长江源区沼泽草甸多年冻土活动层土壤水分对模拟增温的响应

气候变化对高寒生态系统地气间水能循环过程产生强烈的影响, 因此, 气候变暖条件下的高寒生态系统水热过程和寒区流域水循环过程具有重要研究意义. 采用开顶式温室(OTC)对长江源沼泽草甸进行模拟增温试验, 分析了模拟增温对多年冻土活动层土壤水分的影响. 结果表明: 短期增温使得沼泽草甸生物量显著增加, 使得多年冻土活动层土壤冻结起始时间推迟、融化起始时间提前, 从而使融化期延长. 室外对比样地在65 cm深度存在明显的干层, 而OTC土壤水分随着深度加深不断降低. 增温使得多年冻土浅层土壤具有更高的含水量, 但并未导致表层土壤干化, 这与沼泽草甸土壤浅层密集的根系层和具有较强的持水和保水能力的有机质层有关.     

典型岩溶山坡土壤剖面水分对降雨响应过程研究

为揭示岩溶石山山坡降雨入渗补给机制,选取典型岩溶石山山坡土壤剖面为研究对象,于2015年7-10月期间对不同深度土壤水分进行高分辨率连续监测,研究典型场雨条件下土壤剖面水分对降雨的响应过程,分析土壤剖面水分的动态变化规律及其可能影响因素。研究结果表明:土壤剖面水分对降雨的响应受前期土壤含水量、降雨量、降雨强度的影响,还与土壤所处的地形地貌有关;表层土壤水分对首次次降雨响应的滞后时间与前期土壤含水量有关,响应时间在0.5~4.75 h之间,旱季响应时间比雨季长;降雨阈值是引起土壤水分降雨响应的重要条件,旱季6 mm降雨量是土壤水分响应的降雨阈值。当降雨量补充土壤水分亏缺后,土壤剖面水分对降雨响应迅速,响应时间最小为0.25 h,不同深度土壤水分对降雨的响应时间一致,说明下层土壤水分可能受到优先流或侧向径流补给影响。土壤含水量的变化幅度随土层深度的增加而减小,不同深度土壤水分变化主要受土壤-大气界面、土壤-植被、土壤-基岩界面控制下的气候条件、植被蒸散发和介质渗透性差异影响。      

青藏高原不同高寒生态系统类型下多年冻土活动层水热过程差异研究

基于青藏高原北麓河地区高寒草原、高寒沼泽草甸和高寒草甸生态系统下多年冻土活动层水热过程的监测数据,对活动层水热过程特征开展了相关研究。研究结果显示,在活动层厚度、冻融时间、持续时间以及活动层土壤水分含水量分布方面,不同的高寒生态系统下活动层的上述属性特征差异明显。高寒草原下多年冻土活动层厚度最大,土体开始融化的时间最早,每年持续融化的日数也最长;高寒草甸最小,高寒沼泽草甸居中。高寒草原下活动层土壤含水率从上到下逐渐增加,水分基本集中在活动层的中下部分;高寒沼泽草甸下活动层土壤水分的分布情况相对比较均衡;高寒草甸下活动层土壤含水率分布呈现从上到下逐步减少的模式,越靠近地表土壤含水率越大。对监测数据的进一步分析发现,不同的高寒生态系统下,近地表地温与气温温差累计值、近地表土壤有机质含量、n因子特征以及近地表地温标准差统计特征都具有明显的区别。研究分析表明,多年冻土活动层水热过程特征与高寒生态系统类型具有明显的关联性,高寒生态系统会影响近地表能量通量,从而使地-气热量交换产生差异,这一差异又将改变活动层土壤温度、水分分布特征及其动力学过程。     

祁连山水合物分布区不同高寒生态类型冬季表层土壤中古菌群落及变化特征

祁连山冻土区是我国青藏高原重要永久冻土区之一,也是我国陆域天然气水合物分布的重要地区。前期调查表明祁连山木里天然气水合物钻井区一带具 有丰富多样的高寒冻土生态类型。为了解该地区高寒草甸和高寒沼泽草甸表层土壤中古菌群落的多样性及分布特征,对2014年初冬在该区采集的表层土壤样品利用16S rRNA分子生物学技术和 地球化学等方法进行了分析和研究。结果显示,高寒草甸区土壤呈中性,而高寒沼泽草甸区土壤呈弱酸性。钻井区土壤中的TOC和顶空气甲烷含量均显著高于背景区,而在背景区内的两种生态 类型土壤中的TOC和顶空气甲烷含量差别较小。钻井区(除1个点)微生物细胞丰度高于背景区2~5倍。冬季表层土壤中的古菌多样性较低,含泉古菌的3个类群和广古菌的3个类群。不同植被类型 古菌群落的优势种群显著不同,在高寒草甸区为泉古菌门的Group Ⅰ.1b,而高寒沼泽草甸区为广古菌门的甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)。根据研究结果推测,土壤水分可能是导致高 寒草甸区和高寒沼泽草甸区细胞丰度和古菌群落差异的一个主要原因,高寒沼泽草甸区内产甲烷菌占优势可能与土壤高TOC含量有关。高寒沼泽草甸土壤中存在较丰富的产甲烷古菌,它们在厌 氧条件下的甲烷氧化作用也是土壤中甲烷来源之一。     

青藏高原多年冻土区不同草地类型生态系统呼吸季节差异性

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明：生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0.30~0.92）高于沼泽草甸（0.12~0.29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0.31和0.36 μmol·m^-2·s^-1,生长季分别为1.99和2.85 μmol·m^-2·s^-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419.01 gCO₂·m^-2,显著高于高寒草甸（1 042.99 gCO₂·m^-2）,其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268.13和340.40 gCO₂·m^-2,分别占全年的25.71%和23.99%。两种草地类型生态系统呼吸与气温、5 cm和20 cm地温均显著相关,可解释37%~73%的季节变异,除生长季沼泽草甸外,生态系统呼吸与5 cm地温相关性最高。非生长季5 cm地温对应Q₁₀为4.34~5.02,高于生长季（2.35~2.75）,且沼泽草甸高于高寒草甸。生长季生态系统呼吸与土壤水分无显著关系,而非生长季生态系统呼吸受土壤水分显著影响（R²：0.21~0.40）,随土壤水分增加而增加。     

青藏高原多年冻土区土壤需氧可培养细菌多样性及群落功能研究

以青藏高原腹地不同植被类型多年冻土区土壤细菌为研究对象, 分析了可培养菌群数量、 多样性和生理代谢功能的变化及其与环境因子间的关系. 结果显示: 从沼泽草甸到高寒荒漠, 土壤水分、 总碳、 总氮含量逐渐降低, pH值升高, 可培养细菌数量在2.97×10⁶~2.88×10⁷ CFU·g^-1, 与含水量、 总碳、 总氮显著正相关; Actinobacteria(51.4%)和γ-Proteobacteria(31.7%)为优势菌群, α-protebacteria仅在沼泽草甸中有分布, β-protebacteria、 Bacterioidetes丰度与含水量、 总碳、 总氮间显著正相关; 自沼泽到荒漠, 菌群代谢活性和Shannon功能多样性指数降低, pH与Shannon指数显著负相关, 继氨基酸类碳源之后, 多聚物逐渐成为被细菌群落主要利用的碳源种类. 研究表明, 伴随冻土退化地上植被逆向演替的过程, 青藏高原多年冻土地下土壤微生物群落丰度、 遗传和代谢功能多样性均发生了不同程度的响应.     

青藏高原多年冻土区活动层土壤入渗特征及机理分析

青藏高原多年冻土区活动层土壤的入渗规律研究是高寒区土壤水循环过程研究的主要内容。以青藏高原多年冻土区高寒沼泽草甸、高寒草甸和高寒草原的活动层土壤为研究对象,裸地为参照对象,分析了不同植被类型土壤的入渗规律及其主要影响因子。结果表明：不同植被类型土壤的入渗能力排序为高寒草原>裸地>高寒草甸>高寒沼泽草甸。高寒草甸土壤中致密的根系对土壤水分的运移具有强烈的阻滞作用,降低了土壤的入渗性能,而高寒草原土壤层根系较为稀疏,对土壤入渗的阻滞作用较弱,土壤水分向深层的渗漏速率较大。通过对比4种土壤入渗模型的模拟结果,发现Horton模型更适用于描述高寒草地土壤水分的入渗过程。另外,不同入渗模型对裸地入渗过程的模拟均优于其他植被类型草地,说明植被类型及植物的生长状况影响土壤入渗过程的模拟效果。全球变暖条件下,多年冻土区土壤入渗研究将为青藏高原多年冻土区陆地水文过程模型提供参数支持,为未来水资源变化研究提供基础数据。     

长试管静置沉降实验结果对湖盆细粒沉积纹层成因的启示*

沉积结构与沉积构造的研究是目前细粒沉积学中的重要内容。同时,富有机质泥/页岩的纹层成因也一直是困扰人们的难题。影响湖盆细粒沉积物纹层形成的因素很多,其中盐度、有机质含量是非常重要的因素,尤其是油页岩在淡水与咸水环境均可发育,其纹层的形成与水体盐度有何关系需要深入探讨。通过长试管静置实验,模拟并观察在静水条件下,黏土矿物、富有机质泥质沉积物在淡水、微咸水及咸水3种湖盆水体环境中的沉降过程与沉降速率,通过实验观察绘制沉降过程曲线并计算沉降速率。研究表明: 在淡水中富有机质泥的沉降速率明显高于黏土矿物的沉降速率;而在微咸水与咸水中,黏土矿物的沉降速率明显比富有机质泥要高;同时,2种类型的细粒沉积物在3类水体环境中各自的沉降速率也存在不同的规律。通过分析实验结果,指出在不同水介质条件下,絮凝作用类型的差异与浮力作用的影响是造成细粒沉积速率差异的主要原因。而有机质、黏土矿物及水体盐度共同控制细粒沉积物的沉降速率,一旦这些条件发生变化,那么就容易形成类似或不同的纹层,尤其是有机质丰度与盐度变化时,更容易形成不同成分的纹层。因此,油页岩的形成除需要相对安静水体环境外,还与有机质丰度、黏土矿物含量、絮凝过程及水体盐度变化的综合响应有关,而并非单独与水体盐度相关。另外,受沉积作用影响,湖盆不同区域的细粒沉积构造类型有差异。     

长试管静置沉降实验结果对湖盆细粒沉积纹层成因的启示*

沉积结构与沉积构造的研究是目前细粒沉积学中的重要内容。同时,富有机质泥/页岩的纹层成因也一直是困扰人们的难题。影响湖盆细粒沉积物纹层形成的因素很多,其中盐度、有机质含量是非常重要的因素,尤其是油页岩在淡水与咸水环境均可发育,其纹层的形成与水体盐度有何关系需要深入探讨。通过长试管静置实验,模拟并观察在静水条件下,黏土矿物、富有机质泥质沉积物在淡水、微咸水及咸水3种湖盆水体环境中的沉降过程与沉降速率,通过实验观察绘制沉降过程曲线并计算沉降速率。研究表明: 在淡水中富有机质泥的沉降速率明显高于黏土矿物的沉降速率;而在微咸水与咸水中,黏土矿物的沉降速率明显比富有机质泥要高;同时,2种类型的细粒沉积物在3类水体环境中各自的沉降速率也存在不同的规律。通过分析实验结果,指出在不同水介质条件下,絮凝作用类型的差异与浮力作用的影响是造成细粒沉积速率差异的主要原因。而有机质、黏土矿物及水体盐度共同控制细粒沉积物的沉降速率,一旦这些条件发生变化,那么就容易形成类似或不同的纹层,尤其是有机质丰度与盐度变化时,更容易形成不同成分的纹层。因此,油页岩的形成除需要相对安静水体环境外,还与有机质丰度、黏土矿物含量、絮凝过程及水体盐度变化的综合响应有关,而并非单独与水体盐度相关。另外,受沉积作用影响,湖盆不同区域的细粒沉积构造类型有差异。     

青藏高原腹地不同退化程度高寒沼泽草甸生长季节CO2排放通量及其主要环境控制因子研究

采用静态箱～便携式红外色谱法对青藏高原风火山地区3种不同退化程度高寒沼泽草甸CO2排放通量进行了研究. 结果表明: 在整个生长期内3种不同退化程度沼泽草甸均表现为正排放, 排放高峰集中在7-8月份, 平均排放通量分别高达111.48 mg·m-2·d-1(未退化)、 77.28 mg·m-2·d-1(中度退化)和38.12 mg·m-2·d-1(严重退化). 不同退化程度沼泽草甸之间CO2排放通量存在明显差异, 表现为未退化>中度退化>严重退化. 气温、 5 cm土壤温度和湿度与3种不同退化程度高寒沼泽草甸CO2排放通量之间均呈显著正相关关系, 是控制CO2排放的主要环境因子.     

扎龙湿地土地利用类型评价研究

扎龙湿地属于典型的芦苇沼泽湿地,由于扎龙湿地水环境的变化,扎龙湿地土地利用类型的变化为:耕地、居民地、盐碱地总体上略呈增加趋势,草地呈减少趋势,湖泊和水库、明水沼泽、芦苇沼泽等湿地面积变化与来水量的丰枯变化相关,明水沼泽和芦苇沼泽的变化趋势呈反相关.土地利用类型对湿地面积的影响程度最大的是居民地面积,其次是耕地、盐碱地、草地面积的变化.     

雄安新区白洋淀湿地地表水和地下水转化关系及其对芦苇分布的影响

查明地表水和地下水作用关系对湿地生态保护与修复具有重要意义。采用地表水和地下水位监测、氢氧稳定同位素分析、湖床沉积物温度示踪等方法,研究了白洋淀渗漏对周边浅层地下水的影响范围和深度,评价了地表水垂向渗漏速率,并探讨了芦苇分布面积和地表水位以及地下水位埋深的关系。结果表明：白洋淀渗漏受地质结构和水力梯度等因素影响,对浅层地下水垂向上影响深度为20 m,水平向上影响范围存在较大空间变异。周边浅层地下水的补给来源为大气降雨和地表水,其中地表水渗漏的补给比例为0~90.5%。淀区渗漏速率0.01~0.59 mm/d,和含水层埋深关系密切,埋深越小,越有利于地表水渗漏。1976-2020年,白洋淀芦苇分布面积和地表水位关系密切。当地表水位为6.3~6.8 m时,芦苇分布面积最大,在水位小于6.3 m条件下芦苇面积随着水位增高而增加,大于6.8 m条件下随着水位增高而减少。芦苇台地下水位埋深和地表水位显著相关,在2020年4-9月芦苇生长期,除雨季前期外多数时段台地地下水埋深均适宜芦苇发育,建议在雨季前期实施生态补水,通过降低台地地下水位埋深促进芦苇生长发育。研究结果可为白洋淀生态补水、渗漏防治和生态保护提供参考。     

三江平原沼泽土微观特性试验研究

从微观形态、微结构特征、粒度分析、土颗粒间的排列方式、孔隙大小分布、有机质含量以及矿物成分等方面对三江平原的两种沼泽土和北京翠湖湿地土进行了一系列微观结构的对比试验.结果表明:沼泽白土和翠湖湿地土与一般软土性质相似,但沼泽黑土含水率、液性指数、孔隙比、孔隙数量、孔径和孔隙体积远远大于沼泽白土和翠湖湿地土,有机质含量最大,特性明显突出.研究成果有助于提高对沼泽土特性的认识,可为沼泽地陷落体救助和沼泽湿地保护和合理开发等工程建设提供参考.     

新疆伊犁盆地侏罗纪煤岩特征及煤相

应用煤岩学方法，探讨了新疆伊犁盆地侏罗纪煤的煤岩特征及煤相划分，将煤相划分为９种类型即干燥森林沼泽相，潮湿森林沼泽相，草木混生型沼泽相或芦苇沼炭沼泽相。通过煤相分析，为伊犁盆地成煤环境的研究提供了佐证。     

测量芦苇沼泽蒸散发量的渗流补偿方法

提出了一种蒸散发实测方法——三筒补偿蒸渗仪法,可以在不干扰芦苇生长状态的原形条件下,直接测算出芦苇沼泽蒸散耗水量和水面蒸发量。扎龙湿地2004、2005两年的实测结果表明,5月中旬至10月中旬间的芦苇带平均蒸散量(AET)为812.1 mm,水面蒸发量(E_w)为433.9 mm;芦苇沼泽蒸散耗水量最大值发生在6、7月份,而水面蒸发量最大值出现在5月份;各月的AET/E_w比率变化明显,平均值为1.87。还根据实测数据建立了扎龙芦苇沼泽蒸散发的多元回归模型,可为湿地水资源规划和管理服务。     

冻融交替对不同年代排水造林湿地土壤微生物活性及有机碳密度的影响

以小兴安岭湿地土壤为研究对象,基于室内分析和冻融实验,分析了冻融作用下不同年代排水造林湿地土壤微生物量、酶活性以及有机碳密度的变化趋势,探讨了不同年代排水造林湿地土壤微生物活性与有机碳密度之间的相关关系,以期为深入认识冻融期间高寒高纬度地区土壤碳循环过程提供参考依据。结果表明：（1）冻融次数对土壤微生物量碳、氮含量影响显著（P<0.05）,经历9次冻融循环后,土壤微生物量碳、氮含量比冻融前明显减少;在三种不同年代排水造林的湿地中,排水时间越短,土壤微生物量碳、氮含量下降幅度越大,表明长时间的反复冻融交替可能导致土壤微生物量的进一步减少。（2）冻融前后,土壤蔗糖酶和淀粉酶活性均表现为下降趋势,且多次冻融交替后,-25~5℃冻融处理比-5~5℃冻融处理酶活性更低,表明较大的冻融温差更能降低土壤酶的活性度。（3）随着冻融次数和冻融温度的变化,四种湿地的土壤有机碳密度基本保持稳定,但其与土壤微生物量、酶活性却存在着高度的正相关性,通过探究微生物活性所调控的土壤过程,可以直接或间接了解土壤有机碳密度的变化趋势,便于从本质上验证其响应机制。     

扎龙湿地包气带土壤水分垂直运移的稳定同位素研究

实测了扎龙湿地包气带土壤水以及芦苇的稳定同位素变化,通过建立模型和分析数据展开了湿地包气带土壤垂向水流运动情况的同位素示踪研究,分层计算了土壤水垂直运移量,建立起时段内通过土壤某一水平断面的土壤水垂直运移量与时段降雨量、时段土壤含水量变化的关系,分析结果对确定湿地垂向水流补给有重要意义。     

A S-isotope approach to determine the relative contribution of redox processes to net SO4 export from upland, and wetland-dominated catchments

Reoxidation of S stored in lowlands after summer droughts has been reported to be responsible for the excess SO₄ export observed in many catchments in south central Ontario. Stable S isotopes can be used to identify the source of SO₄ export in stream water, and are particularly well suited to evaluating zones of dissimilatory SO₄ reduction (DSR) and the contribution of oxidation of reduced S species to stream SO₄. The Plastic Lake-1 (PC1) stream drains an upland coniferous forest and then passes through a Sphagnum-dominated swamp before discharging to Plastic Lake. Measurements of SO₄ fluxes and isotope ratios were used to determine the source of net SO₄ export and the contribution of redox processes to S retention and export in the upland and wetland, respectively. Mass balance budgets for the years 1999/00 and 2000/01, which had comparatively wet summers, indicated that the upland part of the catchment consistently exported SO₄ in excess of bulk deposition inputs. In contrast, mass budget calculations for the swamp indicated a net retention of 3 and 2 g S-SO₄/m² of wetland area, in 1999/00 and 2000/01 respectively. Higher δ³⁴SO₄ ratios and lower SO₄ concentrations in the swamp outflow (average +8.6 ± 2.6‰; 1.5 ± 0.6 mg S-SO₄/L) compared to the inflow draining the upland (+5.4 ± 0.7‰; 2.4 ± 0.3 mg S-SO₄/L) indicated that DSR was at least partly responsible for net SO₄ retention in the swamp. Isotope values in upland stream water (+5.7 ± 0.7‰) were only slightly higher than values in bulk deposition (average +5.1 ± 0.6‰) and soil leachate (+4.4 ± 0.4‰) over the 2-year period of study. Similar δ³⁴SO₄ values in upland stream water compared to deposition and soil leachate, despite substantial variations in water table height in the streambed (92 cm), suggest that reoxidation of reduced sulphides is not an important contributor to SO₄ export from the upland. Rather, net SO₄ export from the upland subcatchment is likely due to net release from upland soil, and slight differences in δ³⁴SO₄ between bulk deposition and soil leachate are consistent with SO₄ release from organic S forms.     

基于综合识别方法的河北白洋淀湿地提取研究

湿地作为地球上宝贵的自然资源,在维持自然生态平衡、改善生态环境、防治污染等方面具有极其重要的功能。基于Landsat 8 OLI遥感数据,通过对比分析关于湿地和水体的不同提取方法及结果,确定了适合于白洋淀淀区湿地和开阔水体的最佳提取方法,并利用改进的指数方法和谱间关系法分别对淀区湿地和开阔水体进行了定量化提取。鉴于白洋淀淀区湿地主要包括开阔水体和芦苇区两部分,将淀区内湿地和开阔水体进行几何拓扑后,得到淀区内芦苇区的范围。总结出一套适用于白洋淀湿地及其组成部分提取的综合方法,为利用遥感技术在白洋淀淀区内提取湿地及相关信息提供了方法借鉴。     

再生水补水条件下土壤全氮空间分布特征

土壤中的氮素是植物生长发育的基础,由于城市湿地土壤受特殊水文条件影响,土壤全氮(TN)的分布规律和影响机制较为复杂,因此研究土壤TN的空间分布特征具有重大的生态意义。本文以再生水为主要补给水源的北京门城湖湿地公园为研究区,运用ArcGIS和地统计学对该区土壤TN的空间分布特征进行研究。结果表明:研究区土壤TN质量分数较高,差值明显,变异系数达47.35%;比较不同的植物群落区可知,香蒲群落区土壤TN质量分数最高。对影响研究区土壤TN分布的因素分析得出:土壤TN、全磷(TP)质量分数呈极显著正相关关系(r=0.81,P0.01);TN、土壤有机质(SOM)质量分数呈显著正相关关系(r=0.62,P0.05);气候因子中,湿度和温度对TN分布同样影响显著。水质参数中,再生水出水口处测得的土壤TN的指标数值更高,随出水口距离的增加,参数值总体呈下降趋势且逐步趋于稳定,说明植被对湿地土壤中氮素空间分布的调整具有重要作用。