运用碳氮稳定同位素技术探究中华绒螯蟹与无齿螳臂相手蟹的营养生态位特征

为进一步保护中华绒螯蟹栖息地和种质资源,科学评估长江蟹类的营养关系及资源的可持续开发利用,运用稳定同位素技术分析了在长江靖江、新开沙及狼山沙3个采集区域的中华绒螯蟹和无齿螳臂相手蟹的稳定同位素特征,并根据δ13C、δ15N值分析二者的生态宽幅及营养生态位面积。结果表明：中华绒螯蟹与无齿螳臂相手蟹的δ13C、δ15N值差异均具有统计学意义（P＜0.05）。中华绒螯蟹的δ13C值频率分布相对集中在-25.00‰~-23.00‰;无齿螳臂相手蟹的δ13C值频率分布相对集中在-26.00‰~-24.00‰,表明两种蟹均对某种饵料生物有所偏好,且中华绒螯蟹的δ13C值频率分布范围大于无齿螳臂相手蟹,表明其食物来源更广。中华绒螯蟹与无齿螳臂相手蟹的营养生态位存在重叠,表明二者存在饵料竞争关系。其中靖江江段两种蟹的营养生态位重叠程度最大,表明二者在靖江江段食物竞争最激烈。中华绒螯蟹的δ13C值变幅(CR)、δ15N值变幅(NR)及营养生态位总面积(Ta)均大于无齿螳臂相手蟹,说明中华绒螯蟹对于饵料资源的竞争能力更强。     

扬子江城市群土地利用时空变化及其对陆地生态系统碳储量的影响

扬子江城市群是江苏省城市化进程最快,土地利用变化最明显的区域。研究该地区地利用变化及其对陆地生态系统有机碳储量的影响,对江苏省低碳土地利用研究具有重要意义。该文利用五期30 m土地利用栅格数据、土壤样点数据、林地植被清查数据、农作物数据以及经验数据,分析了1995～2015年扬子江城市群土地利用时空变化、核算了其对有机碳储量的影响。主要结果如下:(1) 1995～2015年间,扬子江城市群约有15. 90%的土地发生了转移,其中,耕地作为主要的转出者,建设用地作为主要的转入者,耕地转移为建设用地的面积约为4 161. 78 km~2,占扬子江城市群耕地转出面积的85. 86%,是主要的土地转移类型;(2) 1995～2015年间,由于土地利用类型转移变化,扬子江城市群有机碳储量总量减少了472. 63×10~4t,其中土壤有机碳储量总量增加110. 28×10~4t,植被碳储量总量减少582. 91×10~4t;(3)建设用地占用耕地是区域有机碳储量减少的主要原因,导致有机碳储量减少406. 40×10~4t,占整个区域有机碳储量减少总量的85. 99%;(4)未来扬子江城市群可通过增加生态用地、控制建设用地、优化土地利用结构,提高区域碳储量,减少对陆地生态系统碳平衡的扰动。     

潮汐循环影响下上覆水环境因子和氮营养盐的变化及其相关关系

潮汐循环对水体理化特征的短期影响是潮汐河口各种理化参数变化的一个重要原因.通过崇明东旺沙堤外低潮滩和东海农场低潮滩采样及环境因子分析,发现崇明东滩各环境因子之间(除浊度外)相关性较好,均呈宽 "U"型变化;东海农场各环境因子之间相关性较差,变化不一致,且盐度、电导率变化与崇明东滩变化相反;受潮汐循环影响,崇明东滩涨潮初期各形态氮有明显释放过程,而东海农场的近底层水体在涨潮初期NH4 -N急剧下降,NOX--N缓慢下降;无论是在崇明东滩还是在东海农场,营养盐浓度受环境因子的共同影响,整个潮汐循环过程中总无机氮(TIN)与盐度呈显著线性负相关,这与整个长江口近岸水体的营养盐负荷相一致,长江上游淡水带来的高负荷营养盐流经河口进入海洋.     

基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

潮汐循环影响下上覆水环境因子和氮营养盐的变化及其相关关系

潮汐循环对水体理化特征的短期影响是潮汐河口各种理化参数变化的一个重要原因。通过崇明东旺沙堤外低潮滩和东海农场低潮滩采样及环境因子分析，发现崇明东滩各环境因子之间（除浊度外）相关性较好，均呈宽 “U”型变化；东海农场各环境因子之间相关性较差，变化不一致，且盐度、电导率变化与崇明东滩变化相反；受潮汐循环影响，崇明东滩涨潮初期各形态氮有明显释放过程，而东海农场的近底层水体在涨潮初期NH4+ N急剧下降，NOX- N缓慢下降；无论是在崇明东滩还是在东海农场，营养盐浓度受环境因子的共同影响，整个潮汐循环过程中总无机氮（TIN）与盐度呈显著线性负相关，这与整个长江口近岸水体的营养盐负荷相一致，长江上游淡水带来的高负荷营养盐流经河口进入海洋。     

石漠化区生态治理措施对土壤团聚体稳定性及有机碳的影响

探究石漠化环境不同生态恢复措施下土壤团聚体粒径组成、稳定性水平及有机碳变化特征,为石漠化生态治理模式优化配置提供理论依据.以农耕地为对照,选择石漠化治理中具有代表性的人工核桃林、黑麦草地、刺梨地和天然恢复的灌草地为研究对象,分析不同恢复环境中0～20 cm土层土壤团聚体稳定性及其有机碳储量变化.结果 表明:相比农耕地,核桃、黑麦草和天然灌草样地内水稳定性大团聚体含量增加,微团聚体含量减少,灌草地和核桃林地团聚体MWD、GMD分别显著高于农耕地,表明利用方式转变为灌草地和核桃林后团聚体稳定性提高,土壤结构得到改善.农耕地利用方式转变后,人工核桃林、黑麦草地和天然灌草地各级团聚体有机碳含量及储量增加,其中以灌草地尤为明显,同时核桃林、黑麦草地和天然灌草地三者有机碳储量增量主要源于＞5和2～5 mm两个粒级团聚体贡献.总体而言,相比人工林草治理措施,天然灌草地在增强土壤团聚结构稳定性和促进有机碳积累方面更优.     

保护性耕作下蚕豆生育期土壤有机碳、氮含量变化与分布特征

为研究西南紫色土丘陵区坡耕地长期保护性耕作下旱作蚕豆不同生育时期农田土壤有机碳、氮相关组分分布特征,进而优化保护性耕作措施、改善土壤肥力。试验采用传统耕作、垄作、传统耕作+秸秆半量覆盖、垄作+秸秆半量覆盖、传统耕作+秸秆全量覆盖、垄作+秸秆全量覆盖6个处理。结果表明:在不同处理下,土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)、活性有机碳(AOC)、颗粒有机碳(POC)、水溶性氮(DN)的含量分布均表现出0～1010～20 cm土层,且随时间变化整体波动均不大。蚕豆生育期内,无秸秆覆盖条件下,垄作较平作提高了土壤总有机碳、土壤全氮、活性有机碳和颗粒有机碳的含量,但在秸秆覆盖条件下,垄作却降低了土壤总有机碳和颗粒有机碳的含量,且随着秸秆覆盖量的增加土壤颗粒有机碳和活性有机碳含量下降。同时,无论平作或垄作,秸秆覆盖较无秸秆覆盖均有利于土壤总有机碳、土壤全氮、活性有机碳和颗粒有机碳含量的提升。相关性分析表明,TOC与TN、DN、AOC之间呈显著正相关,TN与POC、DN、AOC之间呈显著正相关,POC仅表现出与DOC显著正相关,DOC与DN呈极显著正相关,DN则与AOC为极显著正相关关系。总之,单一垄作措施或秸秆覆盖能更有利于改善土壤碳、氮状况,且土壤有机碳、氮不同组分之间存在一定的耦合关系。     

宝天曼自然保护区土壤有机碳异质性及其影响因素

自然界中,土壤碳库对于维持生态系统碳平衡起决定性作用,而土壤有机碳又是碳库中不可或缺的一员,研究土壤有机碳对于全球生态系统碳平衡具有十分重大的意义。因此,基于宝天曼土壤有机碳实测数据并运用半方差函数、克里格插值分析山地土壤有机碳垂直性特征及空间分异程度,利用地理探测器对影响土壤有机碳分布的环境因子进行相关分析,结果表明:(1)宝天曼土壤有机碳介于0.31～7.7 g/kg,属于较低水平,最高值(7.70 g/kg)出现在北坡987 m处;(2)不同土层深度的半方差函数模型不同,0～20和40～60 cm对高斯模型拟合效果更明显、20～40 cm对球状模型拟合效果较好,而线性模型对于60～80和80～100 cm土层深度拟合效果较佳,克里格插值表明0～20和20～40 cm空间分异特征相似,呈西南向东北增加的趋势,而40～60 cm土壤有机碳空间分异呈现东北高、西南低;(3)宝天曼不同土层深度受单个环境因子影响程度不同,解释力介于0.127～0.407,其中NDVI对0～20 cm土壤有机碳解释力最显著(0.407)、高程对40～60 cm土壤有机碳解释力最高(0.373),交互探测结果表明NDVI与坡度解释力最高、高程与其他因子交互探测后解释力显著增大,表明宝天曼土壤有机碳受多种环境因子共同影响,而非单一因素起决定性作用。     

红壤丘陵区土壤有机碳储量模拟

土壤的有机碳蓄积量及其动态变化,不仅是维持农业生产可持续发展的重要因素,而且在全球变化碳循环研究中具有重要地位.本文基于GIS技术和DNDC模型,以江西省余江县为例,模拟研究了典型红壤丘陵区不同土地利用方式下的土壤有机碳储量及其变化.结果表明:余江县表层土壤有机碳储量为3.52×109 kg,平均土壤有机碳密度为4.24 kg m-2.不同利用方式中,灌溉水田的土壤有机碳密度最高,其次是望天田、园地、林地和菜地,旱地的较低,草地的最低.该县土壤有机碳库的年度变化量为8.63×107 kg, 变化率为+2.45%.土壤有机碳密度下降的地区多位于农田区内,特别是旱地,部分灌溉水田的碳密度略有增加,林地、园地、草地的土壤有机碳密度是增加的,其中园地的增幅最大.在不考虑土壤流失的情况下,自然植被覆盖下的土壤碳截留能力强于农业植被下的土壤,但是灌溉、施肥、种植绿肥等保护性农业措施可以减少土壤碳的损失,甚至增加有机碳的储量.     

不同种植方式对稻茬紫云英的生长及土壤养分的影响

研究绿肥作物种植方式对其生长状况及土壤特性的影响，可为长江下游农区“水稻(Oryza sativa L.)—绿肥作物”轮作模式下如何以草增粮提供科学依据。于2018~2019年在江苏省昆山市采用套播留茬、浅旋直播、板茬直播3种种植方式，研究不同绿肥种植方式对自身群体基础、越冬稳定性、生育进程、主要形态指标、产草量及还田后土壤养分动态的影响。结果表明，相同播种量水平下，浅旋直播的群体起点最高，为58.29万基本苗/hm ²；越冬稳定性以套播留茬方式最高，越冬率为94.3%。不同种植方式下生育进程递进规律总体一致，主要影响绿肥作物的营养生长期，套播留茬方式的营养生长期最长（122 d），比最短的浅旋直播方式高出20 d。套播留茬方式下的株高、茎粗及其他主要形态指标明显高出其他两种方式。套播留茬方式的鲜草产量最高，浅旋直播方式居中，板茬直播方式最低，且均超过30 000 kg·hm^-2。翻压还田后，3种方式下土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾等土壤养分含量均有一定的增加，其中套播留茬方式增加幅度最高。     

鄱阳湖湿地土壤有机碳空间分布及其影响因素

湿地土壤有机碳是联系湿地系统内外部物质循环的重要纽带,在湿地生态系统和全球碳循环中起着重要作用。鄱阳湖作为长江中下游大型通江湖泊,其湿地系统内部的土壤有机碳的循环和转换,对于区域甚至全球的碳格局和碳平衡都具有重要意义。通过系统调查与样品采集分析,探讨了鄱阳湖土壤有机碳的空间分布格局及其与土壤性状、植被以及高程等要素的关系。结果表明：(1)鄱阳湖湿地土壤有机碳平均含量为4.38%。在主湖区中部偏北以及南部湖湾区含量较高,在北部入江通道含量最低;河口冲积洲滩和碟形湖的有机碳含量明显高于河道;(2)基于地理加权回归(GWR)模型,总氮、总磷、含水率、高程和植被归一化指数(NDVI)整体上解释了鄱阳湖湿地土壤有机碳35.28%的变化(整体R²=0.35)。局部R²值东南高,西北低,并且碟形湖和洲滩的局部R²值明显高于河道(p<0.01);(3)不同因子对于有机碳的影响的强弱程度在不同区域呈现出不同特征。总氮和有机碳之间的联系在西部湖区较强,在河道以及洲滩上较强;总磷在湖区东南部和西北部均较强,在洲滩和碟形湖中影响力较强;含...     

基于碳稳定同位素的滨岸草地生态系统土壤有机碳贡献研究

通过测定4种长三角地区常见的滨岸草本植物（百慕大、白花三叶草、高羊茅与白茅）所在样地中不同形态的土壤碳库含量及土壤有机碳稳定同位素丰度来探索该区域土壤碳库及碳稳定同位素分布特征,并利用稳定同位素混合模型,研究滨岸草地生态系统对土壤碳库的贡献。结果表明：（1）土壤中总碳、有机碳、溶解性有机碳含量随着深度的增加而逐渐降低。总碳、有机碳、溶解性有机碳在4种植物样带的表层土壤中,平均含量分别为2211、1144、5395 mg·kg-1;而深层土壤中则仅为1557、707、1947 mg·kg-1,远低于表层土壤中的含量。且土壤总碳、有机碳及溶解性有机碳两两之间存在极显著的正线性相关;（2）土壤有机碳稳定同位素在垂直方向上表现出C3植物δ13C值随深度增大而增大、C4植物δ13C值随深度增大而减小两种特征。两类植物的平均土壤有机稳定碳同位素δ13C值分别由表层土壤中的-2524‰、-2233‰变化为深层土壤中的-2435‰、-2327‰;（3）借助稳定同位素混合模型计算后发现：不同植物对土壤有机碳的贡献率及有机碳累积速率完全不同。其中百慕大贡献率为1219%、累积速率为6279 g·m-2·a-1;白花三叶草贡献率1434%、累积速率为7534 g·m-2·a-1;高羊茅贡献率为3595%、累积速率为18184 g·m-2·a-1;白茅贡献率为1851%、累积速率为9770 g·m-2·a-1。     

盐沼枯落物碳氮和有色溶解有机物淋溶过程研究

盐沼枯落物的短期淋溶过程对东滩沿岸的水质有重要影响.采用东滩3种典型盐沼植物的茎和叶的枯落物为材料进行为期48h的室内浸泡模拟实验.利用有机碳探测分析仪测定不同时间的可溶性有机碳(DOC)和总可溶性氮(TDN)浓度然后转换为累积释放量,通过紫外可见光光谱参数表征有色溶解有机物(CDOM)浓度,结合三维荧光光谱(EEMs)和平行因子(PARAFAC)分析推断CDOM的荧光组分的变化特征.结果 表明在淋溶释放的最初48 h,DOC、TDN、CDOM、两个类腐殖质荧光组分和两个类蛋白荧光组分的释放过程呈对数曲线状,最初8h增长迅速,8～48 h则增幅减缓或出现小幅下降趋势.不同种类的植物以及同种植物的不同部位的初始基质对枯落物的DOC和TDN释放量有显著影响.TDN最大累积释放量与初始基质有机碳和氮含量呈显著的正相关.枯物体中的氮比有机碳更容易淋失.各个荧光组分的贡献率变化不大,但不同植物种类之间存在显著差异,由此可以推断枯落物的初期淋溶以物理性过程为主.我们的研究结果表明,盐沼枯落物的淋溶对潮滩水水质有着显著的影响.     

江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应

运用地统计学、地理信息系统、方差分析和回归分析相结合的方法,研究江西省不同地貌单元耕地土壤有机碳空间变异的尺度效应,尺度分为省域尺度、完整地貌单元尺度和完整地貌单元相对应的县域尺度。结果表明：(1)不同尺度下耕地土壤有机碳均值差异显著,变异系数基本不变;(2)从县域尺度到地貌单元尺度再到省域尺度,块金效应值和空间自相关距离呈增大趋势;(3)不同尺度土壤有机碳空间分布级别和面积比例差异明显,小尺度插值图信息更丰富;(4)方差分析和回归分析结果表明秸秆还田、成土母质、土壤类型、高程和土壤侵蚀对土壤有机碳空间变异存在显著影响,但不同尺度下影响程度有所差异。秸秆还田和土壤类型对土壤有机碳空间变异的影响不存在尺度效应,成土母质、高程和土壤侵蚀对其影响存在尺度效应。结果可为详细地理解不同尺度下土壤有机碳空间变异及估测土壤有机碳密度提供一定的参考依据。