青藏高原生态风险及区域分异

全球变化背景下,青藏高原生态系统受到自然、人为双重影响和威胁,生态风险日益加剧。针对生态风险源、脆弱性以及风险管理能力选取30个评估指标,利用生态风险评估优化模型,综合评估了青藏高原的生态风险,并得出如下结论：青藏高原生态风险总体处于较低水平,以低和极低生态风险为主,共占研究区面积的55.84%;极高风险主要分布在北部高山和极高山地区,中等风险主要分布在高原北部以及高原的西部和西南部地区,中、高生态风险在空间分布上形成一个“C”字形结构;青藏高原生态风险整体受自然主导因子控制,人为对生态环境的影响不容忽视,协调和降低青藏高原人类活动区域人类对生态环境的影响,是今后规避生态风险的重要途径。     

青藏高原不同等级降水时空变化特征北大核心CSCD

利用1981-2019年青藏高原气象站的逐日降水量资料,研究青藏高原不同等级降水的空间分布特征和时间变化规律.结果表明:青藏高原主要以小雨和中雨为主,大雨和暴雨非常少.年平均不同等级降水日数和降水量总体均呈东南多、西北少的分布状态. 1981-2019年小雨等级降水日数总体呈不明显的减少趋势,高原东侧和东南侧显著减少;中雨等级的降水日数总体呈显著的增多趋势,显著站点主要出现在青海东北部和四川中部;大雨和暴雨等级降水日数总体为不显著的增多趋势.1981-2019年青藏高原不同等级降水量均呈增多趋势,其中小雨、中雨和大雨通过了95%置信度检验.进一步研究发现小雨等级降水日数的减少主要由0.1-1 mm的降水日数减少导致,而小雨等级降水量的增多则主要由6-10mm的降水量增加引起.综上所述,青藏高原不同等级降水日数和降水量均呈由东南向西北递减的分布特征,变化趋势的空间差异非常大,总体上小雨日数为减少趋势,其他等级降水日数和所有等级降水量呈增加趋势.(图10表1参31)     

Predicting future invasion risk of three widespread malignant weeds on Qinghai-Tibet Plateau,using multi-algorithm ensemble models北大核心CSCD

农田恶性杂草相比普通杂草的传播更为迅速且难以有效防治,对农业生产危害严重.明确典型恶性杂草当前潜在分布面积及未来气候变化下对耕地的潜在入侵风险对农业生产管理具有重要意义.以广泛分布于青藏高原农田中的3种常见恶性杂草,即野燕麦(Avena fatua L.)、一年生早熟禾(Poa annua L.)和狗尾草[Setaria viridis(L.)P.Beauv.]为研究对象,利用广义增强模型(GBM)、广义线性模型(GLM)、人工神经网络(ANN)、最大熵(MaxEnt)、随机森林(RF)及多元自适应回归样条(MARS)算法集合预测上述3种杂草在青藏高原的潜在地理分布以及驱动其变化的关键因子,以评估其对耕地的入侵风险.未来气候场景采用最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)框架下2050年的4种共享经济路线(SSP1-2.6、2-4.5、3-7.0、5-8.5).结果显示:野燕麦适宜分布区面积约为3.5912×10^(5) km^(2),主要分布于四川西南部及青海东部,零星分布于甘肃、西藏和新疆;一年生早熟禾和狗尾草的适宜分布区面积约为4.3046×10^(5) km^(2)和2.0036×10^(5) km^(2),均主要分布于四川西南部和西藏东南部,零星分布于青海东部和甘肃南部.年均温是3种杂草分布的最主要驱动因子.此外,人类足迹和土壤有效氮是影响野燕麦分布的相对重要因子;土壤酸碱度、最暖季降水量是影响一年生早熟禾分布的重要因子;温度季节性、最暖季降水量是影响狗尾草分布的重要因子.预计至2050年,3种杂草在4种情境下均会出现不同程度的扩张,狗尾草的扩张面积表现出随辐射强迫的增强呈先升高后趋于稳定的趋势,而另两种杂草则呈先升后降的趋势.预计3种杂草的潜在分布面积在耕地中的占比与扩张面积的变化趋势一致,且在主产区的占比高于非主产区.模拟结果表明,未来气候变化下,随着3种恶性杂草的适宜分布区面积的扩张,其对青藏高原耕地的入侵风险将增加,尤其是粮食主产区所面临威胁更为严峻,建议应重点关注青藏高原粮食主产区恶性杂草的生理生态、迁移扩散和防治技术研究.(图6表2参61)     

Effects of long-term nitrogen addition and precipitation changes on CH4 flux in an alpine steppe北大核心CSCD

土壤是甲烷(CH4)重要的源和汇.氮沉降和降水格局变化正在急剧改变土壤碳循环,进而可能对土壤CH4通量造成深刻影响.高寒生态系统是巨大的碳库,对氮沉降和降水变化十分敏感.然而,目前多数研究集中在短期实验上,缺乏对长期氮沉降和降水变化背景下CH4通量的响应及其调控因素的认识.以青藏高原高寒草原为研究对象,在2013年搭建模拟氮沉降和降水格局改变实验平台.基于静态箱–气相色谱法测定2020年生长季(5-10月)土壤CH4通量.结果显示,高寒草原土壤呈CH4的汇.氮添加没有显著改变生长季和植物生长高峰CH4通量.然而,降水变化显著改变了生长季和植物生长高峰CH4通量,其中降水增加(+50%降水)降低了CH4的吸收(分别为–16%和–45%),降水减少(–50%降水)增强了CH4的吸收(分别为+73%和+33%).进一步研究发现,与植物属性和功能基因丰度相比,土壤环境因子主导了CH4通量变化(解释率>90%).其中CH4通量与土壤含水量和温度显著正相关,与土壤pH显著负相关.综上所述,在未来全球变化情景下,降水格局改变更能调节青藏高原高寒草原CH4通量的变化.(图6表1参37)     

Quantity and activity of ammonia-oxidizing archaea and bacteria and their contribution to ammonia oxidation in farmland soil of Qinghai-Tibet Plateau北大核心CSCD

Ammonia oxidation, the first and rate-limiting step of nitrification, is mainly performed by ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB). However, the activities of AOA and AOB in soil and their relative contribution to ammonia oxidation are unclear, and whether there is a significant correlation between the quantity of AOA and AOB and the ammonia oxidation rate is also controversial. In this study, quantitative PCR combined with acetylene (C2H2) and 1-octyne inhibition methods were used to determine the quantity and activity of AOA and AOB in wheat, highland barley, and oilseed rape soils in Nyingchi, Lhatse, Sangzhuzi, and Sangri counties on the Qinghai-Tibet Plateau. The results showed that the quantity of AOB ((2.34 ± 0.84) ×105 - (2.65 ± 1.07) ×106 copies g-1 dry soil) was significantly higher than that of AOA ((0.20 ± 0.10) ×104 - (4.02 ± 0.39) ×104 copies g-1 dry soil) in all the soil samples. Soil pH was the key factor affecting the quantity of AOB, and the total phosphorus and ammonium nitrogen in soil were the key factors affecting the quantity of AOA. The rates of ammonia oxidation in the farmland soils of Lhatse (2.42 ± 0.73 mg kg-1 d-1) and Sangzhuzi (3.24 ± 1.15 mg kg-1 d-1) were significantly higher than those in the soils of Nyingchi (1.17 ± 0.43 mg kg-1 d-1) and Sangri counties (0.88 ± 0.57 mg kg-1 d-1). The rates of ammonia oxidation in the farmland soils of Lhatse and Sangzhuzi were dominated by AOB, while those in the farmland soils of Nyingchi and Sangri counties were dominated by AOA. For crops, the ammonia oxidation rates of wheat and oilseed rape soils in all four regions were significantly higher than those of highland barley soil, whereas the activity of AOA and AOB was not influenced by crops. The ratio of nitrogen to phosphorus was the key factor influencing AOA activity, whereas soil pH and total carbon were the main factors influencing AOB activity. Additionally, the quantities of AOA and AOB were not significantly correlated with the total ammonia oxidation rates and AOA and AOB activity. Overall, our study suggests that both AOA and AOB play important roles in ammonia oxidation in farmland soils of the Qinghai-Tibet Plateau. Moreover, it is unreliable to predict the activity of AOA and AOB and their relative contribution to ammonia oxidation directly based on their number of amoA genes, and the activity of AOA and AOB should be directly and accurately measured. These results are important for understanding ammonia nitrogen removal processes, slowing nitrate loss, and reducing the emission of the greenhouse gas nitrous oxide in the farmland ecosystem of the Qinghai-Tibet Plateau. © 2022 Science Press. All rights reserved.     

藏南干旱区湖泊及地热水体氢氧同位素研究

青藏高原水循环过程情况复杂,水体氢氧同位素包含了其重要信息.选取西藏南部干旱区淡水湖、咸水湖及地热水水体为研究对象,分析研究区内不同水体氢氧同位素组成、变化特征、影响因素及水循环过程.结果表明,3种水体均表现出了高海拔地区氢氧同位素组成偏负的特点,淡水湖打加芒错δ18O平均值为-17.0‰,δD平均值为-138.6‰,咸水湖朗错δ18O平均值为-6.4‰,δD平均值为-87.4‰,搭格架地热区热水δ18O平均值为-19.2‰,δD平均值为-158.2‰;受内陆干旱区强烈的蒸发作用影响,湖泊及地热水蒸发线斜率均小于8,氘过量d值均为负值;搭格架地热区热储温度较高,氢氧同位素关系存在氧漂移现象.     

青藏高原20世纪后40年潜在蒸散趋势及其空间分布

气候变化研究主要集中在温度和降水的长期变化趋势及其影响方面,对于控制陆地生态系统和大气之间的质能交换的重要气候因子--蒸散,研究相对较少。蒸散在气候系统中扮演着重要角色,它是多个气候因子的综合作用的结果,如日照、温度、风速、湿度等。蒸散也是陆地和大气间能量、水汽传送和气候变化监测的敏感因子。蒸散的变化趋势更能反映气候变化的状况,并对农业生产、流域开发和人民生活产生重要影响。论文分析了青藏高原及其周边的101个气象台站在20世纪后40年Penman-Monteith潜在蒸散（PET）的变化趋势及其空间分布。研究显示青藏高原PET在所有季节呈现减少的趋势,年平均PET倾向率为-13.1mm/10年或年总量的2.0％。在PET整体负的趋势下,1970和1980年代在平均值上的波动幅度大约是在600到700mm范围。青藏高原空间性的趋势分布随季节性波动全年仍保持稳定。PET减小趋势的台站冬春（80％）多于夏秋（58％）。尽管总体趋势是负的,但有些台站PET表现还是正的趋势,最大年的正负PET趋势台站在柴达木盆地的南部,分别是84.8mm/10年和-79.5mm/10年。论文还进一步探索了青藏高原不同气候因子对PET趋势的影响。在青藏高原,风速是影响PET趋势最重要的因子,相对湿度次之,而日照时数的变化作用不明显。由于青藏高原上稳定的日间温度限制了温度趋势对PET的影响。因此,负蒸散趋势被认为与地区性季风环流强度的降低有关,而非日照时间的减少。也就是说,降低的PET趋势显示出与全球变暖情景中预测的水文循环增强相反。由于不均匀的青藏高原气象台站分布,进一步的探索最好增加遥感方法获取没有台站地区的PET数据,以便对整个青藏高原的PET的时空分布进行深入研究。图4表5参63     

青藏高原重点区域工业布局的战略构想

论文认为在青藏高原具有相对比较优势的重点区域 ,应大力发展具有特色的现代工业。作者重点分析了高原重点区域工业发展的总体思路和战略目标 ,指出了工业发展的总体方向和区域工业布局框架设想。从协调好高原各个产业之间的相互关系出发 ,文章认为在高原重点区域应大力发展以钢铁-铁合金-有色-黄金为主的冶金工业 ,以盐化和油气化工为主的化学工业 ,以满足高原内部需要的建材工业 ,以及具有一定基础的机电-轻纺和藏民族手工业。     

青藏高原北部库赛湖沉积柱中长链烯酮的分布特征及古环境意义

长链烯酮不饱和度指标U37K或U37K′已被广泛应用于古海洋表层水温的重建,但用于恢复湖泊古温度的研究则相对很少。本文以青藏高原北部咸水湖泊库赛湖作为研究对象,对湖心一个5m沉积柱中的长链烯酮进行了测定分析,并通过分子生物学手段确定了其母源。结果表明该沉积柱的大部分层位存在长链烯酮,其C37/C38<1;DNA测序结果表明库赛湖中的定鞭藻为Isochrysis属,为长链烯酮的母源。根据已发表文献中的湖泊环境中长链烯酮不饱和度指标U37K与温度的经验公式估算出的古湖水温度接近于实测的现代夏季水温,且与甘油二烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGT)重建的库赛湖古湖水温度范围基本一致。但是,用长链烯酮恢复的古湖水温度总体上稍高于由GDGT计算出的温度且波动更为强烈,这可能与这两种脂类的母源生物在湖中的栖息层位不同有关。     

青藏高原东部针叶林下8种藓类植物的持水和保水能力比较研究

青藏高原东部针叶林下8种藓类植物5个生境的自然含水率以及2种室内环境下持水变化的实验表明,供试藓类植物在原始林下的自然含水率最高,5种生境中金发藓自然含水率最低,提灯藓自然含水率最高;藓类持水能力与保水能力呈负相关关系;持水能力随时间变化逐渐降低,在相同的环境条件下失水过程和失水速率变化趋势相似,但种间差异明显,与藓类本身对水分的适应能力、环境条件变化,以及藓类失水过程中生理生态适应与环境变化的协同进化机制相关;经过失水-饱和-再失水过程的藓类持水能力均明显降低,可能与第一次失水过程中植物细胞受到伤害后未能恢复有关。塔藓、山羽藓和金发藓的持水与保水特征暗示,它们可能是森林采伐破坏后迹地地表微环境变化的潜在指示者。