复合生态系统油画结构与全球变化研究

在分析毛乌素沙地自然、社会经济、人文等条件与现状的基础上，诊断生态经济复合系统运行的限制因素及有利条件。运用线性规划的理论与方法进行系统的优化设计。为保证生态经济复合系统的持续发展，降水量以80%保证率的280mm计算为宜，则径流园林区的种植覆盖度可达到65%;高效农牧区的种植覆盖度可达到75%，最大不超过80%。同时表明在毛乌素沙地高效生态经济复合系统持续发展的限制因子主要是水分。 根据植物的生理生态学特点及诸气候要素建立了农业净第一性生产力模型，经我国27个省区农业生产力资料的验证表明，该模型较自然植被的净第一性生产力模型Chikugo模型和综合模型能更好地反应农业净第一性生产力。 根据自然植被净第一性生产力综合模型、农业净第一性生产力模型计算了我国自然植被及农作物的净第一性生产力，对我国自然植被与农作物对全球变化敏感性的研究表明：在所有可能的气候条件下，我国陆地生态系统的生产力表现出由东南向西北递减的趋势及明显的条带状分布，在西北地区形成明显的低值区。 根据叶面积指数、标准化差植被指数建立了中国森林植被净第一性生产力模型，经我国13组森林植被生产力数据的验证表明，该模型的预测结果与实测相符较好。通过与Chikugo模型和综合模型预测结果的比较，该模型在总体上优于Chikugo模型和综合模型。表明基于NDVI的净第一性生产力模型对我国森林植被有良好的适应性，可用于快速监测与预测我国森林生产力的动态变化。

鄂尔多斯高原沙地草地的生态异质性

空间异质性的重要性在于其在自然生态系统中的普遍性和它所引起的生态学效应。空间异质性不仅在生态学理论中占有重要位置，而且也是生态系统管理和景观规划等实践中需要解决的基本问题。本文对鄂尔多斯高原(37038，～40052'N，106027'～111028'E)沙地草地的主要景观单元一沙地和风蚀沙化梁地植被与土壤的空间异质性格局与动态进行了定量的描述和实验研究。 在鄂尔多斯高原沙地景观中，通过对两条相互垂直的Skm样线上植被盖度、植物物种数的半方差分析和分形分析，揭示了植被的依赖于空间尺度的自相关特征和等级结构;沙地景观植被结构以小尺度空间变异占优势，植被斑块多集中在5-10 m的尺度上。对植被盖度低于20%的流沙斑点或斑块沿样线分布的空隙度分析表明流沙斑点或斑块呈适度聚集的格局。植被盖度和植物物种数与土壤有机碳和全氮含量的空间异质性之间的关系随空间尺度和生境类型的不同而有所不同。对植物群落内风蚀沙化斑块中的植物再生动态和克隆植物沙鞭的克隆生长观测实验表明，克隆植物的存在有利于风蚀沙化斑块的固定，跨越不同斑块边界的克隆植物的生长导致了斑块间的物质能量流动，从而影响了景观空间异质性的动态。 在风蚀沙化梁地中，梁坡处的土壤最为瘠薄，土壤颗粒组成以中细沙为主，这反映了风沙活动在梁坡处形成的沙粒堆积。相应地，梁坡处是以油蒿为优势种的沙生植物群落，与梁顶的典型草原植物（本氏针茅（Stipa bungeana)+百里香（Thymus serpyllum）+冷蒿（Artemisiafrigida））群落截然不同。从梁顶到梁底，植物群落受控于较大尺度上的与地形有关的环境梯度，因而其在较大尺度上的空间异质性占优势。

浑善达克退化生态系统恢复研究

　　浑善达克沙地是我国四大沙地之一，地处北方干旱半干旱区，为草原区向荒漠区过渡的地带。长期以来，由于人类不合理的生产活动，加上这里脆弱的生态环境，已引起了严重的土地退化问题：流动沙丘面积由1950s年占沙地总面积的2%增加到1990s的近50%。因此浑善达克沙地成为我国研究土地退化、防治沙尘暴的重点地区，本文从自然科学和人文科学相结合的角度出发，对浑善达克沙地草地退化原因、自然恢复潜力、恢复过程、适宜物种选择，以及社区生存、生产等方面进行了综合研究，得出以下主要结论： 　　 1) 浑善达克沙地土壤种子库中含有大量的种子，在退化草地自然恢复中表现出极大的潜力。这些种子在摆脱人和牲畜干扰的前提下，可以萌发、定居并形成植物群落，使退化草地恢复;当地表达到一定程度的植被覆盖，可有效减少沙尘暴的危害。土壤种子库中的植物种类与地上植被有极显著的相似性(P<0.05)，这是地上植被形成稳定群落的基础。种子库中的物种组成影响植被恢复演替的进程;反之，恢复演替也制约着种子库组成和幼苗建立。 　　2)退化沙地草地围封后，对不同恢复阶段草地的群落学调查表明，该地区自然恢复过程大致分为3个阶段：围封2年的恢复早期，流动沙丘向半固定沙丘转变;围封3-5年的恢复中期，半固定沙丘向固定沙丘转变;围封6年后的恢复后期，为固定沙丘稳定发展阶段。根据生活型及植物种类随恢复演替的变化规律，浑善达克沙地植被演替的总体趋势可归纳为：沙米 (Agriophyllum squarrosum)+ 雾冰藜(Bassia dasyphylla)群落→黄柳(Salix gordejevii)+ 冰草(Agropyron cristatum)群落→褐沙蒿(Artemisia intramongolica) + 冰草群落→沙地榆(Ulmus pumila var. sabulosa)疏林+冰草群落。在围封禁牧下，浑善达克退化沙地草地在较短时间内实现自然恢复，因此制约退化草地恢复演替的关键因素主要是人为和牲畜的干扰，只要排除了这种干扰因素，浑善达克大面积的退化沙地草地完全能够借助自然力实现生态恢复。 　　3) 浑善达克沙地3种生境下84种植物叶片渗透势值和含水量，表现出不同功能型上的差异。总体变化趋势为： 深根系 > 浅根系;灌木 > 乔木 > 草本;分布在湿地和丘间低地的植物叶片渗透势和含水量较高，而生长在沙丘上的植物叶片渗透势较低，需要有发达的根系吸收土壤深层的水。不同植物具有独特的水分利用特性，使它们能共存于同一生态系统中。这些不同植物功能型表现出的植物水分生理生态特性，表明浑善达克天然分布的植物群落发育有完善的利用水资源的能力，能够保证在很大降水波动条件下分布有丰富的植物群落和较高的生物生产力，构成该特殊类型生态系统很强的恢复潜力。另外，浑善达克沙地沙丘的存在是该类生态系统恢复弹性较高的另一重要原因。 　　4)本地种与引入种在生理生态上表现出不同的适应能力。在相似的太阳辐射和叶片温度下，引入种旱柳的叶片水势较高，而净光合速率、气孔导度、水分利用效率则较低。这表明它的光合潜能在改变环境中没有正常发挥。同时，引入种较低的最大光化学效率进一步表明它抵抗环境胁迫的能力较低。当土壤水分可利用程度降低而导致水分竞争时，引入种很可能在竞争中被淘汰。因此，在生态恢复中，应尽量避免引入外来种，大量使用本地种。 　　5) 生态恢复不仅是自然科学问题，更重要的是社会经济问题。为了充分认识当地社区的参与对生态恢复的作用，在实验过程中，调查了当地居民自本实验开展以来的思想观念、经济收入和生产效益等变化。在生态恢复中当地社区的积极参与是保证恢复成功与否的关键因素。从发挥“自然力” 和“以人为本”的指导思想出发，在生态恢复中应注重充分利用自然的力量;在管理方面，要以解决社区居民的生产生活实际需求为目标。只有这样，才能保证生态、社会和经济可持续发展。

毛乌素沙地种子萌发特性及浑善达克沙地荒漠化成因分析

毛乌素沙地与浑善达克沙地为我国著名的沙地。本文以毛乌素沙地荒漠化防治中常用的飞播植被恢复技术为突破口，研究飞播采用的主要植物种种子萌发与幼苗出土对沙埋与水分的响应，以改善植被飞播恢复技术。近年来浑善达克沙地快速发展的荒漠化进程引起了人们的极大关注，本文应用统计方法对浑善达克沙地荒漠化成因进行了系统研究。 羊柴(Hedysarum leave Maxim.)、柠条(Caragana korshinskii Kom.)、籽蒿(Artimisia sphaerocephala Krasch)与油蒿(Artimisia ordosica Krasch.)为鄂尔多斯高原广泛分布的植物种，也是该地区飞播选用的主要植物种。通过温室实验，对四种植物萌发特性及出苗与水分和沙埋深度的关系进行研究，阐明了种子萌发的最适水分条件和沙埋深度。四种植物种子萌发与出苗最适宜的供水量都接近于当地生长季的平均降水量 (50mm/month);最适宜的沙埋深度为0.5cm-1cm, 羊柴、柠条、籽蒿和油蒿的沙埋深度分别为：0.5、1.0、0.5和0.5cm。过多的水分和过深的沙埋显著降低种子萌发与出苗，反映了四种植物对沙区环境的生态适应。基于实验结果及当地气候特点，建议将鄂尔多斯地区的飞播时间由6月初提前至5月中下旬，以提高飞播植物的出苗率。 近年来浑善达克沙地荒漠化的发展呈现加剧的趋势。通过对位于浑善达克沙地中心区正蓝旗的自然和社会因子变化趋势的研究寻求该区荒漠化发生发展的原因，应用数理统计方法对正蓝旗一些重要的气候及经济因子在近40年的变化过程进行了系统分析，发现过度放牧及人口的急剧增加是导致正蓝旗乃至浑善达克地区荒漠化加剧的主要原因。同时，温室效应造成的全球增温也是重要的诱因之一。基于上述分析，对浑善达克沙地的荒漠化防治工作提出了一些具体的建议和措施。

浑善达克沙地稀树疏林草地生态系统研究：生物量、生产力与生态恢复途径

荒漠化是困扰我国干旱和半干旱地区的重要环境问题，我国的四大沙地也是荒漠化最为严重的地区，从生态学角度提高对沙地的认识，探明其生物量和生产力对于了解沙地生态系统的结构和功能是非常有意义的。本研究以浑善达克沙地为例，对沙地的植被特点、生物量和生产力以及退化沙地的恢复策略进行了探讨。 通过对浑善达克沙地进行的植被调查发现，浑善达克沙地的稀树疏林草地景观由草本层、灌丛和榆树疏林构成，彼此呈相间排列、交替出现的格局。在丘间低地以地带性的草本层植物占优势，灌丛主要出现在沙丘和丘间低地的过渡地段，地下水位较高的地方。榆树（Ulmus pumila）是沙地的优势树种，占沙地乔木的95％，榆树疏林主要在固定沙地稀疏分布，占沙地榆树总量的84％。胸径10-25 cm的榆树占60％，幼树少见，这和放牧干扰有关。沙地的稀树疏林草地是不同于周围草原地带的隐域植被，带有明显的超地带性，同时因受地带性气候的影响，兼有地带性特征。 在碳循环方面，为了估测沙地植被的碳存储潜力，我们对浑善达克沙地的生物量进行了估测。整个沙地被分为六种生境，分别求算生物量，然后汇总。对于其中的榆树生物量建立了异速生长关系进行估算。结果表明，浑善达克沙地植被的平均生物量为21.30 Mg ha-1，其中丘间低地的贡献为65％。从生活型上看，草本层的贡献占优势，而榆树的贡献很小，仅为10％。平均地下/地上生物量的分配比例为2.9。与草地生态系统相比，浑善达克沙地的生物量要高出90％，表明沙地植被是草原地带内的隐域植被，特殊的土壤水热条件使它具有更高的碳存储潜力。沙地的大范围恢复将使该碳库通过碳获取得以实现。 净初级生产力（NPP）是生态系统功能的重要体现，它可以反映植被碳固定的能力。为了了解稀树疏林草地NPP的特点，我们对浑善达克沙地六种生境的NPP分别进行了求算，然后汇总。浑善达克沙地植被的平均NPP为11.06 Mg ha-1 yr-1，各生境的贡献不同，以丘间低地的贡献最大，达65％。生活型上看，草本层植物占优势，乔木的贡献仅为1.3％。地下/地上NPP为1.7，降水利用效率达10.9。浑善达克沙地稀树疏林草地的NPP比草地生态系统的平均值高59％。NPP的研究结果表明，沙地植被是和周围地带性草原植被存在显著差别的，这种高生产力将伴随沙地的恢复而实现，并有可能对沙地地区的碳循环产生影响。 为了探索荒漠化防治的新途径，在浑善达克沙地巴音胡舒嘎查开展了为期5年的退化草地恢复试验。结果表明，通过“以地养地”的模式可以使退化草地充分利用潜在恢复力进行自然恢复，并取得了明显效果。开辟高效地，种植高产玉米，在草地得到恢复的同时，牲畜仍然有充足的草料供应，牧民生活水平也有所提高。这种适合半干旱地区环境条件的恢复模式比在同样地区造林要有效和经济。据此，文章最后探讨了当前荒漠化防治中存在的误区和今后荒漠化防治应采取的策略。

克隆整合与植物对沙地生境的适应－毛乌素沙地的案例

我国是受荒漠化影响最为严重的国家之一。半干旱区和干燥的亚湿润区分布着大面积沙地，这些沙地是我国荒漠化土地的集中分布区和的主要的潜在发生区，也是重点治理区。在这些地区进行生态建设和生态恢复的首要任务是植被的恢复与重建。用于植被恢复和重建的植物种，必需能够适应沙地特殊的生态环境。 克隆植物是一个独特的植物类群，它广泛的分布于各种生态系统中。在长期的进化过程中，克隆植物形成了有效利用异质性资源以及克服（忍耐或逃避）局部不利环境条件的生态适应对策―克隆整合。位于鄂尔多斯高原的毛乌素沙地是我国的四大沙地之一，其生态环境的特点具备我国沙地生境的共性－干旱、土壤贫瘠、频繁的风沙活动以及异质性。在毛乌素沙地中，克隆植物广泛分布。本文以毛乌素沙地为案例研究的背景，以该区几种重要的克隆植物为研究对象，以该区主要的生态环境特点为处理因素，从不同层面来观察克隆整合对这些植物适应沙地环境的作用。 高度异质性的水分分布格局是该区的关键生态因子之一。水分传输可以帮助克隆植物利用不同斑块内的水分资源。在一个野外实验中，采用酸性品红染色喂饲的方法，研究了根茎型草本克隆植物沙鞭和根茎型克隆半灌木羊柴的克隆内水分传播格局。沙鞭克隆内的水分传输速度和强度都高于羊柴。这可能是沙鞭能够占据大面积生境的原因之一。此外，克隆植物分株间资源的传递是通过贯通的维管束进行的。水分可以在观察的沙鞭克隆片断内畅通无阻的传输，但在羊柴克隆内的传输受到限制。这可能与二者维管束结构的不同有关。 沙埋是该区植物经常遭遇的生态事件。本文研究了克隆整合在羊柴遭受空间异质性沙埋过程中的作用。结果表明，轻微程度的沙埋可以促进羊柴的生长和生物量积累;高强度的沙埋会削弱羊柴的生长和生物量积累，甚至会致死。克隆整合可以帮助羊柴抵抗空间异质性沙埋，尤其当沙埋的强度增加时，这种作用表现的更明显。实际上，沙埋的发生是逐渐进行的，即同时具有时间异质性。本文通过野外实验观察了沙鞭在时空异质性沙埋条件下的响应格局以及克隆整合的作用。研究表明，长时间间隔的沙埋促进沙鞭的生物量积累，克隆整合可以帮助沙鞭抵抗频繁发生的沙埋事件。此外，通过Meta-analysis方法综合了分布在沙地中的根茎型克隆植物对沙埋的响应格局的案例研究。结果表明，轻微的沙埋能够促进根茎型克隆植物的生物量积累，高强度的沙埋对这些植物是一种生态胁迫，克隆整合可以帮助这些植物抵抗这种生态胁迫。这强烈的支持了这样一种观点，即克隆整合是根茎型克隆植物在长期的适应进化过程中形成的抵抗高强度沙埋的生态策略。 该区也生长着很多密集型克隆植物。养分的空间异质性在各种尺度上存在，密集型克隆植物也可能经历小尺度的养分异质性。以糙隐子草为研究对象，观察其在同质和异质养分条件下的生物量、生物量配置格局以及有性繁殖和克隆生长的权衡。结果表明：在异质性的养分条件下，相连的克隆片断的总体生物量、地上无性结构生物量、根生物量以及分株大小都显著高于切断的克隆片断;同样，异质性斑块中的相连的克隆片断的表现高于同质性斑块。这暗示着克隆整合能够帮助密集型克隆植物糙隐子草更好的利用小尺度的养分异质性。 此外，通过野外调查的方式观察该区两种重要的克隆半灌木，游击型的羊柴和密集型的油蒿在小尺度不同植被盖度斑块下的生物量配置格局。结果表明：羊柴的地上各部分生物量对植被盖度变化的响应不如油蒿敏感。这可能是因为羊柴的游击型克隆构型决定其可以跨越小尺度斑块实现克隆生理整合，从而利用不同小生境斑块的资源所致。油蒿只能利用小生境斑块内的资源，当小生境斑块的条件改变，其生物量以及配置方式也随之发生相应的变化。在繁殖方式上，羊柴的有性繁殖结构以及有性繁殖投资显著小于油蒿。在资源有限的条件下，对一种繁殖方式的投资常常会削弱另一种繁殖方式。羊柴主要依靠克隆生长，这符合并支持配置理论的观点。植物的空间格局与植物自身的生活史性状密切相关。羊柴和油蒿不同的生活史特性必然会在各自的种群空间格局中体现出来。本文还采用地统计学的方法，观察二者的种群空间格局。种群水平上，小尺度的空间自相关控制着羊柴种群的空间格局;油蒿种群的空间格局受更大尺度的过程控制，并在自身为建群种的群落随机分布。对于油蒿种群而言，发生在小于抽样尺度（<1m）的随机变异高于相应的羊柴种群。这两种克隆半灌木的种群空间格局的差异可能与二者克隆构型和克隆性的不同有关。 本文的研究对象不仅涉及根茎型克隆草本植物，还包括了克隆半灌木，不仅涉及游击型克隆植物，而且涵盖了密集型克隆植物。因此，本文的研究不仅有助于在理论上理解克隆植物对异质性生境的适应策略，在实践上也能为该区的生态恢复提供一定的理论依据。

毛乌素沙地油蒿与籽蒿种子萌发对光照的反应

油蒿(Artemisia ordosica)与籽蒿(Artemisia sphaerocephala)为毛乌素沙地的优势物种，广泛用于我国北方干旱、半干旱区的生态恢复。油蒿与籽蒿种子萌发对温度、水分等环境条件的反应已有较为明确的研究结果，但关于这两种蒿属植物种子萌发对光照反应的研究目前存在两种不同的结论，对飞播技术的改善造成一定影响。 影响油蒿与籽蒿种子萌发对光照反应的因素较多。如种源地、结实部位、种子颜色、种子保存方式与时间、实验条件、温度等。考虑种源地、种子保存时间与方式、结实部位及温度，从多方面系统研究油蒿与籽蒿种子萌发对光照的反应。结果表明当温度较低时(10:20C)，萌发率和萌发速率在黑暗条件下显著高于在光照条件下。采自榆林地区的种子萌发状况相对较差，萌发率和萌发速率在大多数情况下显著低于其他两地;各种源地上下部种子萌发率有一定差异，大多数结实部位为上部的种子最终萌发率和萌发速率高于下部的种子;保存几周的种子萌发率变化不大，但在温度较高和较低时，随着种子保存时间的延长，萌发率下降较快，而在适宜温度下种子萌发率变化不明显;种子保存方式的不同造成种子萌发情况的差异，但差异不明显;黑暗条件下比近似黑暗条件下的种子萌发率略低。上述因素对种子萌发均具有一定影响，但总体特征是种子萌发对光照的反应表现为强光抑制种子的萌发，黑暗促进种子萌发。当温度较高时(15:25C)，光照与黑暗条件下种子萌发率差异不大，但黑暗条件下种子的萌发速率显著高于光照条件下;当其它条件相同时，种子萌发率和萌发速率显著高于温度较低时(10:20C)。因而，适宜的温度和黑暗条件有利于油蒿与籽蒿种子的萌发。在飞播实践时应为种子创造一定的沙埋条件，创造有利于种子萌发的黑暗环境，促进种子的萌发，提高飞播工作的成效。

毛乌素沙地四种关键植物幼苗出土及生长对沙埋和水分的响应

飞播是毛乌素沙地植被恢复与重建的重要手段。但此项技术仍存在一些问题，如飞播后成苗率较低等。柠条(Caragana korshinskii)、羊柴(Hedysarum laeve)、籽蒿(Artimisia sphaerocephala)与油蒿(Artimisia ordosica)是毛乌素沙地广泛分布的物种，也是飞播的主要物种。本文以飞播植被恢复技术为突破口，研究沙埋和土壤水分对种子萌发，幼苗出土和生长的影响，探讨幼苗出土和生长对沙生环境的适应对策。对采用合适的物种进行生态工程建设，提高生态工程的稳定性及可持续性具有重要意义。同时，本项研究有助于加深半干旱区植物对沙生环境适应机理的认识。 以上述4种植物为研究对象，设定7个沙埋深度和9个水分梯度，研究种子萌发和幼苗出土对沙埋和单次供水的响应。设定7个沙埋深度，选择3个沙丘部位，研究沙丘不同部位对植物种子萌发的影响。设定6个沙埋深度、4个水分梯度，研究两种蒿属植物幼苗生长对不同沙埋和供水的响应。得出如下主要结论： (1) 对于种子质量相对较大的柠条和羊柴而言，在一次性10-20 mm供水量条件下，幼苗主要在0.5-2 cm埋藏深度之间出土，但在埋藏深度为5 cm时这两个物种仍有少部分幼苗能够出土;对于种子质量相对较轻的油蒿和籽蒿而言，在一次性10-20 mm供水量时，幼苗主要在0.5 cm埋藏深度出土，油蒿和籽蒿幼苗在埋藏深度为1.5和2 cm时不能出苗。沙埋深度为0.5 cm时，4个物种出苗率较高、出苗时间较短、出苗速率较快。 (2) 实验期内(30天)在一次性供水量分别为5、7.5和7.5mm时，柠条、羊柴和油蒿出土幼苗全部死亡;在一次性供水量高于15-20 mm时，出土幼苗死亡率低于50%;籽蒿在供水量高于10 mm时出土幼苗死亡率低于50%;随供水量的增加4个物种出土幼苗的死亡率降低。 (3) 结合毛乌素沙地降雨特点与本文实验结果，0.5 cm的沙埋及7.5 mm以上的单次降雨量是上述4种植物自然条件下出苗较高的重要条件。 (4) 在沙丘顶部，2-7 cm沙埋深度之内各个物种不同沙埋深度的种子萌发率差异不显著。沙丘背风坡中部和底部，4个物种在沙埋深度为1 cm时的种子萌发率均显著高于5、7 cm时的萌发率。当沙埋深度为1-5 cm时，柠条和羊柴种子在坡面不同位置的萌发率均高于20%，且显著高于7 cm沙埋深度时的萌发率。在背风坡底部时，柠条、羊柴、油蒿和籽蒿的种子萌发率达到最大值，分别为45.2±3.27%、48.4±5.21%、20.8±4.63%和22.4±4.83%。4个物种的种子萌发率从沙丘顶部到背风坡中部到底部呈递增趋势，表明背风坡中部和底部的环境条件要比顶部更适合种子萌 发。 (5) 部分沙埋促进幼苗生长。2种蒿属植物幼苗在沙埋深度为0.25、0.5 H时比在0、0.75 H时具有更高的生物量、叶面积、相对生长速率（RGR）和净同化速率（NAR）。在75 mm/月供水量时，油蒿幼苗具有较高的生物量和叶面积，但当供水量达到100 mm/月时其幼苗生长受到抑制。油蒿幼苗在遭遇较深（0.5、0.75 H）沙埋时的根冠比要显著高于未沙埋幼苗的根冠比;籽蒿幼苗根冠比在不同沙埋条件下没有显著变化。籽蒿幼苗在50 mm供水量时具有较高的RGR。油蒿幼苗在75 mm供水量时具有较高的RGR和NAR。

Mobilization potential of heavy metals: A comparison between river and lake sediments

Toxic metals introduced into aquatic environments by human activities accumulation in sediments. A common notion is that the association of metals with acid volatile sulfides (AVS) affords a mechanism for partitioning metals from water to solid phase, thereby reducing biological availability. However, variation in environmental conditions can mobilize the sediment-bound metal and result in adverse environmental impacts. The AVS levels and the effect of AVS on the fate of Cu, Cd, Zn, Ni in sediments in the the Changjiang River, a suboxic river with sandy bottom sediment and the Donghu Lake, a anoxic lake with muddy sediment in China, were compared through aeration, static adsorption and release experiments in laboratory. Sips isotherm equation, kinetic equation and grade ion exchange theory were used to describe the heavy metal adsorb and release process. The results showed that AVS level in the lake sediment are higher than that of the river. Heavy metals in the overlying water can transfer to sediments incessantly as long as the sediment remains undisturbed. The metal release process is mainly related to AVS oxidation in lake sediment while also related to Org-C and Fe-Mn oxyhydroxide oxidation in river sediment. The effect of sulfides on Zn and Ni is high, followed by Cd, and Cu is easy bound to Org-C. AVS plays a major role in controlling metals activity in lake sediment and its presence increase the adsorption capacity both of the lake and river sediments.

Cementing mechanism of algal crusts from desert area

34-, 17-, 4-, 1.5-year old natural algal crusts were collected from Shapotou Scientific Station of the Chinese Academy of Sciences, 40-day old field and greenhouse artificial algal crusts were in situ developed in the same sandy soil and the same place (37degrees27'N, 104degrees57'E). Their different cohesions both against wind force and pressure were measured respectively by a sandy wind-tunnel experiment and a penetrometer. On the basis of these algal crusts, the cementing mechanism was revealed from many subjects and different levels. The results showed that in the indoor artificial crusts with the weakest cohesion bunchy algal filaments were distributed in the surface of the crusts, produced few extracellular polymers (EPS), the binding capacity of the crusts just accomplished by mechanical bundle of algal filaments. For field crusts, most filaments grew toward the deeper layers of algal crusts, secreted much more EPS, and when organic matter content was more than 2.4 times of chlorophyll a, overmuch organic matter (primarily is EPS) began to gather onto the surface of the crusts and formed an organic layer in the relatively lower micro-area, and this made the crust cohesion increase 2.5 times. When the organic layer adsorbed and intercepted amounts of dusts, soil particles and sand grains scattered down from wind, it changed gradually into an inorganic layer in which inorganic matter dominated, and this made the crusts cohesion further enhanced 2-6 times. For crust-building species Microcoleus vaginatus, 88.5% of EPS were the acidic components, 78% were the acidic proteglycan of 380 kD. The uronic acid content accounted for 8% of proteglycan, and their free carboxyls were important sites of binding with metal cations from surrounding matrix.

Philip公式确定吸渗率时间尺度研究

选用直径5 cm和10 cm的盘式吸渗仪,对杨凌土(粘土)和神木砂黄土(砂壤土)两种质地的土壤在1 cm、3 cm6、cm9、cm和12 cm水头5种负压下进行了室内盘式吸渗仪三维吸渗实验,选取Vandervaere公式作为参考模型,对Philip公式确定吸渗率的时间尺度选取进行了分析。结果表明,对两种质地的土壤,在相同盘径下,随着负压的降低,吸渗率随之减小;在相同负压下,盘径越小,吸渗率越大;质地较砂的砂黄土吸渗率明显大于质地较粘的土的吸渗率。从相对误差来看,两种质地土壤吸渗率均被高估;在同一盘径下,随着负压的减小,误差值逐渐降低;即在选取的时间范围内,负压越低,计算吸渗率的准确性越高。对土而言,5 cm盘径下-12 cm水头1、0 cm盘径下-9 cm水头和-12 cm水头时确定吸渗率的适宜时间分别为30~40 s和40~50 s;其余确定吸渗率的适宜时间均应小于30 s;对砂黄土而言,10 cm盘径下-9 cm水头和-12 cm水头时确定吸渗率的适宜时间分别为30~40 s和40~50 s,其余确定吸渗率的适宜时间也均应小于30 s。对于质地较砂的土壤推荐使用大盘径进行盘式吸渗仪实验。

草甘膦的土壤酶效应研究

为了探讨当今世界使用量最大的除草剂——草甘膦的土壤环境效应,本文采用室内模拟方法,较为系统地研究了我国4类土壤:褐土、黄绵土、风沙土和红壤,共11个土样中4种主要酶类(脲酶、转化酶、磷酸酶以及脱氢酶)活性与草甘膦间的关系,计算并得到了能够表征土壤轻度污染的生态剂量值ED10。结果表明:非缓冲液法较好地反映了土壤酶的实际情况;草甘膦总体上激活土壤脲酶、转化酶和脱氢酶活性,最大增幅分别为190%、1372%和42%;抑制磷酸酶活性,最大幅度为35%;磷酸酶与草甘膦间为完全抑制作用机理;激活脱氢酶活性揭示出草甘膦导致了土壤中微生物活性增强,从侧面反映出草甘膦是一种毒性较低的农药。计算获得4类供试土壤褐土、黄绵土、风沙土和红壤ED10值分别为168.3、438.5、35.1和141.4mg·kg-1;在一定程度上用土壤酶活性比生物来表征土壤污染程度更敏感。土壤性质对草甘膦的毒性有重要影响。

黄土高原坡地密植枣园土壤质地与肥力状况分析

采用田间取样与实验室分析相结合的方法,研究了黄土高原坡地密植枣园土壤质地与肥力状况。结果表明,坡地枣园土壤肥力低,氮、磷严重缺乏,钾相对丰富,土壤属于砂壤土,通气性强,保肥、保水性差。0~60 cm土壤有机质含量为1.687~5.002 mg/kg;全氮为0.072~0.316 g/kg;硝酸盐为2.325~16.846 g/kg;铵态氮为1.187~2.146 g/kg,速效磷为0.270~2.480 mg/kg,速效钾为51.9~169.1 mg/kg,并且含量均随剖面向下减少。颗粒组成大部分为粉砂粒,含量一般在65.75%~68.98%;随有机质含量升高,0.25~0.05 mm微团聚体数量呈上升趋势,二者为正相关;<0.05 mm微团聚体含量则逐渐下降,二者呈负相关。黄土高原坡地密植枣园土壤肥力总体水平很低。除了速效钾为中等级外,有机质、全氮、碱解氮、速效磷均为很低等级。

毛乌素沙区土壤养分对湿地退化的响应

采用湿地生态理论中空间替代时间的研究方法,以毛乌素沙区退化湿地为研究对象,选择距退化湿地水面不同距离,具有不同地下水位埋深的研究区域代表湿地不同退化阶段,通过分析5个不同阶段退化湿地土壤的有机质、全氮、全磷随水平距离的变化特征,研究了土壤养分对湿地退化不同退化程度的响应特征。结果表明,不同退化阶段土壤有机质与全氮剖面均具有一个明显的富集层,既湿地退化前的泥炭沉积层。该沉积层在剖面中所处深度随退化程度的加剧而逐渐增加,且沉积层以上深度的有机质和全氮含量趋于一致。土壤中全磷含量在剖面波动较大,分布特征无明显规律,不同水平距离全磷平均含量无明显变化规律说明湿地退化对全磷含量无明显影响。以上研究结果表明,由于流动沙丘入侵是导致毛乌素沙地湿地退化的首要原因,湿地退化导致土壤有机质和全氮富集层深度逐渐下移,平均含量逐渐下降,而对全磷影响不大。

容重对土壤水分入渗能力影响模拟试验

通过人工改变土壤颗粒级配,配制典型砂壤、中壤、黏壤,并设置不同容重水平,用土柱积水入渗模拟了土壤容重对其入渗能力的影响,为土壤改良和促进天然降水转化利用提供理论依据。结果表明,容重对土壤入渗能力有较大影响。试验土壤入渗能力随容重增大递减,3种典型土壤稳定入渗速率与容重均呈对数负相关,砂壤120min累积入渗量与容重呈幂函数负相关,中壤、黏壤则呈线性负相关。考斯加科夫入渗模型中,表征初始入渗速率的参数随容重增大递减,表征入渗能力衰减速度的参数则随容重增大递增,说明土壤初始入渗能力随容重增大递减,入渗能力衰减速度随容重增大递增。