中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究

大尺度的叶片的氮（N）和磷（P）的化学计量学特征是植物对环境条件的长期适应的结果，并能为大尺度模型的发展提供数据基础．通过对文献数据的搜集整理，对中国东部南北样带168个采样点的654种植物的N和P的化学计量学特征、空间格局及其与气候因子（年均温度）的关系进行了研究．结果表明，中国东部南北样带654种植物叶片的N和P的化学计量学特征存在很大的变异性．叶片N的变化范围为2．17～52．61mg·g^-1，几何平均数为17．55mg·g^-1，叶片P的变化范围为0．10～10．27mg·g^-1，几何平均数为1．28mg·g^-1，叶片N／P的变化范围为1．7～74．6，几何平均数为13．5．中国东部南北样带乃至中国区域叶片P的含量显著低于全球尺度的其它研究结果，这说明与全球尺度相比，中国区域植被生长更易受到P的限制．在所研究的不同功能群间，以叶片N含量的差异最大，P次之，N／P的差异最小，这与在多数的功能群内，其叶片N和P含量间存在显著相关性有关．另外在系统发育上亲缘越远的功能群N和P含量差异越大（蕨类植物与种子植物），亲缘越近的差异越小（双子叶植物与单子叶植物）．叶片的N和P含量与纬度和年均温度间存在极显著的相关关系，随着纬度升高和年均温度的降低，叶片N和P含量极显著地增加（P〈0．001）．可是N／P与纬度和年均温度的相关性较弱（P=0．386和P=0．342），这可能是由于N和P含量随纬度和年均温度的变化趋势相同且变异性较大，并且相对于全球尺度而言本研究的区域范围相对较小等多种因素共同导致的．

中国区域植被叶面积指数时空分布——机理模型模拟与遥感反演比较

叶面积指数是表征植被冠层特征的重要参数,同时也是决定生态系统净初级生产力的重要因子,它对全球变化和生态系统碳循环研究具有重要意义。目前大范围的叶面积指数只能通过遥感反演和机理模型模拟获得,而通过这两种方法获取的叶面积指数都存在一定的不确定性。利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)在0.1°×0.1°经纬度网格上模拟产生了中国区域叶面积指数并与两套使用不同遥感反演方法生成的叶面积指数在空间分布和季节变化特征方面进行了比较。通过比较说明中国区域植被叶面积指数分布主要受水分条件限制,整体呈现东南部高西北部低的趋势。中国区域植被生长的季节变化受季风影响显著,与气温及地表太阳辐射的季节变化趋势相一致。中国区域叶面积指数整体呈现夏季高、春秋季次之而冬季低的趋势。

泛中亚干旱区植物比叶面积观测数据集

泛中亚干旱区的气候复杂多变,植被具有较高的生态敏感性。比叶面积(Specific leaf area,SLA)是反映植物获取资源和适应环境能力的关键叶功能性状,已被广泛应用于植被响应环境变化研究。本数据集收集了2000–2023年泛中亚干旱区公开发表的植物比叶面积的文献资料,构建了泛中亚干旱区植物比叶面积观测数据集。本数据集包含362个物种共835条比叶面积的观测记录,涵盖落叶阔叶乔木、落叶针叶乔木、常绿阔叶乔木、常绿针叶乔木、落叶阔叶灌木、常绿阔叶灌木和草本植物7种植物功能类型。此外,还包含了采样点经纬度、海拔、地理区域等辅助信息。建立和共享本数据集有助于深入研究干旱区植物对气候变化的响应与适应,理解植物在资源限制性环境中的生存策略,并为生态系统模型优化提供可靠的数据支持。

用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较

从湿周-流量曲线临界点的两种不同确定准则入手,分析湿周法推求河道内最小生态需水量(minimumecologicalinstreamflowrequirements,简称MEIFR)的不确定性。假设河道呈三角形断面和均匀流,得到湿周法的解析解表达式。表达式显示斜率法(曲线上斜率为1)和曲率法(曲线上曲率最大)二者所得的MEIFR结果迥异。当斜率法取斜率为0.39时,其相应的流量与曲率法结果一致。MEIFR对斜率临界值非常敏感,斜率法中的斜率临界值难以确定,相比而言,曲率法更可靠。这用近似具有三角形断面的南水北调西线一期工程调水区流域的实际数据得到证实。根据我们在该区实地观测和收集的6条河35个河道断面的水深和水宽资料,用解析解估算出各断面的MEIFR。曲率法所估算的MEIFR结果为多年平均流量的2.5%￣23.7%,大部分数据落在Tennant法的10%￣30%的范围。斜率法为11%￣105.7%,普遍偏大,超过这个范围。虽然采用较小的斜率临界点可使斜率法的估算结果变小,然而到底斜率临界点应取何值存在较大的不确定性。这进一步说明,在无法获得一个确定的斜率临界值的情况下,湿周法估算MEIFR宜采用曲率法确定临界点。本文的结果基于理想情况,更普遍的结论有待于对更多种河道断面的探讨。

黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应

以黑河中游荒漠绿洲过渡带主要建群种多枝柽柳成年体为研究对象,对野外不同地下水埋深处柽柳叶片生理生态特性进行观测和分析,评价分析多枝柽柳对地下水埋深差异和地下水位季节变化的响应过程和适应机制。结果显示:在相似大气环境条件下,不同地下水埋深之间,多枝柽柳叶片的生理生态指标没有明显差异,但对于地下水位的季节波动,则表现出较为明显的变化和响应;柽柳通过气孔的调节,在更深地下水埋深下,水分条件更差时,保持了稳定的气孔导度和较高的叶片胞间二氧化碳浓度,从而维持相对稳定的碳同化能力及较高水分利用效率,表现出较好的适应能力;在不同地下水埋深下,叶片生理生态指标随地下水位下降的响应特征呈现出明显差异,这种差异暗示了黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳的适宜地下水位在3 m左右。

太行山区主要森林生态系统水源涵养能力

森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据,分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力,采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价,旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明:1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关,且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上,表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层,是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器;2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型,其林冠结构更加适应该地区气象条件,林冠层降水再分配能力也优于其他林型;3)混交林郁闭度低,有利于林下灌、草丛的生长,其枯落物现存量比纯林和人工林更高,虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源;4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林,侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见,合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度及增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力,可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。

典型森林和草地生态系统呼吸各组分间的相互关系

生态系统呼吸是陆地生态系统碳收支的重要组成部分,分析其组分间的相互关系对理解生态系统呼吸过程和精确评价生态系统碳收支具有重要意义,也是当前碳循环研究工作的一大难点。利用ChinaFLUX的长白山温带针阔混交林(CBS),鼎湖山亚热带常绿阔叶林(DHS)和海北灌丛草甸(HBGC)3个典型生态系统的通量观测数据,分析了经验统计方法在中国典型生态系统中的适用性及敏感性,揭示了生态系统呼吸各组分的动态变化特征及相互关系。结果表明:采用呼吸组分拆分方法所获结果与理论推测及实测数据大致相同,拆分结果对净初级生产力与总初级生产力比值(NPP/GPP)的变化较为敏感,NPP/GPP变化0.1时,自养呼吸在生态系统呼吸中的比例(Ra/RE)改变0.05。各生态系统中,生态系统呼吸及其组分在年内均表现出明显的单峰型变化特征,在夏季生长旺盛的时节达到最大值。异养呼吸与生态系统呼吸的比值(Rh/RE)也具有明显的季节变化,但在生态系统间表现出明显差异,CBS和HBGC分别表现出先增大后减小和先减小后增大的变化趋势,DHS则相对稳定,在0.5附近波动,Ra/RE的季节动态与Rh/RE相反。在年总量上,HBGC主要通过异养呼吸向大气排放CO2,异养呼吸占生态系统呼吸的60%,而CBS和DHS的自养呼吸和异养呼吸所占比重大致相似,异养呼吸占生态系统呼吸的49%。这说明,经验统计学模型可以用来进行生态系统呼吸组分的拆分,进而可以为生态系统碳循环过程的精细研究提供参考数据,但今后应加强NPP/GPP的测定,以提高生态系统呼吸拆分的精度。

基于VIP模型对内蒙古草原蒸散季节和年际变化的模拟

利用内蒙古羊草草原(Leymus chinensis)生态系统通量观测站的气象数据、野外实测和MODIS叶面积指数(Leaf area index,LAI),应用基于生态系统过程的VIP(Vegetation interface process)模型,以半小时为步长,模拟分析了羊草草原生态系统2003～2005年(分别为平水年、平水年和干旱年)蒸散及其分量的变化过程。通过与通量数据对比,VIP模型能够很好地模拟羊草草原生态系统的蒸散过程(R2=0.80),在峰值大小和变化趋势上,模拟值与实测值有较好的一致性。模拟结果显示:3年蒸散量分别为337、338和223mm;在降水相对充沛的2003和2004年,蒸腾量为192和171mm,而降水相对较少的2005年,蒸腾量仅为96mm;年平均蒸腾和蒸发对蒸散的贡献基本持平;生长季蒸散占全年的83%,6月开始,蒸腾大于蒸发,蒸散和蒸腾的月总值均在7、8月达到最大值,两月蒸散占全年的43%。LAI是影响蒸散的主要因素,其次是降水,而净辐射对蒸散的影响较小。在生长季,蒸发的季节变化平缓,蒸散的差异主要体现在蒸腾的差异。

基于水量平衡的流域生态耗水量计算——以海河为例

论文提出一个基于水量平衡的流域生态耗水量的计算方法。以海河流域为例,利用流域多年年降雨、入海水量、引黄水量、地下水超采水量、工业用水量、农业用水量、生活用水量、工业废污水排放量和生活污水排放量等资料,得出1956～1998年流域生态耗水量的多年变化。计算结果显示,虽然流域在1956～1998年的43年间环境发生明显变化,然而流域生态耗水总量没有呈明显的上升或下降趋势。最后通过对比研究,给出了论文提出的算法与基于当地水资源的算法结果的物理解释。

气候变化对无定河流域生态水文过程的影响

建立分布式生态水文过程模式,模拟分析了黄土高原无定河流域近40a来及未来气候变化情景下水循环和植被生产力的演变特征。结果显示,无定河流域近40a来温度上升,而降水量没有明显的下降趋势,但年际波动幅度变小。与之相应,地表蒸散量也没有明显的变化趋势。然而,因大气CO2浓度的上升,植被净生产力明显增加,速率约为0.6gCm-2a-1,水分利用效率随之提高。该流域生态系统对HadCM3气候变化情景的响应显著,蒸散、地表径流和植被净第一性生产力(NPP)均增加,植被水分利用效率明显提高。

无资料流域水文预报(PUB计划)研究进展

无资料流域水文预报,简称为PUB(PredictionsinUngaugedBasins),从 2003年 7月开始成为国际水文科学学会新的国际水文十年计划主题.文中首先简述了PUB计划的主要研究内容,然后回顾了国际和国内已有的PUB研究进展,最后展望了对水文学发展有重要意义的几个PUB前沿研究,包括不确定性研究、对水循环各个环节因素的预报和对无资料流域水文过程的预报.

基于秸秆还田条件下的黄灌区稻旱轮作土壤硝态氮淋失特征研究

宁夏引黄灌区农田面源污染较为严重,区内大部分排水沟水质为劣Ⅴ类,其主要污染物硝态氮与铵态氮。设置常规施肥(CK)、常规施肥条件下施用4500kg/hm^2(T1,半量还田)和9000 kg/hm^2(T2,全量还田)秸秆3个处理。利用树脂芯法吸附10、20、30、60、90cm土层的硝态氮流失量。2009—2013年的试验结果表明:秸秆还田能够减少土壤30cm土层的硝态氮淋失。与对照硝态氮淋失量(15.76 kg/hm^2)相比,T1(13.76 kg/hm^2)与T2(13.74 kg/hm^2)均达到显著差异(P<0.05),淋失量分别减少12.71%和12.84%,T1与T2没有达到显著差异。秸秆还田对土壤硝态氮淋失的影响效应主要体现在30cm土层处,10、20、60与90cm土层处的处理与对照都没有达到显著差异。秸秆还田提高了30cm土层的土壤有机质与土壤总氮,与对照(13.78 g/kg)相比,T1与T2土壤有机质分别提高0.89 g/kg和1.24 g/kg;试验结束后,对照、T1和T2的总氮是达到0.64、0.66和0.69 g/kg,与对照相比,处理分别提高了2.76%和6.83%。秸秆还田有助于作物增产,T1与T2的水稻平均增产9.24%和10.37%,小麦增产10.11%和11.51%。

基于生物习性和流量变化的南水北调西线调水河道的生态需水估算

提出一种基于生态保护对象的生活习性和流量变化的河道生态需水(EIFR)估算方法,简记为习变法(LiHaflo-Va)。方法通过建立流量变化与生物习性的定量联系,确定主要生态保护对象生活习性关键月份,既具有水文学方法的简便优势,又能尽可能多地考虑生物学特性,能较好地解决资料缺乏地区的生态需水估算问题。EFIR的计算包括两部分,对关键月,EIFR为该月中值流量与该月的流量变异系数的乘积。对其它月份,EIFR为90%超过概率流量与全年各月流量变异系数最小值之乘积。应用该法计算了南水北调西线一期工程包括达曲、泥曲、色曲、杜柯河、玛柯河和阿柯河等6条调水河流的生态需水。结果表明,河道内多年平均状态每年需保持的水量占多年平均年径流量的比例在达曲至少为24.7%,泥曲为46.4%,色曲为21.7%,杜柯河为21.6%,玛柯河为15.0%,阿柯河为15.7%。该比例系数基于研究区生态保护对象的生活习性,是流域的客观反映,可以作为制定工程最大可调水量的依据。计算表明,在工农业生产及居民生活用水大约占多年平均年径流量的6%的条件下,6条河多年平均意义上每年最大可调水总量为41.87×108m3,占6条河多年平均总径流量(60.5×108m3)的69.2%。

中国东部南北样带典型针叶林土壤酶活性分布格局

选取中国东部南北样带不同气候区(寒温带、温带和亚热带)的针叶林作为研究对象,分析了多酚氧化酶、过氧化物酶、几丁质酶以及β-葡萄糖苷酶活性的变化。结果表明,土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量从北到南依次减小,寒温带显著高于亚热带;土壤p H值在3个气候区差异显著,温带最高,亚热带最低。分解木质素的多酚氧化酶和过氧化物酶活性不存在显著性差异;而与氮循环密切相关的几丁质酶活性表现为温带显著高于寒温带和亚热带;与碳循环密切的β-葡萄糖苷酶活性在温带最高,并显著高于亚热带地区。逐步回归分析表明,土壤MBN与p H值影响土壤几丁质酶活性,而土壤β-葡萄糖苷酶活性主要受p H的控制。研究认为,在中国东部南北样带针叶林中,土壤几丁质酶和β-葡萄糖苷酶活性存在显著性差异,而p H与MBN可能是影响土壤酶活性的主要因素。

燕山北部山地典型植物群落水源涵养能力研究

对燕山北部山地常见的几种植物群落类型的水源涵养能力进行了比较研究。结果表明,凋落物截留量在地上植被层总截留量中占有最大比例,地上植被的截留量由高到低的顺序为:人工落叶松林(4.39mm)>天然次生杨桦林(3.81mm)>榛子灌丛(1.70mm)>绣线菊灌丛(0.18mm);土壤最大持水量及总孔隙度都以榛子灌丛为最大,其次分别为天然次生杨桦林、人工落叶松林和绣线菊灌丛。土壤渗透速率以天然次生杨桦林为最大,榛子灌丛与人工落叶松林相近,绣线菊灌丛最低;群落水源涵养总量由高到低的顺序为:榛子灌丛(272.52mm)>天然次生白桦林(239.61mm)>人工落叶松林(221.53mm)>绣线菊灌丛(194.85mm)。地上植被层截留量在水源涵养总量中所占比例较小,但截留量不能完全说明其对水源涵养功能的影响。说明在燕山北部山地,天然次生杨桦林和榛子灌丛具有良好的水源涵养能力,绣线菊灌丛水源涵养能力较差,需采取合理措施对该地区大面积分布的绣线菊灌丛进行改造,以提高其水源涵养能力。

猪粪还田对土壤硝态氮淋失的影响研究--以黄灌区稻旱轮作制为例

宁夏引黄灌区是水污染严重地区之一,大部分排水沟水质属于劣五类,主要污染物是硝态氮与铵态氮.猪粪还田试验共有3个处理:传统施肥+空白(CK)、传统施肥+猪粪还田4500kg/hm^2(T1)和传统施肥+猪粪还田9000kg/hm^2(T2).采用树脂芯法测定了30,60,90cm土层的硝态氮淋失量.结果表明,30cm土层处,猪粪还田没有明显增加土壤硝态氮淋失.与对照(15.96±0.41)kg/hm^2相比,T1(16.85±0.40)kg/hm^2与T2(17.01±0.46)kg/hm^2没有达到显著差异(P>0.05);60cm土层处理与对照也没有达到显著差异;90cm土层处的猪粪处理与对照达到显著差异,处理之间没有差异.猪粪还田有利于土壤有机质和总氮提高,30cm土层,与对照相比,T1和T2的有机质增加0.95g/kg和1.41g/kg,分别提高7.50%和11.13%;总氮增加0.06和0.16g/kg,分别提高7.72%和22.04%.猪粪还田提高了作物产量,水稻增产12.26%~11.56%,冬小麦产量提高9.32%~12.52%.

气孔导度对CO_2浓度变化的模拟及其生理机制

基于气孔运动的生理生化机制重点进行了气孔导度(gs)对CO2浓度变化的响应机制分析,并推导得到气孔导度(gs)对CO2浓度变化响应模型,并以9种植物进行了模型验证。结果表明:随着CO2浓度的升高,气孔导度会逐渐降低,且下降的幅度会随着CO2浓度的升高而逐渐减弱。气孔导度对CO2浓度(Cs)变化的响应模型可以表达为gs=gmax/(1+Cs/Cs0),其中式中gmax是最大气孔导度和Cs0是实验常数。该模型较好地模拟了气孔导度随CO2浓度变化的规律,模型参数具有明确的生理意义,与Jarvis模型和Ball-Berry模型相比,该模型如何实现多种环境因子的耦合有待进一步突破。另外,模型是在短期改变叶片CO2浓度的条件下得出的,在CO2浓度长期胁迫下的适用性也有待进一步确认。

山地垂直带谱研究评述

山地垂直带谱研究是地学地域分异规律研究的重要内容之一,垂直带谱受土壤、气候和生物条件的影响,呈现不同的分布特征。在气候变化的影响下,垂直带谱也发生着剧烈的变化,并对气候变化起指示作用。本文通过梳理山地垂直带谱研究的主要历程,就山地垂直带谱的成因和格局以及研究方法的革新进行了探讨,并对我国的山地垂直带谱研究以及落基山脉和阿尔卑斯山脉等其他地域的研究状况进行综合论述。分析认为利用现有的观测数据,如气象、生物、土壤和地形等方面资料,研究山地垂直带谱的演替过程以及格局变化,关注未来气候变化情景下垂直带谱对于生态安全和环境保护显得尤为重要。同时,多学科的介入和交叉知识的融合对山地垂直带谱研究有着重要的意义,如研究带谱的形成,需要对地质构造、气象成因、植物生理、土壤生态等各方面的知识,在大尺度的研究中,遥感技术以及计算机信息工程要纳入其中。目前山地垂直带谱的理论基础也无法满足科学研究的需求,理论化研究需要进一步推进。综述期望为我国山地科学研究、综合地域分异、地理区划和环境变化研究提供一定的参考。

青藏高原NDVI时空变化特征研究(1982—2008)

利用1982—2000年AVHRR-Path Finder植被指数数据、2001—2008年SPOT-Vegetation植被指数数据,验证了两个遥感产品具有较好的延续性,可以用于时间序列植被特征分析。利用合成的归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集,分析得出了从1982年至2008年青藏高原地区植被NDVI的时空变化特性。结果表明:(1)时间序列上,该地区NDVI的最大值和平均值均未超过0.4,表明整个青藏高原地区的植被覆盖度低;NDVI整体呈现缓慢上升趋势;四季的变化表现秋季NDVI值缓慢上升,其他季节变化趋势不明显。(2)该地区NDVI空间格局分析发现NDVI变化率最高达到0.024/27 a,最低在-0.025/27 a;整体趋势呈现由东南地区向西北地区递减;季节的空间格局分析发现大部分区域在春、夏和秋季上升,而冬季下降,春夏秋3个季节NDVI的变化区域比冬季更广泛,冬季的植被覆盖变化除西藏东南的少部分地区以及云南西北部的少部分地区有明显变化外,整个青藏高原地区的其他大部分地区变化基本不明显。

老芒麦地下根系数量特征与分蘖特性的相关性研究

以田间表现优异的3份老芒麦(E.sibiricus)品种为研究对象,通过研究老芒麦地上分蘖数与不同土壤分层中的根系重、根系长及根系密度之间的关系,探讨地下根系特征与分蘖特性的相关性,以期获得老芒麦地上生物量的最大化.研究结果表明:0-10cm土层内的根系分布及根长对老芒麦地上分蘖影响最大;X16老芒麦品种0-10cm土层内的地下生物量最高,根系分布、密度、根长与其它2个品种差异性显著,地上分蘖株也最多,达到525株/m,显著高于其它2个品种.