长期降水变化和氮添加对青藏高原高寒草原物种多样性和生产力的影响

在全球气候变化背景下,降水变化和氮添加草地物种多样性和生产力,但高寒草原研究较少,尤其是长期水氮控制试验。为此,本试验于青海省三角城种羊场紫花针茅高寒草原开展降水变化和氮(N)添加野外控制试验,从植被盖度、物种多样性指数及地上生物量进行测定,研究高寒草原长期降水变化和N添加对其物种多样性及生产力的影响。降水增加处理使群落盖度显著增加,而降水减少使群落盖度显著降低;N添加使高寒草原物种多样性指数均显著降低;N添加与降水增加处理对地上生物量有显著的促进作用,但降水减少对地上生物量的影响则相反;地上生物量与物种多样性指数呈极显著的负相关关系(P<0.01)。本研究将为我国草原生态系统的保护及草原管理提供科学依据,同时也为后续的生态模型的建立和科学的预测提供理论依据。

模拟降水变化和氮添加对红砂幼苗生物量分配的影响

【目的】研究植物生长和生物量分配对不同水氮供应的响应特征,对揭示不同水氮添加之间的耦合关系和寻求最优的水肥供应模式具有重要的意义。【方法】本研究以红砂幼苗为试验对象,测定了不同降水量(降水量减少30%、正常降水量、降水量增加30%)和氮添加[无氮添加(纯N 0 g/m^(2)·a),低氮添加(纯N 4.6 g/m^(2)·a),中氮添加(纯N 9.2 g/m^(2)·a),高氮添加(纯N 13.8 g/m^(2)·a)]条件下红砂幼苗生长及各器官干物质量。【结果】降水减少30%时,在中、低氮添加下,红砂幼苗株高、地上地下生物量和叶重比、叶根重比、源汇重比均会随施氮量增加而增加,而在高氮添加下上述指标均受到抑制;在高氮添加下,红砂幼苗叶重比、叶根重比和源汇重比均随水分增加而增加,但根冠比呈现相反趋势。【结论】红砂幼苗对水氮耦合效应表现出较强的可塑性,且能够通过不同的水肥供应调整株高和基径的生长以及生物量分配。

CMIP6模式碳中和时期长江流域降水变化及成因分析

为揭示碳中和时期长江流域降水特征,利用CMIP6模式确定了碳中和时间并对比基准期研究了碳中和时期长江流域平均降水和极端降水变化,最后从大气环流的角度分析了其可能原因。结果表明:①SSP-2.6情景达到碳中和时间为2062年,与中国碳中和政策时间基本一致。②通过空间降尺度和偏差订正后,CMIP6模式可以很好地模拟基准期长江流域年平均降水。③与基准期相比,碳中和时期长江流域平均降水整体偏多,降水增幅北部>南侧,上游>下游和中游,春季>夏季>秋季>冬季,其中岷沱江和嘉陵江关键区是降水变化大值区,需重点防控。长江流域中游持续干旱日数偏少,北部极端大雨日数显著增多2.4~4.0 d,上游和下游极端大雨强度显著偏强。④环流分析发现,冬、春和秋季渤海异常反气旋南侧的东风异常和西北侧的东南风异常从中西太平洋带来的暖湿气流,以及夏季西南风异常从孟加拉湾带来的暖湿气流,使得长江流域降水增多。研究成果可为长江流域相关部门制定未来碳中和时期气候变化应对策略提供依据。

氮沉降和降水变化对荒漠草原土壤氨氧化细菌群落的影响

为研究氮沉降和降水变化对土壤氨氧化细菌(AOB)群落的影响.以短花针茅荒漠草原为研究对象,采用裂区设计,主区为自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区为0(N0/CK),30(N30),50(N50)和100(N100)kg/(hm^(2)∙a)4个氮素梯度共12个处理,通过高通量测序分析土壤氨氧化细菌群落的多样性和组成.结果表明:荒漠草原土壤AOB主要来源于norank_d__Bacteria、unclassified_k__norank_d__Bacteria及亚硝基螺旋菌属.自然降雨下,随施氮量增加,土壤AOB-氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数升高,减雨处理下AOB-amoA基因拷贝数在N50处理显著增高,而AOB-amoA基因拷贝数在N100处理显著下降,表明在短花针茅荒漠草原地区N50处理为土壤AOB数量的阈值.增雨促进了Alpha多样性增加,并且通过主坐标分析表明氮素添加后,土壤AOB群落结构在不同处理之间存在显著差异.RDA分析表明土壤含水量、硝态氮、铵态氮及全氮是驱动土壤AOB群落变化的主要环境因子.

不同时限氮沉降和降水变化对荒漠草原中小型土壤节肢动物群落结构与多样性的影响

全球背景下的氮沉降和降水变化对荒漠草原生态系统产生巨大影响。为探究不同时限氮沉降和降水变化对荒漠草原中小型土壤节肢动物群落结构与多样性的影响,于2015年在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原设置主区为减雨(R)、自然降水(CK)、增雨(W)3个水分梯度,副区为N_(0)、N_(30)、N_(50)、N_(100)4个氮素梯度的模拟试验,对比分析2016、2020年土壤节肢动物变化。结果表明:2016年在样地内共捕获并分离中小型土壤节肢动物553只,隶属节肢动物门的10目46科;2020年在样地内共捕获并分离中小型土壤节肢动物1211只,隶属节肢动物门的13目41科,其中24科与2016年不同;R处理下2016年N_(30)处理下捕获数量最多,2020年N_(50)处理中捕获数量最多;2016年中小型土壤节肢动物个体数量0~10 cm与10~20 cm土层比值为3.98,2020年比值为1.83,相比2016年下降了54%;WN_(50)、WN_(100)处理下2020年多样性指数、丰富度指数明显高于2016年,CKN_(50)、CKN_(100)处理下2020年优势度指数低于2016年,PCoA分析结果显示水分处理对荒漠草原中小型土壤节肢动物群落分布影响更为显著(P<0.05);冗余分析结果表明5年的水氮变化后土壤pH值与土壤节肢动物多样性及数量指标相关性增强。综上所述,在全球变化的大背景下,精确调控土壤pH值可以进一步影响土壤节肢动物在土壤生态系统中的功能。

近60年间巴丹吉林沙漠气温和降水变化及其对湖泊的影响

以巴丹吉林沙漠周围的4个国家气象站1960—2017年的长序列和腹地自建的10个气象站2016—2018年的短序列气象数据为支撑,运用一元线性回归模型、Mann-Kendall检验等方法,系统分析沙漠周边及腹地气温和降水量的时空变化特征;结合项目组及前人对湖泊动态的研究成果,分析其变化特征,初步探讨了巴丹吉林沙漠湖泊变化与气候要素的响应关系。研究表明:巴丹吉林沙漠周边年均气温均呈上升趋势,且由南向北升温速率增大,其中阿拉善右旗以0.74℃/10a的速率显著上升;降水量变化趋势不显著;总体而言,近50a来沙漠东南缘气候呈暖湿化、西北缘气候呈暖干化趋势。巴丹吉林沙漠周边年降水量、气温均在20世纪70—80年代出现突变,降水量突变不明显,气温突变显著,气候自此向暖干化趋势发展;沙漠周边与沙漠区月际气候特征基本一致,均具有水热同期,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥的特点,但沙漠区雨季较沙漠边缘区短,雨期较边缘区提前。沙漠区湖泊多年来呈不同程度萎缩趋势,湖泊群加速萎缩受当地气候暖干化突变控制;湖泊年度水位、水量峰值与降水量峰值不一致,表明降水量变化不是湖泊变化的主控因素。

氮沉降、增温和降水变化对草地碳固存的影响研究进展

草地作为一种自然资源,是陆地生态系统重要组成部分,对人类生产、生活和生态环境改善具有重要意义。近年来,人们不断重视外界环境因素对草地碳固存的影响过程和机制,形成许多关于气候、环境因素对草地碳固存影响的研究成果。氮沉降、增温和降水变化通过草地净初级生产力影响草地碳吸收,通过生态系统呼吸影响草地碳释放。氮沉降显著改变植物物种组成,提高草地生产力,增加草地碳固持能力。适宜的增温有利于促进草地总碳积累,过度增温则会与其他非生物因子(如降水)相互作用导致干旱胁迫,抑制植物生长,减少碳固存。与温度相比,降水变化对植物碳固存影响更为显著。在一定范围内,降水量增加有助于提高植物固碳能力,降水量减少则减少草地碳固存。

宁夏荒漠草原土壤细菌与真菌群落对降水变化的响应

细菌和真菌作为土壤主要微生物类群,在荒漠草原生态系统中随自然降水梯度变化的响应是否一致仍不清楚。为揭示自然降水变化对土壤细菌和真菌群落的影响机制,选取多年平均降水量为231(T_(0)),154(T_(1)),137(T_(2))和114 mm(T_(3))的4个宁夏荒漠草原国家监测点作为观测样地。基于IonS5^(TM)XL高通量测序方法,开展了降水变化对荒漠草原土壤细菌和真菌群落的影响差异研究。结果表明:荒漠草原土壤细菌总OTUs、真菌总OTUs总体上表现为随降水梯度的下降呈先上升后下降趋势。荒漠草原土壤细菌类群的主要优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),土壤真菌类群的主要优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。降水变化对细菌优势菌门(变形菌门、放线菌门、酸杆菌门)和部分非优势菌门[疣微菌门(Verrucomicrobia)]相对丰度影响显著(P<0.05);真菌优势菌门(子囊菌门、担子菌门)相对丰度受降水变化影响不显著,但非优势菌门[球囊菌门(Glomeromycota)]的相对丰度受降水变化影响显著(P<0.05)。与T_(0)处理相比,T_(1)、T_(2)和T_(3)处理下细菌和真菌的丰富度指数(Chao1指数和ACE指数)显著升高,细菌群落的Shannon-Wiener多样性指数也显著升高,但真菌的Shannon-Wiener多样性指数无显著变化。驱动细菌群落变化的环境因子为土壤全氮和速效磷,驱动真菌群落变化的环境因子为土壤全磷和有机质。植被因子(生物量)和土壤因子(土壤养分)共同参与解释了降水变化对荒漠草原土壤细菌群落和真菌群落的调控过程,其中土壤因子起主导作用。研究结果表明,土壤细菌和真菌群落对生物和非生物因子的变化有不同的响应机制,反映了荒漠草原土壤微生物应对降水变化具有不同的适应策略。

盐城市1960—2020年降水变化规律研究

盐城市是江苏省产粮第一大市,研究其降水变化特征对于防旱防涝、保障农业生产可持续具有积极意义。根据1960—2020年的逐日降水数据,采用Mann-Kendall检验和Morlet小波分析对盐城市60年降水突变及周期变化规律进行分析,引用降水集中期PCP和集中度PCD讨论年内降水在时间上的分布。结果表明:盐城市近60年多年平均降水量为1023.16 mm,年降水量有小幅增长趋势,线性递增率为每10年0.48 mm,月降雨序列不稳定,夏季降水比重占全年54%;PCD处于0.10~0.77之间,倾向率为每10年-0.023 mm;PCP主要表现在8月中旬,历年变化呈微弱上升,汛期有逐渐提前趋势;极端降水由夏季降水主导,全年和夏季降水均在1991年发生由少变多突变,且降水周期第一主周期为27年,第二主周期为13年。研究结果可为盐城市粮食生产中极端降水防治及水资源管理提供科学指导。

降水变化下红砂凋落物分解对干旱荒漠区土壤化学计量特征的影响

为探究降水变化对干旱荒漠区凋落物分解下土壤化学计量特征的影响,本研究以红砂(Reaumuria soongorica)凋落物下的土壤为研究对象,设置了自然降水、降水增加30%和降水减少30%三种降水处理,测定与分析了不同处理下土壤的有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量以及化学计量特征。结果表明:与自然降水相比,红砂凋落物分解15个月后0~5 cm土层下降水增加30%显著提高了SOC含量,而降水减少30%显著降低了SOC,TN和TP含量。对于5~15 cm土层而言,降水增加和减少30%处理均显著降低了TP含量。降水减少30%下0~5 cm土层的C∶P和N∶P均显著降低;5~15 cm土层下降水增加和减少30%处理对土壤的N∶P影响显著。因此,未来降水格局变化下,降水增加有助于干旱荒漠区表层土壤有机碳的积累,对化学计量特征的影响不显著,但降水减少可降低土壤的养分和化学计量特征。

降水变化对荒漠草原植物群落生物量及其权衡关系的影响

本研究依据中国常用的降水年型划分标准,结合研究样地当年降雨量数据,把降水年型划分为丰水年和枯水年。为探讨不同降水年型(丰水年和枯水年)下荒漠草原植物群落地上-地下生物量及其权衡关系对降水变化的响应策略及其驱动机制,本研究依托2017年在宁夏荒漠草原建立的全球变化试验样地,选择自然降水(CK)、增加50%降水(CK+50%)和减少50%降水(CK-50%)处理,在丰水年和枯水年测定不同处理植物群落及功能群生物量。结果表明:在枯水年,CK+50%显著增加植物群落地下和总生物量;在丰水年和枯水年,CK-50%均显著降低豆科和禾本科地上生物量,而显著增加群落根冠比;在丰水年和枯水年,CK+50%生物量权衡比更倾向于地上,而CK-50%生物量权衡比趋向地下;荒漠草原降水变化主要通过直接影响豆科和禾本科地上生物量进而间接影响植物群落地上生物量,进而影响群落总生物量。本研究结果表明,无论是丰水年还是枯水年,不同功能群植物生物量及其比例对降水变化的响应有所不同。

降水变化和氮沉降对荒漠草原土壤丛枝菌根真菌群落结构的影响

以短花针茅荒漠草原为研究对象,采用裂区设计,主区设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区设置0(N0)、30(N30)、50(N50)和100(N100)kg/(hm^(2)·a)4个氮素梯度,共12个处理,通过高通量测序分析了降水变化和氮添加对土壤中AM真菌群落多样性和组成的影响。结果表明:水分增加对土壤AM真菌的Alpha多样性有促进作用,氮添加抑制了土壤AM真菌的Alpha多样性,水分增加和氮素添加的交互作用促进了AM真菌的Alpha多样性增加,并改变了土壤AM真菌群落组成。水分增加刺激了各生活型植物地上生物量的增加,氮添加使多年生杂草和半灌木、小半灌木生物量显著增加,多年生禾草生物量显著减少。此外,多型孢子菌科的相对丰度与一二年生植物和半灌木、小半灌木生物量呈显著正相关,一二年生植物和半灌木、小半灌木生物量在氮添加和增雨处理下增加。本研究证明了AM真菌群落结构在短期气候变化下具有稳定性。此外,通过AM真菌丰度与各生活型植被生物量的相关性,证明了养分资源相对匮乏的生态系统中AM真菌与植被具有较强连通性。

1961~2020年四川省达州市降水变化特征分析

为研究四川盆地东部达州市城区年际及各季降水的变化趋势、突变时间及降水周期变化,利用5 a滑动平均法、Mann-Kendall突变检验法及小波分析法,分析了1961~2020年达州市城区逐月降雨资料。结果表明:①60 a来达州市城区降水量呈弱上升趋势,降水倾向率为2.10 mm/(10 a),年降水划分为3个阶段,第一阶段降水呈弱下降趋势,第二阶段降雨呈明显下降趋势,第三阶段降水呈波动上升;春、秋和冬季降水呈下降趋势,夏季降水呈上升趋势。②年、各季降水无明显突变点,春、夏、秋季降水UF曲线超过显著水平界线,降水下降或上升趋势明显。③年际和各季降水均存在较大尺度上的周期变化,第一主周期在25 a左右,存在降水的丰枯交替变化,其他时间尺度上,降水周期多集中在5~15 a。

水磨沟流域降水变化特征分析

水磨沟流域为黄河二级支流,研究该流域的降水变化特征在水旱灾害防御等方面有着极为重要意义。基于水磨沟流域的序列降水资料,采用变差系数Cv、频次统计分析法、气候倾向率法和Man-Kendall秩次相关检验法等进行分析。结果表明:水磨沟流域年内及年际降水分配不均匀,主要集中在汛期6—9月;依次出现5次连丰年和6次连枯年;流域年降水量下降速率为7.94 mm/10 a,年降水量和年降水天数变化趋势均不显著。以店上村水文站为代表站,从月尺度分析,月降水量4月和10月呈显著减少趋势,6月和12月呈显著增加趋势,其余月份不显著;月降水天数6月和9月增加趋势显著,其余月份趋势不显著;最大日降水量4月和10月减少趋势显著,12月增加趋势显著,其余月份趋势不显著。

丹东市宽甸满族自治县典型小流域降水变化特征分析

以宽甸县安平河、北股河和石棉河3个小流域为例,结合逐年和逐月实测数据资料,采用Mann-Kendall突变检验法、滑动平均法、累积距平法和线性倾向拟合法等,研究分析辽东低山丘陵区典型小流域年内、年际降水量变化及其突变特征。结果表明:安平河、北股河和石棉河3个小流域降水量以0.25 mm/10 a的速率增加、5.16 mm/10 a和14.25 mm/10 a的速率减少;年内降水量分配不均,其中6~9月份降水量占全年的50%以上;年际极值变化特征和变化规律不同;对于降水量突变时间安平河小流域为1975年,北股河小流域为1972年和1997年,石棉河小流域为1972年和1984年。

富平县近50年降水变化特征及对柿子影响的研究

富平县柿子种植农户较多,气象条件对柿子生长发育影响较大,灾害性天气也会对柿子生长造成危害。采用富平县气象站1973—2020年地面气象观测数据降水量资料,把近50年降水量要素运用数理方法分析,研究降水变化特征及对柿子影响,主要内容包括:富平县近50年降水变化特征;富平降水量适宜柿子生长条件分析;分析降水、气象灾害对柿子生产的影响.文章首次研究富平近50年降水变化情况,随着富平县柿子产业的壮大,该研究服务当地特色农业的支柱产业,以期对富平柿子产量和品质起到一定的指导作用。

近34a青藏高原年降水变化及其分区

对高原地区34 a(1971—2004年)82站共13 883 d的逐日降水量资料进行了统计,用REOF方法进行了分区,并讨论了趋势变化。青藏高原地区属季风降水区,在东亚季风、印度季风、高原季风和西风带系统的影响下,降水的局部特征显著。近34 a来高原上的降水量整体呈增加趋势,从20世纪70年代到90年代初期降水变化不大,90年代中后期开始明显增加,尤其是近3 a增加明显。青藏高原干旱地区降水完全取决于夏季降水量,并且降水的相对变率大。从青藏高原地区年降水的分区情况来看,西藏及四川的西南部降水增加最明显,每10 a增加幅度为54.5 mm,其次是青海的柴达木盆地和青海湖地区及甘肃的河西走廊地区。而青海的东部及三江源地区,祁连山区,四川的西北部地区呈减少趋势。高原上高海拔地区的降水在减少,而低海拔地区在增加。

三江源地区近50年降水变化分析

利用西北及三江源（黄河、金沙江及澜沧江）地区122个气象观测台站1956-2004年近50年的逐日降水量及月总降水量资料，分析了三江源地区降水变化特征。结果表明：近50年来三江源地区的年降水量呈减少趋势，减少幅度为6．73mm／10a；降水日数的趋势变化呈较为明显的减少趋势，递减率为2．7d／10a；平均降水强度总体呈弱的增强趋势，增强速率平均为0．20mm／d／10a，增强幅度比中国西北地区平均水平强；从4～9月最长无降水日数趋于增长反映出西北地区干旱化的趋势。

我国过去50a来降水变化趋势及其对水资源的影响(Ⅰ):年系列

应用全国范围内的678个气象站1951—1998年长系列降水资料,用线性回归方法研究降水量、降水日数和降水强度的变化趋势,同时结合长江和黄河主要控制水文站同期的径流资料,研究径流对气候变化的响应.结果表明:近50a来年降水量表现出明显的区域性变化特征,东部地区降水日数减少显著,西部地区年降水日数以增加为主;日平均降水强度的变化趋势除西南地区有一带状的微量减少外,全国大部分地区表现为增加趋势.气候的上述变化趋势对我国干旱的西北地区有利,该区河流径流量有明显增加;另一方面,降水强度的增加导致洪水事件的濒发.但对干旱的华北、多雨的华东和华南地区却不利,华北呈现愈加干旱,华东华南愈多洪涝.黄河20世纪90年代持续的严重断流和长江淮河近10a的洪涝大灾频发,就是一个例证.

降水变化对中国农作物病虫害的影响

基于已有研究成果,采用农作物病虫害发生危害时空变化对降水时空变化响应事实检测的方法,系统分析降水变化对农作物病虫害影响的已有观测事实及其变化规律性,提出其影响的最新认知,并对今后的发展方向进行了展望。已有影响事实检测表明:一定区域、时段的降水偏少、高温干旱有利于部分害虫的繁殖加快、种群数量增长,降水、雨日偏多有利于部分病害发生程度和害虫迁入数量的明显增加,病虫危害损失加重;暴雨洪涝可使部分病害发生突增,危害显著加重;暴雨可使部分迁入成虫数量突增、田间幼虫数量锐减;降水强度大,可使部分田间害虫的死亡率明显增加、虫口密度显著降低。高温干旱年可使部分病虫害大发生、飞蝗可比常年多发生1代,持续多雨年可使部分病虫害发生界限北移。梅雨期长且梅雨量多的年份有利于江淮地区稻飞虱、稻纵卷叶螟的迁入危害,稻纵卷叶螟迁入早的年份可比常年多繁殖1代。西太平洋副热带高压偏强年份有利于害虫迁入始见期提早、数量增加、范围扩大、危害加重。台风暴雨可使部分病害突发流行、田间虫口密度显著降低,台风多雨有利于害虫的迁入危害。厄尔尼诺年的当年、次年易暴发农作物病虫害。降水变化对农作物病虫害影响的时空变化及其规律性、发生与灾变的影响预估、风险评估及适应对策将是未来需要重点解决的关键问题。