气候变化与土壤侵蚀相互作用研究进展

气候变化和土壤侵蚀是当前全球变化研究重点关注的两个自然过程,二者之间的相互作用是地表过程的重要研究内容之一。本文从土壤侵蚀对气候变化的响应、碳循环过程对土壤侵蚀的反馈两个方面综述了气候变化与土壤侵蚀相互作用研究进展。分析认为:理想的地质载体是深刻理解地质历史时期土壤侵蚀对气候变化响应特征的关键;土壤侵蚀预测模型的适用条件和范围以及降雨侵蚀力估算方法缺乏标准化是造成土壤侵蚀量估算结果存在差异的主要因素;侵蚀作用下土壤有机碳矿化的生物学过程与机制是科学评估土壤侵蚀是碳源或碳汇的关键环节。建议未来在以下三个方向开展工作:(1)以湖泊沉积物为地质载体研究历史时期气候变化与土壤侵蚀有着巨大发展和应用潜力,建议利用AMS 14C、137Cs和210Pb等多种定年手段,使用环境指示意义明确的代用指标,建立近千年高分辨率流域气候与侵蚀序列,研究十年至百年尺度气候变化与土壤侵蚀之间的关系;(2)流域版水蚀预报模型(WEPP)可能更适合小流域预测研究,在其实践应用过程中除规范标准小区的坡度和坡长之外,还应通过长期观测和试验确定不同气候区侵蚀性降雨阙值以计算降雨侵蚀力;(3)可以尝试采用定量稳定同位素探针技术(qSIP)研究微生物对土壤有机碳库的分解和转化的驱动机制,因为qSIP不仅能量化土壤微生物的生长速率,还能同步测定土壤有机碳的矿化速率。

腾格里沙漠宁夏中卫沙层含水量研究

为了揭示腾格里沙漠地区沙层含水量、水分存在形式、运移和水分平衡等问题,对该沙漠东南部不同沙丘进行了含水量研究。结果显示,腾格里沙漠沙层含水量空间变化大,沙丘中、上部含水量低,下部与洼地含水量高。毛管水层指示毛管水上升高度一般为60cm左右,毛管水层平均含水量为14.9%。由于研究区相对降水量偏多,沙层水分存在饱和重力水、毛管水、高含量薄膜水和低含量薄膜水等多种形式,在毛管水层之上的沙层水分一般均为薄膜水,5%左右的高含量薄膜水的存在是该区沙层水分含量的突出特点。沙层中薄膜水带的上、中、下部均有含水量较高的层段,表明该区大气降水经蒸发、蒸腾之后,仍有剩余的水分向下入渗,并成为地下水的补给来源。

青藏高原东缘近2000年湖泊气候记录及全球联系

掌握青藏高原东缘气候变化历史对认识区域乃至全球气候动力成因有重要意义。本文基于我们近年来在青藏高原东缘获取的湖泊记录，并汇总他人研究成果，探讨了高原东缘近2000年气候变化历史。我们的工作表明青藏高原东缘北部（N-ETP）和南部（S-ETP）近2000年水文气候存在显著的区域差异。N-ETP 地区中世纪总体温暖湿润，小冰期寒冷干燥，近100-200年温暖湿润，表现为“暖湿-冷干”气候模式；而S-ETP地区中世纪温暖干旱，小冰期寒冷湿润，近100-200年温暖干旱，表现为“冷湿-暖干”气候模式。对比分析表明，N-ETP地区气候模式与东亚夏季风广泛区域气候模式相似；而S-ETP地区气候模式与多数印度夏季风地区气候模式相似。我们怀疑这样大尺度的水文气候差异可能与不同区域大气环流差异以及赤道太平洋-印度洋海表面温度变化及其引起的大气环流的强度及位置的变化有关。

阿拉善流动沙漠区沙层CO_2浓度与昼夜变化规律研究

利用红外CO2监测仪,对全球最高大的巴丹吉林诺尔图湖东大沙山、沙坡头流动沙丘和民勤流动沙丘进行了19个钻孔的CO2浓度昼夜观测。结果表明,阿拉善流动沙漠区空气中CO2浓度较1 m、2 m、3 m、4 m、5 m沙层中CO2浓度均低,表明在植物极稀少的流动沙漠区温暖季节会向空气中释放CO2,是大气CO2的来源区。沙层不仅白天向空气释放CO2,夜间也在释放CO2。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区沙层2 m深处CO2浓度一般较1 m、3 m、4 m、5 m的大,但也有个别例外。流动沙漠区沙层CO2浓度的昼夜变化也具有明显的规律性,各个深度沙层CO2浓度从早8时至次日7时均呈现由低到高再到低的变化规律。沙层CO2浓度与昼夜温度变化呈显著正相关关系。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区水分含量较高的沙层CO2浓度明显高,表明沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度水平的主要因素。

青海湖北部土壤CO_2浓度变化研究

利用红外CO_2监测仪对青海湖地区哈尔盖附近不同植被、不同深度条件下的土壤CO_2浓度进行了多次昼夜观测。观测结果表明,在年平均温度1℃左右的高寒青海湖地区,从早8:00到次日早8:00土壤CO_2浓度具有从低到高再到低的昼夜变化规律,这种变化特点与昼夜温度变化基本一致。在土壤夜间最低温度为0%和更高地区,土壤CO_2浓度的这种昼夜变化规律具有普遍性。该区白天12小时土壤CO_2浓度略高于夜间12小时,但比低海拔地区白天与夜间的浓度差异小。在土壤1 m深度范围内CO_2浓度随深度增加而增加。土壤C02浓度明显高于地面之上100 cm空气CO_2浓度,显示在温度较高季节土壤在向大气释放CO_2。在高寒干旱草原粉砂土分布区,只要土壤温度接近零度或零度以上,土壤CO_2浓度就会高于空气CO_2浓度,土壤CO_2就会向空气中排放。高寒干旱区影响土壤CO_2浓度的最主要的因素是温度,该地Q_(10)平均值为2.81,表明温度对青海湖草原土壤CO_2浓度的影响比对低海拔草原CO_2浓度的影响更大。

沙层水分小尺度地域分异特征——以沙坡头沙区为例

水分是沙漠地区生态环境的限制因子,研究沙漠沙层水分分布规律对在沙区种植人工植物进行固沙有显著指导意义。通过对沙坡头沙区两个典型流动沙丘不同坡向、不同部位以及两个洼地进行采样,研究该区水分平衡与小尺度水分分异特征与规律,结果表明:(1)流动大沙丘顶部沙层水分含量一般在1.00%以下,中部水分含量一般在1.00%—2.00%,底部水分含量一般在2.00%—3.00%,均以薄膜水形式存在。洼地沙层2.0—3.0m左右深度有饱和重力水甚至地下水出现。(2)流动大沙丘的迎风坡沙层水分高于背风坡,沙丘水分含量均是底部最高,中部次之,顶部最低。(3)沙坡头区沙层水分属于快速入渗型水分正平衡,洼地或平坦地段是大气降水向下入渗的主要渠道。

基于Meta分析的土壤呼吸对凋落物输入的响应

凋落物输入是影响土壤呼吸的一个重要因素,然而从国内外目前研究结果来看,土壤呼吸响应凋落物输入的影响因素尚不清楚。利用国内外已发表的30篇研究论文共1393对有效数据,通过Meta分析,从凋落物管理措施、气候、植被、地形、土壤理化性质等因素揭示凋落物输入对土壤呼吸的影响程度。研究发现:与清除凋落物处理相比较而言,(1)凋落物输入后显著增加了土壤呼吸,且土壤呼吸的增加程度呈现出倍增凋落物处理是自然凋落物处理的1.33倍;(2)不同气候条件下的土壤呼吸增加程度呈现出强降雨(>1000 mm)是微弱降雨(<1000 mm)的1.34倍,以及高温气候(>20℃)是低温气候(<20℃)的1.7倍;(3)土壤呼吸的增加程度在不同植被带下呈现出针叶林带(34.1%)>阔叶林带(28%)>混交林带(22%)>草地(17.3%)的趋势;(4)不同海拔梯度条件下土壤呼吸的增加程度呈现出高海拔(59.6%)>中海拔(34.2%)>低海拔(26.7%)的趋势;(5)不同土壤理化性质条件下的土壤呼吸增量呈现出低容重(77.5%)分别是中容重(26.9%)和高容重(18.0%)的2.9倍和4.3倍,同时中性土壤(79.6%)的呼吸增量远远大于酸性(28.2%)和碱性(24.1%)土壤的呼吸增量,以及高土壤碳氮比(81.2%)的土壤呼吸增量远远大于低土壤碳氮比(19.4%)和中土壤碳氮比(29.6%)的土壤呼吸增量。由此可见,凋落物输入后会导致土壤呼吸的显著增加,但是不同气候、不同植被、不同地形、不同土壤理化性质等条件下其土壤呼吸增加的幅度不同。

黄土高原中南部土壤侵蚀强度对气候变化的敏感性研究——以陕西省咸阳北5县为例

全球气候变化正在改变着全球陆地生态系统结构、全球格局甚至生态功能,由于土壤侵蚀这一全球性生态环境问题备受热议,土壤侵蚀强度对气候变化的敏感性问题逐渐受到关注。黄土高原地区土壤侵蚀强弱对气候变化的敏感性越来越成为公众关注的热点话题。本文在无实测数据的条件下,将历史资料中关于暴雨洪水的定性描述进行定量化为等级1(轻度侵蚀)、等级2(中度侵蚀)、等级3(重度侵蚀),结合区域气候干湿变化记录,试图查明近360a黄土高原中南部地区土壤侵蚀强度在不同气候条件下的变化特征。结果表明:近360a来,该区共发生42次不同强度土壤侵蚀事件,平均约每9a发生1次,其中1级轻度侵蚀29次,2级中度侵蚀2次,3级重度侵蚀11次。在10a至数十年尺度上,气候偏湿期共发生22次土壤侵蚀事件,其中1级轻度侵蚀17次,2级中度侵蚀1次,3级重度侵蚀4次,说明土壤侵蚀程度总体较弱;气候偏干期共发生20次,其中1级轻度侵蚀12次,2级中度侵蚀1次,3级重度侵蚀7次,说明土壤侵蚀程度总体较强。

近30年榆林市城镇化与耕地资源协调性研究

目的研究榆林市城镇化与耕地资源协调发展的关系,为能源主导型城市的城镇化发展提供参考。方法通过搜集数据,采用相关分析法和协调度模型分析榆林市1985-2016年城镇化发展与耕地资源的相关性和协调性。结果(1)1985-2016年,榆林市城镇化率呈逐年上升趋势,耕地资源面积总体先减少后增加;(2)城镇化水平与耕地资源变化均可分为3个阶段,二者之间有较高的相关性;(3)榆林市城镇化水平与耕地资源协调性总体呈现"基本协调-不协调-较协调"变化特征,榆林市城镇化经历了保守式、粗放式和紧凑式3个发展阶段。结论优化城市土地资源配置,增加城区容量,城镇化发展与耕地资源之间的矛盾与冲突可得到缓解以至解决。

渭河流域城市城镇化发展状况及协调性浅析——以宝鸡市为例

目的分析2009-2019年宝鸡市城镇化及协调性发展状况,以期为渭河流域的高质量发展提供依据,并为其他地区的城镇化发展提供借鉴。方法以宝鸡市为研究区,运用地统计方法和耦合协调度模型,分析宝鸡市2009-2019年城镇化子系统之间的耦合度、耦合协调度的发展变化趋势及耦合协调类别、类型。结果宝鸡市11年间城镇化子系统的耦合类别变化为极度失调衰退-中度失调衰退-轻度失调衰退-濒临失调衰退;类型划分由经济滞后型发展到生态滞后型,但人口滞后型始终贯穿其中。结论城镇化及其各子系统发展均呈递增的态势,城镇化各子系统之间基本呈现正相关关系。宝鸡市应从人口、经济、文化和生态各方面科学规划,促进地区城镇化可持续健康发展。

案例教学法在高中地理教学中实施情况的调查——以陕西渭南蒲城县为例

案例教学法作为一种开放互动式的新型教学方法不同于传统教学,已被应用于实践当中。本文通过问卷调查和访谈法,对蒲城县三所高中案例教学法在地理教学中的应用现状进行调查分析,从中发现现今案例教学法在应用过程中出现的重要问题,并对此提出建议,为案例教学法的研究及灵活运用提供实施依据。

六盘山朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值及其古气候意义

湖泊沉积物Rb/Sr比值通常被视为流域化学风化强度的代用指标,然而不同湖泊沉积物Rb/Sr比值的古气候意义有时也存在一定差异。本研究以六盘山朝那湫湖泊73cm长度(1743~2012A.D.的沉积序列)岩芯沉积物Rb/Sr比值为分析对象,结合同一岩芯其他主要元素以及古气候代用指标(TOC、C/N比值、δ^(13)C_(org)等)指示的环境变化信息,对朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值在十年/数十年尺度上的古气候意义进行综合判别。研究结果显示:朝那湫湖泊沉积物中的Rb、Sr元素主要以残渣态赋存,Rb/Sr比值与其他陆源组分元素有较好的相关性,Rb/Sr比值变化主要受控于陆源碎屑物质输入。Rb/Sr比值与同一岩芯TOC、C/N比值、δ^(13)C_(org)等降水代用指标以及邻近区域树轮等古气候记录的对比结果表明:在十年/数十年尺度上,气候偏干期,陆源碎屑物质输入较多,沉积物Rb/Sr比值减小;气候偏湿期,陆源碎屑物质输入较少,沉积物Rb/Sr比值增大。这主要是由朝那湫流域降水特点和植被覆盖共同决定的,同时也暗示朝那湫流域物理风化和化学风化强度可能呈反向变化。因此,在将Rb/Sr比值作为流域化学风化强度的代用指标之前,有必要对湖泊沉积物的Rb、Sr元素的赋存形态进行辨别,并结合湖泊自身沉积环境以及其他古气候指标进行综合分析,方可获得更加全面准确的流域物理侵蚀搬运或化学风化信息。

河西走廊明清时期旱灾与干旱气候事件初步研究

通过对河西走廊明清时期历史资料的收集、整理和分析,对该时期干旱灾害等级、时间、空间特征、成因以及气候事件进行了研究。结果表明:河西走廊明清时期542年中共发生旱灾83次,平均6.5年发生1次。该地区旱灾可分为4个等级,轻度旱灾、中度旱灾、大旱灾和特大旱灾,分别发生13次、44次、19次和7次,发生频率依次为16%,53%,23%和8%。河西走廊明清时期旱灾在时间上可分为早期、中期和晚期3个阶段,晚期为旱灾高频期,早期和中期为低频期,从早期到晚期旱灾频次总体呈上升趋势。该地区旱灾在空间上存在自东向西递减的显著差异,这主要是人类过度、不合理开发水资源的结果。该地区明清时期旱灾发生的根本原因是气候变化,人类不合理开发河西绿洲加剧了旱灾的发生。河西走廊公元1763-1771年连续发生的旱灾确定为一次干旱气候事件。

陕西宝鸡地区近17年粮食安全动态变化研究

运用回归分析法、时间序列、预测理论、最小人均耕地面积和耕地压力指数模型及SPASS13.0统计分析软件,在分析宝鸡地区十七年来耕地、人口和粮食的基础上,对该地区最小人均耕地面积和耕地压力指数进行分析和预测,从而研究该区域粮食安全动态变化。研究结果显示:1991～2007年,宝鸡地区最小人均耕地面积呈降低趋势,但耕地压力指数略有上升趋势且都接近与1,粮食安全基本有保障。预测显示:在未来10年,该区最小人均耕地面积和耕地压力指数呈降低趋势,粮食安全问题比较乐观。这说明宝鸡地区在现有耕地和粮食产量条件下,在未来10年内,依靠农业科技进步和增加投入,不断提高耕地生产水平,对减轻耕地压力和确保粮食生产安全还是可行的。

短时间尺度上湖泊沉积物粒度指示的气候意义--以朝那湫为例

湖泊沉积物粒度在短时间尺度、高分辨率(年际-十年尺度)古气候研究中的指示意义通常被解释为:粒度偏粗指示降水较多、气候湿润,粒度偏细指示降水较少、气候干旱。本文以六盘山朝那湫湖泊73 cm沉积物岩芯粒度指标为研究对象,采用137Cs定年法,重建了朝那湫流域过去268年的高分辨率气候变化序列,结合同一岩芯其他环境代用指标(TOC、C/N值、化学元素等)指示的环境变化信息,对朝那湫湖泊沉积物粒度指示的气候意义进行综合判别。结果表明:朝那湫湖泊沉积物粒度与其他环境代用指标有较好的相关关系,粒度指标能够指示流域降水变化历史,并记录了4次典型的干旱气候事件(1770 A.D.前后、1835 A.D.前后、1875 A.D.前后和1970 A.D.前后),这与邻近地区树轮等气候记录有良好的对应关系,表明本文重建的结果可靠。同时,本文揭示了湖泊沉积物粒度在短时间尺度研究中的特殊指示意义:粒度偏粗指示降水较少、气候干旱,粒度偏细指示降水较多、气候湿润,这主要是由流域降水特点和植被覆盖程度决定的。由于沉积环境复杂,湖泊沉积物粒度的环境指示意义具有多解性,因此在不同的湖泊研究中应充分考虑影响沉积物粒度的各种因素,并结合其他指标进行综合辨识。

湖泊沉积中碳酸盐、有机质及其同位素的古气候意义

综述了近几十年来国内外湖泊沉积在全新世尺度上碳酸盐及其同位素、有机质及其同位素的研究进展。主要讨论了湖泊沉积物中碳酸盐含量、δ13Ccarb和δ18Ocarb的环境意义以及二者之间的协同变化,生物成因碳酸盐及其同位素和微量元素等的影响因素及所指示的环境意义,湖泊沉积物中有机质及其同位素和C/N等的影响因素及所指示的气候信息,同时文中还讨论了碳酸盐含量、有机质及其同位素在古气候重建中的应用。

腾格里沙漠沙层水分状况初步研究

为了揭示腾格里沙漠沙层水分含量特点、水分来源和水分存在形式等问题,2009年9月-10月对腾格里沙漠腹地及边缘地区进行了含水量研究。研究结果表明,沙漠腹地沙层含水量一般在2.0%～5.0%之间,洼地或平坦地段含水量最高,沙丘底部次之,中部最低。沙层水分主要以薄膜水的形式存在,水分运移缓慢,在洼地或平坦地段较深层有薄膜水向下入渗过程中转变而成的重力水和地下水出现。沙漠沙层水分具有正平衡特点,这主要是沙层水分入渗速度快和沙层受蒸发影响深度小决定的,属于快速入渗型的水分正平衡。沙漠沙层水分来源于大气降水,洼地或平坦地段是大气降水向下入渗的主要渠道。沙漠沙层水分含量存在空间地域差异,沙漠腹地沙层水分低于沙漠边缘。结合该区沙层水分的空间差异,提出了沙漠治理的建议和措施,比如在沙漠地下水较多的东南部等地区,可以采取植树种草措施治理沙漠化,还可以利用大棚措施发展种植业。在沙漠地下水贫乏的地区,应该采取粘土沙障、砾石沙障等工程措施和"麦草方格"等措施综合治理沙漠化。

六盘山朝那湫湖泊沉积物磁化率的环境指示意义

在古环境研究中,湖泊沉积物磁化率的环境指示意义通常被解释为:磁化率升高指示流域内侵蚀和径流搬运能力增强,间接反映降水较多,气候湿润;磁化率降低指示流域内侵蚀和径流搬运能力减弱,间接反映降水较少,气候干旱。本文结合多代用指标(粒度、TOC、C/N等)指示的环境变化信息,对六盘山朝那湫湖泊沉积物磁化率的环境指示意义进行综合判别。结果显示:朝那湫湖泊沉积物磁化率能够指示流域降水变化历史,且与邻近地区树轮等高分辨率气候记录有良好的对比关系,表明本文重建的结果可靠。同时,本文也揭示了湖泊沉积物磁化率不同以往研究的特殊环境指示意义:磁化率升高指示流域内侵蚀和径流搬运能力减弱,反映降水较多,气候湿润;磁化率降低指示流域内侵蚀和径流搬运能力增强,反映降水较少,气候干旱。这主要是由流域基岩成分、植被覆盖和雨型决定的。由于湖泊沉积环境和过程的复杂性,沉积物磁化率的环境指示意义具有多解性。因此,在不同的湖泊沉积研究中,应充分考虑影响磁化率的各种因素,并结合其他多种代用指标进行综合辨识,方可得出可靠结论。

腾格里沙漠南缘沙层含水量与水分平衡研究

为了揭示腾格里沙漠沙层含水量和水分运移及平衡等科学问题,对甘肃民勤和宁夏中卫不同沙丘进行了含水量研究。结果显示,腾格里沙漠南缘沙层含水量空间变化明显,在垂向上分层清楚,水平方向上流动沙丘的含水量高于半固定和固定沙丘,沙漠东南缘沙层含水量明显高于西南缘。甘肃民勤沙层含水量高值层段出现在剖面中上部;宁夏中卫毛管水带之上沙层含水量较高,指示沙层水分来自大气降水。研究区沙层水分主要以薄膜水的形式存在,在降水较多的沙漠东南缘出现了沙漠区极少出现的高含量薄膜水。该区沙层水分具正平衡特点,属于沙层水理性质决定的沙漠地区特殊的水分正平衡,这能够较好地解释极端干旱的沙漠区湖泊较多和地下水资源较为丰富的原因。论文还提出了研究区水分运移的两种模式。

腾格里沙漠民勤沙丘CO_2浓度与昼夜变化规律研究

为查明沙漠区CO2浓度和对大气CO2的影响以及在全球碳循环中的作用,利用红外CO2监测仪于2009年9月对腾格里沙漠民勤实验点不同类型不同深度的沙层CO2含量变化进行了昼夜连续观测.根据12个钻孔CO2浓度的昼夜观测结果可知,民勤沙漠区不同观测点CO2浓度差异较大,各观测点昼夜CO2浓度变化在310×10-6～2 630×10-6之间;夜间沙层CO2浓度低,白天CO2浓度高;CO2浓度在深度上也有明显的差异,不同深度CO2浓度由大到小的顺序是:4 m(3m)>2 m>1m;与温带半湿润的西安地区相比,位于极端干旱区的民勤沙漠区CO2浓度显著低;CO2浓度昼夜变化明显,从当日09:00左右到次日09:00左右均呈现由低到高再到低的变化规律;在沙层水分一定的条件下,昼夜温度变化是造成沙层CO2浓度昼夜变化的主要原因,两者呈显著正相关关系;含水量较高沙层CO2浓度明显高于含水量较低沙层,沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度的主要因素;4 m深度以上沙层CO2浓度均高于地表空气CO2浓度,表明极端干旱的沙漠区可能是CO2的来源区,也指示环境恶劣的裸露流动沙丘微生物活动产生的沙层CO2浓度仍然超过了大气CO2浓度.