高寒冻土区生物结皮对土壤理化属性的影响

生物结皮是高寒地区地被层的重要组分之一。其作为地表特殊的结构层,能够改变地表结构及土壤理化属性,从而影响冻土环境。迄今为止,关于青藏高原高寒生态系统中生物结皮对土壤理化属性的影响尚不清楚。以青藏高原高寒冻土区生物结皮为研究对象,初步研究了生物结皮的特征及其对土壤理化属性的影响。结果表明：生物结皮在高寒草甸退化过程中广泛发育,主要以藻结皮为主,其盖度可达37.3%~51.7%,结皮层平均厚度为12.6 mm。由于生物结皮的发育,高寒地区5~20 cm土层粉粒含量有所增加,但差异不显著,而结皮层土壤田间持水量相比于裸地表层（2 cm）增加了10%~40%,结皮层容重较裸地降低了30%;两种类型藻结皮均显著增加了结皮层及其下0~20 cm土层土壤有机质,而深色藻结皮增加了结皮层及其下0~20 cm土层土壤全氮含量,浅色藻结皮仅增加了结皮层土壤全氮含量,对其下0~20 cm土层土壤全氮含量没有显著影响;生物结皮对土壤pH没有显著影响;生物结皮是高寒生态系统植被退化过程中的关键环节。研究结果为揭示生物结皮在高寒生态系统中发挥重要生态功能提供依据。     

古尔班通古特沙漠生物结皮对地表风蚀作用影响的风洞实验

古尔班通古特沙漠4种类型生物结皮的风洞实验表明, 其对地表风蚀影响甚大, 且随结皮类型及其破损度不同而呈明显的变化. 在25～30 m·s-1的风速下, 未经扰动的4类生物结皮均未发现沙粒起动和地表风蚀现象. 相同破损率条件下, 起动风速以苔藓结皮最大、 地衣结皮次之、 藻结皮和藻类地衣结皮最小. 裸沙面在8.42 m·s-1的起沙风作用下, 风蚀强度为0.09 g·m-2·s-1, 25 m*s-1时为1214.82 g·m-2·s-1. 在同等风速吹蚀下, 4类结皮的风蚀率最大不超过裸沙面的8.95%. 随着破损率的增大和风速的加强, 风蚀强度显著增大. 在数量级和变化趋势上以苔藓和地衣结皮相似, 变化于0～23.67 g·m-2·s-1之间; 藻结皮和藻类地衣结皮相近, 变化于0～69.00 g·m-2·min-1之间. 根据该沙漠的风能环境分析和风洞实验结果, 为了不致产生风蚀, 人类放牧等经济活动应以不造成30%以上的地表结皮破损为宜, 特别是在春夏两季的强风盛行期更要谨慎处之.     

新疆古尔班通古特沙漠生物结皮的土壤理化性质分析

古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠,广泛发育着地衣、苔藓和藻类等生物结皮,其分布状况与其自身生理生态特点和所处沙丘部位的环境条件密切联系着.结合野外调查和实验室样品分析结果,讨论了沙丘不同部位土壤理化性质与生物结皮分布、发育的关系.结果表明:不同类型生物结皮在沙丘上的分布和发育状况是不同的,从沙丘顶部的流动或半流动沙面上到沙丘两坡的中部、下部以及丘间低地,生物结皮的分布依次为微生物种类、藻类结皮、地衣结皮和苔藓结皮,从沙丘上部、中部至沙丘底部及丘间,生物结皮的类型、厚度及发育程度呈增强态势.生物结皮在沙丘不同部位的发育特点和分异变化与沙丘不同地貌部位的土壤理化性状、地表基质稳定性等生态条件有着密切的关系.     

川西南上震旦统灯影组沉积期的暴露标志及其意义

对川西南乃至整个扬子区上震旦统灯影组的研究已有约70年的历史。以往的研究成果大致可归结为:(1)根据地层的岩石及生物特征将灯影组划分为:一段(下贫藻段)、二段(富藻层和上贫藻层)、三段、顶段(麦地坪段),其中一、二、三段的年代为晚震旦世,顶段为早寒武世;(2)从沉积学研究的角度出发,认为灯影组为潮坪环境的碳酸盐台地沉积;(3)通过生物地层学的研究,确定了大量的藻类、微古植物、小壳生物门类及其属种,以及与生物生存活动有关的生物遗迹化石。以往的研究成果无疑对我们分析、认识灯影组     

西沙群岛西科1井第四纪钙藻及其生态功能

对西沙群岛西科1井第四纪地层中的钙藻进行了初步研究, 共鉴定钙藻3科7属, 包括红藻门珊瑚藻科让氏藻属、蟹手藻属、珊瑚藻属、石枝藻属和石孔藻属, 以及绿藻门松藻科仙掌藻属和粗枝藻科伞轴藻属.通过对地层中钙藻形态功能的分析, 西科1井第四纪早期海水较深, 沉积环境为礁前相, 中期外礁坪和内礁坪交替沉积, 至晚期出现短时间的泻湖相之后沉积环境演变为礁后滩相.西科1井第四纪钙藻在造礁功能上主要体现在2个方面: (1)通过自身的钙化作用, 为生物礁的生长供应微小碳酸盐颗粒沉积物; (2)利用自身形成的节片结构和生物捆扎-粘结结构参与造礁.      

滇东下寒武统生物磷块岩的形成机制

显微结构研究表明,广泛分布于滇东地区下寒武统的磷块岩,除少量生物介壳磷块岩外,其它类型的磷块岩(包括菌藻生物磷块岩、内碎屑磷块岩和次生(风化)磷块岩等的颗粒均由磷质菌藻生物组成。从而揭示了菌藻生物磷块岩是磷块岩的基本类型。本文重点论述了生物磷块岩的结构成因分类、时空展布规律,以及滇东磷块岩的菌藻生物成磷—富磷作用,并探讨了菌藻生物磷块岩的形成机制。     

华北燕山裂陷槽中元古代深水藻类生物沉积及其环境

河北平泉燕山裂陷槽中元古代地层中,藻席-藻团-藻丝-藻屑-泥晶薄层交替形成韵律沉积。经对系列标本(薄片)特征及其不同结构类型的对比分析,认为它们是在风暴浪基面之下,具风暴流浊积特征的深水藻类生物沉积系列。浅海叠层石及其他底栖藻类构成了从浅海至半深海上部浅水一个完整的藻类沉积序列,其不同类型的特征则成为鉴别沉积时各环境要素的可靠依据,即依据不同藻类生物沉积类型———藻席、藻团、藻丝及藻层的组合序列变化,作为判别200～400 m半深海浅水环境的依据。     

世界石炭纪生物礁发育基本特征

石炭纪生物礁在晚古生代礁体演化序列中处于特殊地位。石炭纪是生物礁地史演化过程中一个非常关键的时期,发育的生物礁类型有:(1)叶状藻礁丘;(2)叠层石礁丘;(3)珊瑚礁;(4)Waulsortian灰泥丘;(5)Chaetetes礁丘;(6)钙质微生物—藻礁丘。石炭纪生物礁总体上表现为礁相结构、造礁群落组成及礁体建造阶段的造礁作用相对比较简单,这些都体现出生物礁在石炭纪的发展受到生物灭绝事件的影响。在以藻礁占主导地位的宾夕法尼亚亚纪,中国后生动物骨架礁发育,尤其是发育有Fomitchevella大型珊瑚礁,成为世界石炭纪生物礁的一个亮点。从石炭纪整个生物礁的发展情况来看,后生动物骨架礁与以微生物和钙藻为主导的生物礁或许是两个平行发展的礁系统,后生动物骨架礁的发展在大规模生物灭绝事件之后有明显的演化滞后现象,以钙藻和微生物为主导的造礁群落的复苏在生物灭绝事件之后更为迅速。从石炭纪生物礁古地理分布来看,石炭纪生物礁基本上分布在南北纬30°之间的区域,因此,它们代表了在相对温暖的气候条件下生长的礁体,与现代珊瑚礁的分布相近似。     

晚震旦世—寒武纪沟鞭藻存在的生物和分子地球化学证据

沟鞭藻是反映现代海洋和湖泊生态条件的单细胞生物,其最早的无可争议的化石纪录是从中三叠世(约240Ma前)开始。最近,Moldowan等(1996)在对不同地质时代海相岩石的调查中,发现在前寒武纪至泥盆纪富有机质的沉积岩石中具有丰富的三芳甲藻甾烷。Summons等(1992)也注意到甲藻甾烷出现在前寒武纪岩石抽提有机质中。而作为甲藻甾类烃(甲藻甾烷和三芳甲藻甾烷)的生物化学先质的甲藻甾醇是唯一由沟鞭藻衍生的(Volkman等,1990;1998)。这种甲藻甾烷与沟鞭藻之间的亲缘关系几乎可将其作为证明沟鞭藻存在的生物分子化石。Moldowan和Talyzina(1998)在一些已知形态特征的经过富集了的早寒武世(约520ma以前)微化石中鉴定出了一系列沟鞭藻生源的生物标志物(甲藻甾烷和4α-甲基-24-乙基胆甾烷),并认为这些微化石是古老的沟鞭藻祖先。     

济阳坳陷古近系湖相生物礁油气藏研究

济阳坳陷局部地区古近系发育以藻礁为主的生物礁,作为一种高产油气的储集体,礁体呈复式,可分为礁核、礁前及礁后相。礁体在成分上以枝管藻、龙介虫等构成的藻白云岩为主,具有良好的储集性能。根据组成礁体的岩性特征,生物礁可分为藻礁、藻礁丘及藻生物层三种类型。其中藻礁储集性能最佳,对生物礁储层影响较大的成岩作用有白云岩化、同生胶结、大气渗流溶蚀及深埋藏溶蚀作用。生物礁油藏主要产于邻近洼陷的构造台地或边缘地区。根据构造、岩性及地层的匹配关系,可分为礁型地层、断块—岩性及岩性三种类型。     

Soil CO2 concentration in biological soil crusts and its driving factors in a revegetated area of the Tengger Desert,Northern China

Biological soil crusts (BSCs) are an important cover in arid desert landscapes, and have a profound effect on the CO₂ exchange in the desert system. Although a large number of studies have focused on the CO₂ flux at the soil–air interface, relatively few studies have examined the soil CO₂ concentration in individual layers of the soil profile. In this study, the spatiotemporal dynamics of CO₂ concentration throughout the soil profile under two typical BSCs (algae crusts and moss crusts) and its driving factors were examined in a revegetated sandy area of the Tengger Desert from Mar 2010 to Oct 2012. Our results showed that the mean values of the vertical soil CO₂ concentrations under algal crusts and moss crusts were 600–1,200 μmol/mol at the 0–40 cm soil profiles and increased linearly with soil depth. Daily CO₂ concentrations showed a single-peak curve and often had a 1–2 h time delay after the maximum soil temperature. During the rainy season, the mean soil CO₂ concentration profile was 1,200–2,000 μmol/mol, which was 2–5 times higher as compared to the dry season (400–800 μmol/mol). Annually, soil moisture content was the key limiting factor of the soil CO₂ concentration, but at the daily time scale, soil temperature was the main limiting factor. Combined with infiltration depth of crusted soils, we predicted that precipitation of 10–15 mm was the most effective driving factor in arid desert regions.     

Successional stages of biological soil crusts and their microstructure variability in Shapotou region (China)

In order to investigate succession of biological soil crusts (BSCs) and their microstructure variability, we conducted this work in Shapotou revegetation region at the southeast edge of Tengger Deser. The results showed that BSCs generally succeeded as a pathway of “Algae crusts, algae–lichen crusts, lichen crusts, lichen–moss crusts and moss crusts”. Occasionally mosses directly occurred on algae crusts, and BSCs succeeded from algae crusts to moss crusts. Crust vertical stratification was a common phenomenon, from top to bottom an inorganic layer, algae-dense layer and algae-sparse layer were divided in algae crusts; a thallus layer, rhizoid layer and sub-rhizoid layer in lichen crusts; a “stem-leaf” layer, rhizoid layer and sub-rhizoid layer in moss crusts, respectively. The main crust binding organisms varied from filamental cyanobacteria (dominated by Microcoleus) in algae crusts to lichen rhizoids, free-living cyanobacterial filaments and fungal hyphaes in lichen crusts, and to moss rhizoids and fungal hyphaes in moss crusts. The dominant phototrophic organisms varied from Microcoleus (algae) in algae crusts to Collema (lichens) in lichen crusts, and to Bryum (or Didymodon and Tortula; mosses) in moss crusts. Total phototrophic biomass increased while the free-living algal biomass decreased with the succession of BSCs. In addition, exopolysaccharides and fine particles accumulated in the course of development and succession of BSCs, all of which lead to a gradual increase in crust thickness and porosity, while decrease in the bulk density.     

The variation of morphological features and mineralogical components of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert of Northwestern China

Increasingly complex life forms were found in older biological soil crusts in the Gurbantaunggut Desert in Northwestern China. These crusts may play a critical role in mineral erosion and desert soil formation by modifying the weathering environment and ultimately affecting mineralogical variance. To test this hypothesis, variations in the morphological features and mineralogical components of successional biological soil crusts at 1 cm were studied by optical microscopy, SEM and grain size analysis. Concentrations of erosion-resistant minerals decreased with crust succession, while minerals susceptible to weathering increased with crust development. Neogenetic minerals were found in late stage crusts, but not in early stage crusts. Silt and clay concentrations were highest in early formation crusts and soil mean particle size decreased with crust succession. Cyanobacteria, lichen and moss were shown to erode and etch rocks, and secondary minerals produced by weathering were localized with the living organisms. Thus, more developed crusts appeared to contribute to greater mineral weathering and may be a major cause of mineralogical variance seen in the Gurbantunggut Desert. The greater activity and complexity of older crusts, as well as their improved moisture condition may function to accelerate mineral weathering. Therefore, protection and recovery of biological crusts is vital for desert soil formation.     

三江源区大气水汽含量时空特征及其转化变化

利用1979-2016年ERA-Interim再分析资料提供的1°×1°水汽通量和大气可降水量（PWV）数据,采用相关性分析、趋势分析法、累积距平及反距离加权（IDW）等方法,研究三江源地区PWV与水汽通量的时空分布特征和降水转化率（PCE）。结果表明:①过去38年来,经、纬向多年平均水汽通量分别为2.0 kg/（m·s）、10.3 kg/（m·s）,水汽通量纬向增幅高于经向,水汽在纬向汇入为主,经向输出为主;② PWV呈微弱增多趋势,年平均PWV为1 791.6~2 278.9 mm,季节平均PWV为122.2~1 134.2 mm,不同季节内空间差异明显;③三江源区多年平均PCE为24.6%,1989年最高,达32.8%;季节与多年平均PCE空间分布一致,都表现出由东南向西北递减的变化特征,季节分布变化差异大;④该地区空中水资源丰富但自然PCE低,开发潜力大,应用前景广阔。     

二连盆地白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷岩石热导率测试与分析

岩石热导率是地热理论和应用研究中十分重要的参数,对于地热资源评估、大地热流分析、深部热状态及岩石圈热结构等相关研究提供了基础数据支撑。本文从二连盆地白音查干凹陷和乌利亚斯太凹陷采集了98块基本覆盖白垩系各地层的钻井岩芯样品,在实验室条件下对它们进行了岩石热导率测试,并收集了前人对31个样品的测试结果,进而结合孔隙度、钻孔实测温度和深度数据,对实验室条件下的测试数据进行了饱水校正和温压校正。测试样品包括泥岩、砂岩、砾岩、片岩和玄武岩,孔隙度在2%~20%之间,采样深度在117.8~3159.5m范围内,对应的温度和压力范围分别为13.5~118.6℃、2.89~77.41MPa。实测结果表明5种不同岩性岩石样品的热导率变化范围为0.89~4.91W/(m·K)。经过饱水和温压校正后,泥岩、砂岩、砾岩、页岩和玄武岩的平均热导率分别为2.08±0.36W/(m·K)、2.28±0.50W/(m·K)、2.53±0.44W/(m·K)、4.16±0.76W/(m·K)、1.33±0.09W/(m·K)。5种岩性中片岩平均热导率值最大,玄武岩平均热导率值最小,沉积岩介于两者之间,总体上具有随深度增大而增加的趋势。饱水、温度和压力校正后的热导率比干样热导率高。结合研究区内各个地层砂岩和泥岩所占比计算得到白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷白垩系地层热导率分别为2.00W/(m·K)和2.17W/(m·K)。结合钻孔测温数据,计算得到二连盆地大地热流值介于74~85mW/m^2,明显高于中国大陆地区平均热流值61.5mW/m^2。本文的研究成果对二连盆地以及华北北缘的地热资源,深部热状态和岩石圈结构都有意义。     

艾比湖流域1957－2013年潜在蒸散、气温、降水变化特征分析

使用1957－2013年艾比湖流域6个气象站点的平均大气压、平均气温、最高气温、最低气温、平均相对湿度、平均风速、日照百分率以及降水量资料,通过Penman-Monteith方程计算出各个站的月和年潜在蒸散量．利用线性倾向估计、累积距平法和Mann-Kendall法分析了该流域近57年的潜在蒸散量、气温及降水量变化特征．结果表明：近57年来艾比湖流域年潜在蒸散量以－25．05 mm·（10a）－1的速度呈下降趋势．近7年的平均潜在蒸散量与过去50年相比较偏少77．36 mm．年平均气温以0．33℃·（10a）－1的速度上升．近7年的平均气温比过去50年的平均气温增加了1℃．年降水量以7．97 mm·（10a）－1的速度增多．近7年的平均降水量与过去50年的平均降水量相比增多32．45 mm．     

藏北高原典型季节冻土区和多年冻土区小气候特征对比研究

利用藏北高原位于季节冻土区的那曲BJ站和多年冻土区的唐古拉站2008年气象要素观测资料,对两站点的小气候特征进行了分析和对比,得到以下结论：那曲BJ站最大冻结深度可达1.5m左右;唐古拉站活动层最大融化深度超过了3.0m。两站的气温、比湿、降雨和积雪均有明显的季节变化;降雨和比湿均是5-10月较大,其他时段较小;积雪均基本集中在1-3月和10-12月。各层土壤温度及日变幅、温度的月均值和月最高/低值及月较差、比湿的月均值和瞬时最大值、风速瞬时最大值均是那曲BJ站大于唐古拉站。那曲BJ站与唐古拉站的风速、气温、比湿的年平均值分别是4.73m·s^-1、-1.34℃、3.96g·kg^-1和4.02m·s^-1、-5.80℃、3.25g·kg^-1,年降雨量和积雪日数分别为590.50mm、114d和405.27mm、135d,两站5-10月的降雨量分别占全年降雨量的96.20%和86.55%。两站在2月初和11月初由于较大降雪均出现了气温陡降的现象,最大积雪日均出现在11月,日最大积雪深度BJ站小于唐古拉站。典型晴天日,那曲BJ站在冬季而唐古拉站在冬春季节风速日变化明显;比湿日变化夏秋季节较冬春季节明显。     

基岩海岛地下水与海水相互作用研究

中国北方基岩海岛水文地质条件独特,气候变化和人类活动不同程度地影响着海岛地下水与海水相互作用过程,然而对包括海水入侵(SWI)和海底地下水排泄(SGD)的水文过程的定量认识比较缺乏。本研究基于2012—2016年我国北方某基岩群岛降水、地下水水位、水质动态监测数据,运用数理统计、空间插值和水力学方法,分析了基岩海岛地下水与海水相互作用的特征和影响因素。结果表明,降水和开采是影响地下水、海水相互作用的主要因素,地下水水位变化滞后于降水事件约10 d;南岛东北岸、南岸的大部分地区没有发生海水入侵,地下水向海排泄过程较稳定,2012—2016年SGD速率均值为0.2 m/d,向海NO₃^-N通量均值为81.8 mmol/(m²·d);北岛东南地区是海水入侵的严重区域,地下水水位长期低于海平面且逐年下降,2012—2016年SWI速率均值为0.3 m/d,向陆NO₃^-N通量均值为69.6 mmol/(m2·d)。分别计算南、北两岛枯水季(2014年4月)、丰水季(2013年9月)SGD水...     

甘肃临洮晚更新世黄土环境变迁

对甘肃临洮县塔湾乡晚更新世黄土-古土壤序列的粒度、磁化率两个环境代用指标进行综合分析, 可划分出以下7个气候阶段: (1) 距底18.5m (92.478.8ka), 平均粒径24.42μm, 平均磁化率716.8×10-6SI, 年均温度7.8℃, 年均降水量500mm, 气候温暖较湿; (2) 距底8.514.8m (78.865.3ka), 平均粒径26.83μm, 平均磁化率为442.3×10-6SI, 年均温度5.2℃, 年均降水量370mm, 气候温干; (3) 距底14.820.3m (65.357.3ka), 平均粒径25.94μm, 平均磁化率320.7×10-6SI, 年均温度3.5℃, 年均降水量280mm, 气候温干偏凉; (4) 距底20.324.9m (57.347.7ka), 平均粒径25.23μm, 平均磁化率516.4×10-6SI, 年均温度6.0℃, 年均降水量410mm, 气候温干偏湿; (5) 距底24.929.4m (47.740.9ka), 平均粒径25.46μm, 平均磁化率299.4×10-6SI, 年均温度在3.1℃, 年均降水量270mm, 气候温干偏凉; (6) 距底29.434.2m (40.932.4ka), 平均粒径21.46μm, 平均磁化率405.5×10-6SI, 年均温度4.7℃, 年均降水量350mm, 气候温干偏湿; (7) 距底34.239m (32.4ka以后), 平均粒径188.89μm, 平均磁化率381.1×10-6SI, 年均温度4.4℃, 年均降水量330mm, 气候温干.这些环境变迁阶段与区域环境变迁具有较好的可对比性, 其中Ⅰ阶段相当于MIS5温暖期; Ⅱ阶段和Ⅲ阶段相当于MIS4降温期; Ⅳ阶段、Ⅴ阶段和Ⅵ阶段相当于MIS3的气候温暖期; Ⅶ阶段相当于MIS2降温期.但与邻区兰州九洲台和若尔盖RM孔相比, 同时期临夏地区气候明显偏温偏湿.      

雅鲁藏布江流域1978-2009年气候时空变化及未来趋势研究

利用1 km 分辨率DEM数据及ArcHydro Tools 提取了雅鲁藏布江流域边界, 明确给出了该流域具体的地理边界及空间范围. 依据雅鲁藏布江流域范围内及周边39个气象站点1978-2009年近32 a逐年气象数据, 综合运用GIS空间插值技术及气象统计分析方法, 对雅鲁藏布江流域气候(着眼于降水和气温指标)时空变化特征及未来变化趋势进行了研究. 结果表明: 1978-2009年间流域范围内多年平均降水大致趋势为由西至东逐步增加, 年平均降水量以7.935 mm·(10a)^-1的速度缓慢增加. 流域多年平均气温大致由河源至下游逐渐升高, 河谷腹地至流域边界处逐渐降低, 并出现了以拉萨、乃东为中心的局部高温带; 近32 a流域年平均气温增加2.2 ℃, 增加幅度达到0.489 ℃·(10a)^-1, 高于全球及全国同期增温速率. 近10 a间, 流域平均降水以 -139 mm·(10a)^-1的速度显著减少, 气温则以1.14 ℃·(10a)^-1的速度增加, 整个流域气候呈现暖干趋势. 利用R/S分析法预测得知, 流域年降水量可能出现短时间的减少波动, 但未来较长一段时间内, 流域降水及气温仍将保持增加趋势, 流域气候呈现暖湿化趋势.