荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一,受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据,分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明:额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降,非生长季上升的变化特征;在植物生长季内,地下水位具有白天下降,夜间上升的日周期变化特征,且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源,在分水过程中,距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大,分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小,分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失,从2013—2015年6次分水事件结束后,地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。     

黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量

黑河流域中生态最为脆弱、植被退化最为严重而对全流域生态治理目标的实现极为关键的地区在下游额济纳绿洲。黑河分水方案主要控制年总量,由来水过程确定分水时机,采用“全线闭口、集中下泄” 的分水方式,这容易导致分水与下游绿洲需水的时间错位。要实现黑河分水对下游天然绿洲的作用和意义,不仅要充分保证分水量,更要选择适宜的分水时间,如果分水错过了下游绿洲生态需水的关键期,将会直接影响绿洲植被的正常生长。要维持黑河下游额济纳绿洲健康、稳定和持续发展,确定生态需水的关键期是首当其冲的问题。本文通过对黑河下游额济纳绿洲地下水位时空动态变化过程、天然植被耗水过程和绿洲生态过程及水文过程的关系研究,确定了黑河下游额济纳绿洲生态需水的关键期。建议在生态关键期保障输送必需的水量,合理调节水库出水量与河道径流量,保障4月和8月关键期的需水量,其中4月至少要保证0.80亿m3的输水量,8月至少要保证1.08亿m3的输水量,确保下游绿洲植被的生理需水,同时考虑到前期缺水和随后的月份水量消耗,尽可能增加关键月的配水量。     

Characterization of groundwater in the Ejina Basin, northwest China: hydrochemical and environmental isotopes approaches

To characterize the groundwater in the Ejina Basin,surface and groundwater samples were collected in May and October of 2002.On-site analyses included temperature,electrical conductance(EC),total alkalinity(as HCO 3) by titration,and pH.Chemical analyses were undertaken at the Geochemistry Laboratory of the Cold and Arid Region Environmental and Engineering Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou,China.The pH of the groundwater ranged from 7.18 to 8.90 with an average value of 7.72,indicating an alkaline nature.The total dissolved solids(TDS) of the groundwater ranged from 567.5 to 5,954.4 mg/L with an average of 1,543.1 mg/L and a standard deviation of 1,471.8 mg/L.According to the groundwater salinity classification of Robinove et al.(1958),47.4 percent of the samples were brackish and the remainder were fresh water.The ion concentration of the groundwater along the riverbed and near the southern margin of the basin were lower than those farther away from the riverbed.The groundwater in the study area was of Na +-HCO 3 type near the bank of the Heihe River and in the southern margin of the basin,while Na +-SO 4 2-Cl type samples were observed in the terminal lake region.In the desert area the groundwater reached a TDS of 3,000-6,000 mg/L and was predominantly by a Na +-Cl chemistry.Br/Cl for the water of Ejina Basin indicates an evaporite origin for the groundwater with a strongly depleted Br/Cl ratio(average 0.000484).The surface water was slightly enriched in Br/Cl(average 0.000711) compared with groundwater.The calculated saturation index(SI) for calcite and dolomite of the groundwater samples range from 0.89 to 1.31 and 1.67 to 2.67 with averaged 0.24 and 0.61,respectively.About 97 percent of the groundwater samples were kinetically oversaturated with respect to calcite and dolomite,and all the samples were below the equilibrium state with gypsum.Using isotope and hydrochemical analyses,this study investigated the groundwater evolution and its residence time.The groundwater content was mainly determi     

Microcoring and dendrometer-detected intra-annual wood formation of Populus euphratica in the Ejina Oasis,northwestern China

Seasonal stem radial growth and wood formation of trees have become research hotspots because of their significance for dendroclimatological and dendroecological studies. However, until recently, these studies concentrated on coniferous tree species in high-altitude and high-latitude regions, while detailed information on arid-zone riparian forests is scarce. The main focus of this study is to monitor the intra-annual dynamics of radial growth and tree ring formation in a deciduous species, Populus euphratica. In 2013, we combined the dendrometer and microcoring methods to study this species in the riparian forest of the Ejina Oasis, in arid northwestern China. Vessel enlargement began in early May, and the maximum rate of cell production occurred in early June. The cell division then ceased from early to mid-July. The dendrometer method failed to reliably detect the date of growth initiation and cessation, but succeeded to detect the time of maximum growth rate just like the microcoring method did. We found that weekly stem radial increment data described xylem growth more accurately than daily datasets. Based on correlation analysis among climatic and hydrologic variables, and weekly stem radial increment, weekly ring width increase dataset, the depth to groundwater was the main factor that limited tree ring growth. From a practical perspective, such studies of intra-annual wood formation can provide empirical guidance for seasonal water allocations within a river basin.     

克里雅绿洲地下水埋深与土壤含水量的相关性

借助MATLAB7.0对新疆克里雅绿洲225个土壤样品的土壤含水量和28组地下水埋深数据进行处理,用线性回归法和多重回归法对土壤含水量与地下水埋深的关系进行分析。结果表明:0～5 cm、15～20 cm、45～50 cm和0～50 cm的土壤含水量与地下水埋深的相关系数分别为-0.8017、-0.8580、-0.8551和-0.8574;土壤含水量与地下水埋深之间存在显著的负相关关系,自上而下其关系逐渐增强,其中以15～20 cm土壤含水量与地下水埋深的相关性最强;由多重回归分析确定经验方程,其判定系数达到0.6631,说明地下水埋深是影响土壤含水量的重要因素,同时土壤含水量的多少可作为评估地下水开采利用与调控的依据。     

祁连山亚高山灌丛林叶面积指数与冠层氮、磷的关系

氮和磷作为植物体内重要的生命元素,在植物群落的生长发育过程中发挥着重要的作用。为了明确祁连山亚高山灌丛林叶面积指数与冠层氮、磷之间的关系,本文通过对祁连山亚高山灌丛林不同植被类型(箭叶锦鸡儿、高山吉拉柳、金露梅)及不同放牧处理(羊群、牦牛,未放牧)条件下灌丛群落的叶面积指数(LAI)与叶片氮积累量(TFN)、叶片磷积累量(TFP)比较发现,在整个亚高山灌丛群落中,LAI与TFN和TFP之间都有较强的相关性,并且TFN和TFP比值的变化表明不同植被类型叶片的生长都受到N、P的共同限制,只是随着LAI的增加,高山吉拉柳主要受到氮素的限制,箭叶锦鸡儿主要受到磷素的限制,而金露梅则受到N、P的共同限制;在不同放牧条件下,单位面积LAI对应的TFN的值较高而TFP的值较低,说明动物通过对植被的啃食可能会改变群落的模式,在一定程度上限制磷的摄入。LAI、N、P之间的耦合关系表明了亚高山灌丛群落的LAI在物种组成、放牧和冠层密度上存在差异,但仍然受到N和P的约束。研究结果有利于探索水分限制条件下祁连山灌丛林生态系统植物叶片与养分元素之间关系,对于研究干旱区高寒灌丛生态系统在全球气候变化中的作用及其对全球气候变化的响应与反馈,具有重要的理论价值和实践意义。     

基于线性光谱混合模型(LSMM)的民勤绿洲荒漠化治理效果评价

民勤绿洲是干旱荒漠化的典型区域,生态系统脆弱,对该区域的荒漠化治理效果进行评价可以为其生态修复政策的制定和管理提供参考。采用线性光谱混合模型(LSMM),将Landsat影像中的土地覆盖信息进行有效分解,通过分解后光谱在直方图上的特征值,确定合适的阈值,对荒漠化土地进行分类,分析荒漠化土地类型的时空变化特征,对民勤绿洲1992-2017年荒漠化治理效果进行评价。结果表明:(1)1992-2005年民勤绿洲荒漠化加剧面积大于改善面积,两者相差175.47 km^2,荒漠化加剧,治理效果不明显。(2)2005-2017年荒漠化改善面积大于加剧面积,两者相差174.18 km^2,荒漠化改善,治理效果显著。(3)1992-2017年民勤绿洲荒漠化总体趋于改善,局部地区加剧。其中,坝区和泉山区的荒漠化改善面积大于加剧面积,两者分别相差47.63 km^2和52.79 km^2,荒漠化改善,治理效果显著;而湖区荒漠化加剧面积大于改善面积,两者相差36.83 km^2,荒漠化加剧,治理效果不明显。     

华北一作区马铃薯生长发育及产量对干旱胁迫响应的模拟研究——以武川县为例

为探究不同程度干旱胁迫对华北一作区马铃薯生长发育及产量的影响,以内蒙古呼和浩特市武川县为例,基于多年马铃薯生长发育资料和气象资料,对APSIM-Potato模型进行调参与验证,评价模型在武川地区的适用性。利用验证后的模型模拟马铃薯叶面积指数（LAI）、地上部生物量和产量对不同发育阶段干旱胁迫的响应。结果表明：（1） 各发育阶段天数的模拟值与实测值的均方根误差（RMSE）均在3 d内;LAI、地上部生物量和产量的模拟值与实测值的归一化均方根误差（NRMSE）分别为12.82%、17.35%和14.48%,均低于20%,表明APSIM-Potato模型在武川地区具有较好的适用性。（2） 随着干旱胁迫时间和强度的增加,马铃薯LAI、地上部生物量和产量随之减小。模拟单一发育阶段干旱胁迫时,马铃薯LAI、地上部生物量和产量对分枝-开花期水分胁迫的响应最大;模拟连续发育阶段干旱胁迫时,LAI、地上部生物量和产量对全生育期水分胁迫的响应最大。     

黄河中游大尺度植被冠层截留降水模拟与分析

大尺度植被冠层截留降水定量模拟与分析是揭示气候变化和人类活动综合作用下区域水沙变化机制的重要研究内容。以黄河中游河口镇—潼关区间为研究区,耦合遥感等空间数据与植被冠层截留估算模型,利用地面监测站点降水数据、GLASS叶面积指数遥感数据和地理信息空间分析技术,定量模拟和分析了黄河中游20 世纪80 年代以来3 个典型年份的地表植被冠层截留降水及其时空变化特征。结果表明：（1） 20 世纪80 年代以来,特别是20 世纪末实施的生态修复政策,使得黄河中游叶面积指数显著提高,植被覆盖明显改善;（2） 20 世纪80 年代以来,黄河中游植被冠层截留降水发生了明显变化,1984 年、1995 年和2010 年研究区植被冠层截留降水量区域年平均值分别为19.57 mm、13.66 mm和22.68 mm,截留率分别为3.24%、3.32%和4.92%;（3） 黄河中游植被冠层截留降水特征及其变化受降水特征和地表植被状况共同影响,其中,降水量是决定植被冠层截留降水特征的控制性因素,而叶面积指数年际变化是影响植被冠层截留降水特征变化的主要因素。     

中国东部南北样带森林生态系统蒸腾与蒸散比值(T/ET)时空变化

植被蒸腾与蒸散的比值(transpiration/evapotranspiration, T/ET)表征了植被蒸腾对生态系统蒸散的贡献率,是准确量化生态系统水分利用效率的关键参数,对研究植被水分运移的生理生态机理以及碳水循环关系具有重要意义。基于站点数据验证PT-JPL模型(Priestly-Taylor JetPropulsion Laboratory Model)模拟精度,集成遥感数据和气象栅格数据模拟中国东部南北样带森林生态系统2001-2010年T/ET,并分析其时空变化及影响因子。结果表明:①PT-JPL模型适用于中国东部森林生态系统蒸散及其组分模拟,具有较高的稳定性和可靠性;②中国东部南北样带森林生态系统T/ET空间差异显著,整体呈南部低、北部高,主要由夏季T/ET空间格局主导;样带整体T/ET均值为0.69,2001-2010年呈显著缓慢上升趋势,增幅为0.007/yr(p <0.01);③T/ET季节和年际变异的主控因子不同:温度和EVI是影响T/ET季节变异的关键因子,两者均可解释T/ET季节变异的90%左右(p <0.01);而T/ET的年际变异则主要受EVI影响,解释率为53%(p <0.05)。     

Estimation and analysis of the ratio of transpiration to evapotranspiration in forest ecosystems along the North-South Transect of East China

Journal of Geographical Sciences - The ratio of transpiration to evapotranspiration (T/ET) is a key parameter for quantifying water use efficiency of ecosystems and understanding the interaction...     

退耕还林(草)背景下中国北方农牧交错带土地利用及碳储量变化

为明析退耕还林(草)背景下生态环境较为脆弱的北方农牧交错带土地利用及碳储量变化,基于该区2000、2010、2018年土地利用数据,通过动态度、土地转移矩阵,景观指数等指标从土地利用变化的数量、速率以及空间格局特征加以分析,同时基于In VEST模型定量估算了该区近20年来的碳储量变化.结果表明:(1)北方农牧交错带土...     

2000—2020年中国荒漠化潜在发生范围区林草覆被时空变化特征

干旱地区林草植被生长动态变化是研究荒漠化形成发展和演变过程的重要依据。本文基于改进方向性像元二分模型构建的2000—2020年中国荒漠化潜在发生范围区（PEDC）年植被覆盖度数据集,采用Sen+Mann-Kendall时间序列趋势变化检测方法,分析了2000—2020年PEDC,特别是林草覆盖区的植被生长状况时空变化特征。研究结果表明：① 2000—2020年,PEDC平均植被覆盖度为0.284,改进的植被覆盖度估算结果能够较好地反映研究区植被覆盖状况,估算精度为86.98%。PEDC植被生长状况不断趋好,其中干旱区表现最为突出,显著增加区域达到了48%,而亚湿润干旱区平均增长量最大为0.1。② 林草生态恢复工程措施效果显著,但植被恢复是个长期缓慢的过程,特别是林草面积的恢复。2000—2010年林草面积增加较少（0.002%）;2010—2020年增加较多（0.371%）。③ 2000—2020年PEDC林地植被改善最明显,草地则较为稳定,植被覆盖度显著性增加区域分别为76.4%和71.8%。其中林地植被覆盖度在亚湿润干旱区增长量最大为0.15,而整个研究区草地增长了0.06。本文更深入地掌握PEDC林草覆盖区长时间序列植被生长状况,为进一步制定和实施各项生态工程提供重要信息参考。