青海湖高寒湿地生态系统CO2通量和水汽通量间的耦合关系

利用涡度相关技术对青海湖高寒湿地生态系统不同时间尺度CO₂通量和水汽通量间的耦合关系进行了研究。结果显示：不同天气条件下青海湖高寒湿地生态系统30 min净CO₂交换量（NEE）与水汽通量间均显示了极显著负相关关系（P<0.0001）;30 min总生态系统生产力（GEP）与水汽通量呈极显著线性正相关关系（P<0.0001）;阴天水汽通量参与生态系统净CO₂交换和生态系统总碳吸收的比例最高。月均30 min NEE与水汽通量呈极显著线性负相关（R²=0.71,P<0.0001）。从植物返青期、生长期至枯草期,月均30 min的GEP与水汽通量不仅呈极显著线性正相关（P<0.0001）,且在生长期和枯黄期阶段表现出极显著一元二次多项式关系（P<0.0001）。在日尺度上,NEE日总量与日蒸散量呈极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.58,P<0.0001）;GEP日总量与日蒸散量呈极显著指数正相关（R²=0.42,P<0.0001）。在月尺度上,NEE月总量与月蒸散量呈极显著线性负相关（R²=0.60,P<0.0001）,两者还表现为极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.63,P<0.0001）。GEP月总量与月蒸散量呈极显著线性正相关（R²=0.51,P<0.0001）,且表现出极显著指数正相关关系（R²=0.64,P<0.0001）。     

近20年青海湖水量变化遥感分析

青藏高原湖泊水量的变化是揭示全球气候变化及其区域水循环响应的重要信息载体。区别于常用的水文学方法,本文利用MODIS遥感影像和LEGOS高度计多年连续数据,基于湖泊水位—面积关系,探讨了湖泊水量变化的遥感分析方法,并以青藏高原面积最大的青海湖为例,揭示青海湖近20年来(2001-2016)湖泊水量年内与年际变化特征。主要结论为：青海湖湖泊面积在2001-2016年间整体扩张了187.9 km²,变化速率为11.6 km²/a;水位在2001-2014年间上升了1.15 m,变化速率为0.10 m/a。青海湖水位—面积关系表现为二次函数关系(相关系数R²=0.83)。基于水位—面积关系,进一步估算分析了青海湖水量平衡的净收支及其年内和年际变化。近20年来,青海湖水量总体呈增加趋势,其变化率约为4.5\times {10}^8m³/a。降水的增加与蒸发能力的下降是湖泊水量增加决定性的驱动因子。     

干旱区盐湖沿岸土壤呼吸特征及其影响因素

明确不同生态系统土壤碳排放规律及其影响因素对准确评估全球碳循环具有重要意义。为揭示干旱区典型盐湖沿岸土壤呼吸（R_s）、土壤呼吸温度敏感系数（Q₁₀）变化特征及其影响因素,以新疆干旱区达坂城盐湖和巴里坤湖沿岸土壤为研究对象,在2015—2016年5~10月利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对盐湖沿岸土壤呼吸速率进行测定,分析了土壤呼吸季节性变化特征及其影响因子。结果表明,干旱区盐湖土壤呼吸变幅较大（0.07~11.59 μmol·m^-2·s^-1）,平均值为2.45 μmol·m^-2·s^-1,7月土壤呼吸速率最高为4.69 μmol·m^-2·s^-1,10月最低（1.01 μmol·m^-2·s^-1）;土壤CO₂累积排放量为9.30 g·m^-2·d^-1,7月累积排放量最大为17.82 g·m^-2·d^-1。Q₁₀呈“降低—增加—降低”趋势,6月最低（2.25）9月最高（3.52）,平均值为2.79。干旱区盐湖沿岸土壤呼吸受土壤有机碳（SOC）、5 cm土壤温度（ST5）、土壤含水量（SM）和土壤盐分（Salt）的共同影响,单因素模型模拟可解释土壤呼吸速率变化的41.7%~75.7%（R²=0.417~0.757,P＜0.05）,多因子综合模型拟合结果最佳R_s=0.001×SOC+0.039×SM-0.534×Salt-0.116×ST5+5.06（R²=0.804,P=0.05）,且均表明盐分是影响干旱区盐湖沿岸土壤呼吸速率的主要因子。因此,在考虑陆地生态系统碳收支和碳循环时不能忽略干旱区盐湖沿岸土壤碳过程,以及盐分对盐湖生态系统碳排放的影响。     

扎龙湿地水环境可持续性度量研究

湿地水环境的持续性度量的指标体系是从湿地水环境系统结构、功能状态和人为因素三个方面构建的。扎龙湿地水环境可持续综合指数的数学模型是:可持续综合指数P＝0.14P₁+0.47P₂+0.3P₃+0.09P₄。分指数(PI)分别是:水质指数、水资源量指数、生物指数和土地利用变化指数。计算过程运用了灰关联分析法、层次分析法和分段线性函数等方法,结果表明,扎龙湿地水环境可持续性的总体趋势在减弱,其影响因子已经不利于扎龙湿地生态系统的持续发展。     

沙地春玉米孕穗期和开花期土壤水分与产量的关系研究

采用回归旋转正交组合设计,对盆栽春玉米进行了孕穗期和开花期不同土壤水分处理试验。建立了孕穗期(X₁)和开花期(X₂)土壤水分与产量(Y)的关系模型:Y=90.5+7.98X₁+6.97X₂-2.25X₁X₂+6.38X₁²-7.38X₂²。孕穗期的土壤相对含水量不应低于54%。开花期的理想土壤相对含水量为65%。     

沙地春玉米叶片水势与土壤水肥关系的研究

通过鉴定二次回归旋转正交组合设计试验,获得沙地春玉米拔节期叶片水势(Y)与土壤相对含水量(X₁)和尿素施用量(X₂)之间的关系方程:Y=-1.35+0.06X₁-0.02X₂+0.05X₁X₂+0.05X₁²+0.09X₂²。玉米拔节期的叶片水势受土壤含水量的影响远大于受施肥量的影响;当土壤相对含水量为74%、尿素施用为59g·m^-2时,玉米拔节期的叶片水势最高。     

沙地影响玉米产量形成因子的量化研究(I)

采用二次回归通用旋转组合设计方法,对沙地玉米的水肥因子进行了量化试验研究。结果表明,试验条件下沙地农田当土壤相对含水量保持在67.2%,施用尿素52.5 g·m^-2和施用磷肥36.7g·m^-2时,可以获得1.32 kg·m^-2的最高产量。影响玉米产量形成的敏感因子首先是氮肥施用量,其次是土壤相对含水量,而磷肥施用量对玉米增产效果不明显。玉米的产量(Y)与土壤相对含水量因子(X₁)、氮肥施用量因子(X₂)和磷肥施用量因子(X₃)的关系为:Y=5.16+0.151x₁+0.284x₂-0.182x₃+0.199x₁x₂+0.403x₁x₃-0.215x₂x₃-0.193x₁²-0.415x₂²-0.002x₃²。     

科尔沁湿草甸参考作物蒸散发模拟分析

为探明气候变化下干旱半干旱地区湿草甸参考作物蒸散发(ET₀)影响因子,使用FAO 56 P-M模型对科尔沁湿草甸ET₀进行模拟,利用涡度相关系统对模型的适用性进行评价,并通过通径分析及指标敏感性分析对ET₀的影响因子进行辨识。结果表明:(1)小时尺度模拟精度最高,日尺度次之,月尺度较差,小时尺度上晴、阴、雨3种天气条件下模拟效果不同,晴天最优,阴雨天较差。(2)ET₀年内变化呈单峰曲线状,生长季明显高于非生长季,集中在3—10月,占全年89.79%。生长季典型晴天ET₀逐小时分布特征遵循倒“U”单峰型变化规律。(3)通径分析结果显示,对ET₀的通径系数以及对回归方程估测可靠程度E的总贡献均表现为VPD(饱和水汽压差) > T_min(最低气温) > R_n(冠层表面净辐射)>u₂(2 m高度风速),即VPD为影响ET₀最重要的因子;指标敏感性分析中,在去除VPD后引起的E变化最大,说明ET₀对VPD的变化最为敏感,其次为u₂、T_min和R_n。     

流域水热条件和植被状况对青海湖水位的影响

湖泊是陆地水资源的重要组成部分,也是局地气候和全球环境变化的敏感指示器之一。湖泊面积增加和水位的变化直接反映了流域内水量平衡变化过程,对区域和全球的气候变化的反映较为敏感。利用线性趋势法对青海湖流域长时间序列气象、水文资料以及流域水热条件和植被生长状况进行分析研究,利用皮尔逊相关系数法计算了各因素与湖水位的相关关系,旨在定量评估区域气象、水文、植被等要素的变化对和湖泊水位变化过程的贡献,开展细致的青海湖水位变化特征的影响因子探讨与分析。结果表明：该流域气候呈现显著的暖湿化趋势,其中流域年降水量总体上呈现弱的增加态势,气候倾向率为10.8 mm·（10 a）^-1;流域年平均气温呈显著的升高趋势（P <0.01）。流域年可能蒸散率和年实际蒸散波动较大,年实际蒸散虽有波动但增加趋势非常明显（P <0.01）。流域净第一性生产力（P）平均值为2.86 t DM·hm^-2·a^-1,呈现显著的增加趋势（P <0.01）。从1961年开始湖水位呈现逐年波动下降的趋势,到2004年水位最低（P<0.01）;2004—2015年的近10 a连续上升,上升速率达14.4 m·（10 a）^-1（P <0.01）。流域气温升高、降水量增加,流域气候呈显著的暖湿化特征,入湖河流径流量也呈现出弱的增加态势;气候暖湿化特征导致流域生物温度增加,植被生长状况得到改善,[WTBX]NPP[WTBZ]显著增加。年降水量增多,河流径流量增大,湖水位抬升;前一年的降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量、NPP和蒸发量对湖水位的影响更大;NDVI和NPP的增加反映流域植被生长状况得到好转,从而增加了流域植被水土保持和水源涵养能力,对湖水位产生间接的影响。降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量和NPP对青海湖水位起到正反馈效应,而蒸发量对湖水位主要起负反馈效应,年降水量和年径流量是湖水位变化的最直接的影响因子。     

半干旱沙区3种优势固沙灌木生物量分配及其生态学意义

为探究科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量的分配特征,以黄柳（Salix gordejevii）、差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）为对象,采用全挖法在个体水平上研究了固沙灌木生物量构件及其占比、R/S（root-shoot ratio）、地上新生生物量占比、地上新生生物量与老枝生物量占比及其与冠幅的相关性和地下-地上生物量关系。结果表明：（1）科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量构件及其占比存在显著性的种间差异（P<0.05）;黄柳的老枝生物量及其占比居于首位,NAB（new aboveground biomass,新枝生物量）/OBA（old branch biomass,老枝生物量）为43.90%;差不嘎蒿的地上生物量占比居于首位,地上新生生物量是老枝生物量的2.43倍;黄柳和差不嘎蒿地下生物量集中分布在浅土层,不存在深根系（根系长度>100 cm）。（2）小叶锦鸡儿地下生物量及其占比和R/S（root/stem）均居于首位;地下生物量在根系长度>30 cm处的生物量占比达到61.61%,深根系（根系长度>100 cm）层地上生物量占比达到22.33%。（3）黄柳和差不嘎蒿的R/S、NAB/AGB（aboveground biomass,地上生物量）和NAB/OBA均与冠幅呈负线性关系,在固沙后期该两种灌木随着冠幅的增大,地上新生部分锐减,生产力下降,植被出现衰退。（4）通过非线性回归拟合得到3种灌木地上（y）-地下（x）生物量异速生长模型为：黄柳y=2.928x ^1.039（R²=0.901,P<0.01）,差不嘎蒿y=32.802x ^0.685（R²=0.469,P<0.01）,小叶锦鸡儿y=1.337x ^0.066（R²=0.833,P<0.01）。     

季风边缘区湖泊表层沉积物粒度组分分布特征与影响因素

对内蒙古等地68个湖库共139个表层沉积物样品的粒度组分分布及其影响因子进行研究,探讨湖泊沉积物粒度分布特征及其成因机制和粒度组分的环境指示意义。结果表明：湖泊表层沉积物粒度可分为C1~C6共6个组分（0.4~1.9 μm、2.0~12.0 μm、17.0~58.0 μm、70.0~150.0 μm、170.0~500.0 μm和>600.0 μm）,近湖心样品粒度组分以C1、C2、C3为主,过渡带样品以C3和C4为主,近湖滨样品以C5主导。受入湖河流影响的样点处水动力条件决定了粒度组分的空间分布,波浪作用造成的二次悬移再沉积可能造成了C3组分向湖心迁移并导致近岸C5组分富集。C1及C2组分中径流输入不容忽视,C3组分中风力悬移搬运贡献较大。C4、C5和C6含量可指示样点距河口的相对位置,C3可反映样点距岸相对位置。     

内蒙古河套灌区作物种植结构变化及其驱动因素

农业种植结构是区域农业生产的重要部分,是决定区域水、土资源分配的核心.以2000-2018年MODIS NDVI多时相遥感数据为基础,结合不同物候期玉米、小麦、向日葵和番瓜的野外光谱测定和种植区GPS标定,构建了基于阈值分割的作物识别方法,分析了河套灌区主要农作物种植结构变化及驱动因素.结果表明:玉米等4类作物种植面积...     

新疆荒漠化现状、成因及对策

新疆远离海洋、深居内陆、地形封闭、干旱缺水,沙漠戈壁包围绿洲,绿洲呈分散分割状。森林覆盖率1.68%,盆地中心分布着两大沙漠,生态环境脆弱。40多年来,新疆在改造沙质荒漠化、土壤盐渍化、水域治理、中低产田等荒漠化治理中,取得了重大成就,同时,人口也增长了2.9倍,人类活动使生态平衡失调。荒漠化土地总面积79.59×10⁴km²,其中沙质荒漠化面积52.05×10⁴km²;盐碱土总面积847.6×10⁴hm²,现有耕地中31.1%的面积受到盐碱危害;山区云杉林已减少2.3×10⁴hm²,落叶松减少2.4×10⁴hm²,平原林退化更为严重;80%的草场均有不同程度的退化,产草量下降35.4%~75.8%;湖泊较70年代减少一半,耕地土壤肥力下降。根据新疆荒漠化发生发展的特点与原因,总结防治经验,形成有效的防治方法、措施与体系,新疆的荒漠化是可以防治的。     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

内蒙古高原等地湖泊表层沉积物孢粉与植被覆盖度定量关系研究

过去植被覆盖度重建在长尺度气候模拟和陆地生态环境演变机制研究等方面具有重要意义。基于现代过程的孢粉—植被覆盖度转换函数研究,可为利用孢粉地层数据重建过去植被覆盖度变化提供一条新的途径。以内蒙古高原等地39个湖泊和7个水库中心的表层沉积物孢粉组合与归一化植被指数(NDVI)为研究对象,利用加权平均偏最小二乘法(WA-PLS)、局部加权加权平均法(LWWA)和最佳类比法(MAT)分别建立了孢粉—NDVI转换函数;通过留一交叉检验法、自助法和空间自相关性等检验,筛选出最优模型并应用于古地层孢粉数据,实现定量重建过去植被覆盖度变化。结果表明:MAT和WA-PLS模型均受到空间自相关性的显著影响,而LWWA模型则是建立孢粉—NDVI转换函数的最优模型。与已有类似转换函数表现能力的对比表明,本研究建立的转换函数具有较强的可靠性和应用潜力。基于本研究转换函数重建的内蒙古辉腾锡勒(HTL)区域全新世植被覆盖变化与孢粉重建的植被变化具有很好的一致性,进一步印证了本研究转换函数的较强潜力,均表现出对降水变化的响应更为显著。     

内蒙古呼伦贝尔草原湖泊变化研究

内蒙古呼伦贝尔地区湖泊数量多,面积大,占内蒙古湖泊总面积的58％.近年来该地区湖泊趋于萎缩,但是已有研究主要关注大型湖泊,缺乏对该地区湖泊整体,尤其是小型湖泊(<1 km2)的研究.通过利用Landsat系列(TM、ETM+、OLI)卫星数据,参照该地区湖泊图集、湖泊名录以及Google Earth高清影像,分析了19...     

近20年天山地区冰湖变化特征

主要基于Landsat TM/ETM+影像等数据,分析1990-2010 年来天山地区冰湖变化特征及其对冰川融水径流的影响。近20 年来,天山冰湖面积平均以0.689 km²a^-1 或0.8% a^-1的速度扩张,其中一半以上是由东天山(0.352 km² a^-1) 贡献的,其次为北天山,面积年均增率为0.165km² a^-1,西天山和中央天山的面积年均增率最小,分别为0.089 km² a^-1和0.083 km² a^-1。除在相对较低海拔(< 2900 m) 和高海拔(> 4100 m) 范围内冰湖面积出现减少的现象,其他各高度带的冰湖面积均在扩张,其中增率最快的在3500~3900 m之间,平均增速达1.6% a^-1。冰湖扩张是本区气候变暖和冰川普遍退缩共同作用的结果,以中小规模的冰湖(< 0.6 km²) 对冰川退缩响应最为敏感。冰湖扩张能在一定程度上延缓因气候变暖而导致的区域冰川水资源的亏损,每年大约有0.006 Gt 的冰川融水滞留在冰湖中,约占天山冰川年消融量的2‰,但也将加剧本区冰湖溃决洪水/泥石流灾害的频次和强度。     

陕北风沙过渡带植被净初级生产力变化特征及原因

基于光能利用率原理,采用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型,实现了2000—2014年陕北风沙过渡带地区植被净初级生产力（NPP）估算,对该地区NPP时空变化以及驱动机制进行了定量化分析。结果表明：（1） 2000—2014年陕北风沙过渡带NPP为6.71×10¹²gC·a^-1,单位面积值为202.57gC·m^-2·a^-1,受地貌和气候特征影响,植被空间异质性强,黄土区植被明显优于风沙区;（2）近十几年来该区域植被得到明显改善,NPP总体增速为10.98gC·m^-2·a^-1（R=0.85,P<0.01）,植被增速存在空间差异,东南部的黄土区植被增长较快,西北风沙区植被增长较慢;（3）2000—2014年,降水、气温和辐射与NPP的相关系数分别为0.54（P<0.05）、-0.25、0.35,三者对植被增长的贡献量分别为3.95、0.71、2.75gC·m^-2·a^-1。这说明降水是气候因素中影响陕北风沙过渡带植被变化的主要因素;（4）近15年的植被恢复过程中,气候和人类活动都是重要的驱动因素,气候因子对植被增长的贡献更大,相对作用达到67.49%。区域内部,不同地区植被的主要驱动源存在差异,东部地区植被受气候因子主导,西部地区植被受人类活动主导。