识别和量化海湾水体硝态氮污染,对管理海湾水体环境至关重要.东山湾是福建省东南沿海重要的半封闭海湾,湾头漳江河口和湾口分别存在红树林和珊瑚礁生态系统,同时也伴随着海水养殖等人类活动影响.本研究通过测定海湾表层水体理化参数、稳定同位素(δ15N-NO3-、δ18O-NO3-和δ15N-NH4+),结合Mix-SIAR同位素混合模型等统计方法,定量化分析漳州东山湾表层水体硝态氮污染.结果表明:东山湾表层水体叶绿素a和溶解无机氮浓度呈现较为明显的梯度变化,表现为由漳江河口向东山湾湾口方向逐渐下降,叶绿素 a、NH4+、NO3-和 NO2-浓度的最大值分别为 45.2 μg·L-1、52.67 μmol·L-1、379.2 μmol·L-1 和 3.93μmol·L-1;表层水体NH4+和NO3-的氮、氧同位素值则表现为明显的空间异质性.MixSIAR模型结果显示,东山湾表层水体潜在氮源主要来源于漳江河口的淡水输入、养殖废水以及地下水等,其中漳江河口淡水输入的贡献最大,占25.2％,养殖废水、地下水以及城市污水分别占24.6％、19.0％和15.1％.可见,漳江河口淡水输入是东山湾表层水体硝酸盐最主要的来源.

本研究以福建三明森林生态系统国家野外观测研究站的青冈、格氏栲、马尾松、闽楠、香樟林5种人工林为研究对象,分析了 0～10 cm表层土壤微生物呼吸对葡萄糖添加的代谢响应.结果表明:与对照相比,葡萄糖添加使土壤微生物呼吸提高了 82.4％～349.5％,不同树种间差异显著.对照中,土壤微生物呼吸与微生物生物量、土壤有机碳及真菌/细菌有显著的相关关系,表明在没有活性碳供应时,微生物代谢受土壤有机碳含量的调控,且与土壤微生物生物量和群落结构有关.在葡萄糖添加处理中,土壤微生物呼吸与土壤总氮、溶解性有机氮和矿质氮呈显著正相关,表明当活性碳供应充足时,微生物代谢主要受土壤氮含量及其有效性制约.微生物呼吸的代谢响应,即葡萄糖添加处理与对照土壤微生物呼吸的比值,主要受土壤碳氮比的影响,呈现出微生物代谢响应随土壤碳氮比的下降而升高.此外,土壤pH也是影响微生物代谢响应的重要因素.土壤碳、氮含量及有效性对微生物呼吸的影响依赖于微生物是否受碳限制,土壤碳含量调控了碳限制时的微生物呼吸,而土壤氮含量及有效性调控了碳限制解除后的微生物呼吸.

非结构性碳水化合物(NSCs)包括淀粉和可溶性糖,两者之间的相互转化可以增强植物对环境胁迫的抵抗力.热带雨林在陆地生态系统碳库和缓解气候变化中占有重要地位,同时也是大气氮磷沉降的热点区域.目前,热带雨林原始林和次生林优势植物叶片NSCs对长期氮磷输入的响应尚不清楚.该研究基于海南尖峰岭原始林和次生林10年的氮磷添加实验,探究长期氮磷输入对两种森林各8个物种叶片NSCs的影响,并分析叶片性状、光合作用参数和土壤养分含量与NSCs的关系.研究结果表明,次生林优势植物叶片相对于原始林优势植物叶片有更高的可溶性糖和NSCs含量.低氮添加显著降低了原始林优势植物叶片淀粉的含量,磷添加显著增加了原始林优势植物叶片可溶性糖的含量,氮磷同时添加提高了原始林优势植物可溶性糖与淀粉的比值,而氮磷添加对次生林优势植物叶片NSCs含量均无显著影响.两种森林8个物种的叶片NSCs含量均与叶片pH和比叶面积负相关,而与叶片碳含量、光合速率和光合氮利用效率正相关.次生林土壤有效氮含量、总磷含量与叶片NSCs含量显著正相关.上述结果表明热带雨林优势植物叶片NSCs受到叶片性状和土壤养分的综合影响.该研究从叶片碳经济角度揭示了原始林优势植物相对于次生林优势植物对大气氮磷沉降的响应更敏感,并呼吁加强对热带原始雨林的保护.

氯仿(CHCl3)和溴仿(CHBr3)是两种重要的挥发性卤代烃(Volatile halohydrocarbon,VHCs),可通过光化学作用,引起臭氧层破坏和温室效应,影响全球气候变化.以黄河三角洲湿地的优势物种—盐地碱蓬(Suaeda glauca)为研究对象,采用室内盆栽培养来探究不同浓度氮输入水平(CK,对照,6.0 g N m-2 a-1;1.5N0,低氮处理,9.0 g N m-2 a-1;3.0N0,高氮处理,18.0 g N m-2 a-1)对盐地碱蓬以及盆栽微生态系统CHCl3、CHBr3通量特征的影响.结果表明,不同氮梯度下盐地碱蓬CHCl3和CHBr3排放通量均呈现出先降后升的趋势,低浓度1.5N0下可以促进盐地碱蓬CHCl3的释放,高浓度3.0N0则抑制;盐地碱蓬CHCl3、CHBr3气体通量的峰值分别出现在枯萎期与苗期,其主要原因是不同氮梯度刺激了气体消耗与产生之间的平衡以及植物各生长期生长因子的改变.由相关性分析可知,盐地碱蓬CHCl3排放通量受多种因子相互作用,植物根长与CHBr3排放之间存在显著相关性,根部越长,CHBr3的排放通量越低.不同氮梯度下盆栽微生态系统内CHCl3、CHBr3排放通量的变化趋势不同,CHCl3通量为先升后降,CHBr3为先降后升,气体通量的最高值与最低值出现在植物不同生长时期,盆栽微生态系统气体排放通量主要受土壤NH4+-N、NO3--N、以及植物凋落物等交互作用的影响.

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持.以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用13C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO2并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联.结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异.(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P＜0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了 35.3％,其中海南椴分解最快,达到50％,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5％.(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg-1 土壤d-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg-1 土壤d-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6％;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2％、-6.9％和-22.5％),产生负激发效应.(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P＜0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关.多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98％;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性.从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力.

为了探寻更清洁高效的养殖模式,研究将淡水池塘循环水养殖系统进行了改良,对5个月试验周期内池塘水体理化指标和氮磷收支情况进行了分析.结果显示,池塘水体的理化指标呈波动性变化,试验结束时总氮、总磷浓度分别为4.85和1.04 mg/L,总氮浓度符合淡水养殖尾水排放二级标准.饲料和底泥是池塘氮磷输入的主要来源,分别占池塘氮元素输入量的50.6％和43.7％,磷元素输入量的49.4％和46.9％;底泥积累是池塘氮磷输出的主要途径,分别占池塘氮磷元素输出量的53.3％和78.7％.试验池塘对氮磷的利用率分别为65.2％和16.6％,其中鲤对氮磷的利用率显著高于其他鱼类(P＜0.05),鲢、鳙对磷的利用率无显著差异(P＞0.05).研究表明,改良后的池塘循环水养殖系统有效降低了营养负荷,提高了养殖生物的氮磷利用率,减轻了养殖尾水对周边环境的影响,兼顾生态与经济效益,是一种成本较低且可持续发展的池塘养殖模式.

氮(N)是控制植物结构和功能以及维持生态系统稳定的重要营养元素之一,外源输入氮素的有效性及形态的差异对植物的生长发育和生理特征产生显著的影响.由于全球气候变化和人类活动的干扰,大气氮沉降量日益增加,氮形态也发生改变,严重破坏植物的正常生长和生态系统的平衡稳定,已成为研究学者关注的热点问题.本文综述了不同氮输入水平和形态对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性等方面的影响,归纳出:①适量氮输入能促进植物生长、光合作用和养分吸收能力,但当超出植物承受的阈值后,则对其产生抑制作用;②由于植物对氮素形态吸收偏好的差异,铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性的影响效果不同,且适宜铵硝配比相较于单一某种氮素添加对大多数植物的促进作用更显著.提出未来的研究方向应着重考虑4个方面:①开展大尺度的长期监测控制实验;②利用分子生物学技术深入探究氮形态对植物影响的微观机理;③重点关注土壤根际环境对植物根系氮素吸收的影响;④综合分析氮输入与其他环境因子的交互作用,准确评估典型植物种群动态及群落结构变化.本研究为探究外源氮输入下植物生长生理机制和实现植物生产系统的可持续性提供理论参考.

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防治措施.本文首次阐明"海洋生态环境灾害"概念的内涵,并从营养物质外源输入、海洋有机质矿化分解与营养盐再生、近海水体营养盐结构异常等方面系统阐释了我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制,指出 日益增强的人类活动引发的陆源营养物质输入剧增以及生源要素入海后的复杂生物地球化学循环过程共同导致近海生态环境灾害的频发.在此基础上,结合本领域最新研究进展,提出了基于海水生源要素管理的近海生态环境健康调控思路.即基于陆海一体化战略,通过技术手段,从陆源减排、海岸带缓冲和近海治理链条式降低陆源污染物特别是无机氮的排放强度,并通过人为调控技术促进近海海水营养盐结构的正常化,从而达到降低和控制近海生态环境灾害发生的目的,改善和提升近海生态环境质量.

氮沉降是水库水体外源氮输入的重要途径,对水生态系统有直接影响.通过采集丹江口水库淅川库区162个大气氮干沉降样品,分析了库区氮干沉降通量特征、典型农业期对氮沉降的贡献以及潜在的生态影响.结果表明:库区氮干沉降通量为22.60 kg N-hm-2·a-1,有机氮沉降量占总氮沉降通量的50.8％,以有机氮沉降为主;库区东北与西南区域氮干沉降通量较高,而北部和东南区域较低;春、秋季库区总氮、有机氮和尿素沉降通量高于夏、冬季,铵态氮沉降通量在夏季最高,硝态氮沉降通量在冬季最高,与氮素的来源、农业生产活动以及气象因素有关;典型农业期氮干沉降量月均值是非典型农业期的1.75倍,农业活动对总沉降量的贡献不容忽视;淅川库区大气氮干沉降通量是我国湖泊营养盐总氮沉降临界负荷的2.26倍,有潜在的水体富营养化风险,需重点关注典型农业活动期对水生态系统的影响.

城市人为成因的气态活性氮排放影响空气质量,导致周边的陆地生态系统大气氮输入量持续增加.然而,陆地生态系统大气活性氮特别是溶解态无机氮(DIN)和溶解态有机氮(DON)的同步观测仍然较为缺乏,影响氮沉降生态效应的全面、准确评估.本研究观测了北京东灵山森林生态系统定位研究站2019年6月至2020年1月每周的混合沉降中铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和总溶解态氮(TDN)浓度,计算了DON浓度和各形态氮的沉降通量,分析了它们的月际和干湿季差异及其变化机制.结果表明:该站点大气沉降中 NH4+-N、NO3--N、DON 和 TDN 体积加权平均浓度分别为 1.45±0.04、0.70±0.01、1.81±0.66 和 3.96± 0.65 mg N.L-1,TDN 年沉降通量为 25.00 kg N·hm-2.a-1,NH4+-N、NO3--N、DON 年沉降通量和占 TDN 的比例分别为8.76(35％)、4.38(18％)、11.86(47％),表明该森林站点的大气氮污染程度较高.大气沉降中DIN/DON和NH4+-N/NO3--N平均值分别为1.1和2.0,表明DON是该森林大气氮输入的重要形态,NH4+-N在DIN输入中占主导.N03--N浓度和占比随降水增加而减少,表明NO3--N的湿清除效率较高,出现稀释效应,而NH4+-N和DON浓度和占比与降水量无显著相关性.各形态氮混合沉降量均随降水量增加而增加,故各形态氮在湿季(6-8月)的平均浓度和沉降通量总体均高于干季(9-1月),表明未来降水增多会使得森林地表的大气氮输入量增加,对于促进森林植物生长有重要意义.本研究全面报道了京津冀地区典型森林大气NH4+-N、NO3--N、DON和TDN混合沉降通量,明确了其形态结构和干湿季差异,揭示了高氮沉降地区降水量对大气氮混合沉降通量的影响,研究结果丰富了我国典型高人为氮排放地区的森林大气氮输入数据,为评估人为氮污染的生态环境效应提供信息.