大气—水—土壤界面汞交换研究方法现状与展望

综述了近20年来汞在大气－水－土壤界面交换的研究方法现状，包括大气汞的干湿沉降及水、土壤汞释放的测定方法，分析其存在的问题，并提出未来的研究重点。     

一种准确测定土壤空气汞浓度的采样方法研究

自然源汞释放对全球大气汞的贡献和循环具有重要影响,地表过程释汞是大气汞重要的自然源,土壤空气汞浓度与大气汞浓度差决定着土壤/大气汞的交换通量。基于目前测定土壤空气中汞浓度的缺点,建立了一种新的测定土壤空气汞浓度的方法。本研究在南京六合循环农业生态区采集了水稻土壤剖面空气,并对样品总汞浓度进行了分析。利用本实验装置,真空泵在低流量下连续抽取土壤剖面空气并预富集于金管上,并结合冷原子荧光法(CVAFS)测定。实验结果显示方法检出限为0.023 ng m-3,水稻土壤空气汞浓度变化范围在6.0~18.9 ng m-3。平行实验装置在同时测定实验室大气和农田土壤空气汞浓度时,相对标准偏差(RSD)均小于15%,同时对比实验证明没有采集土壤表层大气。实验装置简单,野外操作方便,能准确和精确的测定水分不饱和土壤空气中汞浓度。     

贵阳市耕地土壤重金属分布特征及评价初步研究

对贵阳市4郊区1市3县耕地土壤重金属As、Pb、Cd、Cr、Hg污染现状进行了调查和分析。结果表明:土壤中重金属含量在地区内及地区间差异都较大,除Cr外,As、Pb、Cd、Hg富集度较高;1市3县是贵阳市主要工业区,土壤属轻度污染,明显高于4郊区;Cd元素污染十分突出,其次是Hg和As。分析认为磷化工、煤化工及铁合金等工业与之密切相关,需进一步深入研究。     

上海农村及郊区土壤中PCBs污染特征及来源研究

2007年3月采集上海市农村及郊区36个表层土壤样品,采用气相色谱法对土壤中的多氯联苯（PCBs）残留进行了分析,揭示了土壤中PCBs的残留水平、分布、组成特征及来源。结果表明,试区土壤中共检出62种PCB,总浓度最高2530ng·kg-1,最低71.7ng·kg-1,平均含量534ng·kg-1。较高污染浓度主要是编号为BS2、SJ6、JS4和FX4的土壤样品,但从整体采样区域来看,其污染可能主要来源于城区污染导致的区域大气沉降或是全球大气传输所致。上海农村及郊区土壤PCBs污染物以Tri-CBs和Tetra-CBs为主,主要以工业Aroclor1242来源为主。相关性分析显示,土壤中PCBs与TOC具有显著相关性,尤其是对于挥发性较强的低氯代PCBs,表明TOC是影响上海市土壤中PCBs持留的重要因素之一。聚类分析显示,部分采样点PCBs污染与工业品使用有关,但可能还存在其他来源。     

红壤坡地农业景观(旱季)地表界面水分传输研究——I．土壤-大气界面水分传输

定位观测研究红壤坡地土壤 大气界面水分传输结果证明 ,不同地表植被群落构建和不同农业利用景观土壤蒸发量有差异 ,但水汽传输通量的动态变化规律一致 ,土壤蒸发量日变化为典型单峰曲线。界面水分传输通量受诸多因素影响 ,当地表植被群落稳定、作物因素影响较小时 ,水汽通量除受气候条件影响外还明显受土壤含水量特别是表层土壤含水量的影响。界面水汽传输通量与净辐射能呈显著正相关 ,与环境温度有很好的相关性 ,温度越高其蒸发越强 ,与空气湿度呈极显著负相关。界面水汽传输通量主要受 0～ 2 0cm表层土壤水分控制 ,二者间存在线性关系。土壤蒸发量占系统蒸散量的 1/ 3 ,该部分非生产性水分消耗有控制降低的可能 ,可通过土壤培肥、灌溉控制、物理障碍等手段抑制土壤蒸发。     

土壤汞污染研究进展

对国内外学者近些年来对土壤汞污染研究的工作进展作了系统的综述。主要包括土壤汞污染的途径、迁移方式和治理办法。其中重点介绍了大气汞的干湿沉降、土壤汞的释放及生物修复治理土壤污染。最后,还介绍了土壤汞形态的分析方法以及土壤挥发性汞释放通量的测量方法。     

亚热带地区蔬菜地甲烷净交换通量研究

农田土壤是大气甲烷(CH_4)的重要源和汇,以往关于农田CH_4净交换通量的研究多关注水稻、小麦、玉米等作物,而蔬菜地的观测研究不足。本研究采用静态暗箱-气相色谱法对亚热带地区一块种植包菜的典型露天蔬菜地开展将近1年的田间原位CH_4通量观测,以揭示蔬菜地CH_4净交换通量的周年变化特征及其影响因素,估算CH_4年累积净交换通量,并定量评估CH_4净交换通量的误差。本试验在包菜地的垄上和垄间同时布设观测点进行CH_4通量观测,并对环境因子进行同步测量,观测期为2016年1月1日至12月8日。结果表明,所研究的蔬菜地为大气CH_4的微弱汇,年平均通量为(-9.9±7.0)μg(C)×m~(-2)×h~(-1),全年累积通量为-0.84kg(C)×hm~(-2),较高的土壤水分条件和高施氮量可能是导致本研究蔬菜地CH_4吸收较弱的主要原因。全年CH_4累积通量的总体误差为-48%~-16%,其中,由于通量计算方法引起的系统误差会使估算的通量偏低32%,年尺度上的随机误差大小为16%,主要来自CH_4通量的空间差异,因此可适当增加空间重复,以减小空间随机误差。研究还发现垄上的CH_4吸收通量显著高于垄间(P0.01),因此在开展农田温室气体通量观测时应兼顾垄上和垄间、种植行和行间等农田管理措施存在显著差异的区域,均布设观测点,避免对通量观测结果造成系统性偏差。     

沼泽垦殖前后土壤呼吸与CH_4通量变化

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在碳的储存中起着重要作用。湿地垦殖后,在相同季节根层土壤温度明显高于沼泽湿地土壤,但垦殖后土壤有机碳、氮素含量明显降低,C:N比值减小,土壤呼吸通量增大,且具有季节性变化。垦殖8年的农田土壤,呼吸通量大于垦殖15年的农田土壤,弃耕后土壤有机碳含量及土壤呼吸强度有所增加,土壤呼吸通量与土壤温度呈显著正相关关系。沼泽湿地土壤为大气CH4的重要源,通量季节性变化明显,沼泽垦殖后农田土壤成为CH4的汇,不同垦殖年限土壤间CH4通量差异性不大。     

西北干旱区两种不同栽培管理措施下棉田CH4和N2O排放通量研究

采用静态箱-气相色谱法对西北干旱区当前普遍采用的膜下滴灌和传统的无膜漫灌两种栽培管理下土壤CH4和N2O通量日变化和季节变化特征进行了研究。结果表明,随时间的推移,无膜漫灌栽培管理措施下棉田土壤CH4日变化通量呈先降后升趋势,而膜下滴灌栽培处理CH4排放通量日变化则呈现先升后降趋势;在整个生长季节,无膜漫灌和膜下滴灌土壤CH4季节变化规律不太明显,前者吸收大气CH4 45.2～52.5 mg m-2 a-1,后者释放CH4通量为0.7～23.1 mg m-2 a-1。两种栽培管理措施下棉田土壤N2O通量的日变化和季节变化均随时间的推移均呈现先升后降趋势,但是,无膜漫灌日均排放N2O通量显著高于膜下滴灌。在整个生长季节,无膜漫灌土壤N2O释放量(N2O 99.3～320.0 mg m-2 a-1)显著高于膜下滴灌(N2O60.0～259.0 mg m-2 a-1)。以上结果说明,膜下滴灌栽培管理措施可以改变旱田传统无膜漫灌栽培土壤与大气CH4的交换方向,促进土壤CH4向大气的排放,但对N2O通量日变化和季节变化规律不产生影响,显著降低土壤N2O的排放量。     

GIS支持下豫东地区土壤野外采样布点方法探索

以河南省通许县潮土区中低产田为例,介绍了一种GIS支持下的土壤野外采样布点方法,并对所取得的结果进行了讨论。根据要求覆盖研究区中低产田潮土的面积、涵盖所有土种类型、表层采样与剖面采样相结合、网格点与类型控制点相结合等原则,确定采用2 km×2 km网格布点方法。室内初步布点157个,涵盖了研究区16种土种类型,其中普通网格点141个,类型网格采样点6个,类型参考采样点10个。将布点图层与土壤图进行叠加分析,建立了空间数据库,完善布点属性表,作为野外精确采样的依据。实际采集普通网格点135个,剖面点15个。将室内布点与实际采样点位信息在数据库中分层管理,方便查询与更新。特别在剖面采样过程中发现实际采样与第二次土壤普查土种图比较,存在某些差异,应该根据实际采样诊断土壤类型并在GIS界面修正原始土壤分布图,将此改动作为建议提出,以便完善当地的土壤图。     

Mercury Flux Measurements over Air and Water in Kejimkujik National Park,Nova Scotia

Mercury flux measurements were conducted at two lakes and three soil sites in Kejimkujik National Park, located in the eastern Canadian province of Nova Scotia. One of the lakes had high levels of both mercury and Dissolved Organic Carbon (DOC). Two of the soil sites were located under the forestcanopy, while the other was in a small clearing surrounded by forest. Flux measurements were performed using the dynamic chamber method. Mercury concentrations in the air were measured with a TEKRAN mercury analyzer. Mercury fluxes over the two lakes were most strongly correlated with solar radiation, although the flux was also significantly correlated with water temperature, air temperature, and negatively correlated with relative humidity. The flux from the high DOC lake (Big Dam West) was especially high when the conditions were both sunny and windy (wind speed greater than 1.3 m s^-1) and the average flux measured was 5.4 ng m^-2 h^-1. The mercury flux from this lake was wellparameterized in terms of a simple expression involving solar radiation and a nonlinear dependence on wind speed. The flux measured from the low DOC lake (North Cranberry) tended to be lower than from the high DOC lake. The averageflux measured was 1.1 ng m^-2 h^-1, but was again strongly correlated with solar radiation. The flux was low during windy conditions in the absence of sunlight, suggesting that wind enhances mercury evasion from lakes only in the presence of solar radiation. Mercury fluxes measured over the soil sites tended to be smaller than those over water (a range of –1.4–4.3 ng m^-2 h^-1). At one of the forest sites, mercury flux was very strongly correlated with 0.5 cm soil temperature, and this dependence was well described by an Arrhenius-typeexpression with an activation energy of 14.6 kcal^-1 mole, quite close to the heat of vaporization of mercury (14.5 kcal^-1 mol^-1 at 20 °C). At the clearing, where there was direct exposure to the sun, the mercury flux was most strongly correlated with solar radiation.     

大青山油松人工林树干液流特征及其与主要气象因子的关系

应用TDP技术在干旱少雨的6月与雨季9月,对大青山奎素试验区30 a生油松人工林树干液流变化特征及其与主要气象因子的关系进行了研究.结果表明:(1)液流量日变化呈现"昼高夜低"典型的液流波形特征.(2)油松单株液流量日平均值9月大于6月,表现出雨季液流量大于干旱季节的特征.(3)油松整株树干径向不同位点的液流速率变化趋势基本相同,平均液流速率由外向内呈现"低-高-低"的态势.(4)树干液流量与主要气象因子相关分析表明,对于林分密度较小的林地,6月、9月液流量与太阳辐射有极显著的正相关关系,与20 cm土壤温度有极显著的负相关关系,与气温和相对湿度相关性不高;而对于林分密度较大的林地,在较干旱的6月,太阳辐射已不是影响液流量的主要因子,只有9月液流量与太阳辐射有极显著的正相关关系,与20 cm土壤温度有极显著的负相关关系.     

栓皮栎幼苗叶气温差随太阳辐射和风速变化的列线研究

为了探索太阳辐射、气温和风速对栓皮栎幼苗叶温(LT)的影响,以及LT与Gates气候空间列线的一致性,在晴天条件下,控制小气候风速因子,测定气温、LT和太阳辐射,研究不同风速条件下栓皮栎幼苗叶气温差（LATD）随太阳辐射的变化。并依据Gates气候空间理论和图解方法,确定栓皮栎幼苗的气候空间列线。结果表明：静风时栓皮栎幼苗LATD随太阳辐射的增加而增加,二者呈线性关系;冠层温度衰减（CTD）随太阳辐射强度增加而增加,但随着风速的增大,CTD随太阳辐射而增加的幅度逐渐减小。风速为0.8m·s^-1时,CTD随太阳辐射变化的趋势线斜率逐渐趋近于0,表明不同风速条件下的栓皮栎幼苗叶片CTD随着太阳辐射强度的增加呈线性增加趋势;随着风速的增加,该线性关系形成斜率逐渐变小的列线,列线与Gates气候空间理论的上限趋势一致,列线上的点与生物学上限温度(BMT)相加可以表达栓皮栎幼苗叶片气候空间上限。     

利用TDP茎流计研究沙地樟子松的树干液流

用TDP茎流计连续测定了沙地樟子松南北两方向的树干液流,并用传感器同步记录环境因子变化,探讨环境因子对树干液流的影响。沙地樟子松树干液流日变化呈双峰有规律变化,南面树干液流速度和变化幅度大于北面树干液流速度和变化幅度;树干液流启动比环境因子晚1小时左右,然后迅速上升,在9:30达到第一个峰值,在17:20左右迅速下降,南面树干液流速度峰值出现在9:30左右,北面峰值出现在13:20左右;通过相关系数分析,树干液流与空气温度、空气相对湿度、太阳辐射和土壤水分相关明显,南北两方向的树干液流受环境因子的影响程度不一样,在南面,太阳辐射>空气温度>空气湿度,而在北面空气温度>太阳辐射>空气湿度;日树干液流量集中在9:30到17:20,占全天树干液流量的70%多,北面树干液流量是南面树干液流量的0.5~0.6。     

皇甫川流域单株本氏针茅的蒸腾模型

采用快速离体称重法,测定皇甫川流域本氏针茅每日6:00-19:00蒸腾强度的日动态;用自动气象站同步连续监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速、10 cm处土壤温度等环境因子;用LI-6400便携式光合系统同步测定本氏针茅每日6:00-19:00的叶蒸腾速率、气孔导度等因子,并用Excel 2003,Visual C++6.0和SPSS 13.0处理所测定数据.通过分析本氏针茅每1 h单株蒸腾量与环境因子以及植物特性因子之间的关系,建立了皇甫川流域单株本氏针茅瞬时蒸腾量数学模型.通过对模型评价指标进行计算及分析,认为该模型拟合优度较好,可以获得满意的数值模拟结果.在此基础上,建立了单株本氏针茅的日蒸腾量数学模型.     

黄河流域日潜在蒸散量变化及气象敏感要素分析

潜在蒸散量反映了大气的蒸发能力,准确的估算和科学客观的分析其气象影响要素,是水资源优化配置的重要依据和基础。该文以国家气象局整编的黄河流域109个站点近52a(1961-2012年)逐日气象资料计算潜在蒸散量及其敏感系数,探明黄河流域上游、中游和下游日潜在蒸散量(potential evapotranspiration,ET0)对4种气象要素的敏感性时空变化特征。结果表明:从ET0日值来看,黄河流域上游变化趋势不明显,但其均值高于中游和下游,下游以-0.043 mm/10a的趋势显著(p0.05)递减;在年内变化上,上游、中游和下游太阳辐射和温度及太阳辐射敏感系数均呈单峰型曲线变化,风速敏感系数呈单谷型变化,而相对湿度、风速以及相对湿度和温度的敏感系数波动较大;年际变化上,上游、中游和下游太阳辐射、相对湿度和风速都显著下降,温度显著提升,ET0对太阳辐射量和温度的敏感性减弱,而对相对湿度和风速敏感性增强;相对湿度是上游、中游和下游ET0变化的最敏感的要素,而太阳辐射量是ET0年内和年际变化的主控气象要素;太阳辐射、相对湿度和温度3个气候变量的敏感系数都在研究区西南部形成高值区,表明ET0在黄河流域西南部对气候变化最敏感。该研究对于指导黄河流域不同区域农业种植结构的调整和生态工程科学布局,合理开发调配水土资源,促进农业和生态环境的良性发展,具有重要的科学意义。     

主成分分析法在植株液流影响因素研究中的应用

利用美国DYNAMAX公司产DYNAGAGE包裹式茎流测量系统和澳大利亚产MONITOR自动气象站于2005年8月20日-9月21日测量了鲁东大学校内一株典型龙爪槐的液流量和微环境气象条件,并利用主成分分析法对液流量数据及其微环境气象因子数据进行了分析.结果显示：影响植株液流量的环境因子可以分为太阳辐射和空气湿度两个主成分,据此构造的综合环境影响因子与液流量回归分析效果较好,决定系数为0.867;与太阳总辐射、光合有效辐射、温度、湿度和风速等5个气象因子与液流量的回归效果相比,综合环境影响因子与液流量的回归效果更好.     

宁夏地区农田防护林结构与小气候效应

 为研究宁夏地区农田防护林体系的生态效益,于2002年和2003年8月,对宁夏地区农田防护林体系的疏透度、林网内风速、温度、湿度、农作物增产量等多项生态因子,进行了全面调查。采用综合疏透度和农作物增产量的综合权重指标分析表明:大林网、多林带、多树种混交,利于防护林体系综合效益的提高,应是今后防护林建设的重点。对该地区农田防护林体系的生态效益研究表明:农田防护林的防风效能在35%～45%时较高,偏高或偏低时,防护效能都将下降,农田防护林体系特征,决定了林网内风速变化规律;农田防护林体系通过对太阳辐射的再分配,在地面、树体、树叶及作物表面使温度下降40%～60%,这种温度效益在宁夏地区具有防止作物被灼伤的作用;农田防护林网具有增加空气相对湿度和土壤含水量的生态效益,其作用机制与林带的防风功能密切相关。     

Soil and Foliar Mercury Emission as a Function of Soil Concentration

The goal of this study was to investigate net mercury flux associated with seedlings of two species (Populus tremuloides and Pinus ponderosa) grown in three soil exposure concentrations (0.010 ± 0.001, 6.15 ± 0.86, and 25.56 ± 2.10 µg Hg g^-1) and to determine if mercury flux from vegetation was directly correlated with mercury concentration in the soil. Net mercury flux was measured using a gas exchange system. Mercury emission from foliage was not influenced by mercury concentration in the soil. Experiments were also done to assess the significance of mercury emission from vegetation relative to that occurring from associated soils. Mean soil mercury emissions were 1 to 3 orders of magnitude higher than that from plants grown in similar soil mercury concentrations. Light and the addition of water were found to significantly increase mercury emission from soils, and the magnitude of the flux response to watering was correlated with soil mercury concentration.