湄公河典型区域旱雨季土地利用及土壤侵蚀差异研究

以湄公河干流老挝沙湾拿吉至柬埔寨桔井段重要支流南蒙河、色丹河、色贡河、色桑河、斯雷博河及其左右岸缓冲区50 km范围为研究区域,基于Landsat8遥感和河网数据,对比植被覆盖度以及空间分布特征,分析区域内旱季(1-2月)、雨季(6-9月)土地利用及土壤侵蚀变化。结果表明,季节性降雨导致土地利用变化明显,旱、雨季土地利用变化主要表现为河道沿岸水体动态变化;旱季水体面积较雨季净减少43 259 hm^(2),占总变化面积的93.8%;雨季至旱季耕地转化占总变化面积38.00%(17 514.44 hm^(2)),其次为灌木地(22.98%,10 590.54 hm^(2))和裸地(21.77%,10 033.32 hm^(2))。土地利用类型转化导致土壤侵蚀变化,旱、雨季土壤极强烈侵蚀和剧烈侵蚀区域变化不大;旱季以轻度侵蚀、中度侵蚀增加为主,净增加面积分别为4 107 hm^(2)和5 864 hm^(2),分别占总变化面积的36.9%和52.7%;增加面积主要由无侵蚀类型发展而来,体现在旱季沿岸水体面积的大幅降低。建议在水土保持过程中,改传统稻田种植为耕作、轮作和培肥一体化的水保措施,增强基础设施建设,加强河岸带生态护坡建设与管理,降低自然洪水或人为工程对自然林地和植被的破坏。

东北黑土地区稻田甲烷排放时空演变及排放潜力分析

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源。东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一。运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了2009—2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力。结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t。东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性。随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04%,其中黑龙江省的贡献率高达31.06%。在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH_4排放量较2018年增加19.5%;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH_4排放量较2018年减少0.88%;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH_4排放量增加17.8%—63.6%。以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放。研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考。

生物炭及其老化对农田NH_(3)挥发及N_(2)O排放的影响

生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱-气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(SBET)、总孔容(Vt)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为:氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少了13.57%-29.50%的NH_(3)挥发量。与BC相比,OBC和KBC分别显著降低了14.71%和9.38%的NH_(3)挥发(P<0.05),MBC降低了3.38%的NH_(3)挥发(P>0.05)。相反,WBC和FBC分别增加了4.55%和2.72%的NH_(3)挥发(P>0.05)。同时,生物炭的添加降低了22.36%-40.43%的N_(2)O排放量。其中,BC减排效果最优,老化作用均削弱了原生物炭对N_(2)O的减排效应。与BC相比,OBC和KBC显著增加了30.34%和26.36%的N_(2)O排放量(P<0.05),MBC、FBC和WBC分别增加了19.96%、18.29%和10.92%的N_(2)O排放量(P>0.05)。综上,不同老化方式会对生物炭的理化性质造成不同改变,进而影响土壤气态氮释放。通过对比不同的老化方式,OBC影响最为显著,其次为KBC,MBC居中,WBC和FBC的影响最弱。

环戊酮对农田土壤N_(2)O排放的影响及作用机理研究

旨在明确新型植物源抑制剂环戊酮(CCO)在不同土壤条件下对氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响及作用机理。以江西红壤和甘肃漠灌土为研究对象,试验共设3个处理:(1)空白对照(CK);(2)尿素处理(U);(3)CCO处理(U+CCO)。研究发现,施用CCO与单施尿素相比能够延长红壤和漠灌土中铵态氮在土壤中的留存时间,降低土壤硝化作用潜势;与尿素处理相比,CCO处理的N_(2)O累积排放量分别减少74.12%(红壤)和63.19%(漠灌土);荧光定量PCR结果表明,施用尿素能够增加土壤中氨氧化微生物的活性,配施CCO对氨氧化细菌的抑制效果在漠灌土中(85.81%)优于红壤(19.63%),而对氨氧化古菌无明显抑制作用;氮素输入同样能提高反硝化功能基因nirK与nirS的活性,且CCO对两种土壤中nirK与nirS基因均具有显著抑制作用;在不同土壤中,施用CCO抑制反硝化功能基因nirK与nirS活性的持续时间不同,在红壤上对反硝化功能基因nirK与nirS的抑制效果出现在培养的第7 d,而漠灌土出现在第25 d。新型植物源抑制剂CCO主要通过抑制氨氧化细菌和反硝化功能基因nirK与nirS来延缓硝化和反硝化过程,从而减少N_(2)O的排放。

土壤环境基准的科学问题与研究方法:以Cd为例

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究的前提。本文针对土壤环境基准研究中影响重金属毒性阈值的非生物因子、生物因子、剂量效应关系测定中等几个关键科学问题进行了阐述,包括土壤老化因子与淋洗因子的矫正,低剂量刺激效应拟合及毒性数据归一化方法等,最后以农田土壤Cd为例,推导出不同性质土壤中Cd环境基准(HC_(5))及其与土壤性质的连续性分布曲线方程(LogHC_(5)=0.132pH+0.083OC+0.008CEC-1.448),以期为农田土壤环境指标基准的研究提供参考与借鉴。

基于“自然-社会”视角的陕西省土地利用变化碳核算与演变格局分析

土地利用变化对碳源-汇有着重要的影响,在全球碳循环中扮演着重要的角色。为揭示土地利用变化对碳平衡的影响,以陕西省为研究区,基于资源清查、土壤调查、能源消费等多源数据,利用簿记模型和GIS软件核算了该省2002-2022年社会间接碳排放和自然直接碳储量,并引入夜间灯光数据反演,揭示了不同地类及地类内部的碳密度差异与时空格局演变。结果表明:1)陕西省土地利用类型空间特征明显,林地和耕地占全省面积71.7%,2022年与2002年相比建设用地、林地、水域面积分别增加2.67×10^(5)、1.05×10^(6)、7.73×10^(3) hm^(2),耕地、草地、未利用地面积分别减少7.76×10^(5)、3.75×10^(5)、1.73×10^(5) hm^(2);2)研究期间陕西省土地利用相关碳吸收与碳排放严重失衡,土地利用相关年均碳汇量为4.98×10^(6) t,与林地面积的扩大及固碳能力的提升有关,年均碳排放量为3.10×10^(7) t,增长了7倍,与高排放能源的消耗有关;3)研究期间陕西省碳汇量在2007年后开始由负增长变为正增长,2017年后增长速度变快,碳排放量则一直处于高速增长,但受生态保护和减排政策等影响2017年后排放趋于稳定;4)研究期间陕西省地均碳密度表现为陕南秦巴山地>关中平原地区>陕北黄土高原,增长较为稳定的碳密度>60 t·hm^(−2)的地块主要集中在安康与商洛、汉中交界一带,碳排放区域主要集中在关中平原一带和陕西西北部,并在栅格单元空间上呈现扩张趋势。研究还发现,固碳主要依靠林地碳汇,当前陕西省碳排放趋于稳定,如何提升林草地的固碳能力将成为“双碳”目标实现的关键问题。

滇中高原湖泊湖滨带土壤生态化学计量特征及影响因素研究

湖滨带是地球化学元素循环高度活跃且极易受环境变化与人类活动影响的敏感地带。文章通过对滇中湖泊杞麓湖湖滨带土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量的分析,结合冗余分析和结构方程模型等,研究了土壤生态化学计量的时空变化特征及其与土壤理化性质间的耦合关系。结果表明,杞麓湖湖滨带土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)平均含量分别为31.97、1.79、1.01 g/kg。雨季土壤TOC、TN含量低于旱季,在湖滨带结构上均呈现水向带>消落带>陆向带的特征,且随土壤深度的增加而降低,TP时空差异不显著。土壤C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为23.08、41.38、2.10,表明湖滨带土壤有机质的分解速率较慢,释放有效磷的潜力大,植物生长易受到氮的限制,而磷的高含量将影响杞麓湖流域生态环境保护。土壤容重、含水率和黏土含量通过改变其C、N、P含量,进而影响土壤生态化学计量比。

科尔沁沙地西北缘生态地质环境评价

采用层次分析法对科尔沁沙地西北缘地质环境、生态环境、社会环境进行分析,构建一套以适应农牧业发展为目标层的评价指标体系,并计算区域生态地质环境质量的综合指数,对生态地质环境状况进行评价.通过对评价结果统计认为:生态环境较比地质环境、社会环境对整个评价结果的影响更大,其中土地质量是最主要因素;研究区所有的评价单元中有86%处于中等及偏下的水平.该研究结果对正确认识研究区生态地质环境具有重要的意义.

基于InVEST与CA-Markov模型的宝鸡市碳储量时空演变与预测

土地利用类型的变化是影响陆地生态系统碳储量变化的重要因素,分析区域未来土地利用格局对碳储量的影响、对维持碳平衡具有重要意义.基于宝鸡市2000—2020年土地利用数据,运用InVEST模型和CA-Markov模型,对2000—2020年宝鸡市不同土地利用类型碳储量的变化特征进行分析,并对2030年不同情景下宝鸡市土地利用变化及碳储量变化情况进行了预测.研究表明:①2000—2020年宝鸡市建设用地面积不断增加,耕地、林地和草地为主要土地利用类型.②2000—2020年,宝鸡市碳储量共损失0.42×10^(6)t,耕地和林地面积减少是其碳储量减少的主要原因.③2020—2030年自然发展情景下宝鸡市碳储量损失最多,耕地保护情景和生态保护情景下宝鸡市碳储量相差不大,控制城市扩张情景下宝鸡市碳储量损失最少、固碳能力最强.因此,未来进行国土空间规划时,可统筹考虑控制城市扩张情景、生态保护情景和耕地保护情景,以确保在粮食供给和生态安全的基础上,提高研究区的碳储量.

根际化学与生物多样性的表征方法:组学技术的机遇与挑战

根际是联结植物、土壤和微生物的重要界面,是化学与生物过程耦合最活跃的区域.根际环境影响土壤中有机和无机污染物的行为,而研究方法的完善与提升有助于阐释根际中复杂的过程与作用机制.本文从传统的化学和生物学方法到新兴的组学技术对根际科学的方法学研究进展进行了综述,重点讨论了当今组学技术在根际研究中应用机遇与挑战,同时展望了今后需要关注的科学问题.根际化学组分的传统分析方法涵盖了光谱、色谱、质谱和色质联用等技术,主要聚焦于低分子量有机酸等小分子的定性定量测定,导致对根际化学多样性的认知偏差;传统的根际微生物研究依赖于培养技术,对微生物多样性的描述存在很大的局限.揭示根际异质性和复杂性,亟需采用高端的技术,组学方法显示出极大的优势,显著提高了研究者对根际科学的认识.基于靶向和非靶向代谢组学有利于深入研究根际复杂的化学多样性过程;基于宏基因组学、转录组学和蛋白组学等组学工具能够提供微生物组基因和蛋白的表达、功能特性等更详细的信息,可以全面地揭示根际微生物的多样性.应该强调的是,未来多组学整合分析更是表征根际化学与生物多样性的一个强有力工具,但需要更多的模型、框架和计算基础来实现根际基因、蛋白、转录和代谢水平的多层次关联,以助于挖掘根-微生物-土壤界面大量尚未揭示的关键过程、机理及生态环境效应.

大气CO_(2)浓度升高背景下优化施氮对淹水稻田CH4排放的影响

为探讨未来气候变化条件下,合理管理氮肥以充分协调水稻产量与温室气体排放量之间的矛盾,实现低碳排放并保持水稻产量,本研究探讨了大气CO_(2)浓度升高120μmol·mol^(-1)与氮肥减施40%对淹水稻田水稻生产及CH4排放的影响及机理。利用开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台设置4个处理,即环境CO_(2)浓度+施氮250 kg·hm^(-2)(CK)、大气CO_(2)浓度升高120μmol·mol^(-1)+施氮250 kg·hm^(-2)(C+)、环境CO_(2)浓度+施氮150 kg·hm^(-2)(N-)、大气CO_(2)浓度升高120μmol·mol^(-1)+施氮150 kg·hm^(-2)(C+N-),分析了稻田CH4累积排放量(CAC)、水稻生物量及产量、土壤理化性质及酶活性等指标。结果表明:与CK处理相比,C+处理使CAC/产量显著提高了16.93%,N-处理使CAC/产量显著降低了13.33%,C+N-处理使CAC/产量降低了7.89%,但不显著;N-处理在一定程度上削弱了C+处理对CAC、CAC/产量、水稻生物量、土壤可溶性有机碳含量的促进作用;逐步回归分析表明,基于可溶性有机碳和硝态氮含量及土壤脲酶活性的线性模型,可解释稻田CH4累积排放64%的变异。综上,在大气CO_(2)浓度升高条件下,氮肥减施可通过影响土壤碳、氮基质及土壤脲酶活性来调节稻田CH4排放。

渭北旱塬不同年限撂荒地土壤酶活性及其化学计量变化特征

[目的]探究渭北旱塬区不同年限撂荒地的土壤养分、胞外酶活性及其化学计量的变化特征及影响因素,以期为渭北旱塬区撂荒地的改善与管理提供一定的理论依据。[方法]以渭北旱塬不同年限(5 a, 10 a, 20 a, 25 a和33 a)的撂荒地为研究对象,测定了土壤养分和参与土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)循环的5种胞外酶活性,随后利用单因素方差分析、土壤胞外酶化学计量学模型和主坐标分析(PCoA)研究不同撂荒年限下土壤养分和胞外酶活性及其生态化学计量的变化规律及影响因子。[结果]随着撂荒年限的增加,土壤C和N获取酶活性显著减小,而P获取酶活性显著增加;土壤C、N和P含量变化与酶活性变化趋势相反。随撂荒年限延长,土壤微生物的C限制得到缓解,P限制逐渐加强。PCoA拟合环境因子分析结果显示:土壤可溶性有机碳(DOC)、总磷(TP)、速效氮(AN)和速效磷(AP)含量是驱动酶活性及其计量比变化的关键因子。[结论]撂荒对土壤养分状况具有显著改善作用,但随撂荒时间延长(20 a以上)会加剧微生物P限制,因此对经过长年撂荒的土地应当适量施用磷肥,以改善其土壤状况。

1995—2021年榆神府矿区景观生态风险时空异质性研究

煤炭开采作为一种强烈的人类活动影响了矿区生态系统服务功能和经济价值,而相同气候环境不同地貌长时序空间尺度上矿区开发后景观生态风险演化特征对比研究较欠缺。以半干旱榆神府矿区为研究对象,基于1995—2021年Landsat数据,通过构建景观生态风险指数以及空间统计学分析,探究了近30年来矿区黄土丘陵和覆沙地两种不同地貌类型景观生态风险时空演化特征。结果表明:①1995—2000年间榆神府矿区两种地貌生态风险格局整体无明显变化;2000—2010年间黄土丘陵区景观低生态风险区向更高等级生态风险转变,2010年黄土丘陵区中高、中和中低生态风险区占比为70%,而覆沙区高生态风险区域虽增加但不显著,仍以中低生态风险区为主,占比为31%;2010—2021年矿区景观生态格局向着均匀化的方向发展,黄土丘陵区逐渐稳定为以中低、中和中高生态风险等级为主,2021年3个风险等级占比为74%,覆沙区也形成了以低、中低和中生态风险等级为主的分布情况,3个风险等级占比为77%,生态风险等级逐渐趋于稳定,生态风险格局不断优化;②1995—2021年榆神府矿区景观生态风险在空间上有明显的集聚分布特征,局部生态风险具有明显的热点、冷点区域,生态风险热点主要分布于煤炭开发时间长、地质环境损害较严重的东北部和东南部黄土丘陵区,生态风险冷点主要位于目前仍处于资源勘探普查的中部覆沙区;③人为干扰度是对榆神府矿区景观生态风险影响最大的驱动因子,黄土区与覆沙区决定力q值大小分别在0.49~0.72和0.38~0.55,在黄土丘陵区植被覆盖度是第二大影响因子,决定力q值在0.27~0.46之间,气温因子影响程度次之,而覆沙区植被覆盖度与气温的影响程度在1995—2021年间互有高低,两种地貌类型景观生态风险均受高程影响最小,q值均小于0.10;④景观生态风险时空演化相关分析表明,榆神府矿区生态修复过程中,应根据不同地貌类型特征优化景观生态格局,在黄土丘陵区应优化开采方案减小地表生态损害、积极开展损害地主动修复策略,在覆沙区由于开采对该区景观格局影响较小,矿区损害地可实施引导型生态自修复等以保障矿区生态安全。

滇中城市群碳储量时空演变及其对LULC变化的响应

[目的]通过分析滇中城市群碳储量的时空演变特征及其对土地利用/覆被(land use/land cover,LULC)变化的响应,以深化对该区域碳循环的理解,从而有效地指导碳管理和生态恢复策略的制定。[方法]利用InVEST和PLUS模型模拟并预测1990—2030年滇中城市群碳储量的时空演变规律,结合土地覆被变化数据,定量分析碳储量与LULC变化之间的响应关系。[结果](1)1990—2020年滇中城市群的土地类型主要以林地、耕地和草地为主,林地、耕地和建设用地呈增长趋势,其中建设用地增幅最大;(2)滇中城市群碳储量呈现出“先增后减,逐渐趋于平稳”的变化特征,2000年达到最高值,为1.46×10^(9)t,到2020年下降到1.45×10^(9)t,空间上呈“西高东低”的分布特征;(3)未来不同发展情景下的碳储量预测显示,与2020年相比,4个情景到2030年碳储量均呈下降趋势,其中生态发展情景下降最少,相比2020年下降0.43×10^(7)t,而耕地发展情景下降最为显著,相比2020年下降1.05×10^(7)t;(4)耕地和林地间的转变是影响碳储量的主要因素,其中耕地向林地的转换对滇中城市群碳储量增加尤为关键,林地增加可显著提升区域碳储量,而草地减少则对碳储量产生负面影响。[结论]林地和耕地转换对增加或降低滇中城市群碳储量具有显著影响。

基于ARIMA模型和CNN-LSTM组合模型的全球气温预测分析

全球气温预测研究对于国家环境健康状况评价、环境问题分析和预防污染物浓度管理具有重大价值。为有效提升温度预报准确率,首次引入了ARIMA(自回归移动平均模型)模型进行温度预测,而后又给出了一个基于卷积层神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)相结合的温度预报模型。利用CNN卷积层和池化层为特征提取模块,从而获得了数据特征;将重构信息注入LSTM网络中挖掘气温的时序特征。结果表明,与单独使用LSTM、CNN进行预测及使用ARIMA模型预测相比,CNN-LSTM模型预测结果具有更高的准确率。

喀斯特湿地、稻田和稻田撂荒地的N_(2)O排放及其与硝化和反硝化细菌群落的相关性

为研究土地利用对喀斯特湿地硝化细菌和反硝化细菌与氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,以会仙喀斯特湿地中的天然湿地、稻田和稻田撂荒地为研究样地,用高通量测序法、实时PCR法与静态暗箱结合气相色谱法分别测定硝化细菌和反硝化细菌群落相对丰度、绝对丰度与N_(2)O排放速率和总量。结果表明:在水稻的全生育期中,N_(2)O排放速率在天然湿地中总体上高于稻田和稻田撂荒地,三者的N_(2)O排放总量分别为1.07、0.38、0.20 kg·hm^(-2)。在水稻成熟期,稻田硝化细菌的绝对丰度显著高于天然湿地和稻田撂荒地,而硝化细菌和反硝化细菌的绝对丰度在后二者之间均没有显著差异。相对丰度最高的硝化细菌为Nitrosospira,其在稻田撂荒地(83.28%)和稻田(82.75%)中的相对丰度显著高于其在天然湿地(68.52%)中的相对丰度;相对丰度最高的反硝化细菌为Pseudogulbenkiania,其相对丰度在稻田撂荒地最高(29.49%),稻田次之(21.24%),天然湿地最低(16.26%)。研究表明,长期种植水稻降低了喀斯特湿地的N_(2)O排放量,改变了水稻成熟期硝化细菌和反硝化细菌的多样性。因此,单就降低N_(2)O排放而言,把稻田保留在喀斯特湿地中具有合理性。

塿土胶体对氮磷钾吸附性能的尺寸效应

为明确尺寸效应对塿土胶体吸附氮、磷、钾行为的影响过程及机理,采用高速离心法提取直径<2000、<1000、<500、<200 nm和<100 nm的塿土胶体组分,测定其粒径分布、元素含量和zeta电位,进而通过批量吸附试验研究其对铵根离子(NH_(4)^(+))、磷酸根离子(PO_(4)^(3-))和钾离子(K^(+))的吸附行为。结果表明:直径<2000 nm和<1000 nm的塿土粗胶体颗粒呈双峰分布模式,直径<500、<200 nm和<100 nm的细胶体组分呈单峰分布。随着平均直径减小,塿土胶体的全碳和有机碳含量增加。不同直径塿土胶体在高pH下的zeta电位绝对值增大,电荷密度和电荷可变性也随颗粒直径增大而增加。各直径塿土胶体对NH_(4)^(+)、PO_(4)^(3-)、K^(+)的吸附过程符合准一级动力学和Freundlich模型,吸附过程以物理扩散为主,且表现为多分子层吸附特征。不同直径塿土胶体对NH_(4)^(+)、PO_(4)^(3-)、K^(+)的的吸附性能受胶体直径大小的影响,塿土粗胶粒(<2000 nm)吸附能力最大,表明塿土胶体对养分元素的吸附差异主要受电荷密度调控。

大气氧化沉降过氧化氢对红树林湿地土壤有机碳转化和温室气体排放的影响

过氧化氢(H_(2)O_(2))作为自然大气湿沉降的主要氧化性物质,输入湿地系统后会发生原位Fenton反应,其产生的强氧化自由基对湿地“碳汇”功能影响却较少受到关注。利用室内模拟实验,探究了自然大气氧化性沉降H_(2)O_(2)输入对碳含量差异湿地土壤有机碳转化和温室气体排放的影响,揭示其引发的原位Fenton反应对湿地“碳汇”功能的潜在影响。结果表明,外源H_(2)O_(2)的输入显著促进了湿地土壤有机碳的转化降解,土壤颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(EOC)和可溶性有机碳(DOC)含量显著降低(P<0.05),尤其在湿地土壤碳含量较高时效果更显著。与此同时,通过连续3个月的温室气体监测发现,自然H_(2)O_(2)沉降处理组中显著促进了湿地系统中CH_(4)、N_(2)O累积排放总量(P<0.05),而CO_(2)累积排放总量略有上升,但差异不显著(P>0.05)。这表明自然大气氧化性沉降H_(2)O_(2)的输入不仅促进湿地土壤有机碳的分解,还导致了温室气体的释放,特别是CH_(4)和N_(2)O的增加。总体而言,自然大气氧化沉降H_(2)O_(2)的输入对湿地土壤中有机碳的分解起到催化作用,增加了土壤中碳循环的速率,对湿地生态系统的碳动态产生了影响。这一过程的理解有助于更全面地把握湿地土壤碳循环的机制,对于湿地生态系统的管理和保护具有重要的科学意义。

抗生素添加对不同演替阶段岩溶生态系统土壤有机质激发效应的影响

外源有机物添加会改变土壤有机质周转并产生激发效应,而添加抗生素后微生物的基质诱导呼吸则会受到选择性抑制,进而影响土壤有机质矿化过程。利用“空间代替时间”法结合选择性抑制诱导呼吸技术,通过室内实验研究环己酰亚胺和链霉素添加对中国西南岩溶区不同演替阶段生态系统土壤有机质的影响。结果表明:向土壤加入单一或者联合抑制细菌或真菌的抗生素时呈现诱导呼吸量增加的变化规律。尽管链霉素对诱导呼吸抑制作用不显著,但环己酰亚胺能够对以r-策略菌或k-策略菌为主导的土壤产生显著抑制作用。由于不同演替阶段生态系统下的土壤激发效应指数均小于1,表明产生负激发效应,并以表观激发和真实激发的形式显示,进而涉及活性基质的利用以及土壤固有有机质的分解。虽然链霉素和环己酰亚胺对细菌和真菌产生抑制作用,但不能对古菌、病毒和胞外酶产生抑制作用。因此,单独使用链霉素、环己酰亚胺或者同时使用二者时,土壤有机质仍能被微生物利用进而造成官能团相对比例发生变化。该研究结果为揭示土壤有机质负激发效应产生的原因以及明晰土壤有机质化学组分的相对稳定性提供了理论依据。

厌氧环境下黏土矿物结构Fe(Ⅲ)还原对Cd(Ⅱ)固持特性的影响

黏土矿物结构Fe(Ⅲ)是土壤铁元素主要赋存形态之一,稻田淹水环境下矿物结构Fe(Ⅲ)易发生还原反应,改变矿物晶体微结构和表面化学性质,为研究这种变化对矿物固持Cd(Ⅱ)特性的影响,以合成含铁黏土矿物绿脱石为研究对象,通过化学还原,探讨了厌氧条件下绿脱石结构态Fe(Ⅲ)还原对Cd(Ⅱ)吸附性能的影响及作用机制。结果表明:合成绿脱石中总铁含量为31.3%,结构态Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的含量占总铁的98.6%。还原处理后,矿物结构中Fe(Ⅱ)含量由还原前的3.9%显著提高至67.4%。XRD、SEM、BET和XPS分析表明,还原后绿脱石矿物层间距增大,分散程度更高,比表面积由151.6 m^(2)·g^(-1)增加至184.0 m^(2)·g^(-1),矿物表面的羟基基团数量增加。结构Fe(Ⅲ)还原降低了矿物对Cd(Ⅱ)的吸附和固持性能,Langmuir模型拟合还原后矿物对Cd(Ⅱ)的最大吸附量为23.5 mg·g-1,明显低于还原前矿物对Cd(Ⅱ)的吸附量(33.4 mg·g-1)。还原前后矿物对Cd(Ⅱ)的吸附性能均随着离子强度增大而降低,但还原矿物吸附Cd(Ⅱ)的降幅明显低于未还原矿物。黏土矿物结构Fe(Ⅲ)还原后吸附Cd(Ⅱ)的性能降低主要是由于还原过程中结构Fe(Ⅱ)迁移进入层间,抑制了吸附过程中Cd(Ⅱ)进入矿物层间。研究表明,厌氧环境中黏土矿物结构Fe(Ⅲ)显著降低了矿物对Cd(Ⅱ)的固持特性。