岩溶区地表河不同时期高分辨率监测碳通量变化特征研究———以漓江流域为例

为探讨同一岩溶流域不同时期水体理化性质及无机碳通量的不同特征及其影响因素,本文于2012年5月8日-17日,7月6日-13日,12月3日-10日对漓江流域进行了洪水期、平水期及枯水期的高频率昼夜监测.结果表明,水动力条件是控制研究区水体理化性质的首要因素,且降雨条件下控制力增强,稀释作用占主导地位,pH值、水温、电导率及离子质量浓度随降雨过程降低;无降雨条件下,水体理化性质主要受温度及水生植物光合作用、呼吸作用控制,表现出明显的昼夜变化特征:水温及pH值白天高、夜晚低,电导率及HCO-3离子质量浓度白天低、夜晚高.碳通量由高到低分别为洪水期(平均4.43kg C/s)、平水期(平均1.51kg C/s)、枯水期(平均1.07kg C/s),受水动力条件及HCO-3离子质量浓度共同控制,其中水动力条件占主导地位,但二者同时发生变化时,碳通量则随变异系数较大的一方波动.     

Seasonality and interaction of biogenic and lithogenic particulate flux at the panama basin

Time-series sediment traps were deployed for an entire year at three depths (890, 2590, and 3560 meters) at a deepwater station (3860 meters) in the Panama Basin. The amount of horizontal and lithogenic particulate material arriving at the three depths was seasonally pulsed and directly reflected changes in surface primary production. Two spikes of organic flux were simultaneously recorded at all three depths: (i) a period of high productivity during regional upwelling in February through March and (ii) an unusual bloom of a single species of coccolithophorid during June through July. This latter spike delivered approximately 25 grams of coccolith per square meter of area at a depth of 3860 meters during less than 60 days. The flux of lithogenic particles increased with increasing depth and was seasonally correlated to surface production and current direction, and not to the detritus discharged in river flow. The data suggest that suspended clays are efficiently scavenged from the water column by rapidly sinking organic aggregates.     

Degradation of terrigenous dissolved organic carbon in the western Arctic Ocean

The largest flux of terrigenous organic carbon into the ocean occurs in dissolved form by way of rivers. The fate of this material is enigmatic; there are numerous reports of conservative behavior over continental shelves, but the only knowledge we have about removal is that it occurs on long unknown time scales in the deep ocean. To investigate the removal process, we evaluated terrigenous dissolved organic carbon concentration gradients in the Beaufort Gyre of the western Arctic Ocean, which allowed us to observe the carbon's slow degradation. Using isotopic tracers of water-mass age, we determined that terrigenous dissolved organic carbon is mineralized with a half-life of 7.1 +/- 3.0 years, thus allowing only 21 to 32% of it to be exported to the North Atlantic Ocean.     

人为补水对扎龙芦苇湿地甲烷排放的影响

为研究人为补水对芦苇湿地甲烷排放的影响,分别在补水前5 d、补水后10、20和30 d测定了扎龙芦苇湿地淹水区RH和未淹水区RA的甲烷排放通量。结果表明,补水后30 d RH水深由20 cm上升至120 cm,甲烷排放通量由3.13 mg/(m2·h)增至9.60 mg/(m2·h),是对照组CH的1.62倍;RA在补水后30 d水深达到10 cm,甲烷排放通量由2.80 mg/(m2·h)上升至18.96 mg/(m2·h),为对照组CA的5.31倍。补水期间,RH的水深增加刺激了芦苇生长,从而为甲烷产生提供了更多底物,并增强了厌氧条件,导致甲烷排放增大;RA淹水后,大量有机质分解为甲烷产生提供了碳源以及通气状况的改变是促进其甲烷大量排放的原因。研究表明人为补水过程促进了淹水区和非淹水区的甲烷排放,建议在评估湿地甲烷排放时应考虑人为补水因素。     

夏玉米农田表面温度影响因素分析

 【目的】农田表面温度变化规律及其特征的研究，对于采用该指标进行农田墒情监测具有重要的实践指导意义。【方法】以华北平原夏玉米农田尺度为研究对象，采用涡度相关技术和热红外遥感技术，研究了夏玉米全生育期内不同环境条件下农田能量平衡各分量及气温环境因素与农田表面温度的关系。【结果】在不存在土壤水分胁迫情况下，夏玉米不同生育阶段日变化过程中，气温与农田表面温度的相关程度不同，叶面积指数(LAI)较低时二者高度相关，随着生长发育LAI的增加，二者相关程度降低且分散程度增大；净辐射和潜热通量的大小是确定农田表面温度高低的主要能量因子，二者相关程度随着生育期LAI的增减呈抛物线变化趋势, 晴天日农田郁闭时，农田表面温度与能量平衡各分量之间的相关程度达到最高。季节变化过程中，日平均表面温度和瞬时表面温度与日平均气温和瞬时气温间呈高度相关。夏玉米生长大喇叭口期至乳熟期，0～100 cm土层土壤相对含水量超过65%以上时，晴天或云天日表面温度与气温差值相差不大，基本稳定，平均为－5.3℃。【结论】农田表面温度的高低是由作物生长势和外界的辐射、土壤水分状况等因素共同作用确定。     

野古草水淹后恢复生长动态研究

[目的]探究野古草(Arundinella anomala Steud.)水淹处理后不同恢复生长期的生长差异。[方法]通过设置对照、水淹根部(植株置于水中,仅地下部分被淹没)和水淹2 m(植株置于水中,顶部距水面2 m)3个水淹深度以及40、60、90 d 3个水淹时间,观察了野古草在出水后不同恢复生长期的生长情况。[结果]短期水淹后,野古草在整个恢复生长期的分蘖数保持不变。90 d的长期水淹后,其分蘖数在恢复生长初期迅速增加,且分蘖数增加速率都高于对照植株,在恢复生长后期生长速率有所降低,但仍高于对照植株。长时间的水淹会使野古草植株地上部分生物量减少,但在出水后的整个恢复生长期地上部分生物量会迅速增加。[结论]野古草植株在水淹后仍可进行恢复生长,长时间水淹后其生长在恢复生长初期表现更明显,说明该物种对水淹具有一定的耐受能力。     

湖南东江水库流域水汽特征及人工增雨潜力分析

利用湖南省东江水库流域境内的郴州探空站1995~2004年1~12月每日2个时段(北京时间08:00和20:00)的观测数据,以及郴州、桂东、资兴和汝城4县气象台站1995~2004年1~12月的地面雨量资料,应用传统的大气分层方法,计算并分析了流域上空的水汽量月变化,水汽交换次数及更新率,水汽总通量及人工增雨潜力。结果表明,流域空中水汽量年平均值为3.79 g/cm2,极大值为6.35g/cm2,出现在7月;极小值为2.02 g/cm2,出现在12月;从季节变化来看,夏季水汽最为丰富,为5.53 g/cm2,春季次之,冬季最少;而春季水汽更新率最快,仅需6.6 d;水汽总通量与降水总量的差异在夏季(6~8月)相当显著,若在此期间充分开展人工增雨作业,可能给水库增加蓄水总量达1.17~2.94亿t。     

基于遥感的鄱阳湖水体总悬浮物对水文特征的响应分析

鄱阳湖水文特征变化明显,总悬浮物(TSS)受湖区水位和五河影响较大。通过时序MODIS数据提取全湖TSS浓度信息,从湖体水位、五河流量、五河含沙量3个指标来分析TSS浓度的时空分布特征和变化规律。结果表明:随水位变化全湖TSS浓度在8.8和13.0m附近有急剧变化的过程,其他水位的TSS浓度变化较为平稳,水位与全湖TSS浓度平均值呈线性正相关性;丰水期五河流量、含沙量较大,TSS浓度变小,而枯水期五河流量、含沙量减小,则TSS浓度变大;当水位变化幅度不大时,水流流速和水域面积相对稳定,五河流量、含沙量与TSS浓度成正比关系。初步揭示了湖区水体TSS浓度对水文特征的响应关系。     

基于涡度相关法的黄河小浪底人工混交林CH4通量平均周期的确定

  目的  随着涡度相关法长期连续观测CH₄通量的研究在国际上日渐增加,准确计算CH₄通量成为相关研究人员关注的热点问题之一。根据研究区实际情况,探究涡度相关数据在实际应用中适宜的采样频率和平均计算周期,为准确计算CH₄通量提供理论依据。  方法  采用不同的平均周期（15 ~ 720 min）对黄河小浪底人工混交林生态系统2016年7—8月CH₄通量原始数据（采样频率10 Hz）进行计算,以30 min为准标准,比较不同平均周期计算的CH₄通量日变化特征,分析不同平均周期对CH₄通量计算的影响。  结果  不同平均周期导致计算的CH₄通量结果发生变化。15、60、120、240、360和720 min平均周期与30 min计算的CH₄通量日变化特征趋势差异正午前后较大,而在早晨或傍晚差别较小;平均周期小于120 min时,其计算CH₄通量日变化趋势与30 min一致,CH₄的通量值随平均周期的增加而增大,当平均周期大于240 min,通量计算出现明显误差。结合Ogive函数计算分析,当平均周期小于15 min时,Ogive函数逐渐增大,当平均周期为60 min时,ogive函数逐渐平稳。  结论  不同计算周期对CH₄的计算结果有一定的影响,在本研究区下垫面情况下,计算月及其以上尺度的CH₄通量采用60 min的平均周期,而研究日及其以下尺度的CH₄通量变化特征时采用平均计算周期为15 min。      

干挖法清淤对南汉垸内沟渠沉积物中氮形态和氨氮扩散通量的影响

为研究干挖法清淤对沉积物中氮形态与氨氮扩散通量的影响规律,以洞庭湖区南汉垸为研究对象,通过对农田灌溉区、生活排污口、养鸭场、水产养殖区和养猪场等典型区域的沟渠沉积物及上覆水进行采样分析,利用Fick定律估算沉积物-水界面氨氮扩散通量,采用连续分级法测定沉积物中各形态氮含量。结果表明:南汉垸内沟渠采用干挖法清淤后沟渠内源污染减小,上覆水质改善。沉积物-上覆水界面氨氮扩散通量为~(-1)1.43～16.19 mg·m~(-2)·d~(-1),沉积物中总氮含量为403.66～1 120.23 mg·kg~(-1),沉积物总氮与游离态氮(FN)、可交换态氮(EN)、酸解态氮(HN)和残渣态氮(RN)含量均随清淤完成时间延长呈增加趋势。清淤36个月后,不同功能区沉积物总氮含量由高到低依次为养鸭场养猪场水产养殖区生活排污口农田灌溉区。沉积物-上覆水界面氨氮扩散通量与沉积物中FN显著相关(P0.05)。与农田灌溉区相比,养猪场、养鸭场、水产养殖区及生活排污口对沟渠氮素的贡献量大。南汉垸内畜禽和水产养殖及生活排污的外源输入是沟渠沉积物及其上覆水中氮含量增加的主要原因。采用干挖法清淤后沉积物-水界面氮的释放短期内明显降低,使得南汉垸内沟渠的地表水环境质量得到明显改善;因沟渠清淤具有时效性,需加强对垸内沟渠实时监控并定期清淤,保障沟渠连通性和维持良好上覆水质。     

北京城市森林生态系统能量分配的季节动态研究

  目的  森林是陆地生态系统的主要组成部分,对全球碳水循环和能量交换过程有重大影响,然而对城市森林生态系统能量交换过程的了解仍很有限,本文在北方城市森林开展生态系统水热通量的机理研究,对制定科学合理的人工林水分管理策略具有重要意义。  方法  本研究利用涡度协方差观测法,探讨了2018年北京奥林匹克森林公园各表面能量组分的日变化和季节变化,以及控制能量分配的主要生物物理因子。  结果  全年日均净辐射通量（R_n）为133 W/m2,日均感热通量（H）为23.6 W/m2,日均潜热通量（LE）为26.9 W/m2。波文比（β = H/LE）为0.88。在非生长季,感热通量大于潜热通量,在生长季开始,潜热通量逐渐超过感热通量,占据主导地位。Priestley-Taylor系数（α系数）、冠层导度（g_s）和解耦系数（Ω）都与土壤含水量（VWC）和归一化植被指数（NDVI）呈正相关的关系,与饱和水汽压差（VPD）则呈现先上升后下降的关系。β与VWC、VPD和NDVI都呈现负相关的关系。VWC和VPD通过影响冠层导度,控制潜热通量及能量分配。  结论  本研究结果表明:干旱条件能显著降低生态系统冠层导度,从而降低潜热通量,影响能量分配。此外,为提高潜热通量比例,最大化城市绿地的降温功能及其价值,在冠层构建期和生长季干旱期进行一定程度的灌溉是一项合理的用水管理措施。      

帽儿山天然次生林融雪径流可溶性有机碳时间动态及垂直分布

融雪期是北方地区可溶性有机碳(DOC)通过融雪径流从陆地生态系统向河流输出的关键时期,因此观测融雪径流DOC动态对分析流域碳流失至关重要。在帽儿山生态站选取东北东部典型天然次生林建立25 m×25 m的水量平衡场,测定分析2014年融雪期不同土层(5、35、65和95 cm)融雪径流DOC含量和通量的时间动态和垂直分布规律。结果表明: 1) 该融雪期土壤水量输入和输出分别为74.2和15.6 mm,径流率高达21%;融雪期DOC输出量与冬季大气输入量基本持平,分别为0.25和0.22 g/m2。2)高峰期DOC含量与其瞬时流量的相关性随土层而变。5和35 cm土层DOC含量与瞬时流量之间均无显著关系(P0.05);65 cm土层则表现出弱负对数关系(R2=0.29,P0.05),而95 cm土层呈现显著线性正相关(R2=0.43,P0.05)。不同土层DOC瞬时通量与瞬时流量之间均极显著正相关(R20.9,P0.001),且产流量越大的土层,其正相关回归方程的斜率也越大,表明水文驱动土壤DOC流失。3)融雪径流产流量和输出DOC通量大小均表现出35 cm5 cm95 cm65 cm土层趋势,其中5和35 cm土层是DOC的主要输出层,占总输出量的70%,而在融雪高峰期可高达90%。由于土壤的滞留作用,DOC含量波动范围随土层加深而向低浓度收敛。      

控制土壤含水量对蔬菜产量及露地菜田水分渗漏量的影响

【目的】通过揭示不同土壤含水量对蔬菜产量及蔬菜地土壤水分渗漏量的影响,为蔬菜生产中合理灌溉提供指导。【方法】通过3年田间试验,利用TDR连续监测土壤含水量,运用田间定位通量法计算土体水分渗漏量,分析不同水分处理下蔬菜产量和土体水分渗漏量之间的差异。【结果】传统水分处理下蔬菜地水分累积渗漏量为982mm,其中蔬菜生长期内累积渗漏量为748mm,占蔬菜生长期内供水量的36%;优化水分处理和充分水分处理下蔬菜地水分累积渗漏量230mm和468mm,其中蔬菜生长期内水分累积渗漏量分别144mm和293mm,占各处理下供水量的9%和17%。除2002年优化和充分水分处理下花椰菜产量高于传统水分处理下花椰菜产量并达到显著水平外,其余年份蔬菜产量并无显著差异。【结论】保持土壤含水量在蔬菜生长有效土壤含水量50%～80%的优化水分处理在蔬菜生产中有很大的推广价值。     

三江平原大豆田湍流热通量研究

【目的】明确大豆田地表湍流热通量变化特征及其规律,为阐明大豆田地表能量平衡奠定基础。【方法】以三江平原大豆田为研究对象,基于涡度相关数据分析大豆生长季地表湍流热通量的日变化、季节变化、地表水分平衡和地表能量分配特征及其主控因子。【结果】大豆田地表潜热和感热通量日变化均表现为明显的单峰特征。潜热通量季节变化特征明显,一般于6月下旬至7月上旬达到最大值,其与净辐射呈显著线性正相关关系,但当降水量较少时也与降水量呈显著线性正相关关系。 大豆田地表感热通量整体呈下降趋势,亦与净辐射呈显著线性正相关关系,但感热通量Hs和Hs/Rn均与降水量呈显著负相关关系。大豆生长季内降水总量明显大于蒸散总量,但降水分布不均也会使得短期内出现水分收支亏缺。2005-2007年,大豆田波文比季节变化特征不完全相同,波文比与降水量和叶面积指数均呈显著负相关关系。【结论】三江平原大豆田潜热和感热通量单峰日变化特征显著,生长季内大豆地表水分盈余。净辐射、降水量和植被发育是影响大豆田潜热和感热通量以及能量分配的主要因子。     

宁夏引黄灌区春小麦节水灌溉模式的研究

黄河流域缺水将是一个长期的态势,今后有可能成为制约宁夏引黄灌区种植业生产发展的瓶颈。本研究在引黄灌区小麦套种玉米种植方式上小麦产4500 kg/hm2左右的生产水平下,模拟了5种灌水方式对小麦产量的影响.结果表明,在早灌头水的前提下,小麦全生育期灌4次水能够满足小麦正常生长发育对水分的要求,获得最高产量,在水资源正常情况下,应采用此灌水模式。在水资源短缺的情况下,从节水和提高水效益的角度考虑,可采取全生育期灌3水的控灌方式。全生育期灌水超过4次,不但浪费水资源,而且不利于产量的提高.     

旱地麦田休闲期覆盖对土壤水分积耗的影响及与产量的关系

【目的】明确旱地麦田休闲期覆盖的增产效果,探索旱地小麦休闲期覆盖保水技术途径,为促进旱地小麦产量和水分利用效率的提高提供理论依据。【方法】于2010-2013年在山西省闻喜县邱家岭村以冬小麦品种运旱20410为试验材料,设休闲期深翻后覆盖与不覆盖2个处理,测定休闲期和小麦各生育时期土壤水分及产量和产量构成因素,研究休闲期覆盖对麦田土壤水分积耗规律和小麦产量、水分利用效率的影响。【结果】休闲期覆盖后播种期3 m内土壤蓄水量提高,丰水年提高47 mm,平水年提高55 mm,欠水年提高63 mm,且欠水年更有利于土壤水分蓄保于深层。休闲期覆盖后土壤蓄水效率显著提高,丰水年提高35%,平水年提高48%,欠水年提高101%,且蓄水效果至开花期仍显著。休闲期覆盖后生育期耗水量虽显著增加,但休闲期耗水量显著降低,因而周年总耗水量无明显变化。休闲期覆盖后拔节前耗水比例显著降低,拔节后耗水量及日平均耗水量显著增加,拔节后耗水比例增加,尤其在欠水年休闲期覆盖对生育后期耗水有较大调控作用。休闲期覆盖后产量和产量构成因素均显著提高,其中对穗数影响最大,尤其在欠水年提高了19%,且欠水年对穗粒数和千粒重的影响也较大,最终丰水年产量提高30%,平水年提高35%,欠水年提高50%。此外,在休闲期覆盖条件下,各生育阶段的耗水量与产量均密切相关,尤其是拔节后的耗水量。结果还表明,休闲期覆盖处理,每多蓄1 mm播种期土壤水分可增产17-26 kg·hm^-2,每多消耗1 mm生育期土壤水分可增产22-26 kg·hm^-2,且降水生产效率和水分利用效率均显著提高,尤其欠水年更能高效用水。【结论】休闲期覆盖有利于蓄积休闲期降水直至开花期;有利于实现降水周年调控,减少生育前期耗水,增加生育中后期耗水;有利于优化产量构成因素,尤其穗数,提高产量,最终实现降水的高效利用。在欠水年,休闲期覆盖的蓄水增产效果最佳。     

基于物候期的核桃树干液流特征

运用SF100热脉冲茎流仪对核桃树干液流按物候期进行了观测,并对其周围环境因子如辐射强度、空气温度和空气相对湿度进行了同步监测。结果表明,核桃花期和果实成熟期,水分条件较好,液流量较大,液流速率与辐射强度和空气温度的相关性较好;果实生长期由于受到土壤水分的强烈胁迫,液流量较小,液流速率与相对湿度的偏相关系数最高,其次是太阳辐射,而与空气温度的相关性则较差。     

江淮丘陵地区棉花需水量与需水规律及灌溉增产效果研究

通过对江淮丘陵地区棉花的需水量与需水规律的3年试验研究,得出该地区棉花大田生长期需水量、阶段需水强度和灌溉增产效果。     

林地不同厚度土壤表面呼吸通量的试验

采用室内培养土壤方法,运用LI-8150测定了3次3昼夜不同厚度土壤表面呼吸通量。结果表明,随土壤厚度的增加,各次试验各时间跨度呼吸通量虽呈增加的趋势,但增加的速率相差很大,没有呈现线形增加的趋势。随观测时间的延续,呼吸通量增速最大值由10到20 cm厚度转变到20到30 cm厚度。呼吸通量的增速决定了各层次厚度呼吸通量的贡献率,各厚度呼吸贡献率与呼吸通量增速的大小具有相同的表现形式。     

Mediterranean moisture source for an early-Holocene humid period in the northern Red Sea

Paleosalinity and terrigenous sediment input changes reconstructed on two sediment cores from the northernmost Red Sea were used to infer hydrological changes at the southern margin of the Mediterranean climate zone during the Holocene. Between approximately 9.25 and 7.25 thousand years ago, about 3 per thousand reduced surface water salinities and enhanced fluvial sediment input suggest substantially higher rainfall and freshwater runoff, which thereafter decreased to modern values. The northern Red Sea humid interval is best explained by enhancement and southward extension of rainfall from Mediterranean sources, possibly involving strengthened early-Holocene Arctic Oscillation patterns and a regional monsoon-type circulation induced by increased land-sea temperature contrasts. We conclude that Afro-Asian monsoonal rains did not cross the subtropical desert zone during the early to mid-Holocene.