气候变暖对森林生态系统碳汇功能的影响:机制、方法和主要进展

森林是重要的碳汇,每年吸收化石燃料燃烧释放二氧化碳量的33%。自1850年来全球气温已经增加了1.1℃,未来全球气温可能会增加到2.7~4.8℃。但全球变暖对森林碳汇功能影响方向、程度及其机制存在激烈的争议,严重影响对全球未来气候变化的预测和政府碳排放控制政策的制定。本文综述了全球变暖对森林生态系统碳汇功能影响的机制、研究方法和主要结论。在此基础上,分析现有研究的不确定性,并提出未来的研究方向。

典型草地土壤反硝化过程同位素分馏效应

反硝化过程是生态系统气态氮损失的主要途径,然而其速率一直难以量化。^(15)N同位素自然丰度法是量化陆地生态系统尺度反硝化速率的有效方法,但是该方法需要考虑反硝化过程中的氮氧同位素分馏效应。目前关于陆地土壤反硝化作用分馏系数的研究主要集中在森林和农田,对于草地土壤的研究十分有限。基于此,本研究以我国不同地区的4种典型草地土壤(大兴安岭、多伦、额尔古纳和刚察)为对象,通过室内厌氧培养实验测定土壤微生物群落反硝化作用的硝酸盐消耗速率,并借助瑞利分馏模型拟合出N和O同位素分馏效应(ε)及其比值(Δδ^(18)O∶Δδ^(15)N)。结果显示,草地土壤15ε为21.6‰~32.0‰(27.1‰±2.1‰),^(18)ε为10.4‰~15.7‰(12.9‰±1.1‰)。研究发现,不同环境之间15ε存在一定差异,可能归因于不同类型土壤理化性质和反硝化微生物群落组成的差异。此外,不同研究所用计算方法的差异、底物硝酸盐浓度、硝酸盐异化还原反应以及开放环境中可能发生的硝化作用等都会在不同程度上影响15ε的计算。对于^(18)ε来说,年均温和年均降水是影响^(18)ε的重要因素。草地土壤Δδ^(18)O∶Δδ^(15)N比值为0.38~0.49(0.46±0.03),低于以往陆地和水体生态系统以及微生物纯培养的研究。亚硝酸盐的再氧化和与水之间的氧同位素交换可能是造成Δδ^(18)O∶Δδ^(15)N差异的重要原因。综上所述,不同草地生态系统土壤反硝化分馏效应存在一定差异,在定量评估陆地生态系统反硝化作用速率时需综合考虑气候类型和生态系统等变量。

溶解态硅酸盐对臭葱石稳定性影响

溶解态硅酸盐在矿物表面的吸附和聚合行为影响矿物在水环境中的稳定性。研究溶解态硅酸盐在矿物表面的聚合行为及其对矿物稳定性的影响具有重要的理论和实际意义。本文研究了溶解态硅酸盐在臭葱石上的吸附动力学,利用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)表征其吸附行为,并对吸附硅的臭葱石进行了淋溶稳定性分析。结果表明:溶解态硅酸盐与臭葱石在弱酸性环境中同时受吸附机理与受置换反应的控制;在pH3和pH4时,臭葱石吸附硅量较高,红外光谱显示硅在臭葱石表面形成类似于硅酸(SiO_2·xH_2O)的高聚物;此外,含硅臭葱石与臭葱石相比,在pH 4、pH 6和pH 8的淋溶稳定性实验中砷浸出量分别降低了68.1%、52.5%和15.5%。本研究可为有色冶炼含砷废渣的储存及进一步稳定化降低其环境风险提供科学依据。