环境因子影响下疏勒河上游高寒草甸物种丰富度与生物量间的关系

生物多样性与生产力的关系是生态学领域争论不休的重要科学问题。调查了青藏高原疏勒河上游高寒草甸典型植物群落物种丰富度、生物量及环境因子,分析了不同植物群落物种丰富度与生物量的关系及其差异性,并探讨了影响两者间关系的关键环境因子。结果表明：1）以莎草科或毛茛科物种为主要建群种的植物群落物种丰富度与生物量不存在显著的相关性（P>0.05）,如高山嵩草+苔草群落、线叶嵩草+黑褐苔草群落、唐松草+矮火绒群落、草苔草+昆仑蒿群落;而以禾本科为建群种的植物群落（紫花针茅+紫菀群落、紫花针茅+沙生风毛菊群落）两者间存着显著正相关性（P<0.05）.2）CCA排序中,环境因子对植物群落分布格局的累计解释量为83.4%,这说明环境异质性是影响植物群落空间格局的主要原因,其中冻土上限埋深是影响植物群落特征及分布的关键环境因子。冻土上限埋深小于-4m时,丰富度与生物量间存在着显著的正相关;冻土上限埋深大于-4m时,两者间无显著相关性。这有助于深刻认识生物多样性与高寒草甸生态系统功能的关系。     

基于地面激光扫描的典型海岸带盐沼潮滩地形反演

海岸带潮滩地形具有快速变化的特点;在盐沼植被覆盖的潮滩区域,地面激光扫描仪（terrestrial laser scanning,TLS）获取地形数据受到地表植被的影响。为了研究TLS在盐沼潮滩使用的地形测量精度与盐沼植被种类、盖度的关系,本文以芦苇群落、白茅群落、互花米草群落、海三棱藨草群落4种典型海岸带盐沼植被群落为研究对象,在移动窗口法的基础上辅以聚类分析的植被滤除算法,分别从点云原始数据中恢复地表地形地貌特征。研究结果表明：1）植被盖度越高,TLS反演地形精度越低,两者负相关。2）不同植被的激光穿透能力不同：盖度大于50%时,激光无法穿透原始盖度分别为70%、65%、65%的白茅群落、互花米草群落、海三棱藨草群落,均方根误差（root-mean-square error,RMSE）分别为22.0、22.0、8.6 cm;盖度等于50%时,白茅群落、海三棱藨草群落、芦苇群落和互花米草群落的RMSE分别为16.0、6.6、4.5、5.7 cm;盖度小于50%时,芦苇群落、互花米草群落、海三棱藨草群落地形反演精度小幅度提高,白茅群落地形反演精度提升较为明显。3）在盐沼潮滩地区使用TLS反演地形时,增加TLS架设高度、对同一区域多方位反复扫描可能有助于提高地形反演效果。     

寒旱环境盐生植物根-土复合体抗剪强度影响因素试验研究

为探讨寒旱环境盐生植物根系对增强土体抗剪强度的贡献,本项研究以柴达木盆地尕斯库勒盐湖区及其周边地区作为试验区,选取区内海韭菜（Triglochin maritimum Linn.）、芦苇（Phragmites australis Trin.）、无脉苔草（Carex enervis C.A.Mey.）、赖草（Leymus secalinus Tzvel.）、洽草（Koeleria cristata（L.）Pers.）5种优势盐生草本植物作为供试种,通过野外采集根-土复合体原状和不含根系的素土试样,且由表层向下层分层制取直剪原状试样方法,分别进行复合体和素土试样的室内直剪试验,分析不同取样位置深度处的含水量、垂直压力、根系分布形态、含根量以及根面积比5种因素对根-土复合体抗剪强度的影响。试验结果表明:随着取样深度位置处土体含水量增加,复合体黏聚力c值呈逐渐降低变化规律;5种植物根-土复合体和素土试样垂直压力和抗剪强度之间符合莫尔-库仑准则,5种植物根系起到浅层加筋作用且抗剪强度增幅为3.26%~57.18%。随着海韭菜和芦苇根-土复合体试样的根面积比（RAR）及无脉苔草、赖草和洽草根-土复合体试样含根量的减小,复合体试样黏聚力c值呈降低趋势;根面积比对海韭菜和芦苇根-土复合体黏聚力c值的影响程度,以及含根量对无脉苔草、赖草和洽草根-土复合体黏聚力c值的影响程度均相对大于含水量。5种植物根-土复合体在不同深度处黏聚力c值均显著高于素土黏聚力c值,其增强幅度为9.61%~182.56%,相比较而言,内摩擦角φ值变化相对较小。区内海韭菜根系对土体抗剪强度的增强作用相对较为显著,其次为芦苇、无脉苔草、赖草、洽草。该项研究结果对于进一步评价盐生植物根系增强土体强度作用,以及与试验区地质条件相类似的地区采用盐生植物有效防止水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有实际指导意义。     

不同海拔表层土壤微生物数量消长的机理

以乌鲁木齐河源区不同海拔表层土壤样品为研究材料,利用荧光显微计数技术、寡营养恢复培养技术等,研究了微生物的数量与土壤理化参数和植被类型的关联度.结果表明:表层土壤中可培养细菌数与表土含水量、总C、总N和pH值相关性不显著,与相应的植被类型明显相关,可培养细菌数从大到小所对应的植被为:苔草嵩草芨芨草针阔叶混交林云杉车前草山莓草;在相同植被类型下,可培养细菌数量表现出随海拔升高而降低的趋势.植被类型是影响土壤可培养细菌数量的主要因素,但海拔变化对可培养细菌数量的影响也不可忽略.     

黄河湿地孟津段不同植物群落类型土壤有机质含量变化特征研究

通过对黄河湿地孟津段不同湿地植被群落类型土壤进行采样分析,探讨了黄河小浪底水库修建之后调水调沙对下游滨河湿地不同植被群落类型土壤沉积特征的影响,并系统研究了滨河湿地土壤有机质的空间分异特征。研究结果表明：受上游小浪底水库建设的影响,滨河湿地不同植被群落类型土壤沉积层次和沉积厚度变化较大,近岸湿地植被向陆生演替的特征明显,土壤沉积加速、并不断向河道推移;滨河湿地不同植物群落类型、不同土壤层次的土壤有机质含量差异显著;典型湿地特征的植被群落表层土壤有机质含量明显高于其它深部沉积土壤;滨河湿地土壤有机质含量的显著差异性和受外部条件的显著控制作用,充分反映了滨河湿地生态系统的脆弱性。     

渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.     

重庆中梁山岩溶槽谷区表土孢粉与现代植被的关系研究

本文选取重庆中梁山岩溶槽谷区的表土和苔藓样品做孢粉分析,探讨其与现代植被的关系,并初步推断中梁山岩溶洼地的花粉来源,为其洼地剖面花粉来源提供参考。结果表明:表土花粉组合与现代植被类型具有较好的对应关系,耕地、撂荒地、灌木丛、马尾松林以及竹林能够较好地反映母体植被的群落组成;混交林与母体植被群落对应关系较差。由于洼地对区域花粉的汇聚作用,其表土花粉谱更能反映整个区域的植被状况。洼地表层样品中松属花粉来源是中梁山地区与西南风区域的花粉;落叶栎属、桤木属、枫杨属、葎草属等的主要来源是周围山地;禾本科花粉来源相对复杂。本研究可为在这一地区利用孢粉学开展第四纪古植被、古气候和古环境等研究提供参考性依据。      

北方泥炭沼泽中酚类物质释放的热敏感性研究:以英国威尔士地区雨养和矿养泥炭沼泽为例

利用高精度多梯度热培养系统,对英国威尔士地区两类典型的北方泥炭沼泽中酚类物质和溶解有机碳释放的热敏感性进行了为期1年的调查研究.研究结果表明,雨养泥炭沼泽(Bog)酚类物质释放的热敏感性Q10(总酚)月变化为0.92～1.57,而矿养泥炭沼泽(Fen)的月变化范围为0.93～1.30.酚类释放的热敏感性与土壤温度大致呈正相关关系.此外,土壤温度与溶解有机碳释放的热敏感性Q10(DOC)也呈正相关关系.总体上,雨养泥炭沼泽的热敏感性比矿养泥炭沼泽略高.除温度外,水文条件和植被等多种环境因子对酚类物质和溶解有机碳释放的热敏感性也有较大影响.研究结果还表明酚碳热敏感性比值Q10o(总酚)/Q10(DOC)相对稳定,土壤温度的变化对其影响有限.     

基于生态流量阈值的河流水文健康演变定量归因

环境变化改变了河流水文情势,影响了河流的生态系统健康,亟需开展变化环境下河流水文健康演变定量归因方法研究。选取北方半干旱地区老哈河流域为研究区,依据流域内3个水文站、17个雨量站和6个气象站1964—2016年数据,基于可变下渗容量模型还原河流的天然流量序列;采用概率密度法计算河流生态流量,基于生态流量阈值推求河流水文健康等级;基于"观测-模拟"对比分析法,定量分离气候变化和人类活动对河流水文健康情势的影响。结果表明:人类活动是甸子和太平庄子流域自1980年以来河流水文健康情势退化的主要原因,其贡献率分别为86.9%和87.9%;大面积农业灌溉用水引起地表径流下降以及水利工程改变天然水文情势,影响了河流水文健康情势;90年代降水量较为充沛,研究流域受人类活动影响程度较小,河流水文健康等级维持在较高的水平。综合生态流量阈值和"观测-模拟"对比分析方法可定量识别河流水文健康情势演变原因,为适应环境变化的河流健康管理提供科学依据。     

互花米草入侵下福建漳江口红树林湿地土壤生态化学变化

采集了福建云霄漳江口米草入侵下红树林自然湿地保护区内红树林群落、米草群落、红树林-米草交互群落以及光滩的剖面土壤样品,分析了土壤的总养分库、有效养分库及微生物活性等指标.结果表明,不同植被群落下土壤理化性质均存在明显差异.土壤有机质、全氮、全磷、阳离子交换量和微生物生物量碳、氮在同一深度的含量变化为:红树林＞红树林-米草混作＞米草＞光滩;土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶等酶活性指标也表现出相似的变化趋势.从深度变化而言,上述各项土壤质量指标均随剖面深度而降低.米草入侵后土壤的各项养分指标均有明显下降,湿地土壤生态化学性质发生了明显的退化.土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、氮含量以及土壤蔗糖酶与磷酸酶活性对滨海湿地土壤退化的反映最为强烈,可以作为指示性指标.     

The Correlation of Inorganic C,O Isotopic Values for Lake Chenghai Sediments and Its Environmental Implications

As one of the lakes on the Yunnan-Guizhou plateau, Lake Chenghai, which is a typical closed lake with the precipitation accounting for one-third or more of the annual water input, has a high total salinity (almost like a saline lake). The inorganic C, O isotopic composition of lake sediments bears much sensitive information about environmental change in the catchment, while their correlations revealed the hydrological conditions under which the lake was closed. Their compositional variations are controlled by temperature, precipitation, photosynthesis, dissolving equilibrium of the carbonate system and hydrological condition. According to our research on inorganic C, O isotopic composition of Lake Chenghai sediments, we investigated the environmental change of this catchment several decades ago. The results showed that Lake Chenghai has kept good hydrological closing conditions in the past several decades, as indicated by the good correlation of inorganic C, O isotopic composition of sediments; and that the environmental change in this catchment shows a tendency of periodical evolution on a 10⁻¹¹-years scale, although the signal noise is relatively high at the bottom of the sediment core. And we also can extend C, O isotopes, a sensitive environmental indicator, to nearly saline lake environments with a high degree of mineralization.     

Bacterial diversity and distribution in seven different estuarine sediments of Poyang Lake,China

In this study, bacterial community compositions in seven different estuarine sediments of Poyang Lake were analyzed using 16S rRNA gene-targeted metagenomic approach. Remarkable differences in the bacterial diversity were observed in these different estuarine sediments. Le, Chang and Rao river samples exhibited the higher bacterial diversity; the Fu river sample showed the less diversity. Bacterial richness and diversity were positively regulated by sediment inorganic phosphorus, and nitrite nitrogen, total phosphorus and inorganic phosphorus were found to be important drivers for bacterial community compositions. Proteobacteria, Acidobacteria, Firmicutes, Chloroflexi, Bacteroidetes, Planctomycetes, Gemmatimonadetes, Actinobacteria, Nitrospirae, and Verrucomicrobia were the major components of sediment bacterial communities. Among them, Proteobacteria was the most dominant phylum, followed by Acidobacteria and Firmicutes. Our study gives a comprehensive insight into the structure of bacterial community of the different estuarine sediments of Poyang Lake, indicating that the environmental factors played a key role in influencing the bacterial community composition in the freshwater ecosystem.     

三峡水库运用对鄱阳湖调蓄能力的影响

鄱阳湖调蓄能力受“五河”(赣江、抚河、信江、饶河、修水,以下简称五河)及长江干流的双重影响,三峡水库运用后,干流水文情势变化影响鄱阳湖与长江之间的水量交换。基于实测资料统计和湖口出流影响因素分析,建立了一种新的鄱阳湖出流及临界调蓄水位的计算公式,进而对三峡水库运用前后鄱阳湖各月调蓄水量的变化情况进行了定量分析。研究结果表明,长江干流和五河来流通过改变星湖落差和湖口水位来影响湖口出流及湖泊调蓄水量,但影响过程及影响量有所差异,若湖口水位不变,五河入流每增加1000m^3/s,湖口出流约增加304m^3/s,九江流量每增加1000m^3/s,湖口出流约减小723m^3/s。三峡水库运用会改变湖泊调蓄水量,年内各月相比,9月鄱阳湖水量减小约49.4%,5月鄱阳湖水量增加约47.7%。     

基于copula函数的三峡水库预泄对鄱阳湖防洪影响分析

三峡工程的运行对鄱阳湖防洪形势存在潜在影响。以三峡-鄱阳湖系统为典型,采用基于copula理论的多维联合分布函数,建立三峡工程运行前长江-鄱阳湖-"五河"(赣江、抚河、信江、饶河、修河)系统中水文要素之间的联合概率分布及条件概率分布,并假设该条件分布关系在三峡工程运行前后保持不变;估计三峡工程运行后长江水文要素的概率分布,结合前面的条件概率分布,可以得到三峡工程运行后研究变量的概率分布;对比分析前后概率分布的变化,即可从统计角度评价三峡水库运行对鄱阳湖水文情势的影响。研究表明:三峡工程运行对鄱阳湖水位有一定影响;5、6月份三峡预泄,将增高鄱阳湖水位,其中,平均水位的增幅大于最高水位增幅,低水增幅大于高水增幅;三峡预泄影响下,湖区圩堤堤前水位没有超过原有堤防设计水位,没有降低湖区圩堤的防洪标准。     

基于大范围地面墒情监测的鄱阳湖流域农业干旱

以鄱阳湖流域为研究区, 基于2011—2020年22个墒情站的逐日地面墒情监测数据、1956—2020年49个雨量站的日降雨数据及2016—2019年墒情站所在灌区的气象数据, 采用考虑植被生理状态的土壤水分亏缺指数(SWDI)表征农业干旱, 分析不同尺度下墒情、包气带缺水量和降水量的时空分布, 评估SWDI在鄱阳湖流域农业干旱监测中的适用性, 揭示该流域农业干旱时空演变特征及其对气象干旱的响应规律, 初步探讨土壤质地与农业干旱强度的相关性。结果表明: ① SWDI对鄱阳湖流域农业干旱诊断具有较好的适用性; ②近10 a该流域农业干旱呈显著加重趋势, 其中2019—2020年发生流域性重度农业干旱, 且夏、秋、冬连旱, 是近10 a的主导季节性农业干旱, 对水稻、油菜等粮食产量影响显著; ③相较于气象干旱, 农业干旱发生、结束时间分别平均约晚2.5周和3周, 历时长10.1周, 频次更低, 干旱等级更小; ④砂土持水性最差, 易发生特大农业干旱, 黏土、黏壤土保水性最好, 轻旱和中旱发生概率较大, 壤土、砂壤土和壤砂土则介于二者之间。     

鄱阳湖流域抚河径流特征及变化趋势分析

抚河是鄱阳湖流域第二大河流,其径流变化研究对揭示鄱阳湖水文情势演变规律和鄱阳湖生态环境保护具有重要的科学意义。本文采用鄱阳湖流域抚河上、中、下游8个主要水文站的实测资料,分析了抚河径流年内分配特征及变化规律;应用Mann-Kendall非参数检验与回归分析等方法,研究了近几十年内抚河年、月径流变化规律及与降雨的关系。结果表明:(1)抚河径流年内分配不均,但不均匀性在流域内空间差异较小;(2)受水利工程调蓄影响,径流年内分配越来越均匀;(3)不同年代年径流特性存在差异,20世纪70年代至90年代初,径流相对稳定,90年代中期到2002年,呈较明显上升趋势,2002年后,表现为下降趋势;(4)月径流变化有增有减,基本规律为枯水期(11月~次年3月)月径流量基本呈上升趋势,洪水期(4~6月)月径流基本呈下降趋势;(5)抚河的年降水量在2002年附近发生突变减少,与年径流量突变时间基本吻合,说明气候变化降雨量减少对近10年鄱阳湖流域抚河入湖径流的减少影响显著。     

元素地球化学揭示的长江中游鄱阳湖地区中更新世以来粉尘堆积的物源特征及其环境意义

位于长江中游的鄱阳湖地区深受东亚季风影响,因其特殊的地理、地貌与水文、水系特征,自中更新世以来随着冬季风的加强,在大姑组、九江组砾石层之上风成堆积广泛发育。该区域中、上更新统表现为网纹红土、均质红土和下蜀黄土的独特沉积序列,厘清这三套独特沉积序列的物质来源对于我们认识东亚季风演化及其区域环境响应至关重要。本文选择了长江中游鄱阳湖地区10个典型剖面,基于<20μm颗粒组分的元素地球化学特征,研究了该地区中、上更新统粉尘堆积的特点,并将其与黄土高原西峰黄土和东秦岭黄土做了对比分析。研究认为,长江中游鄱阳湖地区这套独特的沉积序列,元素特征基本相似,具有贫Co、Pb,富Zr、Hf,低Eu/Eu^*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09),高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点,与黄土高原与东秦岭黄土有显著区别。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10和Th-Sc-La蜘蛛图投影分析,鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类,为被动大陆边缘构造背景下的产物,显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩,形成于大陆岛弧构造背景)。进一步分析认为,网纹红土、均质红土的母质均与区域下蜀黄土类似,推测它们均来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩,这套独特的沉积序列是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后,冬季风增强,吹蚀大江大河广阔的古河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果;是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来在轨道尺度上冬夏季风均加强的背景下独特的区域响应。     

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。     

从涨退水看鄱阳湖水位-湖面面积关系

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,鄱阳湖水位-面积关系对研究鄱阳湖生态环境的变化具有重要意义。目前研究所建立的鄱阳湖水位-面积关系各异,存在一定的不确定性,其原因在于忽略了涨退水对鄱阳湖水位与面积的影响。在考虑鄱阳湖涨水与退水过程的基础上,利用鄱阳湖2000~2014年实测水位数据与对应的遥感影像数据,分析了鄱阳湖同一水位出现多个水面面积情况下湖泊不同面积的空间分布及其成因,并对鄱阳湖水面面积与水位关系的不确定性进行了分析。研究结果表明:(1)鄱阳湖水面面积与水位关系存在不确定性,主要受鄱阳湖涨水与退水过程中鄱阳湖水面比降不同的影响;(2)在同一水位条件下,涨水过程中鄱阳湖水面面积往往大于退水过程的水面面积,同时水面面积的增减变化与涨水退水的幅度变化趋势呈一致性;(3)涨水与退水过程对鄱阳湖水位与面积的影响主要表现在中低水位,随着水位增长到高水位时,这种影响会越来越小。     

Late Pleistocene hydroclimatic variabilities in arid north-west China: geochemical evidence from Balikun Lake,eastern Tienshan,China

Reconstructing the environmental and hydrological response to millennial-scale fluctuations of climate-sensitive areas of mid-latitudes is crucial to understanding the Late Pleistocene climate in terrestrial inland regions. We use sedimentological and geochemical proxies (e.g. lithology, gain size, loss-on-ignition, soluble salts, X-ray fluorescence elements) from Balikun Lake in the eastern Tienshan Mountains, to elucidate variations in sedimentation, water chemistry and watershed weathering intensity of the Late Pleistocene interval (~20−60 ka). The record documents high-frequency oscillations and alternating hydrological patterns on (multi-) millennial timescales. Balikun Lake changes from nearly fresh to brackish and finally to hypersaline conditions during MIS3. The warm and wet climate during the early MIS3 facilitated regional vegetation and bioproductivity. Halite sedimentation took place from the middle to late MIS3, indicating a gradual drying trend. This reduced the lake area and vegetation cover, as well as weakened the chemical weathering rates of the watershed. These new interpretations challenge the idea of climate amelioration with the highest lake level and wettest conditions prevailing in the arid areas of north-west China during the late MIS3, indicating a possible westerlies-dominated Late Pleistocene climate in these areas. The evolution of the palaeohydrological regime and climate change in the Balikun Basin correlated well with the millennial-scale high-latitude Atlantic climate superimposed on the Northern Hemisphere summer insolation.