干旱区山地典型流域不同景观结构的水文调节能力分析

在GIS支持下,对祁连山中段典型流域不同景观结构的水文效应进行比较分析.结果表明:以低海拔乔木林占优势的大野口河流域可对其年降水量的36.45%进行调节,雨季径流深是旱季径流深的8.43倍;以较高海拔灌丛占优势的海潮坝河流域可对其年降水量的24.96%进行调节,雨季径流深是旱季径流深的11.8倍.大野口河流域对降水的调控能力强于海潮坝河流域.在降水量不变的情况下,流域森林面积每增加1 km2,流域对降水的综合调节能力将提高0.35 t.100 m-2(即3.5mm).

疏勒河上游高寒草甸生态系统CO_2通量观测研究

采用涡动相关技术对2009,2010和2011年疏勒河上游高寒草甸生态系统CO2通量观测和分析表明,疏勒河上游高寒草甸生态系统CO2通量具有明显的日变化和年变化特征,6月、7月和8月为CO2的强吸收期,4月、5月和10月为CO2的强释放期。计算得到3年的CO2净吸收量分别为134.5,151.3和194.4g CO2/m2,平均吸收量为160.0g CO2/m2,在区域起着碳汇的作用。生长季节,净生态系统交换量(net ecosystem CO2exchange,NEE)与温度、降水量、相对湿度以及地表长波辐射呈负相关,气温在0～7℃范围内NEE随气温增加线性减小,当温度大于7℃时,NEE随温度的增加而增大;非生长季节,NEE与温度、降水量、相对湿度以及地表长波辐射呈正相关。当地表反射率在0.2左右,NEE呈现快速增长趋势,当反射率超过0.3时,NEE接近最大值,并保持稳定。

疏勒河上游高寒草甸蒸散对比研究

利用疏勒河上游草地综合观测点2011年草甸主要生长季节的观测资料,应用小型蒸渗仪法(ML)、涡动相关法(EC)、波文比能量平衡法(BREB)对高寒草甸的蒸散量进行估算和比较分析。结果发现:在观测期间涡度相关法与能量平衡法所测定结果存在能量不闭合现象,能量平衡闭合度0.84;波文比法估算的蒸散量为270.6 mm,比蒸渗仪法测定结果(238.9 mm)高13%,比涡度相关法结果(236.1 mm)高出15%。3种方法估算结果均有较好相关性。涡度相关法可能低估蒸散量,波文比能量平衡法对蒸散量有所高估。考虑到蒸散估算精度和连续性观测等方面,涡度相关法更具优势。

干旱区农田、草地和荒漠下垫面辐射收支平衡的对比分析

主要利用架设在黑河流域中游绿洲和荒漠区的3套自动气象观测系统在2003年9月1日—2004年8月31日的同期观测资料,对比分析了干旱区农田、草地和荒漠生态系统的辐射收支及其变化特征。结果表明:荒漠和草地太阳辐射相差不大,分别为6238.7 MJ.m-2和6135.8 MJ.m-2,农田生态系统为5889.0 MJ.m-2,比荒漠地区小4%。随着植物覆盖度的增大,草地和农田的地面反射逐渐减弱,荒漠地区反射辐射和地表反射率明显高于绿洲地区。大气逆辐射在3个地区相差不大,平均约为280 W.m-2。地表放射辐射和地表有效辐射在不同季节表现出较大的差异性。总体上讲,农田和草地地表有效辐射要低于荒漠,特别是在作物或牧草的主要生长季节。荒漠、草地和农田年总净辐射量分别为1705.8,2150.7和2458.2 MJ.m-2,农田和草地分别高出荒漠44%和26%,农田和荒漠净辐射差值主要由地表有效辐射差异引起。

基于文献计量的生态化学计量学文献分析

生态化学计量学已经成为国内外生态学研究的热点问题.作为一门新兴学科,科技文献能够反映科学研究的发展动态和热点变化.以Web of Science数据库为数据源,利用专业数据分析工具TDA(Thomson Data Analyzer)和Ucinet工具,对所有年份生态化学计量学研究相关的论文进行计量挖掘分析.结果表明:2000年以来发文量呈现直线上升趋势,且发文量较多的期刊多集中在一区、二区期刊;研究涉及多个学科领域,主要集中在环境科学与生态学、海洋与淡水生物两个学科方向.美国、德国、中国、加拿大等国家在生态化学计量学开展的研究最多,美国的亚利桑那州立大学、中国的中科院是开展研究最多的机构.国际该领域的研究热点集中在不同营养级、植物不同部位(如叶片)之间的碳、氮、磷的计量关系以及植物个体生长发育、种群增长、群落生态和生态过程的联系,尤其是对森林、草地和湿地生态系统的植物、土壤的元素计量特征.

嘉峪关水文站堰闸推流探讨

针对讨赖河嘉峪关水文站堰闸推流方法做了详细的分析论证。根据实测资料,绘制出堰闸前水头h_u—流量系数C_1、溢洪坝上游水头h_u—流量系数C_1及闸门开启高度与闸前水头之比e/h_u—孔流流量系数M等关系曲线图,找出堰闸出流规律,确定出流流量计算公式,推求自由式堰流和孔流流量系数及溢洪坝流量系数,并率定得出经验公式。在Excel电子表格中编制出孔流流量计算模块,完成推流计算,解决了复杂的测验和整编过程。

祁连山浅山区不同植被类型土壤水分时间异质性

资源供给的时间异质性与环境异质性对植被群落动态甚至景观格局的形成有着同等重要的意义。干旱区山地生态系统植被通常具有明显的空间自组织特征,土壤水分时间异质性可能在这种自组织格局的形成和稳定过程中扮演了重要角色。以祁连山排露沟小流域林草复合景观为例,通过连续监测林线附近草地、灌丛及林地对应的土壤水分状况,比较不同植被类型降水截留以及植物根系提水作用对土壤水分的影响,发现在生长季内典型月时间尺度上草地、灌丛及林地之间土壤水分时间异质性(变异系数CV)具有显著差异(5cm深度,F2,27=11.25,P<0.01;20cm深度,F2,27=5.51,P<0.01),草地与灌丛5cm深度土壤水分时间异质性(CV=0.65、0.61)明显高于林地(0.52),灌丛与林地20cm深度土壤水分时间异质性(CV=0.84、0.84)明显高于草地(0.72)。灌丛5cm深度土壤水分具有较高的时间异质性是因为其较高的冠层截留率,而草地表层5cm深度具有相对较高的时间异质性是因为强烈的土壤蒸发;20cm深度土壤水分时间异质性差异则主要由植被截留差异所致。不同植被类型5cm深度土壤水分时间异质性均明显低于20cm深度(P<0.01),土壤湿度变异系数最大值并不一定发生在表层。

祁连山老虎沟12号冰川积累区消融期能量平衡特征

为研究冰川消融期积累区的能量平衡,利用2006年6月21日—7月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔5 040m气象观测资料,分析了冰川的能量平衡各分量变化特征,估算了冰川表面的能量平衡组成.结果表明:冰川消融期,净辐射是冰川的主要热量来源(占82.1%),其次是感热通量(占17.9%);冰川消融耗热是主要的能量支出项(占70.8%),其次是潜热通量(占29.2%).通过能量平衡方程计算的冰川蒸发/升华量日平均值为0.8mm w.e.,物质亏损量为473mm w.e.,与实测物质亏损量492mm w.e.相差不大,冰川累积物质亏损量计算值和观测值的趋势变化吻合较好.

祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的时空变化及其影响分析

采用美国Li-COR公司生产的LI-6400-09土壤呼吸室和LI-6400便携式光合作用测量系统,在2004年生长季节对祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率进行了连续观测.结果表明:在整个生长季祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的空间变化为随着海拔梯度的增加,土壤呼吸速率逐渐减小,其变异系数逐渐增加;生长季节土壤呼吸速率晚间维持在较低水平,2:00~6:00最低,在7:00~8:30开始升高,11:00~16:00达到最大值,16:00~18:30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤呼吸速率的日平均值介于(0.79±0.60)μmol.m-2.s-1^(2.49±0.97)μmol.m-2.s-1.土壤呼吸速率7~8月份达到最大值(5.861μmol.m-2.s-1),5月与9月份次之,4月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.亚高山灌丛林土壤呼吸的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响.

祁连山青海云杉林采伐干扰与恢复过程

以祁连山青海云杉林为研究对象,以采伐干扰事件后形成的次生林的林分密度、林龄结构特征、空间分布格局以及树木年轮等为数据基础,采用地统计和树木年轮生态学方法,从空间和时间尺度上反演采伐干扰事件和森林群落的演替恢复过程。结果表明:采伐干扰事件后,林分密度呈指数曲线增加(y=237e0.14x,R2=0.97),采伐30a后,林分密度从256株.hm-2增加到1.697万株.hm-2;恢复过程中并无其他树种出现,只是青海云杉林的密度、空间分布格局和林木生长速度发生变化,这表明对于祁连山青海云杉林来说,采伐干扰事件并不会为其他树种成功入侵创造机会;树木年轮分析表明,在9～20a的时间尺度上,采伐干扰事件诱发了林木的生长释放,但在26～45a的时间尺度上,降水和温度控制着林木生长速度。

额济纳荒漠绿洲植被生态需水量研究

荒漠绿洲的生态需水量主要指维持荒漠绿洲植被正常生长所需要消耗的水量．采用3S技术与野外生产力测定相结合的方法,通过建立植被归一化指数(NDVI)、生产力、蒸腾系数之间的关系方程,计算了额济纳荒漠绿洲的植被生态需水量．结果表明,维持额济纳绿洲现状的需水量为1．53×10~8m^3,若使现有的植被恢复到目前最高生产力水平的生态需水量为3．49×10~8m^3．考虑到城镇居民生活用水、河道输水损失、绿洲植被耗水、绿洲内农田用水和降水补充等,额济纳旗绿洲维持现状需要黑河下泄水量(狼心山)为1．93～2．23×10~8m^3之间,若使现有的植被恢复到目前最高生产力水平,需要黑河下泄水量(狼心山)为4．28～5．17×10~8m^3之间．

基于克里金插值估算区域降水量的抽样方法对比分析——以甘肃省为例

降水数据的空间插值精度由降水的空间变异特征、插值方法和降水观测站分布决定的,其中,降水观测站及插值方法的选择尤为重要.利用空间随机抽样、空间分层抽样和空间三明治抽样等空间抽样方案,以甘肃省境内的气象站点为研究对象进行抽样分析,在抽样结果的基础上进行区域降水量克里金插值,并对比了插值结果精确度.结果表明:在较为丰富的先验知识的前提下,空间三明治抽样所得的区域降水量插值结果的误差项ME(1.97)、MSE(0.0066)和RMSSE(1.0184)都是最优的,空间分层抽样次之,空间随机抽样最差.与另外两种抽样方案相比,空间三明治抽样是一种使区域误差最小,适用范围更广,精确度更高的抽样方法.

疏勒河上游高寒草甸下垫面湍流特征分析

利用2011年疏勒河上游高寒草甸生长季(5-9月)的近地层湍流观测资料,分析了该区域近地层三维风速标准差统计特征及近地层能量交换特征。结果表明,研究区域无量纲化三维风速标准差与稳定度的关系满足Monin-Obukhov相似理论;在近中性条件下,高寒草甸下垫面无量纲化三维风速标准差近似表现为一常数,即σu/u*=3.50,σv/u*=3.30,σw/u*=0.96;通过最小二乘法(OLS)的回归直线,5-9月强制通过原点的OLS回归斜率分别为0.76,0.72,0.75,0.73和0.73;能量平衡比率(EBR)月平均值分别为0.90,0.85,0.86,0.88和0.93;能量闭合度白天大于夜间,EBR从早晨到下午呈增加趋势,并在日出和日落时段变化较为剧烈。在生长季节研究区净辐射主要消耗于潜热即研究区的蒸散,其次是陆地与大气间的感热交换,最后是地表热通量。

五种荒漠植物幼苗出土及生长对沙埋深度的响应

研究了红砂、泡泡刺、花棒、白刺和沙拐枣5种荒漠优势植物的幼苗出土和生长对沙埋的响应，判断了幼苗的生长特征能否预测植物的定植能力。进行了0、1、2、3、5cm和8cm等6个沙埋深度处理，每个处理5个重复。结果表明：每种植物的出苗率都随着沙埋深度的增加而降低，而且遵循着指数方程关系。红砂种子的最佳沙埋深度应为0-1cm，3cm已是出苗和存活的最大沙埋深度；泡泡刺、花棒和白刺种子的最佳深埋深度为0—3cm；沙拐枣在0—8cm各个深度都有出苗现象，且出苗率没有显著差异，但8cm深度的出苗率只有4％，最佳沙埋深度约为5cm。幼苗的生长高度受沙埋深度的影响显著，在同一时间，幼苗的最大生长高度并不在0cm表层，但红砂幼苗除外。泡泡刺、花棒和白刺在0—3cm的沙埋深度的幼苗生长高度大于5-8cm沙埋深度的生长高度，但沙拐枣幼苗在5cm深度的生长高度最大。5种荒漠植物幼苗的生物量受沙埋深度的影响不显著。在同一沙埋深度下，红砂的绝对高度生长率明显低于其余4种植物，沙拐枣的绝对高度生长率高于其余4种植物幼苗；5种植物的相对高度生长率对沙埋深度的响应并不敏感。绝对高度生长率与相对高度生长率并不能预示幼苗存活成功率。

5种荒漠植物幼苗对模拟降水量变化的响应

以5种荒漠植物红砂、泡泡刺、花棒、白刺和沙拐枣为研究对象，根据当地生长季节内60 d的平均降水量最大为91.2 mm，平均约为50.7 mm，最小约为35.9 mm等基本情况，人工控制了4种降水量处理水平（29、58、88、117 mm）来模拟幼苗生长对生长季节内降水量变化的响应。结果表明，每种植物都以自己的生长策略表现出独特的对降水量变化的响应格局。红砂幼苗的生长高度和高度生长率随着降水量的增加而显著减小，但降水量变化对其生物量和生物量分配及相对含水量影响不显著；降水量显著影响了泡泡刺和白刺幼苗的生长高度、高度生长率、生物量及其分配和相对含水量，但二者在生物量及生物量分配和相对含水量方面的趋势存在差异。泡泡刺幼苗的生长高度、高度绝对生长率、生物量及其分配等都随着降水量的增加而呈抛物线趋势；白刺幼苗以萎蔫老叶、发出新芽的方式来适应干旱环境。降水量显著影响了花棒幼苗的绝对高度生长率、生物量干重、生物量分配和相对含水量，但对生长高度和相对高度生长率影响不明显；沙拐枣幼苗的相对高度生长率和生物量干重对降水量的响应不敏感，但从其幼苗的生长高度和绝对高度生长率来看，沙拐枣幼苗的存活需要较多的水分。花棒和沙拐枣在不同降水量处理下对地上、地下生物量的分配方式相反，但降水量偏少限制了二者的生长。红砂和白刺幼苗更适合于在适宜在降水量为29 mm的环境中生存，泡泡刺幼苗阶段适宜在降水量为58～88 mm的环境中生长，而花棒和沙拐枣在幼苗阶段的生长更偏向于降水量多于88 mm的条件。

乌鲁木齐大气降水稳定同位素与水汽来源关系研究

利用GNIP(Global of Isotope in Precipitation)乌鲁木齐站点1986-2003年大气降水稳定同位素资料和美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,通过研究乌鲁木齐地区17年(1986-2003)大气降水的氢、氧稳定同位素组成,提出了局地大气降水线方程为δD=7.10δ18O+2.27(R2=0.94),并与全国及全球降水线方程进行对比,揭示了在干旱区该方程的特征。对全年过量氘、水汽输送和降水线特征的研究表明,乌鲁木齐地区大气降水在凝结过程中以动力分馏为主,西风带的水汽输送为该地区提供了基本的水汽来源,西风带季节变化对其水汽输送通量散度和d值季节变化有直接的作用。大气降水中氢、氧同位素组成呈明显的温度效应,δ18O温度效应方程为δ18O(‰)=0.39T(℃)-15.39(R2=0.72),但观察不到明显的降水量效应。

疏勒河上游地表水水化学主离子特征及其控制因素

在系统收集了疏勒河流域上游河水、地下水、降水和冰雪融水水样的基础上,综合运用描述性统计、Gibbs图和Piper阴阳离子三角图等方法,对疏勒河上游地表水中主离子组成特征及其控制因素进行了分析.结果表明,流域内不同水体(大气降水、河水和地下水)之间的主离子组成以及水化学类型差异显著.河水TDS的变化范围为51.7~432.3 mg·L-1,平均值为177.7 mg·L-1;河水中阳离子Ca2+、Mg2+的百分比为45%和31%,优势阴离子为HCO-3,占阴离子总量的75%,河水的水化学类型主要为HCO-3-Ca2+-Mg2+型;河水中主离子浓度值介于大气降水和地下水之间,并且十分接近地下水浓度,说明地表水同时受大气降水和地下水补给并主要依靠地下水补给;地表水样品的水化学组成落在Gibbs分布模型的中翼偏左端,表明研究区的水化学离子组成受到岩石风化作用和蒸发结晶作用的共同影响,且岩石风化作用对水化学离子组成的影响更加显著.