贡嘎山冰川退缩区土壤-植物-微生物功能多样性对磷循环的协同作用

对于植物和土壤微生物来说,磷是重要的生命元素。土壤磷的生物有效性随成土过程发生改变,同时植物和土壤微生物通过调整自身养分利用策略,对土壤磷循环产生影响。基于冰川退缩迹地土壤和植被原生演替序列,探讨了土壤-植物-微生物功能多样性的磷循环协同作用过程,分析了贡嘎山海螺沟冰川退缩区4次冰碛物出露时间(1980、1970、1958、1930年)退缩迹地上发育的土壤物理化学性质、磷形态和酶活性的演化规律。结果表明:①随着植被演替和土壤发育,海螺沟冰川退缩区土壤磷含量及其生物有效性发生明显改变;②成土作用初期,微生物促进了原生矿物磷的转化,并为早期植被发育提供养分;随着原生矿物磷释放量的减少,植物养分利用策略经历了由磷回收循环→简单获取→回收循环3个不同阶段;另外,随着植被演替,微生物更多地参与有机磷活化,提升了植物养分重吸收效率;③海螺沟冰川退缩区冰碛物磷的快速流失加剧了植物与微生物对磷的竞争。

长江中下游不同湖泊沉积物中重金属污染物的累积及其潜在生态风险评价

利用富集因子和Hakanson潜在生态风险指数法,结合年代学结果,对长江中下游湖泊太白湖、龙感湖、巢湖和西氿沉积物中重金属元素Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的富集程度进行了评价,并比较分析了上述重金属的潜在生态风险.结果表明,太白湖和龙感湖沉积物中各重金属富集程度均较低;巢湖沉积物中Co、Cr、Ni的富集程度接近中等水平,而Cu、Pb、Zn的富集已经达到中等水平;西氿沉积物中Co的富集非常低,Cr、Ni富集水平较低,Pb达到中等富集,Cu、Zn达到较高的富集水平.对4个湖泊沉积物中重金属的综合污染程度进行比较:巢湖>西氿>龙感湖>太白湖.各湖泊沉积物中单一元素的潜在生态风险都较低,但是,根据多元素潜在生态评价指数,各湖泊沉积物中重金属存在明显不同的潜在生态风险:巢湖>西氿>龙感湖>太白湖.总体上看,太白湖和巢湖沉积物重金属污染以及潜在生态风险自1965年以来一直在加重,而龙感湖和西氿沉积物在表层有下降的趋势.这种差异与各个湖泊流域内人类活动的方式和强度密切相关.巢湖和西氿流域内城市化、工业化发展迅速,人类活动导致大量重金属元素进入湖泊,给湖泊带来明显的污染;而龙感湖和太白湖流域人类活动主要以农业活动为主,人类活动对重金属的贡献相对较小.

太湖流域西氿湖沉积岩芯中重金属污染及潜在生态风险

通过对太湖流域西氿湖沉积物岩芯XJ2中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr等5种重金属元素总量的分析,结合测年结果,揭示了不同时间段重金属污染物的分布特征,并利用Hakanson潜在生态风险评价法对沉积物岩芯的污染状况及潜在生态风险的历史变化进行了研究.结果表明岩芯受Cd元素污染最重,其它4种元素较Cd则轻得多,因此Cd元素是影响该地区沉积物潜在生态风险的绝对主导因素.从20世纪初叶开始,沉积物中的重金属元素污染及其相应的潜在生态风险开始上升,并且上升幅度不断加剧,到20世纪90年代达到最大值,沉积物污染及潜在生态风险级别均为"很高",随后便开始迅速下降,然而直到2004年这两个参数仍然维持在"很高"级别.

贡嘎山海螺沟典型植被带总磷分布特征

由于独特的生物地球化学循环方式,磷已成为影响山地生态系统发育和安全的重要元素。为了了解贡嘎山磷的生物地球化学循环,对贡嘎山海螺沟坡地典型植被带土壤、植物根际土壤、植物不同部位总磷在生长季(9月)和非生长季或生长季初期(5月)的分布特征进行调查。结果表明:土壤总磷的分布在垂直梯度上的差异以及同一土壤剖面不同土壤层总磷的差异均较明显,同时还呈现明显的季节性差异,这些差异的形成与土壤发育程度、温度变化及植物生长有关;不同根际土壤在非生长季或生长季初期总磷的差异非常大,而在生长季较为接近,进一步说明植物对山地磷的生物地球化学循环存在较大影响;杜鹃、冬瓜杨、柳的叶较幼枝更富集磷,而峨眉冷杉、麦吊杉、竹的幼枝较叶所含磷略高。

龙感湖近百年来沉积物磷的时空分布特征及其人类活动影响

湖泊沉积物蓄积的磷在湖泊环境发生变化(如pH值、Eh改变)时,往往能释放到水体,形成湖泊内源释放,造成湖泊富营养化。因此了解湖泊沉积物磷的蓄积特征,对于湖泊环境的治理和保护有重要意义。通过长江中游龙感湖不同部位钻孔的^(210)Pb、沉积物磷和其他环境指标分析表明,近百年来东部湖区沉积速率明显大于西部湖区,北部湖区略大于南部湖区,人类活动在20世纪50年代后期主要通过修建水库和闸坝,改变龙感湖水系结构,也改变了龙感湖的物源供给,因而西部湖区沉积速率略有放缓,东部湖区变化不明显。龙感湖沉积物磷的浓度空间上表现为东部高于西部,这与不同物源磷的背景值相关,时间序列上近百年来呈上升趋势,上世纪50年代以来上升趋势更为明显。在确定沉积物磷背景值的基础上,由于人类活动导致的磷的增加量表明,20世纪50年代开始人类活动导致沉积物磷的增加量持续上升,20世纪70年代末开始增加幅度更大,这一特征与人类活动的方式有关。

青藏高原东麓贡嘎山东坡土壤中Pb的来源解析

选择青藏高原东麓典型山地——贡嘎山（东坡）,根据不同海拔梯度（海拔2 000～4 500 m）差异设置8个采样点,根据土壤发育情况分别采集O层（有机层）、A层（矿物质层）和C层（母质层）样品,分析土壤中w（Pb）的海拔分布特征,并利用FAMLR（因子回归分析）法、地球化学指标法和Pb同位素三元混合模型定量判识表层土壤中Pb的来源.结果表明：1各层土壤中w（Pb）表现为O层〔（41.73±4.38）mg/kg〕〉A层〔（30.47±2.17）mg/kg〕〉C层〔（23.04±1.50）mg/kg〕（P〈0.05）.随着海拔的增加,O层和A层中w（Pb）总体呈升高—降低—升高趋势;C层中w（Pb）随着海拔的变化无显著差异,表明贡嘎山东坡土壤中w（Pb）的地球化学背景值基本一致.2各层土壤中206Pb/207Pb表现为O层〈A层〈C层,208Pb/206Pb表现为O层〉A层〉C层.3Pb同位素三元混合模型结果显示,表层（O层和A层）土壤中Pb可能受到化石燃料燃烧和矿物开采及金属冶炼活动的影响;根据FA-MLR法、地球化学指标法和Pb同位素三元混合模型这3种方法,得到O层中污染Pb所占比例分别达到84.9%、66.0%和63.7%,A层中分别为56.6%、27.8%和44.9%;在海拔分布上,Pb的污染在海拔2 770 m以下主要归因于当地化石燃料的燃烧,而在林线（约3 700 m）以上则来自矿物开采及金属冶炼活动.

贡嘎山燕子沟土壤磷海拔梯度特征及影响因素

土壤磷生物地球化学特征受岩性、气候、土壤年龄、理化性质、地形、植物和微生物活动等因素的共同影响。山地植被和土壤垂直带谱为研究这些因素的相对重要性提供了理想试验场。选取未受人类破坏的贡嘎山燕子沟5个垂直植被带(裸地、高山灌丛带、暗针叶林带、针阔混交林带和阔叶林带,海拔分别为3 761 m、3 600 m、3 403 m、2 700 m和2 334 m),采集了40个土样,测定了土壤的基本理化性质,并采用连续提取法测定了土壤的生物有效磷、铝结合态磷、铁结合态磷、原生矿物磷、有机磷和残余态磷。结果表明,燕子沟土壤A层部分磷形态的空间分布呈现明显的垂直地带性特征。土壤A层的原生矿物磷随海拔的降低而显著降低,有机磷则呈现与原生矿物磷相反的变化趋势。而生物有效磷始终较低,次生矿物磷(铝和铁结合态磷)也较低,残余态磷的含量变化不大,始终是土壤总磷的最大组分。在高海拔地区原生矿物磷是总磷的第二大组分,而在低海拔地区,有机磷则成为总磷的第二大组分。植物是控制燕子沟土壤磷空间分布的相对重要因素,植物一方面通过控制土壤p H进而影响土壤原生矿物磷的含量,另一方面直接吸收生物有效磷,并将其转化为有机磷,导致有机磷随海拔降低而显著增加。此外,植物还通过"泵吸作用"导致总磷在土壤剖面上呈现由表层向底层降低的分布模式。次生矿物磷含量较低表明地球化学作用在影响燕子沟土壤磷生物有效性的作用相对较小。

贡嘎山营养元素和重金属的生物地球化学研究现状与展望

本文对贡嘎山地区营养元素和重金属的生物地球化学循环的研究现状进行了总结,在此基础上探讨了未来须关注的热点和方向。目前围绕贡嘎山生态系统的碳(C)、氮(N)生物地球化学循环研究主要开展了C和N的分布特征、储量、凋落物中元素的归还与释放等方面的工作;磷(P)的生物地球化学研究包括不同海拔梯度和土壤演替阶段土壤P的形态、生物有效性、迁移转化及其影响因素、成土作用和微生物作用对土壤P的生物有效性的影响等;重金属的生物地球化学研究主要围绕重金属的赋存特征、来源、影响因素和潜在生态风险等方面。未来需要将大气-水-土壤-植物-微生物系统作为一个整体,系统研究养分元素的生物地球化学循环过程和机制以及重金属的迁移转化和关键控制因素,加强各元素生物地球化学循环耦合关系研究,建立多种元素循环的耦合模型,为山地生态安全和生态修复提供理论基础。

山地表生地球化学研究现状与展望

山地是地球上重要的地貌单元,占全球陆地面积的20%,中国山地占国土面积的2/3。山地是全球物质和能量循环的起点,是对全球气候变化最为敏感的区域。山地表生地球化学包括山地生物地球化学、山地环境地球化学和山地生态地球化学,是山地科学的主要内容。结合当前研究热点,山地表生地球化学重点关注山地表生生态系统对全球气候变化的响应与适应以及山地表生生态系统物质循环对山地生态环境健康的影响。未来需要在山地生态系统中将大气圈、水圈、土壤圈、生物圈作为一个整体,系统地开展山地表生地球化学研究;从初期的单一要素着手积累基础数据,到后期的多单元、多因素研究的整合;通过长期的野外监测和室内分析,最终建立适合山地生态系统的物质地球化学循环模型,预测将来全球气候变化和人类活动影响下山地生态环境的发展趋势和可能的潜在影响,这对山地自身的生态环境安全以及山区社会、经济和文化的可持续发展具有重要的现实意义。

贡嘎山东坡亚高山土壤生物有效磷的时空分异

采用湿化学浸提法测定了贡嘎山东坡亚高山带不同海拔(2 628 m、2 781 m、3 044 m和3210m)峨眉冷杉林的土壤生物有效磷(Bio-PL)含量,并利用原位树脂袋包埋法测定了土壤生物有效磷(Bio-PS)供给量,以阐明土壤生物有效磷的垂直分异和季节变化特征及其主要影响因素。研究发现:(1)土壤Bio-PL库及Bio-PS均随海拔升高呈增大趋势,低海拔地区生物有效磷因淋溶大量流失是形成这种梯度变化的主要原因。(2)随土层深度增加,Bio-PL库及Bio-PS显著降低,有机质层(O层)Bio-PL库约占土壤剖面的75%且该层的Bio-PS全年均为正值。O层中较高的有机磷含量和较强的磷酸酶活性是O层生物有效磷富集的重要原因。(3)2 781 m样点O层Bio-PS在9月最高,而3 044 m和3 210 m样点的Bio-PS在6月和9月出现两个高值。各样点矿质土层的Bio-PS全年多低于0,在8月时最低。Bio-PS的季节变化主要受生物吸收及径流流失控制。

贡嘎山冷杉林带草海子小流域土壤及湖泊沉积物中磷的形态及迁移特征

磷（P）是控制水体生态系统生产力的重要元素，了解陆地与水体间P的迁移特征，是了解控制水体生态系统中P有效供给的重要途径。本研究选择青藏高原东缘贡嘎山海拔2800m左右峨眉冷杉林带中一小湖泊——草海子及其流域，通过对流域内土壤、湖泊沉积物中P的形态组成分析，探讨流域内P的形态组成及其迁移特征。结果表明。草海子流域内土壤成土母质中的磷以Ca-P为主，表层土壤中的磷以Al、Fe结合态为主，占总磷的49％～80％，而湖泊沉积物中Al、Fe结合态P下降到46％左右。在成土作用及植物吸收的过程中P由土壤剖面下部向上迁移，迁移的主要形态为树脂提取态（或称可交换态，R—P），而R—P还是由陆地向水体迁移的主要形态P。土壤的Al、Fe结合态P难以释放转化，因此少有随地表径流迁移向湖泊。

山地生态地球化学--定义、进展及展望

生态地球化学是生态学和地球化学相结合的学科,研究自然界中化学、物理、地质和生物过程,以及这些过程之间的相互作用及其对生态系统发生、发展所产生的影响,具体而言生态地球化学通过化学物质在生态系统中的分布、分配、迁移、转化规律研究,评价生态系统状态及发展方向。生态地球化学虽然形成较晚,西方科学家甚至很少用"生态地球化学"这一名词,但国内外都已取得了长足进展,形成了以生态地球化学填图为基础,生态安全和健康评价为目的的多个独立生态系统的生态地球化学研究方向,如城市生态地球化学、湿地生态地球化学等。山地是陆地最主要的地貌单元,具有独特的生态系统特性,国内外山地生态地球化学研究尚未系统开展,但在山地元素地球化学、生物地球化学和生态地球化学评价等方面均已有相当显著的成果,今后山地生态地球化学研究在加强理论研究的同时,要注重建立完善的方法体系、研究体系和生态效应评价体系,为山地生态地球化学预警和生态保护、恢复提供依据。

贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤序列矿物组成变化

阐明土壤中矿物随时间变化的机制是理解矿物风化和土壤发育的基础。利用X射线衍射法对贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤矿物组成随成土作用时间变化进行了定量分析。结果表明,冰川退缩区成土母质的矿物组成同质性较高,以硅酸盐矿物为主(约90%),包括:斜长石(28.5%)、石英(24.5%)、黑云母、钾长石、普通辉石、角闪石、绿泥石、蛭石;并有少量碳酸盐矿物,如方解石(<8%)、白云石(<2.3%);以及磷酸盐矿物磷灰石(<2.1%)。退缩区土壤的矿物组成总体呈新发育土壤特征,随着成土年龄的增加,方解石逐渐被风化成为草酸钙石,角闪石、黑云母、磷灰石和绿泥石含量逐渐降低,长英质矿物的相对含量有所增加。成土作用中矿物组成的变化受植被原生演替和土壤p H的影响,快速发育的植被导致土壤p H迅速降低,风化程度增强。

海螺沟冰川退缩区土壤元素分布特征及影响因素

土壤形成和发育过程中,元素的赋存特征对陆地生态系统的健康发育至关重要。本研究选择海螺沟冰川退缩区,按照土壤年龄设置了6个采样点(0,30,40,52,80和120年),调查了18种元素在O层(有机层)、A层(矿物质层)和C层(母质层)的分布特征,并分析了主要影响因素。结果显示,在海螺沟冰川退缩区C层土壤中所有元素的浓度变化不大,反映了母岩基质相对单一;在表层土壤(O层和A层)中,Al、Ba、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Sr、Ti、V发生明显亏损,P和Zn次之,而Cd和Pb存在明显富集。随土壤发育和植被演替,大多数元素的亏损程度增加,特别在针叶林阶段明显高于植被演替前期。土壤风化、植物吸收和径流损失对大多数元素的亏损具有重要影响,而Cd和Pb的高度富集主要归因于大气沉降和植物的归还作用。

三峡库区丰都-忠县段消落带不同高程土壤镉及其形态的分布特征

镉(Cd)是目前三峡库区消落带主要的污染物之一,其迁移和形态转化直接威胁水环境安全.选择库区丰都-忠县段消落带,按照高程差异分别于不同土地利用类型(农田、林地、果园和村庄)下采集土壤样品,利用化学连续提取法测定Cd的形态组成,探讨影响消落带土壤中Cd及其形态空间分布的关键因素.结果表明,消落带土壤中Cd的平均含量为0.65 mg/kg,可交换态及碳酸盐结合态是土壤中Cd的主要形态,占比达到41.21%,残渣态和铁锰氧化物结合态次之,有机物及硫化物结合态占比最低.不同土地利用类型下消落带土壤Cd的含量整体上不存在显著性差异,表明当地人类活动对土壤Cd的直接贡献较弱.消落带土壤Cd及其形态的含量与高程呈显著负相关,且在160~165 m区域发生明显转变,水位变化导致的泥沙沉积可能是控制消落带Cd空间分布的主要因素.此外,土壤理化性质,尤其是细颗粒泥沙对Cd及其形态分布具有明显影响,将来需重点关注泥沙理化属性对Cd迁移及形态转化的影响.

成都市近郊蔬菜地土壤Cd,Cu,Ni,Pb,Zn的污染评价

本研究选择成都市近郊蔬菜地采集表层(0~20cm)和底层(>20cm)土壤样品,分析土壤中重金属(Cd,Cu,Ni,Pb,Zn)及其可交换态的质量分数,并利用单因子污染指数(Pi)、综合污染指数(P综合)、风险评价编码法(RAC)和Hakanson潜在生态风险指数法(R_I)评价重金属的污染程度和潜在生态风险水平.结果表明,表层和底层土壤中重金属质量分数差异没有统计学意义,均明显高于四川省土壤背景值,但低于国家土壤环境质量二级标准.表层土壤中可交换态重金属的质量分数高于底层.表层土壤中重金属整体上呈中等污染,而底层土壤呈轻度污染.RAC的结果表明土壤中Cd具有较高的迁移性,呈现出明显的潜在生态风险,Cu,Ni,Pb,Zn处于低风险水平.表层和底层土壤中重金属的潜在生态风险均表现为轻微风险水平.研究结果表明,成都近郊蔬菜地土壤重金属的污染和风险较高的区域主要分布于双流区和郫都区,较低区域主要分布于龙泉驿区.Cd是研究区需要进一步关注的重金属.

贡嘎山酸性土壤微生物量磷紧密关联碳酸氢钠提取态有机磷

有效磷是土壤中最重要的磷组分,被广泛用于评估各种生态系统的土壤磷营养。然而,很少有研究基于野外数据评估有效磷的来源。本研究通过野外调查和室内试验,展示和评估了微生物量磷(MBP)和微生物群落对贡嘎山酸性土中有效磷组分的关联性。结果发现,微生物功能组脂肪酸显著解释有效磷变异性,尤其细菌脂肪酸强烈关联有效磷。与Hedley磷连续提取法中其他有效磷相比,仅碳酸氢钠提取态有机磷(NaHCO_3-Po)强烈关联MBP。本研究的数据分析、实验结果和以往的研究结果证明MBP与NaHCO_3-Po之间的这种关联性是直接的:微生物死亡裂解释放有效磷是导致这种联系的主要原因。这些结果揭示了微生物量磷测定方法与Hedley磷连续提取法测定方法的关联性:酸性土中MBP是Hedley磷连续提取法中NaHCO_3-Po的主要来源,也强调了Hedley磷连续提取法在评估微生物对土壤磷有效性作用中的重要参考性。

我国北方地区森林土壤中有机氯农药的含量特征和空间分布研究

对我国北方地区森林土壤中有机氯农药的含量特征和空间分布规律进行了研究。腐殖质层土壤污染物含量普遍高于表层土壤,其中有机氯农药在腐殖质层和表层土壤中总含量平均值分别为15 527 pg·g^(-1)和9720 pg·g^(-1),DDTs是森林土壤中主要的有机氯农药。北方地区森林土壤中有机氯农药的空间分布主要受当地农药施用和工业活动的影响,并且土壤总有机碳含量控制着有机氯农药的垂直分布。大部分森林土壤都有新的DDTs输入,并且DDTs主要来源于工业滴滴涕和三氯杀螨醇,而氯丹和硫丹主要来源于历史使用。

贡嘎山地区地表水化学特征及水环境质量评价

在系统采集贡嘎山地表水样的基础上,综合运用描述性统计、Gibbs图和阴阳离子三角图,分析了贡嘎山地区地表水化学主离子(K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、CO_3^(2-)、HCO_3^-、Cl^-、SO_4^(2-)),)特征及其控制因素、重金属元素(Cu、Cd、Pb、Zn)和营养元素(N、P)的空间分布特征,并利用单因子评价法对贡嘎山地区地表水质进行评价.结果表明,贡嘎山地区总溶解固体(total dissolved solid,TDS)质量浓度均值为103.22 mg·L^(-1),为低矿化度水,全流域水化学类型以HCO_3-Ca型为主.全区水化学主离子主要来自碳酸盐岩风化,但大气降水对东部地区河流的化学离子来源具有重要影响.研究区地表水中重金属元素和营养元素的质量浓度总体较低,且东部明显高于西部.贡嘎山地区地表水水质总体优良,并呈现西部优质,东部良好的空间分布特征,该特征主要受自然因素控制,但东南坡的部分水体已受到人类影响.

人类活动影响下的长江中游龙感湖近代湖泊沉积年代序列

龙感湖流域人类活动导致了用于计年的210Pb在沉积剖面上的分布状况受到影响,直接影响到沉积年代的确定;另一方面人类活动在沉积指标上有明显反映,具有时标意义,可以用于近代沉积物年代学研究,以提高计年的准确性.通过龙感湖LS-1孔和LGL-1孔上部210Pbexc分布特征分析,结合粒度等指标所指示的人类活动历史,推算两孔上部平均沉积速率分别为0.19cm/a和0.23cm/a.两个孔的沉积物质量累积速率进一步表明:在修建水库、闸坝等水利设施前龙感湖沉积通量的变化主要受到流域降水与径流等自然环境条件的影响,而人类活动改变了湖泊流域的水系结构,改变了自然的沉积过程,使得入湖碎屑通量明显减少.在人类活动改变水系结构前1940年代,在长江中下游湖泊沉积中都出现了210Pb的高值时段,与流域内这一时期降水偏少有关.将这一210Pb蓄积的异常作为时标将有助于建立更可靠的近代湖泊沉积物年代序列.