离子水)、T1(pH值4.5)、T2(pH值3.5)、T3(pH值2.5)的平均土壤呼吸速率分别为(3.20±0.21)、(3.34±0.30)、(3.51±0.06)、(2.99± 0.23)μmol/(m2·s),酸雨各处理的土壤呼吸季节变化规律显著.由于森林植被生长期季节变化明显,将其分为非生长季1(2~4月)、生长季(5~10月)、非生长季2(11月~次年1月)3个阶段.配对t检验分析各阶段土壤呼吸速率的结果表明,在非生长季1,模拟酸雨未抑制土壤呼吸作用,T1和T2酸雨处理反而促进了土壤呼吸作用;在生长季,高强度模拟酸雨T3显著抑制了土壤呼吸作用;在非生长季2,也出现了模拟酸雨促进土壤呼吸作用的现象;对于整个观测阶段而言,低强度模拟酸雨处理未显著改变北亚热带天然次生林的土壤呼吸,仅高强度模拟酸雨T3显著抑制了土壤呼吸作用.不同酸雨强度处理下的土壤呼吸速率与土壤温度的指数回归关系均达显著水平(P<0.01),CK、T1、T2、T3处理的Q10值分别为3.04,2.73,2.83,2.51,模拟酸雨处理降低了北亚热带天然次生林土壤呼吸的温度敏感性.     

Throughfall and stemflow nutrient depositions to soil in a subtropical evergreen broad leaved forest in the Wuyi Mountains

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｏｕｒｃｅｏｆｎｕｔｒｉｅｎｔｉｎｐｕｔｔｏｆｏｒｅｓｔｅｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｙｗｈｅｒｅｒｏｃｋｗｅａｔｈｅｒｉｎｇｉｓｓｌｏｗ（Ｐａｒｋｅｒ，１９...     

典型气田土壤铁还原活性与微生物群落关系研究

由微生物驱动的土壤铁还原过程在铁的生物地球化学循环中起到重要作用,该过程还可与土壤重金属的转化及石油烃类有机污染物的降解等过程相偶联.油气田土壤常具有潜在有机污染物风险,本研究以重庆涪陵页岩气田的土壤（潜在烃类有机物污染风险）为对象,测定土壤铁还原活性（Iron Reducing Potential,IRP）,并利用Illumina Miseq测序解析其中的铁还原微生物类群,进而探讨IRP、土壤基本性质及微生物群落之间的关系.结果表明,该区域土壤铁还原菌群的优势菌门为厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）.与低IRP样品相比,高IRP样品中Pseudomonas、norank Peptococcaceae及Lentimicrobium等菌属具有较高的相对丰度.基于各样品OTU （Operational Taxonomic Unit）组成的PCoA （Principal Co-ordinates Analysis）分析表明,高、中及低IRP样品中铁还原菌群落结构差异显著（R²=0.25,p<0.01）,且一些分别属于Acetoanaerobium、Proteiniphilum、Petrimonas、Tessaracoccus及Exiguobacterium菌属中的OTUs在高IRP样品中显著上调.结构方程模型表明,铁还原微生物的群落结构是直接决定土壤IRP的主要因子,土壤氨氮及有效磷均可通过影响微生物群落结构来间接影响IRP,且氨氮还可通过直接影响有效磷来间接影响土壤IRP.本研究揭示了影响典型页岩气田土壤铁还原活性的关键因子及微生物机制,为进一步深入研究铁还原条件下土壤有机污染物去除的微生物机制打下基础.     

20世纪初以来沂蒙山区森林植被动态及其对气候变化的响应——基于遥感和树轮的研究

遥感能够直接反映植被生长信息,但目前观测时间较短;树轮资料可以弥补遥感手段的不足,但往往缺乏与植被生长状况（如植被生产力）的直接关联。已有研究往往计算不同植被指数指标和树轮指数的相关性,并基于此来重建长时间尺度的植被动态信息。但基于相关性所选取的指标在不同地区存在较大差异,不利于空间对比研究。以沂蒙山区为研究区,选取能够有效表征植被年初级生产力的生长季NDVI累积值指标,利用Bootstrap法建立了其与树轮宽度的关系,重建了20世纪初期以来植被动态时间序列,并分析了变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：沂山地区生长季NDVI累积值的多年平均值为7.36,低于蒙山和塔山地区;蒙山地区植被状况呈现好转趋势,特别是20世纪90年代之后植被好转趋势更加明显,而塔山和沂山地区植被无显著变化。小波分析结果表明研究区植被动态存在较显著的2 a、4 a或8 a尺度的周期变化,与生长季帕尔默干旱指数及平均温度的周期变化相一致,但干旱指数与植被动态具有更高的相关性。本研究综合运用树轮与遥感技术发展了长时间尺度植被动态时间序列重建方法,有助于更好地理解植被动态及其对气候变化的响应。     

基于退耕还林工程的生态环境质量动态变化研究—以云南兰坪县为例

2014年云南省怒江傈僳族自治州（简称怒江州）正式启动新一轮退耕还林还草工程,为探讨该轮退耕还林工程对怒江州兰坪白族普米族自治县（简称兰坪县）生态环境质量的影响,选择退耕还林工程实施前（2013年）、实施中（2017年）和实施末期（2020年）3个时间,基于遥感生态指数模型,选取绿度、干度、湿度和热度4个指标,运用主成分分析法对兰坪县2013—2020年的生态环境质量动态变化进行研究。结果表明：1）2013—2020年兰坪县生态环境质量处于上升趋势,中排乡、石登乡和河西乡的生态环境质量改善较为明显;2）2013—2020年,75%以上区域的生态环境质量等级保持不变,其他区域的生态环境质量等级呈小幅度变化,生态环境质量变好的区域面积要大于生态环境质量变差的区域面积;3）退耕还林斑块的生态环境质量提升程度要高于退耕还林2 km缓冲区以及整个研究区的生态环境质量提高程度,退耕还林工程对生态环境质量的改善具有显著影响,可通过进一步推进退耕还林工程来改善兰坪县的生态环境质量;4）研究区潜在的退耕区主要分布在中排乡、石登乡、营盘镇和兔峨乡4个乡镇,其可作为进一步退耕还林的重点区域。