1951~2014年中国北方地区气温突变与变暖停滞的时空变异性

基于1951~2014年中国北方及周边地区357个气象站点平均最低气温、平均气温和平均最高气温年（月）数据,采用M~K检验等方法,分析了中国北方地区3类气温突变和变暖停滞特征的时空变异性.结果表明：研究区3类气温整体突变年（1978~1999年、1981~2002年、1981~2005年）、分布广泛的普遍突变年（1988年、1989年、1997年）及范围（3a）均依次变晚.整体上,突变年随纬度降低变晚,东北突变早于西北和华北地区.变暖停滞集中于1998和2007年及其前后,3类气温亦依次变晚（1994~2007年、1995~2009年、1998~2010年）,由黄河流域中段向其他方向越来越晚.突变至变暖停滞周期整体随纬度降低缩短（3~30a）,突变越早周期越长.西北地区突变与变暖停滞前后各时段均值温差最大（2.4℃）,温差在1℃左右站点分布最广泛.各时段升（降）温速率整体依次在0.01℃/10a、0.05℃/10a、-0.03℃/10a左右站点分布最广泛,突变后升温最快（0.02~0.16℃/10a）,且西北地区对升温贡献最大,变暖停滞后东北地区对降温贡献最大,2时段按平均最低气温、平均最高气温、平均气温顺序升（降）温速率递减.3类气温波动程度减弱,整体随纬度降低.高纬度、高海拔和山地地区突变和变暖停滞较周边地区偏早或偏晚,特征值较大.整个北方地区3类气温突变、变暖停滞、突变与变暖停滞时间及各时段特征值各自具有自身一致性的普遍规律.     

阿拉善高原生态环境退化研究进展

区域生态环境退化问题是当前研究的热点内容,分析其研究现状及存在问题能更好地把握其核心领域并开展更进一步的研究。本文以典型生态环境脆弱区——阿拉善高原为研究对象,系统梳理了该区域土地沙漠化、沙尘暴演化、土地利用/覆被变化、绿洲退化、水量减少与水质恶化等与生态环境退化相关领域的研究进展。在分析已有研究成果的基础之上,就不同生态环境退化问题研究存在的不足进行了归纳总结,并提出了今后需要重点开展的研究内容,以期为阿拉善高原乃至其他生态环境脆弱区生态系统的研究提供参考。     

青藏高原西北部近地表气温直减率时空分布特征

近地表气温直减率是研究山地生态系统对气候变化响应过程中的重要参数,论文基于青藏高原西北部1951—2013年的9个标准气象站以及2012—2016年的高山自设观测站的日平均气温、最低气温、最高气温（T_ave、T_min、T_max）数据,分析了青藏高原西北部近地表气温直减率（LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax）的时空分布特征。结果表明：1）青藏高原西北部近地表气温随高程增大有显著下降趋势。研究区两个区域的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax均呈现出显著的空间差异性,而基于气象站的LR_Tave、LR_Tmin高于高山观测站的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax,其中LR_Tmin差异最为显著,而LR_Tmax空间差异较小。2）青藏高原西北部近地表气温直减率具有明显的季节差异,气象站的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax季节变化趋势为春季高、夏季较高、冬季低,而高山观测站的LR_Tave、LR_Tmin、LR_Tmax季节变化趋势为夏季高、冬季低。其中气象站LR_Tmax在四季中的差异最显著,而高山观测站的LR_Tmin的季节差异最大。高山观测站的气温直减率在4—9月间具有较为稳定的值。3）青藏高原西北部LR_Tave、LR_Tmin在气温突变年前后具有显著的差异,LR_Tmax无显著的变化。其中,在气温突变年之后,LR_Tave、LR_Tmin有显著的上升趋势,表明青藏高原西北部地区的LR_Tave、LR_Tmin对区域气候变化的响应显著,而LR_Tmax对区域气候变化的响应不显著。研究将有效改善青藏高原西北部气温空间分布规律研究的不足,为区域气候变化研究及生态系统对气候响应等定量研究提供理论基础。     

阴山北麓草原生态功能区防风固沙服务受益范围识别

风蚀是北方干旱与半干旱农牧交错带面临的严峻问题。论文以阴山北麓草原生态功能区为例,利用HYSPLIT模型模拟了当地生态系统提供的防风固沙服务流动路径,通过空间插值获得了功能区防风固沙服务的受益范围及其获得效益的相对大小,确定了受益范围内的土地覆被、受益人口及GDP。研究结果显示：1）2010年阴山北麓草原生态功能区的防风固沙服务大部分发生在春季,其流动路径主要往功能区东部和东南部区域延伸;2）防风固沙受益土地面积占全国土地面积的46%,主要位于功能区东部和南部地区;3）功能区受益的人口占当年全国总人口的75%,受益GDP占当年全国GDP总量的67%。未来可以根据受益区获得防风固沙效益的相对大小确定受益区不同区域横向生态付费金额,以补偿当地采取防风固沙措施导致的经济损失和投入,实现地区间公平,促进区域可持续发展。     

黄土高原草地土壤水分和物种多样性沿降水梯度的分布格局

研究土壤水分、生物多样性的空间变异性是认识陆地生态系统对降水变化的响应特征及适应机制的有效途径。论文利用黄土高原自东南向西北的天然降水梯度,采用样带研究方法对47个草地0~3 m土壤水分和物种多样性进行测定,系统分析了草地土壤水分和植物物种多样性在降水梯度上（250~550 mm）的空间分异及二者之间的权衡关系。结果表明：降水自东南向西北递减是控制黄土高原草地0~3 m土壤水分和物种多样性空间异质性的关键因素。随降雨减少,土壤水分呈线性递减趋势,其中浅层土壤水分（0~1 m）与年降水量相关系数最大。物种丰富度指数和物种多样性指数随降水减少呈显著的线性递减趋势,物种均匀度指数在降水梯度上没有明显变化。370 mm年均降水量是物种多样性和土壤水分权衡关系的转折点,转折点以上二者存在协同关系,即土壤水分和物种多样性沿降水梯度以相同速率变化。370 mm年均降水量以下,物种多样性和土壤水分的权衡增大,意味着维持物种多样性以消耗土壤水分为代价。     

黄土高原成龄苹果园生态系统CO2通量特征

黄土高原地区是中国和世界苹果(Malus demestica)集中连片栽培面积最大的区域,在生态环境改善中发挥了重要作用,然而关于黄土高原地区苹果园生态系统尺度上的碳通量研究很少.在本研究中,利用涡度相关技术对我国陕西黄土高原地区成龄苹果园生态系统的CO_2通量和气象因素进行了观测.基于2016年1月到2016年12月的观测数据,定量分析了此苹果园净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(R_(eco))和生态系统总初级生产力(GPP)不同时间尺度及主要气象因素的变化,探究了光合有效辐射(PAR)和不同层次土壤温度(T_s)、空气温度(T_a)对NEE的影响.结果表明,苹果园生态系统NEE月总量在非果树生长季12、1、2和3月为正值(表现为碳源),生长季(4~11月)均为负值(表现为碳汇),整体表现为强烈的碳汇.生长季NEE月平均日变化在8月出现最大吸收峰[-17.08μmol·(m~2·s)~(-1)],11月吸收峰最小[-4.47μmol·(m~2·s)~(-1)];在非生长季NEE的月平均日变化非常微弱,昼夜变化不明显.GPP、Reco和NEE日总量的最大值分别为11.12、5.04和-7.34 g·( m~2·d)~(-1).GPP、Reco和NEE月总量的最大值分别为238.97、105.38和-144.44 g·(m~2·月)~(-1),月GPP和NEE总量在5~8月保持相对稳定的高值.全年GPP、Reco和NEE分别为1 223.2、525.2和-698.0 g·(m2·a)-1,表明我国黄土高原地区的成龄苹果园生态系统具有相对较高的固碳能力.夜间生态系统呼吸Reco.n与不同层次土壤温度、空气温度之间呈正相关关系,相关系数表现为T_(s-5 cm)T_(s-10 cm)T_(a-4 m)T_(a-8 m);光合有效辐射PAR可以解释白天NEE变化的80%以上.     

基于农户层次的陕北黄土丘陵区农业生态经济系统耦合关系研究

农业生态经济系统耦合是一个复杂的过程,是潜变量与潜变量、潜变量与可测变量及可测变量之间相互作用的结果,结构方程模型的建立很好地描述了这一复杂关系。通过对吴起县、安塞县和宝塔区共建的中尺度生态农业建设试验示范区、米脂县等3个典型区域所代表的黄土丘陵区及其各个区域农业生态经济系统结构方程模型的建立与运算,结果表明:在"退耕还林还草工程"等外力作用下,农业生态经济系统运行模式基本揭示了农业产业与农业资源相互耦合这一本质规律,但现状耦合模式并未充分利用农业资源,系统耦合效果较低。农业产业与农业资源对系统耦合的影响系数分别为0.54和0.16,农业产业和农业资源之间的相关系数只有0.28,即农业资源没有很好地支撑产业的发展,导致农业生态经济系统耦合效果不明显,存在着局部相悖的态势,潜伏了林草资源与其相关产业链网缺失现象。为此,需要强化农业产业与农业资源的互动过程,特别要发展林草及其相关产业,促进林草资源的有效利用,促使系统耦合效果的不断提高,增加经济效益。     

青藏高原典型高寒草甸区土壤有机碳氮的变异特性

本研究应用地统计学的基本原理与方法(半方差分析)对青藏高原典型高寒草甸区0～10 cm土壤有机碳和全氮空间变异性进行了分析.结果表明,0～10 cm的土壤有机碳和全氮的平均含量分别为11.45 g·kg^-1和1.02 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.23和0.21,反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠.土壤有机碳和全氮随机因素的变异占总空间异质性变异的比率分别为44.7%和49.9%,变异尺度分别为210.9 m和200.1 m,随机因素的影响主要发生在采样尺度＜10 m的范围之内.在该研究区域上土壤有机碳和全氮均表现出空间自相关因素大于随机因素的变异格局;在空间结构的变异上,由土壤内在属性如土壤矿物质、地形等空间自相关因素和人为因素如放牧及工程施工等对土壤表层的践踏引起的随机因素共同起作用,影响程度呈中等水平.     

基于δ18O的青藏高原中部错那湖湖水蒸发研究

稳定同位素方法经常被用来估算湖水水量平衡,这种方法主要依赖于水样的采集和同位素分析,并结合研究区域相关的气候和水文信息对湖水进行研究。基于对1999-2001年期间获得的18个湖水样的稳定同位素分析,发现错那湖水δD和δ¹⁸O的平均值分别为-83.3‰和-9.6‰,显著高于流域内同期降水中δD和δ¹⁸O的加权平均值-124.5‰和-16.6‰;流域内湖水稳定同位素的变化幅度远小于降水,但展示了明显的季节变化,夏季值较低而冬春季值较高,这种变化表现出一定的降水量效应,表明降水是湖水主要补给来源之一。结合所获得的流域内降水和河水稳定同位素数据,利用稳定同位素质量平衡方法对非结冰期间错那湖水的蒸发与流入比率(E/I)进行了估算,结果表明,受太阳辐射与气温升高的影响,湖水受到强烈的蒸发,流入错那湖的水大约24%消耗于蒸发。     

铜绿微囊藻培养过程中氨基酸的释放特征及其对水体有机质的贡献

为深入分析铜绿微囊藻水华暴发对水体有机质、氨基酸含量及组成的影响,进一步揭示蓝藻水华暴发对湖泊内源氨基酸和有机质的贡献及养分循环机制,采集太湖北部富营养化区域梅梁湾中的水样,用于在室内培养太湖蓝藻水华优势种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),采用邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生-反相高效液相色谱法(HPLC)分析铜绿微囊藻生长、衰亡过程中氨基酸的摩尔浓度及其组成特征的变化,探讨藻类产生的氨基酸和有机质对湖泊水体中有机质、TC(总碳)及DTN(溶解性总氮)的贡献. 结果表明:铜绿微囊藻在生长过程中产生的氨基酸对水体中TC、DTN、TOC(总有机碳)的贡献率分别为23%~37%、46%~93%和46%~83%;在衰亡期,水体中难降解氨基酸(如甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸和赖氨酸)的摩尔浓度(c)为60.4 μmol/L,显著高于同时期易降解氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和精氨酸)的摩尔浓度(40.9 μmol/L);c(D-氨基酸)/c(L-氨基酸)由初始的0.28降至0.09,表明在铜绿微囊藻对数生长至衰亡期间,水体中有机质的降解程度逐渐降低. 研究显示,在水体有机质降解程度降低的同时,氨基酸摩尔浓度逐步增加,因此大量未降解的氨基酸沉积下来成为水体有机质来源之一.