祁连山国家公园干旱指数变化分析

基于祁连山森林生态站门口的地面气象站1995—2022年的降水量和蒸发量观测数据,采用线性回归法和5a滑动平均法对其降水量和蒸发能力及干旱指数进行了趋势分析,结合M-K检验法、滑动t检验、Pettitt检验法和累积距平等4种方法对年干旱指数的突变年份进行了分析。结果表明,祁连山森林生态站的降水量年均值为380.7mm,整体呈现增加的变化趋势;蒸发能力年均值为918.2mm,整体呈现减小的变化趋势;降水量年变化率为6.107mm·10a^(-1),蒸发能力年变化率为85.373mm·10a^(-1),使得干旱指数的年变化率整体呈减小的变化趋势,干旱指数年均值为2.49,其年变化率为0.279·10a^(-1)。年干旱指数突变分析表明,2006年干旱指数发生了突变,突变后的年干旱指数值由突变前的2.83减小到突变后的2.25,变异系数由21.4变为19.5,突变后年干旱指数年际间变化较为缓和。这些研究结果对祁连山生态系统的经营和管理具有重要意义。

祁连山国家公园气温变化特征分析

根据1995—2022年甘肃祁连山森林生态系统国家定位观测研究站的地面气象综合观测场的气温观测资料,对其年最高气温、年最低气温和年平均气温进行变化趋势和突变检验。研究结果表明:近28年来,年最高气温均值为28.4℃,年最高气温以-0.309℃·10a^(-1)的趋势降温,降温趋势比较平缓,年最高气温的突变点发生在2009年。年最低气温均值为-24.7℃,年最低气温以-0.706℃·10a^(-1)的趋势降温,降温趋势比较明显,年最低气温的突变点发生在2009年。年平均气温均值为1.7℃,年均气温以0.114℃·10a^(-1)的趋势升温,升温趋势比较平缓,年平均气温的突变点发生在2012年。建议深入研究气温的变化趋势,提高应对气温变化的应急能力。

祁连山典型流域青海云杉林土壤氮磷钾空间变异性研究

基于祁连山中段排露沟流域海拔2600~3300 m的带状青海云杉林中0~10、10~20、20~40 cm的土壤TN、TP、TK的测定分析数据,运用经典统计学、地统计学的方法对其土壤TN、TP、TK含量的空间变异特征及空间分布特点进行研究。结果表明,1)研究区内土壤TN含量为1.34~8.98 g·kg^(-1),土壤TP含量为0.46~1.12 g·kg^(-1),土壤TK含量为9.75~24.17 g·kg^(-1);不同土层土壤TN、TP、TK变异系数为13.26%~35.47%,均属中等程度变异;2)10~20 cm TP的块金系数为0.617,属于中等空间相关性,其余块金系数均<0.25,具有强烈空间相关性;3)克里格插值结果显示,土壤TN、TP含量随海拔的升高而升高,土壤TK含量随海拔升高而降低。不同土层土壤TN、TP、TK含量的空间变异性特征,与海拔、土壤母质及云杉林枯落物等结构性因素有关。

祁连山青海云杉林叶面积指数的空间异质性

叶面积指数(leaf area index,LAI)在山地森林具有高度的空间异质性。基于大样地尺度的山地森林叶面积空间异质性的研究较少,而且不涉及LAI对地形的响应研究。基于LAI的空间异质性和地形因子的相关性,确定取样尺度,可为提升区域尺度上LAI的空间遥感精度提供依据。本研究依托祁连山大野口流域10.2 ha(340 m×300 m)的青海云杉林动态监测样地,使用CID CI-110植物冠层数字图像分析仪对样地内255个20 m×20 m样方进行五点法LAI测定,分析LAI的空间异质性特征和空间分布格局及其与地形因子的相关性。研究结果表明:(1)LAI具有中等变异性,指数模型是变异函数的最佳理论模型,具有强烈的空间自相关,变程为16 m,南—北方向上是LAI分布的优势格局。(2)LAI的空间分布格局相对简单,具有一定的斑块性,LAI为0.56~1.43的斑块所占面积最大。(3)LAI与海拔和坡度均呈极显著负相关(P<0.01),与坡度和曲率的相关性均不显著(P>0.05)。(4)青海云杉林的LAI空间异质性与尺度和方向有关,部分地形因子对LAI存在着显著影响。研究结果可为青海云杉林生态过程分析以及遥感技术反演LAI参数提供依据。

祁连山北麓青海云杉林天然更新对土壤理化性质的响应

【目的】青海云杉是我国青藏高原东北边缘的特有树种,研究其天然更新对土壤物理性质的响应,从而为祁连山青海云杉次生林的恢复和管理及可持续利用提供基础理论依据。【方法】通过对分布在祁连山排露沟流域的青海云杉林设置海拔梯度固定样地,进行天然更新苗调查和土壤容重、水分、pH、有机碳、氮磷钾全量及其速效养分等理化性质的取样和测定,分析青海云杉林天然更新苗对土壤理化性质的响应。【结果】各海拔区段的青海云杉林更新指数从大到小依次为2 800~2 900 m(0.63)>2 700~2 800 m(0.58)>3 100~3 300 m(0.57)>2 900~3 100 m(0.56),其中更新状况最好的海拔区段是2 800~2 900 m。土壤质量含水量、有机碳、全氮、水解氮含量在海拔区段H_(1)和H_(2)处显著小于海拔区段H_(3)和H_(4)(P<0.05);土壤容重、pH、全钾和速效钾的含量在不同海拔区段之间的差异性不显著(P>0.05),土壤全磷和速效磷含量在海拔区段H_(2)显著大于其他海拔区段(P<0.05),其他海拔区段全磷差异性不显著(P>0.05),速效磷在海拔区段H_(4)含量最小,海拔区段H_(1)和H_(3)速效磷差异性不显著(P<0.05)。相关性分析表明,海拔区段2 800~2 900 m的更新指数仅与土壤容重、全磷、速效磷呈显著正相关(P<0.05),更新指数与土壤理化性质之间相关系数绝对值的最大值主要集中在该海拔区段。更新指数与土壤剖面不同土层的质量含水量、有机碳、全氮、水解氮均呈显著负相关(P<0.05),与容重、全磷含量均呈显著正相关(P<0.05);与20~40 cm土层的速效磷呈显著正相关(P<0.05)。主成分分析表明,土壤有机碳、速效磷和全磷含量是影响青海云杉林天然更新的主要因子。【结论】祁连山青海云杉林天然更新与土壤理化性质之间的相互作用是密切的,特别是土壤中的有机碳累积和磷素养分的释放。

基于Budyko假设的祁连山排露沟流域蒸散发估算及其变化归因分析

【目的】探讨西北干旱区域水资源短缺和森林植被碳汇问题。【方法】以祁连山排露沟流域蒸发皿、气象站、水文站、固定样地等实测数据为基础,采用线性回归法、Mann-Kendall、滑动t、Pettitt、累积距平检验方法,Budyko假设模型、材积源生物量等方法以及Matlab编程软件对实际蒸散发量进行估算,且对其变化趋势及归因进行研究。【结果】1994~2020年排露沟流域蒸散发总体呈增加趋势,但在2001年有次突变,突变前后变异系数由0.13增大到0.22,属于较强变异;在2002~2020年的突变期,蒸散发量对降水、径流、潜在蒸发和下垫面参数的弹性系数分别为0.69、-0.46、-0.47、0.62,且各因子对流域蒸散发变化的贡献率分别为71.65%、-85.57%、69.61%、44.31%,降水量变化对流域蒸散发最为敏感,流域下垫条件变化次之。2003~2021年排露沟流域青海云杉平均碳密度为65.8 mg/hm^(2),增长速率为1.99 mg/(hm^(2)·a),与流域蒸散发的变化趋势基本相一致。祁连山排露沟流域蒸散发的变化不仅受气候变化的影响,同时在短时期内受到青海云杉生长变化的影响,其变化是气候与植被生长综合影响的结果。【结论】研究结果可对全球气候变暖下的水资源短缺与森林植被的碳汇功能降低的研究提供了理论依据。

祁连山排露沟流域青海云杉林更新特征对地形因子的响应

为探讨祁连山青海云杉林微地形对天然更新苗的影响,选择祁连山排露沟流域分布的青海云杉为研究对象,采用C-均值模糊聚类分析将该流域15个固定样地的地形参数(海拔、凹凸度、坡度)划分为4种不同的微地形生境,研究微地形生境对更新苗的更新特征(更新苗密度、平均冠幅、平均基径和平均株高)产生的影响。结果表明:(1)该流域的15个固定样地通过聚类分析将微地形生境划分为4类:高海拔陡坡、高海拔斜坡、低海拔凸地和低海拔凹地。(2)不同微地形条件下更新苗密度和平均株高从高到低依次为低海拔凹地、低海拔凸地、高海拔斜坡、高海拔陡坡;更新苗的平均冠幅和平均基径从大到小依次为低海拔凸地>高海拔斜坡>低海拔凹地>高海拔陡坡;在平均株高方面,高海拔陡坡显著低于其他3种微地形。不同的海拔、坡度、坡向、坡位对更新苗的存活率和生长发育过程具有显著性影响。(3)更新苗在不同微地形下大部分表现为聚集分布,聚集强度从高到低表现为高海拔陡坡>低海拔凸地>低海拔凹地>高海拔斜坡。(4)从相关性分析的结果中显示,海拔、坡度、坡位与更新苗之间存在显著相关性(P<0.05)。综上所述,青海云杉林的天然更新受微地形生境的影响较为显著(P<0.05),在低海拔凸地和低海拔凹地中更新苗比较适合定居和生长发育。

祁连山青海云杉林动态监测样地更新苗和成树格局的空间变异

【目的】研究青海云杉林更新苗和成树的两个重要参数密度和高度的空间异质性程度与变异尺度,并分析其空间分布格局及其与生态学过程之间的内在联系。【方法】利用国家级祁连山森林生态站已建立的340 m×300 m青海云杉林动态监测样地,进行更新苗和成树数量和高度的调查,采用经典统计学和地统计学方法研究密度和高度的空间变异特征。【结果】1)样地更新苗和成树密度的均值分别是5762和2016株·hm-2,对应的高度均值分别是0.30和8.79 m。更新苗密度和高度的变异属强变异,而成树密度和高度的变异属中等变异。2)样地更新苗和成树密度的变异函数值可用球状模型和指数模型描述,变程分别为73.10和45.60 m。更新苗密度空间依赖性较强,而成树密度空间依赖性较小。东北—西南方向上是更新苗密度分布的优势格局,全方位上是成树密度分布的优势格局。更新苗密度斑块之间的连接程度低,成树密度斑块间的连接程度较高。3)样地更新苗高度的变异函数值可用指数模型描述和球状模型描述,变程分别为47.40和23.90 m。东北—西南方向上是更新苗高度分布的优势格局,南北方向上是成树高度分布的优势格局。更新苗高度斑块之间的连接程度低,成树高度斑块间的连接程度较高。【结论】青海云杉林更新苗和成树密度和高度的空间变异性研究有助于解释青海云杉林种群动态背后的潜在规律性,有望为青海云杉林生态系统的可持续管理提供理论依据,也可为退化的青海云杉林生态系统植被生态恢复提供参考。

祁连山大野口流域典型灌丛土壤有机碳含量分布特征

【目的】探究不同灌丛土壤有机碳含量分布特征,为改善该地生态系统碳汇管理提供理论参考依据。【方法】以祁连山大野口流域的5种典型灌丛土壤有机碳为研究对象,通过测定不同深度土壤有机碳含量和土壤pH值、土壤密度、含水量和总孔隙度,并采用灰色关联法,分析5种典型灌丛0~60 cm土壤有机碳含量分布特征及其影响因素。【结果】1)5种典型灌丛土壤有机碳含量均值由大到小表现为吉拉柳(74.93 g·kg^(-1))>金露梅(62.05 g·kg^(-1))>鬼箭锦鸡儿(41.02 g·kg^(-1))>鲜黄小檗(34.71 g·kg^(-1))>甘青锦鸡儿(13.74 g·kg^(-1));2)5种典型灌丛土壤有机碳含量最高值均出现在0~10 cm,表现出表层富集现象,其中金露梅灌丛和吉拉柳灌丛表层富集现象更加明显,并随土层深度加深逐渐减小;3)pH值与鲜黄小檗灌丛、鬼箭锦鸡儿灌丛、吉拉柳灌丛为较高关联度,土壤密度与甘青锦鸡儿灌丛为较高关联度,含水量与鲜黄小檗灌丛为较高关联度,总孔隙度与金露梅灌丛为较高关联度。【结论】5种典型灌丛不同土壤理化因子与土壤有机碳含量具有中等或以上的关联度。因此,在研究祁连山排露沟流域灌丛土壤有机碳环境变化时,也应将不同植被类型和土壤理化因子作为影响土壤有机碳含量的主要因素进行测定和分析。

祁连山排露沟流域径流对气候及下垫面变化的响应

在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,中国西北干旱半干旱区水循环变化与水资源再分配正在改变区域生态环境。在长时间序列尺度上,仍缺乏对西北内陆河径流变化机制与特征时空格局的统一认识。本研究以祁连山排露沟流域为试验区,基于量水堰实测长序列径流数据,采用线性回归法、Mann-Kendall、滑动t、Pettitt和累积距平等检验方法,分析排露沟流域1994—2020年径流序列的变化趋势和突变年份;以气象站监测和人工潜在蒸发观测数据为基础,采用Budyko假设水热耦合平衡模型对排露沟流域径流量变化趋势进行归因分析;以固定样地2003—2021年每木检尺数据,采用材积源生物量法,对排露沟流域15个乔木固定样地的1017棵青海云杉的碳密度进行估算。结果表明:(1)1994—2020年排露沟流域径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2006年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了9.53×10^(4) m^(3),增加率为34.88%。(2)在2007—2020年的突变期,排露沟流域径流对降水、潜在蒸发和流域下垫面参数的弹性系数分别为3.15、-0.70和-0.68,且各因子对径流的贡献率分别为87.92%、19.97%和-7.89%,表明径流量对降水量变化最为敏感,气候因子中潜在蒸发对径流的影响大于流域下垫面的变化。(3)2003—2021年排露沟流域青海云杉平均碳密度为63.09 Mg C·hm^(-2),平均每年增长速率为1.94%。在人类活动干扰较小的条件下,森林植被的碳储量和碳密度变化是引起流域下垫面参数波动的主要原因。研究结果可为流域管理部门制定自然资源保护与水资源合理分配及调用方案提供科学依据,为生态环境保护部门在权衡林水效益方面提供参考。

基于Citespace对矿山修复研究领域的可视化分析

为了明确矿山修复领域的研究现状和发展趋势,基于中国知网数据库检索了2003—2023年该领域的文献,利用CiteSpace软件对近20年的发文量、发文研究机构以及关键词进行了可视化分析,共纳入文献1907篇,结果表明,我国矿山修复领域发文量整体呈上升趋势,其中2022年发文最高;发文作者形成以张绍良、余振国、李健、涂美义、王志强为代表的5个较大研究合作网络;研究机构形成了以中国地质大学、自然资源部、中国自然资源经济研究院、中国地质环境监测院、中国自然资源航空物探遥感中心为中心的6个较大合作网络;关键词聚类及突现表明当下研究热点为生态修复,矿山公园,绿色矿山建设等。

祁连山排露沟流域青海云杉林天然更新质量评价

为研究祁连山青海云杉林的天然更新质量特征,本研究选择分布在祁连山排露沟流域的青海云杉纯林为研究对象,借助建立在该流域青海云杉林内的固定样地,进行样地内青海云杉林存活个体的调查和测定,研究青海云杉的更新苗和成树密度,并对其进行了天然更新质量评价。研究结果表明:青海云杉林内的I级幼苗、II级幼苗、III级幼树、IV级幼树和V级成树的平均密度大小依次为109株·hm^(-2)、253株·hm^(-2)、685株·hm^(-2)、353株·hm^(-2)和1427株·hm^(-2),更新幼苗的密度明显低于更新幼树和成树的密度;不同样地不同等级的更新苗存在明显的差异,其密度最大值为5650株·hm^(-2),密度最小值为1025株·hm^(-2),更新苗分布倾向聚集分布;另外,在15块样地中,更新等级为中等以上的样地占所有样地的86.7%,更新等级为不良的样地仅占所有样地的13.3%。建议对更新不良的林分尽可能避免大的人为干扰。

祁连山排露沟流域青海云杉天然更新空间关联性研究

青海云杉作为祁连山森林生态的建群种,其天然更新的空间关联性及集聚模式对种群更新具有重要意义。于2022年8月对祁连山排露沟流域海拔2800-3300m样地内的青海云杉林进行每木检尺,研究将胸径小于50mm的青海云杉植株划为更新苗,并选取更新苗胸径、株高两个生物指标,通过空间自相关分析探究其胸径、株高的空间关联性及集聚模式。结果表明:1)不同海拔更新苗胸径、株高均表现为空间正自相关,胸径空间关联性呈现为2800m>3100m>3000m>2900m>3300m,株高空间关联性呈现为2800m>2900m>3100m>3000m>3300m,仅3200m样地胸径和株高均表现为不显著的空间负自相关,表明更新苗胸径和株高的空间关联性随着海拔的升高而逐渐降低。2)不同样地更新苗胸径和株高个体间空间正自相关的数量远多于空间负自相关,表明青海云杉更新个体的生长有益于邻近径级个体的生长。3)更新苗胸径和株高整体呈现为低低集聚比高高集聚更为集中,且相互间分界明显,表明邻近径级的植株间关系较为协调,径级差异较大的植株间排斥效应较为明显。4)更新苗胸径和株高均表现出高高集聚和低低集聚交替分布的现象,且随着海拔的升高,高高集聚现象逐渐消失。

白花草木樨MaERF058基因耐旱功能验证

干旱是农业生产中最常见的逆境胁迫之一,对植物的生长发育、光合作用、气孔开闭、渗透功能和激素调节等方面都会产生不良影响。白花草木樨在我国北方干旱地区广泛种植,是具有耐旱、耐盐碱、耐贫瘠和粗蛋白含量高等特点的优质牧草。转录因子(TF)作为调控基因表达的重要蛋白分子,可作用于其下游启动子区的特定顺式元件以激活或抑制基因的转录,进而调控植物生长发育及响应逆境。植物ERF转录因子家族基因参与植物对非生物胁迫的抗性,是作物抗逆性改良的理想候选基因。本研究对白花草木樨关键耐旱基因MaERF058进行烟草亚细胞定位分析,发现该基因表达蛋白定位于细胞核。干旱胁迫下,过表达MaERF058的拟南芥长势明显优于野生型。干旱条件下转MaERF058基因白花草木樨毛状根脯氨酸含量较对照显著(P<0.01)增加;丙二醛含量显著(P<0.01)降低;过氧化氢酶活性显著(P<0.05)增加;单胺氧化酶染色(NBT法)结果显示转基因毛状根的活性氧含量低于对照。以上结果表明白花草木樨MaERF058基因编码的转录因子对调控白花草木樨响应干旱胁迫具有积极作用。研究结果为解析白花草木樨耐旱分子机制提供了新思路,同时也能够为加快耐旱牧草分子育种提供优异基因资源。

祁连山青海云杉林动态监测大样地幼苗幼树更新特征及其对地形因子的响应

森林天然更新是生态恢复与重建的关键路径,对维持森林的动态稳定和可持续发展具有至关重要的作用。其中幼苗幼树阶段是决定森林天然更新质量和数量的关键时期。地形作为森林天然更新的主要环境驱动因子之一,对幼苗幼树生长具有显著影响。相关研究过去依赖在海拔梯度样地或样带的取样方法,取样强度相对较小,难以全面揭示反映更新苗的更新格局与分布特征。本文以祁连山中段大野口流域青海云杉动态监测大样地(340 m×300 m)内幼苗幼树为研究对象,采集幼苗幼树的密度、地径、株高、冠幅和DEM(分辨率为12.5 m)数据,基于ArcGIS构建数据库,分析坡向、坡度、坡位、高程对幼苗幼树更新特征的影响,探讨不同地形位指数下的幼苗幼树更新特征。同时,采用K-means聚类将研究区域划分为6种不同地形生境,分析不同生境下的更新特征。结果表明:(1)幼苗幼树的密度为北向坡高于西坡,幼苗幼树的地径、株高、冠幅为西坡高于北向坡;坡度较高区域,幼苗幼树的密度较高,幼苗幼树的地径、株高、冠幅较低;幼苗幼树的密度在中坡位最高,幼苗幼树的地径、株高、冠幅在上坡位最高;高程越低,幼苗幼树的密度越大,幼苗幼树的地径、株高、冠幅越小。(2)幼苗幼树的密度在高地形位阴坡、高地形位半阴坡、低地形位半阴坡较大,幼苗幼树的地径、株高、冠幅在高地形位半阳坡较大。(3)幼苗幼树均在东南角集聚密度最高,在同一地形因子下幼苗密度均高于幼树密度。(4)幼苗幼树的地径、株高、冠幅均与密度呈现出显著负相关,地径、株高、冠幅之间呈极显著正相关,与部分地形因子呈显著和极显著相关。本研究结果可为祁连山青海云杉林天然更新的评估提供理论依据,也为青海云杉林幼苗幼树的科学管理提供参考,为类似区域同类研究提供借鉴。

祁连山大野口流域青海云杉种群空间格局及其关联性

研究青海云杉(Piceacrassifolia)种群不同发育阶段的空间分布格局及其关联性,能揭示其种群的发展规律,推断其潜在的生态学过程或影响机制,进而为该种群的配置、种植和森林的经营与管理等提供指导。该研究基于祁连山大野口流域10.2hm2青海云杉动态监测样地调查资料,分析了青海云杉群落的物种组成和径级结构,并采用点格局方法,通过单变量成对相关函数和双变量成对相关函数对不同年龄阶段青海云杉种群的空间分布格局及其空间关联性进行分析。结果表明:(1)青海云杉种群的径级结构呈倒"J"型分布,属增长型种群,种群自然更新状况良好。(2)青海云杉种群4个径级的个体在小尺度上呈聚集分布,但随着空间尺度的增大,聚集强度逐渐减弱,趋向随机分布;较小径级的个体常呈聚集分布,而随着径级增大,也趋向于随机分布。(3)青海云杉大树个体在小尺度(<4 m)范围内与其他径级个体都呈负关联,随着尺度的增加,大树与幼树表现出正关联且关联性随尺度的增加而减弱,而与小树、中树则表现为无关联或者微弱的负关联;径级相近的个体空间关联性为正关联或无关联,随着个体径级间差距增大,空间关联性转变为无关联或负关联。研究表明,祁连山大野口流域青海云杉种群的分布格局及其关联性随空间尺度和发育阶段而变化,这是由种群自身的生物生态学特性、种内种间关系以及环境条件共同作用的结果。

祁连山干旱山地草地土壤温湿度变化特征

选取祁连山排露沟流域干旱山地草地为研究对象,利用土壤温湿度自动观测系统的监测数据,研究了海拔2 700~2 900 m草地土壤温湿度的变化特征及土壤温湿度之间的相互关系。结果表明:土壤温湿度日变化规律一致,9:00土壤温湿度值最小,18:00土壤温湿度值最大,随月份增加,土壤温湿度均表现为先增大后减小,7月前,土壤温度随月份增加而增加,递增率为3.68℃/月,7月后,土壤温度随月份增加而减小,递减率为3.99℃/月;8月前,土壤湿度随月份增加而增加,递增率为0.017 m^(3)/(m^(3)/月),8月后,土壤湿度随月份增加而减小,递减率为0.022 m^(3)/(m^(3)/月)。土壤温度与海拔呈二次多项式关系(P<0.05),土壤湿度与海拔呈线性正相关关系(P>0.05)。土壤温度和土层深度呈显著负相关关系(P<0.05),土壤湿度与土层深度呈线性正相关关系(P<0.05)。整体而言,土壤温度与土壤湿度之间的关系呈显著负相关(P<0.05)。研究结果可为祁连山区干旱山地草地土壤水热的研究提供参考。