增温增雪和放牧对青藏高原高寒草甸土壤细菌群落的影响

近50年来青藏高原的土壤温度、水分条件发生显著改变。前期许多研究关注了温度或水分变化对青藏高原微生物群落的影响,对于放牧背景下增温增水对微生物群落多样性和组成的耦合影响研究相对较少。本研究在青藏高原纳木错典型高寒草甸生态系统展开,采用增温增雪耦合放牧的原位控制实验,研究了土壤细菌群落组成、多样性和功能类群对增温、增雪和放牧及其交互作用的响应。结果表明,增温增雪和放牧及其交互作用对土壤细菌整体的多样性和组成没有显著的影响,增雪放牧显著影响了细菌群落的丰富度;增温、增雪和放牧改变了植物种群和微生物部分种群的相对丰度;增温增雪和放牧都降低了多种细菌功能类群的数量。在气候暖湿化的趋势下,青藏高原细菌多样性、组成和相对丰度不会在短时间内发生巨大的改变。

增水对青藏高原高寒草甸生态系统表层土壤碳氮的影响

通过人为多梯度增加降水的控制实验,观察高寒草甸生态系统中表层(-10cm)土壤碳(Total Carbon,TC)氮(Total Nitrogen,TN)对降水增加的响应。结果显示:3年5个梯度的增水处理未引起表层土壤碳氮产生显著的变化,但2014年和2015年在增水40%和增水80%处理下,土壤总碳、土壤总氮有一定增加(P>0. 05);表层土壤铵态氮总体有增加的趋势(P> 0. 05),硝态氮总体有减少的趋势(P> 0. 05)。表明短期的增水处理不会引起表层土壤碳氮发生显著变化。

青藏高原唐古拉哈日钦冰芯表层和深层可培养细菌特征

对唐古拉哈日钦冰芯表层0.04~3.04m及深层127.44~130.36m中可培养细菌进行了对比研究。发现表层和深层可培养细菌数没有表现出显著差异性,表层冰芯中可培养细菌数为0~9.8×10^3CFU·mL^-1,略高于深层冰芯的0~8.4×10^3CFU·mL^-1。表层冰芯中微生物总数为10^3~10^6cells·mL^-1,深层冰芯中微生物总数为10^2~10^3cells·mL^-1。冰芯中可培养细菌属于Firmicutes(厚壁菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Deinococcus-Thermus(异常球菌门)5大类。但表层和深层可培养细菌属于不同的优势门,表层为Proteobacteria(38%),深层为Firmicutes(42%)。表层和深层优势属均为Bacillus(芽孢杆菌属),占比分别为18%和29%。已有研究表明哈日钦冰芯98.8m达到了公元1000年的历史记录,因此对比千年尺度上可培养细菌数量及多样性的差异,能够为进一步发掘新基因,丰富微生物多样性,为了解可培养细菌的进化历史奠定基础。

湖泊沉积物DNA在气候环境变化和生态系统响应研究中的应用

随着气候与生态问题的不断涌现,气候环境变化与生态系统响应研究的重要性日益凸显,而传统方法逐渐难以满足深入研究的需要.现代分子生物技术的快速发展使针对湖泊沉积物的DNA分析逐渐被引入相关研究中,有效弥补了传统研究方法的不足,为研究者提供了理解过去气候和环境变化、生态系统响应的新视角.湖泊沉积物中的DNA蕴藏着丰富的生物群落演变信息,不仅是重建古气候、古环境变化历史的有力工具,更有助于研究生态系统的长期演化过程及内部机制,探讨气候环境变化及人类活动对生态系统的影响.本文分析了保存在湖泊沉积物中DNA的特点,着重介绍湖泊沉积物DNA分析在气候环境变化及生态系统响应研究中的应用,并对该技术目前存在的挑战、可能的解决方案及未来发展潜力进行了总结与展望.

增温和增/减水及氮沉降对中国草地植物多样性影响的研究进展

植物是生态系统的第一营养级,植物多样性在生物多样性中占主要地位。回顾了国内外学者近年来关于我国草地生态系统的研究,综述了气候变化和氮沉降增加对草地植物多样性的影响。温度增加没有显著改变高寒草甸和温性草地的物种丰富度,但降低了高寒草原和荒漠草原的物种丰富度,但是增温的影响与增温方式、增温年限有关。增水增加了物种丰富度,减水则相反。氮添加显著降低草地植物物种丰富度。增温和水分耦合以及氮添加和水分耦合对物种多样性的作用是可加的,总效应可能取决于相对效应大小:降水增加减缓了温度增加对物种丰富度的降低效应,降水增加和氮添加耦合作用降低了物种丰富度。未来需要加强长期监测温度增加对草地植物多样性的影响、更加关注物种组成的动态变化、加强降水格局变化的模拟试验和多因子耦合试验对草地植物多样性的影响的研究。

草地生态系统呼吸研究进展

生态系统呼吸是草地生态系统碳交换过程的主要环节,也是草地生态系统中有机碳以CO2形式排放到大气中的主要途径。本文通过分析和总结已有研究的相关成果,探讨了国内外生态系统呼吸的不同测定方法以及影响草地生态系统呼吸的主要因素,揭示了现有研究中普遍存在的单一化研究方法以及单因素试验研究手段对生态系统呼吸研究结果产生不确定性。为准确估算生态系统呼吸值,建议以多因素交互试验作为主要研究手段,并采取不同测定方法,长期开展野外观测研究。

影响青藏高原高寒草地植物向高海拔或高纬度迁移的关键因素研究进展

为应对快速的气候变暖,青藏高原高寒草地植物正加速向高海拔或高纬度地区迁移。然而,对物种迁移过程和机制研究的缺乏,严重地制约了我们对气候变暖条件下高寒植物响应与适应的全面认识。本文从种子扩散、种子萌发和幼苗定植以及成熟植株竞争等生活史不同阶段,系统综述了制约植物向高海拔或高纬度地迁移的相关研究,分析了影响高寒草地植物物种迁移的关键过程及影响因素。多数研究认为,高寒草地植物低的种子扩散能力有可能是限制高寒植物向高海拔迁移的主要因素,其次为种子萌发幼苗建植阶段,成熟植株的竞争阶段有可能影响较小。现有研究主要以模型模拟研究为主,今后应加强长期原位定位观测和野外模拟试验,明确影响高寒草地物种迁移的过程及其机制,为模型模拟研究、生物多样性和生态系统功能维持提供理论依据。

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生'负反馈'作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现'华南增加-长江黄河中间区域减少'的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.

增温增水对草地生态系统碳循环关键过程的影响

生态系统碳循环是生态系统过程的重要组成部分,对碳循环关键过程机理的研究有助于更好地理解生态系统过程。目前,气候变化(全球变暖、降水时空格局变化)对草地生态系统过程产生了重要的影响。综述了气候变化(温度和降水变化)对草地生态系统碳循环关键过程(植物生产力、植物物候、植物根系周转、生态系统呼吸和生态系统净碳交换)的影响,在此基础上指出了目前气候变化(温度和降水变化)控制试验研究的不足,并进一步提出了今后应该加强研究的方向。

温度和湿度对高寒草甸凋落物分解的影响

多数研究发现增温增湿加快了凋落物失重率,但对如何影响凋落物分解过程中CO_(2)和可溶性有机碳(DOC)释放的影响研究较少。通过室内培养设置四个温度梯度(0,5,10和20℃)和两个湿度梯度(25%和40%)对高寒草甸凋落物分解进行了96 d的培养试验。结果表明,总体上高寒草甸凋落物分解速率随着温度和湿度的增加而加快;高湿度条件下凋落物分解释放CO_(2)总量的敏感性是低湿度的2.3倍左右;湿度变化对DOC淋溶的温度敏感性影响较小。在25%和40%的湿度培养下,CO_(2)总排放量的温度敏感性分别是DOC总淋溶量的温度敏感性的10和20倍左右,表明未来气候变化情境下凋落物中的有机质分解更多的是以CO_(2)形式排放到大气中。因此,未来需要更系统的研究不同气候变化情境下凋落物积累与分解、DOC淋溶和土壤碳库的动态变化,从而更好的理解这些生态系统碳循环过程的变化及其对气候变化产生的反馈作用和机制。

近千年青藏高原东北部环境演变与人类活动的关系及其对人类世开端的启示

如何评估人类活动对沉积记录的影响以及明确定义全球人类世开端,是现今人类世研究中亟须解决的关键科学问题.青藏高原东北部作为人类在高原地区最早大规模永久定居的区域,各类沉积环境对人类活动的响应极为灵敏.同时,相较于高原其他地区,青藏高原东北部拥有更为丰富的气候与环境重建序列,使其成为开展人类世地层边界研究的理想区域.通过对青藏高原东北部现有古气候、古环境序列的深入分析与综合集成,我们得出以下结论:(1)近千年以来,人类活动对青藏高原东北部环境的影响程度日益显著,尤其在近200~300年以来,其影响逐渐超越了气候因素;(2)AD1950至今,青藏高原东北部多个与人类活动相关的理化指标呈现出指数型增长态势,形成近千年以来的一个明显峰值,清晰地描绘了全球“大加速”现象及其演变过程;(3)人类活动强度的增长不仅导致了高原环境的快速变化,还促使气候因素与生态环境之间耦合关系的“解耦”,从而推动高原环境从“晚全新世”向“早人类世”过渡.基于上述发现,尝试构建了一个适用于确定高原地区人类世地层边界的模型,并指出当高原生态环境进入“早人类世”后,沉积物中部分理化指标的气候意义逐渐减弱,而人类活动的信号持续增强.

青藏高原草地土壤微生物研究进展

青藏高原高寒草地是高寒生态系统物种及遗传基因最丰富和最集中的地区之一,也是全球生物多样性的热点和敏感区域。青藏高原的重要性也越来越被重视,针对其研究也在逐年增长,而土壤微生物作为影响生态系统功能十分重要的因素在青藏高原的重要性不言而喻。本文介绍了青藏高原草地土壤微生物的组成和类型,评价了土壤中微生物的功能类群、影响因子以及这些微生物对气候变暖、降水格局改变和氮沉降增加的响应,以期加深对青藏高原草地土壤微生物的认识。

高寒草甸茎直黄芪物候对模拟季节性不对称增温的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的节律性变化,是气候变化的最敏感指示器之一。为了探讨高寒植物对其生长环境水热变化的响应特征和机制,本研究利用开顶式模拟增温装置进行增温,以茎直黄芪(Astragalus strictus Grah.Ex Bunge)为研究对象,探讨其返青、枯黄物候和生长期长度对2016—2019年季节性不对称性增温(全年、生长季增温)的响应特征和机理。研究发现:茎直黄芪的平均返青物候在年际间差异极显著;2019年与其它年份比较显著提前了茎直黄芪的返青物候;增温未影响茎直黄芪返青物候;与对照比较,全年和生长季增温分别延迟了茎直黄芪枯黄期7.7和1.9 d,缩短了其平均生长期长度1.7和14.5 d;在水分充足条件下增温提前植物的返青物候,延长其枯黄物候,导致生长期延长,自然水分条件相对较低时则相反。综上分析,水分条件是该区域植物生长的主要限制因素之一。

西藏自治区人工草地发展现状分析

畜牧业的发展离不开草地,现代畜牧业的发展则离不开人工草地。畜牧业是西藏自治区支柱产业之一,但天然草地面临超载过牧、退化沙化、生物量低、与家畜时空分布不平衡等问题,限制当地畜牧业的发展。人工草地由于增加了劳动、技术、资金要素的投入,使牧草产量增加,品质提高,缓解了高寒牧区牧草时空分布不平衡问题,是促进西藏畜牧业发展的重要途径。本文从西藏人工草地发展历史出发,系统归纳西藏人工草地的面积变化、产量情况和栽培牧草品种,分析了限制西藏发展人工草地的问题,并针对这些问题提出了对策建议,以期为西藏畜牧业发展提供支持。

青藏高原中部湖泊江错纹层记录的过去2000年降水变化

青藏高原由于其环境的脆弱性容易受到气候变化和人类活动的影响,重建这一地区过去2000年高分辨率的气候变化记录有助于增加我们对气候变化和人类活动之间关系的理解。本文通过对江错湖泊一根长达101 cm的岩芯沉积物纹层分析,重建了青藏高原中部过去2000年的纹层年代序列和降水变化。利用岩相显微镜和电子探针显微分析仪分析发现,沉积物中发育了良好的碎屑-有机质年纹层,纹层层偶主要由粗颗粒碎屑层和细颗粒碎屑层组成,其间极薄的有机质层是鉴定年纹层的标志。江错的年纹层年代序列与独立的核素测年(~(210)Pb、~(137)Cs和~(14)C)结果基本一致,证明了年纹层的可靠性。基于对年纹层形成机制的分析,提出粗颗粒厚度百分比(coarse%)作为指示降水的新指标,粗颗粒物质主要由降水产生的径流将外源物质搬运到湖中,降水越多,搬运能力越强,粗粒颗粒物质相对含量也越多。这一指标与当地现代气象观测记录对比发现有较好的一致性。江错过去2000年的降水记录具有78~80 a和112~123 a两个百年尺度的周期波动特征,可能与Gleissberg太阳活动有关。在过去2000年中,该地区呈现出中世纪暖期(公元1000~1400年)降水多,小冰期(公元1400~1900年)降水少,现代暖期(公元1900年至今)降水多的特点,这与该地区其他的降水记录一致。

1949—2019年中国自然地理学与生存环境应用研究进展

自然地理学是一门以基础研究见长的自然科学,其研究对象是与人类生存和发展密切相关的自然环境。中国的自然环境复杂多样,自然地理学家根据国家需求和区域发展在应用基础和应用研究方面同样取得显著成效,为国家重大经济建设、社会发展的规划,宏观生态系统与资源环境保护及区域可持续发展做出了重要贡献。本文总结了1949—2019年中国自然地理学在自然环境区域差异与自然区划、土地利用与覆被变化、自然灾害致灾因子和风险防控、荒漠化过程与防治、黄淮海中低产田改造、冻土区工程建设、地球化学元素异常和地方病防治、自然地理要素定位观测、地理空间分异性识别和地理探测器等方面的实践与应用,指出了未来自然地理学的应用研究方向。

不同时间尺度青海湖沉积物总有机碳对气候变化的敏感性

湖泊沉积物总有机碳(TOC)含量通常作为表征流域和湖泊生产力的指标,在亚洲季风区也常常被当作夏季风的代用指标,被广泛应用于气候与环境变化研究.本文梳理了过去千年、全新世以及冰期-间冰期时间尺度上青海湖沉积物TOC的变化特征,并探讨了其指示气候变化的敏感性与有效性.结果表明,过去千年青海湖沉积物TOC含量与区域暖季温度和降水表现出较为一致的周期性波动.通过对比全新世区域夏季温度、基于孢粉的降水定量重建结果,以及湖泊水位、风沙活动反映的湿度状况等,发现不能简单地将青海湖沉积物TOC含量或沉积通量作为夏季风强度或者季风降水强度的代用指标.青海湖沉积物TOC含量在冰期和间冰期表现出巨大的差异,指示了冰期-间冰期时间尺度上较大的温度与降水变幅.因此,不同地域条件及不同时间尺度下,湖泊沉积物TOC对气候变化的敏感性不同,将湖泊沉积物TOC含量作为亚洲夏季风的代用指标需要特别谨慎,特别是在高寒气候区.

近70年来中国自然地理与生存环境基础研究的重要进展与展望

自然环境是人类赖以生存和发展的基础,探索自然环境及其各要素(如地貌、气候、水文、土壤等)的特征、演变过程、地域分异规律以及驱动机制是自然地理学的重点研究内容.中国自然地理要素类型丰富且区域差异较大,为开展自然地理研究提供了难得的机遇.文章主要围绕青藏高原隆升与亚洲内陆干旱化及河流发育、高原冰冻圈环境演化、全新世多时间尺度季风与西风气候变化、湖泊与湿地、流域模型与土壤侵蚀、过去人-地关系演化、生物地理及中国三维地带性规律等几个方面,梳理了近70年来中国自然地理与生存环境研究的重大理论进展与重要贡献.在简要交代国际前沿研究进展的基础上,回顾并梳理了中国自然地理学各分支领域的研究脉络,进一步聚焦重大研究成果或具有较大争议、重大影响的学术争鸣问题,归纳目前研究现状,并进行未来工作展望.最后提出在推进生态文明建设的国家需求下,应发挥中国自然地理研究的优势,厘清自然地理要素变化的过程、规律与机制,持续推进中国自然地理研究为国家战略服务,在全球视野下做出具有中国特色的自然地理学理论贡献.

植物微体遗存分析揭示的大地湾遗址蚌刀功能及植物资源利用策略

采用淀粉粒和植硅体分析方法对甘肃大地湾遗址二期文化(6500-5900 aBP)同一灰坑内出土的8件蚌刀进行植物微体遗存分析,发现了粟黍、小麦族、食用豆类、橡子以及包括百合属、贝母属在内的多种块根块茎类植物的淀粉粒,同时发现了黍稃壳中的η型植硅体,显示出蚌刀使用功能的多样性,既用于切割加工块根块茎类食物,亦可能具有刮取谷穗收获植物籽粒的功能.此外,丰富的淀粉粒种类揭示仰韶早期社会对植物资源利用的多样性,在粟作农业发展的同时,采集经济在当时的生业模式中占有一定的比例.

火山喷发对陆地植被与碳循环影响的研究进展

1991年,Pinatubo火山喷发导致全球大气二氧化碳浓度上升态势出现停滞,这一现象揭示了地球内部系统可以通过火山活动对地表生物地球化学循环产生重大影响.近些年,火山喷发对陆地生态系统的影响及其驱动机制引起科学界的广泛讨论.本文系统梳理了火山喷发对陆地生态系统影响的研究,总结了火山活动的辐射效应和气候效应对树木生长和陆地碳循环产生影响的机制.大型火山喷发形成的平流层气溶胶一方面引起散射辐射增加促进光合作用,另一方面,还引起总辐射减弱抑制光合作用,由于散射辐射的影响相比更强,总体上火山辐射效应有利于陆地碳汇的增加.火山的气候效应体现在全球尺度的降温和区域降水的改变.降温作用在低纬地区促进植被的光合作用,在高纬地区抑制光合作用,同时在全球尺度减弱生态系统的呼吸作用,总体上也有利于增加碳汇.对火山造成降水变化影响的评估目前还存在较大不确定性.在对这些机制总结的基础上,本文评述了当前的认识盲点和研究难点,以期为未来进一步推进火山喷发影响的研究、完善地球内外系统联动机制的认识提供参考.