Integrating soil carbon cycling with that of nitrogen and phosphorus in the watershed model SWAT: Theory and model testing

In this paper we describe and test a sub-model that integrates the cycling of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) in the Soil Water Assessment Tool (SWAT) watershed model. The core of the sub-model is a multi-layer, one-pool soil organic carbon (S_C) algorithm, in which the decomposition rate of S_C and input rate to S_C (through decomposition and humification of residues) depend on the current size of S_C. The organic N and P fluxes are coupled to that of C and depend on the available mineral N and P, and the C:N and N:P ratios of the decomposing pools. Tillage explicitly affects the soil organic matter turnover rate through tool-specific coefficients. Unlike most models, the turnover of soil organic matter does not follow first order kinetics. Each soil layer has a specific maximum capacity to accumulate C or C saturation (S_x) that depends on texture and controls the turnover rate. It is shown in an analytical solution that S_x is a parameter with major influence in the model C dynamics. Testing with a 65-yr data set from the dryland wheat growing region in Oregon shows that the model adequately simulates the S_C dynamics in the topsoil (top 0.3 m) for three different treatments. Three key model parameters, the optimal decomposition and humification rates and a factor controlling the effect of soil moisture and temperature on the decomposition rate, showed low uncertainty as determined by generalized likelihood uncertainty estimation. Nonetheless, the parameter set that provided accurate simulations in the topsoil tended to overestimate S_C in the subsoil, suggesting that a mechanism that expresses at depth might not be represented in the current sub-model structure. The explicit integration of C, N, and P fluxes allows for a more cohesive simulation of nutrient cycling in the SWAT model. The sub-model has to be tested in forestland and rangeland in addition to agricultural land, and in diverse soils with extreme properties such high or low pH, an organic horizon, or volcanic soils.     

温度和氮素输入对青藏高原三种高寒草地土壤碳矿化的影响

选取了海北高寒草甸、那曲高寒草原和当雄高寒湿地3种典型高寒草地生态系统类型为研究对象,采集了表层0~10 cm土壤,在实验室内进行可控温度下的碳矿化培养实验。结果表明,青藏高原土壤碳矿化在不同高寒草地类型间存在显著差异（P≤0.05）。在较低的温度下,高寒湿地土壤的碳矿化速率显著低于高寒草甸土壤,而温度在15℃左右时,高寒湿地土的碳矿化速率略高于高寒草甸土壤,当温度处于较高的水平时（〉20℃）,高寒湿地土壤碳矿化速率远高于高寒草甸土壤,高寒湿地土壤碳矿化的Q10显著大于高寒草甸。无论是低温还是较高的温度,高寒草原土壤碳矿化速率最低,数值范围也最窄。高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化均受温度的显著影响（P≤0.05）,其速率均跟温度呈现一级指数函数方程关系,而高寒草原土壤碳矿化速率与温度间未呈现明显的函数关系,但不同温度间的土壤碳矿化速率存在显著差异。氮素输入对高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化的影响不明显,但显著促进了高寒草原土壤碳矿化作用。     

植物碳酸酐酶对岩溶作用的影响及其生态效应

广泛存在各种类型生物细胞中的碳酸酐酶（cA）,通过催化C02和HCO3^-之间的相互转化,驱动岩溶过程。文章通过分析我国西南典型岩溶区植物叶片和根系CA活性,探讨其与岩溶作用的相互关系,结果表明：岩溶生态系统中植物的碳酸酐酶活性差异较大,并在植物的生长期发生变动,植株根系CA活性〉成熟叶片CA活性,因而在土壤水分充足的条件下．根系分泌的CA催化CO2＋H2O←→HCO3^-＋H^＋过程,促进石灰岩溶解,加快成土速率,并通过固定根呼吸和土壤微生物分解所释放的CO2产生岩溶碳汇效应;非岩溶生态系统由于土壤碳酸钙含量低,造成植物根系CA表达活性较低。     

北京市三种典型城市绿地类型的保健功能分析

随着城市化进程的加快,越来越多的城市居民的健康受到城市污染的影响,因而城市绿地对人体的保健作用日益受到重视。通过实地监测的方法,选择北京3种典型类型的绿地、在不同空间以及不同的季相条件组合下,对形成绿地保健功能的空气负离子浓度、空气温度、湿度、二氧化碳浓度、噪音等因子进行了研究。结果表明：（1）不同绿地类型的保健功能有较大的差距,以同一时段空气中的负离子浓度为例,其最大值发生在郊野公园（1810cm^-3）,高于单位绿地（980cm^-3）,远高于作为对照的商业中心（110cm^-3）;（2）在同一绿地的不同空间位置也存在明显差异,以道路绿化防护林带为例,林带中心空气中的负离子浓度高达1900cm-^-3,高于林缘（591cm^-3）和林外（120cm^-3）;（3）同一绿地保健功能随季相变化发生明显改变,在有叶期的道路绿化防护林带中心的空气负离子浓度（1900cm^-3）是落叶期相同位置空气中负离子浓度（750cm-^-3）的两倍多。空气温湿度、噪音、CO2浓度的空间和时间上的变化类似于空气负离子。本研究获得的数据支持了城市绿地保健功能理论,可为合理设计城市绿地增强其保健功能提供依据。     

井冈山森林碳储量与LAI和材积的相关性

建立林木生物量模型是估算森林生物量的重要方法之一,叶面积指数（Leaf Area Index,简称LAI）和材积与林木密切相关,是否可通过建立森林生物量与LAI或材积的相关模型来估算森林生物量,进而估算森林碳储量,值得探索。以井冈山自然保护区两种典型森林类型（常绿阔叶林和人工杉木林）为研究对象,分乔木层、植被层和总体（植被层＋土壤层）3部分分别计算碳密度,并对它们与叶面积指数LAI和材积之间的相关性进行分析。结果表明：常绿阔叶林总体碳密度为38．915kg／m^2,高于人工杉木林的27．460kg／m^2;两种森林类型乔木层和植被层碳密度与材积具有很好的相关性（R^2〉0．97）,在与LAI的相关性分析中,人工杉木林乔木层和植被层碳密度与LAI相关系数达到0．7以上,相关关系显著,而常绿阔叶林各层碳密度与LAI的相关性不明显;在森林总体碳密度与LAI和材积的相关性分析中发现,只有常绿阔叶林总体碳密度与材积的R^2为0．7116,达到显著水平,其它相关性水平均不显著。因此,利用材积与生物量和碳储量的相关关系来推算井冈山森林生物量和碳储量的方法是可行的,通过叶面积指数来推算森林生物量和碳储量的方法还有待进一步研究探讨。     

中国农业领域温室气体主要减排措施研究分析

气候变暖已成不争事实,主要是由于人为温室气体(GHG)排放增加所致,为减缓气候变暖趋势,各领域迫切需要采取减排措施;农业是一个重要的GHG排放源,农业领域采取减排措施对于减少我国GHG排放、保护农村生态环境有重要意义。文章在大量阅读前人研究结果的基础上,总结我国农业领域主要的减排管理措施,主要从农业活动、农村生活和生物质能源利用三方面进行阐述,并简要分析各措施的减排效果和存在问题。分析发现,农业活动的水肥管理是农田温室气体减排的研究热点,但由于地域和管理流程上的差异,对措施的减排效果尚存在争议;农村生活中存在巨大的减排潜力,采取恰当的减排措施不但可以减少GHG排放,还可以改善农村生态状况和环境卫生条件;农村生物质能源有很大发展潜力,合理开发利用,可以有效替代化石能源消耗,缓解能源危机,减少GHG排放,保护生态环境。总之,在农业领域采取积极的减排措施,有助于国家效应对气候变化,降低农业源污染和GHG排放,减轻环境压力,转换农业发展模式,加速农业现代化,促进农业生产的可持续发展和社会主义新农村建设。     

基于ARM处理器的CO气体在线监测系统的设计

以三星公司的ARM7处理器S3C44B0X、嵌入式实时操作系统uC/OS -Ⅱ为基础,介绍了一种CO气体在线监测仪器电路部分的实现,分析其基本原理,给出了系统整体框图,完成了其硬件系统和软件系统的设计.实践证明,该方法能够满足系统控制和数据处理要求,具有较好的实用性.     

摩托车防盗器遥控引燃黑火药的实验研究

根据2013型铁将军牌摩托车防盗器工作原理,分析了连接左转向灯、起动继电器及电门锁的5条导线遥控引燃黑火药的方式.利用GOS-620型示波器,测得防盗器在设防、寻车、起动、振动1次、连续振动、解锁时这5根导线两两之间的电压.从60种组合中筛选出10种可能引燃黑火药的方式.通过引燃实验,验证了这10种引燃方式.以左转向灯...     

煤质活性炭在饮用水处理应用中值得探讨的问题

本文介绍了煤质活性炭在饮用水处理应用中存在的如何选择活性炭的性能指标,煤质活性炭新旧国家标准的变化及煤质活性炭的再生等值得探讨问题。本文对煤质活性炭饮用水处理的应用具有一定的意义。     

资源型城市转型绩效特征及其碳减排效应

基于中国资源型城市2003—2018年面板数据综合测度城市转型绩效,采用空间马尔科夫链、空间计量模型和空间双重差分模型,探究资源型城市转型绩效特征及其对碳排放的影响。结果表明：（1）资源型城市转型绩效逐渐提升,与此对应的是区域差异呈波动上升趋势,且四种类型资源型城市之间区域差异主要来源于地区内差异,成熟型城市贡献最大;资源型城市转型绩效存在明显的空间分异性,发展格局由以跨越区为核心的“多点式”零星分布向先行区为核心的“组团式”聚集形态演变。（2）资源型城市转型绩效在不同时期存在状态转移的可能性,具有滞后区、起步区、跨越区和先行区4个趋同俱乐部特征,空间马尔科夫链表明转移趋势存在明显空间关联性,状态转移通常出现在相邻等级之间,较少有“跳跃式”转移现象,具有长期性和持续性特征。（3）资源型城市转型具有显著碳减排效应,而且这种效应存在不同资源类型、不同发展阶段和不同空间区位的异质性特征,经济产业转型、社会生活转型和生态环境转型是发挥碳减排效应的重要因素;进一步的政策冲击分析表明,产业转型升级示范区和高新技术产业开发区的设立对城市碳减排具有积极的政策效应。