陕北黄土高原土壤性质及其生态化学计量的纬度变化特征

为了研究不同纬度下土壤的生态化学计量特征,为黄土高原退化生态系统的植被恢复与重建提供理论依据,通过采集黄土高原陕北地区不同纬度下5 个典型植被区的34 个典型土样,测定并分析土壤养分及生态化学计量指标随纬度和植被的变化特征。结果表明,从南到北土壤碱性逐渐增强;土壤容重逐渐增大;土壤速效钾、硝态氮、铵态氮等速效养分逐渐降低,纬度变异性较大;土壤速效磷纬度变异性小。土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷表现出一致的变化规律,随着纬度的增加逐渐降低,变异性较大,表层土壤大于下层土壤。土壤速效养分也表现出表层土壤大于下层土壤,而土壤容重及土壤pH值表现出下层土壤大于表层土壤。0~5 cm土层土壤的碳氮比(C:N)、碳磷比(C:P)、氮磷比(N:P)分别为8.79~22.00、9.91~35.92、1.06~3.25,5~20 cm土层土壤的分别为8.02~21.03、7.36~24.01、0.82~2.22。土壤的C:N受气候变化影响较小,在黄土高原陕北地区随纬度的升高无明显的变化;而土壤C:P、N:P变异性较大,随着纬度的升高显著下降。随着植被的恢复土壤碳氮磷等养分逐渐累积,森林植被明显高于荒漠植被及沙区植被。土壤有机碳与全氮、全磷之间存在极显著的正相关,C:N 与N:P 存在极显著的正相关,与C:P 存在显著的负相关,C:P 与N:P 存在极显著的正相关。黄土高原土壤C:N较为稳定,不随纬度变化;随着植被的恢复,相对于高纬度地区,低纬度地区更容易缺磷;高纬度地区的植被更容易受到N含量的限制,因此对于该区域应该更加注重N肥的施用。     

黄土高塬沟壑区砚瓦川流域水沙关系及其对流域治理的响应

选取黄土高塬沟壑区砚瓦川流域作为研究对象,分析综合治理前后年水沙关系及次降雨水沙关系变化及其对流域治理的响应,研究结果表明：1997年为砚瓦川流域减水减沙作用明显生效的转折年。治理期（1998-2009年）与基准期（1981-1997年）相比,无论年尺度还是次降雨尺度上,径流深与输沙模数间的关系均发生显著变化,其单位径流输沙量显著降低。其中在次降雨尺度上水沙关系趋于稳定的临界径流深为3 mm;当降雨量<50 mm、雨强<4 mm/h或历时>3 h 时,治理期较基准期水沙关系变化显著。水土保持综合治理是造成年尺度和次降雨尺度上水沙关系变化显著的原因,并且可以显著降低中低降雨量、中低雨强和中长历时降雨的单位径流输沙量。     

基于可解释机器学习的青藏高原草地物候变化多因素影响分析

气候变化背景下,青藏高原植被物候发生显著改变.然而,影响物候的水热因素众多,目前较少有研究关注多因素对青藏高原物候的影响效应,导致对青藏高原物候变化机制认识不足.为此,研究通过遥感数据解译,在对2002~2021年青藏高原草地物候时空变化特征分析的基础上,聚焦降水、气温、海拔和土壤等多方面,利用可解释机器学习方法（SHAP）揭示物候变化的主导因素,并量化分析多因素对物候的交互影响.结果表明:①青藏高原分别有56.32 %、67.65 %和65.50 %的草地表现出生长季开始时间（SOS）提前、生长季结束时间（EOS）延迟和生长季长度（LOS）延长趋势;②青藏高原草地SOS和LOS主要受水分条件影响,3月0~10 cm土壤水分对SOS提前和LOS延长起促进作用的范围分别在10~25 kg·m^-2和15~25 kg·m^-2之间,峰值分别在20 kg·m^-2和18 kg·m^-2左右;EOS则主要受温度影响,9月和10月温度越高对EOS延迟促进作用越强,并分别在高于8 ℃和-0.5 ℃时达到峰值;③水热等因素对物候的影响存在非线性交互效应,3月0~10 cm土壤水分达到20 kg·m^-2后,更有利于低降水和低海拔地区SOS提前;10月温度高于0 ℃后较好的水分条件更有利于EOS延迟;3月0~10 cm土壤水分在12~22 kg·m^-2之间时,高降水地区LOS更长.研究表明,可解释机器学习方法可为物候变化的多因素影响定量分析提供一种新的方法.     

黄土高原丘陵沟壑区坡面-沟道系统中的高含沙水流(Ⅰ)--地貌因素与重力侵蚀的影响

以黄河中游多沙粗沙区子洲径流站和离石王家沟试验站的径流场观测资料为基础,对黄土高原丘陵沟壑区坡沟系统中高含沙水流特征与地貌因素及重力侵蚀的关系进行了研究.研究结果表明,黄土坡面的地貌垂直结构和由此所决定的侵蚀作用垂直分异,对坡面高含沙水流的形成有很大的影响,高含沙水流形成于峁坡下部和沟坡,并在各级沟道中进一步发展.坡度对高含沙水流的形成有较大影响,如果侵蚀过程以溅蚀、面蚀、细沟侵蚀为主,不发生切沟及显著的重力侵蚀,则存在着一个坡度临界值,大于此值后,含沙量反而减小.重力侵蚀对坡沟系统高含沙水流的形成起着十分重要的作用,由于强烈的重力侵蚀的参与,高含沙水流的沙峰滞后于洪峰,落水阶段的含沙量常常大于同流量下涨水阶段的含沙量.     

青藏高原年日照时数的年代际变化趋势

利用1961~2007年青藏高原68个气象台站日照时数观测资料,通过统计方法分析了近47 a来青藏高原年日照时数的年代际变化趋势,得到以下几点初步认识：青藏高原年日照时数整体上呈现自东南向西北增加的特点,并且其空间变化趋势也存在明显的区域差异。青藏高原东南部、西藏中部和西藏西南部以及青海北部地区年日照时数减少较为明显,高原西部、西藏中东部地区和青海南部年日照时数呈增加趋势;近47 a来青藏高原年日照时数具有明显的年代际变化特征,年日照时数增加区和减少区分别存在12.1和21.1 a左右的时间尺度;增加区在20世纪60年代至80年代年日照时数处于偏多阶段, 90年代至21世纪初日照时数呈明显的减少趋势;减少区则表现为20世纪60年代至70年代年日照时数有所增加, 90年代日照时数开始急剧减少,21世纪初达到最低值。各年代之间年日照时数变化特点同样具有明显的区域差异。     

High methane emissions from a littoral zone on the Qinghai-Tibetan Plateau

The littoral zones of lakes have been regarded as hotspots of methane (CH₄) fluxes through several studies. In the present study, we measured CH₄ fluxes in six kinds of littoral zones of Huahu Lake on the Qinghai-Tibetan Plateau in the peak growing season of 2006 and 2007. We found that CH₄ efflux (ranging from −0.1 to 90 mg CH₄ m⁻² h⁻¹) from the littoral zones of this lake was relatively high among those of boreal and temperate lakes. Our results also showed that emergent plant zones (Hippuris vulgaris and Glyceria maxima stands) recorded the highest CH₄ flux rate. The CH₄ flux in the floating mat zone of Carex muliensis was significantly lower than those of the emergent plant zones. CH₄ fluxes in the floating-leaved zone of Polygonum amphibium and bare lakeshore showed no significant difference and ranked last but one, only higher than that of the littoral meadow (Kobresia tibetica). Plant biomass and standing water depths were important factors to explain such spatial variations in CH₄ fluxes. No significant temporal variations in CH₄ fluxes were found due to the insignificant variations of physical factors in the peak growing season. These results may help in our understanding of the importance of the littoral zone of lakes, especially the emergent plant zone, as a hotspot of CH₄ emission.     

青藏高原冰川雪细菌与气候环境的关系

通过荧光显微镜测定细菌密度,利用DGGE图谱和Shannon-Weaver指数分析细菌种类多样性,对青藏高原北部老虎沟12号冰川、南部东绒布冰川和东南部海螺沟2号冰川雪坑的细菌密度和种类多样性做了差异性分析. 结果表明:老虎沟12号冰川雪坑细菌密度平均值比东绒布冰川和海螺沟2号冰川高,老虎沟12号冰川雪坑细菌种类多样性比东绒布冰川高,这与高原南、北部不同大气环流引起的大气微粒含量的差异性有关. 海螺沟2号冰川雪坑细菌种类多样性均最高,与该冰川所受的大气环流多样性最高相一致. 东绒布冰川雪坑细菌密度平均值与南极点相近,与其远离人类污染,因而大气环境本底值低有关. 海拔高的东绒布冰川雪坑细菌密度和种类多样性均比海拔低的海螺沟2号冰川和老虎沟12号冰川低,即二者与海拔高度呈反比.      

黄土高原地区森林植被生态需水研究

水土流失是黄土高原面临的主要生态问题,而退耕还林还草、恢复植被是治理水土流失、改善生态环境的必然选择.但黄土高原位于干旱半干旱地区,水资源匮乏是影响该地区植被生态建设的根本因子.因此,植被生态需水研究对于该地区的生态环境建设具有极其重要的意义.本文根据最新遥感图像资料,在GIS支持下,计算了黄土高原地区现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量,其结果分别为262.49×10⁸ m³和421.34×10⁸ m³.除去降雨对林地耗水的补给外,以最小生态需水量为标准,则黄土高原地区在生长季发生水分亏缺的林地面积为7 639.09 km²,占现有林地总面积的9.1%,亏缺水量为4.77×10⁸ m³;以适宜生态需水量为标准,则有57.7%的现有林地在生长季中发生水分亏缺,亏缺水量为58.55×10⁸ m³.     

气候变化对长江源地区高寒草甸生态系统的影响

近十几年来,长江源区气候暖干化趋势明显,冰川退缩、湖泊萎缩、草场退化、土地沙漠化、水土流失等环境问题日益严重。高寒草甸是长江源地区主要的植被类型之一,在全球变化影响下,以耐低温寒冷的嵩草属（Kobresia）植物为建群种的高寒草甸将面临更严重的生态胁迫。以长江源地区高寒草甸生态系统为研究对象,采用国际通用的生物地球化学模型模拟高寒草甸生物量、生产力和土壤有机质等的动态变化,并综合考虑人类活动对生态系统生产力和营养元素生物地球化学循环的影响,探讨了全球气候变化对高寒草甸生态系统可能造成的影响。     

Impact of Cloud on Net Ecosystem CO2 Exchange of Alpine Meadow in Tibetan Plateau

Meteorological elements and CO2 fluxes over alpine meadow ecosystem were observed continuously from 2004 to 2005in Damxung Alpine Meadow Flux Station,China Flux Network.Based on the eddy covariance CO2 fluxes and meteorological data obtained,the relationships among the CO2 fluxes,the cloud amount,and the meteorological factors in alpine meadow ecosystem were explored and analyzed.Some conclusions can be drawn from the discussion with previous researches as following:(1)the cloud amount can affect the net ecosystem CO2 exchange(NEE)of alpine meadow on Tibetan Plateau;(2)the soil temperature sensitive to the cloud amount,is a major environmental controlling factor for NEE,and closely relates to the maximum of NEE.In the morning period with large cloud amount,the NEE reaches its maximum when the clearness index ranges from 0.5 to 0.7; yet in the afternoon it comes to the maximum with the index from 0.2 to 0.35.The span of soil temperature covers from 12 to 15℃ as the NEE at its highest;(3)the scatterplots between NEE and photosynthetic available radiation(PAR)was a significant inverse triangle in the clear day,two different kinds of concave curves in the cloudy day,and strongly convergent rectangular hyperbola in the overcast day.These differences were controlled by the changes of light radiation and soil temperature.