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高原湖泊周边浅层地下水:溶解性碳时空分布及驱动因素

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环境科学 2024年第8期45卷 4589-4599页

作者：崔荣阳陈安强刘刚才陈清飞叶远行王炽张丹云南省农业科学院农业环境资源研究所昆明650201 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室成都610299 云南农业大学资源与环境学院昆明650201

地下水中溶解性碳在碳循环和生态功能维持中发挥着重要作用,其浓度水平影响着地下水中污染物的迁移转化.为了解高原湖泊周边浅层地下水中溶解性碳的时空变化特征,分析了云南8个高原湖泊周边浅层地下水(n=404)中溶解性有机碳(DOC)、溶解... 详细信息

地下水中溶解性碳在碳循环和生态功能维持中发挥着重要作用,其浓度水平影响着地下水中污染物的迁移转化.为了解高原湖泊周边浅层地下水中溶解性碳的时空变化特征,分析了云南8个高原湖泊周边浅层地下水(n=404)中溶解性有机碳(DOC)、溶解性无机碳(DIC)和溶解性总碳(DTC)浓度的时空分布及驱动因素.结果表明,高原湖泊周边浅层地下水中ρ(DOC)、ρ(DIC)和ρ(DTC)的均值分别为8.23、49.01和57.84 mg·L^(-1),近79.0%的浅层地下水中ρ(DOC)超过5 mg·L^(-1).季节变化对DOC、DIC和DTC浓度无显著影响,而农业集约化强度和地下水位深度显著影响浅层地下水中溶解性碳浓度变化,表现为设施农业区(SFAR)、农田休耕区(CFAR)和较深地下水位集约化农业区(DIAR)的地下水中DOC、DIC和DTC浓度相比于较浅地下水位集约化农业区(SIAR)分别显著降低了25.8%~56.6%、14.0%~32.9%、16.6%~36.7%,且DIAR地下水中溶解性碳浓度均显著低于SFAR和CFAR.冗余分析(RDA)表明水和土壤中理化因子显著解释了溶解性碳的变化.此外,异龙湖周边浅层地下水中溶解性碳浓度显著高于其它湖泊,程海却显著低于其它湖泊.可见,农业集约化强度和地下水位共同驱动了高原湖泊周边浅层地下水中溶解性碳浓度变化.研究结果以期为了解高原湖区碳随地下径流入湖等区域碳循环及评估浅层地下水中溶解性碳对污染物的衰减提供科学依据.

关键词：溶解性有机碳(DOC) 溶解性无机碳(DIC) 浅层地下水高原湖泊农业集约化强度

紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳氮空间分布的影响

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环境科学 2024年第7期45卷 4206-4217页

作者：李子阳刘伟李春培朱波周明华中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室成都610041 中国科学院大学北京100049 四川省泸州市叙永县农业农村局泸州646400

为了弥补我国四川盆地紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳(C)和氮(N)时空分布影响的研究不足,依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站在万安小流域建立的长期观测样地,对比分析了约30年历史的退耕林地及其邻近的坡耕地不同坡面位置土壤... 详细信息

为了弥补我国四川盆地紫色土丘陵区退耕还林对坡地土壤碳(C)和氮(N)时空分布影响的研究不足,依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站在万安小流域建立的长期观测样地,对比分析了约30年历史的退耕林地及其邻近的坡耕地不同坡面位置土壤的C、N形态、含量及其储量.结果发现,退耕还林后,显著增加了剖面土壤有机碳(SOC)含量及储量(P0.05).此外,研究还发现空间位置对坡耕地土壤TN、SOC、NO_(3)^(−)-N、NH_(4)^(+)-N和DOC含量均有显著影响(P上坡位>中坡位,而土壤NO_(3)^(−)-N、NH_(4)^(+)-N和DOC含量沿坡面的变化趋势大小则为:上坡位<中坡位<下坡位.退耕林地土壤仅DOC含量受坡位的显著影响,并沿坡面向下呈增加趋势.结果表明,在评估紫色土丘陵区土地利用变化对土壤碳氮储量的影响时,不能忽视地形等因素的影响.

关键词：紫色土退耕还林坡位土壤氮(N) 土壤碳(C) 空间分布

基于生态系统服务功能的伊犁河流域农业土壤质量时空变化特征

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农业资源与环境学报 2024年

作者：黄丹周明华盛响元任兵中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室中国科学院大学

分析土壤质量的时空变化特征、构建基于生态系统服务功能的土壤质量评价体系，对于确保土壤质量在维护土地生产力、环境质量以及保障人类健康等方面至关重要。本研究通过构建基于生态系统服务功能的土壤质量评价指标体系，利用土壤质量... 详细信息

分析土壤质量的时空变化特征、构建基于生态系统服务功能的土壤质量评价体系，对于确保土壤质量在维护土地生产力、环境质量以及保障人类健康等方面至关重要。本研究通过构建基于生态系统服务功能的土壤质量评价指标体系，利用土壤质量等级、土壤质量指数（SQI）以及土壤功能状况等对伊犁河流域农业土壤质量进行综合评价，并综合分析了1990—2020年土壤质量的时空变化特征。结果显示，1990—2020年伊犁河流域农业土壤质量整体向好发展，主要表现为土壤质量等级以优（土壤质量总体得分 [80， 100] ）和良（土壤质量总体得分 [60， 80) ）为主，优等级土壤占比增长31.15%；伊宁市、霍城县和霍尔果斯等市的SQI随年限增长而增加；栖息地与多样性、养分供应和循环、作物生产、碳固存以及净水与调节功能得分均有所上升，分别增长0.26、0.19、0.15、0.14和0.12。研究表明，相较于传统评价方式，本研究构建的基于生态系统服务功能的土壤质量评价体系有利于动态反映土壤质量变化和全面评价土壤功能。

关键词：生态系统服务土壤质量时空变化伊犁河流域

1991—2020年西藏水源涵养时空演变特征

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草业科学 2024年

作者：项巧范继辉杨紫滟中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室中国科学院大学

西藏是“亚洲水塔”的一部分，探明全球变化背景下其水源涵养量的时空演变特征，可为区域生态安全屏障构建提供支撑。本研究基于InVEST模型估算了西藏1991—2020年的水源涵养量，并探讨了关键因子的影响。结果表明：1）西藏多年平均水... 详细信息

西藏是“亚洲水塔”的一部分，探明全球变化背景下其水源涵养量的时空演变特征，可为区域生态安全屏障构建提供支撑。本研究基于InVEST模型估算了西藏1991—2020年的水源涵养量，并探讨了关键因子的影响。结果表明：1）西藏多年平均水源涵养深度为84.32 mm，呈西北低，东南高的格局；2）1991—2020年，其距平值以0.72 mm/a的速率显著（P<0.05）增加，全域有81.98%的区域呈上升趋势；3）西藏全域除东部外，气候呈暖湿化转变，降水增幅大于蒸散发需求，主导水源涵养呈正向变化；4）草地的退化导致西藏水源涵养能力降低了21.14%，西藏草地土壤相较于林地，在缺水地区具有更强的持水能力。为了保护西藏生态安全屏障，应考虑在怒江源等区域设立保护区，并实施保护原生草原、控制人工林在缺水地区种植等措施。

关键词： InVEST 水源涵养气候变化土地利用覆被

酸化环境对紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其酸缓冲容量的影响

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土壤学报 2024年第1期61卷 258-271页

作者：李春培李雪汪璇刘刚才赵吉霞熊俊芬云南农业大学资源与环境学院昆明650000 中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院大学北京100049

为研究酸化环境对紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其酸缓冲容量的影响,以侏罗纪紫色岩层中的遂宁组(J3s)、沙溪庙组(J2s)和蓬莱镇组(J3p)为研究对象,设置pH分别为2.5、3.5、4.5、5.6等4个酸性环境,以及去离子水(pH=7.0)为对照处理(CK)... 详细信息

为研究酸化环境对紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其酸缓冲容量的影响,以侏罗纪紫色岩层中的遂宁组(J3s)、沙溪庙组(J2s)和蓬莱镇组(J3p)为研究对象,设置pH分别为2.5、3.5、4.5、5.6等4个酸性环境,以及去离子水(pH=7.0)为对照处理(CK),采用循环浸泡试验和模拟淋溶试验,研究酸性环境对紫色母岩风化产物特征的影响。结果表明,通过酸化环境处理后,3组紫色母岩风化产物交换性盐基离子及其总量均随酸化环境的pH降低而减小,且3组紫色母岩风化产物的酸缓冲容量与其交换性K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)含量以及交换性盐基总量均呈极显著正相关关系(PMg^(2+)>Na+>K^(+)。本试验中淋溶处理下风化产物酸缓冲容量、交换性盐基离子及盐基总量低于浸泡处理。可见,丘陵地带坡面的矿物或养分的迁移以淋溶作用为主,平地的矿物或养分的迁移以浸泡作用为主。因此,酸沉降可能在一定程度上加速坡面土壤侵蚀的发生,进而导致平原化进程的加速。

关键词：紫色母岩模拟酸雨循环浸泡淋溶成土特征

川中丘陵区紫色土抗生素残留特征及其生态风险

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山地学报 2024年第2期42卷 164-173页

作者：周涛苏正安刘刚才谢骁健周铃中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室中国科学院大学

抗生素在表层土壤中富集，将干扰植物、土壤动物以及微生物的生长发育，威胁生态系统安全。紫色土作为长江中上游重要的农业土壤资源，其抗蚀性弱和优先流发育的特点为环境残留抗生素迁移提供了动力条件。目前相关研究多针对目标抗生素... 详细信息

抗生素在表层土壤中富集，将干扰植物、土壤动物以及微生物的生长发育，威胁生态系统安全。紫色土作为长江中上游重要的农业土壤资源，其抗蚀性弱和优先流发育的特点为环境残留抗生素迁移提供了动力条件。目前相关研究多针对目标抗生素的环境迁移行为，土壤残留抗生素的自然丰度、自然污染特征以及环境风险尚不明晰。本研究选择川中丘陵区6种典型土地利用类型（旱地、林地、果园、水田、化肥菜园和粪肥菜园）的紫色土土壤及灌溉水为研究对象，对5类11种抗生素进行残留量的测定，并利用风险商值法进行抗生素生态风险评估。结果表明：（1）土壤中检出金霉素、诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星。其中，诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星仅在粪肥菜园土壤中有检出，其残留量分别为5.95、3.36和6.52μg·kg-1;金霉素在粪肥菜园土壤中残留量最高，为43.00μg·kg-1。（2）灌溉水中各类抗生素含量均低于仪器检出限。（3）研究区内土壤抗生素风险商值范围为0.08～0.43,处于中低生态风险水平，但抗生素残留量均小于国际土壤生物毒性触发值(100μg·kg-1),处于相对安全的生态风险水平。（4）研究区内土壤抗生素来源可能与有机肥施用有关，通过调整施肥结构可能在一定程度上降低抗生素的环境生态风险。本研究可为川中丘陵紫色土区生态安全建设提供依据。

关键词：抗生素残留土地利用生态安全紫色土粪肥浇灌

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桑干河流域淤地坝沉积泥沙特征及其来源解析

水土保持学报 2024年第1期38卷 49-59页

作者：谢骁健苏正安周涛王丽娟周铃中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室成都610041 中国科学院大学北京100049

[目的]为查明桑干河流域的泥沙主要策源地和侵蚀产沙变化。[方法]选取阳原县高墙乡典型淤地坝沉积泥沙为研究对象,利用复合指纹识别技术,测定沉积泥沙及其源地的土壤粒径、SOC、TN、137 Cs、低频质量磁化率等9种指纹因子,研究了不同淤... 详细信息

[目的]为查明桑干河流域的泥沙主要策源地和侵蚀产沙变化。[方法]选取阳原县高墙乡典型淤地坝沉积泥沙为研究对象,利用复合指纹识别技术,测定沉积泥沙及其源地的土壤粒径、SOC、TN、137 Cs、低频质量磁化率等9种指纹因子,研究了不同淤积阶段的泥沙策源地及坝控小流域侵蚀产沙演变规律。[结果](1)沉积泥沙中137 Cs平均含量较低,与沟壁土壤无显著差异(p>0.05),但极显著小于林草地和耕地的137 Cs含量(p耕地(15.36%±8.46%)>林草地(1.96%±0.33%);(3)在小流域侵蚀产沙过程中,沟壁长期是主要的泥沙贡献区,林草地对侵蚀性降雨的响应较弱,耕地在极端暴雨发生时其泥沙贡献率显著上升。[结论]137 Cs核素示踪技术有效地适用于该区小流域主要泥沙策源地判别,复合指纹技术则可以更好地厘定多元泥沙策源地。沟蚀引起的沟壁崩塌是桑干河流域土壤侵蚀严重的主要原因。

关键词：复合指纹识别技术侵蚀变化泥沙来源淤地坝沉积旋回

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低分子量有机酸浸提对紫色土金属阳离子释放和化学蚀变的影响

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水土保持学报 2024年

作者：李华辉李雪李琬婷王婷李春培王雪瑶赵吉霞云南农业大学资源与环境学院中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所

[目的]通过探究植物根系分泌物中的低分子量有机酸对紫色土壤金属阳离子释放的具体影响机制,解析植物根系在矿物风化和土壤形成中的作用。[方法]采用有机酸浸提试验,研究不同低分子量有机酸下紫色土结构崩解特征及风化过程中离子的释放... 详细信息

[目的]通过探究植物根系分泌物中的低分子量有机酸对紫色土壤金属阳离子释放的具体影响机制,解析植物根系在矿物风化和土壤形成中的作用。[方法]采用有机酸浸提试验,研究不同低分子量有机酸下紫色土结构崩解特征及风化过程中离子的释放规律,定量分析释放速率与时间的相互关系,并探讨不同有机酸对化学蚀变指数（CIA）的影响。[结果]有机酸处理能显著提高紫色土风化产物的CIA值,增幅为7.25%～15.42%,在相同浓度下,柠檬酸较草酸更能加速风化过程;电镜（SEM）扫描结果显示有机酸促进紫色土的结构破坏,Matlab软件分析进一步表明有机酸浸提处理促进土壤矿物表面孔隙的发育,降低土壤颗粒的均匀程度;不同浓度的低分子量有机酸（LMWOAs）浸提处理时土壤金属阳离子释放速率不同,且随着浸提时间的持续,释放速率逐渐降低。金属离子的释放速率随有机酸浓度的增加而增加,且离子释放总量整体呈现Fe3+>Mg2+>Mn2+> K+> Ca2+> Na+的规律,通过多元非线性回归建立溶液酸度变化条件下的金属阳离子释放速率的定量分析模型发现,金属阳离子的释放速率与时间之间存在显著的指数函数关系。[结论]低分子量有机酸浸提促进紫色土金属阳离子释放和风化,且柠檬酸较草酸显著。

关键词：紫色土低分子量有机酸离子释放化学蚀变指数(CIA) 金属阳离子

高山生态系统生物土壤结皮对磷循环影响研究进展

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土壤通报 2024年第3期55卷 867-875页

作者：罗朝逸吴艳宏中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室四川成都610299 中国科学院大学北京100049

生物土壤结皮是由土壤表层颗粒物、植物和微生物群落胶结形成的混合物,对特殊环境下元素生物地球化学循环具有重要作用。论文概述了生物土壤结皮组成、类型和演替过程,简要总结了生物土壤结皮的4种功能特性,分析了生物土壤结皮对高山生... 详细信息

生物土壤结皮是由土壤表层颗粒物、植物和微生物群落胶结形成的混合物,对特殊环境下元素生物地球化学循环具有重要作用。论文概述了生物土壤结皮组成、类型和演替过程,简要总结了生物土壤结皮的4种功能特性,分析了生物土壤结皮对高山生态系统磷生物地球化学循环的作用方面的研究进展,对生物土壤结皮影响磷循环的过程和机制进行了探讨。在此基础上,从高山生物土壤结皮对磷生物有效性提升的作用角度,提出高山裸地土壤和植被快速发育的技术路径,为高山生态系统修复提供参考。

关键词：高山生态系统生物土壤结皮功能特性磷循环生态恢复