氮添加对黄土高原草原生态系统净碳交换的影响

以黄土高原典型草原为对象，采用静态箱-红外分析仪联用法进行野外原位试验，研究氮添加对生态系统CO₂通量的影响。设置6个氮添加水平，分别为N0（0）、N1（1.15 g·m^-2·a^-1）、N2（2.3 g·m^-2·a^-1）、N3（4.6 g·m^-2·a^-1）、N4（9.2 g·m^-2·a^-1）和N5（13.8 g·m^-2·a^-1），氮素类型为尿素（（NH₂）₂CO）。结果表明：氮添加处理没有改变生态系统碳交换的季节动态趋势，但是增加了生态系统净碳交换能力（NEE）、生态系统呼吸（ER）和总生态系统生产力（GEP）的峰值。N2、N3、N4、N5处理的NEE生长季绝对累积量分别比对照增加62%、45%、72%和48%；ER累积量分别增加66%、69%、78%、70%；GEP累积量分别增加65%、66%、77%、68%。氮添加处理增强了黄土高原典型草原植物生长季的碳汇功能。0~10 cm层土壤温度和湿度是影响黄土高原典型草原生态系统净碳交换的重要因素。     

基于风廓线雷达的北京春季一次“先霾后沙”空气污染过程分析

利用NCEP再分析资料、逐小时污染物浓度数据、风廓线雷达及地面常规观测资料，对北京2018年3月26—29日一次“先霾后沙”的空气污染过程进行了分析。结果表明：霾污染期间PM_2.5峰值浓度为242 μg·m^-3，PM_2.5/PM₁₀值为0.86。受蒙古气旋影响，PM₁₀浓度出现爆发性增长，增长速率达到912 μg·m^-3·h^-1，PM_2.5/PM₁₀值下降至0.11。霾主要影响时段边界层内以西南风为主，平均通风量为15 907 m²·s^-1，大气边界层以稳定的弱上升或下沉运动为主；而沙尘影响时段平均通风量为9 226 m²·s^-1，沙尘天气爆发前边界层明显的下沉运动先于地面污染物浓度的变化。基于后向轨迹模式和潜在源贡献分析方法PSCF计算结果，霾影响时段河北中南部、山西中部等地对北京PM_2.5贡献较多；而沙尘影响时段，北京地区的PM₁₀主要来源于内蒙古中部和辽宁西部。     

阿拉善荒漠典型植物功能群氮、磷化学计量特征

氮（N）、磷（P）作为荒漠生态系统重要的养分元素和限制性因子,在维持植物功能群组成及结构稳定、生态系统内养分循环中发挥着重要的作用。本研究沿水热梯度从东至西在阿拉善荒漠设置52个调查样地,通过对优势植物的调查取样,分析了荒漠植物不同功能（类）群N、P元素的生态化学计量特征,并就N、P含量及N：P值对荒漠植物的限制性作用进行了检验和讨论。结果显示：（1）所调查阿拉善荒漠区植物叶片的N、P含量分别为10.65±7.91 mg·g^-1和1.04±0.81 mg·g^-1,N：P值为11.53±5.06,叶片N含量与P含量及N：P值均显著正相关,P含量与N：P值显著负相关;通过对比分析认为该区植物同时受到N、P双重制约,且更易受N限制。（2）从植物生活型比较,认为草本植物叶片N、P含量均高于灌木植物叶片,而灌木植物叶片的N：P值大于草本植物;对光合作用途径分析发现,C₃植物叶片N含量高于C₄植物叶片,而C₄植物叶片P含量高于C₃植物叶片;从系统发育类型方面分析,认为单子叶植物叶片N含量低于双子叶植物叶片N含量,而P含量则高于双子叶植物叶片P含量。     

科尔沁沙地植物功能性状的尺度变异及关联

调查了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘18个样地的物种组成,测定了28种植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)和叶干物质含量(LDMC)等3个植物功能性状,并用性状梯度分析法对3个功能性状在群落水平上的变化进行了分解,研究了沙丘固定过程中的植物功能性状的尺度变异及其与生境变化的关系。结果表明:(1)随着沙丘的固定,群落平均LA逐渐增大,群落平均SLA及LDMC在半固定沙丘上最小;(2)群落平均SLA的生态位宽度随着沙丘固定程度依次减小,流动、半固定沙丘植物群落的适应能力较固定沙丘更强;(3)沙丘固定过程中物种性状值的变化与群落内共生植物种性状间变异的关联相比于群落间性状的变异更密切。沙丘固定导致了物种LA与LDMC较强的正相关关系,两性状在群落间的依赖性比群落内的强。物种在群落内和群落间采取不同的策略来适应沙丘固定过程生境的变化。     

灌水量对土壤水肥分布与春小麦水分利用效率的影响

通过对春小麦不同灌水量土壤剖面水分和可溶性养分分布、农田实际蒸散量、作物水分利用效率及生物指标等的测定与计算,对沙坡头层次性土壤种植春小麦最适宜灌水量进行了研究。结果表明:(1)在春小麦拔节期及扬花期,以500 m³·hm^-2、750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2水量灌溉,土壤剖面30~100 cm深度土壤含水量随灌水量的增加而明显增加。(2)拔节期3个灌溉水平土壤剖面可溶性养分含量分布的峰值均出现在 0~20 cm土层,但其浓度的下移随灌水量的增加而降低;扬花期土壤剖面可溶性养分含量的峰值随灌水量的增加而下移。在灌水量为500 m³·hm^-2时可溶性养分浓度最高。(3)作物耗水量和农田实际蒸散量均随灌水量的增加而增加,春小麦的水分利用效率则随灌水量的增加而降低,与灌水量为500 m³·hm^-2相比,灌水量为750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2时籽粒水分利用率分别降低83.33%和147.50%。可见,在该土壤上种植春小麦的最适宜灌水量为500 m³·hm^-2,灌水量可保持在土壤田间持水量40%左右。     

沙地影响玉米产量形成因子的量化研究(I)

采用二次回归通用旋转组合设计方法,对沙地玉米的水肥因子进行了量化试验研究。结果表明,试验条件下沙地农田当土壤相对含水量保持在67.2%,施用尿素52.5 g·m^-2和施用磷肥36.7g·m^-2时,可以获得1.32 kg·m^-2的最高产量。影响玉米产量形成的敏感因子首先是氮肥施用量,其次是土壤相对含水量,而磷肥施用量对玉米增产效果不明显。玉米的产量(Y)与土壤相对含水量因子(X₁)、氮肥施用量因子(X₂)和磷肥施用量因子(X₃)的关系为:Y=5.16+0.151x₁+0.284x₂-0.182x₃+0.199x₁x₂+0.403x₁x₃-0.215x₂x₃-0.193x₁²-0.415x₂²-0.002x₃²。     

内蒙古一次沙尘过程的数值模拟

利用WRF-chem模式耦合Shao04起沙参数化方案，研究了2015年内蒙古春季一次冷涡沙尘过程。对比分析模式模拟结果和Micaps、CLIPSO、PM₁₀观测资料后发现，WRF-chem可以较好地刻画沙尘的水平和垂直输送。此次沙源地主要分布在蒙古国南部、内蒙古中部偏北区域和浑善达克沙地。蒙古国南部和内蒙古中部偏北区域最大起沙量分别为77.4 g·m^-2和112.7 g·m^-2，最大干沉降分别为253.2 μg·m^-2·s^-1和427.2 μg·m^-2·s^-1，内蒙古中部偏北区域的沙尘柱总量（87.3 g·m^-2）大于蒙古国南部（41.3 g·m^-2）。浑善达克沙地土壤干燥，所以沙尘排放量（215.6 g·m^-2）、柱总量（132.7 g·m^-2）、沉降速率（809.3 μg·m^-2·s^-1）均较高。沙尘在锋前暖湿气流的抬升作用下，可以实现上对流层-下平流层之间的输送，高层的沙尘虽然浓度较低，却可以输送更远。沙尘气溶胶夜间增加大气层顶向上的长波辐射，同时加热大气，增加边界层高度。     

黑河流域水资源生态环境安全问题研究

对黑河流域水文资料进行分析计算发现, 由于有冰川补给流域水资源比较稳定, 最枯年和最丰年水资源量之比仅为1:2, 这在北方河流中是非常罕见的。多年平均水资源量为32.31亿m³·a^-1, 人均水资源量为1689m³·a^-1, 略低于国际上公认的人均水资源安全警戒线1000~1700m³·a^-1的上限。根据黑河流域水资源反复转化多次重复利用的特点, 扣除7.5亿m³·a^-1的生态用水量, 结合流域正在执行的综合整治和节水措施的推广, 目前水资源状况是安全的, 下游生态环境的危机可以通过水资源统一调配来解决。依据天然出山水资源变化和水土资源开发利用规模及额济纳旗生态环境状况, 在不增加土地灌溉规模并适当采取节水措施的前提下, 可以确定32.31亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全临界线, 28亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全警戒线。     

闽江河口感潮湿地入侵种互花米草甲烷通量及影响因子

2007年利用静态箱-气相色谱仪法对闽江河口湿地外来入侵种互花米草斑块甲烷通量进行测定。结果表明,互花米草甲烷排放通量有明显的季节变化,涨潮前和落潮后甲烷通量平均值分别为13.12和12.94mg/(m²·h);涨落潮过程,互花米草斑块排放到潮水的甲烷通量(3.07mg/(m²·h)大于排放到大气的甲烷通量(2.35mg/(m²·h),差异不显著;涨落潮过程中排向大气和潮水的甲烷通量之和(5.42mg/(m²·h)与涨潮前、落潮后甲烷通量差异显著;互花米草排向大气甲烷总通量86.86g/(m²·a),排向潮水甲烷总通量7.84g/(m²·a)。     

基于CSCS改进CASA模型的中国草地净初级生产力模拟

将草原综合顺序分类系统（CSCS）中的热量指标（∑θ）和湿润度指标（K）引入CASA模型。利用该模型模拟了2004-2008年中国41个草地类的净初级生产力（NPP）,并分析了其时空变化和不同草地类NPP变化。结果表明：2004-2008年中国草地NPP模拟平均值与实测平均值分别为503.8 g·m^-2·a^-1和567.3 g·m^-2·a^-1,两者较为接近。各类草地的平均误差和平均相对误差均值分别为4.85 g·m^-2·a^-1和7.6%。草地NPP的实测值和模拟值相关性较好。改进CASA模型模拟值比Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟值更接近实测值。NPP空间分布呈东高西低,南高北低,从西北向东南逐渐增加的趋势,体现了K和∑θ的水平和垂直地带性分布规律。2004-2008年中国草地NPP总体呈现增加趋势,其总量增加了23.0%。草地NPP年均值在不同植被类型中差异显著,分布规律与CSCS划分草地类的K和∑θ密切相关。总之,改进后的CASA模型模拟精度较高,实现了草地NPP模拟与草地分类的相互关联。     

毛乌素沙地丘间低地主要植物叶片性状及其相互关系

以毛乌素沙地丘间低地30种主要植物为研究对象,比较不同功能群植物叶片性状的变异特征,分析植物叶片各性状之间的关系。结果表明:30种植物的比叶面积的变异系数最大,比叶面积与叶片干物质含量呈现极显著的负相关关系,叶片干物质含量与叶片碳含量呈显著的正相关关系,叶氮含量与叶片碳氮比呈极显著负相关关系,叶面积与其他所有的叶片性状都无相关性。比叶面积、叶片干物质含量、叶面积、叶氮含量和叶碳含量在不同功能群之间存在显著差异,叶片碳氮比在不同功能群之间没有显著差异。研究结果有助于了解毛乌素沙地丘间低地环境变化对植物种群的作用,增进对丘间低地植被演变特征的认识。     

甘肃省摩天岭北坡木本植物叶性状变异及关联

调查了摩天岭北坡以常绿阔叶林带与落叶阔叶混交林为主的低海拔区(700~1 500m)和针阔叶混交林与亚高山针叶林为主的高海拔区(2 100~3 400m)的21个木本植物群落组成,测定了104种植物的比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶片全磷含量(TPC)、叶片全氮含量(TNC)、叶片全碳含量(TCC)以及叶片厚度(LT)等6个植物功能性状。采用相关性分析对6个植物功能性状的变异和关联进行分析。结果表明:(1)SLA、LT和TCC在高海拔区明显高于低海拔区,而LDMC和TNC表现出高海拔区低于低海拔区;(2)SLA均随海拔的升高表现出降低的趋势,而LDMC和LT都随海拔的升高呈现增加的趋势。低海拔区TCC和高海拔区TCC都随海拔的升高呈增加的趋势;低海拔区TNC和TPC随海拔的变化与高海拔区相反,TNC和TPC在低海拔区随着海拔的升高表现出增加的趋势,而在高海拔区随海拔的增加呈现降低的趋势。(3)在高、低海拔区,SLA与LDMC、LT和TCC均呈极显著的负相关关系(P<0.01),LDMC与LT和TCC呈极显著的正相关关系(P<0.01)。摩天岭北坡不同海拔区木本植物叶片功能性状与海拔的关系,反映了该区域木本植物的不同叶片功能性状对海拔决定的环境异质性的协同响应和适应。     

中国森林叶片功能属性的纬度格局及其影响因素

为了探究森林植物叶片功能属性的地理格局及其影响因素,在2013年7-8月期间系统调查了中国东部南北样带9个森林生态系统的847种植物的叶片面积（LA）、叶片厚度（LT）、比叶面积（SLA）和叶片干物质含量（LDMC）,并结合群落结构计算了各属性的群落加权平均值（LA_CWM、SLA_CWM、LT_CWM和LDMC_CWM）。结果显示：847种植物的LA、LT、SLA和LDMC的平均值（±标准误）分别为2860.01±135.37 mm²、0.17±0.003 mm、20.15±0.43 m² kg^-1和 316.73±3.81 mg g^-1。SLA和LDMC表现出了明显的纬度格局,随着纬度增加,SLA逐渐增加,LDMC降低;然而,LA和LT沿纬度的变化趋势不明显（R² = 0.02 ~ 0.06）。不同植物类型之间叶片属性的差异是影响LA、LT、SLA和LDMC空间变化的主要因素;叶片功能属性的群落加权值表现出了更加明显的纬度分布格局（R² = 0.46 ~ 0.71）,这主要受到了气候因素和土壤N含量的影响。本文结果完善了中国区域森林生态系统叶片功能属性地理分布的数据库,同时强调了在研究植物属性空间格局时,考虑群落结构在尺度扩展中的重要性。     

黑河中游沙枣树干液流的动态变化及其与林木个体生长的关系

利用热脉冲树干液流仪, 在生长季节对黑河中游防风固沙树种沙枣树干液流速率进行了连续观测, 结果表明: 沙枣树干液流速率没有明显的昼夜变化规律, 树干液流日平均值在(1.41±0.52)~(2.00±0.66)g·cm^-2·h^-1之间; 树干液流速率8月份最高, 7月份次之, 6月与9月份基本一致。不同的单株在相同月份平均树干液流速率存在差异。树干液流与树木的胸径、胸径的平方与树高之积呈复合指数函数关系, 与边材面积呈线性关系, 与叶面积指数呈现三次幂函数关系。     

沙土地夏玉米灌溉方式的试验研究

在豫北耕作层保水能力较差的砂壤土地带,围绕节水和增收,开展了夏玉米沟灌、常规畦灌及减少生育期内灌水次数的试验研究,每次畦灌定额控制在630~682.5m³·hm^-2,而沟灌条件下平均灌水量仅为442.5m³·hm^-2。研究结果表明,反映夏玉米生长速率的株高、叶面积指数等性状均是以抽雄期为界,之前增长迅速;抽雄时植株高度达2.50m左右,之后增长速率明显减慢;而抽雄至灌浆初期,叶面积指数保持在5.40~5.92的最高值,往后急剧地下降。不同灌水处理下生长速率的变化则是随着供水总量的增加呈同步增长趋势。在干旱年份,畦灌夏玉米全生长期耗水4278m³·hm^-2,沟灌及减少灌水次数的处理,耗水量分别为3762m³·hm^-2和3348m³·hm^-2。按生长阶段比较,抽雄~开花期日耗水强度最大,为66.75~76.50m³·hm^-2;其次是拔节~抽雄期,平均为65.50m³·hm^-2;播种~出苗期间日耗水强度仅为13.35m³·hm^-2。不同的灌溉方式与灌水量对夏玉米的穗粒重、千粒重及粒占穗重的百分比都有影响。对于宽行稀植作物采用沟灌方式,灌溉用水量小(平均为442.5m³·hm^-2),所供的水能集中于植株的根际附近,棵间蒸发的无效损耗少,穗粒重和千粒重都较高,产量达9616.5 kg·hm^-2,比畦灌条件下节省22.8%的灌溉用水,水分生产率提高16.9%。减少夏玉米生长期内的灌水次数,在降低水量消耗的同时,易造成较大幅度的减产(13.7%),因此,在夏玉米生长过程中,遇到偏旱年份,要特别注意防止缺水而引起的水分胁迫。     

沙冬青对土壤水分变化的生理响应

沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus(Maxim))是生长在沙漠地区及干旱荒漠区的常绿灌木,在干旱环境条件下形成了独特的生物学特性与生理生态适应性。研究结果表明,灌水前后沙冬青的光合作用和蒸腾作用变化很大。在土壤干旱时,其光合速率变化的日平均值仅为2.14μmol·m^-2·s^-1,其最大值仅为3.5μmol·m^-2·s^-1;此时叶片蒸腾速率变化的日平均值为7.03mmol·m^-2·s^-1,最大值为10.5mmol·m^-2·s^-1。而在土壤水分充足时,其光合强度和蒸腾强度明显提高,叶片光合速率的日平均值为5.97μmol·m^-2·s^-1,最大值为8.5μmol·m^-2·s^-1,均为干旱时的2倍以上;此时叶片蒸腾速率的日平均值为23.5mmol·m^-2·s^-1,最高值达30.1mmol·m^-2·s^-1,均为干旱时的3倍左右。分析沙冬青叶片气孔的调节作用与叶片的光合作用和蒸腾作用的关系可知,其气孔活动与蒸腾作用保持较为密切的相关关系,而其光合作用虽然也受气孔活动的影响,更主要是与其自身的生理生化特性有关。     

沙地玉米水分利用效率日变化特征

以科尔沁沙地玉米农田生态系统为研究对象，利用涡度相关技术和便携式光合作用测定系统（LI-COR6400）同步观测玉米（郑单958）主要生育期（苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期）群体和叶片尺度瞬时CO₂交换及水汽交换速率，并分析其水分利用效率的日变化特征。结果表明：各生育期玉米群体尺度瞬时CO₂交换速率分别为-2.205、-26.113、-26.118、-8.201、-3.672 μmolCO₂·m^-2·s^-1，叶片尺度光合速率分别为27.57、59.55、24.38、22.03、20.09 μmolCO₂·m^-2·s^-1。各生育期群体水分利用效率（WUE_C）的日动态呈现“L”型，峰值出现在日出后（约06：00），分别为0.025、0.039、0.088、0.058、0.191 gCO₂·g^-1H₂O，叶片尺度瞬时水分利用效率（WUE_L）的日动态呈“~”型，峰值出现在06：00—10：00，分别为0.029、0.041、0.017、0.019、0.024 gCO₂·g^-1H₂O。玉米各生育期群体及叶片尺度瞬时CO₂交换速率和水分利用效率均存在明显差异。