基于电磁感应技术的土壤剖面盐分空间分布建模研究

土壤盐渍化问题是干旱半干旱地区农业发展的主要障碍,也是制约荒漠植物生长状况的关键因素之一,严重影响到绿洲生态环境的稳定与安全。研究土壤剖面盐分的分布情况,能及时探究盐渍化对生态的影响。以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究靶区,利用电磁感应仪技术与传统采样方法获取该地区典型地块的土壤电导率,剖析其剖面分布特征,在建立磁感式表观电导率和土壤样本实测电导率之间的线性混合模型的基础上,采用自然邻近插值方法解析和评估研究区土壤剖面盐分的空间分布特征。结果表明:研究区土壤电导率具有较强的表聚性与空间变异强度,土壤主体属于中度盐渍化类型;基于各深度层土壤电导率与磁感表观电导率所构建的3种线性混合模型均能达到0.01的显著性水平,其中磁感表观电导率两种模式相结合解译模型预测精度最高;自然邻近法插值结果直观反映研究区土壤剖面盐分的空间分布状况,与水平模式和垂直模式相结合的土壤盐分解译模型相结合则能够更有效的提高土壤盐分空间分布的预测精度。研究结果表明,借助构建的土壤盐分解译模型可对研究区土壤盐渍化空间分布情况进行快速监测与评估,为该区土壤盐渍化的防治提供了一定的技术支撑。     

不同植被类型对土壤水蚀的影响

不同植被类型对土壤水蚀的影响因子是计算土壤水蚀速率以及选择适当土地利用方式的基本参数.本文以土壤侵蚀模型中的植被因子(C因子)为指标,研究不同植被类型对土壤水蚀的影响.根据6个水土保持试验项目33个小区共195个小区年的资料,计算了剌槐、柠条、沙棘、沙棘-杨树,沙棘-油松、沙打旺、红豆草、苜蓿和草木樨等9种林草植被因子值.林地植被因子介于0.004到0.164之间,以刺槐林的C值最低.草地植被因子介于0.071到0.377之间,以第一年的草木樨C值为最高.定量对比说明林草植被的水土保持效益明显优于农作物.本项研究结果可以用于定量比较不同植被类型覆盖下的土壤流失速率,对于北方农牧交错带退耕还林还草政策的实施具有参考价值.     

黄河三角洲盐生植被与土壤盐分的相关性研究

 本文在主要盐生植被类型研究的基础上,通过植物、土壤、水样品的化学测试,对黄河三角洲盐生植被与土壤盐分的相关性进行了定量的研究。结果表明：盐生植被的类型、空间分布、植株所含的化学成分、生物累积强度和演替等方面与土壤含盐量的关系极为密切。     

全球土壤含水量对植被和气候的响应

气候、植被和土壤含水量(Soil Moisture,SM)的变化密切相关,分析长时间序列SM、植被覆盖、气温和降雨的变化以及植被、气候对SM的影响,有助于揭示全球变暖背景下土壤含水量-植被-大气间相互作用关系,为水资源短缺、土地退化、水资源保护等生态环境问题提供理论支持。以全球MODIS产品和ERA5-Land为数据源,获取2001-2020年0-7 cm土壤层中的含水量SM1、7-28 cm土壤层中的含水量SM2、28-100 cm土壤层中的含水量SM3、28-289 cm土壤层中的含水量SM4、降雨、气温和归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时序数据集,采用Sen趋势分析(Theil-Sen Median)、非参数统计检验(Mann-Kendall)、偏相关分析和复相关分析等方法,探究全球不同干湿气候区SM、降雨、气温和NDVI的时空变化特征及SM对降雨、气温和NDVI的响应关系。结果显示:(1)近20年来,全球不同干湿气候区SM总体呈现下降趋势,植被覆盖总体呈上升趋势;降雨量具体表现为\"增-减-增\"的变化趋势;气温总体呈上升趋势。(2)不同干湿气候区,SM与降雨的相关性随土壤深度的增加而减弱;除湿润区外,SM与NDVI均在SM2土壤层呈现较高的偏相关关系;除SM1土壤层外,不同干湿气候区SM与气温呈显著的负相关关系;除极干旱区,SM随土壤深度的增加对气温的敏感性减弱。(3)通过复相关分析探究各因子的驱动区(共同驱动区、气候驱动区、植被驱动区),SM变化主要受气候和NDVI的共同影响,受NDVI主导的区域面积较少,随着土壤深度的加深受气候主导的区域面积逐渐减小。     

祁连山典型流域谷地植被斑块演变与土壤性状

植物群落演变与土壤性状变化之间的相互作用和过程研究对于认识生态系统结构和功能演变有着重要的意义.对祁连山谷地灌丛草甸退化演变过程中植物群落物种组成、土壤物理和化学性状特征、及土壤与植被的相互作用进行了研究,结果表明,在祁连山谷地阴坡林线以下较小的空间范围,植被斑块由金露梅群落向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,植被盖度降低,但物种多样性增加.不同植被斑块之间土壤水分有显著的梯度变化,土壤水分的变化导致植被的退化演替.植被斑块的演变导致土壤性状的明显分异,从金露梅灌丛斑块向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,土壤容重显著增加,土壤团聚体组成由大粒级的大团聚体(》1mm)破碎为小粒级的大团聚体(1-0.25mm)和微团聚体(《0.25mm),团聚体稳定性降低,表明土壤结构的退化;土壤有机碳含量下降了31.2%和55.9%,干筛各粒级土壤团聚体中有机碳含量金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块显著低于金露梅斑块,土壤团聚体平均重量粒径与有机碳含量存在显著相关,植被退化演变中土壤有机碳的损失部分地由于团聚体的破碎引起;土壤全氮和有效氮不同斑块之间也有显著的差异,植被斑块退化演变使氮的有效性降低;但磷、钾养分对植被变化的响应不敏感.植被的退化演变使土壤团聚体破碎、土壤结构退化,有机碳和全氮含量下降,使其抗侵蚀能力和水源涵养功能显著降低,又进一步加速植被的退化演替.在气候变暖的趋势下,马蔺斑块将进一步向林线逼近,灌丛草甸植被将会进一步退化和萎缩.     

基于地形和土壤的泾河流域植被生态系统保水效益分析

植被保水效益是黄土高原地区研究的热点,以往的研究往往将环境因子的异质性忽略,在环境均质的假设下进行小尺度的试验研究。本文基于GIS技术,综合考虑土壤、地形等因子,分析了黄土高原泾河流域的植被保水效益及空间分布特征。结果表明：泾河流域植被平均每年可以保持的水量是3.92×10⁸ m³,占泾河流域把口站的流量的1/3;总的保水量大小为草地>农田>森林>灌丛,不同植被类型平均保水效益为农田>森林>灌丛>草地,与前人研究结果不同的是,本文的研究是基于栅格单位的（30 m）,而前人则是基于点数据的;土壤类型在决定植被保水效益中起重要的作用,本文更客观地反映了流域内植被保水能力及空间分布。     

基于植被覆盖度的藏羚羊栖息地时空变化研究

植被的分布及动态变化在一定程度上反映了动物栖息地的分布与变化。基于植被遥感影像数据及GIS空间分析,对阿尔金山国家级自然保护区植被景观的变化进行分析,同时通过植被类型要素识别出适宜藏羚羊生存的主要区域,对其植被覆盖度的时空变化进行分析。结果表明:保护区的植被覆盖度处于较低水平,低覆盖度植被区域占总植被覆盖区的50%左右,且植被覆盖度高的区域均集中在卡尔墩检查站的东南部。植被覆盖度在2000年、2005年、2010年间的增长趋势表明保护区植被对于动物的承载能力不断增大,植被的分布表明藏羚羊的活动区域植被覆盖度较高,而产羔区域的植被覆盖度较低且海拔较高。对藏羚羊取食植被针茅草原植被覆盖度的变化分析表明,针茅草原植被覆盖度随时间而有所提高,藏羚羊栖息地的面积可能有所增大,覆盖度分布的变化表明藏羚羊栖息地有向保护区西南方向扩散的趋势。对植被覆盖度与海拔关系的分析表明,高海拔区域植被覆盖度较低,中度海拔区域植被覆盖度较高,但是两者并不存在显著地相关性。     

罕山土壤微生物群落组成对植被类型的响应

选取分布在中国东北部地区的阔叶林-针叶林-亚高山草甸这一明显的植被垂直带谱来研究植被类型对土壤微生物群落组成的影响。选取5种植被类型-山杨(Populus davidiana)(1250—1300 m),山杨(P.davidiana)与白桦(Betula platyphylla)的混交林(1370—1550 m),白桦(B.platyphylla)(1550—1720 m),落叶松(Larix principis-rupprechtii)(1840—1890 m),亚高山草甸(1900—1951 m),采用磷脂脂肪酸(Phopholipid Fatty Acids,PLFAs)分析方法测定不同植被类型下的土壤微生物群落组成。分别采用主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)以及冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)来解释单种特征PLFAs的分异以及土壤理化指标与微生物PLFAs指标间的相关性。结果表明不同植被类型下土壤有机碳(SOC)对土壤微生物PLFAs总量,各类群(真菌(f)、细菌(b)、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-))生物量以及群落结构影响显著;土壤微生物PLFAs总量及各类群的生物量随土层加深总体上表现降低趋势,G+/G-和f/b分别随土层加深总体上表现升高趋势。不同植被类型下,阔叶混交林土壤PLFAs总量及各类群生物量总体上最高;针叶林比阔叶林下的f/b和G+/G-高;亚高山草甸下低的p H值对有机碳的可利用性有一定的抑制作用,导致f/b和G+/G-的值相对较高。总之,不同植被类型下SOC对土壤微生物群落组成的影响最为显著,而较低的p H对有机碳的可利用性有一定的抑制作用;真菌对植被类型的变化比细菌更敏感,而细菌更易受可利用性养分和p H变异的影响,这对预测不同林型下的土壤微生物群落组成有重要的启示作用。     

黄土高原植被恢复与生态系统土壤保持服务价值增益研究——以延河流域为例

为探究黄土高原地区退耕还林（草）工程（1999）实施后植被恢复的生态效益,选择黄土高原延河流域为研究区,利用趋势线分析法、SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型和生态系统服务价值评价方法（市场价值法、机会成本法、恢复费用法和影子工程法等）,重点分析2000-2015年该区域植被恢复状况及其对土壤保持的作用,并评估生态系统服务价值的提升效应。研究结果表明：（1）退耕还林（草）工程实施后,延河流域植被覆盖均呈增加趋势,植被恢复显著;（2）植被恢复对土壤侵蚀的抑制作用明显。在没有植被覆盖的条件下,土壤极易发生侵蚀,且侵蚀模数大;从该工程实施以来,2001-2014年土壤保持量具有不同程度的增幅,表明多年来流域治理取得一定的成效;（3）流域植被覆盖以中覆盖为主,土壤保持量以低保持为主。不同植被覆盖下土壤保持量存在差异。其中,中低、中、中高覆盖能有效保持土壤;（4）生态系统土壤保持服务价值时空分布特征明显。流域年均（2000-2015）土壤保持服务价值为3.64×10⁸元,生长季月均土壤保持服务价值为6.06×10⁷元,生态系统土壤保持服务价值显著提升。时间尺度上,生态系统土壤保持服务价值受降水因素影响;空间尺度上,流域生态系统土壤保持服务价值空间差异大,具体表现为下游残塬平梁沟壑区最高,上游山地区次之,中游梁峁丘陵沟壑区最低。通过研究延河流域植被恢复状况以及定量评估土壤保持服务价值,不仅阐明了退耕还林（草）工程带来的巨大生态效益,同时也为流域乃至黄土高原的水土流失治理工作提供一定的参考作用。     

基于MODIS NPP数据的青海湖流域产草量与载畜量估算研究

快速评价区域草地生产力状况, 是制定牧区草畜平衡策略, 保障草地生态系统健康可持续发展的前提基础。基于MODIS NPP产品数据, 对青海湖流域草地生产力进行了估算和评价。结果表明: (1)牛羊可食性最高的高寒草甸、高寒草原和温性草原, 其单位面积产草量估算值的均方根误差RMSE为26.15 g·m-2, 表明该方法可以快速估算区域尺度的产草量。(2)全年干草产量为145.42万t, 其中能被牛羊直接采食利用的牧草共计59.18万t, 理论载畜量为81.07万羊单位; (3)影响单位面积干草产量的主要气候因子, 海拔3500 m以下地区, 是活动积温且与单位面积干草产量呈负相关关系; 3500 m以上地区, 是温度且与单位面积产草量呈正相关关系。研究结果可为高寒地区合理规划牧业生产活动、生态补偿等提供科学依据和决策支持, 也可为全国其他牧区的草原产草量的估算提供参考。     

不同植被被覆下温性草原土壤养分分异特征

以青海湖区4种不同植被被覆下温性草原为对象,研究在自然及放牧因素影响下土壤异质性分布格局.结果表明:速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)具有明显的分层特征,表层土壤含量最高,随土层加深含量逐渐降低.紫花针茅退化样地各层土壤速效养分含量普遍低于其他3个样地,恢复时间较长的样地(早熟禾样地)和有外来物质输入的样地(赖草样地)含量较高.全量养分表现不同,全氮含量表现出分层现象,退化和恢复时间短样地(紫花针茅退化样地、垂穗披碱草样地)表层(0～10 cm)和第二层(10～20 cm)全氮含量高,下层含量迅速降低;早熟禾样地和赖草样地各层全氮含量都较高;全磷含量随土层降低没有出现显著差异(P＞0.05),紫花针茅退化样地0～40 cm土层全磷含量都显著低于其他样地(P＜0.05),其全钾和有机质含量也普遍低于其他样地;有机质与全量养分、速效养分均呈现极显著相关(P＜0.01).随土层加深土壤容重增高,退化使土壤pH值升高.退化温性草原在恢复6a后土壤基本得到恢复,人类扰动和自然因素都影响到土壤养分状况.     

青海湖流域生态补偿标准研究

以\"3S\"技术为支撑,利用影子工程法、市场价格法、费用支出法、碳税法、能量替代法和NPP模型,分析了青海湖流域生态系统的功能变化和景观结构,在生态系统服务功能价值和区域景观价值评估的基础上,首次尝试提出了青海湖流域区域生态补偿的上下限标准。初步分析了青海湖地区生态补偿的上限为841.95亿元,生态补偿的下限为250.73亿元,其结果将为青海湖流域区域生态补偿的实施提供科学依据。     

鄱阳湖洪泛系统水文连通性演变特征及对湿地植被生长的影响

水文连通性是影响洪泛区水文过程及生态系统结构和功能的关键要素,对湿地植被的生长与分布尤为重要。基于ESTARFM(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)模型重构了2000-2022年鄱阳湖洪泛系统高时空分辨率水体指数NDWI(Normalized Difference Water Index)(8d,30m)和增强型植被指数EVI(Enhanced Vegetation Index)(16 d,30 m)数据集,并结合地统计水文连通性函数,系统研究了鄱阳湖区多维水文连通性的演变特征及其对湿地植被生长的影响规律。结果表明:1)鄱阳湖区不同水文期内东西和南北方向的水文连通性随距离增加均呈现高度动态变化特征,水文连通性函数曲线的变化速率为:枯水期>退水期>涨水期>丰水期;2)研究时段内,鄱阳湖南北水文连通性明显高于东西水文连通性,但就不同区域而言,主湖区和南矶保护区的主导连通性随时间发生变化,碟形湖区及鄱阳湖保护区以南北水文连通性为主导;不同区域东西水文连通性呈现较为一致的波动下降趋势,南北水文连通性演变趋势差异较大;3)鄱阳湖湿地植被EVI与水文连通性之间呈现显著的负相关关系,其中,主湖区植被EVI主要受东西水文连通性控制,碟形湖区及鄱阳湖保护区植被EVI受东西和南北水文连通性的共同作用,南矶保护区植被EVI更多的受南北水文连通性影响。加强变化环境下水文连通性对湿地生态系统\"结构-过程-功能\"的影响规律研究,对促进湖泊系统水资源管理和湿地生态保护至关重要。     

青海湖流域草地植被动态变化趋势下的物候时空特征

植被物候不仅直接受气候变化的影响,还反作用于气候变化。因此,明确植被物候变化的驱动机制对于进一步研究气候变化与物候的相互作用具有重要的意义。选取位于青藏高原东北部的青海湖流域,利用MODIS 16d增强植被指数(EVI)合成数据,来分析草地物候时空格局特征以及不同EVImax变化趋势下草地物候期(返青期、枯黄期及生长季)的变化趋势。研究得到以下结果:(1)在气候变化和人类活动等因素的共同作用下,青海湖流域的EVImax变化呈现多元化趋势,EVImax增加、不变、降低趋势并存;(2)1990—2012年期间,流域内温度上升、降水量增加趋势显著,温度上升速率为0.42—0.83℃/10a,降水量增加速率为43.20—44.68 mm/10a。刚察、天峻气象站草地返青期在2001—2012年期间呈现延迟趋势,枯黄期变化趋势不显著,生长季呈现缩短趋势;(3)流域内草地返青从4月下旬持续到6月上旬,枯黄期从8月中旬持续到10月上旬,青海湖东岸、南岸、布哈河入湖口区域以及流域西部山坡和平坦的谷底地区牧草最早进入返青期,返青空间格局呈现由湖岸向四周高海拔地区延伸趋势,草地枯黄空间格局与返青期相反;(4)不同EVImax变化趋势下,草地返青期、枯黄期、生长季变化趋势表现出差异。草地EVImax降低趋势下,牧草返青期呈现提前趋势,枯黄期延迟,生长季延长;EVImax增加趋势下,牧草返青期延迟,枯黄期变化不明显,生长季缩短;EVImax不变区、农田的返青与枯黄期变化趋势并不明显,但是农田生长季缩短趋势较明显。     

高山峡谷地区森林流域分布式降雨-径流模型的构建与验证

根据岷江上游杂谷脑河流域典型的高山峡谷地区主要水文特点,选择通用性较强的水文过程模式,构建高山峡谷地区森林流域分布式降雨-径流过程模型,避免过多复杂的区域性模型参数率定,保证模型在相似地区的可移植性;并选择杂谷脑水文站上游地区进行降雨-径流过程模拟,得到1999年和2000年模拟时段长度为1000 h的两个径流过程,对模拟与实测的径流过程、累积径流量、洪峰流量与峰现时间等进行比较,其拟合效果较好.该模型结构简单,引入的经验参数较少,可推广应用到其它尺度流域.     

青海湖区芨芨草草原土壤养分对翻耕和补播措施的响应

为探究翻耕和补播导致高寒草原土壤养分垂直分布特征变化,以青藏高原青海湖区芨芨草(Achnather?um splendens)草原为实验对象,分析1958年翻耕和1990年补播两种不同的草地恢复措施对高寒草原土壤养分含量及分布特征(0~10,10~20,20~30,30~40,40~60 cm)的影响。结果表明:翻耕、补播措施下土壤有机碳和全钾含量均显著高于原生芨芨草样地(P<0.05),而不利于土壤全氮含量的恢复,两种扰动均有利于芨芨草草原土壤浅层(0~10 cm)速效磷、有机碳养分富集;翻耕后土壤有机碳、全氮和速效钾均随土层深度的增加而降低(P<0.05),全磷、全钾及土壤pH、容重在各土层间差异不显著。相比对照样地,补播导致各土层速效氮养分显著降低(P<0.01),但翻耕和补播扰动均使土壤全钾含量显著升高,深层土(40~60 cm)全氮(TN)含量显著降低(P<0.05);对照原生芨芨草样地,补播后土壤全氮与全磷含量出现显著正相关关系(P<0.05),而翻耕措施导致原有的速效磷与速效氮二者相关性不显著,两种措施均引起土壤养分与容重之间负相关性。翻耕、补播后土壤pH显著降低,扰动使土壤理化性质改变,以及表层速效养分汇集于浅层土壤,将加快土壤养分的周转,输出量增加促进了地上植被恢复,除全钾含量外,以上两种措施引起不同土层全量养分的恢复是一个极其缓慢过程。     

流域生态学及模型系统

流域生态学是一门复杂的交叉学科,主要研究流域自然、社会和经济之间的动态关系。虽然流域生态学的发展较晚,尚处于初期阶段,但却有重要的研究意义和应用前景。分析了目前国内外流域生态学研究的现状和存在的问题,然后结合在荷兰参与流域生态研究的经验探讨流域生态学研究的一些思路和框架;重点论述了如何应用现代计算科学和信息技术建立流域生态学研究的定量方法和模型系统,最后给出了荷兰Veluwe湖和莱茵河下游的流域生态研究及模型实例。     

基于δD和δ18O的青海湖流域芨芨草水分利用来源变化研究

水分条件是限制干旱半干旱地区植物生长重要的生态因子,为了揭示青海湖流域典型生态系统下芨芨草植物的水分利用来源及其如何响应水分条件的变化,选择了自然和干旱控制条件下芨芨草植物,通过测定芨芨草植物茎水和各潜在水源(土壤水、地下水及降水)中δD、δ~(18)O组成,并利用直接比较分析法和多源混合模型计算芨芨草植物对土壤水的利用比例。研究结果表明:表层土壤水分和土壤水中δD、δ~(18)O值表征出较大波动范围,其直接受降水和蒸发作用影响,土壤蒸发线的斜率和截距明显小于大气水线斜率和截距,表明土壤水中同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程,而芨芨草茎水中δD、δ~(18)O值都集中分布土壤水蒸发线附近,说明芨芨草根系主要利用不同深度的土壤水。自然条件下芨芨草在生长季初期(6月)利用表层土壤水(0—10cm,45.1%),8—9月份大降水事件影响土壤含水量和同位素组成,降水入渗深度较深且芨芨草根系对土壤水分吸收的比例相差不大,表明根系在土壤含水量较高时均能吸水不同深度土壤水。在干旱控制条件下芨芨草在7月初主要利用表层土壤水(0-30cm),随着表层土壤水分的减少,根系吸收深度转向较深土壤层,而灌溉后表层土壤水分明显增加,其吸收深度又转向表层,表明芨芨草根系吸收深度能敏感地响应土壤水分的变化。另外还发现芨芨草在生长季内并未直接利用地下水。     

青海省东部地区的自然植被

青海省东部地区地处青藏高原和黄土高原的交汇地带。该地区受青藏高原和黄土高原的影响,自然植被与青藏高原上的高寒植被和黄土高原上的植被类型均有一定联系,从而形成该区较为复杂的植被类型。据考察,该地区的主要植被类型包括荒漠草原、草原、森林、灌丛、高寒灌丛和高寒草甸,并在该地区形成明显的垂直分布。在海拔较低的河谷低山分布着与黄土高原相连的植被类型;而海拔较高的山地则分布与青藏高原相连的高寒植被,形成有一定过渡性而又独具特色的植被景观。我们认为,该地区是青藏高原和黄土高原的过渡地带。