祁连山海北高寒草甸生态系统大气氮湿沉降动态变化特征

对祁连山海北高寒草甸地区2010年和2011年大气氮湿沉降观测分析发现,海北高寒草甸地区NH_4~+-N、NO_3~--N和TIN湿沉降年平均浓度分别为0.35 mg/L、0.27 mg/L和0.62mg/L,对应的湿沉降年总量分别为1.78kg/hm2、1.40kg/hm2和3.19kg/hm2。湿沉降氮浓度和湿沉降氮量年内均有明显的季节变化,湿沉降氮浓度表现出冬季高夏季低,而湿沉降氮量则为夏季高冬季低。NO_3~--N和NH_4~+-N湿沉降浓度与降水量分别呈极显著的逆函数和幂函数负相关关系(P<0.001)。NO_3~--N和NH_4~+-N湿沉降量与降水量分别呈显著(P<0.05)和极显著(P<0.001)的线性正相关关系。NH_4~+-N与NO_3~--N湿沉降浓度和湿沉降量的比值与降水量均表现出弱的线性正相关关系(P<0.10)。海北高寒草甸地区的NH_4~+-N、NO_3~--N和TIN湿沉降量与世界和我国各地的农田、森林、城市相比处于低值区,而与处在大气清洁、海拔稍高的我国丽江玉龙雪山地区、西藏林芝地区相比基本相仿。     

NO_3~--N/NH_4~+-N不同配比下紫花苜蓿氮代谢关键酶及钼、铁元素含量研究

以西北地区广泛种植的优质植物性蛋白饲料紫花苜蓿"甘农3号"为试验材料,在室外防雨网室内,采用盆栽营养液沙培法,在适宜氮素供应水平210 mg·L-1基础上,研究NO_3~--N和NH_4~+-N混合的7种配比(NO_3~--N/NH_4~+-N分别为12.5/87.5、25/75、37.5/62.5、50/50、62.5/37.5、75/25、87.5/12.5,依次标为1/7、1/3、3/5、5/5、5/3、3/1、7/1)对紫花苜蓿全生育期各部位硝酸还原酶(NR)、固氮酶活性及钼(Mo)、铁(Fe)营养吸收的影响。结果表明:(1)从部位来看,紫花苜蓿NR活性、Mo含量趋势一致,均表现为:叶根茎,而Fe含量则表现为根叶茎;不同配比下各部位NR活性均表现为配比中NO_3~--N比例大时,其活性较高,尤其是生长前期当NO_3~--N/NH_4~+-N为7/1时,各部位NR活性均最高;不同配比对根中Mo含量的影响在苗期与NR趋势相近,在NO_3~--N比例大时达最高。现蕾期与固氮酶活性相同,1/7时最高。成熟期同固氮酶与NR活性,均为5/3时最高;不同配比对根中Fe含量的影响与固氮酶活性变化趋势相一致,苗期均为1/7处理最高,盛花期至成熟期均为5/3处理最高。(2)从生育期来看,紫花苜蓿全生育期NR和固氮酶活性变化趋势均呈单峰曲线;NR活性在盛花期最高,即盛花期氮代谢能力最强,且各生育期均为配比中NO_3~--N比例大时NR活性高,氮代谢能力较强;固氮酶活性在结荚期最高,即结荚期根瘤固氮能力最强,且苗期和现蕾期均表现为1/7处理其活性最高,盛花期至成熟期5/3处理活性最高;不同配比对茎和叶中Mo、Fe含量的影响基本相同,现蕾期至盛花期在配比中NH_4~+-N比例大时含量最高,结荚期至成熟期在配比中NO_3~--N比例大时含量最高。(3)NR和固氮酶活性相互关系在整个生育期表现不同:在紫花苜蓿生长前期(苗期至现蕾期),NO_3~--N/NH_4~+-N=7/1时NR活性最大,1/7处理NR活性最小,而固氮酶活性则相反,二者表现出拮抗关系;在紫花苜蓿生长中、后期(盛花期至成熟期)NR活性与固氮酶活性均在NO_3~--N/NH_4~+-N=5/3时达最大值,二者又相互促进。     

五台山两种林分不同层次对氮的截留效应初探

在氮(N)沉降不断增加和气候变化的背景下,为研究五台山典型亚高山林分各层次对N的截留效应,在五台山选择两种林分:华北落叶松林(HL)和云杉×华北落叶松混交林(YH),于2016年5月至9月,采集大气降雨、林内雨、枯落物渗滤液、地表径流,检验水体pH和TN、NH_4~+、NO_3~-浓度。结果表明:五台山降雨呈弱酸性(pH 6.89),HL林冠层及土壤层对水体pH缓冲效果优于YH。HL林冠层截留了降雨中TN、NH_4~+,YH林冠层则释放了TN、NH_4~+、NO_3~-。HL枯落物层截留了NO_3~-,YH枯落物层则拦截了NH_4~+。HL和YH土壤层都拦截TN、NH_4~+、NO_3~-,但HL林内雨、枯落物渗滤液和地表径流中TN、NH_4~+、NO_3~-浓度全部低于YH。因此,HL对水体中N的截留能力优于YH,且土壤层是改善水质的主要层次。     

Atmospheric deposition of inorganic nitrogen in a semi-arid grassland of Inner Mongolia,China

Due to increasing global demand for crop production and energy use, more and more reactive nitrogen(Nr) has been generated and emitted to the environment. As a result, global atmospheric nitrogen(N) deposition has tripled since the industrial revolution and the ecological environment and human health have been harmed. In this study, we measured dry and wet/bulk N deposition from July 2013 to December 2015 in a semi-arid grassland of Duolun County, Inner Mongolia, China. The samples of dry and wet/bulk N deposition were collected monthly with a DELTA(DEnuder for Long Term Atmospheric sampling) system and with Gradko passive samplers and a precipitation gauge. The measured results show that the annual mean concentrations of NH_3, NO_2, HNO_3, particulate NH_4~+(pNH_4~+) and particulate NO_3~-(pNO_3~-) in atmosphere were 2.33, 1.90, 0.18, 1.42 and 0.42 μg N/m3, respectively, and that the annual mean volume-weighted concentrations of NH_4~+-N and NO_3~--N in precipitation were 2.71 and 1.99 mg N/L, respectively. The concentrations of Nr components(including NH_3, NO_2, HNO_3, p NH_4~+, pNO_3~-, NH_4~+-N and NO_3~--N) exhibited different seasonal variations. Specifically, NO_2 and HNO_3 exhibited higher concentrations in autumn than in summer, while the other Nr components(NH_3, pNH_4~+, pNO_3~-, NH_4~+-N and NO_3~--N) showed the highest values in summer. Based on measured concentrations of Nr components and their deposition velocities estimated using the GEOS-Chem global atmospheric chemical transport model, the calculated annual mean dry deposition fluxes were 3.17, 1.13, 0.63, 0.91 and 0.36 kg N/(hm~2·a) for NH_3, NO_2, HNO_3, p NH_4~+ and pNO_3~-, respectively, and the calculated annual mean wet/bulk deposition fluxes were 5.37 and 3.15 kg N/(hm~2·a) for NH_4~+-N and NO_3~--N, respectively. The estimated annual N deposition(including dry N deposition and wet/bulk N deposition) reached 14.7 kg N/(hm~2·a) in grassland of Duolun County, approaching to the upper limit of the N critical load(10–15 kg N/(hm~2·a)). Dry and wet/bulk deposition fluxes of all Nr components(with an exception of HNO_3) showed similar seasonal variations with the maximum deposition flux in summer and the minimum in winter. Reduced Nr components(e.g., gaseous NH_3 and p NH_4~+ in atmosphere and NH_4~+-N in precipitation) dominated the total N deposition at the sampling site(accounted for 64% of the total N deposition), suggesting that the deposited atmospheric Nr mainly originated from agricultural activities. Considering the projected future increases in crop and livestock production in Inner Mongolia, the ecological and human risks to the negative effects of increased N deposition could be increased if no mitigation measures are taken.     

早播及耕作措施对黄土高原半干旱区春小麦土壤氮磷元素的影响

为探讨早播及耕作措施对农田生态系统土壤氮磷元素影响规律,对黄土高原半干旱区早播、正常播下不同耕作措施[传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)]春小麦(Triticum aestivum)生育期0～40 cm土壤进行分析,以正常播种传统耕作春小麦为对照,研究早播及耕作措施对春小麦土壤氮磷元素的影响。结果表明:(1)不同处理下春小麦土壤N素(TN、NO_3~--N、NH+4-N)、P素(TP)含量均具有表聚性特征,其土壤N∶P均值(1.713)低于全国平均值(5.2),同时其变异水平系数处于26.99%～77.28%,属中等变异水平;(2)全生育期0～40 cm土层,早播春小麦土壤TN、NH+4-N含量及N∶P均值显著低于正常播23.1%～32.5%,不利于土壤TN、NH+4-N含量积累,而NO_3~--N含量及NO_3~--N∶N均值显著高于正常播30.5%、41.5%,有助于土壤NO_3~--N含量的固存,同时早播处理下土壤TP含量整体高于正常播处理;(3)秸秆覆盖措施(NTS、TS)下土壤TN、TP含量高于NT、T,但速效氮(NO_3~--N、NH_4~+-N)养分含量表现相反;(4)不同处理下春小麦土壤TP含量在生育期间趋于稳定,而N素含量在分蘖期及开花期变化较显著。因此,选择适宜播种时间及耕作管理措施有助于提高该区作物土壤N、P元素的积累转化效率,加快发展黄土高原半干旱区农田生态系统恢复进程。     

MBR-NF组合工艺用于再生水回用的试验研究

以膜生物反应器(MBR)为预处理工艺,构建MBR-NF(纳滤)组合系统处理居民生活污水,考察MBR作为NF预处理的可行性,分析纳滤膜出水水质,基于全指标评价系统产水用于再生水回用的适用性。结果表明:MBR作为纳滤的预处理是安全可行的。MBR-NF组合工艺产水中主要水质指标CODCr<10mg/L、TOC 0.1~0.8mg/L、NH_4~+-N 0.11~0.35mg/L、TN 45.1~62.3mg/L、NO_3~--N 44~58.2mg/L、TP 0.04~0.15mg/L;总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌均未检出,菌落总数为21 CFU/m L;砷、镉、铬(六价)等金属毒理指标大部分低于分析检出限;三氯甲烷、四氯化碳、一氯二溴甲烷等有机毒理指标也全部低于分析检出限;氰化物和氯化物浓度低于分析检出限,氟化物浓度为0.29mg/L。除NO_3~-N、TN指标外,其他指标均满足《城市污水再生利用》系列标准和《生活饮用水卫生标准》。     

克里雅河流域水中氟离子的空间分布特征

氟是对生物圈、地圈及人类健康都具有重要影响的化学元素。2014年夏季和2015年冬季沿克里雅河上游山区-中游于田人工绿洲-尾闾沙漠腹地达里雅布依天然湖沼湿地采集测定了1个乌鲁克库勒湖水、21个河水和8个地下水样品的F-、pH和TDS(可溶性固体总量)。测得流域河水F-含量在0.09~6.08 mg·L~(-1),地下水在2.68~6.0 mg·L~(-1),高山湖为4.81 mg·L~(-1);河水和地下水pH分别在7.28~8.60和7.26~7.87,湖水为8.95;河水和地下水TDS分别在216~2 884 mg·L~(-1)与1 113~3 884 mg·L~(-1),湖水为17 281 mg·L~(-1)。结果显示:1上游乌鲁克库勒湖为高F-、高矿化度碱性盐湖;2在上游,克里雅河地表水各参数基本不受季节影响,但中、下游因洪水期,除pH以外,夏季F-、电导率、TDS和硬度等参数均低于冬季,而冬季中下游河水则因枯水期地下水的补给,氟化明显;3因蒸发和溶解等作用,自上游至下游,河水F-及TDS总体呈逐渐增加趋势,其中,上游河道F-远低于中游于田人工绿洲及尾闾达里雅布依天然湖沼湿地的地下水,而于田绿洲地下水F-含量反高于达里雅布依,或因苏打盐渍化引起;4流域水中F-与TDS之间存在一定相关性,与pH间相关但不显著;5本流域F-含量略高于阿克苏河及叶尔羌河等塔里木盆地其他河流。     

铵态氮和硝态氮肥配施对娃娃菜养分吸收利用及产量的影响

在大田试验条件下,以娃娃菜(Brassica pekinensis)栽培品种‘金城夏黄’为试验材料,研究了铵态和硝态氮肥配施比例对娃娃菜生长、养分吸收利用及产量的影响。结果表明,与单一氮源施肥相比较,铵态和硝态氮肥配施可以提高娃娃菜结球期各器官干物质、全氮、全磷、全钾的积累和根系伤流强度,显著地增加氮素利用效率和产量。当NO_3~--N∶NH4+-N=3∶7时,有利于娃娃菜根部干物质和养分的积累,增强根系伤流强度,在采收时,根部干物质达到2.16 g·株-1,NPK分别达到5.92,4.44,6.05 g·kg~(-1),结球期根系伤流强度为8.09 g·h-1;NO_3~--N:NH4+-N=5∶5时,能够促进娃娃菜结球期各器官的养分向叶球转运积累,显著增加叶球干物质重量、氮素利用效率和产量,在采收时,叶球干物质重量、氮肥利用率和经济产量分别达到34.50 g·株-1、6.89%和114.16 t·hm~(-2)。因此,NO_3~--N∶NH4+-N=5∶5是适宜高原夏季娃娃菜生产的最佳铵硝配施比例。     

干旱区水环境质量评价的模糊数学法——以石羊河流域武威市为例

本文简要概述了进行水环境质量综合评价的必要性及评价原则 ,在分析总结目前常用的几种评价方法的基础上 ,提出模糊数学法的科学合理性。模糊数学法采用隶属函数来描述水质的分界 ,实行隶属度择近原则 ,体现了实际界限的模糊性 ,使评价结果更接近客观实际 ;权重的大小是根据实测值确定的 ,超标越多 ,权重越大 ;模型考虑了各项参数在总体污染中的作用差异 ,最终结果不仅能够反映出此水体的水质级别 ,还能反映出该水体对应于各级水质的隶属情况。因此 ,用模糊数学法来评价水质更能反映水体实际情况 ,是一种较好的水质评价方法。经用此方法对石羊河流域武威市水环境质量进行综合评价 ,结果得出石羊河干流校东桥、扎子沟及红崖山水库水中COD、BOD、NH3-N及粪大肠菌群等指标严重超标 ,都属于Ⅴ类水 ;上游黄羊水库、南营水库及西营水库水质整体较好 ,都属于Ⅰ类水 ,但BOD含量较高。     

阿克苏河流域平原型水库水质特征研究

本文对阿克苏流域的三座大型平原水库,即上游水库、胜利水库和多浪水库在枯水期和丰水期的水质进行了监测分析,比较了各水库不同水期水质现状,并对监测指标进行了因子分析。结果表明:三座水库枯水期污染程度比丰水期高。水质污染物可分抑制性因子(F1),包括NH3-N、SO42-、Cl-和矿化度以及富营养性污染指标(F2),包括TN、TP和CODMn。目前水库水质主要由第一因子F1决定。枯水期水质污染大小次序为胜利水库>上游水库>多浪水库,而丰水期为多浪水库>胜利水库>上游水库。三座水库水质与引水河流的水质污染指标之间存在极显著相关性。     

主成分分析法在城市河流水质评价中的应用

采用多元统计主成分分析方法对城市河流,即伊犁河8个监测断面的高锰酸盐指数、化学需氧量、生物需氧量、溶解氧等13个水质指标进行分析计算。结果表明:从原始数据中提取占总方差88.277%的3个因子来反映水体的污染程度,经分析识别出影响伊犁河的3个主成分因子:①以氮盐、化学需氧量、生物需氧量和溶解氧等有机污染因子控制;②悬浮物和酸碱性控制;③石油类、氨氮和生物需氧量控制。主成分分析方法能真实、准确分析出城市河流各水质指标的内在关系。     

黑河流域40多年来生态环境变化驱动力分析及对策

结合黑河流域40多年来水文,社会经济等方面的资料,采用趋势分析法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流之间的关系。研究结果表明:随着从上游至中下游的顺序,各水文站年径流量差积曲线先上升,而后呈长时期连续下降的趋势,而且顺河流方向越往下,曲线的坡度越明显,即径流量减少的趋势越明显,但黑河干流上游地表径流在过去的几十年里并没有减少,且有一定程度的增加,这说明各水文站径流的差积曲线主要是由于人类活动的影响,导致下游生态环境受损。     

天山冰川区山溪河水化学成分变化过程分析

2014年8月在天山北坡中段对玛纳斯河流域西部鹿茸冰川的考察中,采集了冰川表面融水径流至大南沟出山口以及流域内其他主要河流的水样共30个,从氢氧同位素关系、Gibbs图分析、水化学Pipper图分析以及相关分析,定量分析了由冰川、降水补给源到出山口的径流不同离子的变化特征和影响因素。结果表明:海拔2 000 m以上高山地区的河水均属TDS(total dissolved solids,总溶解固体)小于100 mg·L~(-1)的低矿化度甘甜淡水。河水呈弱碱性,p H介于6.92~7.86,与TDS、EC具有较好的相关性。河水含有的主要阴阳离子浓度为:HCO_3~-SO_4~(2-)NO_3~-Cl~-;Ca~(2+)Na~+Mg~(2+)K~+。各离子含量整体随着与河床接触时间增加和水流延伸而缓慢增大,不同离子变化过程存在差异。河床岩石成分和离子间复杂的相互作用是导致差异的主要原因。其影响力为:水岩作用降水贡献蒸发浓缩。硫酸盐岩贡献较大,导致SO_4~(2-)增加尤为明显;水化学类型由HCO_3~--Ca~(2+)型转化为(HCO_3~-、SO_4~(2-))-Ca~(2+)型。Cl~-、Na~+、Mg~(2+)、K~+等离子主要受到水化学相互作用的影响。NO_3~-主要来自人类活动和自然生物作用,F~-主要来自水-岩作用。     

黑河流域干旱化驱动力机制及其趋势预测

干旱与水资源短缺是黑河流域的基本环境特征。候变暖的背景下,该地区的降水量虽然有所增加,但是远远不能抵消气温升高带来的蒸发量。在气候干旱化增强的背景下,黑河流域的径流量在上游呈现增加的趋势,由于中上游对水资源的开发利用,使得黑河流域越往下游,径流量减少越明显,下游的水文干旱进一步加剧。受气候干旱、水文干旱、人为干旱的影响,近50a干旱灾害面积急剧扩张,选取1957—2004年的张掖市旱灾面积统计资料,采用马儿可夫预测方法,预测了2005—2010年的旱灾面积的状态概率,并提出一些对策。     

渭河干流关中段水污染时空变化及其与径流量的关系

立足于环境容量的分区分时控制,依据2000-2004年水质监测资料,对渭河关中段4种主要污染因子的时空变化及其与河川径流量的关系进行了分析。结果发现：①高锰酸盐指数、氨氮离子、BOD浓度沿河流断面呈上升趋势,而DO呈下降趋势,其中,天江人渡、沙王渡和树园3个断面高锰酸盐指数、氨氮离子、BOD浓度最高,属于严重污染断面;...     

农业发展对黄河水质和氮污染的影响--以宁夏灌区为例

通过对黄河流域宁夏灌区段河水水质和氮污染物含量的研究发现 :40年来黄河水中各主要离子和总离子浓度不断升高 ,同时无机氮污染物 ( NH4- N、NO2 - N和 NO3 - N)含量也呈不断上升趋势。本文以宁夏灌区为例 ,利用灌区上下游控制断面的水质数据及其它相关资料分析了引起上述变化的原因 ,认为灌区的农业发展 ,即大量的灌溉用水和氮肥的施用所产生的面源污染是导致黄河水质产生这些变化的主要因素 ,并由此认为科学的利用黄河水资源 ,提高化肥利用率是实现该地区可持续发展的必经之路     

额济纳绿洲植被生态需水量空间分布

生态环境需水量是当前水资源管理等学科研究的重点和难点。以额济纳绿洲为例,采用GIS技术进行生态分区的基础上采用阿维里扬诺夫方法估算绿洲植被生态需水。结果表明:现状2009年绿洲植被最低生态需水总量为4.72262×108m3。从地区分布看,东河上段、东河中段、东河下段、西河、两湖区和中戈壁的植被生态需水分别占绿洲植被总需水量的8.8%、2.8%、34.3%、46.3%、6.8%、1.0%。要将植被恢复到20世纪80年代的规模,绿洲植被最低生态需水总量为7.12841×108m3。从地区分布看,东河上段、东河中段、东河下段、西河、两湖区和中戈壁的植被需水占绿洲植被总需水量的12.7%、4.5%、30.6%、39.6%、10.6%、2.0%。在现状流域水量分配方案下,平水年和枯水年都存在不同程度的缺水量。以上研究成果可为目前实施的生态水量调度提供技术支撑和参考。     

博斯腾湖水质综合评价因子分析方法

因子分析法是主成份分析方法的推广和深化,是把原来多个变量化为少数几个综合指标的一种统计方法,使用因子分析方法可以损失较少信息,减少评价指标,针对主因子进行分析,使水质评价结果更为合理和有效。本文采用因子分析方法对博斯腾湖水质数据进行分析,识别出影响博斯腾湖水质的3个主因子。因子1以高锰酸钾指数(CODMN)、总硬度、总氮(TN)、pH值、硝酸盐(NO3-)为主,揭示了无机物的污染指标;因子2以总磷(TP)和生化需氧量(BOD)为主。揭示了有机污染指标;因子3以溶解氧(DO)为主,反映了生活类污染状况。     

氮素形态配比对全膜双垄沟播玉米干物质积累及产量的影响

为优化陇中干旱、半干旱地区全膜双垄沟播玉米的氮肥运筹并最终提高子粒产量,通过大田试验,探索了硝态氮/铵态氮分别按1∶0(N1)、1∶1(N2)、1∶2(N3)、1∶3(N4)、2∶1(N5)、3∶1(N6)配比对旱地全膜双垄沟播玉米的光合特性、干物质积累、产量及其构成因素的影响。结果表明:硝态氮和铵态氮配施下玉米的叶面积、光合势相比单施硝态氮均有所提高,以硝铵比为3∶1(N6)最佳,较N1叶面积和光合势分别提高12.59%~39.85%、13.71%~25.00%。提高硝态氮的施用比例利于改善玉米的光合性能,进而促进干物质积累及产量形成。硝态氮和铵态氮两种氮素形态配施对玉米的生长发育具有明显的促进作用,较单施硝态氮的干物质量和产量分别提高了5.45%~52.74%和3.85%~9.93%。其中N6配比下玉米干物质的积累和产量最高,较其它配比分别平均提高了17.13%和4.73%,是最优配比。     

开都河源区径流变化的气候响应

气候变化下的山区径流时空变异特征是干旱区水文水资源研究的热点之一。本研究选择天山南坡开都河流域源区为典型研究区,基于1958-2017年大山口水文站和巴音布鲁克水文站径流数据,及巴音布鲁克气象观测数据,采用TFPW-MK趋势检验、小波分析与小波相干等方法分析径流序列的趋势、突变和周期特征及其对气候变化的响应。结果表明:近60 a来,开都河源区径流、降水、气温呈显著增加趋势,并且径流量、降水量与最高气温的增率在加快,而平均气温与最低气温的增率减缓;径流量、降水与平均气温的突变年份集中在20世纪90年代,并且均存在28 a的周期;夏季径流量增加主要受夏季升温的影响,而早春径流量增加主要与冬季降水增加、早春升温有关;在年尺度上,降水是影响开都河径流变化的主要因素,气温主要以积温形式影响着径流的变化;在月尺度上,积温与降水均与径流呈显著正相关关系,且源区上游径流较下游径流对气温变化更为敏感。