虾塘底质的总耗氧量及其季节变化

虾塘底质的总耗氧量及其季节变化孙耀（中国水产科学研究院黄海水产研究所,青岛２６６０７１）Ｔｏｔａｌｏｘｙｇｅｎｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｉｎｓｈｒｉｍｐｐｏｎｄｓａｎｄｉｔｓｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ￥．ＳｕｎＹａｏ（Ｙｅｌｌ...     

荒漠植物的摇篮——内蒙古西鄂尔多斯国家级自然保护区

来内蒙古之前,我对内蒙古自治区的印象—直停留在北朝民歌《敕勒歌》中所描述的“天苍苍,野茫茫,风吹草低见牛羊”之中,对一望无垠的内蒙古大草原也一直充满了期待。     

西鄂尔多斯4种荒漠植物光合作用特征与差异性

植物对光能的高效吸收、传递和转换机理是光合作用的核心。为了厘清西鄂尔多斯地区4种荒漠植物光合生理生态适应性和生境适宜性,运用LI-6800光合作用测定系统对四合木(Tetraena mongolica)、霸王(Sarcozygium xanthoxylon)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)和白刺(Nitraria tangutorum)进行光合作用日变化进行了测定。研究结果表明:(1) 4种荒漠植物的光合作用日变化的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO_2浓度(Ci)均表现出明显的分异;(2)净光合速率均呈\"双峰\"曲线的变化趋势,4种荒漠植物的净光合速率(Pn)依次排序为四合木(4.37μmol m~(-2) s~(-1))霸王(3.58μmol m~(-2) s~(-1))沙冬青(2.63μmol m~(-2) s~(-1))和白刺(2.26μmol m~(-2) s~(-1))。说明四合木和近缘种霸王比其他二种荒漠植物具有较强的光合生理生态适应性与生境适宜性;(3)从影响光合作用的有关生理生态因子来看,净光合速率与气孔导度与蒸腾速率、水分利用效率呈现明显的正相关性,与微气象因子大气相对湿度(RH)的相关性不明显;(4)水分因子是限制4种荒漠植物生长的重要因素之一。该研究以期为我国西北荒漠区珍稀濒危植物的保护提供案例借鉴与理论依据。     

哈尼梯田水源区大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

基于哈尼梯田水源区 2014 年 6—8 月和 2015 年全年(共 15 个月)采集的 89 个事件降水同位素数据, 结合相关气象资料, 分析了降水中氢氧同位素组成的变化及其影响因子。利用后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪了梯田水源区降水的水汽来源。结果表明: 研究区大气降水中稳定同位素组成具有明显季节差异, 湿季(5 月—10 月)δ D 和 δ¹⁸O 贫化, d 值低; 干季(11 月至次年 4 月)δ D 和 δ¹⁸O 值相对偏正, d 值偏高。区域降水线的斜率和截距均低于全球和中国大气降水线。降水同位素组成存在一定的降水量效应, 但不存在温度效应。干季大气降水的水汽主要来源于西风带输送的印度洋水汽以及局地蒸发, 湿季的水汽主要来源于西太平洋和印度洋。     

内蒙古大兴安岭北部降水同位素特征及水汽来源识别

为了探究内蒙古大兴安岭北部区域水循环及其水汽来源,本研究基于2022年6月—2024年5月在大兴安岭森林生态系统国家野外科学观测研究站采集的降水样品,运用后向轨迹模型、潜在源贡献分析法和浓度权重轨迹分析法,分析当地降水同位素特征及环境影响因子,探讨了不同季节水汽来源及潜在蒸发源区。结果表明：研究区降水同位素具有显著的季节差异,暖季富集、冷季贫化;局地降水线的斜率(7.82)低于全球,渐伐林降水线的斜率(6.57)低于原始林(7.39),表明渐伐林区降水受二次蒸馏效应的影响较强。研究期及冷季降水温度效应显著,相关系数为0.85和0.94,而降水量效应在研究期间并不显著。暖季水汽主要源于西风水汽(48.9%)和陆地蒸发水汽(31.9%),冷季则以西风水汽(66.9%)和北冰洋水汽(42.9%)为主;暖季的潜在蒸发源区主要位于研究区西北部、北部和东南部,冷季则集中在西北部和北部。     

陕甘宁地区降水稳定同位素特征及水汽来源

依据全球大气降水稳定同位素观测网络(GNIP)和已有研究中陕甘宁地区的大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象数据,分析了陕甘宁地区大气降水氧稳定同位素的时空分布特征及其影响因子,并建立了大气降水线方程.结果表明:3省大气降水线的斜率、截距由小到大依次为:甘肃、陕西、宁夏,且均小于全球大气降水线方程的斜率、截距,表明3省的降水过程受蒸发作用影响程度沿宁夏、陕西、甘肃增强;陕甘宁地区大气降水中δ18O值在时间变化上,表现为夏秋季节富集、冬春季节贫化,从空间分布来看,由西北至东南,加权平均δ18O值呈减小趋势;3省降水中δ18O温度效应显著,但不存在降水量效应,这体现了中高纬度大陆性气候的特征;高程效应的定量关系为-0.12‰·(100 m)^-1,纬度效应更显著(纬度每增加1°,降水中δ18O相应贫化0.27‰);采用HYSPLIT模型对各站点的水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,夏半年主要有来自孟加拉湾的水汽、东南季风水汽和西风带水汽,冬半年以西风带水汽为主.     

黑河流域荒漠区降水格局及其脉动特征

利用1967—2008年日降水资料,对黑河流域荒漠区降水格局及其脉动特征进行系统研究。结果表明:年均降水量为113.3mm,年际变化27.93%,降水呈平稳下降趋势。小降水事件(≤5mm)为主,年际变化较小。大降水事件(≥10mm)频率较低,但年际变化及其对年降水量的贡献较大。降水日期以≤5mmd-1为主,≥10mmd-1变异较大。10d间隔期所占比率最大,频率基本稳定(CV=18.29%),而10d间隔期变异较大(CV=27.21%)。年降水量与降水事件、降水期、10d间隔期以及总降水间隔期存在显著正相关性。≤5mm降水总量变异系数为24.57%,接近年降水量(27.93%),10mm变异系数为76.68%,表明大降水事件在不同年份的差异是降水总量和降水格局差异的主要原因。     

脱甲河氢氧同位素组分时空分布特征及其影响因素

河水氢氧稳定同位素特征是研究水体转化和示踪水循环过程的重要内容.为研究河水氢氧稳定同位素特征,揭示河水补给来源,于2017年4—8月对亚热带农业小流域脱甲河4级河段(S_1、S_2、S_3和S_4)水体氢(D)、氧(¹⁸O)稳定同位素进行了监测,分析其时空动态特征和过量氘(d-excess)的变化规律,并探讨了它们与降水、高程和水质等影响因子的相关关系.结果表明:δD、δ¹⁸O和d-excess的变化范围分别在-43.17‰^-26.43‰(-35.50‰±5.44‰)、-7.94‰^-5.70‰(-6.86‰±0.74‰)和16.77‰~23.49‰(19.39‰±1.95‰).受季风环流的影响,δD和δ¹⁸O具有明显的季节变化特征,即春季(δD和δ¹⁸O为-29.88‰±3.31‰和-6.18‰±0.57‰)>夏季(δD和δ¹⁸O为-39.25‰±2.65‰和-7.32‰±0.42‰);空间上,δD和δ¹⁸O表现出明显的沿程变化,随着采样点的位置到河流源头的距离波动增加,δD为S_118O为S_118O与水温呈显著负相关(δD:r=-0.92;δ¹⁸O:r=-0.88);δ¹⁸O与海拔呈显著负相关(r=-0.96);在空间上,δ¹⁸O与水温呈显著正相关(r=0.98);δD和δ¹⁸O与降水量呈不显著负相关.     

喀斯特地区不同土地覆被下土壤水氢氧稳定同位素变化特征

研究喀斯特地区不同土地覆被下土壤水氢氧稳定同位素变化特征,有利于理解土壤水的入渗和运移过程,以及不同土地覆被对水文过程的影响,为区域水资源利用和生态环境建设提供理论依据。本研究通过定期野外采样和室内试验,获取了2021年5月—2022年4月贵州普定喀斯特生态站大气降水和大型水-碳通量模拟试验场4种不同土地覆被（裸土地、耕地、草地、灌木地）下0～50 cm剖面土壤水氢氧同位素数据,对比分析了降水和4种土地覆被下10、25和45 cm土壤水的氢氧稳定同位素变化特征。结果表明：1)降水δ²H、δ¹⁸O和水线氘差（lc-excess）值变化特征相似,均为夏季低冬季高,季节变化特征明显。普定大气降水线方程为：δ²H=8.49δ¹⁸O+16.65（r²=0.98）,其斜率和截距均大于全球大气降水线,表征了该地暖湿的季风气候特征。2)土壤水主要由降水补给,土壤水δ¹⁸O夏季低冬季高,且在10 cm处表现最明显。3)4种土地覆被下10 cm处土壤水受降水补给和蒸发的影响最大,稳定同位素变化范围最大,δ¹⁸O重同位素最富集,lc-excess值最小;其次是25 cm处土壤水,最后是45 cm处土壤水。4)4种土地覆被lc-excess值为：草地（-13.27‰）>灌木地（-14.54‰）>耕地（-15.67‰）>裸地（-19.92‰）,对应的土壤水蒸发程度为：裸土地>耕地>灌木地>草地。因此,土地覆被对水循环有重要影响,而lc-excess值可以有效反映蒸发作用。     

鄱阳湖湿地土壤水稳定同位素变化特征

土壤水稳定同位素组成的时空变化反映了区域降水与前期水分的混合及蒸散发过程。2013年7-9月对鄱阳湖湿地保护区3个断面不同土地覆盖下0-2 m剖面土壤水进行分层采样,以及采集修水和贛江的河水,测定其氢、氧稳定同位素,分析土壤水稳定同位素沿土壤剖面的变化规律、土壤水运动机制及其主要补给来源。研究结果表明,鄱阳湖采样区3个断面土壤水同位素δ~(18)O值变化范围-10.63‰—-1.17‰,其中7月份的土壤水δ~(18)O均值最小,8、9月份土壤水δ~(18)O均值相对较大。表层(0-60 cm)土壤水同位素富集可能因为蒸发作用,深层土壤水同位素组成变化因降水入渗与前期水分混合作用。不同土地覆盖表层土壤水同位素变化较大,随着深度的增加,同位素变化减少。从水分溯源上,断面一的土壤水同位素组成主要受降水的影响,断面二的土壤水同位素组成主要受赣江和降水的影响,而断面三则主要受鄱阳湖水体和降水的影响。研究结果可为鄱阳湖区域地下水资源的评价提供参考     

黄土塬区几种典型土地利用类型的土壤水稳定同位素特征

对陕西省长武县黄土塬区降水及主要土地利用方式下0～20 m剖面土壤水进行采样和稳定同位素测定,研究了该区深层土壤水稳定同位素特征及土壤水运动机制.结果表明：长武塬区大气降水线方程为δD=7.39δ18O+4.34（R2=0.94,n=71）,其降水稳定同位素值具有明显的冬春高、夏秋低的季节变化特征.土壤水稳定同位素值落于当地大气降水线下侧,且高于7-10月降水稳定同位素值,该区土壤主要接受同位素值偏负的夏秋降水的补给.土壤剖面上,不同土地利用方式之间土壤水同位素值随土壤深度增加而趋于一致;相同土地利用条件下,浅层土壤水同位素组成随时间推移而变化的程度剧烈,随土壤深度增加,土壤水同位素值的变化程度减弱,甚至无变化.对比降水和土壤水的稳定同位素值变化发现,在黄土塬区,活塞流和优先流并存于降水入渗过程中,但优先流入渗的发生与土地利用方式存在一定关系.通常情况下,高耗水型人工林草因水分负平衡形成的土壤干层将减小优先流发生的可能性,而农田、荒草地等土地利用方式均易发生优先流形式的降水入渗,从而对深层土壤水分或地下水形成补给.     

氢同位素在内蒙古小叶锦鸡儿灌丛水分来源研究中的应用

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)是我国内蒙古草原广泛分布的优势灌木, 目前国内外有关小叶锦鸡儿水分利用来源的定量研究较少。该文运用氢稳定同位素法, 分析了内蒙古小叶锦鸡儿木质部水和潜在水源(夏季降雨、冬季降雪和土壤水)的氢稳定同位素比率(δD)的季节变化, 发现小叶锦鸡儿在遮雨处理和自然状态下δD季节变化差异不明显, 分别为-101.36‰ ± 13.02‰和-101.18‰ ± 12.71‰。在遮雨处理条件下, 小叶锦鸡儿主要利用0-20 cm土壤层水分, 占其所利用水分的73.30% ± 16.14%; 自然状态下, 小叶锦鸡儿对0-20、20-60和60-100 cm不同土壤层土壤的水分利用较为均衡, 分别为34.66% ± 7.83%、32.44% ± 7.42%和32.90% ± 4.14%。该结果表明不同生境下灌木与草本的水分竞争可能是小叶锦鸡儿对不同土层水分利用差异的原因。结合两源模型分析了降雨对各土壤层的贡献率, 并用IsoSource多源混合模型分析了各土壤层对小叶锦鸡儿用水的贡献率, 发现降雨对小叶锦鸡儿的贡献率为42.65%-63.92%。该结果反映了小叶锦鸡儿对夏季降雨和冬季融雪的利用情况。     

增加水分对古尔班通古特沙漠4种短命植物生物量及氮素形态吸收的影响

为明确土壤水分含量对荒漠生态系统短命植物生长及氮素吸收偏好性的影响,该研究以古尔班通古特沙漠4种优势短命植物东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhinchum)、琉苞菊(Centaurea pulchella)和卵果鹤虱(Lappula patula)为研究对象,通过盆栽控水实验,设定3个水分梯度分别为：干旱处理(W₁,土壤含水量2％)、正常水分处理(W₂,土壤含水量8％)和湿润处理(W₃,土壤含水量14％),利用¹⁵N同位素示踪法研究水分对4种植物生物量及不同形态氮素的吸收策略的影响。结果表明：(1)随着土壤含水量的增加,4种短命植物的地上、地下、总生物量呈递增趋势,在正常水分处理时增速最快,且同一生活型不同物种之间的生物量累积速率不同;而4种短命植物的根冠比随土壤水分含量的增加呈显著下降趋势。(2)在不同水分处理下,4种短命植物对不同形态的¹⁵N吸收速率表现为：硝态氮＞铵态氮＞甘氨酸,对3种形态氮素以及总氮的吸收速率均随着水分梯度的增加呈增大趋势。(3)在干旱处理时,硝态氮是4种短命植物最偏好吸收的氮形态,随着土壤含水量的增加东方旱麦草、琉苞菊的氮素形态偏好性不会改变,而在水分持续增大至湿润处理时,铵态氮对尖喙牻牛儿苗和卵果鹤虱的氮素吸收的贡献率超过硝态氮,成为这2种植物最偏好吸收的氮形态。     

Monosoonal precipitation responses of shrubs in a cold desert community on the Colorado Plateau

South-eastern Utah forms a northern border for the region currently influenced by the Arizona monosoonal system, which feeds moisture and summer precipitation into western North America. One major consequence predicted by global climate change scenarios is an intensification of monosoonal (summer) precipitation in the aridland areas of the western United States. We examined the capacity of dominant perennial shrubs in a Colorado Plateau cold desert ecosystem of southern Utah, United States, to use summer moisture inputs. We simulated increases of 25 and 50 mm summer rain events on Atriplex canescens, Artemisia filifolia, Chrysothamnus nauseosus, Coleogyne ramosissima, and Vanclevea stylosa, in July and September with an isotopically enriched water (enriched in deuterium but not ¹⁸O). The uptake of this artificial water source was estimated by analyzing hydrogen and oxygen isotope ratios of stem water. The predawn and midday xylem water potentials and foliar carbon isotope discrimination were measured to estimate changes in water status and water-use efficiency. At. canescens and Ch. nauseosus showed little if any uptake of summer rains in either July or September. The predawn and midday xylem water potentials for control and treatment plants of these two species were not significantly different from each other. For A. filifolia and V. stylosa, up to 50% of xylem water was from the simulated summer rain, but the predawn and midday xylem water potentials were not significantly affected by the additional summer moisture input. In contrast, C. ramosissima showed significant uptake of the simulated summer rain (>50% of xylem water was from the artificial summer rain) and an increase in both predawn and midday water potentials. The percent uptake of simulated summer rain was greater when those rains were applied in September than in July, implying that high soil temperature in midsummer may in some way inhibit water uptake. Foliar carbon isotope discrimination increased significantly in the three shrubs taking up simulated summer rain, but pre-treatment differences in the absolute discrimination values were maintained among species. The ecological implications of our results are discussed in terms of the dynamics of this desert community in response to changes in the frequency and dependability of summer rains that might be associated with a northward shift in the Arizona monsoon boundary.     

Precipitation pulses and soil CO2 flux in a Sonoran Desert ecosystem

Precipitation is a major driver of biological processes in arid and semiarid ecosystems. Soil biogeochemical processes in these water‐limited systems are closely linked to episodic rainfall events, and the relationship between microbial activity and the amount and timing of rainfall has implications for the whole‐system carbon (C) balance. Here, the influences of storm size and time between events on pulses of soil respiration were explored in an upper Sonoran Desert ecosystem. Immediately following experimental rewetting in the field, CO₂ efflux increased up to 30‐fold, but generally returned to background levels within 48 h. CO₂ production integrated over 48 h ranged from 2.5 to 19.3 g C m⁻² and was greater beneath shrubs than in interplant spaces. When water was applied on sequential days, postwetting losses of CO₂ were only half a large as initial fluxes, and the size of the second pulse increased with time between consecutive events. Soil respiration was more closely linked to the organic matter content of surface soils than to rainfall amount. Beneath shrubs, rates increased nonlinearly with storm size, reaching an asymptote at approximately 0.5 cm simulated storms. This nonlinear relationship stems from (1) resource limitation of microbial activity that is manifest at small time scales, and (2) greatly reduced process rates in deeper soil strata. Thus, beyond some threshold in storm size, increasing the duration or depth of soil moisture has little consequence for short‐term losses of CO₂. In addition, laboratory rewetting across a broad range in soil water content suggest that microbial activity and CO₂ efflux following rainfall may be further modified by the routing and redistribution of water along hillslopes. Finally, analysis of long‐term precipitation data suggests that half the monsoon storms in this system are sufficient to induce soil heterotrophic activity and C losses, but are not large enough to elicit autotrophic activity and C accrual by desert shrubs.     

模拟降水对古尔班通古特沙漠生物结皮表观土壤碳通量的影响

水分是控制干旱区生态过程的重要环境因素,在水分受限制的生态系统中,降水通过改变土壤的干湿状态直接控制地下生物过程。生物结皮作为干旱区主要的地表覆盖物,能利用空气中有限的水分进行光合作用,其自身的碳交换是干旱区土壤碳通量的重要组成部分。通过模拟0(对照)、2、5 mm和15 mm 4个降水梯度,利用红外气体分析仪,对古尔班通古特沙漠中部生物结皮以及裸地表观土壤碳通量进行测量,探讨不同强度降水条件下生物结皮对表观土壤碳通量的影响,结果表明:(1)降水增加了生物结皮表观土壤碳释放量,2、5 mm和15 mm 3种降水处理累积碳释放量分别是对照的151.48%、274.97%、306.44%,并且随着降水后时间的延长,表观土壤碳通量逐渐减小直至达到降水前的水平;(2)生物结皮与裸地的表观土壤碳通量对降水的响应不同,对照和最大降水量下,生物结皮表观土壤碳通量大于裸地,但是2 mm和5 mm降水后,生物结皮表观土壤碳通量小于裸地,并且二者在2 mm降水时差异显著(P<0.05),而在其它降水处理下无显著差异;(3)连续两次降水事件,活性碳在初级降水后的大量释放使得二次降水后释放量下降,其中裸地碳释放量下降速率与降水强度正相关。本研究说明,在探求荒漠地区土壤碳交换对降水的响应规律时,应该考虑生物结皮的影响以及连续降水事件的差异。