稻田沟渠-湿地系统的碳氮稳定同位素组成特征

由于稳定同位素在特定污染源中具有特定的组成,在污染物质迁移转化过程中作为示踪剂而广泛应用。针对目前农业面源污染较为严重的现状,该文利用碳氮稳定同位素研究了灌区内外源物输入对稻田沟渠-湿地系统的贡献。结果表明,水中颗粒性有机物(particulate organic matter,POM)由于受到光照、营养物质不同导致POM在各采样点组成不同,δ13C变化范围较大,均值为-27.8‰,与大型水生植物和浮游植物接近,此类植物可能是POM的主要来源。水中δ13CDIC(dissolved inorganic carbon,DIC)与浮游植物呈线性相关,浮游动物δ13C与浮游植物存在一定相关性,而浮游植物与POM之间不存在显著性差异,说明研究区内浮游动物对內源有机碳的利用主要是取食浮游植物低持斜聿愠粱?δ13C值变化范围在-27.2‰～-21.8‰之间,明显高于水体POM含量,说明表层沉积物存在比颗粒有机物更富集碳的藻类与陆源碎屑等物质。各采样点颗粒有机物δ15N值的范围3.1‰～4.2‰,平均值为3.6‰,其中湿地δ15N高于其他采样点。沉积物δ15N平均值为-0.6‰,与大气中N2较为接近。     

洞庭湖典型湿地土壤碳、氮和微生物碳、氮及其垂直分布

以洞庭湖3类湿地的典型剖面为代表,研究了土壤碳、氮和微生物C、N状况及其垂直分布.结果表明不同类型湿地土壤碳、氮和微生物C、N有明显差异,而且均随深度的增加而降低.湖草滩地表层有机碳、全氮含量明显高于芦苇滩地和垦殖水田.湖草滩地表层微生物碳,湖草滩地与垦殖水田接近,而远大于芦苇湿地.湖草滩地表层土壤微生物N,高于芦苇滩地和垦殖水田.土壤表层微生物C占有机碳的比例,垦殖水田高于湖草滩地,高于芦苇滩地.土壤微生物C与有机碳之间存在极显著的正相关关系(p<0.01);土壤全氮、微生物N与土壤有机碳之间存在极显著的线性相关关系(p<0.01);土壤容重与有机碳、土壤全氮和微生物生物量C、N之间呈现极显著的指数负相关关系(p<0.01);土壤<0.001 mm粘粒与有机碳、土壤全氮和微生物C、N之间呈现极显著的指数或对数正相关关系(p<0.01).     

黄河源区人工草地植被群落和土壤养分变化

[目的]研究黄河源区不同年限人工草地植被群落特征和土壤养分的动态变化,揭示高寒地区人工草地稳定机制与演替规律,为退化高寒草甸(湿地)的近自然恢复和缩短退化草地恢复时间提供理论依据。[方法]选择黄河源区青海省玛沁县3,11,17 a单播垂穗披碱草人工草地,对植被与土壤养分特征进行调查。[结果]随着种植年限增加,人工草地优势种垂穗披碱草盖度降低,植物总盖度、生物结皮盖度、杂类草盖度以及生殖枝数量呈倒"V"型变化,而原生植被莎草科植物盖度、物种多样性逐渐增加,17 a人工草地中莎草科植物的盖度是3,11 a的10倍;人工草地土壤养分中全氮、全钾、速效氮、速效钾以及有机质随年限增加呈现积累趋势,土壤pH值逐渐趋于中性。土壤全氮含量在不同恢复年限之间差异最大,平均准确率降低度为25.71,有机质含量次之,其平均准确率降低度为18.55,而全钾含量及均匀度指数最小,平均准确率降低度均小于5。[结论]高寒地区人工草地群落结构和土壤营养随着建植时间的延长在逐渐恢复,建植17 a的人工草地土壤全氮、有机质含量仅是原生高寒草甸土壤的50%左右,因此,17 a人工草地土壤养分完全恢复还需要较长时间。     

围封对内蒙古荒漠草原土壤理化性质及稳定碳氮同位素的影响

以内蒙古中西部希拉穆仁荒漠草原为研究对象,比较分析了退化荒漠草原自由放牧、围封3a和围封5a土壤理化性质及稳定性碳氮同位素的差异。结果表明:①与自由放牧相比,围封显著增加了土壤有机碳含量、全碳含量、土壤含水量及土壤碳氮比(C/N)(P<0.05),土壤容重和全氮含量则显著降低(P<0.05),但土壤全氮含量有随围封年限增加而升高的趋势。②相比自由放牧,围封显著降低了土壤的δ¹³C值和δ¹⁵N值。③土壤有机碳含量与δ¹³C值呈显著负相关关系(P<0.05),而土壤全氮含量与δ¹⁵N值呈极显著正相关关系(P<0.01)。可见,围封有利于促进退化荒漠草原土壤有机碳的积累,减缓土壤氮循环,改善土壤性质。     

三种影响条件下黄河源区高寒草地土壤物理及力学性质

为探讨放牧和鼠害对黄河源区高寒退化草地土壤物理力学性质的影响,该研究选取位于黄河源区青海河南县高寒草地作为研究区,分别设置禁鼠、禁牧和自然3种影响条件,并将草地依次划分为未退化、轻度退化、中度退化、重度退化4种退化类型。通过测定3种影响条件下4种退化类型草地的土壤含水率、密度、含根量、黏聚力和内摩擦角,分析3种影响条件对不同退化类型草地土壤物理力学性质的影响;采用灰色关联分析法探讨不同退化类型草地土壤含水率、密度、含根量对土壤黏聚力的影响程度。结果表明：随着草地退化程度加剧,土壤含水率、含根量及黏聚力均呈逐渐降低的变化趋势,而土壤密度则呈逐渐增大的变化趋势。进一步研究表明,同一退化类型草地,土壤黏聚力由大至小依次为禁鼠、禁牧和自然条件,且禁鼠条件土壤黏聚力显著大于自然条件（P<0.05）;未退化和轻度退化草地,土壤黏聚力与含根量间的关联度相对较高,关联度为0.706～0.778,而中度退化和重度退化草地,土壤黏聚力与密度和含水率间的关联度相对较大,关联度分别为0.586～0.785和0.622～0.779。研究结果对于科学有效防治黄河源区高寒草地退化及其所引起的水土流失、浅层滑坡等灾害现象的发生,具有实际指导意义。     

艾比湖湿地主要盐生植物叶片稳定碳同位素组成研究

该文分析了艾比湖湿地13科、25属的28种主要盐生植物的稳定碳同位素组成.24种C3植物的δ13C分布范围为-25.67‰～-29.59‰,平均值为-27.85‰,比全球范围调查的植物平均δ13C值(-28.74‰)明显偏正.4种C4植物的δ13C为-16.63‰～-17.39‰,平均值-16.88‰,均属于藜科植物,分布的科较集中.总体上藜科植物适应干旱的能力较其它科植物适应干旱的能力强.灌木/半灌木植物的δ13C值为-27.69‰.灌木/半灌木植物的水分利用效率最高,明显高于一年生草本植物,多年生草本次之.说明盐生灌木/半灌木比一年生草本更适宜于干旱、盐生生境.此外,乔木的δ13C值(-28.16‰)并不是最高,可能是采集物种较少或物种间遗传上的差异造成的.6月和8月的δ13C值比较,总体来看13种植物6月δ13C值明显高于8月,表明6月到8月的生存环境状况或水分条件呈变好趋势.     

围栏封育对黑河源流区草地土壤理化性质的影响

植被退化是威胁黑河源流区生态安全的重要因素,结合黑河流域综合治理工程,围栏封育措施对黑河源流区土壤理化性质的影响进行研究,以期为黑河流域生态治理提供技术支持。     

条状草地、农林缓冲系统对土壤理化性质的影响

过量的地表径流是造成土壤侵蚀和点源污染的主要原因。宽、窄相间的条状种植能够降低土壤的侵蚀强度。若全世界都用条状种植方式,则土壤损失会降低5.1 t/(hm2.a)。条状草地缓冲系统在减少了径流的同时,也增加了土壤渗水量。此研究表明了缓冲体系的建立在8~10 a的时间内就能够提高水分的渗透率。研究种植在玉米-大豆体系中农-林或草-豆缓冲系统对土壤水力性质的影响,其结果发现:草地或农林缓冲系统的土壤密度比耕地小2.3%,孔隙度和粗气孔分别高出3%和33%,Ksat值则高出了3~14倍。结果表明:草地和农林缓冲体系能提高土壤的蓄水能力。缓冲系统可调控土壤表面的水文条件,且能减少耕地的水土流失。     

稳定碳、氮同位素在牛肉加工过程中的分馏效应

为了探究牛肉及副产物中稳定碳、氮同位素在加工过程中的变化规律,确证稳定碳、氮同位素在牛肉加工制品产地溯源中的稳定性和有效性。本试验通过对牛肉进行不同时间的水煮、烤制和油炸3种处理,其中水煮和烤制加工时间分别为5、10、15、20、25和30 min,油炸加工时间分别为1、2、3、4和5 min;采用元素分析仪-稳定同位素比率质谱仪(EA-IRMS)测定脱脂牛肉、粗脂肪及副产物中δ¹³C和δ¹⁵N值。结果表明,脱脂牛肉中δ¹³C值在水煮、烤制和油炸3种加工方式不同加工时间之间均无显著差异,水煮和烤制后粗脂肪中δ¹³C值无显著变化,油炸后的牛肉粗脂肪δ¹³C值主要受植物油的影响,加工方式及加工时间对其无显著影响;水煮脱脂牛肉δ¹⁵N值在加工25、30 min时与对照组牛肉存在显著差异,但平均差值仅为0.3‰～0.9‰。牛肉稳定碳、氮同位素在不同加工过程中分馏效应较小,可有效用于牛肉加工半成品及成品的原产地溯源。     

寿光设施菜田碳、氮演变及其对土壤性质的影响

寿光菜田土壤质量衰退的情况日趋严重,直接影响到了蔬菜产业的可持续发展。土壤碳、氮的演变调控着土壤中的物理、化学和生物学过程。为了明确寿光菜田土壤碳氮演变及其对土壤性质的影响,通过野外调查和室内土壤碳氮分析,得出以下结论:与附近粮田相比,寿光菜田的土壤C/N比下降了2.4个单位,有机质增加了4.1 g/kg,全氮增加了0.61 g/kg,土壤全氮的增长量是有机质增长量的2倍。设施菜田土壤NO3--N的显著升高不是菜田土壤C/N比下降的根本原因。菜田土壤碳素输入的量是粮田输入量的1.9倍,设施菜田氮素投入量分别是小麦和玉米的9.9和8.5倍。设施菜田投入的C/N比为4.2:1,粮田的为9.9:1,菜田碳氮投入比例低可能是菜田土壤C/N比下降的重要原因。土壤碳氮含量的增加和C/N比的下降,伴随着菜田土壤明显的酸化和盐渍化,同时也伴随着土壤氮磷钾养分的富集。     

荒漠草原土壤有机质碳稳定同位素特征研究

应用碳稳定同位素分析方法对内蒙古短花针茅荒漠草原土壤有机质及其δ13 C值垂直分布特征、表土δ13C值与建群种-短花针茅δ13 C值的相互关系进行分析,并测定土壤部分理化性质。结果显示:表土有机质含量变化范围为4.17～20.45g/kg;随深度增加,土壤有机碳(SOC)含量呈指数降低,其变化范围为17.98～1.39g/kg,而δ13C值则随剖面深度增加而明显富集,到75cm深度时δ13C值又迅速降低,变化范围为-26.38‰～-13.72‰,变幅>3‰,说明该地区气候和植被状况可能发生过剧烈变化;表土和植物δ13C值分馏程度较其它地区偏大,二者呈极显著相关(r=0.555,P<0.01),进一步说明地上植被状况是影响土壤有机质δ13 C值垂直分布特征的决定性因素。     

不同放牧强度下荒漠草原土壤有机碳及其δ~(13)C值分布特征

以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象,通过测定不同载畜率下土壤部分理化性质、土壤有机碳含量和δ~(13)C值.探讨随放牧强度增加土壤有机碳深度分布和δ~(13)C值的组成差异特征.结果显示:随深度增加.有机碳含量呈线性急剧降低,变化范围在16.17～6.26 g/kg之间,而土壤有机碳的δ~(13)C值不断增大.变化范围在-22.5‰～-14.3‰.放牧对土壤有机碳的影响主要在0-20 cm土层,且放牧强度越大,有机碳含量越低,有机质分解程度越大,δ~(13)C值越偏正,δ~(13)C值的深度变化特征还表明.土壤剖面形成发育过程中当地气候和植被发生了很大的变化,可能实现了由C_4植物占优势向C_3植物占优势的变迁.     

喀斯特地区坡地土壤有机碳的分布特征和δ^13C值组成差异

以喀斯特地区不同退化程度的两个典型坡地为研究对象,通过测定土壤部分属性与土壤有机碳含量的空间分布特征和δ13值,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳(SOC)动态变化及影响因素。结果显示:自然坡地的表层土壤有机碳含量较高(6.3%~16.2%),δ13C值随着坡面向下逐渐降低,范围在-21.7‰~-14.3‰之间,变幅较大;撂荒坡地表层土壤有机碳含量为4.4%~7.4%,δ13C值在-21.4‰~-20.3‰之间,变幅相对较小。表明自然坡地沉积的新有机质要高于撂荒坡地,且两者δ13C值均与地表植被种类显著相关。另外,两个坡地各个地形部位的剖面土壤有机碳含量和δ13C值随深度变化,反映了植物残体的输入及在土壤中分解累积特征,有助于了解坡地土壤成土过程和受到的侵蚀程度。     

黄河口新生湿地土壤氮磷分布特征研究

研究了黄河口新生湿地土壤中氮磷的分布特征,并进行了初步环境效应评价。结果表明,黄河口新生湿地土壤氮含量比较低,磷含量相对丰富;全氮分布水平变异系数较大,全磷变异系数较小;除裸滩外,土壤中氮含量垂直变异规律比较明显,土壤磷含量与土壤层次相关性普遍较差,只有滩涂碱蓬表现为异常。湿地土壤中氮磷含量均具有明显的季节动态特征。研究表明,黄河口新生湿地土壤中氮磷含量水平尚不会对近海环境产生富营养污染威胁。     

黄河口新生湿地土壤氮磷分布特征研究

研究了黄河口新生湿地土壤中氮磷的分布特征,并进行了初步环境效应评价。结果表明,黄河口新生湿地土壤氮含量比较低,磷含量相对丰富;全氮分布水平变异系数较大,全磷变异系数较小;除裸滩外,土壤中氮含量垂直变异规律比较明显,土壤磷含量与土壤层次相关性普遍较差,只有滩涂碱蓬表现为异常。湿地土壤中氮磷含量均具有明显的季节动态特征。研究表明,黄河口新生湿地土壤中氮磷含量水平尚不会对近海环境产生富营养污染威胁。     

黄河口典型湿地土壤氮素的季节动态及转化过程研究

于2008年10月、2009年5月和8月对黄河口湿地进行了3次野外调查和室内及野外模拟实验,研究了湿地土壤中各形态氮素的季节变化及转化过程,结果表明:农业种植区表层土壤氮素含量明显高于自然湿地,自然湿地全氮的含量低于1 000 mg/kg,铵态氮含量小于10 mg/kg,硝态氮含量小于3 mg/kg,研究区土壤氮素含量处于低营养水平。土壤中氮素的含量8月份最低,其中无机氮的季节变化较有机氮明显;0-10 cm表层土壤氮素含量明显高于下层土壤,10 cm以下氮含量无显著垂直变化。在氮素的转化过程中,氮的反硝化能力最强,硝态氮的最大损失量达到23.44 g/(m3.d),这与研究区域土壤中硝态氮含量较低相吻合;矿化能力较弱,有机氮的最大转化量仅为0.91 g/(m3.d);氮的硝化过程中铵态氮的最大转化量为12.77 g/(m3.d)。芦苇枯落物在分解过程中发生了氮素的净释放,夏季淹水环境芦苇枯落物氮素的日均归还量最高,达到0.039 g/(m2.d),冬季最低,芦苇枯落物分解对土壤氮库的储量有一定影响。     

EA-IRMS法测定不同类型土壤有机碳稳定性同位素组成

利用元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪（EA-IRMS）分析系统,以国际标准物质Urea为基准,标定了高纯钢瓶CO2参考气,其δ13CvsPDB值为（-29.523±0.181）‰。通过试验对比检验了EA-IRMS分析系统的稳定性、线性和测定δ13C值的样品分析精度,建立了测定土壤中有机碳稳定性同位素的分析方法。其离子强度在1.0～7.0V之间具有良好的线性,在1.5～5.0V内的线性优于总体线性;样品分析精度优于0.15‰;样品含碳量大于5μg即可满足测定δ13C的分析要求。应用此方法实测了18份不同类型土壤的有机碳稳定同位素组成,获得其13C天然丰度平均值为1.082%;不同类型的土壤有机碳稳定同位素组成存在较大的差异。     

黄河源区退化草地水土流失规律

为了阐明高寒草甸退化草地水土流失的规律,以黄河源区河南县退化草地为研究对象,采用野外现场原位人工模拟降雨试验方法,对不同降雨条件下土壤径流量、冲刷量随坡度、退化程度、降雨历时和降雨强度的变化规律进行了试验和分析。结果表明:天然退化草甸的含水量及密度均随坡度和退化程度呈递减趋势(P0.05);同等条件下径流量与植被覆盖度呈幂函数负相关关系(y=140.69x~(-0.4667),R~2=0.988 2),与降雨强度呈指数函数正相关关系(y=40.35e~(0.0252x),R~2=0.970 8);泥沙量与植被覆盖度呈指数函数的负相关关系(y=4294.3e~(-0.0418x),R~2=0.990 7),与降雨强度呈指数函数正相关关系(y=62.657e~(0.0201x),R~2=0.968 8);坡度为30°的小区径流量较10°和20°的坡度小区分别增加了3.6倍和1.7倍,泥沙量分别增加了16倍和1.4倍,表明径流量、泥沙量随坡度的增加而急剧增大;植被覆盖度40%以下的区域其径流和泥沙含量变化幅度较大;降雨开始30min内的地表径流量相对稳定,降雨时间30min后地表径流量开始缓慢上升,坡面泥沙流失量主要集中在降雨后的5~15min内,而降雨55~60min后泥沙量急剧降低,因此试验认为降雨历时1h为土壤颗粒流失的敏感期;天然边坡径流产生后坡面出现汇流冲蚀现象,是退化草地水土流失加剧的重要原因。