目的 调查北京市辐射环境现状,为北京市辐射环境监测和管理工作提供数据支持.方法 监测2015-2022年北京市环境地表γ辐射剂量率、气溶胶、沉降物、地表水、土壤样品放射性水平,采用统计图、统计表呈现该地区各个环境要素中放射性水平情况,并对相关问题进行探讨.结果 γ辐射剂量率自动与累积监测结果处于当地天然本底涨落范围内;气溶胶中铍-7、铅-210、钋-210的放射性水平呈现夏季低、冬季高的趋势,沉降物中总α、总β以及铍-7的放射性水平呈现冬季低,夏季高的趋势,钾-40在气溶胶及沉降物中的活度浓度随季节变化不明显;地表水总α、总β放射性水平整体上在本底范围内波动,水库水均在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定的标准限值内;土壤中天然放射性核素处于天然本底涨落范围内,人工放射性核素处于历年正常涨落范围内.结论 2015-2022年北京市环境地表γ辐射剂量率气溶胶、沉降物、地表水、土壤放射性水平总体情况良好,均在环境本底范围内波动.

土壤水库是旱作农业区粮食稳产和可持续发展的基础.本文结合长期田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬2012-2015年冬小麦土壤水分变化的研究,分析了土壤水库的年际与年内变化特征和动态规律.结果表明:研究区冬小麦田间平均土壤含水量垂直分布曲线均呈“双峰双谷”形,第1处峰点在10～20 cm土层,第1处谷点在50 cm左右,第2处峰点在100 cm左右,第2处谷点在280 cm左右.无论何种降水年型下,土壤水库对降水的响应滞后且滞后的程度一致.降水年型对土壤水库的年际与年内动态变化影响较大.与丰水年相比,枯水年、平水年土壤水库对大气干旱的调节能力降低,表现为主要供水层上移;枯水年、平水年降水量虽少,但对土壤水分的补充作用较丰水年明显;丰水年土壤水库有较大盈余(84.2 mm),水分平衡出现正补偿,枯水年土壤水库稍有亏缺(1.5 mm),水分平衡出现负补偿,平水年土壤水库稍有盈余(9.5 mm),水分平衡出现正补偿.长武旱塬冬小麦田间土壤水分动态可分为4个时期:苗期耗水期、缓慢消耗期、大量消耗期、收获期,整体蒸散耗水大小顺序为:大量消耗期＞苗期耗水期＞收获期＞缓慢消耗期.

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25％增加到40％以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70％,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7％,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2％,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4％,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50％,总碳储量与1996年相比微降1.2％,土壤碳库重新趋于稳定.其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应.

消落带土壤由于在水陆交替的特殊生境和复杂的地球化学共同作用下形成,具有独特的理化性质和生态功能.各营养盐含量在时间和空间上具有较高的变异性,土壤中有机质的分布及迁移和转化均受到复杂的影响.针对官厅水库流域上游妫水河段消落带,选择典型消落带落水区,对该区土壤有机质含量的时空分布特征进行研究.结果表明:1)研究区消落带土壤有机质含量较为贫瘠,变化范围在1.64-26g/kg之间,平均值仅为13.16g/kg,变异系数达50.59％.说明消落带由于季节性干湿交替的特殊水文条件的影响,土壤养分的分布具有较高的空间异质性.淹水频繁区有机质含量平均值为15.74g/kg,高于长期出露区的10.12g/kg,且变异系数为41.38％,小于长期出露区的54.98％.说明淹水频繁区对土壤养分的持留能力更强,且周期性的淹水条件使得研究区近岸具有相似的生境类型,不同采样点土壤有机质含量的差异相对较小.2)不同植物群落下,芦苇和香蒲群落土壤有机质含量最高,平均值为17.08g/kg;含量最低的是以小叶杨和白羊草为主的中旱生植物带,平均值为9.12g/kg;其次是酸模叶蓼、大刺儿菜为优势物种的湿生植物带,土壤有机质含量平均值为15.49g/kg.3)不同土壤层次有机质含量差异较大,总体变化趋势均由表层向下逐渐减少,各层之间体现出显著差异性(P＜0.05).研究区土壤C/N变化范围在1.64-18.95,平均值为8.95.说明研究区土壤碳氮比相对较低,有机质的腐殖化程度较高,且长期出露区土壤有机质更容易发生分解,C的累积速度远小于N.土壤C/N垂直分布大致呈先增大后减小趋势,在30cm处达到最大值,而后随着土壤深度的增加逐渐减小.4)消落带土壤有机质分布的影响因素分析中,土壤有机质与全磷呈极显著正相关,相关系数为0.62(P＜0.01);与土壤全氮和C/N呈显著正相关(R=0.57,0.60;P＜0.05).这说明研究区土壤全磷、全氮、C/N和有机质明显具有相同的变化趋势,和有机质存在相互影响.其次,土壤有机质和湿度在呈显著负相关(R=-0.51;P＜0.05),表明研究区土壤湿度对有机质含量具有显著的影响.气候因子中,温度对研究区土壤有机质的分布具有显著的影响,相关系数为-0.51 (P＜0.05).植被因子中,植被覆盖度和土壤有机质含量呈显著正相关,相关系数为0.64,表明植被因子也是影响土壤有机质分布的重要因素之一.

三峡消落带是一条特殊的水一陆交错带,其生境的特殊性及对整个三峡库区的影响逐渐成为地学、环境科学、生态学等学科的研究热点.植被是消落带各项生态功能的载体.然而,三峡水库的运行使消落带原有植被遭到破坏.通过对澎溪河消落带植物群落及其生境的实地调查,采用双向指示种法(TWINSPAN)划分植物群落类型,并结合方差分解和CCA排序法研究4类生境影响因素组14个生境影响因子与植物群落空间分布的关系,探讨生境对消落带植物群落组成、结构及多样性的影响.结果表明:(1)消落带植物群落包括5种类型:狗牙根+雀稗群落、狗尾草+狗牙根群落、黄荆群落、白茅+鬼针草群落、苔草群落;(2) CCA排序中,第1排序轴对消落带植被空间变化的累计解释量为6.83％,占生境条件总解释量的44.73％,能很好地解释消落带植物群落与生境的相互关系,植物群落类型沿排序轴呈梯度分布;(3)土壤是影响消落带植被空间分布格局的主要影响因素组,各影响因素组间交互作用明显.淹水时间、海拔、土壤含水量是植物群落空间分布的主要影响因子,解释量分别为5.3％、3.0％、2.9％;(4)4类影响因素组共解释消落带植物群落空间格局变化的14.6％,未解释部分所占比例较大,可能是由于消落带内生境条件复杂,影响其群落组成及空间分布的潜在因素较多,如各种土地利用政策、人类活动干扰及景观组成等因素也可能对消落带植物群落构成有影响.研究消落带植物空间分布及其与生境的关系,以期为科学认识消落带、保护水库环境提供依据.

水位运行或调节模式是影响水库消落带植被组成与结构的关键因素,三峡水库独特的水位调节形成了具有明显不同出露-淹没特征的梯度性消落带.为了解水位调节对三峡库区消落带植物群落特征的影响,选择在三峡水库高水位运行5年后,在库区腹地3个受人为干扰较小且近自然状态的消落带,开展了不同高程(150 m、160 m和170 m)梯度的消落带植被物种组成、盖度、生物量、生物多样性和优势物种的比较研究.结果显示:消落带植被共有51种植物,多年生和一年生植物分别为25种和26种;随着高程增加,总物种数量越来越高,3个高程分别为8种、22种和45种分布;150 m高程盖度和生物量明显低于160 m和170 m两个高程,而后两者均没有显著差异;不同水位高程优势种明显不同,以白酒草为主的一年生植物多分布在消落带170 m高程,以狗牙根和马唐为主的多年生和一年生植物分布在消落带的160 m高程,以狗牙根为主的多年生植物分布在150 m高程;生物多样性指数随着高程的增加而变大,其中Shannon-Wiener多样性指数在150 m、160 m和170 m高程分别为0.877±0.298、2.137±0.186和3.097±0.407.综上表明,水位调节导致三峡水库消落带植被在30 m高程(145-175 m)范围内形成了不同组成与结构的群落,优势物种间差异可能是消落带植物对三峡水库水位调节模式的一种适应性策略体现;150 m高程出露时间相对较短,其土壤沉积物淤积严重,表层土壤种子库萌发受影响,物种数量、生物多样性、植被盖度和生物量明显低于其他高程,自然恢复能力较差.

坡耕地是一个区域最易发生水土流失的土地利用类型,其严重的水土流失、面源污染和耕层退化现象直接威胁着坡耕地持续利用以及当地粮食安全、生态安全;耕层土壤质量对自然因素和人为耕作活动的影响较为敏感.以南方3个地点紫色土坡耕地耕层土壤质量为研究对象,从土壤属性角度,对比分析了重庆合川、江西兴国、云南楚雄不同耕层垂直深度土壤养分特征、土壤物理性质、土壤水库特征、耕作性能差异性及其形成原因.结果表明:(1)坡耕地耕层土壤有机质表现为云南楚雄(28.80g/kg)＞江西兴国(9.03 g/kg)＞重庆合川(8.80 g/kg);除全钾含量外,土壤全量养分和速效养分的含量表现为云南楚雄＞江西兴国＞重庆合川;坡耕地耕层速效养分垂直分布变化规律基本一致,主要表现为土壤速效养分主要在0-20 cm土层富集,而20-40 cm和40-60 cm土层无显著差异.(2)不同地点紫色土坡耕地耕层土壤物理性质差异明显,以重庆合川坡耕地土壤物理质量最差,表现为土壤砂粒含量＞60％、土壤容重最大(1.43 g/cm3)、土壤总孔隙度(45.97％)和毛管孔隙度(34.36％)最小;从坡耕地耕层土壤物理性质垂直变化特征看,耕作层(0-20 cm)优于心土层(20-40 cm)和底土层(40-60 cm).(3)紫色土坡耕地耕层土壤初始入渗率以江西兴国坡耕地耕层最大(0.32 mm/min),而以重庆合川坡耕地耕层最小(0.19 mm/min):土壤稳定入渗率和平均入渗率均表现为云南楚雄＞重庆合川＞江西兴国;坡耕地耕层土壤最大有效库容以云南楚雄最好(873.311∥hm2),说明云南楚雄紫色土坡耕地耕层土壤具有较好的抵御季节性干旱能力;不同地点坡耕地耕层土壤总库容、死库容、兴利库容、滞洪库容、最大有效库容在垂直方向变化表现为耕作层(0-20 cm)大于心土层(20-40 cm)和底土层(40-60 cm).(4)不同地点紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度和贯入阻力均呈现出相同变化规律,土壤抗剪强度表现为重庆合川(15.39 kg/cm2)＞云南楚雄(14.74 kg/cm2)＞江西兴国(10.66 kg/cm2),而土壤贯入阻力值为重庆合川(424.83 kPa)＞云南楚雄(252.50 kPa)＞江西兴国(188.87 kPa),这种土壤力学性能的变化说明重庆合川紫色土坡耕地耕层土壤具有较好抵抗剪切破坏的能力和较大耕作阻力.上述研究结果可为不同地点紫色土坡耕地耕层土壤质量诊断、坡耕地合理耕层评价提供理论依据和数据支持.

库区消落带在反复淹水条件下,会引起土壤磷含量和形态发生改变.本研究以三峡库区兰陵溪小流域消落带为研究对象,分析了不同高程消落带土壤总磷和不同形态磷的变化.结果表明,兰陵溪消落带总磷平均含量为508.48 mg·kg-1,低于背景区,表明淹水导致消落带土壤磷含量总体降低.不同形态的磷表现出碎屑磷灰石＞闭蓄态磷＞铁结合态磷＞铝结合态磷＞有机磷＞钙结合态磷＞弱吸附态磷的特征,碎屑磷灰石和闭蓄态磷是兰陵溪消落带主要形态的磷.生物可利用磷平均含量为204.12 mg·kg-1;当水位上升,土壤淹没水面之下时,消落带土壤具有一定的磷释放潜力.

河流筑坝拦截对水体碳、氮、硫等元素的生物地球化学循环产生了重要影响.为了研究在梯级水库影响下C、S元素循环的响应过程,本研究以嘉陵江干流4座代表性的梯级水库为对象,于2016年冬季(1月)和夏季(7月)采集各个水库的河流入库水、库区分层水和下泄水,分析DIC浓度、SO42-浓度和δ13CDIC及δ34S-SO42-.结果表明:(1)研究区水体的水化学组成主要受碳酸对碳酸盐风化控制,同时,来源于流域黄铁矿和大气SO2氧化产生的H2SO4也广泛参与到区域碳酸盐岩风化;(2) DIC主要来源于土壤CO2和碳酸盐岩风化,SO42-主要受大气降水和黄铁矿氧化过程影响;(3)水库水体DIC浓度、SO42-浓度、δ34S值及δ13CDIC值两两之间存在相关性(P＜0.05),表明水库水体C、S元素的时空演变受到相似过程(物理、化学、生物)的影响.经过筑坝拦截,河流水环境及营养元素循环发生很大改变,运用C、S双同位素可以有效示踪水库的湖沼化演化过程.

以江西万安水库为研究对象,于2014年9月至2015年6月进行4次季节性采样,对该区域9处采样点的溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13CDIC)进行分析.结果表明:夏、秋季DIC含量较春、冬低;δ13CDIC也较冬、春季偏负.DIC含量从上游到下游呈下降趋势,碳同位素值则趋于偏正.光合作用与有机质分解是影响库区表层水体δ13CDIC值变化的主要因素.垂直剖面上,表、底层水温等参数差异不显著,上下水体混合较为均匀.DIC含量基本上随深度的增加而增大,δ13CDIC值趋于偏负.利用质量平衡计算得出:入库水体中DIC约57％来自于土壤CO2,而坝下水体中DIC约49％来自土壤CO2,万安水库拦截对河流地球化学过程信息有一定的改造作用.