第十四届全运会大气污染物减排措施对西安市气溶胶中水溶性离子和含碳组分的影响

人为源密集的城市是空气污染影响的主要区域,厘清城市地区排放源的变化与大气污染物浓度之间的影响作用机制,有助于协调我国大气污染防控与城市社会经济发展之间的关系。为研究第十四届全运会期间大气污染物减排措施对西安市大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、O_(3)和CO)的影响,于2021年8月6日至10月1日使用在线监测仪器观测了环境六要素、气象要素和PM_(2.5)中的气溶胶化学组分(有机碳、元素碳和水溶性离子)。结果表明:大气污染物减排措施对主要污染物O_(3)和PM_(2.5)浓度日变化的影响不同,主要由温度对光化学过程的影响和扩散条件差异导致。O_(3)在减排措施实施期间晴天峰值浓度更高、持续时间更长、浓度变化更迅速。PM_(2.5)在减排措施实施前晴天白天的峰值浓度较高,并在减排措施实施期间晴天夜间的峰值浓度较高。大气污染物减排措施对PM_(2.5)中化学组分的影响不同,尤其是对有机碳的组成影响较大。与减排措施实施前晴天相比,减排措施实施期间晴天NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、NH_(4)^(+)、Cl^(-)、Ca^(2+)、Na^(+)和NO_(2)^(-)浓度降低了17.9%~71.8%,K^(+)、Mg^(2+)和元素碳浓度增加了1.9%~13.6%,有机碳浓度仅降低了1.0%,但是一次有机碳浓度增加了13.6%,二次有机碳浓度降低了4.7%。NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)值在减排措施实施期间晴天(0.53)远低于减排措施实施前晴天(1.66),表明减排措施实施期间交通源的贡献显著降低。降雨对NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)的清除较弱,反而会增加其浓度,但对K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)和Na+的清除作用较强。NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)在减排措施实施前后均是水溶性离子最重要的组成,在水溶性离子中的占比为90.8%(减排措施实施前的晴天)~95.8%(减排措施实施期间的雨天)。二次有机碳是有机碳的主要组成,占比为75.5%(减排措施实施期间的雨天)~79.9%(减排措施实施前的晴天)。不同阶段的水溶性离子和含碳气溶胶浓度日变化特征不同。NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)浓度晴天的日变化为单峰型分布,雨天为多峰型分布。

油页岩废渣地12种木本植物光合作用的季节变化

研究了引种在油页岩工业废渣地12种木本植物冬、夏季光合作用特征,根据此评价引种植物的光合作用效率,测定的主要参数包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)。结果表明:1)冬、夏季各项测定指标差异很大,Pn、Tr、Gs均是夏季高于冬季,而且,夏季平均Pn、Tr和Gs值要比冬季均值分别高60.9%、77.7%和85.7%,但水分利用效率(WUE)却是冬季高于夏季26.8%～77.2%。2)Pn日变化节律冬、夏季有异,夏季较多的种出现“双峰型”,而冬季较多出现“单峰型”。但也有例外,樟树(Cinnamomumcamphora)冬、夏季均出现“单峰”;油榄仁(Terminaliabellirica)、红胶木(Tristaniaconferta)和柚木(Tectonagrandis)冬、夏季均出现“双峰”;海南蒲桃(Syzygiumcumini)则冬季为“双峰”,夏季为“单峰”。3)若某一植物种在冬、夏季都表现出有较高的Pn日均值,相对于另一种植物其中有一季有较高的Pn,说明前者更适应当地环境生长。据此,以冬、夏季Pn日均值的平均值高低排序,评价参试植物在当地自然光照条件下的光合作用效率高低,树种的排序为:大叶相思(Acaciaauriculiformis)、油榄仁、铁刀木(Cassiasiamea)、云南石梓(Gmelinaarborea)、柚木、红胶木、樟树、海南红豆(Ormosiapinnata)、铁冬青(Ilexrotunda)、海南蒲桃、双翼豆(Peltophorumptetocarpum)和海南翅萍婆(Pterygotaalata)。

水生光合生物对茂兰拉桥泉及其下游水化学和δ^(13)C_(DIC)昼夜变化的影响

碳酸盐风化能否形成稳定持久碳汇很大程度上取决于风化产生的溶解无机碳(DIC)能否被水生光合生物利用及其利用程度,后者可通过地表水水化学和?13CDIC的昼夜变化进行探讨。本研究对冬季茂兰拉桥表层岩溶泉及其中游和下游池水的温度、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)进行了为期30 h(1月27日10:00至1月28日16:00)高分辨率(15 min/次)的昼夜动态监测和?13CDIC定期取样(白天每隔2 h,夜间每隔4 h)测定,以了解水生光合生物对水化学和?13CDIC昼夜动态变化的影响。同时,结合水面静态箱CO2测定获得的岩溶水与空气CO2交换通量,对生物碳泵效应进行了估算。结果表明,在少有沉水植物生长的泉口及其下游水池,水化学和?13CDIC的昼夜变化明显偏小,而在沉水植物(轮藻为主)大量生长的中游水池,水的DO、pH、SIC(方解石饱和指数)和?13CDIC在白天呈逐渐增加趋势,而在夜间逐渐降低,与水生生物的新陈代谢进程(白天以光合作用为主,晚上以呼吸作用占优势)相一致;另一方面,水的EC、3HCO?、Ca2+和p(CO2)(二氧化碳分压)呈现相反的变化趋势,即白天下降,晚上上升。计算得到中游水池因类似海洋"生物碳泵"效应固定下来的有机碳通量达到336 t C/(a·km2),是海洋的51倍,表明陆地水生生态系统应该作为"遗失碳汇"的一个重要方面继续进行研究。

太湖梅梁湾冬季水-气界面二氧化碳通量日变化观测研究

应用静态箱式法对太湖梅梁湖区冬季(2003年12月23日8:00～26日6:00)的水气界面CO2通量进行了昼夜连续观测,共测得60组数据,分析了梅梁湾湖区CO2通量的冬季日变化规律.结果表明,在光照条件较好,风速较小情况下,白天梅梁湾湖区为CO2的汇,极大值出现在14:00时,其平均CO2通量为-3.01 mg·m-2·h-1;夜间梅梁湾湖区CO2通量值为-0.897～1.006 mg·m-2·h-1,其平均通量为-0.02 mg·m-2·h-1;在阴天、风速较大时,湖区CO2通量日变化与前面有较大差异,表现为CO2的强源,最大CO2通量达到76.53 mg·m-2·h-1.

紫花苜蓿碳水通量日变化对土壤水分处理的响应

采用透明通量箱连接Li-6400光合作用系统的方法,研究了不同土壤水分处理条件下(自然降水+人工灌溉(PRAW)、自然降水(PRCP)和干旱(DROU))紫花苜蓿群体水平上碳水交换特征变量(生态系统净碳交换(NEE)、生态系统蒸散(ET)、水分利用效率(WUE)、生态系统呼吸(Rec)o)的日变化特征及其与环境因子(光合有效辐射(PAR)、土壤温度(T)s、冠层温度(T)c、空气温度(T)a和相对湿度(RH))之间的关系。结果表明:PRAW和PRCP之间的WUE(NEE,ET)日变化差异不显著;PRCP和DROU之间的WUE(NEE)日变化差异显著;PRAW和DROU之间的WUE(ET)日变化差异显著;3种土壤水分处理之间,Reco日变化差异均达显著水平。与PRCP相比,PRAW明显增大了植物对光能的利用效率(初始表观量子效率α),使得Ts成为影响ET日变化的主要因素,且减小了Ts对Reco的影响;与PRCP相比,DROU条件下,NEE与ET显著正相关,在PAR和Tc一定的条件下,随Ta增加ET呈显著线性减小趋势,另外,Reco仅与Tc呈极显著指数增长关系。

森林生态系统涡度相关法碳通量长时间连续性缺失数据插补方法的比较

针对森林通量观测站涡度相关法碳通量观测普遍存在的长时间连续性数据缺失情景,为探究不同数据插补方法的有效性,以华北低丘山地栓皮栎人工混交林生态系统为例,以经EddyPro处理和质量控制的2017年3月1日-11月30日0.5h尺度净生态系统碳交换(NEE)数据为基准数据集,随机生成含有连续1、3、7、15和31d数据缺失的5类数据缺失集,重复10次,使用固定窗口平均昼夜变化法(MDV)、可变窗口平均昼夜变化法(MDC)、查表法(LUT)、非线性回归法(NLR)、边际分布采样法(MDS)、人工神经网络法(ANN)对缺失数据集进行插补,并将插补数据与实际观测数据进行对比,通过分析统计参数来评估不同方法的插补精度和稳定性,以评估不同方法的适用范围。结果表明:日间,当连续缺失少于15d时,ANN方法插补数据与实测数据间的R^(2)(决定系数)相对较高,NLR方法的R^(2)较低;LUT方法插补数据与实测数据间的相对均方根误差(RRMSE)较低,NLR方法的RRMSE较高。当缺失达到连续15d时,除NLR方法的R^(2)显著较低(P<0.05)外,其它方法间R^(2)差异不显著;LUT方法的RRMSE显著(P<0.05)较低,其它方法间RRMSE差异不显著。当缺失达到连续31d时,除NLR方法R^(2)显著较低(P<0.05)外,各方法间R^(2)和RRMSE无显著差异;MDV方法的平均绝对误差(MAE)出现较多异常值,各方法间的MAE开始出现分化的趋势。随着缺失片段长度的增加,除MDV方法外,各方法的R^(2)呈下降趋势,连续1d缺失与连续31d缺失情景下插补所得NEE与实测NEE的R^(2)差异显著(P<0.05);MDV和MDS方法的RRMSE呈增大趋势,连续1d缺失与连续31d缺失情景下的RRMSE差异显著(P<0.05),其它方法的RRMSE差异相对不显著。夜间,在各缺失情景下,ANN方法的R^(2)较高,LUT方法的R^(2)较低,二者之间差异显著(P<0.05);LUT方法的RRMSE最高,与其它方法存在显著差异(P<0.05)。在连续缺失大于31d的情景下,各方法的RRMSE差异均不显著。除LUT方法MAE显著(P<0.05)较高外,其它方法的MAE无明显差异。随着缺失片段长度的增加,MDC、MDS和ANN方法插补数据的R^(2)呈下降趋势,MDV和LUT的R^(2)始终无显著差异;各方法的RRMSE差异无显著变化。在对典型晴天0.5h尺度上NEE日变化趋势的还原方面,MDC方法性能相对较优。综上,NLR方法适用于气象数据完备、NEE数据连续缺失少于7d的情景;MDV或MDC方法适用于气象数据不可用或缺失严重、NEE数据连续缺失少于15d的情景;LUT和MDS方法则适用于气象数据缺失较少、NEE数据连续缺失少于15d的情景;ANN方法适用性相对较广,可用于气象数据缺失较少、NEE数据连续缺失长达31d的情景。

节水灌溉稻田水碳通量日变化特征

为了揭示不同天气条件对节水灌溉稻田水碳通量日变化的影响,采用涡度相关系统对节水灌溉稻田水碳通量进行了连续监测,分析了不同天气条件下节水灌溉稻田水汽与CO_2日变化特征。结果表明:节水灌溉稻田各月阴天与晴天典型日内水碳通量变化趋势相似,阴天变化呈现多峰变化,晴天下变化较稳定。夜间和凌晨变化较小,差异也较小,白天差异较大。水稻全生育期各月阴天下典型日稻田水汽通量的峰值是晴天下水汽通量峰值的0.5倍左右。各月之间阴天和晴天的水汽通量在生育中期的八九月峰值均较大。节水灌溉稻田夜间以呼吸排放CO_2为主,白天以光合固定CO_2为主。7、10月阴天典型日稻田CO_2通量峰值是晴天峰值的0.5倍左右,而在水稻生长旺盛的八九月,两种天气条件稻田CO_2通量日变化多数时段偏差较小。

长江口邻近海域氮同位素的周日变化特征及其对营养盐过程的指示

长江口邻近海域的氮循环过程一直是近海富营养化研究领域的热点问题, 然而目前较少有针对短周期的调查研究。本文调查了该区域氮、磷、硅等主要营养盐及多种形态的氮稳定同位素的在潮周期周日变化特征。结果显示, NO3-、NH4+、PO43-和SiO32-的浓度范围分别为 14.09-55.85、0.21-2.26、0.82-1.08 和 16.80-33.85μmol/L, 而δ15N-NO3-、δ18O-NO3-、δ15NP和δ13CP 等的分布范围分别为 4.7‰-11.1‰、-2.0‰-7.8‰、-1.2‰-7.9‰和-22.9‰- -14.7‰。NO3-、PO43-和SiO23-均与盐度呈现明显的负相关特征, 说明三者的主要来源为长江冲淡水;4NH(10)则随盐度升高而浓度增加, 且在底层高浓度出现时刻与高盐水团输入时刻一致, 说明外海输入是该区域铵盐的主要来源。另一方面, 氮稳定同位素(δ15N-NO2-和δ15NP)未表现出随盐度的变化规律, 而δ183O-NO3-和δ13CP 则随盐度升高而增加, 说明淡水输入的同位素值低于海洋水平。通过对比中、高浓度叶绿素水体中NO3-、δ15N-NO3-、δ18O-NO3-的变化特征可以看出, 随NO3-浓度降低, δ15N-NO3-值升高, 且呈现 6.2‰的分馏系数, 且氧同位素也随之增大, 指示水体中浮游植物对硝酸盐的同化吸收作用。而另一方面, 两种同位素的增加差值表现出△δ18O︰△δ15N>1 , 说明硝酸盐在被消耗的同时还发生着补充作用。在较高盐度的水体中, 发现4NH(10)呈现出向硝酸盐的转化趋势并引起δ15N-NO3-降低, 指示了底部明显的硝化过程, 与此前的研究结果一致。本文结果以期丰富对河口区氮循环和迁移转化的认知。

中国半干旱区草甸草原和典型草原碳通量日变化特征

半干旱草原碳收支对陆地生态系统碳源汇功能变化具有重要影响。本文基于通榆草甸草原站2011~2017年和毛登典型草原站2013~2017年涡动相关法观测数据,分析了生长季碳通量日变化特征,研究了碳通量日变化过程对主要环境因子的响应。结果表明:两处草原7月碳吸收活动最强,草甸草原生长季各月总初级生产力(gross primary production,GPP)、生态系统呼吸(ecosystem respiration,Re)和净碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)的峰值均高于典型草原。NEE的日变化以单峰型为主,但7月、8月饱和水汽压差较高时,GPP在正午前后降低,引起NEE的双峰型日变化。光合有效辐射是草甸草原NEE日变化的主导因子,而在典型草原,浅层土壤含水量(5 cm)也主导了NEE日变化。水分亏缺使草原碳交换速率显著降低,草甸草原固碳速率对水分亏缺的敏感性强于典型草原。同时,水分亏缺也改变了GPP、Re和NEE对温度和光合有效辐射的响应关系。

分层小水库沉积物-水界面热交换时空变化特征

通过对分层小水库沉积物和上覆水温度剖面的7次监测,计算沉积物-水界面的热交换通量,探讨沉积物与水之间热量交换的时空变化特征。结果表明:沉积物-水界面热交换通量具有明显的季节变化,在春夏季库水升温分层以及秋季降温混合时期由库水向沉积物传递热量;冬季由沉积物向库水释放热量。浅水区水温的日变化促使沉积物-水热交换具有明显日变化特征。库区内由于水深不同,热交换特征也存在空间差异,与坝前相比,水库中心水深较浅,春季热交换方向转变的时间早;水库中心夏季由水传向沉积物的最大热通量(106. 6 W/m2)高于坝前深水区(23. 8 W/m2)。夏季当水体透明度较高时,沉积物直接接受太阳辐射引起热交换方向改变为由沉积物向水传递。