青藏高原典型寒冻土壤对高寒生态系统变化的响应

高寒生态系统对全球变化非常敏感,以青藏高原腹地的长江黄河源区为研究区域,利用多期遥感TM数据和生态样带调查数据,提出生态综合指数方法.应用土壤结构、组成与水理特性等物理指标和土壤化学性质与养分含量指标,系统分析了青藏高原典型寒冻土壤如钙积寒性干旱土、简育寒性干旱土、草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土等对高寒生态系统变化的响应特征.结果表明:随着气候变化,主要高寒生态系统如高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽草甸等显著退化,寒冻土壤表层呈现明显粗粝化,草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土表层土壤细粒物质流失38.7%,土壤孔隙度和容重增加;高寒草甸土壤表层饱和导水率随综合生态指标值降低而急剧增大,当植被覆盖度<50%以后,土壤表层水分集聚现象不再存在,高寒草原土壤饱和导水率变化不明显;高寒草甸与高寒草原土壤的有机质和全氮含量均随生态指数减少而分别呈现抛物线和指数曲线形式减少.随着气候变暖和人类活动干扰的加剧,高寒草地生态系统变化将可能导致寒冻土壤环境持续退化并对高原草地碳循环产生重要的影响.     

长江源区高寒生态与气候变化对河流径流过程的影响分析

近40 a来长江源区气候变化剧烈,是青藏高原增温最为显著的地区之一,高寒生态系统与冻土环境不断退化.采用多因素逐次甄别方法与半经验理论方法相结合,基于多年冻土的不同植被覆盖降水-径流观测场观测试验结果,分析了长江源区气候-植被-冻土耦合系统中各要素变化对河川径流的不同影响.结果表明:近40 a来长江源区河川径流呈持续递减趋势,年均径流量减少了15.2%,频率>20%的径流量均显著减少,而>550 m³·s^-1的稀遇洪水流量发生频率增加;气候变化与高寒草甸覆盖变化对源区径流变化的影响较大,分别占5.8%和5.5%;气候与植被覆盖变化对径流的显著影响是与冻土耦合作用的结果,但冻土环境与冰川变化对径流的贡献尚不能准确评价.高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统对于源区河川径流的形成与稳定起到关键作用,这两类生态系统的显著退化是驱动河川径流过程中变差增大、降水-径流系数减少以及洪水频率增加的主要原因.保护源区高寒草甸与独特的高寒湿地生态,对于维护源区水涵养功能和流域水安全意义重大.     

青海木里煤田地表温度变化及其影响因素分析北大核心CSCD

在中国煤炭是一种重要的能源,大规模的开采活动严重破坏了周边的生态环境,而高原高寒地区煤矿开采对地表温度的时空影响规律有待深入研究。地表温度作为一种重要的地表参数对地表能量和水分平衡研究均具有重要意义,也可以反映区域生态环境的变化。本文以Landsat 5/8影像为数据源,利用面向对象的方法和普适性单通道算法分别得到了7期土地利用/覆盖数据和地表温度数据,研究了1990—2021年木里煤田聚乎更矿区从开采到生态修复过程的地表温度变化特征和影响因素。结果表明:利用面向对象的方法得到7期土地利用/覆盖数据很好地反映了聚乎更矿区的几个阶段,分别为缓慢开采期(1990年、2002年),快速开采期(2005年、2009年),缓慢修复期(2015年、2019年)和快速修复期(2021年);矿坑、建成区、排土场、堆煤场等煤矿土地类型地表温度最高,高寒草甸次之,高寒沼泽草甸地表温度较低,水体温度最低,裸地则在特高温和低温均有分布;草甸区地表温度影响因素的解释力大小排序为NDVI>反照率>坡向>海拔>坡度,矿区地表温度影响因素的解释力大小排序为坡向>反照率>NDVI>海拔>坡度,修复区地表温度影响因素的解释力大小排序为NDVI>反照率>海拔>坡向>坡度。研究工作有助于揭示高原矿区地表温度的变化规律,对于评估木里煤田生态修复效果具有重要的参考价值。     

浙江省土地景观格局演变及其生态服务价值效应分析

开展土地利用景观格局演变及其生态系统服务价值效应研究,可明晰区域生态环境功能状况并促进生态系统健康发展。基于土地利用遥感影像解译数据,分析浙江省1995～2015年土地景观格局演变及其生态系统服务价值效应,并探究景观格局指数与生态服务价值间的相关性。结果表明:(1)20年间浙江省土地景观变化剧烈,耕地和林地面积减少,城镇村用地、水域与草地面积增加。建设用地动态度增幅达8.21%,耕地和林地变化度为负。林地和耕地向建设用地单向转移量最大,其次是耕林地二者间的转化。(2)土地斑块分散、聚合和连通状况变化多样,景观格局时空演变复杂化。耕地和草地破碎度高,建设用地优势度上升,以林地和耕地为主导的景观格局逐渐向城市景观转变。(3)生态服务总价值呈先增后减趋势,共损失103.18亿元。空间上ESV极高值和高值区面积减小,中值与低值区逐渐蔓延,生境质量浙西南优于浙北与东南沿海区域。(4)生态服务总值与最大斑块数、结合度和聚合度呈强正相关,与斑块数、平均邻近距离和香农多样性呈强负相关。据此建议:未来土地规划应重视景观格局空间配置对生态服务功能的影响,增强生态系统对环境变化的适应力和稳定性,优化区域三生用地结构,以促进经济—社会—生态环境的协调发展。     

青藏高原土壤碳排放研究进展

青藏高原土壤碳排放研究是评估国家区域碳排放量和预测气候变化所可能导致影响的关键. 首先对青藏高原土壤碳排放的关键性影响因子进行探讨, 并分析了土壤碳排放的时空分布格局变化. 目前青藏高原土壤碳排放研究主要是针对高寒草甸及高寒草地生态系统, 较少涉及高寒荒漠, 研究区域较为分散; 土壤碳排放受到气候环境因素、生物因素及人为因素等多重因素的影响, 其中温度、土壤湿度、土壤区系生物、人为因素及多年冻土退化是最关键的影响因素; 土壤碳排放具有明显的时空变异性, 空间变异性在生物群丛、景观、区域和生物群系四个尺度体现, 时间变异性在日、季、年上体现. 总体而言, 青藏高原土壤碳排放的研究较少, 尤其关于大尺度、长时间序列的研究以及土壤碳排放的机理等方面的研究十分缺乏, 有待于后续加强研究.     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应 青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明：如果未来10 a气温增加0.44℃.（10a）^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm.（10a）^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃.（10a）^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm.（10a）^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

多年冻土区活动层土壤水分对不同高寒生态系统的响应

土地覆被变化对土壤水分的影响是生态水文学和流域水文学研究的关键问题,基于长江源典型多年冻土区不同高寒草地土壤水分的观测,结合降水、生物量（包括地上和地下）和土壤理化性质,研究了活动层土壤水分变化对不同高寒生态系统的响应. 结果表明：高寒草甸生物量、土壤养分含量均比高寒草原高,且对降水响应更为强烈,致使高寒草甸土壤水分变异性弱于高寒草原. 在土壤完全融化阶段,高寒草甸土壤活动层存在一个低含水层（50 cm左右）和两个相对高含水层（20 cm和120 cm）,但高寒草原土壤水分在活动层剖面上有随深度逐渐增大的一致性趋势;在秋季冻结过程中,高寒草甸土冻结起始日滞后于高寒草原土3~15 d;在春季融化阶段,高寒草原土更高的含冰量需要更多的融化潜热. 此外,表层土壤中（0~20 cm）,高寒草甸土比高寒草原土有更大的持水特性,而在活动层中下部则呈现完全相反的结果,不同高寒生态系统的演替改变了土壤的水热迁移过程.     

青藏高原花石峡冻土站高寒湿地CH4排放研究

利用静态箱技术对青藏高原花石峡冻土站附近湿地生态系统ＣＨ４排放的初步调查表明,各个植物群落内部和不同群落之间的ＣＨ４排放量变化都很大．花石峡地区高寒湿地基本可分为潮湿高寒草甸、沼泽化草甸、杉叶藻沼泽和毛柄水毛茛沼泽,其群落夏季ＣＨ４平均排放量分别为４４３１,１００５,４５９４和－０２８ｍｇ·ｍ－２ｄ－１．花石峡融化季节ＣＨ４排放量为４０８ｇ·ｍ－２ａ－１．简单外推表明,青藏高原高寒湿地ＣＨ４年排放量约为１Ｔｇ·ａ－１．     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明:如果未来10 a气温增加0.44℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm·(10a)^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm·(10a)^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

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。     

翻耕补播对青藏高原疏勒河上游高寒草甸土壤可培养微生物数量的影响

高寒草甸是青藏高原面积最大的草地类型, 对全球生态环境的影响十分巨大。然而在外界干扰下, 使得本身就很脆弱的高寒草甸发生了不同程度的退化。为探究翻耕补播对土壤微生物的影响, 以疏勒河上游不同季节（4月、 6月、 9月）原生高寒草甸、 退化草甸和翻耕补播草甸土壤为对象, 研究了土壤可培养细菌数量的季节变化及其影响因素。结果表明： 研究区域可培养细菌数量介于4.3×10⁶ ~ 4.5×10⁷ CFU·g^-1之间, 不同季节退化草甸与翻耕补播草甸土壤细菌数量均显著低于原生高寒草甸, 且不同类型高寒草甸生态系统下可培养细菌具有明显的季节差异： 原生高寒草甸生态系统下土壤细菌在6月生物量最高, 4月最低; 而退化草甸与翻耕补播草甸土壤细菌生物量并没有表现出明显的季节波动; 相关分析表明, 可培养细菌数量与土壤全氮、 植被盖度及土壤含水量存在极显著正相关关系。研究发现, 翻耕补播措施并没有恢复该区域微生物数量, 研究结果对于认识高寒草甸生态系统的退化成因, 判断恢复措施的有效性和合理性具有重要意义。     

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。     

基于遥感的木里煤矿区矿山地质环境监测及评价

为揭示木里煤矿开采对生态环境的破坏程度,通过2010年和2013年2期高分辨遥感影像监测,野外调查和水土样品采集,开展了矿山地质环境问题和承载力的调查,查明了问题并对其破坏程度和承载能力进行了评价。结果表明,矿区地形地貌景观和土地资源占压与破坏严重,河水受到Cu、Pb、Cr和Zn的污染,土壤受到Cd、As污染,高山草甸和沼泽地破坏及退化现象严重,冻土含水层结构遭到破坏,地质环境承载力适中。评价结果可为政府和矿山企业开展矿山地质环境恢复治理提供基础资料。     

重建植被视角下露天煤矿区土地复垦演替过程及管控模式研究

重建植被在能量交换与生态循环中发挥着重要作用,其动态变化可表征煤矿区生态系统受扰动和修复的广泛细节。从植被的不同扰动状态(未扰动状态、采煤扰动状态、复垦恢复状态和修复后状态)出发,分析了煤矿区重建植被演替的6种情景:高效恢复至成熟型、低效恢复至成熟型、高效恢复而后退化型、高效恢复发展型、低效恢复发展型与无效恢复型。通过模拟重建植被发展的阶段性特征,将煤矿区土地复垦全生命周期划分为:未复垦期、土地复垦发展期(复垦初期、快速发展期和稳定发展期)和成熟期。再对不同恢复阶段的重建植被分别设置判断标准,提出煤矿区土地复垦关键保护区域的识别思路,据此确立煤矿区土地复垦管控的4种修正模式:生态保育、生态管护、生态修复、生态重建。并以黄土高原山西平朔大型露天煤矿区为研究区开展应用分析,在学习掌握重建植被发展规律基础上,通过判断土地复垦模式与矿区生态系统演变机理的适应性水平,具体落实平朔露天煤矿复垦排土场集群区生态保育、生态管护、生态修复和生态重建等4大修正模式的具体管控措施。本研究归纳了露天煤矿区重建植被动态发展的演替规律,并据此提出加强土地复垦管控的修正模式,可为国家绿色矿山建设提供方法论基础。      

生态地质层理论在煤层保护和生态修复中的应用——以高原高寒矿区生态治理实践为例

高原高寒冻土区生态治理是世界性难题,在生态治理的同时进行煤炭资源保护更少先例可言。按照系统工程思路,以生态环境保护为宗旨,并兼顾残存煤炭资源的保护,在青海省木里地区生态治理过程中取得成果认识如下：研究了木里矿区自然气候特征控制下的生态易破坏且难于修复性;总结了土壤层状结构控制下的水土流失和植被水分补给特征;认为生态地质层缺失和破坏是致使生态破坏的关键症结。为此,借鉴前人成果,研发了煤层顶板及其上覆岩层生态地质层修复技术,建立了生态地质层损伤判识方法,分析了生态地质层修复与再造对煤炭保护及生态修复的意义。     

Coupling of a biogeochemical model with a simultaneous heat and water model and its evaluation at an alpine meadow site

Alpine meadow covers most of the Qinghai-Tibet Plateau where frozen soil is widely distributed. In order to correctly simulate the carbon, water and energy flux of an alpine meadow site at Qinghai-Tibet Plateau, a widely used carbon cycle model Biome-BGC and a cold region land surface model SHAW were coupled. The outputs of the coupled model were validated with the observed carbon fluxes (Gross Primary Productivity, Net Ecosystem Exchange, Ecosystem Respiration), energy fluxes (Latent heat flux, Sensible heat flux), water flux (Evapotranspiration), soil moisture and soil temperature at A’rou site which is located on the east edge of Qinghai-Tibet Plateau. The results indicate that the coupled model can correctly predict the interactions between alpine meadow ecosystem and atmosphere.     

资源型城市景观生态风险的时空分异:以乌海市为例

为探究大型露天煤矿开采对西北干旱荒漠区景观生态风险的影响,以及资源型城市转型背景下的时空动态,以资源衰退型的内蒙古自治区乌海市及周边县域为研究区,结合现有景观生态风险评价中的干扰度、脆弱度指标,增加受威胁指数来综合构建资源型城市景观生态风险评价框架。基于乌海市2005—2015年景观类型数据,从时间和空间上分析景观生态风险及其动态。结果显示:(1)2010—2015年景观类型之间转移相较于2005—2010年更剧烈,年变化强度分别为7.43%和3.44%,工矿用地与城市建设用地最活跃,但年增加强度减小。(2)林地、水域和湿地损失度先略增加后大幅度减小,其他土地和草地损失度呈增加趋势,工矿用地先减小后略增加;城市建设用地和工矿用地受威胁指数最大,其余类型的景观受威胁指数均有上升趋势,但其他土地、水域和湿地增加趋势逐渐减慢。(3)2005—2015年景观生态风险指数升高,空间分布总体呈西、中部高而南北低的格局,而不同等级风险区表现为低风险区由边缘向中心转移,而高风险区依托原有高风险区扩展。研究期风险区变化显著的是西部沙地高风险区,矿区东部其他土地因周围分布灌丛和草地,风险始终低于西部其他土地。根据不同风险等级中工矿用地的面积占比情况,将工矿用地占比控制在5%以内可达到控制总体景观生态风险的目的。研究为资源型城市通过合理的景观配置进行生态风险管控提供了依据。     

Tag-encoded pyrosequencing analysis of bacterial diversity within different alpine grassland ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau,China

The Qinghai-Tibet Plateau is sensitive to climate change, with ecosystems that are important with respect to scientific research. Here high-throughput DNA pyrosequencing was used to assess bacterial diversity within different alpine grassland ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau, China. In total, 34,759 sequences were obtained for the three ecosystems––alpine cold swamp meadow (ASM), alpine cold meadow (AM), alpine sandy grassland (ASG), and 31 phyla and a small number of unclassified bacteria were detected. The bacterial community structures were different for each alpine grassland ecosystem. The Proteobacteria and Acidobacteria were the predominant phyla in all three ecosystems. Besides this, Actinobacteria and Chloroflexi were abundant in ASM, Bacteroidetes, Gemmatimonadetes and Verrucomicrobia were abundant in AM, and Actinobacteria were abundant in ASG. In addition, the functional bacterial genera also differed with each alpine grassland ecosystem. The ASM contained more nitrifying bacteria, methane-oxidizing bacteria and sulfur- and sulfate-reducing bacteria, whereas the ASG ecosystem contained more nitrogen-fixing bacteria. Pyrosequencing provided a greater insight into bacterial diversity within different alpine grassland ecosystems than previously possible, and gave key data for the involvement of bacteria in the protection of alpine grassland ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau, China.     

矿采对高寒草地的影响及植被恢复技术

矿业废弃地的复垦已成为中国当前面临的紧迫任务之一。针对青藏高原植物生长期短,矿渣的砾质性、松散性和土壤贫瘠性植被生长的自然环境的约束瓶颈,通过研究生态脆弱区矿业废弃地的修复治理进程,总结提出了青藏高原典型矿山废弃土地的生态修复和植被重建的治理模式,凝练筛选出关键技术,为高寒高海拔矿区的地质环境治理和土地复垦提供技术参考。     

长江黄河源区覆被变化下降水的产流产沙效应研究

在长江和黄河源区的左冒西孔曲和纳通河、垮热洼尔玛河流域的不同植被覆盖下建立了天然径流观测场,利用观测天然降水和人工模拟降水,初步研究了江河源区不同植被覆盖下降水的产流产沙效应。结果表明,长江黄河源区的3个小流域内,在典型高寒草甸草地30°坡面上,退化较为严重的30%覆盖度以下的场地内,地表径流产出量明显大于覆盖度较好的95%、92%和68%场地,同时产沙量显著高于这3个场地,其平均单次降水形成的泥沙量是这三种盖度的2~4倍,由此造成地表侵蚀量平均为这3种盖度的3~10倍。通过对几次典型的降水形态的分析,在长江黄河源区高寒草甸草地的坡面上,不但降水量影响着产流产沙量,降水形态也影响着产流产沙量,降雨仍是引起水土流失的主要降水形态,在降水量相同的条件下,降雪可比降雨和雨加雪增加产流量2.1~3.5倍,可比降雨减少泥沙侵蚀45.4%~80.3%。人工模拟结果表明:对于覆盖度为5%和30%的强度退化草地,次降水量在3.5 mm时,就形成了较为明显的径流和产沙效应,当次降雨量达到7 mm,降雨持续时间15 min,5 m2场地内就会形成1 400 mL以上的径流量;在地表土壤含水量(FDR测0~5 cm平均含水量为36.7%)较高的情况下,次降雨量达4mm,降雨强度超过0.4 mm/min,在5 m2场地内历时5 min就能形成1 060 mL的地表径流,每100 mL径流中含泥沙高达1.6 g。这一试验结果在长江黄河源区3个不同的河源小流域是一致的。