莫莫格湿地不同下垫面土壤冻融期的水热状况北大核心CSCD

为了研究莫莫格湿地不同下垫面土壤冻融期的水热变化特征,在裸地、低湿草甸和草原草甸设置观测区,于2017年10月28日～2018年4月18日期间,观测土壤温度和含水率,对比不同下垫面的土壤温度和含水率的变化规律。研究结果表明,与裸地相比,有枯萎植物覆盖的低湿草甸和草原草甸土壤冻结和消融的时间都滞后,且冻结时间增加;在2018年1月,日平均土壤温度最低,在3个观测深度中,5 cm深度的土温相对最低,裸地、低湿草甸和草原草甸5 cm深度的土壤温度分别为-14.31℃、-13.21℃和-15.22℃;枯萎植物覆盖对土壤温度的影响具有双重性,在土壤冻结阶段,其具有保温作用,在土壤融化阶段,其使土壤升温较慢;低湿草甸土壤比裸地具有更好的保水能力,在土壤融化阶段,融雪水使土壤含水率增加。     

基于水热变化的青藏高原土壤冻融过程研究进展

青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明：① 在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。② 多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③ 不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④ 规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发展相适应的参数化方案以及模拟结构的调整,能够有助于高原冻融过程的模拟。     

极端干旱区不同下垫面土壤凝结水试验研究

为了探讨极端干旱区植被生长季的土壤凝结水特征, 采用微渗计和中子仪, 于2010 年6-7 月对塔里木河下游地区胡杨林、柽柳丛和裸地3 种典型下垫面密封和不密封处理的土壤凝结水的变化特征、形成时间及其影响因素进行了研究。结果表明:微渗计和中子仪观测结果均显示观测期间裸地产生的土壤凝结水总量最大, 其次为柽柳丛, 而胡杨林形成的土壤凝结水总量最小。观测期间研究区凝结现象从21:00-22:00 左右开始, 02:00-03:00 左右达到第一个峰值前, 随着近地表气温和地温的降低, 土壤凝结水量呈增加的趋势。不密封处理产生的土壤凝结水量显著大于密封处理的(t<0.01)。柽柳丛土壤日均凝结水量最大, 其次为裸地, 胡杨林最小。方差分析显示, 不同下垫面类型土壤的日均凝结水量之间存在极显著差异(P<0.01)。3 种下垫面土壤凝结水量的变化趋势基本一致, 均呈双峰曲线。凝结过程一般从22:00 左右持续到次日09:00 左右。土壤凝结水量主要受气温、大气相对湿度、表层地温、风速以及下垫面等因素的影响。研究结果可以为生态退化区的植被恢复提供一定的理论依据。     

莫莫格湿地恢复区的植物群落物种多样性研究

植物群落多样性水平能够指示退化湿地修复的效果。在莫莫格国家级自然保护区综合恢复示范区,采用调查样线与样方相结合的调查方法,开展植物群落野外调查,比较了退化湿地修复前、后植物群落物种组成的差异,探讨了恢复水文条件和地貌修复对植物群落物种多样性的影响。研究结果表明,在综合恢复示范区内,共记录12科22属38种植物,其中,一年生和多年生植物都为19种,禾本科(Gramineae)、藜科(Chenopodiaceae)和蓼科(Polygonaceae)物种数量之和占记录的总物种数量的60.53%;芦苇(Phragmites australis)群落和辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis)群落是该区的优势植物群落,植物群落中的优势种多为耐盐碱类植物;从调查样带1至调查样带4,即由陆地向湖泊方向,植物群落的物种丰富度、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数都在不断增大;水文-植被-微地貌系统修复模式可以作为松嫩平原西部退化盐碱湿地修复的优选模式。     

火烧对三江平原湿地土壤养分状况的影响

在三江平原腹地，洪河国家级自然保护区当年火烧地段以及中国科学院三江生态实验站烧后一年地段，设置当年火烧、火烧后一年与未烧湿地对照区，用对比法分析了火烧对湿地土壤养分状况的影响。结果表明，火烧会减少湿地土壤的有机质含量，火烧当年洪河保护区草根层与腐殖质层有机质含量下降尤为明显；火烧次年生态实验站火烧地表层土壤有机质含量仍低于未烧湿地。同时，伴随有机质的迅速分解与矿化，无论火烧当年还是次年，土壤草根层与腐殖质层全氮、全磷含量都较未烧湿地低，而全钾含量提高。火烧当年保护区土壤速效氮、速效磷含量虽然降低，但速效氮、速效磷占全量的比例较未烧湿地高；草根层土壤内速效钾含量较未烧湿地高，占全量比例也较高，但在其他层次内未见提高。三江生态实验站内火烧后一年的土壤，除速效氮占全氮的比在腐殖质层及潜育层内仍高于未烧湿地外，其他速效养分含量占全量比值普遍低于未烧地。另外，火烧后湿地土壤的pH值略有升高。以上结果均在湿地草根层与腐殖质层表现明显，火烧对湿地土壤潜育层影响不明显。     

盘锦芦苇沼泽的土壤冻融特征

基于2004~2008年的土壤温度和湿度等数据,分析了盘锦芦苇(Phragmites australis)沼泽的土壤冻融过程及其浅层土壤的水热特征。结果表明,盘锦芦苇沼泽土壤温度变幅随着土壤深度增加而减小;土壤冻融期一般从12月初开始,至3月末或4月初结束。土壤冻融过程表现为单向冻结、双向消融的特征,总体上冻结过程慢,消融过程快。日冻融循环(土壤夜间冻结,白天消融)持续时间较短,冻结期几乎没有明显的日冻融循环,消融期日冻融循环天数不超过10 d。冻融期开始与结束时间、最大冻结深度以及完全冻结期持续时间有显著的年际差异。浅层土壤未冻水含量在完全冻结期低于10%。     

用于湿地气候效应模拟的三江平原下垫面数据获取

三江平原是我国沼泽湿地的重要分布区。在20世纪的后50 a中,三江平原在经过几次大规模的开荒后,其下垫面发生了明显的阶段性变化,湿地大面积消失,农田面积不断增加。为了认识20世纪下半叶不同时期三江平原湿地的气候效应,拟采用第三代区域气候模式(RegCM3)来开展研究。而目前被广泛用于RegCM3的GL-CC数据,所反映的研究区下垫面几乎不存在沼泽湿地,这与事实严重不符,所以必须获取三江平原有沼泽湿地存在的真实的下垫面数据,才能得到可靠的湿地气候效应的模拟结果。分别选择了4期(1954年、1985年、1996年和2000年)有阶段代表性的航片、TM影像数据为主要数据源,利用ERDAS8.7和Arcview3.2等软件,首先得到4期研究区的土地利用数据,然后通过土地利用数据类型向模式数据类型的转换,从4期研究区土地利用数据中提取出了三江平原下垫面的模式数据。经过误差分析,认为获取的4期三江平原下垫面模式数据准确的反映出研究区几个时期的湿地下垫面实况,可以作为三江平原湿地气候效应模拟的基础数据。     

沙坡头地区风沙土的水热状况

对多年监测资料的研究表明:流动风沙土稳定含水量为2%~3%,凋萎湿度为0.54%,相对有效水分多,对植物生长有利。天然植被下的固定风沙土,在35~40cm以下土层水量减少至1%~2%;人工植被下的固定风沙土水分条件更差,在3m深土层,除降雨后的短时间内,0~60cm土层含水量稍高外,无雨时段,3m深土层的含水量是1%~2%,甚至小于1%。这种水分状况导致多年生深根植物逐渐衰退,适应性一年生草本植物侵入。     

干旱胁迫对莫莫格湿地芦苇叶片光合生理生态的影响机理研究

为了揭示干旱胁迫对芦苇(Phragmites australis)叶片光合生理生态的影响机理,利用LI-6400便携式光合仪和快速叶绿素荧光仪,对干旱胁迫条件下的芦苇叶片光合生理以及芦苇生长状态进行测量分析。结果表明,干旱5d后,芦苇叶片光合速率小幅下降,干旱15d后,其光合速率明显下降,芦苇生长受到显著抑制;干旱胁迫下,芦苇叶片叶绿素含量先增加后减少;芦苇叶片光系统II(PSII)对干旱胁迫反应较敏感,在干旱20d后,其光合电子传递能力和光合性能指数下降,热耗散增加。在干旱胁迫初期,芦苇叶片光合速率的下降以气孔限制为主;在干旱胁迫后期,非气孔限制与气孔限制都起作用,其中非气孔因素主要是指光系统II活性的下降,活性反应中心减少,电子传递能力下降,降低了光系统II的整体光化学性能,进而降低了芦苇叶片的光合速率,抑制了芦苇的生长。     

紫色土不同土体的水热特征

以紫色土为材料,通过模拟试验,研究了不同土体的土壤温度日变化,小麦生育期变化动态和土壤水分动态,并探讨了不同土体的水热特性对小麦生长的影响。试验的结果表明,上砂下壤土体和全砂土体的水热动态和小麦生理代谢较为协调,上壤下砂土体和全壤土体的土壤含水量较高,但土壤日温差较小、活动积温和有效积温较低,不利于小麦生长。     

向海湿地不同植被群落下土壤氮素的分布特征

对比分析向海湿地8种植被群落下表层和亚表层土壤氮形态和全氮含量差异,研究不同植被群落下土壤氮素分布特征。结果表明,各植被群落下表层和亚表层土壤全氮主要以有机氮的形态存在;沼柳群落下表层土壤全氮含量最高,三棱群落最低;而香蒲群落下亚表层土壤全氮含量最高,碱蓬群落最低;根系分布较深的植物群落下表层和亚表层土壤氮素一般高于根系分布较浅的植物群落;除辣蓼群落下土壤无机氮以硝态氮为主外,其它各群落下土壤无机氮均以铵态氮为主。相关分析表明,土壤全氮和有机氮含量与土壤有机质含量显著正相关,与土壤pH值呈现显著负相关关系。     

北京野鸭湖湿地不同植被退化区的土壤种子库特征

2010年5月,在北京野鸭湖湿地自然保护区选择废弃鱼塘、耕作苜蓿(Medicago)地、撂荒苜蓿地、天然退化湿地和天然湿地作为实验地,其中,天然湿地作为对照。通过土壤种子库萌发实验,对实验地土壤种子库的基本特征以及与地上植被的关系进行了对比研究。结果表明,5种实验地的土壤种子库共有60种植物,隶属于23科46属。其中,萌发物种最多的是菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)和莎草科(Cyperaceae),分别为11种、10种和8种。废弃鱼塘、耕作苜蓿地、撂荒苜蓿地和天然退化湿地种子平均密度为6 885粒/m~2,天然湿地种子的平均密度为16 083粒/m~2,5种实验地的种子库密度差异极显著(n=300,F=4.828,p=0.001<0.05);各实验地的种子库垂直分布有一致的规律性,各实验地0～6 cm土层的种子库密度明显高于6～12 cm土层;各实验地的土壤种子库与地上植被的相似性系数都不高,土壤种子库物种组成的稳定性要高于地上植被。通过研究发现,退化湿地的土壤种子库中有大量的植物种子储藏和湿地植物的种子,这为野鸭湖退化湿地恢复提供了重要的保障,这些潜在的植物种子在野鸭湖退化湿地生态输水过程中会起到应有的恢复作用。建议野鸭湖湿地自然保护区管理部门继续加强退化湿地区域的土壤种子库保护工作,必须重视水环境的恢复、各种人为干扰的消除以及系统保护的加强。     

不同利用方式对纳帕海高原湿地土壤质量的影响

研究了纳帕海高原湿地不同利用方式对土壤质量的影响,结果表明,天然沼泽和浅水沼泽草甸,排水疏干后用于放牧的草甸、垦后湿地相比,土壤有机质分别减少了4.33%、7.32%和5.64%,全氮分别减少了0.1%、0.33%和0.16%,除垦后湿地速效钾和速效磷含量较高外,速效养分呈现和有机质、全氮一样的变化趋势,均随人为活动干扰加剧而不断下降,土壤酶活性中蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性与土壤有机质等肥力因子存在显著相关性。垦后湿地土壤养分含量和酶活性较高,土壤质量改善,这与人为大量施用有机肥和周围山上水土流失带下土壤养分汇集有关,但其湿地环境已完全转化为旱生环境,湿地功能丧失。综合土壤性质10项指标计算的土壤退化指数表明,与天然沼泽比较,沼泽草甸和草甸湿地均出现退化现象,垦后湿地环境完全改变,应及时进行保护和恢复,退耕还湿。     

黑河中游不同土地覆被类型土壤呼吸及对水热因子的响应

以黑河中游6种典型土地覆被类型（百年灌溉农田、新垦灌溉农田、人工杨树林、人工樟子松林、人工梭梭灌木林和天然荒漠草地）为研究对象,对土壤呼吸及其对土壤含水量和土壤温度的响应进行测定。结果表明：灌溉农田的土壤呼吸速率显著大于人工樟子松林地和杨树林地,人工林地显著大于荒漠草地和梭梭灌木林地。6种土地覆被类型土壤呼吸速率与土壤温度显著正相关性,Q₁₀值1.14~1.31,表明该地区土壤呼吸速率对土壤温度的敏感性低于世界平均水平;土壤呼吸速率与土壤含水量呈显著的指数关系。这表明6种土地覆被类型的土壤呼吸特征存在显著差异,且不同土地覆被类型的土壤呼吸特征与水热因子关系密切,以人类活动为主导的土地覆被变化深刻影响着荒漠绿洲生态系统水土气生的相互作用。     

新疆艾比湖湿地自然保护区不同土壤类型无机碳分布特征

土壤无机碳（SIC）是干旱区土壤碳库的重要组成部分,分析其特征和储量是开展干旱区荒漠生态系统碳循环研究的必要基础。基于新疆艾比湖湿地自然保护区土壤剖面的实测数据,分析了不同土壤类型SIC分布特征及其差异性,估算了研究区SIC储量,并探讨SIC含量与分布、储量特点以及与土壤有机碳（SOC）和理化因子间关系。结果表明：各类型平均SIC含量为53.06～79.90 g·kg–1;类型间SIC含量有显著差异（p<0.05）,50 cm以上各层SIC含量顺序为灰棕漠土>盐碱土>水成土>荒漠风沙土,50 cm以下则盐碱土和水成土逐渐占优势。SIC含量的垂直分布总体表现为低-高-低的特征（10 cm单位土壤深度）,除灰棕漠土外,SIC含量在剖面上的变化较均匀。研究区无机碳密度平均为9.37 kg·m-2,SIC库储量为234.50 Tg。SIC含量与SOC及含水量呈显著的正相关,并随土壤深度增加有增加趋势;与土壤容重和表层pH值负相关,相关性较弱。     

冻融作用与土壤理化效应的关系研究

冻融使土壤经历一系列物理、化学和生物变化过程,冻融作用对土壤的影响主要表现为:改变土壤结构、含水量分布和水热运动,影响微生物活性和以微生物为媒介的有机质矿化作用,改变土壤元素的生物地球化学循环过程,从而对土壤生态系统结构和功能产生影响。冻融作用对土壤理化性质的作用主要受冻融速率、温度、冻融交替次数和土壤含水量、pH值、有机质、土壤质地状况等因素的影响。通过冻融作用改善土壤结构,提高土壤微生物活性和养分的有效性,有利于耕作和促进植物生长,但也可通过含水量的重新分布和径流淋失而导致土壤养分损失。     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

松嫩平原盐沼湿地冻融期水盐动态研究--吉林省长岭县十三泡地区湖滩地为例

以吉林省长岭县十三泡地区湖滩地为例 ,选取有代表性的月份进行定位观测、实验和对比分析 ,研究了冻融期盐沼湿地水盐运移的特殊规律性。研究表明 ,盐沼湿地冻结期 ,由于冻层的存在 ,土体内产生的温度梯度、水势梯度 ,是冬季水盐积累的驱动力。在冻结期 ,冻层水盐自底层向上迁移 ;融冻期 ,冻层自地表向下及自暖土层向上双向融化 ,在冻层形成上层滞水 ,在冻层之下水盐从下向冻层迁移冻结。冻融期间盐沼湿地水盐迁移的热力学机制是松嫩平原土壤盐化发生机制的重要组成部分。