湖南省水旱灾害与暴雨径流资源的调控

通过对湖南省1950～2002年水旱灾情、1954～1998年降水量的统计,结合流域自然条件和水利现状综合分析表明:湖南省山丘区水旱灾害交替演进日趋明显,洞庭湖区外洪内涝交织频繁,农村饮水困难人口数量不断增多。7～9月降水量占全年降水量的20%,而4～9月降水量占69%,且多以暴雨形式出现,这一降水特点是导致水安全问题的症结所在。因此,必须充分利用山区有利地形修筑拦蓄小型工程,全方位建设生态环境,挖掘水库群的防洪兴利潜力和提高大型水库的调度水平等措施,调控4～8月的暴雨径流,以减轻水旱灾害,满足供水、发电、航运等方面的需水要求。     

水陆交错生态脆弱带景观格局时空变化分析——以洞庭湖区为例

应用3个时期航空遥感图像为基本信息源,在Arc/Info系统的支持下,建立空间信息库,应用景观破碎度、分维数、优势度、多样性指数、均匀性指数等指标,对洞庭湖区景观空间格局的时空演变进行分析,结果表明:水陆景观之间的交替变化显著,耕地面积减少最多,达30608hm₂,水域面积增加最多,净增48978hm₂。20a来整个区域的景观破碎度加重,多样性增加,优势度下降。进一步具体分析各景观类型发现,耕地、草地、居住建设用地的破碎度和分离度1980～1990年间表现为增加,1990～2000年则表现为减少,表明湖区的自然保护区建设和退田还湖、移民建镇政策已初显成效。由于受泥沙淤积和退田还湖的影响,20a中水域景观的分布质心整体上移动了2.31km,向东南偏离了53.87°。     

红壤坡地生态系统恢复过程植被群落的演变

应用样方调查方法,对湘北红壤坡地有人为干扰和无人为干扰两种方式下植被恢复情况进行了初步调查分析,结果表明:无人为干扰的坡地植被恢复在11年间经历了缓慢恢复和快速恢复两个阶段,不同坡位群落生物量稳步增长,正在逐步形成具有稳定群落结构的自然生态系统;人为干扰坡地植被恢复缓慢,由于水土流失,上坡位地下部生物量呈下降趋势,中坡位和下坡位地下部的生物量都大幅度的增加,此外人为干扰使得乔木类植物无法正常生长,从而不能形成具有明显垂直结构的稳定生态系统.     

三江平原湿地沉积有机碳密度和碳储量变异分析

论文研究了东北三江平原3类典型湿地共16个沉积物剖面有机碳的分布特征。结果表明,沼泽化草甸、腐殖质沼泽和泥炭沼泽的储碳层厚度分别为11～29、18～58和70～130cm;其有机碳含量(单个剖面平均)分别为29～75、124～348和187～389g/kg(干物质计);有机碳密度(单个剖面平均)分别为31～48、35～59和49～94kg/m³。3类湿地淀积层的有机碳含量和密度都很低且较稳定。由于有机碳含量的差异,不仅3类湿地之间而且同一类型湿地的不同剖面间有机碳密度的差异也十分明显。储碳层厚度及有机碳密度的空间变异性是导致湿地有机碳储量估算不确定性的主要原因。根据研究结果估算,沼泽化草甸、腐殖质沼泽和泥炭沼泽储碳层单位面积碳储量分别约为8×10³、18×10³和72×10³t/km²,其变异系数分别约为40%、49%和34%;“储碳层+1m淀积层”的单位面积碳储量分别约为17×10³、27×10³和83×10³t/km²,其变异系数分别约为16%、39%和27%。表明以“储碳层+1m淀积层”深度来估算碳储量能较合理地反映湿地沉积物有机碳的蓄积特征。结果还表明,以1m作为统计深度将在很大程度上低估湿地的碳储量。     

拔节期水稻光合碳输入的动态变化及其对施氮的响应:13C-CO2脉冲标记

水稻光合碳是稻田土壤有机碳的重要来源之一,其在土壤中输入与分配特征受水稻生长状况和土壤肥力的影响.施肥是影响水稻生长的关键因素,为了探讨施氮对水稻拔节期光合碳的传输动态的影响,应用稳定同位素13C-CO2脉冲标记技术,通过盆栽试验,研究光合碳在水稻-(根际/非根际)土壤系统中输入与分配的动态变化及其对施氮的响应.结果表明,施氮显著增加了水稻地上部和根系生物量,降低了水稻根冠比.随着水稻的生长,水稻植株的13C丰度逐渐下降,根际土和非根际土中13C丰度先减少再增加;施氮显著增加了根际土壤中13C丰度,较不施氮相比增加了9.5%~32.6%.施氮使水稻地上部和根系中光合13C含量显著增加,较不施氮处理分别增加了24.5%~134.7%和9.1%~106%.脉冲标记一次性输入的光合13C主要分配在水稻植株体内,不施氮和施氮条件下的分配率分别为85.5%~93.2%和91.3%~95.7%;施氮显著影响光合碳在水稻地上部、根际土和非根际土中的分配特征(P0.01),标记后26 d,与不施氮处理相比,施氮使光合碳在水稻地上部的分配增加了13.4%,在根际土和非根际土中的分配分别减少了21.9%和52.2%.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的分配,但降低了光合碳在土壤中的累积.本研究进一步探讨了施氮条件下水稻拔节期光合碳的分配,为明确氮素对光合碳在水稻拔节期的动态变化以及对土壤有机碳库的影响,和深入了解农田土壤有机质累积提供理论依据和数据支持.     

双氰胺和3,4-二甲基吡唑磷酸盐对蔬菜种植土壤氨氧化细菌和古菌的影响

硝化抑制剂双氰胺(DCD)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)在抑制农业土壤硝化作用和提高氮肥利用率等方面效果显著,为了探讨它们对蔬菜种植土壤氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)的作用机制,选取40 a以上蔬菜种植土壤,在施加尿素(CK)基础上,分别添加DCD和DMPP进行室内培养,系统监测了土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和硝化势的变化,同时运用荧光定量PCR和高通量测序等技术揭示了AOB和AOA种群丰度和多样性的演替规律.结果表明,相比CK处理,DCD处理和DMPP处理的NH_4~+-N含量升高了213%和675%; NO_3~--N含量降低了13. 3%和37. 2%;硝化势降低了20. 4%和82. 4%;同时,AOB丰度降低了51. 2%和56. 5%; AOA丰度降低了6. 0%和27. 0%.不同抑制剂处理间AOB和AOA的α多样性指数没有显著差异; nork-environmental-samples、unclassified-Nitrosomonadaceae、unclassified-Bactertia和Nitrosospira是AOB序列属水平的主要优势类群; norank-Crenarchaeota、norank-enviromental-samples和Nitrososphaera是AOA序列属水平的主要优势类群,施用DCD和DMPP显著改变了AOB和AOA的群落组成.综上所述,尿素与DCD和DMPP配施显著抑制NH_4~+-N的转化,降低AOB和AOA的种群丰度并改变其群落组成.相比DCD,DMPP对硝化作用的抑制和对AOB和AOA群落的影响更强.     

低温环境下人工湿地植物组配对养殖废水的处理效果研究

强化低温环境下人工湿地的污水处理能力,对于促进人工湿地的应用推广具有重要的意义。本研究利用绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和菖蒲(Acorus calamus L.)两种湿地植物,在室外低温环境下(＜15℃),研究人工湿地植物组配对不同负荷养殖废水的处理效应及关键影响因素。结果表明,在不种、单种和不同顺序混种绿狐尾藻(M.aquaticum)和菖蒲(A.calamus L.)处理下,菖蒲+绿狐尾藻组合湿地(AM)对TN、TP和COD去除率均为最高,在低负荷和高负荷环境下平均去除率分别为74.2%、71.3%、83.0%和67.3%、81.9%、75.3%。相较于空白对照和植物单种的湿地系统,植物混种系统的DO较高,且AM处理在低负荷和高负荷环境下均能保持较高的C∶N。根据Pearson相关性以及PCA分析,DO与TN、NH⁺₄-N去除率显著相关(P<0.05),C∶N与COD去除关联性最好。可见,菖蒲+绿狐尾藻植物组合可能通过改善DO和C∶N等湿地微环境条件来增强湿地对污染物的去除,能够作为低温环境下强化湿地对污染物去除的一种有效措施。     

亚热带稻区大气NO2、HNO3及硝态氮污染特征及干湿沉降

二氧化氮(NO_2)和硝酸(HNO_3)是大气中的酸性含氮污染气体,是形成气溶胶和雨水硝态氮的重要前体物质,在高强度的大气氮氧化物排放下,我国亚热带稻区农业生态系统大气NO_2、HNO_3气体及气溶胶、雨水硝态氮污染特征及其干湿沉降量尚不清楚.本研究选取我国亚热带丘陵区一个典型双季稻区,对大气中NO_2-N、HNO_3-N、气溶胶和雨水硝态氮浓度及相关气象因子进行了同步监测,旨在明确大气NO_2-N、HNO_3-N及气溶胶、雨水硝态氮浓度特征及其影响因素,并定量其干湿沉降量.结果表明,大气中NO_2-N、HNO_3-N、大气颗粒物PM_(10)中NO_3~--N_p、雨水中NO_3~--N_r年均浓度分别为4.2μg·m~(-3)、0.7μg·m~(-3)、4.0μg·m~(-3)和1.0 mg·L~(-1),年氮沉降量分别为1.5、3.2、2.3和6.1 kg·hm~(-2).NO_2-N浓度与气温呈负相关;HNO_3-N浓度与风速呈负相关;NO_3~--N_p浓度与气温呈负相关,与NO_2-N浓度呈正相关,与HNO_3-N浓度未显著相关,表明NO_2-N浓度在本研究区域是形成NO_3~--N_p污染的重要限制因子;NO_3~--N_r浓度与降雨量呈负相关,与HNO_3-N浓度和NO_3~--N_p浓度呈正相关.本研究区域大气中NO_2-N、HNO_3-N、NO_3~--N_p及雨水NO_3~--N_r年总干湿沉降量为13.0 kg·hm~(-2),是稻田重要的氮素来源,对稻田及周边生态系统的影响不容忽视.     

施氮和水分管理对光合碳在土壤-水稻系统间分配的量化研究

施肥和水分管理是影响水稻生长的两个关键因素,探讨水肥耦合条件下光合碳在"水稻-土壤"系统输入与分配动态,对深入解析稻田土壤碳循环具有重要意义.本研究通过盆栽试验,选用籼性常规水稻品种(中早39),采用13C-CO_2连续标记技术,量化研究施氮和水分管理对光合碳在"水稻-土壤"系统中分配的影响.结果表明:施氮增加了水稻地上部干物质重和碳、氮含量,却显著降低了水稻根冠比;干湿交替使施氮条件下的水稻地上部全碳、全氮含量较持续淹水处理分别提高了22%和33%,根系中全碳、全氮含量分别提高了36%、44%,这表明施氮有利于水稻地上部生长,而干湿交替显著促进了水稻根系的生长.施氮显著增加水稻地上部13C含量,与不施氮处理相比增加了32%~83%;施氮使光合碳在水稻地上部的回收率增加6%~32%,在根系的回收率减少18%~59%.水分管理对13C分配的影响表现为:连续标记22 d后,在施氮条件下,干湿交替使水稻地上部、根系13C量均有一定量的增加;不施氮条件下,干湿交替与持续淹水处理相比,地上部13C量减少10.3mg·pot-1,回收率降低了11%~12%;根系13C量增加1.9 mg·pot-1,回收率提高了24%~57%.施氮和干湿交替都显著增加了13C在根际土壤中的累积与回收率.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的累积,但降低了光合碳在根系中的分配,干湿交替比持续淹水更利于光合碳向土壤中的传输与累积,水肥耦合管理显著调控了光合碳的传输与分配.该研究进一步量化了水肥管理条件下水稻光合碳的分配及其在土壤有机碳库中的传输特征,为稻田水肥管理、水稻土有机质积累持续机制提供了理论依据和数据支撑.     

地形、树种和土壤属性对喀斯特山区土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而关于土壤胞外酶活性的主控因子研究还不够深入,特别是在偏碱性的钙质土壤区域相关研究尤其缺乏.本研究以典型喀斯特山区(木论国家级自然保护区)的林地为研究对象,采集不同地形条件(不同坡位和坡向)、不同树种(厚壳桂和伞花木)下的表层土壤(0~15 cm),测定了与碳、氮、磷循环相关的6种水解酶的活性及相关土壤理化性质.研究运用方差分解,并结合多响应置换过程以及冗余分析技术分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响.结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响.树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著.方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异.而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标.研究首次量化了喀斯特地区小尺度内地形、树种及土壤理化性质对土壤酶活性变化的影响.研究也说明了在喀斯特山区小尺度内土壤酶活性的变化可由土壤理化性质来表征.