鼎湖山森林演替序列水文过程中总有机碳(TOC)变化规律及其对土壤碳平衡的贡献

森林水文过程中的总有机碳转运对土壤有机碳平衡起着重要的作用,但我们对于水文过程对碳平衡的贡献机理所知甚少.本研究针对鼎湖山季风常绿阔叶林演替序列不同森林生态系统(马尾松林、针阔混交林和季风常绿阔叶林(简称季风林))的大气降水、穿透水、树干流、凋落物淋洗水以及地表径流中的总有机碳(TOC)进行了三年(2002年4月-2005年5月)观测,以此来分析水文学过程中TOC的变化规律和水文学过程对不同成熟度森林生态系统土壤有机碳积累的贡献.每场雨后进行水样的采集,采集的水样装入棕色玻璃瓶中,加硫酸至pH值小于2,放置于实验室冰箱冷藏待测.TOC用日本岛津公司生产的5000A型TOC-V分析仪测定.研究结果及推论如下:鼎湖山森林水文学过程中TOC浓度和总量变化呈现规律性的变化.大气降水中的TOC浓度和总量分别为(3.65±0.59)mg·L~(-1)和51.8104 kg·hm~(-2)·a~(-1),大气降水是鼎湖山森林生态系统水文循环过程中TOC的主要来源.穿透水(DTF)中TOC浓度和总量均为:松林>混交林>季风林,其中季风林TOC浓度显著低于其他两种林型.松林树干流的TOC浓度显著高于混交林和季风林.凋落物淋洗水TOC浓度和总量大小依次均为:松林>混交林>季风林,且三林型间存在显著差异(p<0.05).径流中TOC浓度和总量均较小,且无明显差异.在湿季5月份,穿透水、树干流、凋落物淋洗水的TOC浓度呈现下降趋势.干季(10月)开始以后,穿透水、树干流、凋落物淋洗水中的TOC浓度又逐步回升.地表径流中TOC浓度干湿季变化趋势不明显.干季中各水文学分量TOC浓度大于湿季,但TOC总量呈现相反趋势.在森林水文学过程中,凋落物淋洗水所携带的有机碳量是土壤有机碳输入的最大项,季风林、混交林、松林中TOC总量分别为246.983 kg·hm~(-2)·a~(-1),255.187kg·hm~(-2)·a~(-1)和261.876kg·hm~(-2)·a~(-1);其次是直接到达土壤表面的穿透水,季风林、混交林、松林中TOC总量分别为28.152kg·hm~(-2)·a~(-1),37.410kg·hm~(-2)·a~(-1)和43.176kg·hm~(-2)·a~(-1);树干流中有机碳浓度虽高,但总量很微小,季风林、混交林、松林中TOC总量分别为4.663kg·hm~(-2)·a~(-1),5.910kg·hm~(-2)·a~(-1)和4.566kg·hm~(-2)·a~(-1),所以对土壤有机碳收入贡献不大.径流所携带的TOC总量很小,季风林、混交林、松林中分别为8.707kg·hm~(-2)·a~(-1),9.318kg·hm~(-2)·a~(-1),7.220kg·hm~(-2)·a~(-1).由此可知,水文过程输入土壤的TOC总量远大于径流所带走的TOC总量,导致了水文过程中的TOC存留在土壤中,对土壤有机碳(SOC)的积累起着重要作用.季风林、混交林和马尾松林土壤每年通过水文学过程净输入的有机碳量分别为(27.1+1.65)g·m~(-2),(28.9±2.79)g·m~(-2)和(30.2±2.65)g·m~(-2).水文学过程中的这部分有机碳由于占总有机碳比例较小往往被忽视,但是正是由于水分在土壤中的下渗使得有机碳的分布趋于均匀,这将更加利于SOC的积累和保存.     

调水调沙对黄河口及邻近海域溶存甲烷的影响

于黄河第9次调水调沙期间在黄河下游垦利站开展调查,分析了调水调沙对黄河溶存甲烷浓度分布及黄河甲烷年入海通量的影响.于2009年6~7月黄河调水调沙前、中、后期对黄河口及邻近海域开展调查,探讨了调水调沙对黄河口甲烷分布的影响.结果表明:调水调沙期间黄河垦利站甲烷浓度变化范围为9.89~205.34nmol/L,与径流量和悬沙含量呈正相关,表明甲烷主要来源于河床底层浮泥的释放.调水调沙期间黄河向渤海输送的甲烷约为2.2×105mol,约占2009年黄河向渤海输送甲烷总量的50%,调水调沙对甲烷输送通量在年内的分配有较大影响.黄河口及其邻近海域的三次调查结果显示甲烷浓度范围为3.71~37.77nmol/L,受黄河冲淡水影响较大.据估算黄河口甲烷的饱和度为(649.7±292.1)%,黄河口及其邻近海域是大气甲烷的净源.     

基于比较思维的安全经济学研究

为探究比较思维对安全经济学发展影响,以扩展安全经济学的研究领域,基于比较学与安全经济学的基本理论,提出比较安全经济学的定义和内涵,并阐述其研究意义,描述其基础理论和研究层次。基于比较安全经济学的属性,提出研究比较安全经济学的10个角度,总结比较安全经济学的应用领域,构建比较安全经济学“方法—知识—步骤—逻辑”四维结构体系,举例阐述其研究步骤及其安全应用。研究表明:比较安全经济学是安全经济学与比较学交叉融合形成的一门新兴安全科学分支学科,其研究旨在为企业安全资源优化配置提供理论基础。     

长江口潮滩湿地-大气界面碳通量特征

选择长江河口崇明东滩为典型研究区域,使用原位静态箱-气相色谱法,对长江河口潮滩湿地-大气界面碳通量(CH4和CO2)进行了为期一年的现场观测实验.结果表明,观测期内,崇明东滩低潮滩(CM-3)表现为碳的吸收汇,平均碳通量为-13.23 mg·m-2·h-4,且有明显的变化特征,8月为碳吸收的高峰期,2月碳的通量值最低;虽然低潮滩CH4年平均排放通量仅为0.04mg·m-2·h-1,在碳通量中所占比例很小,但却是大气CH4的持续排放源.中潮滩(CM-2)为大气CH4的排放源,在7月达到排放高峰;对CO2而言,光照条件下(明箱)以吸收为主,而无光照时(暗箱)中潮滩是CO2的排放源.中潮滩湿地-大气界面碳的年平均交换通量为51.79 mg·m-2·h-1,显著高于低潮滩,植被和有机质含量的不同是导致两者差异的主要原因.温度和光照是影响碳通量及其季节变化的重要因素.海三棱藨草植株和中、低潮滩藻类的光合作用均显著促进了潮滩对大气碳的吸收.     

天山南坡科其喀尔冰川流域水化学侵蚀及大气CO_2沉降量分析

2004-06-21～2004-09-10对天山南坡科其喀尔冰川作用区河水、大气降水及冰川进行水化学采样和分析实验,计算了地壳源物质的化学侵蚀率和大气CO2沉降量.分析结果表明,大气降水中溶质补给率平均为60.7kg.(km2.d)-1,占流域总溶质通量791.2kg.(km2.d)-1的7.7%.冰川冰中溶质因冰溶解作用补给河水中溶质的补给率平均为60.2kg.(km2.d)-1,占7.6%.地壳源水化学侵蚀率为558.0kg.(km2.d)-1,占70.5%,是河水中可溶性离子的主要来源.其中,流出SO24-总通量为171.1kg.(km2.d)-1,主要来源于地壳水化学侵蚀补给,占90.6%,其次是大气降水补给,占5.6%;流出HCO3-总通量为308.9kg.(km2.d)-1,其中硫化物氧化作用导致碳酸盐水解补给的HCO3-为84.2kg.(km2.d)-1,在吸收大气CO2引起的碳酸化作用过程中,源于大气CO2的HCO3-与源于碳酸盐的HCO3-相等,均为112.3kg.(km2.d)-1,相当于暂时性吸收大气CO2通量为81.0kg.(km2.d)-1,占流域总溶质通量的14.2%.利用碳酸盐水解法计算的地壳溶质侵蚀通量为641.1kg.(km2.d)-1,比前者利用物质平衡原理计算过程中考虑与不考虑大气CO2沉降的结果分别相差14.9%和4.4%.本研究对于评估我国西部资料匮乏的冰川区的水化学侵蚀和冰川区对碳循环的贡献具有重要的示范意义.     

湖泊水-沉积物界面DIC和DOC交换通量及耦合关系

以乌梁素海和岱海为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了2个湖泊水-沉积物界DIC和DOC交换通量及耦合关系研究.结果表明,在夏季90 d的时间内,乌梁素海明水区沉积物表现为上覆水中DIC和DOC的碳源,DIC和DOC的平均释放速率分别为71.07 mmol·(m2·d)-1和185.09 mmol·(m2·d)-1;岱海浅、深水区沉积物整体上表现为上覆水中DIC和DOC的碳汇,浅水区DIC和DOC的平均释放速率分别为155.75 mmol·(m2·d)-1和-1 478.08 mmol·(m2·d)-1,深水区DIC和DOC的平均释放速率分别为-486.53 mmol·(m2·d)-1和-1 274.02 mmol·(m2·d)-1;岱海浅水区和乌梁素海水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用(含量、释放速率、总量变化量的同步变化)主要受微生物摄取、微生物或非生物降解及水生植物的影响;岱海深水区水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用则主要与Ca CO3共沉淀作用及沉积物中无机碳形态分布特征等有关.总体上,不同类型湖泊或同一湖泊不同湖区的DIC或DOC源/汇功能差异是湖泊类型、离岸距离、湖泊水文地球化学及无机碳形态分布等多种因素综合作用的结果.     

基于四维通量法的佛山臭氧污染输送量化

定量输送过程对大气污染事件的贡献程度一直是目前区域大气污染防控的突出难点和重要需求.对此,基于WRF-Chem模式对佛山典型区域性臭氧(O₃)污染事件开展模拟,应用四维通量法分别量化周边区域对佛山市臭氧及其前体物的输送通量,厘清臭氧直接输送和前体物输送的贡献,发现周边区域对佛山市输送的O₃总通量平均值为120.3 t·h^-1;挥发性有机化合物(VOCs)总通量平均值为30.2 t·h^-1;其对应的臭氧生成潜势(OFP)为114.8 t·h^-1.通过统计各O₃污染事件的输送通量,发现污染期间输入佛山O₃通量最大的城市为广州(贡献率为44%);输入VOCs通量最大的城市为肇庆(贡献率为48%).分析输送VOCs排放导致的O₃生成潜势发现含氧挥发性有机物(OVOCs)对OFP的贡献最大,在“最大输入事件”中占比为47%.甲醛、二甲苯、醛类、丙酮和苯酚类等OVOCs和芳香烃是对OFP贡献前5的物种,贡献量占总OFP的50...     

土壤挥发性汞释放通量的研究

在总结前人工作的基础上,建立了一套野外现场测量土军发性汞释放通量的实验装置,于１９９３－０８至１９９３－１０在贵州省三类地区（高汞区、人为汞污染区和背景参考区）的５个采样点进行土军发性汞释放通量的研究。结果表明,土壤军发性汞释放通量具有白天高于夜间的昼夜变化规律,土挥发性汞释放通量与土壤总汞含量、在气气温相关。     

引江济太入湖污染物通量及其对太湖水质贡献

引江济太工程是旨在改善太湖水质的重要工程举措,弄清调水过程中输入太湖的污染物负荷量是研究调水效果的重要方面。本研究根据2003年~2008年调水量和望亭立交闸下的水质监测数据,定量地计算了调水的入湖水量和污染物通量。同时根据2000年~2005年环湖30条河道每月一次的水文及水质监测数据,计算每年环湖河道的入湖水量及污染物通量。通过比较结果表明平均每年调水的入湖污染物通量约占总入湖污染物通量的10%,定量地给出了调水对太湖水质的贡献。     

Oxyanion flux characterization using passive flux meters: development and field testing of surfactant-modified granular activated carbon

We report here on the extension of Passive Flux Meter (PFM) applications for measuring fluxes of oxyanions in groundwater, and present results for laboratory and field studies. Granular activated carbon, with and without impregnated silver (GAC and SI-GAC, respectively), was modified with a cationic surfactant, hexadecyltrimethylammonium (HDTMA), to enhance the anion exchange capacity (AEC). Langmuir isotherm sorption maxima for oxyanions measured in batch experiments were in the following order: perchlorate>chromate>selenate, consistent with their selectivity. Linear sorption isotherms for several alcohols suggest that surfactant modification of GAC and SI-GAC reduced (approximately 30-45%) sorption of alcohols by GAC. Water and oxyanion fluxes (perchlorate and chromate) measured by deploying PFMs packed with surfactant-modified GAC (SM-GAC) or surfactant-modified, silver-impregnated GAC (SM-SI-GAC) in laboratory flow chambers were in close agreement with the imposed fluxes. The use of SM-SI-GAC as a PFM sorbent was evaluated at a field site with perchlorate contamination of a shallow unconfined aquifer. PFMs packed with SM-SI-GAC were deployed in three existing monitoring wells with a perchlorate concentration range of approximately 2.5 to 190 mg/L. PFM-measured, depth-averaged, groundwater fluxes ranged from 1.8 to 7.6 cm/day, while depth-averaged perchlorate fluxes varied from 0.22 to 1.7 g/m2/day. Groundwater and perchlorate flux distributions measured in two PFM deployments closely matched each other. Depth-averaged Darcy fluxes measured with PFMs were in line with an estimate from a borehole dilution test, but much smaller than those based on hydraulic conductivity and head gradients; this is likely due to flow divergence caused by well-screen clogging. Flux-averaged perchlorate concentrations measured with PFM deployments matched concentrations in groundwater samples taken from one well, but not in two other wells, pointing to the need for additional field testing. Use of the surfactant-modified GACs for measuring fluxes of other anions of environmental interest is discussed.