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.     

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.     

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     

三江平原湿地汞的地球化学特征

三江平原典型湿地土壤、植物、地表水中的总汞含量较高，表层土壤汞含量平均为88．4ng/g，高于本地区耕地土壤，并具有从上到下逐渐减少的趋势；在草根层和泥炭层土壤中，总汞含量为毛果苔草沼泽＞乌拉苔草沼泽＞小叶樟沼泽，与积水条件一致；湿地开垦以后总汞含量明显减少，耕地土壤在开垦初期降低速率很快。湿地植物汞含量较高，湿地水中的总汞含量春季为58．4－131．6ng/L。初步认为三江平原湿地汞的主要来源为大气沉降，湿地是河流和水库中汞的重要来源，人类活动增强了湿地中汞的迁移。     

三江平原土地利用方式变化对土壤锰形态影响

在充分调查三江平原不同土地利用方式下土壤中锰含量及其形态分布特征的基础上,探讨了环境因子与土壤中不同锰形态的关系,以揭示锰形态变化对土地利用变化改变的响应.湿地土壤中总锰(Mntot)含量处于较低水平.不同土地利用方式下,林地土壤中Mntot要高于湿地和农田.湿地垦殖为旱田,土壤Mntot有增加趋势;湿地垦殖为水田,土壤Mntot有减少趋势.三江平原土壤中锰主要以残渣态(Mnres)和可还原态(Mnred)为主,可交换态(Mnext)与可氧化态锰(Mnoxi)含量次之.湿地、旱田及水稻田这3种土地利用方式下,土壤中可氧化态锰含量占总锰比例差异显著.湿地垦殖方向不同,对土壤中可氧化态锰影响最大.三江平原土壤中Mntot及不同锰形态含量主要受到土壤中S、pH、DOC这3种环境因子影响.     

泗河水系沉积物磷的存在形态及其空间分布特征

基于对南水北调东线工程典型河流——泗河水系表层与柱状沉积物中磷的含量、存在形态和空间分布特征进行研究的基础上,进一步探讨了总磷（TP）及各形态磷与沉积物基本理化性质之间的关系和生态学意义.运用连续提取法将沉积物中的磷划分为可溶态或弱吸附态磷（S/L-P）、铝结合态磷（Al-P）、铁结合态磷（Fe-P）、还原态磷（RS-P）、钙结合态磷（Ca-P）和残渣态磷（RES-P）.结果表明,泗河水系表层沉积物ω（TP）为421.84～1 188.65 mg·kg^-1; 6种磷的形态中,含量最高的是Ca-P,占TP的40%以上;其次为Fe-P,占TP的20%以上;含量最低的是S/L-P,仅占TP的0.4%左右;河流下游表层沉积物中TP及各形态磷的含量普遍高于上游,这可能与下游附近城区工业废水和生活污水的大量排入有关.沉积物剖面TP含量上层样品中呈明显高于下层,说明近年来泗河水体磷污染呈加剧趋势;沉积物剖面各形态磷中Ca-P所占质量分数最大,其次是RES-P.相关性分析结果表明,表层沉积物中Fe与Fe-P、 Al与Al-P、 Ca与Ca-P和TOC与RS-P之间呈显著相关性;而...     

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.     

三江平原沼泽湿地垦殖对蒸散量的影响

三江平原沼泽湿地大面积垦殖已对区域生态环境产生了明显影响.2005～2007年每年5～10月利用涡度相关系统对三江平原典型沼泽湿地、水稻和大豆田进行了观测,目的是阐明沼泽湿地垦殖为农田对地表水分蒸散的影响.结果表明,沼泽湿地垦殖前后潜热通量日变化均表现为单峰变化特征,但其最大值当湿地垦殖为水稻田后增加了14%～130%,当垦殖为大豆地后在2006年增加了3%～77%,而在2005年和2007年发生干旱时降低了25%～40%.植被叶面积指数差异是造成不同系统潜热通量日变化差异的主要原因.沼泽湿地垦殖为农田没有改变潜热通量的季节变化趋势,但是当垦殖为水稻田后潜热通量明显增加,5～10月水稻田日平均潜热通量较沼泽湿地增加了38%～53%,这主要是由于净辐射和叶面积指数增加所致.相比之下沼泽湿地垦殖为大豆地后潜热通量的变化与降水密切相关,土壤水分亏缺时降水量是控制大豆地水分蒸散的主要因子,这导致干旱的2005年和2007年大豆地日平均潜热通量较沼泽湿地减小了11%～17%,而在降水充沛的2006年大豆地蒸散量较沼泽湿地蒸散量增加了22%.生长季(6～9月)内水稻田总蒸散量较沼泽湿地增加了24%～51%,大豆地总蒸散量在2005年和2007年较沼泽湿地减少了19%～23%,而在2006年增加了19%.总之,三江平原沼泽湿地开垦种植水稻或大豆蒸散量发生明显变化.稻田潜热通量高于湿地;大豆田潜热通量在降水充沛的年份高于湿地,但在干旱年份则低于湿地.这与净辐射、叶面积指数和降水量等蒸散量主控因子的改变密切相关.     

三江平原湿地沉积物有机碳与水分的关系

研究了三江平原开垦湿地和3类典型天然湿地(泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸)沉积物剖面有机碳和水分含量特征,分析了湿地沉积物有机碳和水分含量的关系.结果表明:4类湿地沉积物储碳层厚度,剖面有机碳和水分含量存在明显的差异.其同一类型湿地沉积物剖面有机碳与水分含量之间为极显著(p<0.01)相关关系.通过探讨湿地沉积物有机碳和水分的关系,阐明了湿地生态环境功能的演变趋势.研究结果进一步说明了加强湿地的保护和湿地恢复,可以缓解由大气CO₂浓度升高所引起的全球气候变化.     

盐分和淹水增加对河口潮汐淡水沼泽湿地土壤磷形态和磷酸酶活性的影响

选取中国东南沿海闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤作为研究对象,研究不同盐分(淡水对照、低盐处理、高盐处理)和不同淹水(CK、CK+15 cm、CK+30 cm)交互处理对土壤磷形态和磷酸酶活性的影响.结果表明,在闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤中,无机磷是土壤总磷的主要赋存形态,约占总磷含量的68%~82%,有机磷含量约占总磷的18%~32%.无机磷以铁铝结合态磷为主(60%~66%),其次为钙结合态磷和闭蓄态磷.淹水处理对磷的总量和形态的影响有限,盐分变化对磷的总量和形态影响显著.低盐处理可增加铁铝结合态磷、闭蓄态磷含量及碱性磷酸酶活性,而高盐处理则对它们表现出抑制作用.随着盐分的增加,土壤总磷含量逐渐降低,土壤中钙结合态磷含量和磷酸盐含量将逐渐升高.相关分析表明,有机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈负相关,无机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈正相关.当盐分由淡水变化至低盐时,土壤磷的形态主要由有机磷向无机磷转化;而当盐分由低盐变化至高盐时,无机磷占比降低,有机磷占比增加.研究结果表明,碱性磷酸酶活性在磷形态对盐分和淹水的响应中发挥着重要作用.     

Temporal variability of iron concentrations and fractions in wetland waters in Sanjiang Plain, Northeast China

Chemical forms, reactivities and transformation of iron fractions in marshy waters were investigated with cross-flow filtration technique to study the iron environmental behavior. Iron fractions were divided into four parts: acid-labile iron (pre-acidification of unfiltered marshy water samples, 0.7 μm), high-molecular-weight iron (0.7-0.05 μm), medium-molecular-weight iron (0.05-0.01 μm), and low-molecular-weight iron ( 0.01 μm). The cross-flow filtration suggested that iron primarily exist in both the 0.7 μm and 0.01 μm size fractions in marshy waters. Rainfall is the key for rain-fed wetland to determine fate of iron by changing the aquatic biochemical conditions. By monitoring the variation of iron concentrations and fractions over three years, it was found that dissolved iron and acid-labile iron concentrations exhibit a large variation extent under different annual rainfalls from 2006 to 2008. The seasonal variation for iron species proved that the surface temperature could control some conversion reactions of iron in marshy waters. Low- molecular-weight iron would convert to acid-labile iron gradually with temperature decreasing. The photochemical reactions of iron fractions, especially low-molecular-weight iron had occurred under solar irradiation. The relative proportion of low-molecular-weight in total dissolved iron ranging from 28.3% to 43.2% were found during the day time, which proved that the observed decreasing concentration of acid lability iron was caused by its degradation to low molecular weight iron.     

三江平原湿地的生态保护与修复

三江平原是中国最大的平原沼泽分布区,从二十世纪七十年代中后期国家开始对三江平原进行多次大规模的开垦,这些开垦基本上是天然湿地,从而导致了土地退化和生态环境恶化,使湿地的面积不但减少,其功能不断退化,引起一系列生态环境问题。因此,积极采取措施保护现有的湿地,开展受损湿地的生态恢复,战缓和消除导致温地退化因素的影响,实现三江平原湿地资源的可持续利用、人与自然和谐相处,是湿地生态保护和修复的目标。     

沟渠化对三江平原湿地铁元素沉积过程的影响

沟渠化是湿地垦殖的标志性过程和景观.在三江平原洪河国家级自然保护区附近选择了一个典型四级排水沟渠系统,沿等级在沟渠底部布设沉积板,并以附近的河漫滩天然湿地为对照,连续两年定量采集了不同级别沟渠和天然湿地中的当年沉积物,分别计算了沉积通量和沉积物中的铁元素及其氧化物和生源要素含量.结果表明,各等级沟渠的枯落物、泥沙和总沉积通量都没有显著性差异,其均值分别为(57.00±16.90)、(3 997.57±798.98)和(4 054.57±792.91)g·(m2·a)-1,其中枯落物所占比例随沟渠等级增加而逐渐降低;天然湿地的枯落物沉积通量[(120.26±19.42)g·(m2·a)-1]显著高于沟渠,而泥沙[(35.41±11.15)g·(m2·a)-1]和总沉积通量[(155.67±20.75)g·(m2·a)-1]则显著低于沟渠;各级沟渠和天然湿地沉积物中的总铁含量没有显著性差异,但游离态铁含量显著低于天然湿地;农渠、斗渠和支渠沉积物的无定形铁和络合态铁含量都与天然湿地接近,且都高于干渠沉积物;各级沟渠沉积物中铁氧化物的游离度为天然湿地的60.2%,而络合度和活化度都没有显著性差异;各级沟渠沉积物中的总有机碳、总氮和总磷含量都没有显著差异,但都低于天然湿地,分别为天然湿地的14.6%、31.6%和41.0%.三江平原湿地垦殖形成的沟渠化对天然湿地的铁和生源要素沉积产生了显著影响,合理的农田用水管理才能避免由此带来的环境生态风险.     

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.     

土壤碳储存功能价值评估方法探讨——以三江平原湿地土壤为例

天然湿地土壤具有碳储存的功能,能够减缓全球气候变化。以三江平原湿地土壤为例,提出储碳功能价值评估方法的分类体系,介绍了不同方法的基本原理、适用条件和局限性,并根据理论上的合理性、方法上的简便可行性、现实的不确定性以及对于当地的适用性等原则对各种方法进行评价和排序,试图从多种货币化方法的评价结果中找到一个比较合理的单位储碳价值量取值范围,用来估算湿地土壤的储碳价值。评价对单位储碳功能的价值估算取5～25US＄/t碳,三江平原湿地土壤储碳总价值为31.0×108～155.2×108US＄,农业开发造成的湿地储碳功能的经济损失为10.8×108～53.8×108US＄,平均每年每hm₂的碳损失约为4.3～21.5US＄。     

三江平原挠力河流域湿地生态特征变化研究

经过近半个世纪的垦荒,挠力河流域湿地生态特征发生了明显的改变,大量湿地被垦殖,湿地面积逐年减少;湿地资源的破坏,造成环境污染严重,土壤有机质含量大大降低;土地沙化、盐碱化面积不断扩大;灾害性气候发生频率增加;动植物等多样性资源急剧减少。挠力河流域作为“北大荒”的重要组成部分,生态环境的剧烈变化也就很具有代表性了。伴随着新千年“北大荒”停止一切垦殖湿地、草地和林地的措施出台,挠力河流域也迎来了退耕还林、还牧、还湿的调整时期。     

Flux characteristics of total dissolved iron and its species during extreme rainfall event in the midstream of the Heilongjiang River

The occurrence of extreme rainfall events and associated flooding has been enhanced due to climate changes, and is thought to influence the flux of total dissolved iron(TDI) in rivers considerably. Since TDI is a controlling factor in primary productivity in marine ecosystems, alteration of riverine TDI input to the ocean may lead to climate change via its effect on biological productivity. During an extreme rainfall event that arose in northeastern China in 2013, water samples were collected in the midstream of the Heilongjiang River to analyze the concentration and species of TDI as well as other basic parameters. The speciation of TDI was surveyed by filtration and ultrafiltration methods.Compared with data monitored from 2007 to 2012, the concentration of TDI increased significantly during this event, with an average concentration of 1.11 mg/L, and the estimated TDI flux reached 1.2 × 105 tons, equaling the average annual TDI flux level.Species analysis revealed that low-molecular-weight complexed iron was the dominant species, and the impulse of TDI flux could probably be attributed to the hydrological connection to riparian wetlands and iron-rich terrestrial runoff. Moreover, dissolved organic matter played a key role in the flux, species and bioavailability of TDI. In addition,there is a possibility that the rising TDI flux could further influence the transport and cycling of nutrients and related ecological processes in the river, estuary coupled with the coastal ecosystems, which merits closer attention in the future.