川西亚高山森林土壤过氧化氢酶活性对升高温度和CO_2浓度的响应

川西亚高山针叶林由于其特殊地理位置和特定生态环境下植被的演替动态,使之成为全球变化的敏感性区域之一。本文通过原位模拟升高温度2(±0.4)℃和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤过氧化氢酶活性的影响。结果显示升温和升高CO2浓度对岷江冷杉(Abies faxoniana)根际和非根际土壤过氧化氢酶活性的影响不同,还与冷杉的种植密度有关。同时,冷杉根际和非根际土壤过氧化氢酶活性对升高温度和CO2浓度的响应还随着时期而发生变化。另外,遮荫处理也会影响土壤过氧化氢酶活性。原位研究结果表明亚高山针叶林土壤酶对升高温度和CO2的响应并非简单的提高或者抑制,不同时期、不同密度以及与非根际环境中过氧化氢酶活性反应差异很大,可能涉及的土壤学和生态学过程十分复杂,需深入研究。     

基于CASA模型探究泾河流域植被NPP时空动态及其对气候变化的响应

植被NPP是判定生态系统碳源/碳汇及调节生态过程的主要因子,基于CASA模型估算NPP,探究时空尺度NPP的变化及其对气候变化的响应状况,可了解泾河流域植被恢复状况并为流域生态环境改善提供科学参考及建议。以泾河流域为研究区域,基于2000年、2009年、2018年MODIS NDVI数据、气象数据与植被分布数据等,运用CASA模型(Carnegie-Ames-Stanford approach,CASA)对2000年、2009年及2018年流域NPP进行了估算,探究流域内NPP时空动态及其对气候变化的响应,并分析了各植被类型下NPP分布规律。结果表明:(1)时间尺度上,2000年、2009年及2018年泾河流域NPP均值分别为521.81 gC/(m²·a),664.77 gC/(m²·a),719.78 gC/(m²·a),年际变化呈增长趋势; 月际变化曲线呈单峰型,4—8月呈较强上升趋势,8月后逐渐下降; 各季节的NPP均值由高到低依次为夏季>秋季>春季>冬季。(2)空间尺度上,NPP分布存在一定的地域差异性,水平方向呈“南高北低”的特点; 垂直方向上,NPP值随海拔高度的升高呈先下降后上升的趋势。(3)不同植被类型下NPP均值存在明显差异,其中常绿阔叶林年均NPP值最高,为1 544.50 gC/(m²·a)。(4)气候变化背景下,NPP主要受气温与降水的影响,且降水为主导因素。研究结果表明泾河流域NPP呈增加趋势,即植被覆盖情况在逐步改善; 流域北部植被覆盖状况仍有待改善,建议加大退耕还林政策实施力度,加大果树、茶树等防护型林地的种植; 且该流域NPP对降水的响应强于气温,故可加大植树造林恢复植被的力度,也可修建水库和水利工程,退田还湖,并加大湿地保护,从而保证空气湿度,增加降水,改善植被覆盖,实现人与自然和谐共生。     

近20年黄河流域植被净初级生产力时空分布及其对极端天气变化的时空响应

为探究黄河流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化及对极端天气指数的响应情况,利用MODIS NPP数据和极端气候数据,辅以斜率法和偏相关分析法分析了2000—2019年黄河流域植被NPP时空动态及其对极端降水指数和极端温度指数的响应情况。结果表明：(1)近20 a黄河流域植被NPP呈从北向南增加的趋势,大面积上表现为增加趋势。(2) NPP与极端降水指标以显著和极显著正相关为主。其中,除最长连续湿润天数呈显著正相关和极显著正相关的像元占比为16.5%,其他几种指标均在25%以上。(3)极端降水事件的水量和强度呈显著增加趋势,极端温度事件中与偏冷相关指标总体呈下降趋势,与变暖有关的事件呈明显上升趋势,其变化存在显著空间异质性,年际差异大。(4)日最高气温的最大值、日最低气温的最大值、冷夜日数、冷昼日数、冰冻天数和霜冻天与植被NPP以负相关为主,日最高气温的最小值、日最低气温的最小值、暖夜日数、暖昼日数、气温日较差和暖期与植被NPP以正相关为主。近20 a黄河流域植被NPP时空变化存在显著地域性差异,其中在干旱和半干旱地区极端降水增多在一定程...     

大气CO2浓度升高对作物根际土壤氮的影响

利用FACE（Free air carbon dioxide enrichment）技术,在两种氮肥施用（低氮LN和常规氮NN）水平下,研究CO：浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤硝态氮、铵态氮和有机氮的影响。结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,使水稻季根际土壤硝态氮含量降低,NN水平下降低明显,小麦季变化不大,高CO2浓度处理对作物根际的影响大于非根际。高CO2浓度对土壤铵态氮含量的影响不显著,仅小幅度增加了水稻季和降低了小麦季土壤铵态氮含量,且根际降低幅度大于非根际;增加氮肥施用使土壤铵态氮含量在高CO2浓度处理增加幅度低于对照。高CO2浓度处理并没有显著增加有机氮的含量,在小麦季作物对土壤有机氮的贡献大于水稻季,且增加氮肥施用条件下根际对有机氮的贡献较大。     

基于改进CASA模型的陕西省植被NPP遥感估算

[目的]探究陕西省陆地生态系统植被群落生产状况,分析陕西省植被NPP时空格局变化及影响因素,为准确评估陕西省陆地生态系统碳源/汇,实现区域生态可持续发展,达成碳中和目标提供参考依据。[方法]基于温度—植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index, TVDI)对CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型水分胁迫因子进行改进,从而估算陕西省2010—2020年植被NPP,并利用热点分析法、趋势分析法以及地理探测器对陕西省植被NPP进行空间分布格局、年际变化趋势和驱动因子研究。[结果](1)陕西省NPP空间分布呈现南高北低、冷热点区域差异明显的特征;(2)陕西省2010—2020年NPP平均值介于331.02～416.34 gC/(m²·a),NPP均值在100～600 gC/(m²·a)占比最大,最低值和最高值区间占比不足20%;(3)全省2010—2020年83.3%的面积植被NPP值无显著变化,4.2%的面积呈增加状态,12.5%的面积NPP值呈下降趋势;(4)降水...     

大气CO2浓度和温度升高对水稻植株碳氮吸收及分配的影响

气候变化会对作物生长及养分吸收利用产生显著影响。本研究利用开放式气候变化野外试验平台,研究大气CO2浓度和温度升高对不同生育期水稻植株C、N含量,积累量和分配的影响。试验平台的小区处理有大气CO2浓度升高(500μmol/mol)、温度升高(+2℃)和大气CO2浓度和温度同时升高处理。结果表明:1大气CO2浓度升高显著增加了水稻植株中C含量,C、N积累量及水稻茎鞘中C、N分配;显著降低了水稻植株中N含量及穗中C、N的分配;2温度升高显著增加了拔节期和成熟期水稻叶片中C含量及各生育期水稻植株中N含量,拔节期植株中N积累量及成熟期茎鞘和叶片中C、N分配;显著降低了开花期和成熟期稻穗中C含量,开花期和灌浆期水稻植株中C积累量,成熟期水稻植株中N积累量,开花和灌浆期茎鞘中C素分配及成熟期穗中C、N分配;3大气CO2浓度和温度同时升高显著增加了灌浆期水稻植株中C含量及成熟期茎鞘中C、N分配并降低了叶片中N的含量和穗中C、N的分配,而C、N积累量则无显著变化。     

渭河流域植被净初级生产力时空格局及影响因素分析

利用GIS技术将遥感数据和各种观测数据对渭河流域净初级生产力(NPP)进行估算并分析其时空格局及影响因素。结果表明,(1)整个流域12个月总的NPP平均值为473gC/(m2·a),空间分布特点是北部和西北部的黄土高原低,中部六盘山、子午岭和南部秦岭高;不同生态系统的平均NPP呈现为无植被地段61草地376农业植被440灌丛483森林692;(2)研究区NPP的积累期主要发生在4—10月份,其NPP占了全年NPP总量的90%;从季节来看,流域内春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月)4个季节的NPP各占全年总量的20.34%,52.51%,22.66%,4.49%;(3)渭河流域NPP与温度、降水和太阳辐射的相关性分析表明温度和降水是影响渭河流域NPP的2个重要影响因子。     

黄土高原植被净初级生产力的时空变化及其与气候因子的关系

以西北典型植被脆弱区黄土高原为研究区,利用AVHRR GIMMS和MODIS两种NDVI数据源,基于CASA模型对1982-2014年黄土高原植被净初级生产力（NPP）进行模拟,并分析其时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明：黄土高原年均植被NPP为254.0gC?m-2,1982-2014年总体呈增加趋势。不同植被类型NPP有较大差异,落叶阔叶林NPP值最高,年均NPP达513.0gC?m-2,其次为常绿针叶林、草甸、农田、灌丛和草原。黄土高原植被NPP空间分布差异显著,表现出南高北低的特点。从NPP年际变化的空间分布来看,在退耕还林还草生态工程实施之前（1982-1998年）,黄土高原大部分区域植被NPP变化不明显。自1999年后该区植被NPP增加趋势显著,增速达到5.38gC?m-2?a-1。在空间分布上,66.6%的区域植被NPP呈显著增加趋势,主要分布在陕北高原、山西中西部的吕梁-太行山等地。退耕还林等生态工程的实施,使该区植被状况得到改善。黄土高原植被NPP与降水量具有显著的相关性,但与气温相关性不大,说明降水是影响黄土高原植被NPP的主要因素。     

2000—2015年滦河流域植被净初级生产力时空分布特征及其驱动因子分析

植被净初级生产力(NPP)可以反映植被生长状况,是表征地区生态质量的重要指标。本文以滦河流域为研究区,调查采集植被NPP、气象、土地利用结构及变化等多时空数据,利用Sen趋势、Hurst指数及残差分析等多种方法,综合考虑自然环境和人为利用的影响,对2000—2015年植被NPP的时空变化特征、未来演变趋势及驱动因子进行分析和研究,并定量识别不同区域内的主导驱动因子,旨在为该流域的生态环境治理工作提供依据。研究结果表明:1)2000—2015年,滦河流域植被NPP年均值为455.04g(C)·m~(-2)·a~(-1),整体呈波动上升趋势,显著增加区占流域总面积的32.94%,且未来同向变化趋势略强于反向变化趋势;2)该流域植被NPP空间差异较为显著,表现为东南高西北低的格局,受地形影响较大,流域中游的低山丘陵区为植被NPP高值区;3)驱动机制上,流域植被NPP变化与温度和降水均为正相关关系,水热耦合共同作用于植被NPP的积累,人类活动则是通过改变土地利用强度或生态建设工程等影响植被NPP的变化,且在不同地形区域内,植被NPP变化的主导驱动因子不同,整体上以气候和人类活动共同正向促进作用为主,但在平原区以单因子的反向抑制作用为主。     

西北植被净初级生产力时空变化及其驱动因素

利用CASA模型模拟了西北植被净初级生产力(NPP)值,并结合地统计学理论,利用趋势分析及相关性分析研究了西北地区2000—2013年植被NPP时空变化特征,并结合气象数据探究了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西北地区植被NPP在研究年限内呈现波动增加趋势,线性增加趋势达到极显著水平(p0.01)。(2)植被NPP分布具有明显的空间异质性,整体呈现由东向西递减的趋势,除新疆外,其余省份也总体上表现为南高北低的分布格局。植被NPP呈现增加趋势的面积占总面积的85.97%,主要集中在陕西北部、宁夏南部、甘肃东部、青海的东部及南部和新疆西部部分地区,呈现减少趋势主要集中在新疆西部;不同植被类型NPP的均值呈现明显的差异,具体表现为:草地[262.16 g C/(m~2·a)]灌丛[66.51 g C/(m~2·a)]农田[45.90 g C/(m~2·a)]森林[14.36 g C/(m~2·a)]。2000—2013年草地、农田及灌丛的NPP均呈现极显著增加趋势(p0.01),而森林NPP的增加趋势不显著(p0.05)。(3)总体上,西北地区植被NPP与气温、降水呈正相关,其对降水响应较为敏感,降水是限制西北地区植被NPP增加的主要因素。     

黄土高原不同植被群落多样性与土壤有机碳密度关系研究

为了探明黄土高原不同植被群落多样性与土壤有机碳密度关系,在黄土高原纸坊沟小流域选取几种典型的植被群落(刺槐Robinia pseudoacacia、铁杆蒿Artemisia gmelinii、长芒草Stipa bungeana、狼牙刺Sophora davidii和柠条Caragana korshinskii),野外调查了植被多样性,同时室内测定0—100 cm土壤有机碳含量、密度以及相关土壤环境因子。结果显示:(1)不同植被群落多样性指数(Margalef丰富度、Mclntosh均匀度和Shannon-Wiener多样性)表现出相同的变化特征。柠条和刺槐群落差异不显著(p>0.05),二者显著低于其他植物群落(p<0.05),长芒草和狼牙刺群落最高,二者之间差异不显著(p>0.05),显著高于其他植物群落(p<0.05); 不同植物群落Simpson优势度指数呈现出相反的变化趋势,刺槐>柠条>铁杆蒿>狼牙刺>长芒草。(2)不同植物群落土壤全氮含量、微生物量碳、微生物量氮、速效养分(硝态氮、铵态氮、速效磷)大致表现为相同的变化特征,均表现为长芒草和狼牙刺群落高于其他群落,而柠条和刺槐群落土壤养分含量低于其他植物群落,不同植物群落土壤pH值表现出相反的变化特征。(3)在垂直方向,土壤有机碳密度随土层深度的增加而逐渐减小,80—100 cm土层土壤有机碳密度最低(p<0.05),0—20 cm土层土壤有机碳密度最高,表现出明显的“表聚性”,相同土层土壤有机碳密度大致表现为长芒草和狼牙刺群落高于其他植物群落。(4)相关性分析显示,不同植物群落多样性指数与有机碳和有机碳密度呈显著或极显著的正相关。冗余分析显示,土壤pH值和微生物量碳含量是主导植被多样性和土壤有机碳密度重要驱动因子; 双因素分析表明植被类型和土层深度对土壤有机碳含量和密度具有显著的影响(p<0.05)。     

黄土高原不同年限刺槐土壤化学计量特征分析

通过对陕北黄土高原4种不同年限(10,15,25,40年)刺槐林地0—200cm土壤的采集与分析,研究不同刺槐种植时间对土壤营养元素及化学计量比的影响。在每个林龄的林地内设3个小区,每个小区采用随机采样法选取3个采样点分层采集土壤样品,进行土壤碳、氮、磷、钾测定,计算化学计量比。结果表明:(1)有机碳和全氮、全钾含量随刺槐年限增加呈基本增大的趋势,全磷随刺槐年限的增长变化不大;有机碳、全氮和全磷呈极显著的正相关关系;(2)在0—200cm土层,有机碳、全氮空间分布基本一致,随土层深度增加均呈先减少后趋于稳定的变化趋势;全磷在整个空间中的分布较为均匀,其空间变异性低于有机碳和全氮;全钾含量高于碳氮磷含量,且随土壤深度变化不大;(3)土壤C∶N比,C∶P比,N∶P比和C∶N∶P比均随刺槐年限的增长呈先降低后升高的趋势,都在15年处有最低值;(4)土壤C∶N比随土层深度在一定范围波动,C∶P和N∶P比均随土层深度的增加呈先减少后趋于稳定的变化趋势。     

两种水土生态恢复模式下刺槐种群数量特征与空间格局研究

为了研究刺槐在不同恢复模式中的数量特征和格局分布,选择复垦17a的SⅢ样地(刺槐×榆树×臭椿)和SⅤ(刺槐纯林)两块固定监测样地,对比两样地中刺槐的径级结构、枯梢个体的格局和入侵物种的特征等。结果表明:(1)SⅢ样地中刺槐存活率和存活个体的平均胸径比刺槐纯林要高;(2)由于竞争关系的存在及水分等环境因子的影响,SⅢ样地和SⅤ样地刺槐不同径级个体的空间分布表现出一定的空间异质性。(3)枯梢与刺槐栽种的密度和所处的位置有关,受风较多的SⅤ样地枯梢严重,背风的SⅢ样地枯梢树木明显少于SⅤ样地。     

黄河三角洲盐碱地不同混交林土壤可溶性有机碳氮的研究

对黄河三角洲盐碱地刺槐纯林、刺槐+白蜡、刺槐+白榆和刺槐+臭椿混交林土壤可溶性有机碳(DOC)和土壤可溶性氮(TNS)进行了研究。结果表明,4种人工林中,腐殖质层DOC和TSN含量显著大于0-20和20-40cm层土壤。刺槐+臭椿混交林的DOC含量最高,为257.70mg/kg。另外,总氮(TN)和TSN含量分别为1065.79和55.80mg/kg,均显著高于其他三种林型。各层土壤DOC和TSN含量由高到底的顺序依次为：刺槐+臭椿混交林 > 刺槐+白榆混交林 > 刺槐纯林 > 刺槐+白蜡混交林。相关分析结果表明,土壤DOC和TSN与土壤的全氮、有效磷、速效钾和含盐量相关性显著。     

河北省2005-2014年植被NPP时空演变及其与气候因子的关系

在GIS软件的支持下,利用2005—2014年MOD17A3H与MCD12Q1数据集,结合河北省2005—2012年的142个气象站点资料,利用一元线性回归法分析了河北省10年间NPP的时空演变特征,利用相关系数法分析了NPP与气候因子的相关关系。结果表明:河北省年NPP主要集中在200～400 g/（m²·a）,其中NPP高值区分布在燕山北部区域和太行山东侧一带。2005—2014年河北省年NPP均值与最大值均在波动中微弱上升,年NPP均值在2012年最大为337.63 g/（m²·a）。2005—2014年NPP增长率大于10%的地区分布在冀西北区域和东南边界,其面积占比为43.03%。河北省5种植被覆盖类型按NPP年均值从大到小排列依次为:阔叶林、灌丛、草地、针叶林、农用地。河北省NPP与气温主要呈负相关,与降水主要呈正相关。     

北京山区主要人工林枯落物水文效应

为探究北京山区主要人工林枯落物水文效应,以北京市怀柔区汤河口镇庄户沟小流域油松、刺槐、侧柏3种林分为研究对象,利用枯落物现存量样地调查、浸泡实验和抗冲槽法,建立枯落物持水量、吸水速率和浸水时间相关关系,定量研究枯落物层水文效应,结果表明:1)3种林分枯落物现存量和总厚度表现为油松最大,分别为6.37t/hm2和4.0c...     

坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究

 选用处于黄土高原的山西省吉县蔡家川刺槐覆盖坡面的表层土壤,栽植刺槐幼林后进行人工降雨模拟试验,对比研究不同坡度对刺槐覆盖坡面和裸露坡面的产流和侵蚀产沙的影响。结果表明:当降雨强度一定时,在一定的坡度范围内,随着坡度增加,开始产流时间提前,径流的速度加快,树冠截留率减小,径流量增大,侵蚀量、含沙量增加;刺槐林树冠截留率与坡度的关系为I=29.556α-0.311（R2=0.9874）;刺槐覆盖坡面侵蚀量与坡度之间的关系为W=0.116 84α3.005 9（R2=0.9795）;同一坡度条件下,裸露坡面比刺槐覆盖坡面径流平均速度高15%～25%,径流量高15%～48%,侵蚀量高10%～117%,平均含沙量高55.5%～133.0%。     

水土保持林生长过程及碳密度的动态变化

刺槐是黄土高原主要的水土保持树种之一,对刺槐生长过程与碳密度动态变化的研究,是正确评价黄土高原水土保持林生态服务功能中亟待解决的关键问题.以山西吉县红旗林场马莲滩刺槐水土保持林为研究对象,采用样方(面积400 m2)调查和树干解析法,研究刺槐的生长过程,提出刺槐的树高生长模型、胸径生长模型、生物量与胸径的关系,并在此基础上模拟计算刺槐水土保持林生物量及碳密度的动态变化.结果表明:1)树龄12 a以前为刺槐树高和胸径的快速生长期,树高的平均生长速率可达0.63 m/a,胸径平均生长率为0.53 cm/a,树龄12a时树高可达6.9m、胸径5.19 cm、生物量10.18 t/hm2;2)利用建立的生物量预测模型得出,当树龄达到20 a时,刺槐水土保持林生物量的连年生长量最大,达2.99 t/hm2,树龄35 a时生物量的连年生长量曲线与平均生长量曲线相交,成为成熟林,总生物量达72.79 t/hm2,碳密度为35.52 t/hm2,对树龄35 a以上的刺槐水土保持林应该及时更新与改造.     

渭北黄土丘陵区人工林类型对土壤属性的影响

为了研究渭北黄土丘陵区人工林类型对土壤属性的影响,选取位于同一坡面上的刺槐纯林、油松纯林和苹果园土壤为研究对象,分析了土壤结构稳定性,土壤有机碳、无机碳和土壤呼吸等土壤属性在3种人工林土壤剖面的变化特征,并探讨了土壤有机碳和无机碳在水稳性团聚体形成中的作用。结果表明:3种人工林土壤团聚体破碎率均较高,各团聚体水稳性指标值、土壤有机碳含量、土壤呼吸在3个样地的顺序均为油松林刺槐林苹果园,土壤无机碳含量的顺序为刺槐林苹果园油松林。土壤有机碳和无机碳含量之间呈负相关关系,且二者分别与团聚体水稳性呈正相关和负相关关系,但同时,无机碳含量存在一个阈值,当低于或高于这一阈值时,其含量与团聚体水稳性分别呈正相关或负相关关系,因此,当无机碳含量较高时,应降低其含量,并提高土壤有机碳含量,以改善土壤结构,降低土壤遭受侵蚀的风险;土壤结构稳定性各指标之间及其与土壤有机碳含量和土壤呼吸呈极显著正相关关系。可见,人工林类型显著影响各项土壤属性,油松林在提高土壤质量方面的作用大于刺槐林。