不同水文情势下环形湿地土壤铁的时空分布特征

通过分季节原位采集三江平原环形湿地不同深度的土壤和土壤溶液,调查了土壤总铁的空间分布和土壤溶液中可溶性铁的时间变化,分析了水文情势对这种铁时空分异的影响.结果表明,环形湿地0～60 cm土层总铁的平均含量为（2.54±0.73）×10⁴mg·kg^-1,且随地表积水深度的增加由小叶章群落和乌拉苔草群落的（2.91±0.51）×10⁴ mg·kg^-1和（2.60±0.35）×10⁴mg·kg^-1逐渐下降到毛苔草和漂筏苔草群落的（2.48±0.31）×10⁴mg·kg^-1和（2.17 ± 0.31）×10⁴mg·kg^-1;常年积水土壤中铁的可溶性高于季节性积水土壤;从春季化冻开始,土壤溶液中的可溶性铁含量随积水时间的延长而逐渐增加,从6月的（0.35±0.086） mg·L^-1增加到10月上冻前的（12.67±2.92） mg·L^-1;以Fe³⁺/Fe²⁺表征的土壤还原性随积水深度或浸没时长的增加而增加;土壤溶液中的可溶性铁与pH、总有机碳、总氮和磷酸盐都具有显著或极显著相关,表明铁的分布还受土壤理化性质的影响,并与土壤碳、氮、磷的迁移转化相耦合.     

不同干扰强度下三江平原湿地土壤温室气体排放对冻融作用的响应

为评估季节性冻融作用对不同干扰强度湿地温室气体产生机制的影响,采用静态箱/气相色谱法,原位观测三江平原洪河国家自然保护区内未受干扰的常年积水的小叶章湿地(undisturbed Deyeuxia angustifolia wetland,UDAW)、保护区外受人类活动干扰导致湿地含水量减少的季节性积水的小叶章湿地(disturbed Deyeuxia angustifolia wetland,DDAW)以及由小叶章湿地开垦10年以上的水稻田(rice paddy,RP)的温室气体排放通量,分析季节性冻融作用对3种湿地温室气体排放的影响特征.结果表明:3种湿地在冻融期均有CO₂和CH₄排放,且在春季冻融初期CO₂和CH₄均出现短期的高排放现象,随着冻融温度升高,温室气体排放通量均逐渐增加.其中,CO₂排放通量表现为UDAW > DDAW > RP,CH₄排放通量却表现为DDAW > RP > UDAW;DDAW的CH₄排放速率与冻融温度的相关性最高(P < 0.01,R2=0.647 5),UDAW中二者的相关性最低(P < 0.01,R2=0.424 7).相关性分析显示,DDAW和RP土壤中CO₂与CH₄的排放通量均呈正相关(P均小于0.01,R2分别为0.749 1、0.574 4),而UDAW土壤中CO₂与CH₄的排放通量表现为弱相关(P < 0.05,R2=0.303 8),可见冻融温度会影响CO₂和CH₄的排放通量.季节性冻融作用影响了3种湿地土壤N₂O的排放通量,秋季冻融期UDAW和DDAW表现为N₂O的汇,而在春季冻融期3种湿地均表现为N₂O的源,表明不同干扰湿地N₂O的排放通量对冻融作用的响应不同,但均随土壤温度的升高其排放通量不断增加.研究显示,三江平原的冻融作用降低了湿地温室气体排放,干扰强度越大,冻融作用影响越小,且秋季冻融作用大于春季.      

不同开垦年限湿地土壤铁变化特征研究

以三江平原不同开垦年限的湿地土壤为对象,研究了土壤全铁含量、氧化铁游离度、活化度和络合度的时空变化趋势.结果表明,耕层(0～20 cm)土壤较中下层(20～100 cm)土壤、开垦初期(0～1a)较开垦后期(1～25 a)铁所受影响更为显著.土壤全铁与有机质呈极显著负相关,相关系数为-0.620,而与全磷和pH值的相关程度较低.土层1(0～10 cm)全铁含量于开垦前7 a快速增长,13 a后趋于平稳;而土层2(10～20 cm)的快速增长期为8 a,15 a后进入平稳期.土层1比土层2的响应时间更短,规律性更强.土壤氧化铁的游离度在开垦之后迅速升高,而后降低再升高.活化度和络合度随开垦年限的增加都呈指数衰减趋势,其中土层1的活化度在开垦前4 a迅速降低,6 a后趋于平稳,土层2的活化度则在开垦1 a内迅速降低而后一直保持平稳;而络合度的上述年限分别为6 a、14 a和2 a.土壤中全铁的相对含量、氧化铁的活化度和络合度的拟合方程都可反推出土壤的开垦年限,可见铁对土壤环境变迁具有一定的指示作用.     

交替冻融对东北地区典型土壤氮磷浓度的影响

研究了交替冻融对东北地区黑土、暗棕壤和水稻土中的全氮、有效氮、全磷和有效磷的影响。结果表明,经过15次交替冻融后,三种类型土壤的全氮浓度均未发生明显变化,说明在交替冻融过程中,硝化与反硝化共同作用并不明显。由于冻融作用增强土壤释水性和水分渗透性,经15次交替冻融后,黑土、暗棕壤和水稻土的有效氮浓度均有所升高,以水稻土最显著,上升了31.25%。三种土壤全磷浓度均在初次冻融后大幅增高,总体呈升高趋势,分析原因主要是冻融作用破坏了土壤团聚体,增加了与消化液反应的机会。经15次交替冻融后,黑土和水稻土的有效磷浓度分别上升17.72%和56.16%,暗棕壤的有效磷浓度下降35.19%,这说明交替冻融过程中土壤有效磷的变化不但取决于土壤的C/P,还受土地利用类型的影响,林地的有效磷浓度可能由于发生磷的净固定而降低。     

干湿交替对湿地土壤氮磷缓冲能力的影响

干湿交替改善人工湿地净化能力的机制尚未得到充分地研究。文章系统分析了2013年冬季表流湿地在干湿交替的落干过程中,土壤中有机质(OM)和氮(N)磷(P)含量的变化以及对营养元素的吸附和蓄积能力。结果表明,表流湿地正常运行时,小范围的水深差异对经历落干过程的土壤OM、N和P含量变化没有明显影响;在干湿交替的落干过程中,土壤有机质和氮磷含量均明显低于对照值,土壤对氮素的缓冲能力和对磷素的蓄积能力均明显增强。因此,落干能够明显恢复表流湿地土壤的净化能力。     

不同退耕年限下菜子湖湿地土壤铁形态变化

选取菜子湖区不同退耕年限(3、5、7、9、11、21 a)湿地为研究对象,以仍耕作油菜地和原始湿地为参照,分别采用王水消解法和Tessier连续提取法,分析了退耕还湖后湿地土壤全铁和铁的赋存形态特征,探讨退耕还湖后湿地土壤铁组分特征变化规律.结果表明:研究区土壤铁各形态含量大小顺序为:残渣态(RES-Fe:17.09~30.84 g·kg-1)铁锰氧化态(RED-Fe:3.66~4.48 g·kg-1)有机结合态(OM-Fe:0.87~3.09g·kg-1)碳酸盐结合态(CARB-Fe:0.01~0.37 g·kg-1)可交换态(EXC-Fe:0.01~0.15 g·kg-1).占全铁均小于1.5%的EXC-Fe和CARB-Fe均在退耕3 a和5 a期间含量快速升高,而后降低再升高,最低值出现在退耕11 a;RED-Fe在退耕3~9 a比较稳定,随后缓慢增加;而OM-Fe随退耕年限增加整体上呈增加趋势;占土壤铁形态总量73.91%~85.42%的RES-Fe在退耕3a时含量下降,在3~9 a间呈现逐渐增加的趋势,9~21 a又逐渐下降;研究区全铁(Tot-Fe)平均含量在18.50~38.41 g·kg-1之间,变化趋势与RES-Fe基本一致.讨论结果表明退耕还湖后水文条件和植被状况的改变导致了土壤环境发生变化,从而不仅影响退耕后湿地土壤全铁含量变化,也影响土壤铁形态组分特征,进而影响土壤铁的有效性.     

季节性冻融期沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放动态

三江平原季节性冻-融时间长达7～8个月,对沼泽湿地温室气体排放有重要影响.采用静态箱/气相色谱法研究了三江平原冻、融期沼泽湿地温室气体排放特征,表明三江平原不同类型沼泽湿地冬季都有明显的CH₄和CO₂排放,且冬季沼泽湿地CH₄排放量在全年CH₄排放中占有重要份额.融冻期沼泽湿地出现明显的CH₄和CO₂排放峰值,季节性积水沼泽化草甸CH₄和CO₂排放量大于常年积水沼泽湿地,而冬季常年积水沼泽湿地CH₄排放通量大于季节性积水沼泽化草甸.融冻期CO₂排放通量与土壤温度(5cm)呈指数相关关系(R²=0.912,p<0.001),沼泽湿地CO₂排放通量与CH₄通量间也呈显著正相关关系(R²=0.751,p<0.001).冬季三江平原沼泽湿地是N₂O的汇,融冻期随着土壤温度升高逐渐成为N₂O的源,且在5月份沼泽湿地表层土壤(0～20cm)融冻期间N₂O排放通量明显增大.三江平原土壤冻、融期间沼泽湿地温室气体的排放特征,反映了冬季微生物活性的存在及融冻作用对土壤碳矿化和氮硝化、反硝化作用有重要影响.     

交替冻融对东北典型土壤浸提液碳氮污染指标的影响

以黑土、暗棕壤和水稻土为例,试验研究了交替冻融对土壤溶解性污染物的影响.结果表明,15次交替冻融后(在-20和20 ℃进行冻融处理),黑土浸提液的ρ(COD_Cr)下降了36%,水稻土浸提液上升了8%,暗棕壤浸提液未出现明显变化;黑土浸提液的ρ(NH₄+-N)下降了22%,水稻土浸提液上升了84%,暗棕壤浸提液未出现明显变化;黑土和暗棕壤浸提液的ρ(NO₃--N)分别上升了1.3和1.1倍,而水稻土未出现明显变化.土壤浸提液ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)的变化主要取决于土壤含氧水平,有氧条件下浸提液的ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)降低而ρ(NO₃--N)升高,缺氧条件下则相反.土壤浸提液的ρ(TN)主要取决于土壤C/N,冻融后黑土、暗棕壤和水稻土浸提液的ρ(TN)分别上升了30%,35%和39%.      

滨海湿地围垦养殖后土壤铁分布与铁氧化菌群落特征

探究滨海湿地围垦养殖后各形态铁的分布以及铁氧化菌的群落特征,对湿地生物地球化学过程具有重要的指示意义.本研究选择九龙江口桐花树湿地、东寨港木榄湿地、黄河口碱蓬湿地为研究样地.分别对样地土壤中的各形态铁及相关指标进行测定,并借助高通量测序对土壤铁氧化菌进行测定与分析.结果显示：(1)九龙江口与东寨港围垦前后土壤理化性质的变化趋势一致,土壤含水量、盐度降低,土壤容重、pH值上升,但黄河口土壤含水量、容重、pH的变化趋势有所不同.(2)围垦后Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)比值在九龙江口有所降低、在东寨港有所上升,但差异不显著(p<0.05),在黄河口却显著降低(p<0.05).(3)围垦后无定形态铁(Feo)与络合态铁(Fep)在九龙江口、东寨港均显著降低(p<0.05),在黄河口则显著上升(p<0.05).(4)基于高通量测序和微生物分类学分析,九龙江口桐花树湿地海小杆菌(Marinobacterium)、九龙江养殖塘海杆菌(Marinobacter)、海南木榄湿地与养殖塘绿脓杆菌(Pseudomonas)、黄河口碱蓬湿地脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、黄河口养殖...     

冻融及枯落物对湿地土壤淋溶液的影响

利用土柱模拟实验,研究冻融和枯落物对土壤淋溶液的影响.结果表明,冻融提高了土壤淋溶液中TN, NH₄⁺-N, TP, PO₄^3-的浓度和流失量,而降低了DOC, NO₃^--N 浓度和流失量.在31d 淋溶实验中,枯落物干重残留率为91.81%,C、N、P 的残留率分别为81.96%,65.22%和88.89%;枯落物显著提高淋溶液中的C、N、P 的含量和流失量(NH₄⁺-N 除外),说明枯落物是生态系统重要的营养库;枯落物的C、N、P 释放量远远高于淋溶液的C、N、P 流失量,表明湿地土壤是枯落物释放出C、N、P 的重要汇.     

三江平原湿地生态环境受威胁现状及其保育研究

三江平原位于黑龙江省东北隅,是全国著名的面积最大的自然湿地集中分布区之一。经过近50年大面积开发,天然湿地面积约从原来的534×10⁴hm²减少到113×10⁴hm²,仅占本区土地总面积10.39%的现有湿地基本上镶嵌在大型现代化农场群的耕地之中。自然湿地大量丧失,湿地景观破碎化,受到水源不足、水质下降威胁;湿地变成"孤岛"。湿地功能退化,湿地植物丰度下降,生物生产量下降,濒危植物增加,濒危动物,特别是珍稀水禽数量逐年减少。湿地资源开发对区域环境的影响应引起重视。为了改变湿地受威胁、生态与环境退化现状,必须实施湿地恢复、保育工程:即引水灌溉工程、廊道建设工程和关爱湿地工程。     

三江平原多级沟渠系统沉积物中铁的分布特征

以三江平原典型多级沟渠系统(毛渠-农渠-斗渠-支渠-干渠)为对象,研究了其0～60 cm沉积物全铁含量的空间分布特征.结果表明,多级沟渠系统中沉积物的平均铁含量为(3.02±0.10)×104 mg·kg-1,各类型、各等级的沉积物铁含量具有极显著差异(F=6.261,p<0.001),最高值出现在农田斗渠(3.71×104 mg·kg-1)中,而最低值出现在湿地斗渠(2.43×104 mg·kg-1)中.整个多级沟渠系统沉积物各层的铁含量没有显著性差异(F=0.093,p=0.693),但与沟渠相邻湿地同深度土层的铁含量相比,沟渠沉积物0～10 cm层、10～20 cm层分别增加了51.96%、62.22%.铁虽然具有一定的可迁移性,其最大累积处仅能延伸到第三等级的斗渠中,而非逐级递增.由于湿地保护和气候干热化,现阶段本区含铁径流量有逐渐减少的趋势.沉积物各层铁含量沿沟渠类型和等级的递变揭示了铁输移的历史变迁.     

黑龙江省粮食生产与三江平原湿地协调发展水平的评价

为寻求黑龙江省农作物播种面积和湿地面积两者间的合理比例,使之既能保证粮食生产,又能维持湿地的必要功能,论文首先用模糊评价方法对历年黑龙江省粮食生产效益和湿地效益分别进行了评价,在此基础上,对反映两方面和谐共存程度的协调发展水平进行了评价。评价结果显示,20世纪70年代末到80年代初这一时期的农业生产和湿地环境是比较协调的。该时期农作物播种面积为870×104hm₂,三江平原湿地面积约为195×104hm₂。此结果可以作为设定三江平原湿地恢复程度的一个参考标准。在该标准下,按高单产水平计算,黑龙江省可提供2930×104t粮食,而三江平原湿地植物和鸟类的种类数约可分别恢复到建国时水平的70%和80%。     

三江平原湿地不同土地利用方式下土壤有机碳储量研究

选取东北三江平原沼泽湿地5种土地利用方式,共16个土壤剖面,对土壤有机碳储量分布特征进行了研究.结果表明,不同土地利用方式下,土壤剖面有机碳含量与有机碳密度均呈自上而下降低的趋势,且随着深度的增加,垂直差异变小.开垦降低了土壤有机碳含量和有机碳密度,并改变了其在表层的分布结构特征.初步估算5种土地利用方式下土壤有机碳储量分别为:沼泽湿地1.58×104t/km2、退耕还湿地1.23×104t/km2、林地1.01×104t/km2、水田0.85×104t/km2、旱田0.99×104t/km2.开垦降低了湿地土壤有机碳储量,且对耕地的影响大于林地,而退耕还湿有利于土壤有机碳的固定及储量的增加.     

三江平原典型灌区井灌地下水中铁的随水迁移特征

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.结果表明,研究区地下水总铁质量浓度为(1.73±0.41)mg.L-1,最大值为11.4 mg.L-1,最小值0.01 mg.L-1,变异系数1.29%.根据2010年水稻种植面积和当地实行的每亩额定灌水量推算,从地下进入稻田和其它地表水体中的铁可达4 976.40 t.溶解性Fe2+、溶解性Fe3+、溶解性铁和总铁都具有明显的季节变化(6、7月较高),且沿水流方向以稻田积水中的含量较高.晒水池和稻田对地下水铁的富集效应明显,二者的总铁质量浓度分别达到地下水的6.17和21.65倍.晒水池沉积物的总铁含量显著高于稻田、农渠和干渠(浓江河).不同氧化铁形态中,仍以晒水池沉积物中各形态铁氧化物的含量较高,而稻田土壤、农渠和干渠沉积物之间没有显著性差异.三江平原典型灌区地下水中的铁通过井灌进入地表水体中,大部分被蓄积在晒水池和稻田中,仅有少部分随稻田退水进入沟渠网,并逐级沉淀在稻田和沟渠沉积物中.铁在随水迁移过程中除了总量变化外,还伴随着种类和形态的转化,这些变化直接受水稻灌溉管理方式的影响,具有明显的季节特征.长期井灌或将导致铁在稻田土壤和沟渠沉积物中的富集,具有潜在的污染风险.     

沟渠化对三江平原湿地铁元素沉积过程的影响

沟渠化是湿地垦殖的标志性过程和景观.在三江平原洪河国家级自然保护区附近选择了一个典型四级排水沟渠系统,沿等级在沟渠底部布设沉积板,并以附近的河漫滩天然湿地为对照,连续两年定量采集了不同级别沟渠和天然湿地中的当年沉积物,分别计算了沉积通量和沉积物中的铁元素及其氧化物和生源要素含量.结果表明,各等级沟渠的枯落物、泥沙和总沉积通量都没有显著性差异,其均值分别为(57.00±16.90)、(3 997.57±798.98)和(4 054.57±792.91)g·(m2·a)-1,其中枯落物所占比例随沟渠等级增加而逐渐降低;天然湿地的枯落物沉积通量[(120.26±19.42)g·(m2·a)-1]显著高于沟渠,而泥沙[(35.41±11.15)g·(m2·a)-1]和总沉积通量[(155.67±20.75)g·(m2·a)-1]则显著低于沟渠;各级沟渠和天然湿地沉积物中的总铁含量没有显著性差异,但游离态铁含量显著低于天然湿地;农渠、斗渠和支渠沉积物的无定形铁和络合态铁含量都与天然湿地接近,且都高于干渠沉积物;各级沟渠沉积物中铁氧化物的游离度为天然湿地的60.2%,而络合度和活化度都没有显著性差异;各级沟渠沉积物中的总有机碳、总氮和总磷含量都没有显著差异,但都低于天然湿地,分别为天然湿地的14.6%、31.6%和41.0%.三江平原湿地垦殖形成的沟渠化对天然湿地的铁和生源要素沉积产生了显著影响,合理的农田用水管理才能避免由此带来的环境生态风险.     

水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响

针对出厂水水质化学组分变化可能引起管垢成分释放进而导致管网"黄水"的问题,利用管段反应器,研究了硫酸根(SO24-)质量浓度变化对长期通地下水的铸铁管段总铁释放的影响,同时分析了硫酸根质量浓度变化可能造成的金属元素锰(Mn)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的释放行为.研究表明,实验管段进水中SO24-质量浓度的升高能导致管垢总铁、Mn释放量显著增加,且当SO24->400 mg.L-1时,出水呈现明显的"黄水"现象.对实验管段进出水中微量金属元素的检测发现,尽管随着进水SO24-质量浓度的升高,出水中As、Cr、Cu、Zn和Ni质量浓度也随之增加,但其多数情况下低于进水质量浓度,说明管垢对这些微量元素具有吸附作用.增加水中溶解氧(DO)质量浓度对铁的释放具有明显控制作用,但当超过一定值时,其抑制作用反而降低.