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。     

土壤酸化-植被生产力空间信息模型构建及贵州典型森林对酸沉降的生态效应响应

将遥感数据驱动的土壤水平衡模型、植被生产力光能利用率模型与基于过程的土壤酸化模型、营养元素循环模型相耦合,建立森林土壤酸化-植被生产力空间信息模型,定量表达土壤和土壤水离子浓度、植被生产力、营养元素循环空间分异.将模型模块化,耦合于自主开发的EcoHAT系统(Ecohydrolgy Assessment Tools),并以贵州典型森林群落为研究对象,运用模型对群落土壤化学性质、植被生产力和营养元素生物循环的关键过程的时空演变模式进行了模拟和研究,与实验数据进行验证,取得良好的效果.运用情景设定的方式,定量模拟研究区酸雨的强度变化导致土壤中植被可吸收的盐基离子变化,以及对森林植被净第一性生产力(NPP)的间接影响.     

重庆酸雨地区森林生态系统土壤、植被与地表水现状分析

酸沉降现象在重庆已成为一个严重的长期环境污染问题，本文根据东亚酸雨监测网土壤、植被监测技术规范的方法-研究了酸沉降对森林生态系统土壤、地表水以及植被的影响和危害。通过对土壤的分析：3个采样点的土壤pH值较低，这可能与大气S和N的输入有关，导致了土壤酸化。而南山采样点的盐基饱和度(BS)均值少于10％，盐基离子交换量(CEC)也较低．土壤中Al^3 浓度相对较高，土壤中C／N较低，南山可能存在土壤酸度增加的危险，以及土壤中Al浓度增高并伴有S或N沉降增加的危险。对地表水分析结果表明，南山采样点地表水的酸中和能力(ANC)较大，但是该采样点土壤剖面的盐基饱和度并不高，由此可推测该地表水可能是经由盐基离子丰富的土壤或岩石径流而来。通过对植被的分析，酸雨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。     

土壤酸化和元素循环的关系

一、引言近几十年来,酸雨对陆地和水体的潜在影响已日益引起人们的关注。欧洲和北美地区酸雨对地表水化学及淡水中生物群的不利影响已被认为是一个主要的环境问题,而且,酸雨导致的土壤酸化可能在西欧的森林林冠枯萎中起了关键作用。迄今为止,酸雨在土壤酸化中的相对重复性在文献中还有争论。有的作者认为,酸雨对欧美土壤酸化的贡献与自然因素和耕作的影响相比是很小的,而其他人却提出相反的看法。     

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.      

有机质提升对酸性红壤氮循环功能基因及功能微生物的影响

外源有机物质输入是提升酸性红壤有机质含量的主要方式,氮素是土壤肥力的重要限制因子.有机质提升后土壤生态系统的变化会影响土壤氮循环过程及功能微生物,但目前还未见报道.本研究选择长期施有机肥的酸性旱地红壤及不施肥对照土壤作为研究材料,基于宏基因组测序及氮循环功能基因数据库比对,研究32 a的连续有机物质输入导致的土壤有机质含量上升对酸性红壤氮循环功能基因及相关功能微生物的影响.结果表明,酸性红壤有机质提升显著增加了土壤总有机碳和总氮含量,缓解了土壤酸化.有机质提升增加了土壤净硝化活性和氨氧化潜势.有机质提升显著增长了编码古菌氨单加氧酶amoA基因和反硝化过程还原酶的功能基因nar、nap、nir、nor和nos的丰度,降低了编码羟胺氧化酶hao基因及执行硝酸盐异化还原成铵过程的功能基因nrf的丰度,提升了有机氮代谢功能基因glnA、gdh、glsA、ansB和nao丰度,改变了硝酸盐同化过程功能基因丰度以及硝化过程功能微生物群落组成.有机质提升后土壤酸化的缓解和总有机碳含量的提升是影响氮循环各过程功能基因丰度及功能微生物组成的最主要因子.本研究全面研究了无机氮和有机氮循环功能基因,关联了氨氧化过程的功能基因、功能微生物类群和功能活性,可为把握酸性红壤氮循环特征提供数据依据,也可为酸性土壤改良提供思路.     

人类干扰对闽江河口湿地土壤碳、氮、磷生态化学计量学特征的影响

为了阐明湿地土壤生态化学计量学特征对人类干扰的响应,对闽江河口湿地受到人类不同程度干扰的芦苇沼泽、草地、滩涂养殖地、耕地、池塘养殖地和干扰恢复的弃耕地土壤的碳、氮、磷生态化学计量学特征进行了测定与分析.结果表明,土壤C/N、C/P和N/P比均表现出随着干扰程度的增大而降低,即轻度干扰的芦苇沼泽和草地(25.53、156.06、6.11和27.58、158.99、5.78)中度干扰的滩涂养殖地(25.02、96.90、3.87)高度干扰的耕地和池塘养殖地(17.55、46.19、2.65和22.30、57.51、2.62);与高度干扰的耕地相比,干扰恢复的弃耕地土壤C/N、C/P和N/P比有所提高(19.95、63.81和3.18);影响土壤C/N、C/P和N/P比的因子随干扰程度的变化而改变;土壤C/N比表现出随着干扰程度和土壤深度的变化相对较小,C/P和N/P比的变异性相对较大;碳与养分比对土壤碳储量具有良好的指示作用.     

三峡库区消落带4种典型植物根际土壤养分与氮素赋存形态

三峡水库消落带土壤N循环受到植被覆盖和季节性淹水的影响,对三峡水库水质具有潜在的不利影响,进行消落带植被恢复和提高土壤N保持能力成为保护库区水环境的重要措施.选择三峡库区一级支流澎溪河消落带为研究对象,分别在冲积潮土、紫色土和水稻土分布区采集狗牙根、香附子、苍耳以及玉米这4种典型植物根际、非根际土壤,分析了根际与非根际土壤理化性质与N赋存形态特征,并比较了不同植物类型根际富集效果,初步探究不同植物根际效应对消落带土壤N循环的影响.结果表明,所有植物根际土壤p H均低于非根际,有机质、全氮、全磷、速效氮均高于非根际,且根际富集率表现为香附子狗牙根玉米苍耳;不同植物根际对土壤全钾、有效磷、速效钾影响作用不一致;植物根际土壤中可转化态氮TF-N及其不同赋存形态离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)和有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)均高于非根际土壤,植物根际效应能够改变土壤N赋存形态及其对N循环的贡献率,但狗牙根和香附子根际土壤中TF-N占TN的比率低于非根际,而玉米和苍耳相反,表明消落带玉米和苍耳覆盖加快了N素向TF-N转化,不利于土壤N素保持;消落带土壤有机质、总磷和有效磷含量与可转化态N形态显著相关,是土壤N形态转化的主要因素.研究表明,消落带狗牙根和香附子覆盖对土壤N素的保持优于玉米和苍耳,植物根际效应对消落带土壤N循环的影响为消落带植被恢复中植物选择提供了参考.     

砍伐干扰对华北落叶松林下土壤有效氮含量空间异质性的影响

为揭示砍伐干扰对森林土壤有效氮(NO3--N和NH4+-N)含量空间异质性的影响,并为进一步认识森林生态系统N素循环及森林系统结构和功能提供基础依据.选取华北落叶松砍伐干扰林分(样地A)和未砍伐干扰林分(样地B),采用基于地统计学中区域化变量理论的格局分析方法.对样地林下土壤(0～30cm)有效氮含量的空间异质性特征进...     

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.      

近30a江西省农田土壤pH时空变化及其与酸雨和施肥量间关系

论文以1979—1986年(以下简称1980S)江西省第二次土壤普查时期和2005—2012年(以下简称2010S)江西省测土配方施肥阶段这两个时期的pH数据成果为基础,运用ArcGIS对比分析30 a间江西省农田土壤pH的时空变化。结果表明:江西省农田土壤pH总体呈酸化趋势,2010S江西省农田土壤pH平均值为5.24,较30 a前的5.77下降了0.53;全省酸化趋向西南,其中酸化最突出的地区为赣州市,其次是鄱阳湖周边,特别是南昌市、鹰潭市,pH降幅较大;赣北局部地区农田土壤pH有所上升。定量分析氮施用量与酸雨对农田土壤酸化的影响,结果显示:氮施用量、酸雨强度的差异和农田土壤酸化程度在空间上存在一定的相关性,长期过量施用氮肥是江西省农田土壤酸化的主要原因,地区土壤pH酸化程度同氮肥施用量呈显著正相关,且在30 a间,施肥量每增加50 kg/hm~2,农田土壤pH下降0.26个单位;地区土壤pH酸化程度同酸雨pH值呈显著负相关,且随着酸雨pH值越低,农田土壤酸化速率越快。     

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...     

碳酸钙与生物炭对酸化菜地土壤持氮能力的影响

针对太湖地区稻田改种菜地后带来的土壤酸化现象,以碳酸钙与生物炭作为酸化改良剂,开展室内培养及多次淋洗模拟试验,比较两种改良剂对酸化菜地土壤持氮能力及酸化修复效果的影响.结果表明,基于碱缓冲曲线法,本试验用酸化菜地土壤每提高1个p H单位需向土壤中添加碳酸钙3.92×10-2mol·kg~(-1)或生物炭27.73 g·kg~(-1).无外源氮条件下碳酸钙添加使土壤氮矿化速率显著提高了37%,对土壤铵态氮、硝态氮含量影响不显著;生物炭添加使土壤氮矿化速率显著提高了35%~44%,且显著增加了土壤硝态氮含量42%~58%.模拟淋洗下,生物炭添加显著消减渗漏液体积24%,渗漏液氮浓度45%,显著减少氮淋失量42%~57%,而碳酸钙添加对渗漏液体积没有影响,增加了渗漏液中氮浓度,氮淋失量增加了12%~76%.淋洗后,各处理土壤p H值发生不同程度的降低,无外源氮条件下添加碳酸钙处理土壤p H值降幅最低,外源氮添加条件下生物炭添加处理降幅最低.由此可见,碳酸钙对酸化土壤修复效率较高,但在外源氮添加条件下降低了土壤持氮能力,更适用于酸化严重且需要休耕改良的菜地土壤;生物炭在维持土壤p H值的同时可以有效提高土壤矿质氮留存量,降低氮淋失,更适用于仍在高强度种植的菜地土壤.     

Inclusion of the variability of diffuse pollutions in LCA for agriculture: the case of slurry application techniques

LCAs (life cycle assessments) are often based on average data to produce a generic evaluation of a good or service. However, ignoring variability and induced uncertainty of LCA results reduces their significance, especially when dealing with agricultural processes that present high natural fluctuations. The objective of the study was to explore the robustness of LCA results when accounting for variable emissions data, illustrated by the case of slurry application techniques. Four application techniques were compared: band spreading, broadcast spreading, harrowing after surface application and direct injection.On the basis of the normalisation results, acidification, eutrophication and global warming potentials were selected. To estimate field nitrogen emissions, an original approach was developed based on relative nitrogen loss factors for each technique from a literature review. The calculated field emissions from different soil and climate conditions were considered equally probable and were propagated into a range of LCA result using the Monte Carlo method. Injection and harrowing both showed reduced acidification and eutrophication potentials compared to band spreading and broadcast spreading but had larger global warming potentials, which could be particularly important with injection. Harrowing consequently appeared as the best compromise. Despite the large range of LCA results, robust conclusions could be drawn. To achieve a more refined comparison between the techniques, the use of process-based models in contrasted situations is suggested.     

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.     

青铜峡灌区水稻田化肥氮去向研究

青铜峡灌区是我国古老的特大型灌区和粮食主产区之一,灌区农田氮肥的过量施用已经导致化肥氮向水体流失.用15N示踪微区试验方法研究了青铜峡引黄灌区习惯灌溉量条件下水稻田化肥氮素去向.结果表明,施氮量为当地习惯施氮300kg.hm-2时,水稻吸收的化肥氮在籽粒中最多,氮肥的当季利用率为45.93%,吸收的土壤氮约占52.63%;作物中的回收率为27.90%,在0～90cm土壤中的残留率为23.31%,作物-土壤体系中的回收率为51.21%,氮肥的损失率为48.79%;氮肥除了被当季作物吸收和部分以矿质氮残留在土壤中外,灌区19×104hm2的水稻田化肥氮年流失量为2.78×104t,生产1000kg水稻(净籽粒),排放纯氮20.17kg;在0～90cm土壤层中均有化肥氮残留,残留化肥氮主要富集在表层0～30cm,在60～90cm检测到化肥氮,说明青铜峡引黄灌区在习惯灌溉量条件下,水稻田当季的化肥氮淋溶到90cm以下,成为浅层地下水的潜在污染源.     

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.     

化肥减量配施秸秆对双季稻田固氮微生物群落的影响

基于3 a田间定位试验,研究了双季稻田化肥减量配施秸秆后第3 a对水稻产量、土壤肥力属性和固氮微生物群落结构特征的影响.设置了3种施肥模式：常规施化肥（CF）、化肥减量配施3 t ·hm^-2干重秸秆（CFLS）和化肥减量配施6 t ·hm^-2干重秸秆（CFHS）.结果表明,在化肥减量配施秸秆后第3 a,CFLS和CFHS在没有显著减少水稻籽粒产量（P>0.05）的情况下显著中和土壤酸化并提高土壤微生物量碳和氮、可溶性有机碳和有机碳含量（P<0.05）,同时显著减少了土壤氧化还原电位、铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,更有利于提高土壤氮素利用率.与CF处理相比,CFLS和CFHS的天然固氮功能群由于土壤碳储量增加和酸化程度降低等条件的改善而增加了Shannon、PD和Evenness指数（P<0.05）.化肥减量配施秸秆使Ferrigenium、硫氧化菌属（Sulfurivermis）、甲基单胞菌属（Methylomonas）、Methylovulum、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）和念珠藻属（Nostoc）等固氮、固碳和植物促生功能微生物类群相对丰度显著提高（P<0.05）.综上所述,化肥减量配施3 t ·hm^-2和6 t ·hm^-2秸秆是改善土壤固氮微生物群落结构和提高土壤固氮潜力的有效措施.     

聊城冬小麦测土配方施肥项目生命周期环境效益分析

测土配方施肥行动已在全国范围内开展,其实施效果还有待评估,而生命周期分析有助于系统地评估其实施的直接与间接环境效益.因此,本研究以山东省聊城市2006—2010年冬小麦的测土配方施肥项目为例,对冬小麦施肥生命周期资源消耗与污染物排放进行清单分析,并以常规施肥区为参照对象评估测土配方施肥项目的环境净效益.结果表明,测土配方施肥通过化肥减量使用和合理搭配,提高了单产,显著减少了冬小麦生命周期资源消耗与污染物排放量,其富营养化、环境酸化的减缓效益和节能效益分别相当于2000年世界人均影响潜力的6.90%、1.38%和0.89%.环境效益年际间总体上呈下降趋势,表明测土配方施肥项目起到了一定的示范推广作用,常规施肥区农户对氮肥的使用趋于理性,但磷肥投入尚有减量潜力,是继续改善项目实施效益的关键.