气候变化和人类活动对祁连山国家公园植被净初级生产力的定量影响

祁连山国家公园作为西北地区重要的生态安全屏障和水源涵养地,研究其植被变化对西北地区的生态安全具有重要意义。基于2000—2019年祁连山国家公园的MOD17A3遥感数据,利用一元线性回归、偏相关分析、多元线性回归和残差分析等方法,分析了祁连山国家公园植被净初级生产力(NPP)的时空态势及其与降水、气温和人类活动的相关性,在此基础上量化气候变化和人类活动对植被NPP的影响。结果表明:(1)2000—2019年祁连山国家公园植被NPP整体呈波动上升趋势,且空间上呈东高西低的分布格局,其多年平均值为113.14 g C m^(-2)a^(-1),年均增长量达1.41 g C m^(-2)a^(-1);(2)植被NPP与降水、气温均呈正相关,其中降水对植被NPP影响更为显著;(3)人类活动区植被NPP总体呈增加趋势,与2016年相比,2019年人类活动区植被NPP增加的面积占87%,植被NPP降低的面积占13%;(4)在植被恢复区,气候变化和人类活动对植被恢复分别解释了92%和8%;在植被退化区,气候变化和人类活动对植被退化分别解释了29%和71%。研究结果可为祁连山国家公园生态环境保护与管理提供科学的决策依据。

基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展

气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括:长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4500 m到5000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。

黄河源区径流变化特征及影响因素研究

近年来,黄河源区水资源状况发生了较大变化,为探究黄河源区径流变化特征及影响因素,基于1961-2018年共58 a的径流和气象资料,采用Mann-Kendall检验和小波分析等方法对其进行了分析。结果表明:黄河源区径流量整体上呈现出不显著减少趋势,递减速率为-0.63×10^(8)m^(3)/a,夏、秋季减少幅度大,冬、春季减少幅度较小;1990年前后径流量均呈现不显著增加趋势,且1990年后增加趋势明显加速,后者增幅是前者的3.09倍;1990年后,降水量和气温递增高值区高度重合,且降水量是影响径流量变化的最重要因素。说明暖湿化加速和空间迁移过程导致了黄河源区冰川的加速消融,这也是1990年后径流快速增加的主要原因。

祁连山黑河径流变化特征及影响因素研究

基于黑河流域径流、气象和土地利用类型等资料,采用弹性系数等方法研究了黑河径流变化特征及影响因素。结果表明:(1)1990年后黑河流域径流量增加趋势明显加速,并且在黑河干流表现最为明显,1957—1990年莺落峡站径流量增加速率为0.75×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1),而1991—2020年其增加速率为2.60×10^(8) m^(3)·(10a)^(-1),后者是前者的3.47倍,并且黑河全流域1990年后径流量增加主要发生在夏季和秋季,较1990年前分别增加了7.07%和26.58%。(2)径流对气候变化的响应在夏季最为敏感,并且降水是导致径流增多的主要气候因素,夏季降水量增多1.000%,同期径流量平均增多0.741%(P<0.01)。(3)2020年较1980年黑河流域耕地和建设用地面积相对增幅分别为24.20%和71.43%;草地和未利用土地面积相对降幅分别为1.30%和5.28%。径流量与林地面积、建设用地面积呈正相关,而径流量与草地面积呈负相关。研究结果可以为黑河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。

冻融作用对土壤可溶性碳氮和微生物量碳氮含量影响的荟萃分析

土壤中的活性碳氮作为土壤碳氮库的重要组成部分,是生态系统碳氮循环过程中的重要元素。冻融作用对高纬度和高海拔地区生态系统的土壤活性碳氮含量影响深刻,且气候变化将调控冻融作用对土壤碳氮的影响。然而,针对冻融作用对气候变化的响应机制的研究较少。为揭示气候变化背景下冻融作用对土壤中活性碳氮含量的影响机制,运用已有的相关研究结果进行数据整合分析,综述了在降水量和温度变化下冻融作用对土壤中活性碳氮的影响。得出以下主要结果,(1)冻融作用提高了土壤中的可溶性有机碳、可溶性有机氮、铵态氮含量和微生物量碳氮比,降低了硝态氮和微生物量碳氮含量。(2)冻融作用对土壤中可溶性碳氮和微生物量碳氮比的影响效应随着降水量和温度的增加而增强,而对微生物量碳氮的影响效应随着降水量和温度的增加而减弱。结果表明,冻融作用影响了土壤可溶性碳氮含量和微生物量碳氮含量。降水量和温度的增加增强了冻融作用对高纬度和高海拔区土壤中可溶性碳氮的影响,却不利于微生物量碳氮的储存。土壤活性碳氮对维持生态系统稳定性具有重要作用,研究高纬度和高海拔地区冻融作用对土壤活性碳氮含量的影响,有助于进一步了解土壤活性碳氮对当前气候变化的反馈,为应对冻融对生态系统造成的影响提供参考。

黄河北岸兰州段荒漠-草原过渡带土壤粒径分形特征

研究土壤粒径分形特征,可为地区土壤质量评价提供科学依据.利用分形理论分析了黄河北岸兰州段荒漠-草原过渡带土壤粒径分形特征.(1)区域土壤颗粒主要为粉粒和极细砂粒,随荒漠化加重和土壤深度增加,土壤粗粒化,质地均匀性降低,粒径分布(PSD)频率曲线异质程度增大;(2)荒漠化加重和土壤深度增加降低了单重分形维数D_(v)和多重分形谱参数D_(1)、D_(1)/D_(0)、D_(2)、△α、△f;(3)D_(v)、D_(1)、D_(2)、D_(1)/D_(0)、△α和△f同黏粒、粉粒呈正相关,同砂粒呈负相关;黏粒、粉粒、D_(v)、D_(1)、D_(2)、D_(1)/D_(0)、△α和△f与荒漠化减弱程度呈正相关,砂粒与其呈负相关.土壤分形维数能反映区域土壤结构和变化,可为地区生态治理与巩固提升提供技术指导.

基于MGWR的黄河流域土壤有机碳密度和影响因素分析

土壤有机碳作为最大陆地碳库,其空间分布特征和影响因素对于全球碳循环过程具有重要影响.基于土壤有机碳密度数据,结合环境因子,使用多尺度地理加权回归(MGWR)模型预测了黄河流域土壤有机碳密度(SOCD)和影响因素.结果表明:(1)黄河流域0~20 cm和0~100 cm的SOCD范围分别为0~14.82 kg·m^(-2)和0~32.39kg·m^(-2),均值分别为3.48 kg·m^(-2)和8.07kg·m^(-2),储量则分别为2.76 Pg和6.48 Pg;(2)各生态系统类型中,0~20 cm的SOCD从大到小依次为:森林>水体与湿地>其他>草地>农田>聚落>荒漠,0~100 cm的SOCD从大到小依次为:水体与湿地>森林>其他>草地>农田>聚落>荒漠,SOCR从大到小皆为:草地>农田>森林>荒漠>水体与湿地>聚落>其他;(3)黄河流域SOCD的分布主要受常数项、剖面曲率、 NDVI和降水的影响,曲率和粉砂对深层的SOCD的分布也具有重要影响;此外,降水、 NDVI和常数项(除森林外)是影响各生态系统的主要因素,曲率和粉砂则仅对荒漠和其他生态系统具有重要影响.研究结果得出了黄河流域SOCD的空间分布和影响因素,可为黄河流域碳平衡、土壤质量评价和生态治理恢复与巩固提升提供科学依据.

基于Budyko假设的党河径流变化归因

流域水资源变化特征及其归因识别一直是水文研究的重要科学问题。本文以党河流域为研究区,采用线性倾向估计等方法分析了流域气象、下垫面和水文要素变化特征,基于Budyko水热耦合平衡方程量化了气候变化和人类活动对径流变化的贡献。结果表明:(1)流域内气温呈升高趋势,降水呈增加趋势,气候向暖湿化方向发展;(2)林地、草地、耕地、水域和建设用地面积增加,未利用地面积缩减;冰川退缩速率为3.86 km^(2)·a^(-1);多年平均最大冻结深度平均递减速率为1.14 cm·a^(-1);(3)党河径流年际递增速率为0.21亿m^(3)/10a,年内分配为“双峰型”,降水和气温对径流年内变化贡献分别为57.2%和42.8%,气候变化和人类活动对径流变化贡献分别为59.46%和40.54%。

黄河北岸兰州段丘陵区土壤生态化学计量与空间变异

为探究黄河北岸兰州段丘陵区土壤碳、氮、磷含量及化学计量比的空间变异特征,基于12个样地数据,采集1 m剖面内不同发生层土壤进行土壤含水率(SWC)、pH、有机碳(SOC)、全氮(STN)和全磷(STP)的测定。分析了研究区土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征在植被和土层上的差异及空间变异特征。结果表明:(1)研究区SOC、STN、STP均值分别为4.53、0.74、0.13 g·kg^(-1),C∶N、C∶P、N∶P均值分别为7.85、55.17、8.40;(2)研究区SOC、STN、C∶N和N∶P的块基比C_(0)/(C_(0)+C)<0.25,主要受气候、植被、地形等自然因素影响;STP、C∶P则C/(C+C)>0.75,主要受退耕还草等人为因素影响;(3)研究区土壤整体受到氮限制,与此同时有机碳更为匮乏,磷则在短期内不会成为限制因子。在黄河流域兰州段北岸丘陵区北岸的生态治理与恢复中,应重视有机肥和氮肥的配置与施加,同时需减少人为干扰,这对于植被的快速恢复与养分的固定具有重要意义。