氚水在模拟水稻-水-土壤生态系统中的行为

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究HTO(氚水 )在水稻 水 土壤模拟生态系统中的迁移、消长行为 ,并应用三库室开系统模型和非线性回归方法确定了水稻、水和土壤分室的拟合方程 .结果表明 ,田表水中的HTO不仅在系统各分室间转移和分配 ,而且迅速向系统外散逸 ;HTO中的氚以自由水氚和结合态氚形式存在于水稻中 ,以吸湿性水氚和结晶水氚存在于土壤 ,其中自由水氚 (或吸湿性水氚 )的比活度大于结合态氚 (或结晶水氚 ) ;水稻植株和土壤中HTO比活度随时间增加至最大值后又趋于下降 ,而结合态氚则呈缓慢增加 ;水稻茎秆中的总氚比活度高于其它各部位 ,而后逐渐趋于动态平衡 .对实验数据进行回归分析得 :田表水、土壤和水稻植株中的总氚比活度分别为Cw(t) =3 2 .19e-0 .0 353t+99.94e-0 .330t、Cs(t)=2 0 .42 (e-0 .0 353t-e-0 .330t)和Cr(t) =3 8.49e-0 .0 353t- 10 .13e-0 .330t- 2 8.3 6e-2 .574 4t.方差分析结果表明 ,各回归方程较好地反映了HTO在水稻 水

京津冀地区水-经济-生态系统耦合协调发展模拟

针对京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统未来可能面临的失衡失稳问题,构建水-经济-生态系统动力学模拟模型,设置开源节流、发展经济、保护环境等5种情景方案,预测京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统指标发展趋势,运用耦合协调度模型模拟京津冀地区2020—2035年不同情景下耦合协调发展趋势。结果表明:2020—2035年5种情景下北京、天津和河北水-经济-生态系统耦合协调度均呈上升趋势,其中延续现状型耦合协调度均最低,开源节流型、发展经济型和保护环境型次之,综合协调型均最高。说明在维持现状发展条件下,京津冀水-经济-生态系统耦合协调发展程度略有增加但变化较小,只有在节约用水和发展经济的同时充分考虑环境保护才能促进区域协调发展;2035年延续现状情景下北京、天津和河北耦合协调发展水平均属于中级耦合协调型,综合协调情景下北京和天津耦合协调发展属于良好耦合协调型,河北省经济发展相对滞后导致耦合协调发展缓慢,仍属于中级耦合协调型,未来应注重京津冀一体化发展。研究可为京津冀地区协调可持续发展提供参考依据。

张家港市土壤-水稻生态系统重金属分配状况

为了解张家港市土壤-水稻生态系统的重金属积累与转化情况,于2010年12月在张家港市城区以外20处农田进行定点采样,分析了农田表层土壤以及土壤残留水稻根中的Hg、As、Se、Pb和Cu含量,并结合相关国家标准对样品的污染程度以及粮食安全进行了风险评价。结果表明,张家港市土壤中5种被检测的重金属的综合污染指数值均在国家二级标准规定的范围内,水稻残根中重金属含量也表明土壤重金属污染轻微,并未对粮食质量安全造成明显影响。在周围有较多污染企业散布的常北社区及常东社区的Hg元素含量显著高于其他地区,存在潜在的安全风险。比较水稻残根与土壤中的重金属含量发现,Cu在水稻残根中的残留显著高于其他元素,间接证实了水稻根部对Cu元素的吸收能力较强,因此需加强控制Cu元素流入农田。

青菜-土壤生态系统中氚水的迁移与分布动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了两种引入方式 (模拟灌溉和降雨 )下氚水在青菜 -土壤模拟生态系统中的迁移与分布动态。测定了植物和土壤样品中两种形态氚 (自由水氚和结合态氚 )的比活度。以探明氚水在青菜 -土壤系统中的行为特性、不同引入方式对青菜吸收和积累氚水的影响。结果显示 :引入土壤中的氚水 ,不仅在系统各分室间转移和分配 ,而且迅速向系统外散逸 ;以自由水氚和结合态氚形式存在于青菜组织中 ,以吸湿性水氚和结晶水氚存在于土壤 ,其中自由水氚 (或吸湿性水氚 )远大于结合态氚 (或结晶水氚 ) ;青菜茎中的总氚比活度高于叶和根中的比活度 ;运用示踪动力学分室模型原理对实验数据进行拟合得 :土壤中的比活度 Cs(模拟灌溉 ) =91 .5 9e- 0 .10 0 2 t+99.91 e- 9.110 5t和 Cs(模拟降雨 )= 78.0 9e- 0 .5115t+48.2 7e- 0 .0 4 75t;青菜植株中的比活度 Cv(模拟灌溉 ) =5 43 .5 2 (e- 0 .10 0 2 t-e- 9.110 5t)和 Cv(模拟降雨 ) =647.0 7e- 0 .5115t+2 41 .2 8e- 0 .0 4 75t;方差分析结果表明各回归方程较好地反应了氚水在青菜

稻-鱼复合生态系统对水田土壤微生物生理群的影响

通过田间试验、采用平板表面涂抹法和稀释法对稻-鱼(泥鳅)复合体系的水田土壤微生物生理群进行了定位定量研究。结果表明,底栖鱼类对水田土壤特殊微生物生理群具有重要影响,促进了土壤固氮菌、纤维素分解菌、硝化细菌、硫化细菌和氨化细菌的生长,抑制了反硝化细菌和反硫化细菌的繁殖,有助于增加土壤N、P、S等养分元素的供给能力、土壤肥力和生化活性,提高水田的养分利用效率。

绿肥油菜还田提高水稻产量与土壤磷钾肥力

为评价太湖地区油菜花后作绿肥对水稻产量及稻田水土养分的影响,在太湖地区连续进行2年田间定位试验,明确在2种不同油菜-水稻种植模式[绿肥油菜-水稻、饲用油菜-水稻(CK)]引起的水稻籽粒产量、产量构成因子、土壤氮磷钾含量以及稻田田面水氮磷浓度变化。结果表明:与对照处理相比,油菜终花期后压青还田下2年水稻产量提高了6.1%~15.2%,试验第1年水稻产量显著增加主要是由于有效穗数显著增加了20.0%,成穗率显著提高了14.7%,穗实粒数显著提高13.1%(P<0.05),结实率、千粒质量2种处理差异无统计学意义。连续2年绿肥油菜还田下耕层土壤全氮含量差异无统计学意义,但速效磷和速效钾含量分别显著提高了31.6%和27.8%,同时移栽至分蘖期稻田田面水总氮和总磷浓度分别显著提高36.3%和53.7%(P<0.05)。由此,太湖地区油菜作绿肥还田可维持水稻产量并补充土壤磷钾库,但应结合配套油菜绿肥还田技术以降低稻田盈余养分潜在流失风险,为太湖保护区提供化学肥料有机替代和绿色防控等有效环保型施肥技术。

陆地生态系统碳氮水循环的关键耦合过程及其生物调控机制探讨

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约评估陆地增汇/减排效果,预测分析全球变化对生态系统生产力和固碳功能影响的瓶颈性问题。本文在综合分析陆地生态系统碳氮水循环的耦合过程基础上,论述了制约生态系统碳氮水循环空间格局耦联关系的生物地理学机制,制约典型生态系统碳氮水循环耦合关系的生物生理生态学机制,以及典型生态系统碳氮水耦合循环的关键生物物理和生物化学过程。重点评述了生态系统碳氮水耦合循环的主要过程及其生物调控机制研究进展,包括:(1)植物叶片冠层生物学过程和根系冠层生物学过程及其对生态系统碳氮水耦合循环控制机制,以及二者之间的关联与互作关系;(2)土壤微生物功能群网络及其对碳氮循环过程的影响;(3)生态系统碳氮水交换通量的时空变化规律,以及生态系统的生态化学计量学理论与实践。本文最后还简要介绍了国家基金委重大研究项目"森林生态系统碳氮水耦合循环的生物控制机制"的研究思路及其主要研究内容。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。

全球陆地生态系统与大气之间碳交换的模拟研究

利用陆面物理过程和植被生理生态过程完全动态耦合的大气植被相互作用模式 (AVIM) ,对全球陆地生态系统的净初级生产力进行模拟。全球陆地生态系统植被分为 1 3类 ,土壤质地分为 7类 ,确定了各种植被和土壤的模式参数。采用全球陆地 0 .5× 0 .5网格点气候平均资料 ;以 30分钟为步长进行积分。并用全球不同地区各种植被类型的 1 9个 NPP观测样点数据校准模型。AVIM模拟全球陆地生态系统 NPP的主要模拟结果如下 :全球陆地生态系统净初级生产力 (NPP)总量约为 60 .72 Gt Cyr- 1。分析了不同植被类型的 NPP分布 ,模式较好地模拟了全球陆地生态系统净初级生产力的纬向分布和区域分布的差异 ,模拟出中国植被生产力的分布特征。陆地生态系统净初级生产力与温度、降水和辐射等气候因素在不同地区有不同程度相关性 ,北方针叶林地区气候因子与 NPP的相关性明显 ,反映出植被对环境因子的不同响应及其物候特征。赤道热带雨林地区NPP与气候因子的相关性不明显。

气相色谱-质谱法分析水和土壤中化学毒剂模拟剂

为了快速处理化学毒剂的突发性事故,建立了水和土壤中4种化学毒剂模拟剂的气相色谱-质谱(GC/MS)快速分析检测方法。水样用二氯甲烷和乙腈分两步进行萃取,土壤样品用二氯甲烷萃取,萃取液经HP-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)分离,利用GC/MS的选择离子(SIM)模式进行定性和定量检测。结果表明:本方法可对水和土壤样品中的化学毒剂模拟剂进行分析,在0.1～10mg/L质量浓度范围内,线性关系良好,相关系数为0.998 4～0.999 9。4种化合物在水中的检出限为0.3～2.1μg/L,定量限为1.1～7.1μg/L;在土壤中的检出限为1.0～2.7μg/kg,定量限为3.4～8.8μg/kg;4种化学毒剂模拟剂在水和土壤中的相对标准偏差(RSD)分别小于11.5%、11.8%;水和土壤中高、中、低3个加标水平的回收率分别为70.5%～101.9%、70.8%～112.9%。该方法快速准确、背景干扰少、分析灵敏度较高,适用于水和土壤样品中化学毒剂的快速分析。

土壤水-气二相流模型初探

目前,土壤水-气二相流模型主要采用土壤水相、气相流连续性方程来实现。然而,此二相流连续性模型在实际模拟过程中有很大困难。通过两点假设引入土壤气相流状态方程,并建立新的土壤水-气二相流模型,使二相流模型的模拟容易实现。由于实验条件暂不具备,仅完成了考虑气相流和不考虑气相流的对比模拟。通过模拟得出:气相流的存在的确对土壤水分运移产生影响,但并非主要因素,与前人的研究结果相一致,可以用此水-气二相流模型来模拟土壤水分的运移。此模型需要进一步的实验研究来证实和改进。

考虑生物降解的含水层苯酚自然衰减的数值模拟研究

监测自然衰减(MNA)是一种应用较广的经济有效的土壤和地下水污染修复技术,而非水相液体(NAPL)在非均质地层中的运移过程是自然衰减效果评估的重要内容。为了准确刻画多相流体在土壤及地下水中的生物降解过程,以我国北方某典型苯酚污染场地为例,基于连续三年的地下水质动态监测数据,利用多相流数值模拟软件TOUGH3/TMVOCBio构建了考虑Monod生物降解过程的苯酚运移的多相流数值模型。模型再现了现状条件下多相态苯酚的空间分布和时间变化过程,分析了吸附和Monod生物降解参数的敏感性。最后,讨论了吸附和微生物降解参数不确定条件下,溶解、挥发、吸附和生物降解作用去除苯酚贡献率,对污染源处置的2种情景进行了模拟预测。研究发现,苯酚呈现间歇性泄漏,在地下介质中以吸附相为主,其次为液相和气相,最少为自由相。在参数不确定性影响下,生物降解作用为17.91%~58.02%,并且降水条件会影响苯酚浓度的季节性变化。在未来20年内,在苯酚污染源完全去除和保持现状泄漏条件时,第20年末苯酚总质量去除率分别达到98%和80%以上。识别了多相流模型中敏感性较高的生物降解参数,为石化场地有机物生物降解过程数值模拟提供参考,同时可为我国MNA技术的应用提供理论依据。

土壤中污染物迁移转化规律的数值模拟研究

考虑到田间土壤的结构性以及运移其中的污染物的化学反应特征,建立了两区双点平衡/动力学吸附溶质运移模型。用拟交替显隐式有限差分格式对模型进行了离散,通过编制的相应程序,对一施药期的水田进行了模拟。研究了土壤中污染物的迁移转化规律,分析了不可动水和非平衡吸附相对浓度分布的影响。结果表明:不可动区水相和非平衡吸附相的浓度具有的滞后现象,在污染前期一定程度上起到了延缓污染作用,而在污染后期又在一定程度上加重了污染。二者的存在均对溶质的迁移转化具有重要的影响,进行数值模拟时应充分考虑二者的存在。模拟及分析结果为土壤环境质量评价提供了定量依据,同时对环境污染的治理与控制具有理论和现实意义。

平原区饱和—非饱和土壤水运动模型及数值算法研究

以土壤水运动理论为基础,构建了研究区三维饱和-非饱和土壤水运动模型,通过网格剖分模拟研究区各个位置土壤的体积含水率以及变换过程,并采用多个算例验证模型的稳定性和准确性。计算结果可知,土壤水分及地下水水位变化过程符合土壤水运动原理和日常经验,重现了特定土壤水运动的基本过程,为探究平原区水循环过程、水分转化关系以及进行大尺度平原区水文预报提供理论基础。

南方地区非充分灌溉稻田水稻根系吸水模型研究

作物根系吸水是土壤 -植物 -大气连续体水分传输问题研究中的一个重要部分 ,同时又是根区土壤水分动态模拟必不可少的资料。本试验对非充分灌溉稻田水稻根系分布特征进行研究 ,对水稻分蘖期根系吸水进行动态模拟 ,得到非充分灌溉水稻的根系吸水模型 ,并用实测资料对模型进行验证。结果表明 。

基于水热耦合的青藏高原分布式水文模型——Ⅱ.考虑冰川和冻土的尼洋河流域水循环过程模拟

尼洋河流域是雅鲁藏布江第四大支流,受冰川、积雪和冻土影响,水循环关系极其复杂。为深入研究该区域内的水文循环过程,本文在寒区水循环模型(WEP-COR)的基础上,针对青藏高原气候和地质特点,构建了耦合“积雪-土壤-砂砾石层”连续体和“积雪-冰川”水热过程模拟的青藏高原分布式水循环模型(WEP-QTP)。在尼洋河流域通过对2013—2016年的流量过程模拟发现,工布江达和泥曲站的逐月流量Nash-Sutcliffe效率系数分别达到0.810和0.752,比改进前的0.430和0.095有明显提升;以2015年为例,对比WEP-COR和WEP-QTP模型发现,WEP-QTP模型在汛期特别是主汛前(冻土融化期)模拟的流量过程不会出现较大的波动,模拟得到的逐日流量Nash-Sutcliffe效率系数相比WEP-COR从-0.67提高到0.54。模型增强了地下水含水层的调节作用,使得流量过程更加平稳且接近实测,研究结果表明,WEP-QTP模型适用于青藏高原的水文模拟。

额济纳荒漠河岸胡杨林叶片气孔导度与微环境因子关系的模拟研究

以额济纳荒漠河岸胡杨（Populus euphratica）为研究对象,利用LI-6400光合测定仪于2005年5-9月份观测了胡杨叶片气体交换数据,研究了胡杨叶片气孔导度与光合速率、光合有效辐射与光合速率之间的关系.结果表明：（1）胡杨叶片净光合速率随气孔导度的增大而升高,但当气孔导度增加到一定值后,光合速率的增加变缓慢直至平稳,并主要是非气孔限制因素造成的;Ball-Berry模型（B-B模型）能够很好地描述气孔导度与光合速率之间的关系（R2=0.92）.（2）叶片净光合速率随着有效辐射的变化符合非直角双曲线规律（R2=0.99）.（3）B-B模型和非直角双曲线光合模型耦合后模拟值与观测值之间存在很好的正相关性（r=0.93）,但耦合模型的模拟值还是较实测值偏大.因此,在干旱区还必须考虑水分限制因素对气孔开闭的控制作用,进一步构建适合干旱区生态系统特点的水-碳耦合循环机理模型.

浅议“生态地质学”

从地质背景对生态系统的控制、生态地质脆弱带的地质灾害、岩-土-水-植物生态系统、土壤地球化学与生态农业、人类活动对生态环境的影响、生态地质环境的动态监测和评价决策支持系统、生态地质环境计算机模仿等方面进行地质环境效应与生态系统动态平衡关系的研究,从根本上重建生态环境,对保护大江流域的生态安全,促进可持续发展,具有十分重要的意义。

五氯酚在稻田中的降解动态及生物有效性

利用江西鹰潭红壤生态实验站的长期施肥定位试验,采用田间微域研究了五氯酚(pentachlorophenol,PCP)在红壤性水稻田生态系统中的降解动态和稻谷的富集特征。四种长期施肥处理包括:未施肥(对照,CK)、施尿素(N)、施有机肥(OM)以及施有机肥+尿素(N+OM)。结果表明,长期施用OM或N+OM能显著增加土壤微生物活性。PCP在土壤-水稻生态系统中的降解遵循一级动力学方程,在CK、N、OM和N+OM 4种处理土壤中降解半衰期分别为27.7、35.2、24.8、22.4 d。表明长期施用OM或N+OM能加速PCP降解,而长期施用N抑制PCP降解。土壤中PCP(初始浓度85 mg/kg)显著减少水稻茎和稻谷生物量,但是对水稻根生物量并没有显著影响。在4种处理中水稻稻谷中PCP含量并没有显著差异,且稻谷的生物富集系数均小于0.01。PCP虽然在土壤-水稻生态系统中的降解半衰期较短,但是仍可以在水稻稻谷中有一定的生物富集,潜在的食品安全风险依然存在。