藏猪扰动作用下的高寒草甸土壤退化特征及微生物群落结构变化

微生物作为土壤生态系统的重要组成部分,对环境干扰异常敏感,可以反映土壤的健康状况.人类活动导致高寒泥炭土壤面临退化风险,生产力下降、碳汇功能丧失,进而影响土壤微生物的群落结构及多样性.藏猪放牧是我国高海拔藏区一种特有的放牧方式,是导致高寒草甸土壤退化的重要干扰因素之一.应用16S rRNA高通量测序技术对比分析了藏猪放牧干扰和对照（无藏猪放牧）条件下的滇西北高寒草甸泥炭土壤微生物群落结构变化及其对干扰的响应特征.结果表明,藏猪放牧导致土壤微生物α多样性显著降低,且群落结构发生明显变化.高寒草甸泥炭土壤的主要优势菌为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）.与门水平相比,干扰前后土壤微生物在属水平上的差异更明显,其中鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和薄层菌属（Hymenobacter）的相对丰度在干扰后的土壤中显著增加,而硝化螺菌属（Nitrospira）和红游动菌属（Rhodoplanes）则显著降低.Venn图分析进一步发现,干扰与对照土壤样品中分别有71和136个核心OTU.干扰条件下的土壤特有微生物主要包括伯克霍德氏菌（Burkholderiales）、假单胞菌（Pseudomonadales）、鞘脂单胞菌（Sphingomonadales）等,这些微生物主要聚集在目水平,可以作为干扰条件下的指示微生物.CCA排序表明,硝化螺菌属和红游动菌属的微生物对含水率、速效磷、有机质等土壤环境变量的响应较为敏感.该研究结果为揭示高寒草甸泥炭土壤退化与微生物群落结构及多样性之间的关系提供了理论借鉴.     

内蒙古高原土地利用/覆被变化对气温变化的影响分析

土地利用/覆被变化（LUCC）会对近地面的气温测量产生影响。论文基于气象站点气温资料,1：10 万LUCC数据集以及NCEP再分析气温资料,利用“观测减去再分析（OMR）”方法拆解出土地覆被对气温变化的单独贡献,借助Sen 趋势与Mann-Kendall 非参数检验计算方法分析了内蒙古地区1980-2010 年间不同土地覆被类型,以及不同土地利用方式对气温及其变化趋势的影响。结果表明,研究区近30 a 来LUCC对气温的影响总体表现出显著升温的作用,增加趋势为0.29 ℃/10 a。不同土地覆被类型对气温升高趋势的影响从大到小为：沙地>建设用地>草地>耕地,而且具有明显空间差异。同一种土地覆被类型在不同气候环境下的温度变化趋势差异也较大。1990-2005年间气象站点缓冲区内LUCC变化类型主要以耕地开垦、城市扩张以及草地面积减少为主,在一定程度上反映了整个内蒙古地区的LUCC特征,特别是人类活动的影响。下垫面的改变对1990-2005年间气温上升贡献了0.49 ℃。土地覆盖变化在1980-2010期间呈现逐渐加剧的趋势,特别是2000年以后,城市化的迅速发展显著提高了气温的升温趋势。     

青藏高原生态资产的价值评估

论文根据一系列1∶1000000自然资源专题图,把青藏高原生态资产划分为森林、草地、农田、湿地、水面、荒漠6个一级类型,应用GIS技术进行了数据处理与统计分析,编制了青藏高原1∶4000000自然资产图。生态资产价值评估以Costanza等人(1997)对全球生态系统服务价值评估的部分成果为参考,同时综合了对我国专业人士进行的生态问卷调查结果,建立了中国陆地生态系统单位面积服务价值表。以此表为基础,通过生物量等因子的校正,对青藏高原不同生态资产的服务价值进行了估算,结果表明,青藏高原生态系统每年的生态服务价值为9363.9×10⁸元/年,占全国生态系统每年服务价值的17.68%,全球的0.61%。在青藏高原生态系统每年提供的生态服务价值中,土壤形成与保护价值最高,占19.3%;其次是废物处理价值,占16.8%;水源涵养价值占16.5%,生物多样性维持的价值占16%。高原不同生态系统类型中,森林生态系统和草地生态系统对青藏高原生态系统总服务价值的贡献最大,贡献率分别为31.3%和48.3%。     

青藏高原纳木错湖水主要化学离子的时空变化特征

为揭示青藏高原纳木错湖水化学离子的时空变化特征、来源以及主要控制因子,于2006～2010年连续定点(30°47.27’N,90°58.53’E,4 718 m a.s.l.)采集近岸表层湖水样品;于2009年8月采集湖心区剖面样品;于2010年10月采集湖心区剖面样品及表层湖水样品;对其主要化学离子进行分析.结果表明,纳木错湖水中主要阳离子为Na+,主要阴离子为HCO3-.绝大多数离子浓度在季风期较高(6～9月),而非季风期尤其是封冻期(1～4月)偏低;Ca2+浓度的变化则相反,即封冻期较高,而非封冻期较低且变化较小.对垂直剖面湖水分析表明,在湖水垂直结构稳定的非季风期(如10月),除Ca2+浓度随深度无显著变化外,其他离子浓度随深度增加而增大.纳木错湖水主要离子来源于入湖河水的贡献;影响离子时空变化的因素包括蒸发、降水、pH值等,其中蒸发是最主要的影响因素,它造成湖水Na+浓度不断升高而Ca2+浓度降低.     

1901—2014年黄土高原区域气候变化时空分布特征

气候变化对黄土高原地区环境与经济影响重大,研究其在小地理尺度上的时空变化趋势对该区应对全球气候变化制定适应性策略有重要意义。论文基于CRU 1901—2014年逐月气候数据集,利用Delta空间降尺度方法对该数据集在黄土高原地区进行降尺度处理并评价,最后采用距平、Mann-Kendall趋势检验和Sen’s斜率估计方法分析该区历史时期气候变化的时空分布特征。结果表明：1）使用Delta法将分辨率为0.5°×0.5°的月降水量和月均温数据降尺度到分辨率为1 km×1 km的网格上是可行的,其中线性插值法最适合该区降尺度过程。2）1901—2014年该区年降水量年际变化趋势不显著,但年均温以0.1 ℃/10 a的速率显著上升;与气候平均值相比,20世纪60年代为相对湿冷期,80年代以后为相对干暖期;年降水量在该区西部地区（面积占3.05%）以0.24 mm/10 a~3.52 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区（面积占91.30%）以0.02 ℃/10 a~0.17 ℃/10 a的速率由西南向东北显著上升。3）1981—2010年黄土高原西部地区（面积占92.02%）相比气候平均值变干变暖,西部以外地区（面积占7.98%）变湿变暖;年降水量只在民和及其以南极少数地区（面积占0.05%）以17.25 mm/10 a~27.93 mm/10 a的速率显著增加,年均温在西部以外地区（面积占87.61%）以0.23 ℃/10 a~0.71 ℃/10 a的速率显著上升。上述研究结果可为该区在制定应对全球气候变化策略时提供科学依据。     

青藏高原冰川区可溶性有机碳含量和来源研究

对青藏高原祁连山老虎沟12号冰川、唐古拉山小冬克玛底冰川及珠穆朗玛峰北坡东绒布冰川雪坑样品中可溶性有机碳(DOC)和主要离子的质量浓度进行了分析.结果表明3个雪坑中DOC的平均质量浓度分别为(250.30±157.10)、(216.92±142.82)和(152.50±56.11)μg·L-1,具有从北到南依次减小的空间分布特点.3个雪坑DOC和主要离子质量浓度比例分析表明,唐古拉山冰川区和珠穆朗玛峰冰川区两个雪坑中DOC质量浓度与主要离子总质量浓度相当(DOC质量浓度占DOC与主要离子总质量浓度的比例分别为51%和49%).相应地,祁连山冰川区雪坑由于地理位置和气候条件等因素,受粉尘影响较大,导致Ca2+的质量浓度最高可达5 299.18μg·L-1,DOC所占比例较低(仅占5%).青藏高原冰川区DOC与Ca2+、Mg2+、K+和SO2-4均呈显著正相关.主成分分析(PCA)表明,青藏高原冰川区雪坑DOC主要是自然来源,也有生物质、化石燃料燃烧和农业生产过程等人为排放的贡献.此外,对3个雪坑的碳沉降通量进行了估算,LHG、TGL和ZF这3个雪坑的碳沉降通量分别为189.23、132.76和128.44 mg·(m2·a)-1,这对该地区碳循环的深入认识和研究具有重要意义,同时也有利于冰川变化的研究.     

黄土高原区不同植物凋落物可溶性有机碳的含量及生物降解特性

以黄土高原区刺槐、小叶杨、沙棘、沙柳、苜蓿和长芒草等6种植物凋落物为研究对象,利用2种浸提剂(水和0.01 mol·L^-1CaCl₂)浸提了不同大小(2 mm粉碎样和1 cm长)植物凋落物,测定了其中可溶性有机碳(SOC)的含量,并利用室内培养试验(25℃)评价了可溶性有机碳的生物降解特性.结果表明,不同植物凋落物可溶性有机碳含量在4.21～76.25 g·kg^-1之间,占其全碳的比例在0.99%～19.84%之间.平均来看,乔木凋落物可溶性有机物含量及其占全碳的比例大于灌木,而灌木又高于草本.经过7 d的培养,不同凋落物可溶性有机碳的生物降解率在34.7%～75.1%之间,平均56.3%,不同种类凋落物的生物降解率相比为乔木＞灌木＞草本.紫外及荧光光谱法测定法表明,培养结束后SOC溶液中结构较为复杂的可溶性有机物的比例呈显著上升,这与其中易降解组分的降解有关.     

青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量及其水分利用效率特征

以涡度相关技术为基础,研究了青藏高原当雄县高寒草甸生态系统2003-2005年共3个生长季的潜热通量L(E)、CO2通量F(c)和水分利用效率W(UE)的变化特征。结果表明:①该地区2004和2005年的太阳总辐射最高值可分别达到1563和1640Wm/2,瞬时净辐射最高值分别为896和925Wm/2,瞬时潜热通量最高值分别为592和597Wm/2。净辐射能量的转化形式季节变化特征明显,6-8月份,净辐射能量多用于潜热蒸发,5月和10月净辐射则多用于显热交换。就2004年5-10月份所选6个代表性晴天来说,LE占Rn的比例分别为0.355%、0.916%、0.738%、0.818%、0.609%、0.456%。②该地区的LE从早上8:30左右开始增加,在下午15:00左右达到最大值,而后逐渐下降;CO2通量从早上8:00左右通过零值开始上升,在10:30左右达到峰值后下降;水分利用效率的日变化特征是日出后迅速增加或直接达到全天的最高值,其后在一天内呈现下降趋势;2004年和2005年生长季的CO2吸收峰值都刚接近-0.3mgCO2.m-2.s-1F(c为负值时表示碳吸收),水分利用效率瞬时最大值接近8gCO2k/gH2O。③2004年当雄高寒生态系统白天CO2通量平均值从6月份初就开始表现为净碳吸收,而2005年在6月下旬才表现为碳吸收F(c为负值),但两者均在10月初就表现为碳排放F(c为正值);2004的水分利用效率日平均值从6月初通过零点开始上升,在7月中下旬左右达到最大值。相比之下,2005年的水分利用效率日平均值在6月底通过零点开始上升。另外,2004年的水分利用效率在总体水平上要高于2003年和2005年。就水分利用效率的日平均值而言,2003年和2005年的最大值分别为2.0gCO2k/gH2O和2.7gCO2k/gH2O,而2004年可以达到3.2gCO2k/gH2O。④当雄高寒草甸生态系统在2004年和2005年生长季(5月1日到10月31日)净CO2吸收量分别为0.257kgCO2.m-2和0.153kgCO2.m-2;2004年和2005年整个生长季的水分利用效率分别为0.496gCO2k/gH2O和0.365gCO2k/gH2O,与降雨量呈现正相关关系。     

黄土高原中尺度流域基流变化驱动因素分析

针对黄土高原基流的动态变化特征和驱动因素问题,以昕水河流域为例,采用数字滤波法（3次,α=0.925）分割基流,利用Mann-Kendall、Pettitt、小波分析和Hurst法分析该流域基流的趋势性、突变性、周期性和持续性特点,采用双累积曲线法对基流变化驱动因素进行分析。结果表明,昕水河流域多年平均基流量为0.45亿m³,基流指数为0.368;流域年基流量呈显著下降趋势（P<0.01）,在1985年发生突变;基流变化周期为27年,预计未来基流仍有进一步减少趋势（H>0.50）。流域降水和人类活动是基流变化的根本原因,人类活动通过植被覆盖度的变化、地下水的开发、煤矿开采和水土保持措施等方式影响基流。与第一阶段相比,第二、第三阶段降水和人类活动对基流的影响比例分别为25.89%、74.11%和0.37%、99.63%。进入21世纪,人类活动逐渐成为影响基流变化的主要因素。     

黄土高原地区生态脆弱性时空变化及其驱动因子分析

黄土高原是我国生态系统最脆弱的地区之一,科学评估其生态脆弱性是制定有效环境保护和管理措施的前提.然而,过去研究多关注某一小区域的生态脆弱性,不能反映该地区生态脆弱性的整体特征.基于"暴露-敏感性-适应力"模型框架,结合层次分析、空间主成分分析和地理探测器等方法评估了黄土高原地区2000~2015年生态脆弱性的时空变化特征及其驱动因子.结果表明,黄土高原地区生态脆弱性整体较高,并呈现出从东南到西北递增的趋势,且不同土地利用类型脆弱性差异大;2000~2015年生态脆弱性呈先增后降趋势,整体呈微弱降低趋势,其中约64%地区的脆弱性发生了变化;植被覆盖度和降水是控制生态脆弱性时空变化的主要因子,且所有指标因子间均存在明显的交互作用.说明气候变化和人类活动可能有助于降低黄土高原地区的生态脆弱性,但其作用有限.