2005-2020年中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库中最大、最为活跃的部分,在全球碳循环过程和全球气候变化中起着重要的作用。中国西北旱区位于欧亚大陆的腹地,生态系统极其脆弱,对气候变化的响应也极为敏感,是近年来众多学者关注的热点地区,土壤有机碳储量估算以及空间分布特征日益成为该区域的研究焦点之一,但是数据共享不足与实测数据相对缺乏是造成研究结果不确定性的重要因素。在收集中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北六省区的农田、荒漠、草地生态系统野外科学观测研究站土壤长期观测数据的基础上,通过筛选、质量控制后,采用有机碳估算模型计算生成了中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集。本数据集涵盖了11个站点2005-2020年各类长期观测样地的表层(0-20 cm)和剖面分层土壤有机碳密度数据,以期为中国西北干旱区土壤碳储量估算和碳循环过程研究提供有价值的实测数据。

基于生境及其植被特征的西北干旱半干旱区城市绿地生态设计途径

【目的】在地域自然资源的约束及可持续城市绿地建设的现实诉求下,探索能够指导西北干旱半干旱区城市绿地生态设计实践的方法策略,为该地区建立人工干预下的新城市生态过程提供支持。【方法】分别从中、小尺度对城市生境的异质性特征进行认知,并对其与城市绿地设计层级、内容的匹配性关系进行分析。【结果】构建出中小尺度城市绿地生态设计框架,并针对西北干旱半干旱区城市绿地建设,划分出4种典型城市绿地生态设计类型及其生态设计分区,提出相应的场地生境多样性优化设计、植物群落多样性设计和科普展示系统设计策略。【结论】将中、小尺度城市生境及其植被特征的形成与维持机制转化为城市绿地生态设计途径,可为西北干旱半干旱区城市绿地生态建设提供理论支持和技术指导。

西北干旱区荒漠植物叶片和细根碳、氮、磷化学计量特征

植物的叶片和细根是植物地上部分和地下部分最重要的营养器官,其碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征反映了植物的养分限制状况及叶片与细根间的协同作用,开展叶片与细根化学计量关系的研究,对认识植物养分利用策略及元素间平衡关系有重要意义。对西北干旱区21种荒漠植物叶片与细根C、N、P含量进行了测定,分析了C、N、P含量及其计量比在不同生活型及不同器官间的关系。结果表明:1)西北干旱区荒漠植物叶片与细根C含量相对稳定,叶N、P含量高于细根,说明在干旱生境中,植物对养分的分配侧重于地上部分,以完成其正常的生命活动;叶片与细根的N∶P无显著差异,有明显的保守性,表明植物地上与地下部分养分吸收策略与分配规律具有一致性;2)不同生活型植物叶片和细根的C、N、P含量及C∶N、C∶P存在显著差异,灌木与禾草具有较高的C∶N和C∶P,杂类草具有较高的N、P含量,说明灌木与禾草倾向于保守型养分适应策略,杂类草倾向于快速生长的资源竞争策略;3)21种荒漠植物叶片与细根N、P含量间均存在显著的正相关关系,表明西北干旱区荒漠植物体内N、P元素间存在相互作用;4)植物叶片与细根间C、N、P含量及C∶N、C∶P存在等速生长关系,表明植物光合产物和养分在地上与地下部分间的分配具有平行的比例关系,但这种关系受生活型影响。上述结果表明西北干旱区不同生活型植物在恶劣生境中存在不同的养分适应策略,且地上与地下部分的养分利用策略及分配规律存在协同作用,这为进一步认识西北干旱区荒漠植物的养分利用策略提供了试验基础。

西北干旱区藓类结皮覆盖下土壤多功能性特征及影响因子

生物土壤结皮是由干旱区重要的活性地被物组成,可显著影响地表土壤的物质循环与能量交换,改善表层土壤的物理、化学和生物学性质,从而影响土壤多功能性(Soil Multifunctionality,SMF)。藓类结皮是生物土壤结皮的重要类型之一,本研究旨在探究西北干旱区荒漠藓类结皮覆盖下土壤与裸沙的SMF差异性,探究两者SMF变化的主要驱动因素。通过分析土壤的8个干旱区关键生态系统功能指标,运用平均值法和因子分析法计算SMF,运用最小二乘回归分析和结构方程模型(SEM)等探究SMF变化的主要驱动因素。研究发现:(1)藓类结皮覆盖下土壤的单一和多功能性显著高于裸沙。(2)裸沙和藓类结皮覆盖下SMF变化的驱动要素具有差异性,裸沙SMF的主要驱动因素为干旱(Aridity)和土壤含水量(SWC),而藓类结皮覆盖下SMF驱动要素为土壤砂粒含量。(3)年均温(MAT)对裸沙和藓结皮覆盖土壤SMF的变化均呈现最大的间接效应。因此,藓类结皮发育显著增加了荒漠土壤SMF,同时也调节SMF的相关驱动因素。以上研究结果对深入理解荒漠裸沙和结皮覆盖下SMF的差异性及驱动因素具有重要意义。

基于温度植被干旱指数的西北干旱区干旱时空变化

西北干旱区常年降雨稀少、干旱频繁,严重影响当地的生态平衡、农业生产以及经济可持续发展。为厘清西北干旱区干旱时空分布特征,基于增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)和地表温度(land surface temperature,LST)构建温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)模型获得2000—2022年6—9月西北干旱区干旱时空变化特征,利用Sen+Mann-Kendall趋势分析法明确干旱趋势,分析不同土地利用类型与干旱的关系。结果表明:①西北干旱区TVDI空间分布呈现“西北低东南高”的特征,多年TVDI的均值为0.67,处于中旱的水平;②西北干旱区TVDI呈干旱加剧趋势,增加速率为8.8×10^(-4)年^(-1),显著加剧的面积约占总面积的21.04%,轻微加剧的面积约占总面积的62.33%;③未利用地TVDI值均高于其他土地类型,干旱程度越高未利用地对TVDI贡献度越大。

多源遥感降水产品在西北干旱区的气象干旱性能评估

多源遥感降水产品在气象站点稀少或分布不均地区的干旱监测方面,发挥着至关重要的作用,比如地处中国西北的干旱区。选择5套典型遥感降水产品(PERSIANN、CHIRPS、CMORPH、TMPA和MSWEP),基于标准化降水蒸散指数(SPEI),评估了降水产品在3种时间尺度的气象干旱性能;通过游程理论识别干旱事件,阐释了遥感降水产品捕获干旱事件的能力。研究表明:(1)在西北干旱区,5套遥感降水产品均能较好地捕捉多年平均降水量的空间分布格局,但却难以准确地捕捉降水的变化趋势。(2)在捕获SPEI性能方面,MSWEP最优,其次为TMPA、PERSIANN和CHIRPS,CMORPH表现最差。1个月尺度(SPEI1)是遥感降水产品识别气象干旱的最佳时间尺度。(3)在刻画干旱事件的特性方面,CHIRPS对干旱事件数量的识别能力最佳,PERSIANN最差;MSWEP和TMPA表征干旱严重性最好,CHIRPS较差;除CMORPH外,其余4套产品均能较好地捕获干旱事件的强度和极值。综上所述,虽然5套遥感降水产品整体上可较好地捕获西北干旱区的干旱特征,但由于受降水产品反演算法、地形复杂性以及地面验证站点疏密程度的影响,较难以找到一种降水产品在捕获干旱特性所有方面均表现最优。研究成果可为区域气象干旱监测最佳降水产品的选择,以及遥感降水产品在极端干旱环境反演算法的改进方面提供参考。

西北干旱区气候变化对灌溉春玉米生产的影响

基于河西走廊中部1984-2022年灌溉春玉米定位观测试验,结合同期气象资料,采用线性回归、相关分析和M-K突变检验等方法,分析气候变化对西北干旱区灌溉春玉米生育期和产量的影响。结果表明:春玉米全生育期平均气温以0.76℃·10a^(-1)的速率呈极显著上升趋势(P<0.01)。≥10℃活动积温呈显著增加趋势,平均每10a增加135.80℃·d。全生育期降水量增加趋势不显著,但乳熟-成熟期以4.50mm·10a^(-1)的速率显著增加(P<0.05)。1984-2004年日照时数以126.88h·10a^(-1)的速率显著增多,近19a以109.38h·10a^(-1)的速率显著减少。1984-2004年春玉米生长期长度以9.86d·10a^(-1)的速率显著延长,近19a以7.39d·10a^(-1)的速率显著缩短。播种-出苗期和七叶-拔节期长度与气温呈显著负相关;播种-出苗期、三叶-七叶期和吐丝-乳熟期长度与降水量呈显著正相关;各生育期长度均与日照时数呈显著正相关。研究期内春玉米产量呈波动变化,气候产量与全生育期内降水量呈显著负相关。综上所述,西北干旱区气候变化对当前灌溉方式下的春玉米生产不利。

西北干旱区城市水资源绿色效率及节水减排研究

运用包含非期望产出的SBM模型测度2011—2020年西北干旱区34个地级市的水资源绿色效率,利用自然断点法探究西北干旱区水资源绿色效率的时空演变特征,并在此基础上分析西北干旱区各地级市的节水减排潜力。结果表明:2011—2020年西北干旱区34个地级市有88.2%的市水资源绿色效率未达到生产前沿面;水资源绿色效率总体呈现出南部、中部、北部逐渐递增的空间分布态势;城市之间的节水减排潜力差异显著,区域之间呈现“中部>南部>北部”的发展格局;从节水减排技术、产业结构、水资源管理等角度提出相关对策建议,以期推动西北干旱区各城市水资源绿色效率的提升。

我国西北干旱区绿洲城市热岛效应研究进展

了解中国西北干旱区绿洲城市热岛效应研究进展有利于绿洲城市的可持续发展,同时为后期学者的研究方向提供参考。从中国知网学术期刊(网络版)数据库和Web of Science核心库检索并筛选了1990—2022年发表的相关论文共67篇,利用Origin 2021软件对年度发文量、机构、主要研究内容进行统计和分析,采用CiteSpace 5.8对作者和关键词进行共现聚类。结果表明:干旱区城市热岛效应的论文数量整体偏少,近年呈缓慢上升趋势,被引频次总体不高;研究尺度以城市尺度为主,研究区多集中在乌鲁木齐市。早期多使用地面气象站观测法,近年来以遥感监测法为主,模型预测法与移动样带测量法在干旱区内应用较少;研究热点是城市热岛效应的影响因素和变化过程,城市热岛效应的缓解策略尚未引起重视。未来应该在多个尺度与多个绿洲城市开展研究,并更加关注城市热岛的缓解策略。

1981—2019年西北干旱区暖湿化分析

[目的]探究我国西北干旱区20世纪80年代以来的暖湿气候变化情况。[方法]利用国家气象数据中心发布的1981—2019年0.5°×0.5°气温和降水量月值格点资料,采用线性倾向率、Mann-Kendall检验、累积距平法,对近39年来该地区气温和降水时空演变特征进行研究。[结果]近39年来西北干旱区平均气温呈现显著上升趋势,气温倾向率为0.377℃/10 a(P<0.01),天山亚区增温趋势最大;各季节平均气温均呈显著增高趋势,春季增温趋势最大,冬季增温趋势最小,气温倾向率仅为0.121℃/10 a(P>0.05);年平均气温在1997年发生增温突变,进入21世纪增温趋势减缓。西北干旱区年降水量整体呈增加趋势,降水量倾向率为9.509 mm/10a(P<0.01),天山亚区增湿趋势最大,降水量倾向率为25.673 mm/10 a(P<0.01);四季均呈降水量增加趋势,夏季增加趋势最大,冬季降水量增加趋势相对较小;年降水量在2001年发生突变,降水量增加趋势明显。[结论]西北干旱区整体处于暖湿阶段,尤其天山亚区暖湿化最显著。

西北干旱区夏季水汽收支特征及对气温异常的响应

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2016年ERA-Interim再分析资料分析了西北干旱区(35°N~48°N,80°E~106°E)夏季水汽收支特征,并通过环流合成分析进一步揭示了气温异常对西北干旱区水汽收支的影响。结果表明:西北干旱区夏季大气水汽含量和水汽净收入均为增加趋势。气温和东边界、北边界以及南边界的水汽通量均在20世纪90年代后期发生显著调整。升温主要使西北干旱区东、南边界的水汽支出减少,进而导致水汽含量增加。气温异常调整环流异常,从而使对流层中下层风速变化,进一步影响西北干旱区各边界的水汽输送。其可能影响机制为气温偏高时,印度西南季风加强,使南边界偏北风减弱,导致水汽支出减少;蒙古异常反气旋加强使东边界、南边界东部和北边界的中低层风速减小,导致东边界、南边界东部水汽支出和北边界水汽收入减少。

西北干旱区荒漠戈壁两次极端沙尘事件的对比研究

为深入理解极端沙尘暴事件的演变过程和驱动因子,结合多源卫星遥感及再分析数据,挑选2007年3月31日(“3·31”事件)和2021年3月14日(“3·14”事件)爆发于西北干旱区荒漠戈壁的两次沙尘暴事件,对比分析了其时空演变、高低空环流配置、近地面气象要素的变化。结果表明:(1)两次极端事件分别爆发于塔克拉玛干沙漠及戈壁荒漠,均受高低层天气系统影响。其中,“3·31”事件受地面冷锋和高空脊控制,脊前西北冷空气与地面冷锋引起的垂直运动配合,将沙尘往下游输送;而“3·14”事件则受蒙古气旋和高空槽影响,气旋后的偏北风和气旋引发的垂直运动将沙尘卷起至高层大气,并通过槽后西北风将其往下游输送;(2)两次极端沙尘事件均有持续时间长的特点,区别在于“3·31”事件主要受高压脊、均压场和周边地形影响,大气层结稳定,沙尘不易沉降和输送,而“3·14”事件则因中国北部持续性高压导致的偏南风和偏东风阻止了沙尘向下游扩散;(3)两次极端沙尘事件爆发前,塔克拉玛干和戈壁荒漠均出现了高温、降水减少及土壤水分枯竭现象,即强风和干燥土壤。为极端沙尘事件的爆发创造了有利的动力条件和物质基础。

中国西北干旱内陆区季风-西风交互作用研究进展

中国西北内陆干旱区存在季风和西风两个气候变化模态,是季风-西风交互作用影响区。对该区域气候环境的研究具有重要的理论和现实意义,也是当前全球变化研究中备受关注的前沿问题。本文通过梳理前人对季风、西风区及其边缘活动带界定、器测和代用指标的两大环流气候影响及其交互作用研究进展,认为今后需加强对西风模态及其与季风交互作用、区域界定、高分辨率大时空尺度驱动机制的相关研究,以期推动区域全球变化响应及其动力机制等学科领域发展,为西北干旱区区域沙漠化治理和国家生态安全战略提供科技支撑和决策理论依据。

西北干旱区农业生产适宜性评价与布局优化研究——以武威市为例

农业生产适宜性评价是新时期国土空间规划中农业空间优化调整的前提,是科学划定农业空间和永久基本农田的必要依据,对保障国家粮食安全和生态安全具有重要意义。本文以武威市作为西北干旱典型区,运用GIS软件,分别对农业生产的必要要素——土地资源、水资源和气候条件进行了评价分析,并进行模型集成,形成评价结果。在对农业生产适宜性评价结果分析的基础上,提出武威市农业生产布局优化思路及具体措施,探讨农业生产适宜性对于国土空间规划的支撑作用。

西北干旱区核桃栽植技术

在我国西北干旱地区进行核桃树栽种时,相关人员应当客观意识到干旱气候环境对核桃栽植工作产生的不利影响,为科学有序地推动核桃栽植,使得核桃树种植规模化,带动当地的经济发展,并增加农民的收入。在具体的核桃栽植技术推广普及时,应当紧扣西北干旱区的环境特点,明确核桃树的栽植技术要点,如选择适栽区、整修园地、选择优良核桃品种、保水剂运用、穴贮肥水地膜覆盖、旱井集雨节水微灌、林草结合防风固土、栽植、配方施肥、整形修剪、病虫害防治、核桃冻害的防治等。通过指导使得农户能够掌握技术要点,有效降低核桃栽植的风险,保证核桃树高产优产,为农户带来可观的经济收益,使得更多的民众愿意主动栽种核桃树,加速我国西北地区核桃产业链的打造。本文就西北干旱地区核桃栽植技术进行分析探讨。

基于西北干旱地区水系连通工程生态修复措施的应用及实践

为解决西北干旱地区水资源短缺与生态退化问题,本文以永昌县水系连通工程为例,对生态修复措施进行研究,提出了一系列针对性的技术和方法。通过详细的工程规划和生态设计,本研究有效提升了地区水环境质量与生态系统功能,以期为相关人员提供参考。

西北干旱地区林木的防风固沙作用及发展策略探析

当前,全球受沙漠化影响的土地面积约为3600万平方公里,覆盖了地球陆地表面的四分之一。因此,防止土地荒漠化演变成了各个国家及地区在生态及农业发展方面的难题。有关调查数据表示,我国受土地荒漠化波及的面积260万平方公里,由此引发的生态、经济及社会问题层出不穷。鉴于此,采取有力措施治理土地荒漠化已刻不容缓。

西北干旱区土遗址的主要病害及成因

通过大量的现场调查和室内分析测试研究发现,遗存在我国西北干旱地区的古代土遗址存在的主要病害形式是墙基凹进、墙面呈蜂窝状或片状剥离、墙体开裂坍塌等。这些病害的形成是风蚀、雨蚀和易溶盐反复的溶解结晶等综合作用的结果。研究结果可为这一地区的土遗址保护提供指南。

西北干旱区水资源问题研究思考

气候变化与水资源问题是各国政府部门、学术界和社会公众普遍关注的焦点,也是西北干旱区实现跨越式发展的重要瓶颈之一。在分析前人研究成果基础之上,指出制约西北干旱区社会经济发展和生态安全的关键因素和气候变化对西北干旱区水资源的影响;进而分析西北干旱区气候变化与水资源研究中的热点和难点问题;最后基于西北干旱区水资源研究的重要性和迫切性提出目前亟待解决的研究任务与核心内容,主要包括3个方面:(1)气候变化对西北干旱区水资源形成、转化及未来趋势的影响;(2)气候变化对西北干旱区水循环过程的影响;(3)气候变化对西北干旱区水资源安全的影响。