古尔班通古特沙漠灌丛雾凇的生态水文学效应

对生长于古尔班通古特沙漠东南边缘的梭梭和白梭梭两种植物的小枝与灌丛雾凇量进行了观测, 并结合植被调查估算这两种植物对群落雾凇量的贡献量, 探讨群落雾凇量与气象要素之间的关系.研究结果表明: 在小枝水平上, 白梭梭雾凇量是梭梭的1.5倍, 但是在灌丛和群落尺度上, 梭梭却是白梭梭的1.5和3.6倍.小枝粗细及其生长位置、 灌丛形态结构和相对种群密度的差别共同造成两种植物雾淞量不同水平的差异.积雪、 低风速、 逆温和高湿是形成雾凇的最主要原因, 日最高气温(T_ma)与群落雾凇量(Rime)相关性最显著, 它与日最小比湿(q_mi)组成的二元线性方程可以解释Rime 98.50%的变异.在观测期, 当T_ma>-11.48 ℃时, Rime随T_ma的变化率较大, 当T_ma < -11.48 ℃时, Rime随T_ma的变化率较小, 前者是后者的3.59倍.总之, 雾凇能部分补偿雪面蒸发造成的积雪量减少, 间接地保护了浅薄的地表积雪, 是古尔班通古特沙漠冬季极重要的生态水文学过程.     

生态水文科学研究的现状与展望

生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域 ,其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理 ,探索各种植被的生态水文作用过程。近年来 ,生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域 ,同时 ,生态水文学的研究十分注重尺度效应 ,把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所 ,开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究 ,是生态水文学研究最具活力的方向 ,其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型 ,并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。     

流域生态水文模型研究和问题

在生态水文学的发展进程中,流域生态水文模型是研究的重要分支和热点问题。它可以通过不同尺度的生态过程和水文过程的耦合描述,揭示其相互作用机制与关系。发展至今,对流域生态水文模型的研究已取得一些阶段成果,从最初描述单过程的经验模型到清晰刻画物理过程的分布式模型,主要经历了单向耦合模型、概念模型、半物理过程模型和物理过程模型。目前,流域生态水文模型在森林流域和干旱半干旱区流域生态水文过程对气候变化的响应及土地利用对作物产量影响等方面的研究中得到广泛应用。现有模型在对植被-水文相互作用机制的刻画、流域尺度转换、模型参数估计、输入数据、模拟精度与不确定性等方面存在一些问题,这些问题也是未来生态水文模型研究的重点。生态水文模型的研究依赖于生态水文学的学科发展和理论研究,要紧密结合生态水文学的最新研究进展,才能够实现模型在理论上的突破。     

新疆古尔班通古特沙漠生物结皮的土壤理化性质分析

古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠,广泛发育着地衣、苔藓和藻类等生物结皮,其分布状况与其自身生理生态特点和所处沙丘部位的环境条件密切联系着.结合野外调查和实验室样品分析结果,讨论了沙丘不同部位土壤理化性质与生物结皮分布、发育的关系.结果表明:不同类型生物结皮在沙丘上的分布和发育状况是不同的,从沙丘顶部的流动或半流动沙面上到沙丘两坡的中部、下部以及丘间低地,生物结皮的分布依次为微生物种类、藻类结皮、地衣结皮和苔藓结皮,从沙丘上部、中部至沙丘底部及丘间,生物结皮的类型、厚度及发育程度呈增强态势.生物结皮在沙丘不同部位的发育特点和分异变化与沙丘不同地貌部位的土壤理化性状、地表基质稳定性等生态条件有着密切的关系.     

古尔班通古特沙漠及周边区域冬季大气边界层高度对地表积雪的响应

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR（Scanning Multichannel Microwave Radiometer）、SSM/I（Special Sensor Microwave/Imager）、SSMI/S（Special Sensor Microwave Imager/Sounder）被动微波遥感雪深数据、古尔班通古特沙漠腹地雪深观测数据和ERA5再分析资料（the Fifth Generation ECMWF Reanalysis）边界层高度数据,分析了沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征与相互关系。结果表明：古尔班通古特沙漠及周边区域冬季雪深年均值为8.45 cm,整体呈现东北部和南部积雪较深,其他区域积雪较浅并呈现出由沙漠中心区域向四周逐渐减少的特点,雪深在古尔班通古特沙漠及其东北、南边的邻近区域呈升高趋势,剩余地区呈下降趋势。古尔班通古特沙漠及周边区域冬季边界层高度年均值为105.54 m,呈现东南部和西北部高,中心沙漠区域、东北部、西南部较低的特点,边界层高度在沙漠及周边区域升高而其他区域降低。古尔班通古特沙漠的冬季雪深和大气边界层高度时空变化整体呈负相关,其中93.17%以上的沙漠区域呈负相关,平均相关系数为-0.32,最大相关系数绝对值为-0.58,空间相关系数为-0.42（P<0.05）。     

古尔班通古特沙漠植物雾凇凝结特征

古尔班通古特沙漠冬季稳定积雪期长,多雾凇天气.通过2007年11月~2008年3月在沙漠南缘的定位实验观测,发现植物雾凇凝结水总量平均为5.8 mm,占冬季降水量的21.8%,其中,沙漠区垄间和垄上植物雾凇凝结水总量分别是3.8 mm和9.1 mm,各占冬季降水量的14.4%和34.3%;植物雾凇凝结水量是雪面凝结水量的5倍;荒漠植物的雾凇凝结水可以增加古尔班通古特沙漠冬季植被分布区域水资源量.雾凇形成的最大风速一般小于3m/s;-15℃~-20℃是雾凇形成次数最多的气温区间,占全部雾凇日数的24.3%,气温低于-30℃时雾凇凝结量显著减少;观测期雾凇形成时大气最大相对湿度小于80%的日数占冬季雾凇日数的41%.低温、高湿、低风速的气象条件,加之梭梭枝条的细直径和针状叶特征,是古尔班通古特沙漠冬季具有丰富植物雾凇凝结水的重要原因.     

高山寒漠带水文、生态和气候意义及其研究进展

高山寒漠带在青藏高原和天山地区的面积比率约为20%~30%,在高海拔山区面积分布广阔,是山区流域降水的高值区,下渗迅速,产流系数高,是山区流域的主要产流区。由于其海拔高、气温低、地形陡峭、植被稀疏,是重要的水文功能区和极端寒区生态脆弱区,附生在其中的稀疏植被和低温微生物是高山生命带的重要组成部分,对气候变化也有指示意义,但国内相关研究很少。人类活动对高山寒漠生境植被的影响比低海拔区要小,因而为我们提供了一个可以进行气候变化效应比较监测的机会。提出高山寒漠带在我国冰冻圈水文、生态和气候等方面的重要性,并对相关进展进行初步总结,建议将高山寒漠带作为一个特殊的生态、气候和水文功能区,专门进行研究。     

黑河流域生态水文样带调查

样带研究是研究全球变化与陆地生态系统关系最有效的途径之一。通过在黑河流域上、中、下游分别确定具有代表性的流域样带和空间网格,系统调查植被、土壤、水文、地貌和气候特征及人类活动和社会经济特征,建立相应的数据库。完善流域整体概念的野外观测试验研究网络,形成以流域为单元、科学问题为导向的生态—水文过程的数据—模拟研究平台,使我国流域生态水文研究进入国际先进行列。     

干旱区根土界面水分再分配及其生态水文效应研究进展与展望

水分限制环境下,植物对生境的适应直接或间接地与植物对水分资源的利用有关。目前已知,根系—土壤系统（又称根土界面）水分再分配是陆地表层系统地下生态过程的一个重要环节,它在植物对土壤水分的利用和生态系统水分循环过程中起着关键调节作用,而且对生态系统的碳氮磷循环与养分平衡等关键过程亦具有重要影响。因此,深入开展水分限制环境下根土界面水分再分配过程及其生态水文效应的研究有重要的科学意义。围绕“水分限制环境下根土界面水分再分配过程及其效应”这一核心问题,重点从根系生态学、根土界面水分再分配发生机理及其生态水文效应及影响根土界面水分再分配发生的主要因子等3个方面对国内外的研究动态及最新研究进展作比较系统的评述;在此基础上,提出了根土界面水分再分配过程及其生态水文效应研究中应重点关注和研究的几个前沿科学问题。     

古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异特征

认识沙漠土壤水分的时空变异性,是揭示沙漠生态系统生态-水文格局的基础。利用中子土壤水分仪的实测数据,对古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异进行了系统分析。研究表明:① 沙丘不同部位土壤水分随时间具有一致性变化规律,上层土壤和下层土壤的变化趋势有所不同。0~1 m土层坡顶>坡中>坡脚,1~2 m土层坡脚>坡中>坡顶。② 土壤水分具有明显的季节变化和分层变化特征。春季是古尔班通古特沙漠土壤水分最丰富、变化最迅速的时期;0~40 cm、40~140 cm、140~200 cm土层土壤水分变异系数分别为13.56%、5.35%和0.80%,与不同土层水分来源和消耗以及植物根系分布相对应;不同土层土壤水分的变异强度要大于不同部位土壤水分的变异强度。③ 植被和地形对土壤水分的空间分异作用明显,沙丘坡脚处以及荒漠灌木梭梭根区始终存在土壤水分相对富集区。     

古尔班通古特沙漠与绿洲交错带土地利用变化对土壤特性的影响

对比研究了古尔班通古特沙漠与绿洲交错带8种土地利用类型的土壤特性变化. 结果表明: 不同土地利用类型的土壤粉砂含量差异性显著(P<0.05). 人类活动干扰的时间越长、 强度越大, 粉砂和极细砂含量越高, 而细砂反之. 在人类活动干扰前期(≤5 a), 土壤养分与干扰时间成反比, 而后(＞5 a)与时间成正比. 不同土地利用类型的土壤养分分为4个等级: 1级为盐碱地, 为最高等级; 2级为生态防护林地、 荒草地和天然灌木林地; 3级为10 a农田地、 5 a菜园地和3 a农田地; 4级为5 a农田地, 为最低等级. 人类活动使得土壤盐分由原来的(盐碱土)上层高、 下层低转为上层低、 下层高. 而且盐分与干扰时间成反比. 土地利用变化的过程中, 土壤盐分与Cl^-、 SO₄^2-、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 K⁺和Na⁺离子均成正比, 而与HCO₃^-离子成反比. 5 a农田地土壤退化指数(-30.58%)最高, 是其他土地利用类型的1.5~3.9倍.     

气候变化对我国水文水资源的可能影响

以平衡的GCM模型输出作为大气中CO₂浓度倍增时的气候情景,采用月水量平衡模型及水资源利用综合评价模型研究我国部分流域年、月径流、蒸发的可能变化及2030年水资源供需差额变化。结果表明淮河及其以北气候变化的影响最为显着,各流域水量的增多或减少主要由汛期径流及蒸发的增减决定。在未来气候条件下,黄、淮、海三个流域水资源短缺可能进一步加剧。     

The variation of morphological features and mineralogical components of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert of Northwestern China

Increasingly complex life forms were found in older biological soil crusts in the Gurbantaunggut Desert in Northwestern China. These crusts may play a critical role in mineral erosion and desert soil formation by modifying the weathering environment and ultimately affecting mineralogical variance. To test this hypothesis, variations in the morphological features and mineralogical components of successional biological soil crusts at 1 cm were studied by optical microscopy, SEM and grain size analysis. Concentrations of erosion-resistant minerals decreased with crust succession, while minerals susceptible to weathering increased with crust development. Neogenetic minerals were found in late stage crusts, but not in early stage crusts. Silt and clay concentrations were highest in early formation crusts and soil mean particle size decreased with crust succession. Cyanobacteria, lichen and moss were shown to erode and etch rocks, and secondary minerals produced by weathering were localized with the living organisms. Thus, more developed crusts appeared to contribute to greater mineral weathering and may be a major cause of mineralogical variance seen in the Gurbantunggut Desert. The greater activity and complexity of older crusts, as well as their improved moisture condition may function to accelerate mineral weathering. Therefore, protection and recovery of biological crusts is vital for desert soil formation.     

世纪之交的水文研究

基于第二十二届国际大地测量与地球物理大会的动态,分析出世纪之交水文学研究的三大基本特点.其一是强调人类活动对水循环的影响的研究,主要表现为研究土地利用变化对来自面源的氮负荷的影响、城市化进程加快对地表和地下水质的影响、河流对水文系统、泥沙输送及营养负荷的变化的生态响应和地下水和地表水在质与量上的相互作用.其二是十分重视区域尺度的水文的研究.包括区域及全球尺度资料库的建立和区域水分通量的计算.其三是集成应用示踪剂、遥感及先进的水文测验技术进行水文机理研究.     

水文科学研究进展的回顾与展望

对水文科学的研究现状、主要进展和发展趋势进行了系统深入的总结和分析,其结果表明,社会需求是水文科学发展的根本动力,技术进步是水文科学发展的源泉。水文科学不仅要研究地表水文过程,还要研究各圈层界面上水分和能量交换过程,不仅要研究水在运动转化过程中的物理过程,还要研究水中各种化学成分的化学过程,特别需要加强水在水文循环和运动中生物过程的研究,从而使水文学向生态水文学的方向迈进。目前,生态水文学、全球气候变化影响是水文学研究的热点领域之一。今后除了进一步继续完善和深化水文科学的理论体系,还要不断丰富水文科学的社会服务功能,为经济建设和社会发展提供科技支撑。     

西北内陆盆地水循环特征分析

针对西北地区大开发所面临的水资源问题以及水资源开发所引起的环境问题,从大气水、地表水、地下水和生态水之间的转化关系为切入点,通过系统分析,揭示了西北内陆盆地水循环特征及水资源形成演化规律,在此基础上,提出了实现生态环境保护和水资源合理开发利用应遵循的基本原则.     

OSL chronology of sand deposits and climate change of last 18 ka in Gurbantunggut Desert,northwest China

The development of the Gurbantunggut Desert is mainly controlled by the Westerly wind, and at present has little influence from Indian and Southeast Asian monsoons. A combined study using optically stimulated luminescence (OSL) dating, ground‐penetrating radar (GPR) surveys and climatic proxies analysis was carried out in the southern part of the desert. The chronology extends back to 18 ka and is constructed based on 16 OSL ages from boreholes in the linear dune body and the inter‐dune area. The chronology suggests that sand deposition in the last 18 ka experienced two rapid accumulation phases at 11 and 2.5 ka ago which were also evident from the GPR surveys. These periods relate to increased aridity in the region. Five climate phases are identified from the last 18 ka, based on the OSL chronology and climatic proxy analysis with grain size and magnetic susceptibility measurements. The deglacial period (18.3–10.4 ka) is characterized by climate instability and possible glacial melting events. The Holocene Optimum peaked 8.5 ka and terminated 3.6 ka ago, when the regional climate became arid. OSL samples from the dune body cluster around 2.5 ka, which indicates rapid advance/extension of dune bodies at this time. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.