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。     

基于BIOMOD的青海湖流域高原鼠兔分布模拟

随着统计模型及空间信息数据的不断发展和完善,物种分布模型已经成为全球变化背景下研究大尺度物种分布情况的重要工具。高原鼠兔(Ochotona curzoniae)是青藏高原特有的关键物种,在青藏高原生态系统中占有重要地位。通过采集高原鼠兔的分布点数据及环境变量数据,基于R语言中BIOMOD包中的7个模型对其在青海湖流域的分布进行了模拟。结果表明,高原鼠兔主要分布于青海湖西岸和北岸、天峻县周边及布哈河流域上游,影响高原鼠兔分布的主要环境因子为距道路距离、距居民点距离、最暖月最高气温、NDVI标准差、最冷季和最干季降水量。BIOMOD组合模型中,推进式回归树模型(GBM)和最大熵模型(MAXENT)的模拟效果最好,广义线性回归模型(GLM)结果较差。而优化后的结果显示,模拟结果的集成和筛选能有效提高模型的精度和效果。     

青海湖流域具鳞水柏枝植物水分利用氢同位素示踪研究

具鳞水柏枝(Myricaria squamosa)是我国高寒地区广泛分布的优势河谷灌木, 具有维持河谷湿地系统稳定的功能。然而, 目前国内外有关具鳞水柏枝水分利用来源的定量研究很少。该文运用氢稳定同位素示踪方法, 分析了青海湖流域具鳞水柏枝茎(木质部)水和潜在水源(地下水、河水和土壤水)的氢稳定同位素比率(δD)的季节变化, 发现具鳞水柏枝在不同水文环境下的植物水分利用来源有明显差异。研究结果表明, 生长在河岸边的具鳞水柏枝在6、7月主要利用地下水与河水, 分别占其所利用水分的89%、86%和55%、65%, 8月主要利用0-20 cm土层的土壤水, 9月水源不详。生长在离河岸约100 m处的具鳞水柏枝在6月主要利用地下水与河水(91%、70%), 在7-9月以0-60 cm土层的土壤水为主要水源。这表明生长在河岸边的具鳞水柏枝对地下水和河水的依赖程度较高, 而距离河岸约100 m时对土壤水的利用量较多, 反映出生长在不同生境中的具鳞水柏枝对特定水分条件的特殊适应结果。     

多年放牧对不同类型草原植被及土壤碳同位素的影响

放牧是草原牧区常见的人类活动,多年放牧对草原植被及土壤的碳过程产生较大的影响.本研究采集不同类型草原多年放牧前后植被及土壤样品,对室内碳同位素进行分析,研究了不同草原生态系统Δ¹³C(碳同位素分馏值)差异及其影响因素.结果表明: 放牧强度对植被Δ¹³C值的影响显著,0～5 cm表层土壤Δ¹³C值在放牧前后变化显著,而对深层土壤(>5 cm)影响不显著.多年放牧后大部分植被Δ¹³C值显著升高,高海拔地区升高的幅度较大.可见,放牧行为对不同草地生态系统类型、不同土壤深度以及不同海拔生态系统碳过程产生的影响差异显著.针对不同类型的草原,放牧应采取多样化的管理方式.     

高寒草甸生态系统降雨事件对不同深度土壤碳释放的试验分析

以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,基于LI-8150土壤CO₂通量全自动连续测量系统及实验设计,对不同深度的土壤碳释放进行了连续原位观测,分析了晴天和5次持续性降水条件下不同深度土壤碳释放特征,结合土壤温湿度的观测,解析了降雨对不同深度土壤碳释放的影响及机理。结果表明：(1)在0 cm、20 cm、40 cm、70 cm深度处,土壤碳释放均呈现明显的单峰曲线变化特征,其日均值(±标准差)分别为(3.96±0.89)μmol m^-2 s^-1、(5.09±1.79)μmol m^-2 s^-1、(7.83±1.95)μmol m^-2 s^-1和(4.43±1.6)μmol m^-2 s^-1。(2)降雨提高了土壤含水量,显著抑制了土壤碳释放,且对深层的抑制作用显著大于表层。其中,第5次持续性降水事件对土壤水分的补充作用最明显(增量最大),其对土壤碳释放的抑制作用也更显著,并出现负通量(即碳吸收)。随着...     

黑河流域高寒草甸生态系统水分收支及蒸散发拆分研究

水分收支是对水循环要素降水、蒸发蒸腾、径流以及土壤贮储水量变化等的定量刻画,对水资源的可持续开发及利用至关重要。基于黑河流域阿柔观测站2014和2015年水文气象观测数据,运用水量平衡理论,定量的评估了高寒草甸生态系统的水分收支动态,并结合双源模型对高寒草甸生态系统蒸散发(植被蒸腾和土壤蒸发)进行拆分及评价。研究结果表明(1)在生长季(5—9月)植被蒸腾是高寒草甸生态系统主要的耗水形式,2014和2015年生长季平均蒸散比(T/ET)分别为0.74和0.79;(2)土壤水分的剧烈变化主要发生在0—40 cm处,且受冻融过程影响显著;(3)在降水较多的年份(2014)高寒草甸生态系统水分收支基本平衡,且不受冻融影响的月份(6—9)有地表径流产生约42 mm;在正常年份(2015),生态系统呈现水分亏缺,亏缺量约为134 mm,6—9月约亏缺26 mm;(4)模型估算蒸散发(ET)与实测蒸散发具有很好的一致性,相关系数可达0.90,敏感性分析表明模型输入变量对蒸散发(ET)及蒸散比(T/ET)产生的误差较小,双源模型可以很好地实现对高寒草甸生态系统蒸散发(ET)的拆分。     

青藏高原植被生长对PDO响应的季节分异

利用卫星遥感观测的区域尺度归一化植被指数(NDVI)和格点气候数据,借助Spearman相关分析及基于多变量回归分析的结构方程模型,研究了1982—2015年青藏高原植被生长季节变化对太平洋10年际涛动(PDO)的响应格局及机理过程.结果表明:青藏高原生长季(4—10月)平均NDVI与PDO指数存在显著的负相关关系,但是PDO与不同季节NDVI之间的关系呈现出明显的季节分异,具体表现为PDO与秋季NDVI的负相关关系强于夏季,且冬季PDO显著影响次年青藏高原夏季植被生长.另外,PDO对青藏高原植被生长的调控过程在季节间存在明显分异,夏季表现为PDO对温度和降水的共同调控,而秋季则以对温度调控为主.     

干旱半干旱区灌丛斑块与降水量响应关系的熵模型模拟

灌丛斑块分布格局是灌木在干旱缺水条件下对生存环境的自我调节和适应的具体表现。应用熵理论和Klausmier模型,解释了灌丛斑块水分聚集原理并模拟了不同年降水条件下灌丛斑块的最佳面积比值(即最佳灌丛盖度)。研究结果表明:灌丛斑块生物量与其土壤含水量呈反比例函数关系,当生态系统处于稳定状态时(即熵最大状况下),年降水量与灌丛斑块面积比值符合一定的线性关系。研究采用内蒙古草原地区的野外调查数据,获得模型所需参数,进而模拟了不同年降水量条件下灌丛斑块最佳面积比值,研究结果可为半干旱地区植被保护与恢复提供参考。     

内蒙古典型草原小叶锦鸡儿灌丛化对水分再分配和利用的影响

灌丛化是全球草原地区存在的主要环境问题。通过对内蒙古典型草原区小叶锦鸡儿灌丛和草地斑块冠层降雨再分配、地表径流、土壤含水量的对比观测,研究了小叶锦鸡儿灌丛化对该区水分再分配和利用的影响。结果表明,灌丛和草地斑块的冠层截留量分别占降雨量的20.86%和7.88%,灌丛和草地斑块的平均地表径流系数分别为5.95%和17.19%。土壤含水量观测结果显示,0—60 cm土层中,降雨事件过程中,灌丛斑块较草地斑块能捕获更多水分,灌丛斑块植被冠层下方土壤含水量高于草地斑块;而在雨后无有效降水补充土壤水分的前提下,0—60 cm土层中,灌丛斑块土壤水分蒸散发量高于草地斑块,其中0—10cm土层中灌丛斑块土壤水分蒸散发速率低于草地斑块,10—60 cm土层中灌丛斑块土壤水分蒸散发速率高于草地斑块。研究认为,在水分为关键性限制因子的干旱半干旱区,小叶锦鸡儿灌丛化过程增加草原生态系统中水分分布的空间异质性,灌丛斑块能捕获、利用更多水分以维持更多的生物量。     

内蒙古典型草原灌丛化对生物量和生物多样性的影响

通过样方调查,研究了内蒙古典型草原不同退化程度草地中小叶锦鸡儿 (Caragana microphylla Lam.)灌丛斑块空间分布格局、草地生物量及生物多样性特征。结果表明,从轻度到中度、重度退化草地,草本植物生物量呈减少趋势,小叶锦鸡儿生物量呈增加趋势,总生物量呈先减少后增加趋势;灌丛斑块生物多样性呈增加趋势,草地斑块生物多样性呈先减少后增加趋势,其中轻度退化草地中灌丛斑块生物多样性低于草地斑块,中度和重度退化草地中灌丛斑块生物多样性高于草地斑块。本研究认为,内蒙古典型草原灌丛化过程中,生态系统可能存在草本植物占优势或小叶锦鸡儿占优势这样两种稳定状态,这两种状态能维持较高生物量和生物多样性,而在由草本植物占优势向小叶锦鸡儿占优势转化的过渡阶段,系统不稳定,仅能维持较低生物量和生物多样性。