基于MODIS GPP/NPP数据的三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量时空变化研究

陆地生态系统碳循环研究是全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,准确地评估陆地生态系统碳储量和碳汇量是估算未来大气 CO2浓度,预测气候变化及其对陆地生态系统影响的关键。已有相关研究多集中于对区域生态系统碳储量和碳汇量的量的估算,而缺乏针对时间尺度上的变化过程的分析,以及对变化特征空间差异性的分析。本研究基于MODIS NPP数据,结合土地利用数据及土壤有机碳密度分布数据,对三江源地区2000─2010年草地生态系统碳储量时空变化特征进行了分析,同时,基于MODIS GPP数据及China FLUX和America FLUX数据,建立草地生态系统呼吸估算模型,对其碳汇量的时空变化特征进行了分析,以期明确该地区的碳储存能力及其变化过程,为该区域草地生态系统保护和管理提供科学依据。研究结果表明：（1）三江源地区草地生态系统总碳储量为53.38×108 t,平均碳密度为14.94 kg·m-2（以C计）。土壤和植被碳储量分别为53.07×108 t和0.31×108 t,平均碳密度分别为14.85 kg·m-2和86.77 g·m-2。（2）近10多年来,三江源地区草地生态系统多年平均碳汇量为0.4×108 t,单位面积平均碳汇量为86.80 g·m-2·a-1（以C计）,表明该地区草地生态体统是一个碳汇。（3）2000年以来,三江源地区草地生态系统总碳储量及总碳汇量均呈波动增加趋势,碳汇功能有所增强。（4）三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量的空间分布格局及其变化趋势的空间分布均呈现明显的空间差异性。（5）MODIS GPP/NPP数据能够支撑较大尺度草地生态系统碳储量及碳汇量格局与变化趋势分析,较传统方法更为便捷高效。     

长期施肥对华北平原农田土壤呼吸及碳平衡的影响

在具有21年历史的长期定位试验地,研究了土壤温度变化、不同施肥处理对土壤释放CO2及小麦(Triticum aestivumL.)、玉米(Zea mays L.)吸收CO2的影响,进而明确在华北平原小麦-玉米轮作制的农田生态系统中碳素平衡问题.研究表明:土壤释放CO2的量与土壤温度呈明显的正相关,相关系数分别达到r=0.717**(5 cm地温)和r=0.764**(10 cm地温).进一步研究表明:在小麦生育期,施氮、磷各处理土壤释放CO2的数量随气温而增加,氮、磷肥配合的各处理与对照和单施氮、磷肥处理之间有显著的差异(P<0.05);但是2个处理组合(氮、磷肥配合、单施氮、磷肥)之内各处理之间差异不显著.土壤温度在10～20℃之间单施氮、磷肥无助于改变土壤释放CO2的量,而氮、磷肥配合施用可以明显地增加土壤释放CO2的量.不施肥与单施氮、磷肥处理麦田土壤呼吸释放的CO2量大于小麦固定的CO2量,向大气净排放的CO2量达0.83～3.73 t hm-2,而氮、磷肥配合处理的麦田从大气中净吸收的CO2量达7.89～12.49 t hm-2.在玉米生育期,土壤释放CO2的量在7月中旬达到最高值(12.40～22.52 g·m-2·d-1),9月中旬降到最低(6.19～8.20 g·m-2·d-1).施用N 540 kg·hm-2·a-1,P2O5 135kg·hm-2·a-1的处理(N2P2)释放的CO2量与施用N 270 kg·hm-2·a-1的处理(N1)之间差异不显著.与其它各处理之间差异显著(P<0.05),表明在玉米生育期长期施用高量氮、磷肥明显地影响到土壤释放CO2的量.玉米不但可以吸收土壤释放的CO2,还要从大气中吸收大量CO2,即在玉米生育期的农田生态系统可以降低大气中CO2的含量.总之,在华北平原小麦一玉米轮作制的农田生态系统土壤呼吸不会增加大气中CO2的含量,相反则有可能减少其含量.     

滨海陆地生态系统净化功能与价值评估——以黄骅市为例

以生态系统对环境净化的贡献为出发点,将滨海陆地生态系统净化功能价值界定为净化污染物功能价值与大气调节功能价值的总和,选取释放O2、固定CO2、净化硫化物、净化氮氧化物、净化氟化物和滞尘6大生态功能为评价指标,建立滨海陆地生态系统净化价值评估模型,以黄骅市为研究区,运用市场价值法和影子价格法对黄骅市农田、园地、草地和湿地等9类生态系统的净化价值进行评估.结果表明,黄骅市滨海陆地生态系统净化环境价值较大,总价值约为163 454万元;单位面积土地各类净化功能价值由大到小依次为释放O2价值、固定CO2价值和净化污染物价值;从各生态系统类型的单位面积净化功能价值来看,农田、园地、草地和盐碱地的释放O2功能净化价值较高,约0.67元·m-2;盐田固定CO2功能的单位面积净化价值最低,为0.01元·m-2.     

红壤丘陵区晚稻生长期间CO2的排放与固定规律

采用静态箱法对红壤丘陵区稻田生态系统CO2排放与固定进行定位观测.结果表明,晚稻生长期间稻田生态系统CO2通量的日变化随天气条件(晴天、雨天、阴天)的变化而变化,CO2日净固定量在晚稻生长期间波动性很大,最高达10.35 g·m-2·d-1,在晚稻成熟期表现为CO2负固定,为-0.92 g·m-2·d-1;整个晚稻生育期,稻田生态系统CO2累积排放量和土壤呼吸CO2排放量分别为20.4和6.3 t·hm-2,稻田生态系统CO2累积排放量与水稻生物量之间存在极显著幂函数关系.在整个晚稻生育期,稻田生态系统从大气中吸收碳量为3.85 ～4.00 t·hm-2.     

不同土地利用方式下亚热带花岗岩小流域碳汇潜力及其影响因素

了解小流域尺度上植物生长与岩石风化对CO2吸收的相对贡献对评估生态系统碳汇功能有重要意义,但过去的研究大多集中在某一单一过程且多基于特定土地利用类型。本研究以亚热带丘陵地区不同土地利用方式下的3个花岗岩小流域(F-100%森林、FA1-82%森林/18%农田和FA2-76%森林/24%农田)为研究区,自2010年3月至2012年2月定期监测了流域内的雨水、径流水,并采集了植物样品,分析其化学组成,系统研究了小流域尺度下植物生长和岩石风化的碳汇潜力及其影响因素。结果表明,F流域中不同林分(马尾松Pinus massoniana Lamb.阔叶树混交林、杉木Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.阔叶树混交林、马尾松林、杉木林、灌木林和竹Bambusoideae林)的碳密度和年均CO2吸收通量均不相同,碳汇潜力存在差异。不考虑施肥的影响,F、FA1和FA2流域植被的碳密度分别为44.5、37.3和35.0 t·hm-2,植被年均单位面积吸收CO2的量分别为10.5、11.8和12.4 t·hm-2·a-1,岩石风化消耗CO2的量分别为54.7×10-3、99.8×10-3和109.2×10-3 t·hm-2·a-1,均随农田比例的增加而增加。施肥对农田水稻(Oryza sativa)碳截留的直接贡献很小,但可通过多种途径间接影响农田的碳汇潜力。3个流域径流水中HCO3-的物质的量浓度随农田比例增加而增加,在一定程度上受到施肥的影响,扣除施肥对径流水中HCO3-的贡献外,FA1和FA2流域土壤风化吸收CO2的量分别为84.4×10-3和88.6×10-3 t·hm-2·a-1,仍高于F流域土壤风化吸收的大气CO2的量,说明农田土壤和森林土壤通过风化对CO2的固定存在差异。因此,农业活动在一定程度上影响了流域碳汇,不同土地利用方式下流域的碳汇潜力存在差异。尽管短时间尺度上植物生长对流域碳汇的贡献远高于岩石风化,但植物的收获与利用也可能加剧生态系统的碳排放,而硅酸岩风化在任何尺度上都是净碳汇,因而在地质时间尺度上硅酸盐风化对全球碳循环的影响不容忽视。     

岷江上游典型生态系统水源涵养量及价值评估

岷江上游自然生态系统由于具有重要的水源涵养功能,被誉为长江流域"水塔"的重要组成部分.通过野外实地调查和已有文献资料收集分析,初步核算了岷江上游典型生态系统的水源涵养量;并利用生态经济学价值量评估方法,分别估算了该区典型生态系统的水源涵养价值.岷江上游森林、灌从和草地3种典型生态系统的水源涵养量分别为21.23×108 m3、17.92×108 m3和14.00×108 m3,价值6.34×108元、5.36x10s元和4.19×108元.植被冠层和土壤层是水源涵养的主要作用层,而枯枝落叶层水源涵养量和价值均较小.3种典型生态系统中以森林生态系统水源涵养价值最大.占总价值的39.92%,灌从和草地生态系统分别占33.73%和26.35%.森林生态系统中以冷杉林的水源涵养最和价值为最高,占整个森林系统涵养水源价值的51.22%,整个研究区价值的20.48%,在涵养水源过程中占据主导地位.图2表4参31     

森林生态系统生态资产核算的模式与方法

全球变化背景下.植被对CO2的减排作用得到了广泛关注.森林生态系统具有诸多功能,不同功能的货币化基准难以统一,是进行总体生态资产价值定量核算的制约要素.在资源、环境与生态经济原理指导下,分析相关方法评估生态系统生态资产的可行性,选择量化评估参数,并通过多种模式与方法进行估算乌鲁木齐城市2004年森林生态系统的生态资产.森林生态系统涵养水源类、生物多样性维持类、净化空气类、保护土壤类以及大气调节类生态资产分别为0.224 8×108元、10.608 8x108元、0.630 8×108元、0.2592×108元及12.9653×108元,乌鲁木齐市森林生态总资产为24.6889×108元.各类生态资产具有一定的时空差异性.城市森林生态系统生态资产估算模式及方法的研究具有重要的理论价值与现实意义.     

不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地夏季N_2O日排放特征

在气候变暖背景下温室气体排放特征的研究已成为全球变化的研究热点之一,而湿地生态系统与温室气体排放有着密切的关系。湿地N2O排放对水分变化的响应机制研究对干旱区高寒湿地的科学管理具有重要意义。以新疆天山中部巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究区,采用静态箱-气相色谱法,对处于不同水分条件下高寒湿地生态系统N2O排放特征进行研究。结果表明:(1)常年积水区、季节性积水区、常年干燥区生态系统N2O的日平均排放通量分别为1.27、0.99、0.98μg·m-2·h-1。生态系统日N2O累积排放量分别为常年积水区30.61μg·m-2、季节性积水区23.97μg·m-2、常年干燥区23.08μg·m-2。(2)季节性积水区生态系统N2O排放日变化表现为3峰曲线,其峰值分别出现在2:00(1.30μg·m-2·h-1)、11:00(1.28μg·m-2·h-1)和21:00(1.66μg·m-2·h-1),而常年干燥区生态系统N2O排放日变化表现为双峰曲线,峰值分别出现在9:00(1.40μg·m-2·h-1)和17:00(1.42μg·m-2·h-1)。(3)环境因素显著影响着湿地生态系统N2O排放,地表植被活体生物量与生态系统N2O累积排放量呈现显著正相关性,在常年积水区地下10 cm土壤温度与生态系统N2O排放通量相关性达到显著水平(F=8.326,P=0.018),在季节性积水区土壤含水量与生态系统N2O排放通量有显著相关性(F=4.787,P=0.043)。     

近50年贵州净生态系统生产力时空分布特征

利用大气植被相互作用模型AVIM2(Atmosphere-Vegetation Interaction Model 2)估算分析了时间长度为50年、空间分辨率为0.02°×0.02°的贵州净生态系统生产力(NEP),分析了其对气候变化的响应。结果表明,(1) AVIM2模型能够模拟出贵州森林净初级生产力(NPP)的变化,模拟偏差随着树龄的增大而不断减小,其模拟效果优于综合模型。(2)1961-2010年,贵州NEP(以C计)平均值为23.9 g·m-2·a-1,碳源区面积比例仅为5%,且植被覆盖类型为南部部分常绿阔叶林。NEP总量的变动范围为-7.0~11.5 Tg ·a-1,平均每年吸收碳4.87Tg,碳汇量占中国区域的3~7%。(3)贵州境内31%的区域固碳能力下降明显(P<0.05)且主要集中在植被类型为常绿针叶林及农作物的北部地区,还有7%的区域固碳能力升高明显(P<0.05)且位于南部部分常绿阔叶林地区。(4)贵州NEP与气温显著负相关(P<0.01),与降水量显著正相关(P<0.05),气温对NEP的影响大于降水。     

气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响模拟

为了揭示气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响,应用生物物理/动态植被模式SSi B4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSi B4T/TRIFFID进行西南亚高山区的梭磨河流域不同气候情景下[背景条件(控制试验)、增温2℃(T+2)、增温5℃+增雨40%(T+5,(1+40%) P)]植被与碳水平衡的动态模拟。控制试验结果显示,流域蒸散在流域为苔原灌木覆盖时达到最大而径流深最小;T+5,(1+40%) P试验流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,由于森林、苔原灌木和C3草地3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5,(1+40%) P试验,森林蒸散从388.1 mm·a-1增加到802.9 mm·a-1,径流深从298.0 mm·a-1减小到157.9 mm·a-1,径流系数从0.43减小到0.16;森林净初级生产力NPP从1 025.5 g·m-2·a-1增加到1 199.5 g·m-2·a-1,净生态系统生产力NEP从476.8g·m-2·a-1增加到650.8g·m-2·a-1。NPP和NEP增加幅度低于蒸散增加的幅度,表征碳水耦合关系的水分利用效率WUE随温度增加而明显减小。WUE和森林-径流关系随海拔高度变化,西南山区气候的垂直地带性分布控制了水分利用效率和森林-径流关系的空间变化。     

Fe2+/H2O2催化氧化2,4-二氯苯氧乙酸的机理研究

利用Fe^2 ／H2O2对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)进行催化氧化,通过GC-MS和HPLC检测到反应过程的中间产物为2,4-二氯苯酚、邻氯苯酚和对氯苯酚,氯离子则是从这些中间产物上释放．通过离子色谱检测到小分子酸,如乙醇酸、乙醛酸、顺丁烯二酸．提出了2,4-D的Fe^2 ／H2O2降解的可能历程。     

SO2-4/TiO2对SO2-C7H16-TiO2复相光化学反应的影响

研究了TiO2与SO2,C7H16复相光化学反应的光催化活性.在SO2-C7H16-O2-TiO2光催化反应过程中,TiO2表面可形成SO2-4/TiO2结构,它的存在可提高庚烷的光催化氧化速率,利用IR和XPS研究了反应过程中TiO2表面形成的SO2-4/TiO2结构.     

H2O超声过程中H2O2生成动力学

采用50kHz超声清洗槽式声化学反应器,以纯水为空化液体,研究了超声过程中H2O2生成动力学．分别探讨了空化气体种类(Ar,O2)及组成与流量、空化液体体积与反应器形状对H2O2生成速率及产率的影响．结果表明,超声过程中H2O2的生成可采用零级反应动力学方程来进行描述．在此频率下和考察范围内,采用Ar作为空化气体比O2更有利于H2O2的生成．当混合气体组成为Ar:O2=70：30(V/V)时,H2O2的生成速率最快．随着空化气体流量的增加,H2O2产率增加,随后降低．增加空化液体的体积,H2O2的生成速率降低．与锥形瓶相比,圆底烧瓶中H2O2的产率明显降低．     

H2O2热氧化降解硝基苯废水的机理和动力学

利用H2O2为氧化剂,高温密闭条件下对硝基苯废水进行了降解研究.通过正交实验,分析了氧化剂种类、硝基苯初始浓度、反应温度和反应时间对硝基苯降解率的影响.利用HPLC分别对降解过程产物进行了分析,实验结果表明:H2O2在密闭高温条件下形成的自由基攻击硝基苯分子,硝基苯降解过程按硝基苯→硝基酚类→二氧化碳和水的途径进行,降解过程中产生的微量邻、间、对硝基酚类物质不会累积.H2O2在反应过程中消耗不显著,具有相对的化学稳定性.H2O2热氧化硝基苯的降解反应符合一级动力学方程,反应表观速率常数K表观=0.0073 min-1.     

U1WH2O2／TiO2催化氧化法对油田采出水中多环芳烃的处理效果

针对油田采出水中含有多环芳烃种类多且较难去除的特点,选取了菲和芴两种代表性多环芳烃作为研究对象,采用UV／H2O2／TiO2技术对油田采出水中多环芳烃的处理效果进行了研究;考察了在254nm波长紫外光照射下,TiO2投加量、H2O2投加量、pH值和光照时间对水样中的菲和芴处理效果的影响．实验结果显示,处理初始浓度为1000μg·L-1的菲、芴时,TiO2用量为2．2g·L-1、H2O2用量为0．12mmol·L-1、pH值为7、光照时间1．5h时,去除效果较好．     

SO2-4/TiO2表面的酸性对其光催化性能的影响

采用Na2CO3溶液将SO2-4/TiO2表面的SO2-4洗脱下来,用热重(TG)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附的红外光谱等手段,分析洗脱前后SO2-4/TiO2表面的酸量和酸类型的变化;在相同晶型、结晶度和吸光特性条件下,考察了SO2-4/TiO2表面的酸性对Cr(Ⅵ)光催化还原效率的影响.结果表明:SO2-4/TiO2表面同时存在Lewis酸位和Bronsted酸位,通过Na2CO3溶液降低SO2-4/TiO2表面的酸量并去除Bronsted酸位后,其对Cr(Ⅵ)的光催化活性显著降低.     

ZrO2掺杂的V2O5/TiO2催化剂表征及催化还原NOx

采用共沉淀法制备出不同锆掺杂量的钛锆复合载体(TiO2-ZrO2),运用XRD和BET研究其微观结构,结果显示钛锆物质的量之比1∶1时复合载体具有最大的比表面积,可达256.01 m.2g-1.以此为载体制备了V2O5/TiO2-ZrO2催化剂,并添加少量CeO2对其改性.采用XRD、BET、H2-TPR、原位FT-IR等手段研究其活性组分的表面分散状态、氧化还原特性和表面酸性.结果显示,V2O5高度分散在载体上;与纯V2O5相比,复合载体上V2O5的还原峰向低温方向发生了偏移;催化剂表面包含了大量的B酸和L酸.模拟氨气催化还原NO(NH3-SCR)的脱硝反应活性测试表明,V2O5/TiO2-ZrO2催化剂具有较好的热稳定性和较宽的活性窗口,少量CeO2的加入提高了催化剂的低温活性.     

CS2在TiO2表面的多相光化学反应研究

本文运用原位漫反射红外光谱(DRIFTS)、GC、XPS等手段研究了CS2在大气半导体颗粒TiO2表面的多相光化学反应.结果表明在模拟太阳光照射下,低浓度的CS2(8.1 mg·m(-3))在TiO2:表面发生多相光化学反应,生成气态产物cos、H2S、SO2,进而在颗粒物表面生成硫酸盐.在氧气体积浓度为21%,氙灯照...     

SO4^2-／TiO2对SO2-C7H16-TiO2复相光化学反应的影响

研究了TiO2与SO2，C7H16复相光化学反应的光催化活性．在SO2-C7H16-TiO2光催化反应过程中，TiO2表面可形成SO4^2-/TiO2结构，它的存在可提高庚烷的光催化氧化速率，利用IR和XPS研究了反应过程中TiO2表面形成的SO4^2-/TiO2结构。     

Pb2+、Cd2+和Cr(Ⅵ)抑制球形红细菌生长的毒性效应

运用评价化学品对水生生物毒性的标准方法,得到Pb2 、Cd2 和Cr(Ⅵ)对球形红细菌生长的最小无差异浓度(LNOEC)分别为85.9mgL-1、22.1mgL-1和17.7mgL-1.根据实验结果采用几率单位进行数据处理,得到抑制球形红细菌生长的96hEC50分别为195.0mgL-1、91.2mgL-1和77.6mgL-1,并对各剂量反应方程进行χ2检验,结果均符合精度要求,计算出的96hEC50真实可靠.研究结果表明,抑制球形红细菌生长的毒性由大到小的顺序是Cr(Ⅵ)>Cd2 >Pb2 .不同金属离子与细胞壁亲和性不同或能通过菌体内生物化学转化形成沉淀,可能是导致金属离子抑制球形红细菌生长毒性差异的主要原因.图1表2参15