青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应

对青藏高原高寒草甸30%、60%和93%三种覆盖度下,多年冻土活动层的土壤水分随季节变化的观测研究,结果表明:多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖变化响应强烈.年内不同时期,植被覆盖度为65%和30%的土壤表层20cm深度内水分含量及分布相似,每次降水后30%覆盖度土壤水分的变率略大于65%覆盖度的;而93%覆盖度土壤水分在年内解冻开始到冻结前均小于前两种覆盖类型;植被覆盖度越小,土壤冻结和融化响应时间越早,响应历时也越短;浅层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度较强,接近深层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度降低.覆盖度为30%和65%土壤水分在整个冻结过程的减少幅度比93%覆盖度土壤大10%～26%,而融化期水分增加幅度更大为1.5%～80%;土壤冻融的相变水量对植被覆盖度变化响应明显,植被覆盖度降低,土壤冻结和融化相变水量增大.由于受植被蒸腾与地表蒸散发和土壤温度梯度的影响,融化期土壤剖面的水分重新分配,总体上呈现水分向剖面上部和底部迁移,剖面中部60～80cm深度左右的土壤出现"干层".     

青藏高原高寒草甸土壤水分运移机制

查明青藏高原高寒草甸区土壤水分运移机制,对正确理解土壤水分迁移过程、提高高寒草甸重建效率具有重要指导意义。通过开展土壤剖面负压、地温观测等原位试验,结合气象资料,对土壤剖面地温、含水率及总水头特征进行分析。结果表明,土壤的冻结期起始于10月,解冻期起始于4月;地温最高值出现在植物生长旺盛期8月,最低值出现在1月;1～3月土壤水分呈固态,6～10月土壤水分呈液态,处于稳定变化阶段,4～5月、11～12月土壤水分呈固液转化态,含水率变化幅度较大,处于过渡阶段。随着气温升高及降水量增加,6～8月水热同季有利于高寒草甸生长,属于高寒草甸主要生长阶段;春季土层由表及深土壤解冻,冻土层滞水性能保障了返青期春旱牧草生长的水分需求;深秋季节的由表及深的土壤冻结,深层土壤水分随水汽发生的表聚作用保障了牧草生长的水分需求,也是高原生态系统能够维持稳定的原因之一。     

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.     

青藏高原高寒草甸区土壤水分的空间异质性

通过网格(10m×10m)取样,用地统计学方法研究了青藏高原高寒草甸覆盖区域(110m×90m)浅层剖面(0~40cm)土壤水分的空间异质性特征。结果表明:在高寒草甸覆盖区0~30cm深度范围内,土壤水分均存在高度空间异质性,其中87.3%~74.9%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在201m以下尺度,10m以下随机因素对空间异质性作用较小;30~40cm土壤水分空间异质性由10m以下尺度随机因素导致的占42.3%,而自相关部分的空间异质性(57.7%)体现在10~87.2m尺度。随土层深度的增加,分维数D有逐渐增大的趋势,说明随深度增加高寒草甸区土壤水分自相关空间异质性程度在降低,而随机因素导致的空间异质性程度在增加。从4层的C₀/(C+C₀)值来看,10~20cm这一层的值最小,表明在这一层的系统变量的空间自相关性程度最高。说明高寒草甸区0~30cm土层的土壤水分含量是受降水、植被发育、根系分布、土壤特性和人为干扰等影响,其空间异质性主要受自相关因素控制,而30cm以下的土壤水分受自相关因素和随机因素共同控制。     

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.     

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.     

高寒草甸土壤微生物功能多样性对积雪变化的响应

积雪是高寒地区不可忽视的生态因子,不仅直接影响土壤温度、水分,而且间接影响土壤微生物群落组成和多样性。为研究高寒草甸生态系统中土壤微生物对积雪变化的响应,于2013年11月至2014年7月在青藏高原东缘红原县高寒草甸,通过人工堆积的方法建立4个不同积雪梯度,以自然积雪量为对照（CK）,2倍于自然积雪量（S1）、3倍于自然积雪量（S2）、4倍于自然积雪量（S3）。运用Biolog-Eco板法研究不同积雪梯度下土壤微生物功能多样性,并测定积雪变化对土壤温度和土壤养分的影响。结果表明：积雪期内,0~10 cm土层土壤温度随着积雪量的增加而降低,而10~20 cm土层随积雪量增加先降低后升高。增加积雪量处理后0~10 cm土层全磷（TP）、有机碳（SOC）显著增加（P<0.05）;而10~20 cm土层仅S3下全氮（TN）、TP、SOC增加。每孔平均变化率值（Average well color development,AWCD）在0~10 cm土层表现为CK > S2 > S1 > S3,而10~20 cm表现为S2 > S1 > CK > S3。在0~10 cm土层,S3处理显著降低了土壤微生物多样性McIntosh指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数（P<0.05）; 10~20 cm土层,S1和S2处理下多样性指数显著增加（P<0.05）。主成分分析显示：氨基酸类和酚酸类是微生物利用的主要碳源类型。相关性分析表明：多样性指数与TP、SOC、碳氮比（C/N）显著负相关（P<0.05）,氨基酸类碳源与TP、C/N显著负相关（P<0.05）。因此,冬季积雪一定程度上影响着土壤温度和土壤养分,进而影响高寒草甸土壤微生物群落功能多样性。     

人类活动对青藏高原冻土环境的影响

采用物探技术、植物样方调查对青藏公路沿线工程活动对冻土环境因素之间的影响进行了分析研究, 结果表明: 由于工程活动对原冻土区地貌、植被及表土层结构等的干扰破坏, 致使工程区及其影响区冻土上限下降速度加快, 同时得出了冻结层上水埋深(1～3 m)与冻土层厚度变化的关系以及冻结层上水水位随冻土上限下降而变化的规律. 指出工程活动对植被的影响不仅与工程本身有关, 也与工程区冻土厚度、地下水、土壤等因素有密切关系.     

1991—2015年三江源河曲高寒草甸干湿状况及牧草产量变化的气候归因研究

以三江源东部河曲高寒草甸为研究对象,通过分析1991—2015年气温、降水、潜在蒸散、湿润指数和牧草产量变化特征,探讨了地区干湿状况对牧草产量的影响。研究表明：1991—2015年河曲高寒草甸潜在蒸散以3.5 mm·a^-1的速率增加（P<0.01）,在年降水量按2.3 mm·a^-1呈非显著性（P>0.05）增加的趋势下,地区干湿状况基本保持平稳（多年均值为0.52）,隶属于半湿润气候区。25年来牧草干重产量平均为303.7 g·m^-2,并以3.0 g·m^-2·a^-1的速率下降。分析牧草产量与影响干湿状况的气候因素之间的相关性发现,气温对牧草产量影响不明显（P>0.05）,降水量表现为正相关关系（P>0.10）,说明该区域降水是牧草产量提高与否的主导因素;牧草产量与潜在蒸散表现为负相关关系（P>0.10）,与湿润指数表现为正相关关系（P>0.10）;在生长季时期,牧草产量与降水量、潜在蒸散和湿润指数的相关性关系达到了显著水平（P<0.10）,说明牧草产量在生长季对地区环境条件湿润与否较为敏感。     

Spatiotemporal Changes of Vegetation Cover in Response to Climate Change on the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau is one of the most important ecological barriers in China.Resolving the internal relations and dynamics ruling the association between regional vegetation and climate change is important to understand and protect the regional ecosystems.Based on vegetation,temperature and precipitation data of the Tibetan Plateau from 2001 to 2010,we analyze the spatial and temporal variations of vegetation cover over the past 10 years and discuss the vegetation response to climate change using empirical orthogonal function and singular value decomposition.Our results reveal the following：（1） vegetation cover gradually decreases from the southeast to the northwest of the Tibetan Plateau; （2） vegetation cover has increased on the Tibetan Plateau over the past 10 years,mainly in the central and eastern zones; and （3） a significant positive relationship was suggested between vegetation cover during growing season and the temperature in the entire region and with precipitation in the central and southern zones.     

青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤CH_4产生速率研究

用实验室培养法对青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤不同温度条件下的CH4产生速率进行了研究.结果表明：CH4产生速率与温度之间呈现显著的指数关系,整个土壤剖面平均CH4生成速率和CH4生成速率初始值随温度的变化具有显著的相似性,都表现出随温度的升高而增加规律,0℃、5℃、18℃时的CH4生成速率分别是-18℃时的5.7、1...     

青藏高原高寒区草地生态环境系统退化研究

青藏高原高寒地区的草地生态环境是高原生态环境的重要组成部分.近几十年来,在人类活动的强烈干扰和自然环境变化的影响下,高寒草地生态环境严重退化.在退化草地选取典型样地,调查研究了草地退化后土壤水文过程、土壤结构、植被状况等的变化.结果表明:高原高寒地区草场退化以后,土壤水文过程都发生改变,植被退化越严重土壤含水量变化越强烈、土壤入渗过程越快.退化草地的植被群落演替变化明显,优势种群退化严重,植物个体出现了小型化现象.水土流失日趋严重,土壤贫瘠化、沙化、荒漠化增强,鼠虫害等自然灾害频繁.     

1973-2010年青藏高原西部昂拉仁错流域气候、冰川变化与湖泊响应

采用距离昂拉仁错最近的狮泉河、改则和普兰地区1973-2010年的气象数据和覆盖昂拉仁错流域1973、1976、1990、2000、2001、2002和2009年共7a的Landsat卫星遥感影像提取湖泊变化信息,并选取1976、1990/1992、2001和2009年覆盖全流域的遥感影像分析流域内的冰川变化过程.分析过去近40a内昂拉仁错流域内气候、湖泊和冰川的变化,并探讨了不同时期引起昂拉仁错发生变化的原因.结果表明:昂拉仁错在过去近40a内出现先萎缩后扩张的变化趋势,2000年为转折年,整体的变化趋势为萎缩;流域内冰川在研究时段内一直处于萎缩状态,并持续补给昂拉仁错.分析比较流域附近3个站在气温、降水量和最大潜在蒸发量的变化趋势之后,选用与昂拉仁错流域气候变化最为相近的改则站的气象参数为参照分析引起昂拉仁错湖泊面积发生变化的原因.结果显示,昂拉仁错湖面变化的每个时期内,在气温持续升高、冰川持续消融补给昂拉仁错水量输入的背景环境下,蒸发量和降水量差值的变化主要调控了湖泊面积的变化;区域冰川量的减少与温度持续升高相匹配;当持续增加的冰雪融水与降水量对湖泊水量输入小于流域蒸发量时,湖泊面积萎缩;当冰川冻土随着温度进一步升高而加速融化、流域的降水量逐步上升;当二者的水量输入总和超过流域内蒸发量时,湖泊面积开始扩张.     

1971-2007年青藏高原南部气候变化特征分析

利用我国青藏高原南部24个站点1971-2007年37 a的月平均气温和月降水量资料,对该地区气温和降水量的时空变化特征进行了详细分析.结果表明:1)37 a来该地区气候显著变暖,年平均气温升温率为0.33℃.(10a)-1,气候变暖主要发生于1990年后.1991-2007年气候变暖加速,升温率达到0.76℃.(10a)-1,1997年后升温尤为迅速,升温率达1.14℃.(10a)-1.变暖表现为全年温度升高,其中冬季增暖尤为显著,1971-2007年升温率为0.41℃.(10a)-1,1991-2007年快速上升为1.4℃.(10a)-1.变暖速率具有从东向西的增加趋势;2)年降水量呈增加趋势,但不明显.降水量变化地区差异显著,西部地区降水量显著减少,东部地区总体呈增加趋势.随海拔和地形升高,年降水量有从东向西的减少趋势;3)综合而言,37 a来青藏高原南部地区气候变化呈现暖湿组合特征,但地区差异显著,东部地区变暖变湿,西部地区在变暖变干.     

青藏高原兹格塘错流域50年来湖泊水量对气候变化响应的模拟研究

运用数值模拟建立青藏高原兹格塘错流域土壤、植被、气候等的空间和属性数据库;接着,借助分布式流域尺度水文模型（SWAT模型）,对兹格塘错1956—2006年间的流量进行模拟实验;最后,反演50年来兹格塘错流域水文过程,测试流域温度、降水和蒸发组合的敏感因子对湖泊水量变化的效应,探讨50年来湖泊水量对气候变化的响应。模拟实验的边界条件设置为自然地形、土壤、植被覆盖,其中土壤资料包括有机质含量、粒径等理化参数。模拟结果表明：兹格塘错的年平均流量为6.3m3/s,流量高峰集中在8月至10月,并且由于融雪补给的关系,3月出现另一个流量高峰;模拟结果与遥感解译所得到的结果吻合较好。敏感实验表明：兹格塘错流域内温度、降水和蒸发组合的敏感因子实验具有高原特征,即高原湖泊的水文过程和湖泊流量变化有着较为敏感的响应关系;兹格塘错流量受降水的影响最大,随着降水的增加,流量有所增加;在温度升高的情况下,流域蒸发量增加速度大,兹格塘错流量增加的效应不明显,而在冷湿模式下,流域蒸发量降低,兹格塘错流量增加显著。     

全球气候变化下青藏公路沿线冻土变化响应模型的研究

利用英国Hadley气候预测与研究中心GCM模型HADCM2预测的气温变化背景，分别提取青藏公路沿线地区在2009年，2049年和2099年的气温参数，考虑年平均气温和年平均地温的关系及年平均地温与海拔，纬度的关系模型，多年冻土下界分布模型和地温带分带，建立青藏公路沿线多年冻土下界分布的响应模型和多年冻土地温带的响应模型，研究结果表明，2009年青藏公路沿线的冻土变化较小，多年冻土极稳定带,稳定带和基本稳定带仅发生微弱的变化，基本稳定过渡带和不稳定带变化较大，多年冻土,逐渐退化，2049年青藏公路沿线多年冻土各地温带变化较大，但仍以基本稳定过渡带和不稳定带变化最大，多年冻土发生较大范围的退化；2099年后青藏公路沿线冻土发生了很大的变化，多年冻土发生大面积的退化，融区面积逐渐增大，多年冻土地温带也发生了较大的变化，其中多年冻土上带仅保留了稳定带，极稳定带全部消失，稳定带和基本稳定带全部转化为不稳定带。