基于InVEST模型的疏勒河上游产水量时空变化特征分析

开展山区流域产水量的定量评估研究,有利于区域水资源保护规划的制定、生态补偿机制的建立以及生态平衡的维系。然而,目前对我国西部高寒山区产水量的时空变化评估及其影响因素的研究依然较为缺乏。选取青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河上游为研究区,基于InVEST(Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Tools)模型定量估算并分析了2001—2019年产水量的时空变化特征及影响因素。结果表明:(1)2001—2019年,研究区年均气温和年实际蒸散量呈增加趋势(P>0.05),年降水量和NDVI则显著增加(P<0.05);(2)年均总产水量为13.66×10^(8) m^(3),空间分布呈现山地高海拔区较高,河谷低海拔区较低的特征;(3)19年来产水量以0.26×10^(8) m^(3)/a的速率显著增加(P<0.01)。其中,高海拔区的产水量显著增加,约占整个研究区的32.01%;然而,仅有8.39%的低海拔区产水量显著下降(P<0.05)且集中分布在西北部;(4)产水量与降水量显著正相关,同气温、实际蒸散量、归一化植被指数(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)和根系深度显著负相关(P<0.001);(5)产水功能一般重要级别区占研究区面积的47.26%,极重要和高度重要级别区占总面积的28.25%。研究为祁连山国家公园水资源的动态评估、有效管理和可持续发展提供了科学参考。

人工建植对多年冻土区“黑土滩”冻融过程的影响

人工建植作为恢复“黑土滩”型退化草地的一项重要举措已被广泛应用,目前已有研究主要评估了人工建植对植被特征与土壤固碳能力的影响,但其对土壤冻融过程的影响鲜有研究。本研究以青藏高原东北缘祁连山中西段疏勒河源多年冻土区“黑土滩”型退化草地及人工建植区为研究对象,对“黑土滩”和人工建植区土壤温度、含水量、盐分实测数据进行分析。结果表明:1)冬季人工建植区较“黑土滩”土壤温度更高且受气温波动小,土壤含水量整体略高于“黑土滩”且受降水影响小,土壤盐分含量较“黑土滩”有所降低,其中夏、秋两季最明显,符合人工建植区较“黑土滩”有更好的保温效果和抗盐碱化作用的预期。2)人工建植后的土壤冻结日延长,融化日和冻融日缩短,表明人工建植能有效降低“黑土滩”土壤冻融过程的发生频率,进而减弱冻融侵蚀。研究结果对寒区生态环境的修复与保护有一定的指示作用。

多年冻土区“黑土滩”土壤团聚体对人工建植的响应

为研究人工恢复“黑土滩”(“Black soil land”,BSL)后土壤团聚体粒级组成和稳定性特征,以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区BSL和4龄人工建植草地(Artificially planted grassland,APG)为研究对象,基于干筛和湿筛法分析0~20 cm层其变化特征。结果表明:BSL和APG干团聚体均以>3 mm粒级为主,湿筛以微团聚体(<0.25 mm)占比最高。建植后大团聚体(>0.25 mm)含量增加,微团聚体显著减少,且团聚体几何平均直径、重量平均直径和抗蚀性因子更高,破坏率更低,表明人工建植能显著提高团聚体稳定性。随土壤深度增加,APG和BSL干团聚体稳定性增加,而湿筛稳定性降低,说明0~10 cm团聚体受机械破碎强烈,10~20 cm遇水易破碎。逐步回归表明砂粒降低、氧化还原电位和有机质增加是团聚体稳定性增加的主要因素。因此,多年冻土区人工建植能改善退化草地浅层土壤结构并提高其稳定性。

疏勒河源冻土区高寒草甸土壤碳氮含量特征

土壤碳氮是高寒植被响应多年冻土区生态环境变化的重要营养和能源物质,但对其调查仍以生长季的单次采样为主,缺乏对其他季节的研究,这对于准确把握多年冻土区土壤碳氮含量及储量评估存在明显局限性。为此,本研究以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区高寒草甸为对象,对0—50 cm土层土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、全氮(Total Nitrogen,TN)含量及其比值(C/N)的剖面分布和季节变化及其影响因素进行分析。结果表明:(1)SOC、TN剖面分布规律一致,0—10 cm土层均显著高于10—50 cm各层(P<0.05),0—50 cm深度仅秋季逐渐下降,而春夏冬季0—30 cm递减。(2)SOC、TN含量存在季节变化,SOC表现为夏季>冬季>春季>秋季,TN表现为春秋冬季含量一致,夏季略低。(3)C/N季节变化显著,夏季显著最高,秋季显著最低(P<0.05)。(4)土壤含水量和生物量是影响SOC、TN及C/N剖面分布和季节变化的关键因素。(5)夏季土壤碳氮密度均高于全年平均。可见,仅单一节点(生长季为主)调查以表征全年土壤碳氮储量存在高估趋势。