模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

城市排水系统沉积物特性研究

重点阐述了沉积物的来源和组成,沉积物的颗粒粒径、有机物含量(VSS/SS)、颗粒粘性和颗粒密度等物化性质,以及附着于沉积物上的金属污染物的相关特征。其粒度分布范围是D10为1.89～223.21μm,D50为12.38～437.30μm,D90为39.06～1 572.52μm;VSS/SS的范围是1%～38%;密度范围是1.80～2.47 g/cm3。金属污染物主要的附着对象是沉积物中的细小颗粒如生物膜上。以上沉积物性质对于解决排水系统的泥沙淤积问题以及水体污染的控制都具有重要意义。     

维管束植物桂花树叶片对大气氮沉降的吸收研究

本文通过测定维管束植物桂花树叶片的氮含量和氮同位素组成,分析其对大气氮沉降的截留吸收机制。为期一年(2009.03～2010.03)的监测数据显示,桂花树叶片氮含量为1.33%～3.09%,平均值为2.18%;叶片δ15 N为+0.54‰～+3.78‰,均值为+2.29‰。桂花树叶片N%、δ15 N的季节性变化趋势,总体呈现春、冬高,夏、秋低的规律,这与已有的贵阳市雨水监测数据一致。对比不同树冠厚度的叶片样品,发现叶片N%随树冠厚度增加而降低,顶部叶片N%表现为最高(2.39±0.4%),说明桂花树的树冠层对大气氮沉降有明显的截留吸收作用。桂花树顶部叶片δ15 N最偏负,而上覆树冠层最厚的下方叶片的δ15 N最偏正,反映了树冠层在吸收大气氮沉降过程中存在选择性吸收,引起同位素分馏,即树冠层越厚,穿冠水δ15 N越偏正,且分馏程度与树冠厚度成正比,导致下方叶片δ15 N最高。     

Soil fertility dynamics in runoff-capture agriculture, Canary Islands, Spain

In the extremely arid (∼150 mm yr⁻¹) eastern Canary Islands of Lanzarote, Fuerteventura and La Graciosa, agriculture has been sustained for decades by a traditional runoff-capture (RC) farming system known as “gavias”. Although the main goal of these systems is to increase water supply for crops, making unnecessary conventional irrigation, a secondary and equally important factor is that this system allows for sustainable agricultural production without addition of chemical or organic fertilizers. A field study was conducted to assess the impact of long-term agriculture (>50 yr) on soil fertility and to evaluate key factors affecting the nutrient sustainability of RC agricultural production. Soil fertility and nutrient dynamics were studied through chemical characterization of the arable layer (0-25 cm) of RC agricultural plots, adjacent natural soils (control) not affected by runoff and cultivation, and sediments contributed by a series of RC events. Results showed that RC soils have enhanced fertility status, particularly because they are less affected by salinity and sodicity (mean electrical conductivity = 1.8 dS m⁻¹ vs. 51.0 dS m⁻¹ in control soils; mean exchangeable sodium percentage = 11.1% vs. 30.6% in control soils), and have higher water and nutrient holding capacities (mean clay plus silt contents ≈87% vs. 69% in control soils). In general, sediments transported with the runoff and deposited in RC plots (average sediment yield ≈ 46 ton ha⁻¹ yr⁻¹), contain sufficient nutrients to prevent a progressive reduction of essential plant nutrients below natural levels in spite of nutrient uptake and removal by the harvested crop. Average additions of nitrogen, phosphorus and potassium with the runoff sediments were 33.6, 35.3 and 48.8 kg ha⁻¹ yr⁻¹, respectively. Results of this study show how a crop production system can be sustained in the long term by natural hydrological and biogeochemical catchment processes. This system maintains a nutrient balance that is not based on energy-intensive inputs of fertilizers, but is integrated in natural nutrient cycling processes, unlike other tropical farming agroecosystems.     

Ash deposition impact on the energy performance of photovoltaic generators

A little known side effect of the atmospheric air pollution is the degradation of photovoltaic (PV) cells’ performance due to the deposition of solid particles varying in composition, size and origin. In this context, an experimental-based investigation is conducted in order to compare the energy performance of two identical pairs of PV-panels; the first being clean and the second being artificially polluted with ash, i.e. a by-product of incomplete hydrocarbons’ combustion mainly originating from thermal power stations and vehicular exhausts. A series of systematic measurements of current intensity, voltage output and solar radiation are executed simultaneously for the clean and the polluted PV-panel, so that the effect of several mass depositions on the PVs’ power output, energy yield and conversion efficiency may be determined. According to the results, a considerable deterioration of the PV-panels’ performance is obtained, i.e. almost 30% energy reduction per hour or 1.5% efficiency decrease (in absolute terms) for ash accumulation on the panels’ surface reaching up to 0.4 mg/cm².     

北京城区大气干沉降的水溶性离子特征

为了解北京城区大气干沉降中水溶性离子的化学组成与时间变化特征,连续进行了4年多的干沉降采样与分析.结果表明,在222个有效干沉降样品中,存在不同程度的阴离子缺失. SO42-与Ca2+分别是含量最丰富的阴、阳离子组分,其次是NO3-和NH4+. SO42-、NO3-和NH4+呈现相似的季节变化特征,即其浓度在夏季最高,冬季最低. 干沉降基本呈中性,其pH值月变化幅度小,但季节变化明显,夏季低而春季高.     

聚硅酸对不同形态铝沉积行为的影响

针对给水管网中残余铝沉积和再溶解现象可能引起的水质问题,研究了聚硅酸对不同水解聚合形态铝沉积、再溶解的影响,并以石英微晶天平为表征手段,初步探讨了聚硅酸对不同形态铝沉积、再溶解过程影响的机理.结果表明,聚硅酸能显著改变不同水解聚合形态铝的沉积、再溶解行为.聚硅酸可与3种水解聚合形态的铝迅速结合而生成可沉积产物,但产物性质不同.以单体形态为主的Al_0与聚硅酸的反应产物性质较稳定,部分以溶解态存在,部分以非溶解态(可沉积态)存在;尽管铝的两种聚合形态Al_(13)和Al_(30)与聚硅酸反应也生成了部分可沉积产物,但随着时间的推移,这些产物又逐渐向溶解态转化.铝硅比对Al_0体系中铝的沉积溶解行为影响较小,而对Al_(13)和Al_(30)影响较大,且在0.2∶20(以Al和SiO_2计的质量比)时,沉积态铝的溶解速率最快.     

模拟氮沉降对重庆缙云山马尾松林土壤呼吸和酶活性的季节性影响

土壤酶参与土壤碳氮转化,同时土壤碳氮状况又是土壤酶活性的基础,而大气氮沉降通过影响土壤酶活性进而影响土壤CO_2释放.通过野外模拟试验,探讨不同氮沉降量对马尾松土壤呼吸和酶活性的影响,探索该区域马尾松土壤呼吸(Rs)与土壤温度(T)、土壤湿度(W)、Ure(脲酶)、Ive(转化酶)、CAT(过氧化氢酶)及ACP(酸性磷酸酶)的关系,为深入研究氮沉降对马尾松林森林生态系统的影响提供参考.2014年5月~2015年7月在缙云山马尾松林设置3个氮添加水平和一个无氮添加的对照处理:低氮[N_5,20 g·(m~2·a)~(-1)],中氮[N_(10),40 g·(m~2·a)~(-1)]、高氮[N_(15),60 g·(m~2·a)~(-1)]和对照[N0,0g·(m~2·a)~(-1)],每个处理量分4次,在每个季度开始各施1次,每个处理各9次重复,采用ACE(automated soil CO_2exchange station,UK)自动土壤呼吸监测系统分别对土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度进行分析测定.结果表明:1土壤酶和土壤呼吸均具有明显的季节变化规律,各处理土壤呼吸均表现为夏季最高,其次是春季和秋季,最低为冬季,而各处理土壤酶活性则无一致的变化规律.2总体而言,氮沉降对土壤呼吸和酶活性均有抑制作用,且抑制程度随氮浓度增加而加强,但冬季氮沉降对马尾松林土壤呼吸有促进作用,春、夏、秋这3个季节氮沉降对Ure、Ive、CAT及ACP有抑制作用,而冬季氮沉降对4种土壤酶活性影响则存在差异.3逐步回归表明,无氮和低氮处理时,T、Ure和Ive对Rs的贡献较大,且随着T、Ure和Ive的增加,Rs也急剧增加;中氮处理时,T、Ure和CAT对Rs的贡献较大,Rs随着T、Ure和Ive的增加而增加;高氮处理时,Rs随着Ure的增加而降低,随着CAT和W的增加而增加.     

汉江上游金水河流域氮湿沉降

汉江上游金水河流域是南水北调工程的重要水源涵养区,但是氮污染已成为该流域水质的主要威胁因素.该研究对汉江的金水河流域开展了为期1 a(2012-02~2013-02)的氮湿沉降观测,并利用氮输出模型估算了氮湿沉降对河流氮负荷的贡献量.结果表明雨水中总氮(DTN)的浓度在0.24~2.89 mg·L-1之间,铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3N)及有机氮(DON)分别占42.8%、13.3%和43.9%;雨水氮浓度随降雨量增大而变小,明显受到降雨的稀释作用.流域内氮湿沉降主要来自人类活动,沉降负荷在4.97~7.00 kg·(hm2·a)-1之间,受降雨量的主要影响,上游地区的氮湿沉降负荷>下游地区>中游地区,春夏两季约占全年氮湿沉降的81%.流域氮湿沉降对河流氮负荷贡献量约为34 000~46 000 kg,只占流域氮肥贡献量的5.05%~6.78%,远小于流域内农业活动化肥氮的贡献量,不是河流氮的主要来源.     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.