The Melting Himalayas: Cascading Effects of Climate Change on Water, Biodiversity, and Livelihoods

Abstract:  The Greater Himalayas hold the largest mass of ice outside polar regions and are the source of the 10 largest rivers in Asia. Rapid reduction in the volume of Himalayan glaciers due to climate change is occurring. The cascading effects of rising temperatures and loss of ice and snow in the region are affecting, for example, water availability (amounts, seasonality), biodiversity (endemic species, predator–prey relations), ecosystem boundary shifts (tree-line movements, high-elevation ecosystem changes), and global feedbacks (monsoonal shifts, loss of soil carbon). Climate change will also have environmental and social impacts that will likely increase uncertainty in water supplies and agricultural production for human populations across Asia. A common understanding of climate change needs to be developed through regional and local-scale research so that mitigation and adaptation strategies can be identified and implemented. The challenges brought about by climate change in the Greater Himalayas can only be addressed through increased regional collaboration in scientific research and policy making.     

Element cycling in the dominant plant community in the Alpine tundra zone of Changbai Mountains, China

Element cycling in the dominant plant communities including Rh. aureum, Rh. redowskianum and Vaccinium uliginosum in the Alpine tundra zone of Changbai Mountains in northeast China was studied. The results indicate that the amount of elements from litter decomposition was less than that of the plant uptake from soil, but that from plant uptake was higher than that in soil with mineralization process released. On the other hand, in the open system including precipitation input and soil leaching output, because of great number of elements from precipitation into the open system, the element cycling(except N, P) in the Alpine tundra ecosystem was in a dynamic balance. In this study, it was also found that different organ of plants had significant difference in accumulating elements. Ca, Mg, P and N were accumulated more obviously in leaves, while Fe was in roots. The degree of concentration of elements in different tissues of the same organ of the plants also was different, a higher concentration of Ca, Mg, P and N in mesophyll than in nerve but Fe was in a reversed order. The phenomenon indicates ( 1 ) a variety of biochemical functions of different elements, (2) the elements in mesophyll were with a shorter turnover period than those in nerve or fibre, but higher utilization rate for plant. Therefore, this study implies the significance of keeping element dynamic balance in the alpine tundra ecosystem of Changbai Mountains.     

亚高山草甸土壤呼吸的空间异质性研究

运用传统和地统计学的方法,对山西云顶山亚高山草甸的土壤呼吸、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳的空间异质性以及它们的关系进行了分析.传统统计分析表明,土壤呼吸及环境因子均呈正态分布,变异系数在12%~24%之间,属于中等变异;土壤呼吸和土壤有机碳的相关系数(r=0.61)大于和温度(r=0.27)、水分(r=0.26)的相关系数,表明土壤有机碳对土壤呼吸空间分布的影响要远大于土壤温度和水分的影响.地统计学分析结果表明,线性模型能很好地反映土壤呼吸以及环境因子的空间结构特征.土壤呼吸、土壤温度、土壤水分及土壤有机碳的C0/(C0+C)值分别为41%、3%、77%、57%,表明土壤温度具有高度的空间自相关性,土壤呼吸和土壤有机碳具有中等程度的空间自相关性,土壤水分表现出较弱的空间自相关性,结构因素对土壤温度和土壤呼吸的空间分布起着主导作用,而随机因素对土壤水分和土壤有机碳的空间变异则起着主导作用;土壤呼吸、温度和水分的变程均为53.2 m,有机碳的变程为52.1 m;土壤呼吸和土壤温度具有较好的分形特征,存在尺度上的依赖性.分维数从大到小依次为:土壤水分(1.96)>土壤有机碳(1.95)>土壤呼吸(1.85)>土壤温度(1.60),表明土壤水分依赖于尺度的变异最小,空间分布结构最复杂,而土壤温度的空间分布格局最简单;土壤呼吸的空间分布表现出与土壤水分和有机碳相似的特点,并表现出自己的规律性.随着置信水平和估计精度的降低,土壤呼吸及其影响因子所要求的采样数量均出现较大幅度的下降.     

内蒙古东乌珠穆沁旗草甸草原生态环境时空演变分析

选取内蒙古东乌珠穆沁旗满都胡宝拉格草甸草原为研究区,在遥感和GIS技术的支撑下,以景观生态学理论为指导,通过分析该地区近15年来四个时期景观类型的空间格局、演化态势和变化规律,从景观视角挖掘出格局信息与生态环境变化之间的内在关联性,运用马尔科夫链模型对未来草原景观格局变化的趋势进行了模拟和预测,并分析了该地区生态环境变化的驱动机制,为科学利用和保护草地资源、保证区域可持续发展提供了科学依据。     

黄土高原沟壑区草地土壤深层干燥化与氮素消耗

根据设在黄土高原沟壑区旱塬地的长期田间定位试验结合野外调查,对旱塬人工草地土壤0～1000cm水分含量及剖面氮素含量与分布进行研究。结果显示,旱地人工草地连续种植会显著消耗土壤深层储水与土壤氮素,苜蓿的耗水深度超过1000cm,剖面200cm以下平均含水量12.6%;同时,也使深层土壤硝态氮含量降低,150cm以下硝态氮含量均小于1mg/kg,荒草地的水分状况好于人工草地,这是因为荒草地的生物量远低于人工草地,200cm以下平均含水量18.8%。在干旱地区,土壤深层储水可以调节植物用水,但是人工苜蓿从土壤深层吸收大量水分导致土壤干燥化的发生。因此,土壤储水的调节作用丧失,合理的草地产量是控制土壤干燥化的途径。草地施肥并没有显著的增产作用,但可以延缓人工草地的衰退时间。因为草地施肥的效益不明显,生产实践中农民并不施肥。     

高山植物对全球气候变暖的响应研究进展

高山地区被认为是对全球气候变化最敏感的区域之一,气候变暖导致高山生境内生物与非生物环境因子发生不同程度的改变,从而引起高山植物从不同层面作出不同的变化或响应.综述了高山及亚高山高海拔生境内,植物从宏观生态系统层面到微观个体生理层面对全球气候变化进行响应的研究进展.植物由个体自身的生理及形态上产生不同响应,逐步经过"瀑布式上升效应(Cascade effects)",最后引起整个高山生态系统的转变.受局地差异性及物种差异性影响,生物多样性在不同高山地区呈现出或是增加或是减少的趋势;林线及植被向高纬度、高海拔地区扩张;植物间相互关系由协作转向中性乃至竞争;植物物候、繁殖、生物量生产、光合作用、年轮生长、营养结构等方面均呈现出不同的响应模式.这些从微观到宏观的不同响应模式,最终将引起高山生态系统在结构、功能上的改变,进而在很大范围上威胁到高山植物的生存与发展.最后提出该领域未来的研究重点.参147     

海拔梯度上川西高山土壤溶解性有机质(DOM)光谱特征

采用三维激发发射矩阵荧光光谱、平行因子分析（EEM-PARAFAC）和荧光区域积分方法（FRI）,研究川西高原3200~4000m高寒土壤DOM特征及其在海拔梯度上变化规律.结果表明,高寒土壤DOC含量为0.47~0.81g/kg,随着海拔梯度的升高而呈增加趋势,表层土中含量多高于亚表层土;土壤中DOM组分均呈5个组分,即芳香蛋白类物质I（酪氨酸类,Peak I）、芳香蛋白类物质II（BOD₅,Peak II）、富里酸类（Peak III）、微生物代谢产物（色氨酸类,Peak IV）和腐殖酸类（大分子腐殖酸,Peak V）;高山土壤DOM中以富里酸类有机质和腐殖酸类有机质组分为主,FRI值均随着海拔的升高而降低..川西高山土壤DOM荧光特征参数（荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化指数HIX、新鲜度指数β：α）表明,土壤DOM的稳定性随着海拔升高而降低,生物有效性随着海拔升高而升高.因此,气候变暖可能将导致高海拔土壤DOM分解加剧而含量降低,但稳定性升高.     

不同生境产脂肪酶菌株的筛选及多样性

为发掘不同特性脂肪酶微生物资源,采用纯培养方法从青海高寒草地、雅安山区、成都平原分离得到产脂肪酶菌株54株.通过对菌株的DNA进行ERIC-PCR指纹图谱分析,按聚类树划分为5个操作分类单元.16S rDNA序列测定和聚类分析显示,分离菌株分布于芽孢杆菌属(Bacillus)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、假单胞菌属(Pseudomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠杆菌属(Enterobacter).多样性分析表明,与青海高寒草地、雅安山区相比,成都平原产脂肪酶菌株遗传多样性更为丰富.在54株菌中都出现了300 bp和1 300 bp两个特异且稳定出现的条带,这两个特异条带可能是产脂肪酶菌株的SCAR标记条带.     

生态恢复模式对若尔盖高寒沙化草地土壤微生物群落功能多样性的影响

若尔盖高原生态战略地位突出,在维持地区生物多样性、生态系统稳定等方面起到重要作用。研究不同生态恢复模式下土壤微生物群落功能多样性,有助于为在高寒草地以及全国其他类似地区实施退牧还草、退耕还林还草等生态环境重建工作提供科学依据。以若尔盖草地不同恢复模式下的土壤微生物群落为研究对象,采用Biolog微平板法对比研究了生态治理措施对沙化草地生态系统及其土壤微生物功能多样性的影响。结果表明：人工生态恢复模式提高了沙化草地土壤微生物的活性,其中灌草间作模式下的恢复样地与自然恢复样地在稳定时二者的平均颜色变化率差值达到0.761;灌草间作模式下草地土壤微生物群落的Shannon指数、Simpson指数及McIntosh指数分别为3.290、0.960和10.408,均比草地建植模式下高,该模式能为土壤微生物群落提供更多的生态位;灌草间作恢复模式下草地土壤微生物群落利用各类碳源能力较其他恢复模式高,碳水化合物和氨基酸类是若尔盖草地土壤微生物群落利用最多的碳源;采用灌草间作模式的人工治理方式,同时结合增加草地土壤中碳水化合物、氨基酸类等碳源含量的生物措施,可以高效地治理若尔盖高寒沙化草地。     

中国中部高山湖泊记录的小冰期水热配置不同模态

小冰期水热配置模态在中国南北方存在明显差异,敏感响应于气候变化的高山湖泊在小冰期阶段水热变化模式仍缺乏研究。选取中国中部两个高山湖泊——太白山玉皇池与六盘山东海子的沉积物岩心为研究对象,基于总有机碳（TOC）、总有机氮（TN）,碳氮比（C/N）等地球化学指标,并结合已发表的水文数据,重建了东海子和玉皇池近2 ka来的水热变化模态。结果显示：近2 ka气候变化主要受太阳辐射影响,在900 AD之前,两个湖泊区域气候同为冷湿,中世纪暖期（900—1300 AD）转为暖干;在小冰期（1300—1800 AD）时期水热组合不同,东海子降水与温度呈同步下降趋势,主要受控于东亚夏季风,而处于东海子东南方向的玉皇池表现为降水的持续增加,可能受加强的印度季风和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的共同影响。