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。     

陕北风沙过渡带植被净初级生产力变化特征及原因

基于光能利用率原理,采用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型,实现了2000—2014年陕北风沙过渡带地区植被净初级生产力（NPP）估算,对该地区NPP时空变化以及驱动机制进行了定量化分析。结果表明：（1） 2000—2014年陕北风沙过渡带NPP为6.71×10¹²gC·a^-1,单位面积值为202.57gC·m^-2·a^-1,受地貌和气候特征影响,植被空间异质性强,黄土区植被明显优于风沙区;（2）近十几年来该区域植被得到明显改善,NPP总体增速为10.98gC·m^-2·a^-1（R=0.85,P<0.01）,植被增速存在空间差异,东南部的黄土区植被增长较快,西北风沙区植被增长较慢;（3）2000—2014年,降水、气温和辐射与NPP的相关系数分别为0.54（P<0.05）、-0.25、0.35,三者对植被增长的贡献量分别为3.95、0.71、2.75gC·m^-2·a^-1。这说明降水是气候因素中影响陕北风沙过渡带植被变化的主要因素;（4）近15年的植被恢复过程中,气候和人类活动都是重要的驱动因素,气候因子对植被增长的贡献更大,相对作用达到67.49%。区域内部,不同地区植被的主要驱动源存在差异,东部地区植被受气候因子主导,西部地区植被受人类活动主导。     

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。     

西藏NPP时空格局与气候因子的关系

根据2000-2012年1 km MOD17A3 NPP遥感数据和气温、降水等气象资料,在GIS支撑下,结合多种统计计算方法,对西藏NPP时空格局与气候因子的关系进行研究。结果表明:2000-2012年间西藏陆地植被的NPP为119.3～148.4 g·m^-2·a^-1,平均为135.2 g·m^-2·a^-1;近年来西藏NPP呈不显著上升趋势,NPP总体上由东南向西北逐渐变小。13年来西藏NPP在总体不变(面积占61.11%)的基础上略有增加(面积占10.7%);不同植被类型中阔叶林的NPP最大,为1 185.2～1 430.2 g·m^-2·a^-1,其次是混交林,为535.1～741.2 g·m^-2·a^-1,其后依次是稀树草原、针叶林、农用地、草地和灌丛;西藏NPP与气温、降水因子分别有较好的正、负相关性。所有植被类型都与年均气温呈正相关,其中草地的NPP与年均气温的相关系数达0.88,其次是针叶林为0.76,相关性最差为热带稀树草原0.13;与年降水量的相关性,除了热带稀树草原正相关(0.26),其余都负相关,草地、针叶林的相关系数分别为-0.79、-0.73。     

青海湖高寒湿地生态系统CO2通量和水汽通量间的耦合关系

利用涡度相关技术对青海湖高寒湿地生态系统不同时间尺度CO₂通量和水汽通量间的耦合关系进行了研究。结果显示：不同天气条件下青海湖高寒湿地生态系统30 min净CO₂交换量（NEE）与水汽通量间均显示了极显著负相关关系（P<0.0001）;30 min总生态系统生产力（GEP）与水汽通量呈极显著线性正相关关系（P<0.0001）;阴天水汽通量参与生态系统净CO₂交换和生态系统总碳吸收的比例最高。月均30 min NEE与水汽通量呈极显著线性负相关（R²=0.71,P<0.0001）。从植物返青期、生长期至枯草期,月均30 min的GEP与水汽通量不仅呈极显著线性正相关（P<0.0001）,且在生长期和枯黄期阶段表现出极显著一元二次多项式关系（P<0.0001）。在日尺度上,NEE日总量与日蒸散量呈极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.58,P<0.0001）;GEP日总量与日蒸散量呈极显著指数正相关（R²=0.42,P<0.0001）。在月尺度上,NEE月总量与月蒸散量呈极显著线性负相关（R²=0.60,P<0.0001）,两者还表现为极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.63,P<0.0001）。GEP月总量与月蒸散量呈极显著线性正相关（R²=0.51,P<0.0001）,且表现出极显著指数正相关关系（R²=0.64,P<0.0001）。     

青藏线伏沙梁段风沙危害及其防治

伏沙梁地段的主要风向为WNW、W、NW和NE,8~15m/s的起沙风在3~8月盛行,风沙流运动呈摆动式,4月份风沙活动最强烈,合成风向为WNW,其合成输沙量为9.970 m³·a^-1·m^-1。当地以12 m/s、13 m/s两风速的输沙量最大,分别为2.556 m³·a^-1·m^-1和2.538 m³·a^-1·m^-1。纵向沙垄年前移量为2~5 m,沙垄脊线向南偏移,年偏移量为0.2~0.5 m。阻固结合的工程措施是当前采用的最有效措施。     

黑河底栖动物群落结构及生物多样性

2018年8月对黑河上中游底栖动物群落结构及生物多样性进行了调查研究。结果表明：共采集到底栖动物43种，其中节肢动物34种，软体动物7种，环节动物为2种；优势种为大蚊（Tipulidae sp.）、豆娘幼虫（Damselfly sp.）、水蜘蛛（Argyroneta sp.）、耳萝卜螺（Radix auricularia）、琥珀螺（Suecinea sp.）、白旋螺（Gyraulus albus）。底栖动物的平均密度和生物量分别为76.94 ind·m^-2和3.74 g·m^-2；底栖动物的现存量有着明显的空间差异性，整体上干流（1 032 ind·m^-2、60.0963 g·m^-2）大于支流（276 ind·m^-2、3.5233 g·m^-2）。由Sorensen相似性指数分析得出在不同生境下底栖动物的群落组成存在差异，干流底栖动物（36种）明显比支流（15种）丰富。聚类分析显示，物种相对丰富的牛板筋、小孤山、龙渠、湿地公园、张掖黑河大桥、高崖、罗成、正义峡采样点聚为一类，其余各点聚为一类。根据Carlander生物量指数得出黑河上中游水质整体处于中营养状态，其中上游支流呈现贫营养水平，干流为中营养水平。     

荒漠草原区风力发电场建设前后的植被变化

调查了甘肃景泰荒漠草原区一处风电场基础设施建设和运行对植被的影响。结果表明：荒漠草原区百兆瓦级风力发电场建设造成直接植被生产力损失量为6.79 g·m^-2·a^-1，间接植被生产力损失量为91.43 g·m^-2·a^-1。随着扰动程度增加，物种丰富度降低，均匀度减小。在工程运行后，经历近10 a的自然恢复，核心扰动区虽然物种单一，但植被生产力是次级扰动区的两倍以上，为间接扰动区和未扰动区的50%和33%左右；而间接扰动区植被生产力仅为未扰动区的50%。总体上，风电工程扰动对区域植被的影响，不仅在于建设期对局地群落植被生产力的完全丧失，更重要的是在运行期间对周边大面积间接影响区群落植被生产力的大幅度降低，而且这种影响是长期和持续性的。     

塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境特征

通过对塔克拉玛干沙漠中部部分地区的气象资料分析、野外实地风沙观测和理论计算,对其风沙环境特征作出了一些初步分析。结果表明:沙漠边缘地区年起沙风时间数在2.70×10⁴ min左右,输沙总量为3800kg·m^-1·a^-1,年输沙总量与合成输沙总量的比值在1.83~2.39之间变化。而沙漠腹地塔中地区年起沙风时间数在4.61×10⁴ min以上,输沙总量为6100kg·m^-1·a^-1,最大输沙量为8000kg·m^-1·a^-1。年总输沙量与合成输沙量的比值在1.38~2.12之间变化。此外,其沙丘形态与Tomas(1991)所阐述的沙丘发育格局与模式并不完全吻合,亦与CoralSBreed等所认为的塔克拉玛干沙漠主要风沙活动集中在春季的论断有很大的偏差。     

沙漠人工植被区土壤呼吸初探

2003年9月底,在沙坡头铁路北面的1956年、1964年、1981年和1987年始植的人工植被区和流动沙丘的迎风坡,分别在阴天、晴天和雨后用CI301SR测定土壤呼吸速率,结果表明:土壤呼吸速率在各样地间、日期间和互作均达到极显著水平;尤其是雨后样地间的差异非常明显。1956年始植、1964年始植、1981年始植、1987年始植样地和流沙不同天气状况下的平均土壤呼吸速率分别为-0.1537μmol·s^-1·m^-2、-0.0995μmol·s^-1·m^-2、-0.0583μmol·s^-1·m^-2、-0.0754μmol·s^-1·m^-2和-0.0336μmol·s^-1·m^-2;阴天、晴天和雨后不同样地的平均土壤呼吸速率分别为-0.0342μmol·s^-1·m^-2、-0.0778μmol·s^-1·m^-2和-0.1403μmol·s^-1·m^-2。在沙漠人工植被区,影响土壤呼吸的主要因子是水分,其次是温度与植物群落类型和发育阶段。     

黑河流域植被水分利用效率时空变化特征及其与气候因子的关系

利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）产品总初级生产力（GPP）、蒸散发（ET）及气象数据估算了黑河流域植被水分利用效率（WUE）,分析了WUE的时空变化及与气候因子的相关性。结果表明：2005-2014年黑河流域单位面积上多年平均GPP为314.44 gC·m^-2,ET为363.35 mm,多年平均植被WUE为1.15 gC·mm^-1H₂O·m^-2;黑河流域WUE总体呈由南向北递增的空间分布格局,年内呈现单峰型结构,WUE高值区分布在酒泉-临泽东西线上及额济纳斯荒漠河岸林地带,托勒的东南部地区为WUE低值区;黑河流域生态系统WUE具有明显的季节变化规律,表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季的特征,夏季为1.32 gC·mm^-1H₂O·m^-2,冬季为0.75 gC·mm^-1H₂O·m^-2;水分利用效率年均分布与倾向率的增加具有一定的对应关系,莺落峡、民乐一带是WUE的高值区也是整个流域倾向率快速增长区,在WUE稳定性方面,中下游绿洲区变化最为显著,上游高海拔区、中下游戈壁区变化不显著;WUE与年降水量、年平均气温以负相关为主,其中降水是影响植被WUE的主要因素,正相关的区域分布在山丹县、民乐县东部、肃南裕固族自治县南部湖泊区域,而气温只在下游绿洲区呈正相关。     

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。     

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。     

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。     

Capacity of soil loss control in the Loess Plateau based on soil erosion control degree

The capacity of soil and water conservation measures, defined as the maximum quantity of suitable soil and water conservation measures contained in a region, were determined for the Loess Plateau based on zones suitable for establishing terraced fields, forestland and grassland with the support of geographic information system (GIS) software. The minimum possible soil erosion modulus and actual soil erosion modulus in 2010 were calculated using the revised universal soil loss equation (RUSLE), and the ratio of the minimum possible soil erosion modulus under the capacity of soil and water conservation measures to the actual soil erosion modulus was defined as the soil erosion control degree. The control potential of soil erosion and water loss in the Loess Plateau was studied using this concept. Results showed that the actual soil erosion modulus was 3355 t?km^-2?a^-1, the minimum possible soil erosion modulus was 1921 t?km^-2?a^-1, and the soil erosion control degree was 0.57 (medium level) in the Loess Plateau in 2010. In terms of zoning, the control degree was relatively high in the river valley-plain area, soil-rocky mountainous area, and windy-sandy area, but relatively low in the soil-rocky hilly-forested area, hilly-gully area and plateau-gully area. The rate of erosion areas with a soil erosion modulus of less than 1000 t?km^-2?a^-1 increased from 50.48% to 57.71%, forest and grass coverage rose from 56.74% to 69.15%, rate of terraced fields increased from 4.36% to 19.03%, and per capita grain available rose from 418 kg?a^-1 to 459 kg?a^-1 under the capacity of soil and water conservation measures compared with actual conditions. These research results are of some guiding significance for soil and water loss control in the Loess Plateau.