三江平原典型沼泽湿地养分累积与沉积特征

研究了三江平原两类典型沼泽湿地(毛果苔草沼泽和芦苇沼泽)沉积物剖面有机碳、全氮、全磷和全硫的垂直分布规律,初步分析了三江平原湿地的沉积速率与沉积通量.结果表明,土壤有机碳、全氮、全磷和全硫在垂直方向上具有明显的分层和富聚现象,自上而下,有机碳的含量逐渐降低;全氮含量呈先增加后减少的分布趋势;毛果苔草沼泽全磷含量呈先减少后增加的"V"型分布,芦苇沼泽全磷含量逐渐降低;全硫的分布和有机碳的分布规律一致.相关性分析表明,全氮、全磷和全硫与有机碳之间呈极显著的正相关关系(P<0.01);有机碳与容重之间呈极显著的负相关关系(P<0.01).植被类型是影响沼泽湿地土壤有机碳、全氮、全磷和全硫的空间分布的主要因素之一.应用137Cs、210Pb测定沉积年代,并结合恒定放射性通量(CRS)模式推算年龄的结果表明,三江平原湿地平均沉积速率为0.33 cm·a-1,沉积通量为0.03～0.48 g·(cm2·a)-1,平均为0.29 g·(cm2·a)-1.     

三江平原多级沟渠系统沉积物中铁的分布特征

以三江平原典型多级沟渠系统(毛渠-农渠-斗渠-支渠-干渠)为对象,研究了其0～60 cm沉积物全铁含量的空间分布特征.结果表明,多级沟渠系统中沉积物的平均铁含量为(3.02±0.10)×104 mg·kg-1,各类型、各等级的沉积物铁含量具有极显著差异(F=6.261,p<0.001),最高值出现在农田斗渠(3.71×104 mg·kg-1)中,而最低值出现在湿地斗渠(2.43×104 mg·kg-1)中.整个多级沟渠系统沉积物各层的铁含量没有显著性差异(F=0.093,p=0.693),但与沟渠相邻湿地同深度土层的铁含量相比,沟渠沉积物0～10 cm层、10～20 cm层分别增加了51.96%、62.22%.铁虽然具有一定的可迁移性,其最大累积处仅能延伸到第三等级的斗渠中,而非逐级递增.由于湿地保护和气候干热化,现阶段本区含铁径流量有逐渐减少的趋势.沉积物各层铁含量沿沟渠类型和等级的递变揭示了铁输移的历史变迁.     

三江平原水田灌溉-排水过程中铁形态变化及输出贡献

采集三江平原农田灌溉地下水、稻田积水、渠系排水、土壤侧渗水,并采用切向超滤技术分离水体中不同形态铁,分析在灌溉排水及地下侧渗水中铁的迁移特征,并估算水田排水中铁的输出贡献.结果表明,在灌溉排水过程中,铁主要以低分子量形态和酸性不稳定形态迁移,地下水中Fe2+含量占可溶态铁的80.45%;地下水抽取到稻田后Fe2+含量显著降低,络合态铁含量升高,稻田积水中络合态铁占可溶态铁的75.50%;稻田积水排入渠系后,络合态铁中不稳定弱配位铁含量降低13.58%,其他铁形态变化不大.稻田积水通过地下侧渗进入渠系,随侧渗水体深度加深,Fe2+含量升高,络合态和胶体态铁含量降低,地下侧渗水向渠系水主要提供络合态和胶体态铁.三江平原湿地水田化改变了水体中铁的输出形态,同时,排水过程中铁的输出也对河流形成补给,水田灌溉排水过程可溶态铁的输出通量约为390kg.a-.1km-2,输出系数为0.186,灌溉-排水过程中残留在稻田土壤中铁的量约为1460kg.a-.1km-2,残留在排水渠系土壤中铁的量约为250kg.a-.1km-2,这对三江平原水土环境产生了深远影响.     

三江平原典型区地下水铁的动态变化

为揭示地下水铁的时间变异规律和影响机制,对三江平原典型区不同深度的地下水水位和铁开展了动态监测,分析了总铁含量和形态的季节变化特征及其与地下水位波动的关系。结果表明:地下水为中性偏弱酸、强还原性环境,铁在浅层和中层富集。地下水铁的动态变化和水位关系密切,随着地下水位的上升、下降,总铁含量和Fe2+质量浓度也随之增加或降低。浅层地下水对水位变化响应迅速,中层地下水存在滞后。地下水位的季节波动导致含水层氧化还原条件改变,影响了水岩体系中铁的迁移和转化。     

三江平原典型灌区井灌地下水中铁的随水迁移特征

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.结果表明,研究区地下水总铁质量浓度为(1.73±0.41)mg.L-1,最大值为11.4 mg.L-1,最小值0.01 mg.L-1,变异系数1.29%.根据2010年水稻种植面积和当地实行的每亩额定灌水量推算,从地下进入稻田和其它地表水体中的铁可达4 976.40 t.溶解性Fe2+、溶解性Fe3+、溶解性铁和总铁都具有明显的季节变化(6、7月较高),且沿水流方向以稻田积水中的含量较高.晒水池和稻田对地下水铁的富集效应明显,二者的总铁质量浓度分别达到地下水的6.17和21.65倍.晒水池沉积物的总铁含量显著高于稻田、农渠和干渠(浓江河).不同氧化铁形态中,仍以晒水池沉积物中各形态铁氧化物的含量较高,而稻田土壤、农渠和干渠沉积物之间没有显著性差异.三江平原典型灌区地下水中的铁通过井灌进入地表水体中,大部分被蓄积在晒水池和稻田中,仅有少部分随稻田退水进入沟渠网,并逐级沉淀在稻田和沟渠沉积物中.铁在随水迁移过程中除了总量变化外,还伴随着种类和形态的转化,这些变化直接受水稻灌溉管理方式的影响,具有明显的季节特征.长期井灌或将导致铁在稻田土壤和沟渠沉积物中的富集,具有潜在的污染风险.     

开垦利用对三江平原湿地土壤硫含量的影响

以三江平原典型类型湿地及不同开垦年限的耕地 (旱田 )为研究对象 ,对其土壤中总硫及各形态硫的含量变化进行分析 ,结果如下 :总硫、水溶性硫、吸附性硫、盐酸可溶性硫、盐酸挥发性硫及有机硫含量排序均为小叶章 (Calamagrostisangusti folia)草甸 <乌拉苔草 (Carexmeyeriana)沼泽 <毛果苔草 (Carexlasiocarpa)沼泽 ;湿地开垦为耕地后 ,除盐酸可溶性硫含量增加以外 ,其余硫组分的含量均有不同程度的降低 ;耕地土壤中总硫及有机硫含量随开垦年限的增加而下降 ,而无机硫各组分随开垦年限的增加变化量不大 .湿地开垦前土壤总硫量为 6 2 2 4mg kg ,湿地开垦 2 0年后 ,土壤总硫量降低为 16 8mg kg ,因此在人类活动的干预下湿地开垦后表现出由汇转化为源 ,由累积转化为分散的特征     

三江平原典型湿地类型土壤微生物特征与土壤养分的研究

为探讨不同湿地类型土壤微生物数量和酶活性的分布特征及其与土壤养分的关系,本研究选择了三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)的土壤为研究对象.结果表明4种湿地类型在0~30 cm土层内:1土壤有机碳、全氮和全磷均随土层深度的增加而减少,速效钾、速效磷和速效氮则未表现出有规律的变化,且不同湿地类型土壤养分含量差异显著.2土壤微生物数量为细菌放线菌真菌,3种微生物菌落数量均随土层深度的增加而减少.土壤微生物总数量以小叶章湿地最多,毛苔草湿地最少.3土壤蔗糖酶和纤维素酶活性均随土层深度的增加而减少,而土壤过氧化氢酶活性未表现出有规律的变化.小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地中3种酶活性显著性高于毛苔草湿地和芦苇湿地(P0.05).4相关性分析表明,土壤细菌、真菌和纤维素酶与土壤养分各指标均呈极显著或显著正相关,放线菌和蔗糖酶与速效钾、过氧化氢酶与速效钾、速效磷无显著相关性关系.因此,土壤微生物和酶活性是反映土壤养分状况的重要指标.     

不同水文情势下环形湿地土壤铁的时空分布特征

通过分季节原位采集三江平原环形湿地不同深度的土壤和土壤溶液,调查了土壤总铁的空间分布和土壤溶液中可溶性铁的时间变化,分析了水文情势对这种铁时空分异的影响.结果表明,环形湿地0～60 cm土层总铁的平均含量为（2.54±0.73）×10⁴mg·kg^-1,且随地表积水深度的增加由小叶章群落和乌拉苔草群落的（2.91±0.51）×10⁴ mg·kg^-1和（2.60±0.35）×10⁴mg·kg^-1逐渐下降到毛苔草和漂筏苔草群落的（2.48±0.31）×10⁴mg·kg^-1和（2.17 ± 0.31）×10⁴mg·kg^-1;常年积水土壤中铁的可溶性高于季节性积水土壤;从春季化冻开始,土壤溶液中的可溶性铁含量随积水时间的延长而逐渐增加,从6月的（0.35±0.086） mg·L^-1增加到10月上冻前的（12.67±2.92） mg·L^-1;以Fe³⁺/Fe²⁺表征的土壤还原性随积水深度或浸没时长的增加而增加;土壤溶液中的可溶性铁与pH、总有机碳、总氮和磷酸盐都具有显著或极显著相关,表明铁的分布还受土壤理化性质的影响,并与土壤碳、氮、磷的迁移转化相耦合.     

冻融交替处理下湿地土壤可溶性铁的动态变化研究

通过原位土柱模拟实验,对比研究了冻融交替下(-10℃冻结1d后5℃融化7d作为1个冻融周期,共5个周期,并以5℃恒温培养为对照)三江平原典型环形湿地土壤可溶性铁的动态变化.结果表明,冻融交替处理导致了环形湿地3种典型湿地土壤(毛苔草群落的腐殖质沼泽土、乌拉苔草群落的草甸沼泽土和小叶章群落的草甸白浆土)溶液中的pH和Eh在经过第1个冻融周期后大都先升高,而在后4个周期后再逐渐降低;在整个实验过程中冻融组的pH有84.4%低于对照,而Eh则有82.2%的高于对照;各土壤溶液中的可溶性铁都以Fe3+为主,而Fe3+的还原受到冻融交替处理的抑制,无论Fe2+、Fe3+或总铁(TFe)的含量大都低于对照,其中TFe从(1.25±0.16)mg·L-1减少到(0.62±0.08)mg·L-1;不同土类之间,腐殖质沼泽土的pH、Eh和可溶性铁含量变化趋势与草甸白浆土的变化趋势差异显著,处于过渡带的草甸沼泽土则在pH的变化趋势上更接近于草甸白浆土,而在Eh和可溶性铁含量的变化趋势上更接近于腐殖质沼泽土;各土类不同土层之间,冻融交替对湿地上层土壤的影响要小于深层土壤.     

一种生物铁氧化物对镉的吸附特性

本研究以一种铁细菌代谢形成的生物铁氧化物为研究对象,人工合成的无定形铁氧化物作为对照,分析了这种生物铁氧化物对镉的吸附动力学和吸附热力学特性,为该生物铁氧化物在重金属废水处理中的应用提供科学依据。从吸附去除率看,Cd初始浓度为0.75 mg/L,生物铁氧化物在吸附平衡状态下对Cd的吸附去除率为95.75%,高于人工合成无定形铁氧化物。生物铁氧化物对Cd的吸附动力学符合准二级动力学方程,相关系数高达0.99,对Cd吸附动力学特征为快速吸附、稳定吸附、吸附平衡,在开始快速吸附5 h后基本达到稳定吸附阶段,48 h后达到吸附平衡。生物铁氧化物对Cd的吸附符合Langmuir吸附方程,相关系数R20.9。根据Langmuir方程,Cd的最大吸附量分别为13.53 mg/g。研究结果表明:该生物铁氧化物对Cd具有显著的吸附性能,在含镉废水的处理方面具有应用潜力。     

三江平原河水中铁的形态研究

采集三江平原河流(主要河流和沼泽性河流)水体,利用切向超滤和玻璃纤维滤膜技术分离铁的形态,研究了三江平原河水中铁的含量、形态和潜在络合竞争能力,以揭示湿地开垦对铁形态和输出通量的影响.结果表明,含有丰富有机质的典型沼泽性河流中可溶铁和酸性不稳定铁平均含量高达1.16和0.81 mg.L-1,是主要河流铁的重要补给来源,主要输送络合态铁(占可溶铁70.9%)和离子态铁(占可溶铁9.3%).河流中可溶态铁均以低分子量铁为主要迁移形态,在主要河流中低分子量铁占可溶态铁的68.7%,含量为0.13 mg.L-1,在典型沼泽性河流中占可溶态铁的82.2%,含量为0.88 mg.L-1;典型性河流中Fe3+含量是主要河流的3.1倍,Fe2+含量相差不大.通过菲咯嗪的配位竞争实验发现,络合态和胶体态铁中也存在Fe(Ⅱ)的结合形态;在典型沼泽性河流中,络合态铁具有更高的潜在络合竞争能力,更容易形成稳定不易分解的络合态铁.因此,三江平原湿地开垦导致沼泽性河流铁输出的减少,稳定络合态铁输出的减少直接影响铁的迁移距离,对近海铁的输送产生巨大影响.     

三江平原湿地生态环境状况研究

采用微观监测和宏观监测相结合的方式,对三江平原湿地类型与面积、湿地水质、生物多样性进行了研究,并分析近5年内湿地景观的变化情况。结果显示:三江平原湿地以沼泽湿地为主,部分地区湿地水质受到污染,主要污染物为高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮和石油类;湿地生物多样性丰富;2004～2009年,三江平原各类湿地面积变化很小。     

三江平原生态环境状况研究

以三江平原各县（市）为研究基本单元,运用生态综合指数法对其生态环境状况进行评价,分析各县（市）生态环境状况。结果表明：三江平原各县（市）生态环境状况分为＂优＂、＂良＂和＂一般＂三个级别。＂优＂类的县（市）共3个,占全区面积的15.96%;＂良＂类的县（市）共19个,占全区面积的82.36%;＂一般＂类的县（市）1个,占全区面积的1.68%。     

近年来三江平原生态环境变化研究

文章以县（市）为研究单元,基于2004年和2010年的遥感监测数据和调查数据,运用生态综合指数法,从生态环境状况、土地利用／覆被、生物丰度、植被覆盖、水网密度、环境质量6方面分析三江平原生态环境的变化并探究驱动力。结果显示：（1）三江平原各县（市）生态环境指数变化量为-0．50～2．48,属于无明显变化和略有变化两个级别,其中友谊县生态环境略微变好,其余县（市）生态环境状况无明显变化。（2）三江平原林地、草地、沼泽地面积仍在减少,旱地改水田现象增加,水田面积大幅度增加。土地覆被类型变化的差异使得各县（市）生态环境走向存在差异。（3）水资源量增加是三江平原生态环境状况趋好的主要原因。（4）COD年排放量的变化决定三江平原各县（市）环境污染负荷的增减。     

三江平原露水资源研究

研究了三江平原露日的变化特征,并对沼泽地毛果苔草(Carexlasiocarpa)群落和大豆地中露水的凝结进行了实地观测。结果表明:三江平原露水出现频率较高的季节是夏秋季(6～9月),露水凝结量最多的月份是9月;近12年来,年露日在66～108d,平均为95.42d;7～9月大豆地地面的露水凝结量明显高于沼泽地地面,而5～6、10月低于沼泽地地面;沼泽地中冠层的露水凝结量最多,地面上的露水量略低于顶层,而大豆地中露水凝结量的垂直差异不明显;2003年沼泽地、大豆地单位土地面积上实际凝结的露水量为20.68、19.46mm,分别占同期降雨量的5.05%、4.75%。露水在一定程度上弥补了干季降雨的不足,是影响水量平衡的重要因子。