灌丛化对高寒草甸土壤水力性质的影响

全球气候变化背景下,青藏高原高寒草甸灌丛化已经成为青藏高原植被景观的主要变化趋势。为了更好地认识和理解灌丛化与高寒草甸生态系统的关系,以青藏高原东缘川西锦鸡儿(Caragana Erinacea Kom)和金露梅(Potentilla Fruticosa)灌丛化高寒草甸为对象,采用环刀浸泡法和双环入渗法研究了其在未灌丛化、轻度灌丛化、中度灌丛化和重度灌丛化阶段土壤持水和入渗能力特征。结果表明：(1)2种灌丛化草甸土壤容重在中度灌丛化阶段最低,总孔隙度在中度灌丛化阶段最高。(2)随着灌丛化程度的增加,2种灌丛化草甸土壤含水量呈增加趋势,表现为在重度灌丛化阶段最高;土壤毛管持水量、田间持水量和最大持水量呈抛物线变化趋势,在中度灌丛化阶段最大。(3)2种灌丛化草甸土壤的初渗率、稳渗率和入渗速度随灌丛化程度的增加总体表现为增加趋势,其中在中度和重度灌丛化阶段显著高于未灌丛化阶段。(4)相关性分析表明,灌丛化草甸土壤的入渗指标与土壤含水量、非毛管孔隙度有显著相关关系。因此,高寒草甸灌丛化过程中,土壤水力性质的改变通常发生在中度和重度灌丛化阶段。     

淮北平原农林复合生态系统非生长季CO2通量变化特征

采用开路式涡度相关系统对淮北平原农林复合生态系统非生长季的CO2通量特征进行连续监测,并基于晴好天气10Hz高频数据直接计算而来的经过简单修正的通量数据来探讨河南省西平县杨树人工林非生长季节CO2涡度通量的变化特征。结果表明：（1）生态系统CO2通量具有明显的日变化和季节变化,在日尺度上整个生长季白天表现为碳吸收,在月尺度上秋末和初春表现为明显的碳汇功能;（2）通过对比生态系统CO2通量和土壤呼吸速率,发现土壤呼吸速率对生态系统碳通量的贡献小于植物对它的贡献;（3）5cm土壤呼吸与土壤温度的日内和日际相关关系显著,但生态系统CO2通量与其相关关系不够显著;（4）5cm土壤呼吸的日内变化与土壤含水量相关关系显著,而土壤呼吸日际以及生态系统CO2通量与其相关关系不显著;（5）降雨和复杂的降水过程（如雨夹雪等）过后,生态系统的碳吸收有增加的趋势;而降雪和雾天后生态系统的碳释放有增强的趋势。     

青藏高原高寒金露梅灌丛湍流热通量交换与分配特征及其环境影响机制

青藏高原重要植被类型之一高寒灌丛的湍流热通量交换是局地微气候特征和植被物候事件的主要调控因素,但其时间格局与分配特征及环境影响机制尚不明确。以青藏高原东北隅的高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛为研究对象,基于涡度相关系统连续观测的湍流热通量,研究该生态系统显热通量和潜热通量交换与分配的特征及潜在环境调控过程。结果表明(1)全年逐时显热通量和逐时潜热通量的平均日变化均表现出单峰型特征,最大值出现在13:30左右。在非生长季(11月-翌年4月)、生长初期(5月)和生长季末期(10月),热量交换以显热通量为主,而在生长季中期(6-9月)则以潜热通量居多;(2)显热通量呈现出双峰型季节特征,最大峰和次高峰分别出现在4月中旬和10月上旬。潜热通量为单峰型季节变化,最大值在7月下旬;(3)湍流热通量的逐时、逐日变异均主要受控于太阳短波辐射;(4)波文比呈现出U型季节变化,而解耦系数、蒸散比例表现为钟型季节变化,热量分配指标在非生长季和生长季分别受控于土壤表层温度和增强植被指数。高寒金露梅灌丛的热量交换主要受控于太阳辐射,热量分配则受下垫面温度和植被覆盖影响。     

青藏高原高寒灌丛昼夜温差对NEE的影响及其变化特征

为了探讨气候变化背景下昼夜温差的减小对高寒生态系统碳平衡产生的影响,基于涡度相关系统,利用2009年、2010年、2011年的涡动相关系统观测资料,对青藏高原高寒灌丛昼夜温差对净生态系统CO_2交换(NEE)的影响及其变化特征进行了研究。结果表明:高寒灌丛生态系统2009年、2010年、2011年NEE的逐日变化趋势基本一致,最大碳吸收的月份都是7月,分别为-263.49,-318.73,-278.47 g/(m~2·月)。就全年来看,高寒灌丛生态系统2009年、2010年、2011年的NEE为-466.19,-483.65,-204.83 g/(m~2·a),表现为弱的碳汇。高寒灌丛的日最高温和日最低温在一年中都表现为先增大后减小的变化趋势,而昼夜温差却有着相反的变化趋势。2009年、2010年、2011年昼夜温差的月平均最小值都出现在9月,分别为11.28,12.29,10.87℃,但NEE的月平均最小值都为7月。在2009年、2010年和2011年的5—9月的昼夜温差与NEE都呈显著的负相关关系,说明高寒灌丛在生长季昼夜温差的增大有利于生态系统碳的积累,暗示在未来昼夜温差减小的条件下高寒灌丛可能会促进陆地生态系统的碳损失。     

高寒草地灌丛化对土壤团聚体稳定性及有机碳分布特征的影响

灌丛化是草地生态系统面临的重大生态环境问题之一,是影响高寒草地土壤碳库储量的重要因素。采集青藏高原灌丛化和未灌丛化草地土壤样本,用Cambardella和Elliott湿筛法和沉降虹吸法测定土壤团聚体含量及其稳定性、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,分析了草地灌丛化对土壤团聚体数量及其稳定性的影响。结果表明,灌丛化和未灌丛化草地土壤团聚体以2～0.25 mm粒径为主,但灌丛化草地土壤微团聚体(≤0.053 mm)含量显著低于未灌丛化草地,表明草地灌丛化主要影响土壤微团聚体而对大团聚体含量影响不显著。灌丛化草地土壤团聚体稳定性低于未灌丛化草地土壤,表明草地灌丛化后土壤结构稳定性降低。灌丛化草地土壤SOC和TN含量显著低于未灌丛化草地土壤,说明在气候变化影响下高寒草地灌丛化可能会降低土壤碳库储量。     

若尔盖高原高寒草甸地表能量交换和蒸散研究

若尔盖高原高寒草甸生态系统是青藏高原能量和水分循环的重要组成部分,但该地区地面水热通量观测数据非常缺乏。本研究基于涡动相关法,于2013年11月1日−2014年10月31日,利用三维超声风温仪和红外开路二氧化碳/水汽分析仪在若尔盖高原一典型高寒草甸开展周年通量观测,以揭示其地表能量交换和蒸散特征及影响因素。结果表明：高寒草甸地表能量通量各组分呈显著的日变化和季节变化特征,净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年均值分别为94.5、21.0、51.8和1.2Wm−2。非生长季感热稍占优势,生长季潜热占绝对主导地位,波文比全年平均值为0.70,能量平衡闭合率年平均值为0.77。辐射是感热通量的主要气象影响因子,潜热通量则受温度、辐射和饱和水汽压差共同影响。日蒸散量变化范围为0.12～5.09mmd−1,全年平均值为1.82mmd−1。非生长季蒸散主要受土壤表面导度因子控制,生长季则由辐射主导,土壤和植被表面导度因子为次要影响因素。在季节尺度上,蒸散的变化取决于降水分布,全年降水和蒸散量分别为682.7mm和673.6mm,其中生长季分别占全年总量的84%和82%。6−7月降水匮乏抑制了蒸散,此时土壤储水成为蒸散的主要水源,从全年看,降水基本都以蒸散的方式返回大气。与青藏高原上同类观测研究相比,地表能量通量和蒸散都有相似的季节变化趋势,但观测到的年平均波文比和年蒸散量最大,气温、降水、地表植被等因素的共同作用导致这一结果。研究数据可作为地面验证资料,用于若尔盖地区陆面模式参数化方案的优化和卫星遥感反演资料的校验。     

青藏高原东缘乔灌交错带地被物和土壤碳氮储量特征

为揭示青藏高原群落交错带地被物(枯落物和苔藓)和土壤碳、氮过程,以青藏高原东缘典型乔灌交错带云杉针叶林、云杉针叶林—高山柳灌丛交错区(乔灌)和窄叶鲜卑花灌丛3个林型为研究对象,采用野外调查和对地被物、土壤的采样分析,研究了乔灌交错带地被物和土壤有机碳和全氮储量及其分配特征。结果表明:3个林型的地被物有机碳和全氮储量大小顺序为乔灌针叶林灌丛,有机碳大小分别为28.73,19.96,5.31 t/hm~2,全氮储量大小分别为0.96,0.54,0.12 t/hm~2。灌丛0—30 cm土壤有机碳储量(148.37 t/hm~2)显著高于针叶林(118.19 t/hm~2)和乔灌(114.93 t/hm~2),而土壤全氮储量大小顺序则表现为灌丛(19.53 t/hm~2)乔灌(14.60 t/hm~2)针叶林(11.79 t/hm~2),10—20 cm土壤有机碳和全氮储量显著高于0—10 cm和20—30 cm土壤。综合地被物和土壤有机碳和全氮储量,3个林型地表有机碳、全氮储量大小顺序均表现为灌丛乔灌针叶林,0—30 cm土壤有机碳和全氮储量均显著高于地被物,分别占总储量的80.0%～96.5%和93.8%～99.3%。这些研究表明青藏高原东缘高寒灌丛群落扩张将增加地表碳、氮库,有利于生态系统碳、氮固存。     

冬季猪舍粪便贮存过程中CO2排放特征

利用丹麦猪舍和液态猪粪便进行了CO2气体排放测试,比较了3种粪坑内粪便高度（0.15,0.40和0.65 m）、3种通风量（211,650和1 852 m3/h）、粪坑内有无挡板下冬季猪舍粪便贮存过程中CO2排放通量。测试结果表明：通风量、粪便温度和粪坑挡板可以用来解释大部分的CO2排放通量变化的差异;对于使用渗透性天花板进气和负压通风排气,CO2排放通量随着舍内通风量的增加而增大,3种通风量之间CO2排放通量差异显著;使用粪坑挡板可以显著降低粪坑内的空气交换和减少CO2排放通量;粪便贮存高度的变化对CO2排放通量的作用不明显;敏感性分析表明CO2排放通量相对于粪便温度的敏感性（敏感度值大）要高于通风量,在较低的通风量变化区间,CO2排放通量变化的敏感性要高于较高的通风量变化区间,但对于粪便温度变化趋势正好相反。通风量的增加同时会降低舍内和粪坑内空气温度以及粪便温度,因此要综合考虑通风量和温度对气体排放通量的影响。     

2001-2020年青藏高原草地物候变化遥感监测

[目的]探究青藏高原草地物候时空变化规律,对于理解高寒生态系统与区域气候之间的相互作用和生态安全屏障保护与建设具有重要的科学意义。[方法]基于2001—2020年MODIS归一化植被指数(NDVI)时序产品,采用非对称高斯函数拟合法和动态阈值法,提取了青藏高原草地NDVI峰值、NDVI峰值期、返青期(SOS)、枯黄期(EOS)和生长季长度(LOS)参数。[结果](1)研究区草地物候的空间分布规律明显,自西向东,草地NDVI峰值增加、峰值期提前、SOS提前、EOS推迟、LOS延长。(2) 20年间,青藏高原草地物候年际变化主要表现为SOS呈提前趋势(12.11%的区域显著提前),EOS呈推迟趋势(18.49%的区域显著推迟),LOS呈延长趋势(18.87%的区域显著延长)。(3)青藏高原气温、降水对SOS有1～2个月的滞后效应;气温对EOS有1～2个月的滞后效应,而降水对EOS的滞后效应不明显。考虑滞后效应的条件下,气温是影响草地SOS,EOS年际变化的主导因子。[结论]青藏高原草地物候具有空间异质性,且气温是影响草地物候时空变化的主要因素。     

不同退化程度下的高寒草甸主要温室气体通量

青藏高原高寒草甸对于气候变化和人类活动敏感而脆弱,以高寒草甸4个退化阶段:原生草甸(NM)、轻度退化草甸(LM)、中度退化草甸(MM)和重度退化草甸(HM)为研究对象,利用静态箱法研究了草甸退化对于草地主要温室气体通量的影响。结果表明:不同放牧强度对于草地温室气体通量影响显著,重度退化草甸相比原生草甸CH_4吸收显著增加(p0.05),CO_2排放能力逐渐降低,N_2O排放能力显著增强(p0.05),放牧活动对于高寒草甸的影响首先表现在植被上,而土壤环境的变化相比植被更加迟滞,因此退化年限对于草地温室气体通量至关重要。通过逐步回归分析得知,草甸甲烷通量主要影响因子为土壤紧实度、有机质、植被盖度;二氧化碳通量主要影响因子为全磷、植被盖度、全氮;氧化亚氮通量主要影响因子为有机质、紧实度、死根,高寒草甸退化演替发展到重度退化阶段时释放大量温室气体。     

藏北高寒草甸温室气体排放对长期增温的响应

为深入认识高寒草甸温室气体通量对长期气候变暖的响应,利用开顶式生长室（OTC,Open Top Chamber）模拟增温2a（2Y,2015-2016年）和6a（6Y,2011-2016年）对藏北高寒草甸生长季CO₂、CH₄和N₂O通量的影响。结果表明：与对照相比,生长季（6-8月）增温6Y处理和增温2Y处理分别增加和降低高寒草甸土壤CO₂排放通量,其中7月增温6Y处理CO₂排放通量显著高于增温2Y处理;增温6Y和2Y处理增加了高寒草甸CH₄吸收通量,但是处理间差异均不显著;高寒草甸N₂O排放通量表现为增温6Y＞2Y＞CK,处理间无显著差异。环境因子与温室气体排放通量的相关分析表明,CO₂、CH₄和N₂O排放通量与0～5cm土壤温度相关不显著;土壤湿度、植物地上生物量、微生物生物量碳和蔗糖酶是影响高寒草甸CO₂排放通量的关键因子;NO₃--N是影响CH₄吸收通量的关键因素;脲酶和NO₃--N是影响N₂O排放通量的主要因子。因此,增温6Y处理通过增加植物地上部生物量、蔗糖酶活性,从而提高了土壤CO₂排放通量,增温6Y和2Y处理通过增加土壤脲酶和NO₃--N含量,从而促进了土壤N₂O排放和CH₄的吸收通量。     

中国典型陆地生态系统水分利用效率及其对气候的响应

水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是陆地生态系统碳-水耦合的重要指标之一,也是研究陆地生态系统响应全球变化的重要参数。深入了解生态系统WUE的长时序变化特征及其影响因素,对生态系统碳水循环研究以及水资源合理开发具有重要意义。该研究基于2003—2010年中国8个碳通量观测站的通量数据、气象数据分析WUE的年内、年际变化特征及其与关键气候因子之间的响应关系。研究表明:1)处于热带季风气候区的千烟洲、西双版纳、鼎湖山3个站点的WUE全年波动较大,无明显规律,其余5个站点的WUE则表现出明显的季节变化特征,均表现为在4—7月份之间,呈现显著增加的特征,在7—8月份达到最高值,8—10月份,WUE逐渐下降,在11月至次年2月份,植被WUE接近于0;2)2003—2010年间,高寒草甸(当雄)年均WUE值最低(0.18 g/kg),热带雨林(西双版纳)最高(4.20 g/kg)。人工针叶林(千烟洲)、热带雨林(西双版纳)、落叶阔叶林和针叶混合林(长白山)植被WUE呈下降趋势,其余5个生态系统年均WUE呈增加趋势;3)8 d时间尺度上,高寒草甸、农田、草原生态系统WUE分别与气温呈正相关;森林生态系统WUE与气温呈负相关,其中人工针叶林生态系统WUE与气温的负相关系数(r=-0.607,P0.01)明显高于常绿阔叶林和针阔混交林;相比森林和农田生态系统,高寒草甸、草原生态系统WUE与相对湿度和降水具有较高的相关性;4)森林生态系统可通过土壤管理调控、冠层修剪等方式提高水分利用效率;农田生态系统需从灌溉方式、作物育种方面提高水分利用效率;高寒草甸及草原生态系统需采取人工种草、休牧以及划区轮牧等方式增强草原碳汇,从而提高水分利用效率。     

民勤沙井子典型固沙植被区土壤水分动态与降水再分配研究

利用智能中子水分仪定时测定土壤水分的方法,在2006-2007年测定并分析了不同固沙灌木林地0-200cm深土壤共10个层次的水分时空变化特征和降水人渗再分配,结果表明:(1)民勤沙井子不同固沙灌木林地土壤水分季节变化表现为消耗期(6-7月);积累期(8-9月和4-5月),消退期(10月)-稳定期(11月-翌年3月).(2)土壤水分垂直变化为20cm土层含水量最低,60cm土层最高; 120-200 cm土层含水量随林地的不同而呈现减少、增加或保持稳定,(3)生长季节,土壤有效储水量0-40cm土层变化最频繁; 5种灌木林地0-200cm土层有效储水量.固定白刺沙包最高,97.9 mm.固定柽柳沙包最低,66.8mm.(4)降水在土壤中人渗深度和入渗历时不但取决于降水量,而且取决于降水强度,1.7 mm/h雨强平均湿润锋深度是0.7 mm/h的1.8倍,说明降水量相近,强度较大的降雨有利于水分向深层渗透.(5)降雨后水分在林地表层土壤中入渗增加,同时较深层的水分却表现为消耗,土壤水分的储存与消耗随着降水量和林地的不同而有差异.     

1999-2019年青藏高原不同植被类型NDVI时空演变特征及其对气候因子的响应

研究青藏高原不同植被类型NDVI时空变化特征,探讨不同植被类型NDVI对气候因子的响应机制,为青藏高原生态保护提供科学依据。基于1999—2019年的SPOT/VEG NDVI数据、植被类型和气象数据,采用线性趋势分析、Pearson相关分析及偏相关分析方法,对1999—2019年青藏高原不同植被类型NDVI时空变化特征进行了分析,并探讨了不同植被类型NDVI变化对气候因子的响应。结果表明：(1)青藏高原整体植被生长状况良好,青藏高原各植被类型生长季平均NDVI均值从高到低依次为森林(0.6)、灌丛(0.48)、草甸(0.37)、草原(0.16)、高山植被(0.13)。(2)除高山植被有轻微退化趋势外,其他植被类型均有显著改善,改善面积占比依次为灌丛58.46%(p<0.05)、森林52.78%(p<0.05)、草甸51.60%(p<0.05)、草原32.65%(p<0.05)。(3)气候因子对植被NDVI的影响具有明显的地域差异性,平均气温对青藏高原植被生长季NDVI变化的影响更为显著,且影响范围更为广阔;而降水主要影响青藏高原北部地区的草原、草甸等植被的ND...     

江汉平原稻-油连作系统冠层CO2通量变化特征

采用涡度相关法,于2010年和2011年对江汉平原水稻-油菜连作田冠层CO2通量进行周年观测,研究该系统CO2源、汇的季节和日变化规律。结果表明,CO2通量的日变化特征明显,各生育期平均CO2通量日变化幅度较大。将观测期通量数据插值后得到CO2净交换通量(NEE)的逐日变化过程,油菜收割后闲置期-中稻移栽期、分蘖期、拔节-抽穗期、乳熟期的平均NEE分别为1.63、-11.86、-20.61、-4.65g.m-2.d-1;水稻收割后的闲置期、油菜苗期-现蕾期、抽薹期、开花期、绿熟期平均NEE值分别为2.18、0.43、-5.00、-11.70、-13.91g.m-2.d-1。全年稻-油连作农田生态系统净CO2吸收量为19.26 t.hm-2。     

克氏针茅草原生态系统生长季碳通量变化特征

植被和大气之间CO2通量的观测有助于理解陆地生态系统的碳循环及其控制机理。以中国北方典型草原克氏针茅草原为研究对象,以涡度相关法为主要技术手段,探讨了2008年生长季内克氏针茅草原净生态系统碳交换（NEE）的变化特征。结果表明,克氏针茅草原生态系统CO2通量的日变化进程可以依据高峰出现的时间分为两种,一种具有一个吸收高峰,出现在11：00左右,另一种则具有两个吸收高峰,在正午前后出现碳释放现象。2008年克氏针茅草原生态系统最大的CO2吸收速率为-0．4mg·m^-2·s^-1。克氏针茅草原在4月和10月的NEE昼夜变化比较平缓,在5—9月日间CO2吸收量和夜间CO2排放量都开始增大,出现了明显的CO2日吸收峰值,但各月的日动态格局差异较大。2008年生长季中7—9月白天碳吸收活动最强,6—9月夜间CO2释放量较大。克氏针茅草原碳通量日累积量在2008年出现了3个明显的碳吸收峰;NEE的日最大累积吸收量和最大累积释放量分别为-2．38和1．47gC·m^-2·d^-1,并且出现在植被生长最旺盛的7、8月份。研究表明,温度和水分是影响克氏针茅草原生态系统碳通量变化的重要因子。     

影响湛江甘蔗产量与糖分的气候因子变化特征

对影响湛江甘蔗产量和糖分的气候因子近55 a来的趋势性、阶段性和周期性进行分析。结果表明：影响甘蔗产量的气候因子中,3-10月的积温增加趋势显著;3-10月的积温和降水量有显著的阶段性;3-10月的积温、降水量、日照时数和大风次数都有显著的振荡周期,总日照时数有11 a、3-4 a的振荡周期,大风有5-6 a、7-8 a的振荡周期。影响甘蔗糖分的气候因子中,10-11月的平均最低气温增加趋势比较显著,有显著的周期性和阶段性;11月-次年2月的降水量有显著的阶段性和2-3 a的振荡周期。     

中国东北休闲期稻田温室气体排放

CH4, N2O and CO2 emissions from northeast Chinese rice fields were measured in the fallow season （November to March） to investigate the effects of freezing-thawing on the emissions. Both CH4 emission from and atmospheric CH4 oxidation by the soil occurred, but the flux was small. During the fallow season, rice fields acted as a minor source of atmospheric CH4, which accounted for about 1% of the CH4 emission during the rice growing period. The field was also a substantial source of atmospheric N20, which ranged between 40 to 77 mg m-2 and eu=counted for 40%-50% of the annual N20 emission. The largest N20 flux was observed in the thawing period during the fallow season. Laboratory incubation tests showed that the largest N20 flux came from the release of N20 trapped in frozen soil. Tillage and rice straw application （either mulched on the soil surface or incorporated in the soil） stimulated the CH4 and CO2 emissions during the fallow season, but only straw application stimulated N2O emission substantially.     

降雨对干旱半干旱区湿地和农田土壤CO_2短期释放的影响

本研究以巴音布鲁克湿地和农田灰漠土原状土为研究对象,进行原位模拟降雨试验,利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统测定土壤的CO_2排放,研究了不同降雨量对土壤CO_2排放的影响。结果表明:降雨导致湿地土壤CO_2释放速率显著增加(P0.01),而农田土壤无显著差异。在其含水量无明显差异下,湿地不同降雨处理组的CO_2排放量均大于农田组,湿地土壤CO_2日累积排放量降水10 mm组降水20 mm组对照组,土壤有机碳高的湿地土壤随降雨量增加,土壤短期碳损失高,而对低有机碳土壤(西北干旱区贫瘠土壤)短期碳损失影响不显著。降雨后农田土壤降水10 mm组CO_2排放与地表温度和5 cm地温相关性极显著(P0.01),其他各处理均未呈现显著相关。说明在干旱半干旱区降雨量对土壤CO_2排放速率有着重要的影响。