红壤典型地区大气硫输入的干沉降通量研究——以江西红壤站为例

在江西(鹰潭)红壤典型地区农田下垫面上进行大气SO₂、硫酸盐(SO₄^2-)的浓度采样,利用阻力模式计算SO₂和SO₄^2-的干沉降速度,估算大气S输入农田生态系统的干沉降通量.结果表明,农田下垫面上SO₂和SO₄^2-干沉降速度的平均值分别是0.3、0.23cm·s^-1.干沉降速度具有明显的日变化特征,一般白天大于夜间,午后出现最大值.大气S输入农田生态系统的半年干沉降通量为6.7g·m^-2.     

中国南方典型地区油-稻轮作条件下大气SO2干沉降速率动态变化

以1998年11月～1999年10月中国科学院红壤生态试验站农田小气候观测站气象梯度资料(温度、风速、气压),计算近地面湍流特征参数(u^*、θ^*、L),然后采样阻力模式计算SO2干沉降速率(Vd)。研究了该地油-稻轮作条件下大气SO₂干沉降Vd动态变化．结果表明,一年中大气SO2干沉降Vd时平均年均值为0．124～0．897cm·s^-1(mean±SE=0．507±0．167cm·s^-1)．一年中大气SO2干沉降Vd存在如下规律性：白天>晚上．3～8月份SO2Vd平均值(0．611cm·s^-1)大于9～12、1～2月份SO2Vd平均值(0．401cm·s^-1)．水稻生长期间(0．605±0．093cm·s^-1)>油菜(0．491±0．166cm·s^-1)>休闲(0．342±0．174cm·s^-1)．     

胶州湾生源要素的大气沉降及其生态效应研究进展

作为受人类活动影响显著的典型半封闭海湾,胶州湾生源要素的大气沉降研究在揭示人为污染物质排放对海湾生态系统影响方面具有典型性.从大气干/湿沉降生源要素的研究方法、通量及其影响因素、入海生态效应3个方面入手,系统总结了胶州湾生源要素大气干、湿沉降及其生态效应的研究进展:1)与国内外有关海湾、河口和边缘海相比,胶州湾大气干、湿沉降氮的浓度和通量都较高,溶解无机氮(DIN)是其主要组分,溶解有机氮(DON)占总溶解态氮(TDN)含量的22%～31%,而P和Si的浓度和沉降通量都很低.2) (NO₃^--N+NO₂^--N)的大气沉降量比陆源输入量略高,而NH₄⁺-N、PO₄^3--P以及SiO₃^2--Si的大气沉降量所占比例很低.3)大气总悬浮颗粒物(TSP)浓度、排放源强度、降水量以及气象条件是影响胶州湾大气沉降生源要素的主要因素.4)大气沉降的生源要素可促进胶州湾初级生产力的提高和改变表层海水的营养盐结构,进而导致浮游植物群落结构的改变和优势种由硅藻向甲藻的演替,从而对胶州湾生态系统产生重要影响.对今后的研究提出建议:1)建设胶州湾大气干/湿沉降监测网;2)精确量化不同形态和粒径生源要素颗粒的干沉降速率;3)量化大气沉降生源要素入海的生态效应,并深入剖析其生物地球化学机制;4)甄别大气沉降生源要素通过间接方式入海的机制、通量及影响因素.深入研究胶州湾生源要素的大气沉降,对阐明人类活动对海湾生态系统的影响有积极意义,也有助于加深对陆架边缘海生源要素生物地球化学循环过程的理解.     

陕北典型农区大气干湿氮沉降季节变化

为了研究大气通过干湿沉降输入到农田土壤的氮通量,2007年6月至2008年5月在陕西榆林和洛川两地进行了为期一年的观测试验.结果表明:榆林和洛川地区大气总无机氮沉降通量分别为22.17和16.95 kg·hm~(-2)·a~(-1),湿沉降分别占95.1%和90.4%,干沉降分别占4.9%和9.6%,两个地区氮沉降均以湿沉降为主.总无机氮沉降中,NO_3~--N分别为12.22和9.24 kg·hm~(-2)·a~(-1),分别占总无机氮沉降量的55.1%和54.5%.由于污染水平、气象条件、下垫面特性等的差异,总无机氮沉降中,湿沉降量和NO_3~--N沉降量均是榆林地区大于洛川地区.     

我国雷州半岛典型农田大气氮沉降

近一个半世纪以来,粮食和能源需求导致活性氮创造的急剧增加,从而导致各种活性氮的排放及其沉降的增加。氮沉降引起土壤酸化,水体富营养化,及敏感生态系统植物多样性的丧失等不良生态效应。因此定量不同生态系统氮沉降量对于确定该地区生态系统安全及氮循环有重要意义。南方地区氮沉降已有较多研究,主要集中于湿沉降的研究,选取雷州半岛地区典型农田综合研究了大气氮素的干湿沉降。结果表明:大气活性氮浓度NH3、HNO3、NO2、pNH+4和pNO-3浓度分别为5.62、0.88、3.16、3.30、2.02μg N/m3。采用欧洲氮沉降监测网的氮干沉降速率估算了大气氮干沉降量为17.6 kg N hm-2a-1。大气降雨NO-3-N浓度为(0.86±0.36)mg N/L,NH+4-N浓度为(1.11±0.68)mg N/L,大气降雨无机氮含量冬季最高,夏季最低。大气无机氮年湿沉降总量为25.3 kg N/hm2。湿沉降NH+4-N和NO-3-N,干沉降NH3、HNO3、NO2、pNH+4、pNO-3分别占沉降量的30.8%、28.0%、23.7%、5.4%、2.8%、3.9%、5.4%。湿沉降NH+4和干沉降NH3在氮沉降中占主导地位显示氮肥施用导致的NH3挥发对大气活性氮浓度及氮沉降的显著贡献。鉴于研究可观的氮沉降量(总沉降量42.9 kg N hm-2a-1),其向农田的养分的输入不容忽视;氮沉降对该地区水体,自然生态系统的环境影响需要受到重视。     

胶州湾大气活性硅酸盐干沉降特征及其生态效应

大气沉降作为陆源物质输送入海的重要途径之一,已成为国际上大气科学、海洋科学与环境科学交叉研究的热点之一。大气中的生源要素沉降入海后可能会对海洋生态系统产生重要影响。基于此,选择我国北方的一个典型海湾——胶州湾,采集了为期一年(2015年6月至2016年5月)的气溶胶总悬浮颗粒物(TSP, Total Suspended Particulate)和干沉降样品,测定了其中活性硅酸盐(SiO_3-Si, Reactive Silicate)的含量,在此基础上分析了大气中SiO_3-Si的浓度、干沉降通量和干沉降速率(V_d, Dry Deposition Velocity),并初步评估了其沉降入海的生态效应。结果表明:胶州湾大气TSP中SiO_3-Si的年均浓度为(1.98±1.22) nmol/m~3,呈夏秋季低,冬春季高的显著季节分布特征。大气SiO_3-Si浓度由青岛沿岸至黄、东海呈明显下降梯度,结合相关性分析,表明亚洲沙尘的远距离传输和矿物尘土再悬浮是中国东部陆架边缘海大气SiO_3-Si的主要来源。胶州湾气溶胶SiO_3-Si干沉降通量为8.48 mmol m~(-2) a~(-1),沉降负荷达87.8 t/a,显著高于同期湿沉降,可占胶州湾SiO_3-Si外源输入(包括干湿沉降和河流输入)的10.3%,表明干沉降是胶州湾SiO_3-Si的重要输入源之一。干沉降中较低的Si:N摩尔比(0.16±0.22)暗示大气干沉降可能是导致较长时间以来胶州湾水体Si限制的一个重要潜在因素,根据Redfield比值估算干沉降带来的SiO_3-Si输入可以支持674 mg C m~(-2) a~(-1)的新生产力,可占胶州湾新生产力的5.3%,表明大气SiO_3-Si的干沉降会对胶州湾生态系统产生一定影响。本研究系统解析了胶州湾大气SiO_3-Si的干沉降特征,首次评估了气溶胶SiO_3-Si的干沉降负荷在胶州湾外源输入中的重要性,对深入理解近海Si的生物地球化学循环过程具有重要意义。     

酸沉降影响下庐山森林生态系统水相硫的分布与动态研究

从1997年7月到1999年8月,在庐山植物园选取针叶林和阔叶林各一片样地,对降雨、透冠水、干流水、渗漏水和地表径流进行了监测.结果表明庐山降雨SO2-4浓度有升高趋势,1998年降雨中SO2-4浓度为4.21±3.48mg/L.林冠对干沉降硫有吸收和截获作用,透冠水和干流水中SO2-4明显高于雨水,针叶林中分别为13.68±17.40mg/L和15.50±25.20mg/L,阔叶林分别为6.18±6.37mg/L和7.35±7.73mg/L,是森林中硫沉降的重要组成部分.针叶林地下水中SO2-4含量与雨水的显著正相关(R2=0.758,n=6),与透冠水和树干流中SO2-4含量之和极显著正相关(R2=0.880,n=8),说明日本柳杉针叶林加重了硫沉降,对土壤中SO2-4有较大影响;阔叶林的相关性都不显著,说明阔叶林虽然对SO2-4在土壤中的输入有所贡献,但相对作用较小.针叶林SO2-4输入高而输出低;阔叶林输入低而输出高,可能处于稳态平衡.针叶林地表径流中SO2-4含量受雨水影响较大,阔叶林中的则可能主要是土壤溶液中保存的SO2-4持续淋洗的结果.     

天山中部巴音布鲁克高寒草原大气无机氮沉降

随着我国经济的不断发展,人为活动导致的大气氮沉降显著升高,并已影响到偏远地区的生态系统.为了系统评价天山中部巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降现状,2010年5月至2011年12月对研究区域的氮素干、湿沉降进行观测分析.结果表明:研究区气态HNO3、NH3和NO2的年沉降通量分别为1.47、0.68和0.13 kg N·hm-2,颗粒物中铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)的年通量分别为0.23、0.25 kg N·hm-2;降水中NH4+-N和NO3--N的年沉降通量分别为2.47和1.59 kg N·hm-2.巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降通量为6.82kg N·hm-2.其中,湿沉降为4.06 kg N·hm-2·a-1,干沉降为2.76 kg N·hm-2·a-1.研究区氮沉降具有明显的季节变化特征:干沉降主要集中在春、夏季,占干沉降总量的72.1%;湿沉降主要集中在夏、秋季,占湿沉降总量的78.3%.     

外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响

三江平原沼泽湿地受到大气沉降、地表径流、农业排水等外源氮素的输入,对湿地生态系统CH4和N2O通量有重要影响。采用野外原位施肥试验模拟外源氮输入,设0,60,120,240kgN·hm^-24种试验处理,探讨外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响。结果表明,外源氮促进了CH4和N2O排放。与对照处理比较,各施氮水平CH4平均排放通量分别增加了181％,254％和155％,N2O排放通量分别增加了21％,100％和533％。外源氮输入对CH4排放的季节变化形式影响不大,而N2O的季节变化形式随着氮输入表现出波动变化的趋势。不同施氮水平对CH4排放的促进作用与植物生长阶段和产CH4的微生物过程密切相关,N2O排放通量随氮输入量呈指数增加（R^2=0．97,P〈0．01）。外源氮通过影响湿地微生物过程来进一步影响CH4和N2O的排放。     

广州市森林土壤水化学和元素收支平衡研究

为了探讨酸沉降对森林生态系统的影响,于1998年4月至1999年3月对广州市3个不同林分试验点的降雨,林内穿透雨和土壤渗透水进行了物理量测定和化学分析,据此计划了元素的收支平衡,研究表明：（1）SO4^2-和Ca^2 是土壤水中最主要的阴,阳离子,土壤水中的主要组分浓度的变化与树冠和凋落物淋溶的贡献以及土壤中一系列物理化学过程（如硝化作用,吸附作用,阳离子交换反应）有关;（2）土壤水中H^ 和Al^3 浓度的增高是土壤酸化的重要指标,可能对森林植被构成潜在危害;（3）S－沉降（＞110kg/hm^2.a)可能不是目前土壤酸化的主要原因,也没引起土壤中碱性离子的大量淋失,由于研究区土壤有较强的吸附So4^2-的能力和容量,So4^2-和与之关系密切的Ca,Mg,K等元素在土壤中处于积累阶段;（4）过量的N沉降（＞20kg/hm^2.a)和NH4^ 的硝化 作用是广州市森林土壤进一步酸化的主要原因,由于该地区NOx排放量逐年上升,因此N沉降对森林生态系统的负面影响会进一步加剧。     

二氧化硫对地衣中共生藻菌营养关系影响研究

为探讨地衣对大气污染特别敏感的原因 ,分离淡腹黄梅衣 (Xanthoparmelliamexicana)的共生藻和共生真菌 ,并重新合成地衣 .研究了地衣及纯化培养的藻和菌在SO2 污染短期胁迫下的生理反应 .结果表明 ,叶绿素a比叶绿素b易受伤害 ;叶绿素对 0 .5mg·L-1的熏气最敏感 ,水溶液暴露时叶绿素PQa值的下降与SO2 的吸收量有相关性 .地衣中酸性磷酸酶活性主要由共生藻所决定 .丙二醇含量在共生藻和菌以及地衣样品中无显著差异 ;还原型谷胱甘肽GSH含量在共生菌中明显高于共生藻 ,并与SO2 胁迫强度密切相关 .可以作为地衣过氧化状态和受损的生物标志物 .共生真菌承担了地衣主要的抗氧化任务 ,由于物质与能量的消耗 ,共生藻比共生菌更容易受到伤害 .     

农田和森林土壤中氧化亚氮的产生与还原

采用土壤淤浆方法对丹麦农田和山毛榉森林土壤反硝化过程中Ｎ２Ｏ的产生与还原进行了研究。同时考察了硝酸根和铵离子对反硝化作用的影响。结果表明,森林土壤反硝化活性大于农田土壤,但农田土壤中Ｎ２Ｏ还原活性大于森林土壤,表现在农田和森林土壤中Ｎ２Ｏ／Ｎ２的产生比率分别为０．１１和３．６５。硝酸根和铵离子能促进两种土壤中的Ｎ２Ｏ产生,但可降低农田土壤中的Ｎ２Ｏ还原速率,与农田土壤相比,硝酸根可降低森林土壤Ｎ２     

沈阳地区主要树木净化SO2潜力及植树定额的估算

通过实地测定和熏烟实验 ,揭示了沈阳地区不同类型树木的总生物量、SO2 吸收强度和S的吸转周期数 ,三者的乘积是树木净化SO2 的总潜力 ,为 4 .39× 10 6kg ,约占沈阳年排S量 12 0× 10 6kg的 3.6 6 % .树木平均最高可净化S 12 .19kg·km-2 ·d-1.沈阳现有树种组成的平均吸S量为 0 .70kg株-1·年 -1;若以阔叶乔木平均吸S量 1.35kg·株 -1·年-1计 ,欲全部净化沈阳的年排S量 ,需要阔叶乔木 8888× 10 4株 ,相当于现有树木株数的 12 .9倍 .经推算 ,在增强环保力度、减少年排S量 2 0 %的条件下 ,再扩植现有树木1.0倍的阔叶乔木 ,即可使沈阳大气SO2 浓度下降到 0 .0 6mg·m-3 以下 ,成为环境达标城市     

作物籽粒中NO_3~-N和NO_2~--N的积累与氮肥种类和数量的关系

1996～1997在芸豆(云南)、红小豆(河北)、大豆(黑龙江)和花生(山东)绿色食品产地,研究了施用有机肥和化肥对这些作物籽粒中NO-3、NO-2的累积特点.结果表明,芸豆和红小豆不论施用有机肥还是尿素,土壤中的速效氮与籽粒中NO-2的灰色关联最好;施用有机肥的最大关联度分别出现在土壤库内部(全氮与速效氮之间)或籽粒库内部(NO-3、NO-2之间);而施用化肥的最大关联度分别出现在土壤库与籽粒库的全氮与NO-3之间.芸豆和红小豆随着施肥水平的提高,籽粒中NO-3/NO-2比值动态变化趋势因施用有机肥和施用化肥而不同.这4类作物籽粒中的NO-3与NO-2存在着极显著的负直线相关关系和极显著的直线回归关系     

二氧化硫污染对植物影响的研究进展

20多年来 ,关于SO2 污染对植物伤害症状、生长发育、生理生化的影响以及伤害机理的研究获得了长足的发展。研究成果应用于大气SO2 的监测和评价 ,以及抗污树种的筛选。对目前刚开始的SO2 与NOx、O3 等复合污染和酸沉降对植物影响的研究 ,将会成为今后研究的主导方向。     

SO2对蚕豆根尖和叶尖细胞遗传损伤作用的研究

采用微核实验技术,研究大气污染物SO2对蚕豆根尖和叶尖细胞的遗传损伤效应。结果表明2.80和28 mg.m-3的SO2熏气可以诱发蚕豆根尖和叶尖细胞损伤,导致根尖细胞有丝分裂指数下降,根尖和叶尖间期细胞微核率增高,并具有时间效应和浓度效应。经水恢复培养后,根尖分裂细胞数增多,微核率降低,说明恢复培养能够缓解高浓度SO2对根尖细胞的遗传损伤。用石蜡层隔断SO2在根部水中的溶解后,根尖细胞微核率低于叶尖细胞微核率,而在非隔断组中则相反,说明SO2在水中的溶解是产生毒性效应的重要原因。高浓度SO2熏气对蚕豆根尖和叶尖细胞具有遗传学毒性,由于根尖分生区具有较高的分裂指数和微核率,对环境SO2毒性的反应更灵敏,蚕豆根尖微核实验更适于对环境SO2的监测。     

二氧化硫胁迫导致拟南芥防护基因表达改变

研究SO2熏气对拟南芥细胞中mRNA和蛋白质表达的影响,分析植株对逆境胁迫的响应机制.结果表明,30 mg·m-3 SO2 熏气72 h后拟南芥地上组织中差异表达1倍以上的基因有494个,其中抗氧化酶、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、硫氧还蛋白等多种与逆境生理关系密切的基因表达上调;2.5～30 mg·m-3 SO2 熏气可导致超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和GST的活性诱导性增高,SOD、CAT同工酶谱带特征改变.研究结果表明,SO2 胁迫能够诱导拟南芥中防护基因在mRNA和蛋白质表达水平的改变,这些基因的差异性表达可能对逆境生理过程有益.     

SO2熏气对油桐叶片细胞膜脂组成和叶绿体超微结构的影响

经SO2熏气处理的油桐叶片电导率增加,叶片中脂质过氧化作用增强,总类脂、极性脂、非极性脂、糖脂含量下降,磷脂含量稍有增加;极性脂和非极性脂中不饱和脂肪酸C18:3含量、C18:3/IUFA、不饱和指标UFA和IUFA值下降,叶绿体结构受到破坏,片层结构模糊不清;随着熏气时间的延长叶绿体中的淀粉颗粒增大,脂滴变小.     

深圳市园林植物叶片含硫量的特点

对深圳不同地点,116种园林植物叶片含硫量进行了测定,以期为科学地选择抗污、吸污绿化树种提供理论依据。结果表明,叶片含硫量在10mg·m^-3的植物有5种,叶片含硫量在5～10mg·m^-3的植物有12种,说明深圳市园林植物具有吸收硫污染的能力。通过植物叶片含硫量与大气中SO₂关系的比较发现,大红花和簕杜鹃的叶片硫含量与大气SO₂含量呈正相关;九里香的叶片硫含量与大气SO₂含量呈负相关,其它植物叶片中的含硫量与空气中的SO₂含量相关性不明显。植物叶片内含硫量随季节变化而变化,秋季叶片含硫量高于春季。