华北克拉通中西部及周边地区瑞利面波相速度方位各向异性

利用“中国科学台阵探测”项目的密集流动台站以及区域固定台站的地震面波记录,采用程函面波成像方法,得到了华北克拉通中西部及周边地区14~100 s周期高分辨率的瑞利面波相速度方位各向异性分布图像.结果显示,鄂尔多斯块体内部中长周期(20~100 s)为大范围高速和弱各向异性分布特征,但在块体西南部区域各向异性明显增强,向东可一直延伸至108°E附近.我们认为,受青藏高原影响,鄂尔多斯块体西南部岩石圈已发生明显变形,高原扩张对鄂尔多斯块体的影响超出了止于六盘山逆冲推覆带的传统认识.在鄂尔多斯块体内部,长周期(80~100 s)的相速度显示高速区向中部和东南部区域收缩,各向异性强度在高速区外围明显增强,揭示了块体边界带的岩石圈在后期构造活动过程中已遭受不同程度的变形改造,厚度发生了不同程度的减薄.山西断陷带北部大同火山区附近,在20 s以上周期为显著低速异常,不同周期段各向异性存在明显差异,我们推测该区不同深度的各向异性差异与鄂尔多斯块体东北部岩石圈不同深度的几何形态以及青藏高原远程挤压效应有关.山西断陷带中南部区域,在20~60 s周期显示高速和近EW向快波方向,与鄂尔多斯块体中东部高速区具有较好的连续性,认为该区岩石圈仍保留部分原有华北克拉通岩石圈的属性.青藏高原东北缘地区不同周期相速度表现为明显的低速异常,快波方向呈现较为一致的NWW-SEE向分布特征,揭示了在高原下方壳幔介质变形连续一致,符合岩石圈垂直连贯变形模式.

晋西黄土区不同入渗水量下刺槐林地优先流特征

为探究晋西黄土区刺槐林地是否存在土壤优先流及不同入渗水量条件下对优先流发育程度的影响,以山西吉县蔡家川小流域刺槐人工林为研究对象,结合野外染色示踪试验与室内图像处理的技术方法,获取垂直剖面染色形态特征图像并进行特征值的提取,选取基质流深度、染色面积比、优先流比、长度指数、平均最大染色深度和染色面积比变异系数6个特征指标,基于均方差决策法定量分析不同入渗水量条件下的优先流发育情况。结果表明:(1)刺槐人工林土壤水分入渗过程中存在优先流现象,随入渗水量的增加,优先路径逐步向侧向发展,优先流斜侧入渗现象明显;(2)染色面积比随土层深度的增加呈非线性减小趋势,水分呈现非均匀下渗现象;入渗水量为75mm时的优先流比达到47.11%,优先流发育程度最高;(3)3种入渗水量条件下的平均最大染色深度分别为25.33、32.20、38.87cm,与入渗水量的大小呈正相关关系,表明入渗水量的增加可以促进水分向深层运动,有利于优先路径的开启;(4)入渗水量与优先流评价指数之间呈正相关关系,优先流评价指数75 mm(0.81)>50 mm(0.39)>25 mm(0.36),入渗水量增加促使优先流发育程度更高。

气候变暖背景下黄河中游晋西黄土高原的植被响应

笔者介绍了黄河中游晋西黄土高原概况,综述了植被分布、植被覆盖、植被物种多样性及植被物候对气候因子的响应。黄河中游晋西黄土高原属于半干旱地带,植被主要为草本、灌木及一些适宜半干旱条件的乔木,水热条件是影响黄河中游晋西黄土高原植被覆盖的主要限制因子。黄河中游晋西黄土高原山地植物物种多样性分布的主要特征是乔木物种多样性、草本物种多样性和系统发育多样性均随海拔升高而递减,灌木物种多样性无明显变化趋势;乔木物种丰富度与生长季节平均温度呈显著正相关。2000年至2015年,黄河中游晋西黄土高原植被物候发生显著变化,植被生长季开始日期提前和结束日期推迟的区域较多。

黄河中游晋西黄土高原近62年气候变化分析

通过对9个地面站的年平均气温和年平均降水量数据进行分析,研究了黄河中游晋西黄土高原近62 a(1957年至2018年)的气候变化情况。结果表明,1957年至2018年,黄河中游晋西黄土高原气温显著升高,年平均增温0.023 0℃。其中,北部区域和中部区域年平均增温为0.028 8℃和0.035 4℃,线性方程达到极显著水平;南部区域年平均增温0.017 6℃,线性方程达到显著水平,增温趋势相对平缓。全区年平均降水量减少0.324 mm,线性方程未达到显著水平,从北向南降水量减少量增加。总体来看,区域气候环境总体趋于暖干化。

气候变暖对晋北黄土高原半干旱区马铃薯适播期的影响

以气候变暖为主要特征的气候变化对马铃薯物候期、生长发育及产量都产生很大影响,研究马铃薯生长季热量资源和适播期变化特征,对调整品种布局和合理利用气候资源具有重要意义。利用1981—2016年晋北地区地面气象观测站和农业气象观测站资料,通过趋势分析和相关分析,研究晋北马铃薯气候资源变化特征及对马铃薯产量的影响;基于积温稳定性原理,建立气象产量预测模型,得出最高气象产量对应的适播期,并分析适播期的年代变化特征。结果表明,晋北马铃薯生长季气温以0.32℃·10a^(-1)速率呈升温趋势,≥5℃积温以47.0℃·d·10a^(-1)速率呈增加趋势。气候变暖背景下对晋北马铃薯产量影响显著的气候因子主要是出苗~分枝期的平均气温,全生育期的积温、日照时数、需水量,出苗~分枝期、花序形成~可收期及全生育期的最高气温≥30℃的日数。气温和日照基本为负效应,降水在营养生长期为负效应,生殖生长期为正效应。晋北马铃薯适播期随着气候变暖有提前的趋势,20世纪80年代适播期在5月上旬末至5月中旬,90年代适播期在5月上旬,21世纪最初10 a适播期在4月下旬至5月上旬初,2010年以后马铃薯适播期提前到4月中旬末至4月下旬。建议晋北黄土高原半干旱区盆地地区种植中晚熟品种,尽量选择早播,可以选择4月中旬末至4月下旬,高海拔地区建议种植中熟品种或采取地膜覆盖提早播期来种植中晚熟品种,可以在4月下旬末至5月上旬播种。

不同滴灌带布设方式对苹果-大豆间作系统土壤化感物质与微生物的影响

为探究不同滴灌带布设方式对果农间作系统土壤酚酸类物质、酶活性和微生物分布特性影响,初步探明间作滴灌条件下,土壤酚酸类物质与土壤生物因子的相互关系。以晋西黄土区典型的苹果—大豆间作系统为研究对象,设置3种(L1、L2、L3)滴灌带间距,分析不同水分分布下土壤酚酸类物质、酶活性和微生物数量的空间分布变化,并在相关性基础上利用逐步回归模型,分析3个土壤因子之间的相互关系。结果表明:除苯甲酸和间苯三酚外,滴灌带间距对酚酸类物质分布影响显著(p<0.05),除过氧化氢酶外,滴灌带间距对酶活性、微生物数量分布有显著影响(p<0.05)。在垂直方向上,不同滴灌带布设方式使酚酸更多地分布在深层土壤,微生物数量和部分酶活性在L1、L2处理中随土层加深而先减后增;在水平方向上,不同滴灌带布设方式对土壤酚酸类物质、细菌和真菌分布影响与间作对照处理一致,随距树距离增加而增加。滴灌条件下,除对羟基苯甲酸外,酚酸类物质受脲酶、过氧化氢酶和放线菌的抑制作用显著,间作处理土壤酚酸总量较单作有所减少。L1处理土壤酶活性、微生物总量最高,L2处理土壤酚酸类物质累积量最低。其中L2处理在酚酸累积量最低的基础上,土壤酶活性也处于较高水平,因此,建议在果农间作系统中采用隔行大豆布设滴灌带模式,改善土壤微生态环境的同时可缓解化感物质的抑制作用。

山西高原主要林型生物量异速生长模型

基于山西省10个生态站3种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、温性针叶林(TCF)、寒温性针叶林(CCF))9个树种共97株解析木数据,采用收获法测定各树种的组分(树干、树根、树冠)生物量,利用解析木的胸径(D)和树高(H)及其组合构建各林型不同部位的生物量异速生长模型,分析不同树种的生物量分配并比较不同模型的准确性。结果表明:1)9个树种的树干、树冠和树根平均生物量占各自总生物量的比例分别为47.22%、25.59%和27.18%;除樟子松外,其他树种的树干生物量占总生物量比例均最大;9个树种根冠比在0.12~0.88之间,侧柏最大,樟子松最小。2)在树干生物量模型中,以D和H为共同变量建立的方程拟合效果较好,其中以D^(2)×H作为自变量的3种林型(DBF、TCF和CCF)模型的决定系数R2分别为0.82、0.97和0.96;以D+H作为自变量模型的决定系数R2分别为0.84、0.97和0.98;树冠和树根生物量模型与树干模型的拟合结果相似,以D和H作为自变量建立的模型同样可以很好地预测树冠和树干的生物量,3种林型生物量回归方程的R^(2)值树冠分别为0.67、0.75和0.88,树根为0.61(DBF)和0.70(CF)。3)本研究建立的模型预测的生物量预测偏差显著低于中国森林模型的预测结果。总之,以D和H作为自变量建立的异速生长方程更能准确估算研究区不同森林类型的生物量。

不同滴灌带布设方式对苹果×大豆间作系统养分分布及利用特征的影响

为探究不同滴灌带布设方式对果农间作系统养分的分布及利用特征的影响,以晋西黄土区典型的苹果/大豆间作系统为研究对象,设置裂区试验,分析不同滴灌带布设措施下,苹果/大豆间作系统的土壤养分的空间分布、大豆产量及养分吸收利用效率。设置3种滴灌带间距(L1:每行大豆根部布设滴灌带;L2:每间隔1行大豆布设1条滴灌带;L3:每间隔3行大豆布设2条滴灌带)和2种覆膜方式(M1:覆白膜;M0:不覆膜)。结果表明:覆膜和滴灌带间距对土壤养分分布影响显著(P<0.05),在水平方向上距树不同距离的土壤养分含量出现“V”和“N”型变化规律,通过改变滴灌带间距调节水肥的再分布可以促进生态位的分离而缓解竞争,同时提高养分的吸收利用效率有效的增加产量,其中养分含量及吸收利用效率最高的是覆膜+每间隔一行大豆布设一条滴灌带的处理,其产量为1747.6 kg/hm^(2),该模式更适合为缓解苹果/大豆间作群体的种间水肥竞争提供参考。

土壤温度和水分对油松林土壤呼吸的影响

用LI-COR6400-09土壤呼吸测定系统,在太原天龙山自然保护区对油松林的土壤呼吸进行了4a测定。结果表明,土壤呼吸具有明显的季节变化特点,最大值出现在8月份,在6～10μmolm-2s-1之间,最小值出现在12月份和3月份,在0.5μmolm-2s-1左右。2005、2006、2007和2008年土壤呼吸CO2的年平均值分别为(4.71±3.74)、(3.08±2.91)、(2.96±2.58)μmolm-2s-1和(2.12±1.54)μmolm-2s-1;4a的CO2总平均值为(3.27±2.95)μmolm-2s-1。4个测定年土壤呼吸的平均值总体差异显著。4个测定年土壤CO2释放C量分别为1103.5、882.8、918.4gm-2和666.3gm-2,总C平均值为892.8gm-2,具有明显的年际差异。指数方程可以很好的表达土壤呼吸与10cm深度土壤温度的关系,R2值4a分别为0.39,0.60,0.68和0.71,Q10值分别为3.10,4.41、4.05和5.18,用4a全部数据计算的Q10值为4.31。土壤水分对土壤呼吸的作用较弱,R2值4a分别仅为0.31、0.25、0.13和0.02,但是夏季土壤干旱对土壤呼吸的抑制作用非常明显,可使土壤呼吸下降50%以上。夏季土壤干旱是导致土壤呼吸年际变化的主要原因。4个包括土壤温度和水分的双变量模型均可以很好地模拟土壤呼吸的季节变化,拟合方程的R2值从0.58到0.79。

山西高原植被与气候的关系分析及植被数量区划的研究

本义利用去势典范对应分析和数量区划的方法，研究了山西高原植被与气候之间的关系，并进行了数量区划。排序的结果表明：ＤＣＣＡ的第一轴代表山西高原植被和气候梯度的纬向性，热量梯度是决定植被分布最主要的气候因子，水分梯度中的年降水量也对第一轴有较大的影响，由于山西高原南北跨度大，植被与气候因子表现出明显的纬向性；ＤＣＣＡ第二轴代表山西高原植被和气候梯度的经向性，与ＤＣＣＡ第二轴相关性较大的是水分因子中的年降水量、年蒸发量，由于山西高原东西跨度不大，而且大部分地区处在吕梁山脉和太行山脉之间，东西向的气候变化幅度不大，所以植被与气候梯度的经向性不明显。植被数量区划的结果表明：山西高原可划分为１７个植被区，用图示的方法确定山西高原大致有三个极点和一个中心。

山西高原六棱山北麓断裂晚第四纪运动学特征初步研究

六棱山北麓断裂是山西地堑系北端张性构造区中的一条控制性断裂，总体走向北东东、倾向北北西，是一条至今仍在活动的倾滑正断裂，控制阳原盆地的形成和发展。在１９９３年和１９９４年的中日合作研究中，我们对断裂分段特征进行了研究，并用Ａｕｔｏ－ｌｅｖｅｌ仪器对这一条断裂晚第四纪不同时期的断错地貌面的位错量进行了测量，对这些地貌面的年龄进行了测定，得到该断裂带晚更新世晚期至全新世时期的平均垂直滑动速率为０．４３～０．７５ｍｍ／ａ。

山西高原植被与土壤分布格局关系的研究

利用ＣＣＡ、ＤＣＣＡ等多元分析方法，在景观尺度上对山西高原植被与土壤分布格局之间的关系进行了分析，所得结论表明：纬向上主要是栗褐土、褐土、风沙土和栗钙土与植被的变化格局相关性较强，由于山西高原南北跨度大，土壤和植被格局纬向变化趋势的一致性十分明显；黄绵土、栗钙土、山地草甸土与植被的经向分布格局密切相关，由于山西高原东西向跨度较小，且大部分地区处于吕梁山与太行山之间，植被和土壤的经向格局梯度不明显；随海拔高度的增加，棕壤、山地草甸土、亚高山草甸土与山西高原植被的垂直分布格局相平行，由于山西高原相对高差较大，这种趋势也非常明显。综合分析还表明了气候、土壤与植被格局的一致性。

山西高原草地景观的数量分类与排序

草地植被空间格局研究是草地景观研究中一项重要的基础工作。空间格局研究不仅限于描述景观的空间特征,而是要深入分析空间格局的分布规律及影响格局形成的原因及机制。以1∶50万《山西省草地类型图》、《山西省行政区域图》及《山西省地形图》为主要信息源,借助GIS技术,应用TWINSPAN和DCA对山西高原草地景观的1127个样方进行研究。结果表明:(1)在TWINSPAN分类结果中,31个群丛组从左到右的排列顺序很好地揭示了山西高原草地景观的纬向地带性分布规律。即从40°43'N向34°34'N依次分布着北部草原、中部灌草丛和草丛及南部的暖温带草丛。(2)1127个样方DCA排序图纵轴揭示了明显的海拔梯度,即由上至下海拔逐渐降低,相应地草地景观变化为亚高山草甸、灌草丛、草原及河漫滩草甸;DCA排序图的横轴揭示了明显的水分梯度,即从左到右水分逐渐增加。两大优势群丛组样方及44个优势群丛组物种DCA的排序图都很好地刻画了山西高原水热组合的变化,即从西北向东南由于地形地貌引起的水热组合由冷干向暖湿逐渐变化,水热组合的梯度变化进一步影响了草地景观整体的空间分布格局。(3)GIS技术与数量生态学方法相结合有助于丰富景观生态学研究的技术体系。

山西高原降水量空间插值分析

利用山西高原及其周边27个国家气象台站1981—2005年的降水资料,采用反距离权重法、全局多项式法、局部多项式法、径向基函数法、样条函数法、趋势面法、普通克里金法与经验贝叶斯克里金法共8种插值方法进行了空间插值,使用留一法交叉检验了不同方法的插值精度,并分析了山西高原年均降水量的空间分布特征。结果表明:1径向基函数法具有最佳的插值精度,其平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差分别为25.1 mm、5.7%、31.4 mm;2各种插值方法按精度高低的排序依次为径向基函数法、样条函数法、趋势面法、普通克里金法、局部多项式法、全局多项式法、经验贝叶斯克里金法、反距离权重法;3山西高原降水量空间分布具有明显的地域性规律,一方面表现为由东南向西北递减,另一方面表现为东部太行山和西部吕梁山的降水量大于中部汾河谷地的。

山西高原油松种群遗传多样性

用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)技术,分析了山西高原9个油松种群在醇溶蛋白水平上的遗传多样性。135份材料共分离出23条带,其中3条为共有带,多态性高达86.95%。全部材料共出现53种带型,9个不同油松种群的带型有差异,同一种群不同个体的带型也有所不同,说明山西高原的油松在遗传上已产生一定程度分化,在醇溶蛋白水平上呈现出遗传多态性。从供试材料的带型计算出油松遗传分化系数为0.154 7,即在种群间的变异占总变异的15.47%,种群内变异为84.53%,大部分的遗传变异存在于种群内,但种群间的分化程度在松属树种中也属于较高水平。根据23个多态位点计算遗传相似系数和遗传距离,进行聚类分析,将山西高原9个油松种群聚为3个类群。

山西高原植被景观空间特征分析

以《山西省植被类型图》(1︰500 000)和《山西省地形图》(1︰500 000)为数据源,借助MAPGIS系统,对图件进行矢量化,建立研究区植被缀块数据库。选取2类9种景观指数,对山西高原植被景观格局进行分析。研究结果表明:1)农田植被占植被景观总面积的55.05%。在118个群系中以玉米(Zea mays)为主的农作物群系所占面积最大,为44.00%;以棉(Gossypium hirsu-tum)、麦(Triticum aestivum)为主的农作物群系次之,占8.44%,再次为白羊草(Bothriochloaischaemum)群系,为5.17%;2)在山西境内植被分布具有明显纬向地带性,以恒山为界,北部为温带草原带,南部为暖温带落叶阔叶林带;3)景观优势度指数很清晰地揭示了山西高原植被类型的地域特色,灌丛植被是山西高原植被景观的优势成分,其次是温性针叶林,再次是灌草丛。

1949—2000年山西高原低温冷害特征及小波分析

低温冷害在山西高原四季均可发生,给工农业生产、交通运输和人们的生活带来很大影响,甚至造成严重损失。为了科学有效地预防和减轻此类灾害,需要深入研究其特征和规律,通过对山西1949—2000年资料的搜集、整理和数学分析,对该地区低温冷害的等级、阶段、周期及成因进行了研究。结果表明,52年来山西共发生低温冷害374次,轻度占16.8%;中度占61.0%;重度占22.2%。灾害变化可分为4个阶段,1949—1956年为第一阶段,1957—1975年为第二阶段,1976—1995年为第三阶段,1996—2000年为第四阶段。第一、三阶段距平值主要为正值,灾害频次较高,以中、重度灾害为主。第二、四阶段距平值主要为负值,灾害发生频次低,以轻、中度灾害为主。小波分析表明,灾害存在为2～3年、5～8年和15～20年的周期。降霜、降雪或寒流引起的气温骤降至0℃以下是造成山西低温冷害的主要原因,气温变化幅度为-25.6℃～-0.8℃。

山西高原气温空间插值分析

基于山西高原及其周边区域共27个国家标准气象站1981—2005年的日气温资料,结合数字高程模型,利用反距离加权、全局多项式、局部多项式、径向基函数、样条函数、趋势面、普通克里金与协同克里金共8种空间内插方法对山西高原年均气温进行插值,然后用留一交叉验证法对各种插值方法进行精度对比,最后分析了山西高原多年平均气温的空间分布特征.结果表明:1)以高程为协同因子的协同克里金法精度最高,是适合山西高原气温插值的最优方法;2)基于地统计学的协同克里金和普通克里金比常规的插值方法精度要高;3)常规的插值方法按精度由高到低排序为径向基函数、局部多项式、反距离加权、全局多项式、趋势面、样条函数;4)山西高原气温在空间分布上具有明显的地域性特征,表现为从低纬度向高纬度递减的规律.

晋西北地区土地荒漠化现状分析

晋西北地区是我国黄土高原及北方农牧交错带的重要组成部分。本文在进行土地荒漠化类型划分的基础上，对晋西北地区风水动力土地荒漠化现状及其分布规律进行了分析，进而结合两类不同性质荒漠化土地组合特征，对全区荒漠化现状进行了综合评述。土地荒漠化是困扰本区社会经济发展的核心问题。

黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析

该研究以黄土区坡地的坡长与坡度对于土壤侵蚀的影响为研究内容 ,旨在为因害设防 ,更好的治理水土流失 ,对黄土高原坡地综合治理提出理论依据和切实可行的实践指导 .根据在山西省吉县黄土残塬沟壑区长期定位水土流失观测与调查资料 ,并结合以往关于黄土区的研究成果分析了坡长和坡度与侵蚀的关系 ,研究表明 :随坡长和坡度的增大 ,径流增大 ,侵蚀量越大 ,侵蚀模数增大 ;年侵蚀模数与坡长呈正相关关系 ;随着坡长增大 ,细沟侵蚀和浅沟侵蚀明显增强 ;坡耕地坡长最好小于 15m .