湿地碳氮磷的生物地球化学循环研究进展

湿地生物地球化学循环研究是湿地研究的核心内容,是研究其物理过程、化学过程和生物过程及其相互关系以及这些过程与湿地功能的关系。介绍了生物地球化学循环的概念。对N、P、C三个主要无素的生物地球化学循环研究进展进行了评述,并对生物地球化学循环研究的前景进行了简要的分析。     

湿地生物地球化学研究概述

湿地有其独特的生物地球化学循环,其间许多化学迁移和转化过程不为其它生态系统所共享。湿地土壤在淹水时形成强还原区,但在水—土界面上常有一氧化薄层。发生于还原环境中的C,N,P,S,Fe,Mn的转化都影响着物质对生态系统的有效性;一些化学转化还会导致毒性环境,许多化学转化由微生物种群来调节。化学物质经降水、地表径流、地下水和潮汐等水文途径被输送至湿地中,降水途径占优势的湿地一般养分较贫乏,经另外3个途径输入湿地的化学物质的浓度变化较大,并非所有的湿地都是养分的汇,而且其季节之间、年际之间的模型也不一致。尽管对毗邻的生态系统的直接影响难以定量化,湿地通过有机物质的输出常与毗邻生态系统进行化学耦合。湿地与陆生、水生生态系统相类似,因为它们都可能是富营养或贫营养系统;当然它们之间也有一些差异,特别是在沉积物贮存养分以及植被在不同养分循环中的功能方面差异较大。     

湿地土壤硫分布及其影响机制研究进展

硫元素作为继氮、磷、钾元素之后的第四位重要营养元素,在植物的生长发育过程中扮演着重要角色,对维持湿地生物地球化学循环的健康发展有着重要意义。本研究对湿地土壤生态系统中硫素分布进行了综述,分析了湿地土壤硫分布特点及其影响因素,对比了不同学者的研究结果,总结了目前硫循环研究的薄弱现状,并对未来研究进行了展望,为下一步集中研究湿地土壤硫分布形态、硫素的迁移转化规律提供基础。     

沟渠土壤形成过程及其生化循环

沟渠植物促进养分循环和土壤结构的形成。土壤形成过程、生物地球化学循环、结构形成、生物活动可影响环境质量和调解水质。在概述沟渠土壤形成和生物化学循环过程基础上,探讨了此过程减少农业养分流失和污染的作用。结果表明,沟渠土壤形成是气候温度分布、有机体、地形、浸深、流态、母质、时间、水体属性和突发事件综合作用的结果。种植垄沟植物等管理措施,可增强土壤稳定性和生态系统功能。     

湿地磷的生物地球化学特性

综述了湿地磷的生物地球化学特性，包括湿地土壤中磷的存在形态与磷的固定，湿地淹水对磷固定的影响，持久性淹水土壤中磷的行为，淹水和干旱转换条件下磷的反应，湿地在水体磷去除过程中的作用等。     

生物地球化学循环模型DNDC及其应用

生物地球化学模型是模拟研究化学元素动态的新兴领域,可用于陆地生态系统内植物、有机物和无机营养元素动态变化和循环。DNDC模型(DeNitrification-DeComposition Model)是美国新罕布什尔州大学陆地海洋空间研究中心开发研制的,最初是为了模拟农田生态系统固碳、氮流失和水平衡而创建,目前该模型可以模拟草地、湿地、林地等陆地生态系统碳氮动态过程。DNDC模型已经在美洲、欧洲、澳洲以及亚洲的一些地区得到了验证和运用。DNDC模型可用来分析陆地植物生长规律、土壤硝化和反硝化作用、温室气体和痕量气体排放预测研究、不同土壤类型及气候条件对森林生态系统碳氮通量变化的影响以及气候变化对生物地球化学循环的影响预测等。     

湿地土壤氮素研究概述

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一,具有巨大的环境调节功能和效益。湿地发挥着N素的源、汇和转换器的功能,而湿地土壤中N素含量及其迁移转化过程也显著影响着湿地生态系统的结构和功能,所以湿地土壤N素过程研究成为当前研究热点之一。本文对湿地土壤N素贮量,湿地对N素的截留能力以及湿地N素的迁移转化过程等方面进行了综述。     

湿地铁的生物地球化学循环及其环境效应

湿地位于水陆过渡地带,干湿交替引起的氧化还原变化是湿地中最为典型、普遍的现象.铁作为湿地中的主要氧化还原物质,它的变化对湿地环境具有重要的指示性作用.本文介绍了湿地中铁的时空分布及其转化规律,指出湿地铁循环的影响因素,分析了湿地铁循环在湿地土壤形成、湿地植物的生理生态、湿地的物质循环、环境指示等方面的效应;最后对湿地铁循环研究中的存在问题及发展方向提出几点建议.     

黄河口湿地土壤中生物硅的分布与植硅体的形态特征

硅是地壳中重要元素之一,深刻影响着地表物质循环。湿地是全球碳、硅循环和气候变化研究的重要组成部分,然而针对湿地硅循环方面的研究较少。本文分别运用化学提取法和无损提取法,得出了黄河口三角洲湿地地表土壤中生物硅的含量、组成,并对湿地硅的分布特征与影响因素进行了研究。结果发现:黄河口湿地生物硅含量介于2.48~19.3 g/kg之间,并具有冬季高、秋季低的特点;生物硅与颗粒有机碳和颗粒有机氮含量具有显著的正相关关系,表明三者具有相似的来源;生物硅和植物可利用硅之间显著的相关性表明生物硅在土壤硅循环中起着主要作用。土壤中生物硅的含量与距离河道和海岸的长度均呈负相关关系,在生物硅的"距离效应"中海洋的作用较为显著。湿地表层土壤中植硅体的形态丰富,在黄河沿岸分别以哑铃形或突起棒形为主要植硅体形态,这与其植被特点有关;在II区域则主要以平滑棒形为主,且硅藻对生物硅的贡献比例明显增加。I区大部分站位发现的硅藻为圆筛藻,而在II区发现的硅藻主要为月形藻和舟形藻(羽纹硅藻纲),这与湿地水陆相互作用有关。植硅体主要来源于本地植物,是土壤中生物硅的最主要贡献者,同时黄河泥沙携带的来自上游流域的植硅体也对湿地生物硅含量和组成有一定的贡献。黄河口湿地土壤中生物硅的含量和组成受到河流和海洋的共同影响,具有一定的区域特性,并可能对河流和海洋硅循环产生重大影响。     

三江平原典型环型湿地土壤营养元素的空间分异规律

以三江平原典型环型湿地作为研究对象,对其环带状植被区湿地土壤的全N、全P和全K的空间分异规律进行了初步研究。结果表明,环型湿地土壤化学元素具有明显的空间水平分异规律,全N和全P的含量由环型湿地中心向边缘逐渐减少,全K的含量逐渐增加。土壤化学元素的含量在垂直方向上具有明显的分层和富聚现象,自上而下全N含量除漂筏苔草群落外,其它各群落土壤全N含量呈先增加后减少的分布;大部分植物群落土壤全P含量呈先减后增的“V”型分布;全K含量呈表层和底层较高、中间层较低的“中空”状分布。环型湿地土壤的营养元素空间分异主要受生物过程和水文地貌过程影响,并通过过程影响湿地的功能     

秋茄人工湿地净化循环海水养殖废水效果

为了深入研究采用人工湿地方法处理循环海水养殖废水的可行性及其运行特性,以红树林植物秋茄(Kandelia candel)为湿地植物构建耐盐人工湿地,对循环海水养殖废水进行生物处理。该文对比研究了秋茄人工湿地与无植物人工湿地的处理效果,在系统启动17d后的稳定运行阶段,秋茄人工湿地对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和氨氮(NH4+-N)的去除率分别在66.4%～73.8%和64.3%～72.4%,明显高于无植物人工湿地对COD56.7%～62.4%的去除率和对NH4+-N51.2%～57.5%的去除率;在总磷(total phosphorus,TP)去除方面,秋茄人工湿地和无植物人工湿地的去除率分别为55.7%～61.7%和54.3%～60.4%,两者并无明显差别。对人工湿地基质酶活性的分析发现,秋茄人工湿地的基质脲酶活性和磷酸酶活性均明显高于无植物人工湿地;同时在秋茄人工湿地基质床中,根系分布最多的表层0～5cm区域基质酶活性明显高于其他区域,表明秋茄的根部对于提高人工湿地基质床的生物活性及其去污能力发挥了显著的作用。对秋茄人工湿地水力条件的研究表明,表面水力负荷对系统去除有机物和氮有较明显的影响,表面水力负荷控制在0.1m3/(m2·d)及以下时,出水水质可达到国家渔业水质标准的要求。该文研究结果为循环海水养殖废水提供了一种生物处理途径。     

蔬菜与肥料中养分摩尔数比与作物生长及氮素利用的关系

生态化学计量学是研究生物系统能量平衡和多重化学元素(主要是碳、氮、磷、钾)平衡的科学。目前生态化学计量学的研究主要集中在水生生态系统和湿地生态系统,对陆地生态系统的研究相对较少。在我国,有关生态化学计量学的研究     

湿地沉积物重金属环境化学行为研究进展

湿地沉积物重金属污染是当前环境科学领域的研究热点.本文在简要回顾国内外湿地沉积物中重金属污染研究成果的基础上,从湿地沉积物重金属来源、形态组成及提取方法、重金属在沉积物-水界面的迁移转化、质量基准以及风险评价等方面综述了当前国内外研究的最新进展,并提出了该领域未来可能的研究方向.认为针对湿地沉积物重金属向水体释放引起的二次污染问题,应重点对湿地沉积物重金属的环境化学行为展开深入研究,在研究方法和研究手段上应注重新技术的开发与应用.     

三江平原典型湿地水化学性质研究

以三江平原湿地生态试验站为研究基地,选择典型采样地点,对湿地水、排水沟水、降水、保护区河流水样进行测试,分析水样中主要离子含量(HCO3-、Cl-、NO3-、SO42-、Ca2 、Mg2 、K 、Na )、重金属元素含量(Cu、Zn、Fe、Mn)和营养元素含量(N、P、K)及其有效性。研究湿地水化学的一般性质以及湿地排水后湿地水中化学元素的迁移特征。研究结果表明,湿地水化学类型一般为HCO3--Ca.Mg型和HCO3--Ca.Na型,重金属序列为Fe>Mn>Cu>Zn>Pb、Cr。排水中丧失大量的化学元素,这是湿地退化的原因之一。     

植被退化对尕海湿地枯落物分解的影响

[目的]分析植被退化对青藏高原东部尕海湿地枯落物分解的影响,为湿地生源要素生物地球化学循环过程研究提供基础依据。[方法]采用分解袋法,研究尕海泥炭沼泽和沼泽化草甸不同植被退化梯度湿地枯落物分解特征及其影响因素。[结果]各植被退化阶段湿地枯落物分解过程存在显著差异,植被退化总体抑制了枯落物分解,但不同湿地类型枯落物分解对植被退化响应有所不同;在生长季内(5—9月),沼泽泥炭植被未退化枯落物分解速率显著高于退化(p0.05);沼泽化草甸平均分解速率排序为:未退化(0.028 9g/d)中度退化(0.028 7g/d)轻度退化(0.028 0g/d);各植被退化阶段湿地的枯落物分解过程具有明显的年际变化特征,总体表现为2014年分解较快,2015,2016年相对较慢;温度和降雨对各退化阶段枯落物分解速率具有促进作用,但作用不显著。[结论]尕海湿地植被退化过程中枯落物分解动态受到枯落物自身性质、气候条件、土壤营养状况等自然环境条件的共同影响,相比而言,受枯落物性质的影响更大。     

黄河中下游湿地土壤铁还原氧化过程的温度敏感性

土壤中铁的还原氧化过程因与重金属的生物有效性、有机污染的降解及含碳温室气体排放等环境问题关系密切而备受关注。温度可能通过影响铁还原菌或者Fe(II)氧化菌的活性、底物的生物可用性等而影响铁的还原过程。以黄河中下游地区新乡市原阳大米产区的湿地土壤为样品,利用厌氧泥浆控温培养试验方法研究了黄河中下游湿地中土壤铁还原氧化过程的温度敏感性。结果表明:黄河中下游湿地土壤铁的还原容量在16~31℃范围内不受温度影响,但在16~40℃之间升高温度可显著增加铁还原过程的最大速率、速率常数,亦可缩短最大速率出现的时间。铁还原的温度敏感系数介于1.18~3.05之间,且随温度上升而升高。光照可降低铁还原的温度敏感性,平均降幅39.0%。光照时土壤中Fe(II)氧化对温度不敏感。光照条件和铁氧化物的种类和数量可能是影响土壤有机碳矿化的因素之一。研究结果对于深入理解土壤铁的生物地球化学循环及其与土壤呼吸的关系具有重要意义。     

白洋淀芦苇湿地生态系统中植硅体的产生和积累研究

植硅体(phytoliths),又称植物蛋白石,存在于大部分植物组织细胞中,主要是依靠植物的根系吸取土壤溶液中的可溶性二氧化硅,在植物细胞或细胞内沉淀硅化而形成的一种固体的非晶质含水二氧化硅颗粒物[1].植硅体主要组成部分是二氧化硅(67％～95％)、水(1％～12％)、碳(0.1％～6％)及少量的无机元素Na、K、 Ca、 Fe、 AL、 Ti等[2],由于其具有较强的抗分解、抗腐蚀和耐高温等特性,可以长时间较稳定地保存在一些岩石和土壤中[3-5],在硅的生物地球化学循环中有着重要的作用,是全球硅循环的重要参与者[6].虽然植硅体作为生物硅的重要组成部分,在全球硅的生物地球化学循环中占据着重要地位,但在湿地生态系统中植硅体产生和积累研究则鲜见报道[7].     

山西湿地生态环境退化特征及恢复对策

山西湿地主要分布于各河流流域、湖泊和水库及周围地区,具有分布广泛、类型多样以及生物多样性丰富等特征,主要类型有河口(内陆)湿地、河流湿地、湖泊湿地、水库湿地和沼泽及草甸湿地等,总面积约2146km2。由于人类的不合理利用和自然的原因,导致湿地生态环境退化现象严重,主要表现为:(1)污染严重导致湿地生态环境功能丧失,特别是河流尤为突出;(2)河漫滩和湖泊的过度围垦,加速湿地面积不断萎缩,湿地植被遭到严重破坏;(3)不合理利用和过度捕猎导致生物多样性急剧下降;(4)许多水库的修建使湿地丧失速度加剧;(5)连续多年的干旱导致许多河流成为名副其实的"季节性河流"。最后,提出了山西湿地生态环境恢复的科学对策。     

洞庭湖天然湿地营养元素的积累与归还效应研究

为探讨洞庭湖湿地营养元素的积累与归还效应.研究了洞庭湖天然湿地土壤对N,P2O5,K的储存能力以及湿地植物对N,P2O5,K的年固定归还量,其结果是:洞庭湖天然湿地土壤贮存N量为343.715×104t,贮存P(P2O5)的量为283.904×104t,贮存K的量为63.408×104t;植被固定营养元素的效应值为:固定N,P2O5,K的量分别为9 553.443 t/a,2 446.404 t/a,13 370.956 t/a.营养元素年归还系统的量为N 888.374 t/a,P2O5208.48 t/a,K 1 045.941 t/a.研究结果表明,洞庭湖湿地是一个庞大的天然营养库,在生物地球化学循环中起着十分重要的作用.     

贵州草海湿地农田沟渠沉积物氮磷的吸附动力学及影响因素

以草海-湿地农田沟渠系统为研究对象,运用模拟实验的方法,针对沟渠系统对氮磷的截留效用、沟渠沉积物对氮磷的吸附动力学及其影响因素进行了研究。结果表明,湿地农田沟渠系统对TP和TN的截留率分别为66.7%～79.7%和66.0%～76.4%,对NH4＋-N的截留率最高,为82.8%～89.3%。沟渠沉积物与太湖、滇池沉积物相比较而言,沉积物对PO4-3-P和NH4＋-N吸附平衡时间较长。盐度、[SO42-]和[NO3-]对PO43--P和NH4＋-N的吸附都具有一定的抑制作用;而[Ca2＋]对两者的影响具有明显的差别：Ca^2＋对PO43--P的吸附在低浓度下抑制,在高浓度下有促进作用;对NH4＋-N的吸附具有明显的抑制作用,且当[Ca^2＋]浓度为5mg·L^-1时吸附量最小。