孔雀河下游断流河道的环境特征及物种间关系

基于孔雀河下游断流河道的环境因子和植被样地数据,采用聚类与CCA排序法,分析了生境的退化特征以及物种间的相互关系,结果表明:1)断流河道退化生境分为绿洲-荒漠过渡类型、轻度荒漠化类型和盐土荒漠化类型。绿洲-荒漠过渡类型地下水位低、盐分含量相对较低,植被盖度相对较高,土壤维持着原砂质壤土,为潜在退化型;轻度荒漠化类型地下水位、土壤质地与含盐量与前者基本相同,土壤未明显退化,但植被盖度低于10%,植物种类与个体数目都较低,属于轻度退化型;盐土荒漠化类型地下水位高、盐分含量高,土壤机械组成中砂粒比重较大、无建群种幸存,属于重度退化型。2)绿洲-荒漠过渡类型总体联结性为显著正联结,正负联结比小于1,生态系统表现为建群种维系物种关系的不稳定状态;轻度荒漠化类型总体联结性为不显著负联结,正负联结比小于1,表现出生态系统进入退化演替的阶段;盐土荒漠化类型总体联结性为显著正联结,正负联结比大于1,表现出重度退化群落的种间平衡状态,物种间以达到稳定共存,其中,真盐生植物对这种平衡的维持起着重要的作用。3)CCA排序表明,绿洲-荒漠过渡类型形成以胡杨为中心的种间正联结,幸存于盐分适中、水分养分相对较高的生境;轻度荒漠化类型,形成以多枝柽柳与刚毛柽柳相互依存的不显著负联结,幸存于土壤养分、水分相对较低的生境;盐土荒漠化类型形成以盐爪爪、盐节木、盐穗木等真盐生植物维系的显著正联结,幸存于土壤贫瘠、地下水位浅、盐分含量高、沙化严重的生境。     

基于指标自动筛选的新疆开孔河流域生态健康评价

生态健康评价对了解区域生态健康状况和促进区域可持续发展具有重要意义,如何自动筛选出能反映生态系统特性的重要指标,是生态健康定量评估的关键问题。基于压力-状态-响应(PSR,Press-State-Response)框架和生态等级网络框架(EHN,Ecological Hierarchy Network),通过文献调研和因果分析建立要素层与指标层之间的交叉联系,构建了生态健康评价"网状"指标体系;在保证指标体系完备性基础上,通过结合主成分分析和熵权法的候选指标权重的客观计算,基于目标优化理论构建了评价指标的自动筛选模型,并基于中选指标计算了新疆开孔河流域2001—2017年生态健康指数(EHCI,Ecological Health Comprehensive Indexes),分析其空间分异和时间变化特征。结果表明:利用所建立的评价指标自动筛选模型,开孔河流域生态健康评价指标由31个候选指标自动筛选出了17个中选指标,用54.8%的指标表达了85.98%的信息,中选的17个指标在干旱/半干旱区域有关文献中应用较多,使用频次比例都在20%以上,其中归一化植被指数(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)、年降水量和植被覆盖度(FVC,Fractional Vegetation Coverage)3个指标的使用频次百分比均超过了50%,说明指标自动筛选模型的合理性;开孔河流域空间分布差异显著,总体上西北高、东南低,东南部和中部绿洲区外围生态健康状况较差,西北部河谷地带和中部两大绿洲区生态健康状况较好;17年来,流域生态质量整体趋于改善,显著改善区域占10.26%,远高于显著退化的1.61%,显著改善区域以孔雀河绿洲最为明显。开孔河流域生态健康的总体好转趋势说明区域生态综合治理取得一定成效。     

影响阜康荒漠-绿洲过渡带荒漠植物数量特征的土壤驱动力分析

荒漠-绿洲过渡带是绿洲向沙漠系统的过渡地带,荒漠植物是绿洲扩展或荒漠化加速的缓冲器,土壤环境是影响植物演变的重要影响因素,土壤环境因素是整个过渡带演化的重要驱动力。通过对阜康荒漠-绿洲过渡带荒漠植物群落实地调查,利用通用植物数量分析软件CANOCO 5.0中冗余度分析(RDA),探讨过渡带影响荒漠植物群落数量特征指标的土壤驱动因子。结果表明:(1)土壤含水量、全N、全P和有机质是影响荒漠植物群落数量特征的主要驱动力因子,环境解释量累计达到69%,而总盐、p H和全K对荒漠植物群落数量特征影响较弱;(2)4个土壤主要驱动力对荒漠植物群落数量特征重要性大小顺序:土壤含水量有机质全N全P;(3)荒漠植物群落数量特征与土壤含水量、有机质和全P呈正相关,但与全N为负相关关系,揭示了土壤含水量、有机质和全P是利于荒漠植物群落稳定的正驱动力,而全N为抑制荒漠植物生长的负驱动力。综上所述,土壤各因子的驱动力作用不尽相同,存在正、负差异,协同维护荒漠植物群落数量特征的稳定和发展。     

烟气脱硫石膏对滨海农耕土壤磷素形态组成的影响

为探明不同烟气脱硫石膏施用量对滨海农耕土壤中的全磷、有效磷、无机磷组分等的影响,通过田间试验的方式,分别在试验区土壤中施加0t/hm~2、15t/hm~2、30t/hm~2、45t/hm~2烟气脱硫石膏。研究结果表明:与对照组相比,各处理组的土壤全磷含量无显著差异,而土壤中的有效磷和渗滤液中的可溶性磷含量则随着烟气脱硫石膏施入量的增加而降低;施入烟气脱硫石膏后农耕土壤中无机磷含量显著增加,其中又以磷酸钙盐含量的增加为主,磷酸钙盐中的Ca2-P、Ca_8-P和Ca_10-P含量分别增加了30.8%—68.9%、35.2%—66.3%和7.3%—17.8%。烟气脱硫石膏的施用促进了植物的生长发育,有效磷的降低和无机磷组分中磷酸钙盐的增加并未影响到植物对磷素的吸收。因此,烟气脱硫石膏能有效地固定滨海农耕土壤中的溶解态磷,控制土壤过量磷素向水体迁移,降低附近水体富营养化发生的机率,保障区域水体生态系统环境安全。     

海洋可持续发展目标与海洋和滨海生态系统管理

海洋和海岸带可以为人类提供多种生态系统服务,保护与持续利用海洋资源以促进海洋和海岸带可持续发展已被正式纳入联合国可持续发展目标。实施海洋可持续发展目标面临几大挑战,包括如何减小陆基人类活动的影响、加强海岸带的综合管理、提高海洋资源效率、适应气候变化和提高沿海居民的人类福祉等。为应对这些挑战,需要将海洋和海岸带融合为一个大型生态系统,利用基于生态系统的管理方法,综合考虑各个部门和多种胁迫因素的累积影响,通过建立综合的海洋观测体系,合理划分海洋功能区,按照海洋环境承载力限制陆基人类活动,合理配置并有效利用海洋资源,提升海洋和海岸带生态系统的整体服务功能,从而进一步推进实施海洋可持续发展目标。     

Responses of nitrogen and phosphorus resorption from leaves and branches to long-term nitrogen deposition in a Chinese fir plantation

为了解森林养分内循环对全球变化的响应, 基于长期模拟氮沉降试验, 研究了杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林不同龄级(一年生、二年生和衰老)叶和枝的氮(N)、磷(P)养分分配及其再吸收特征, 并分析了不同模拟N沉降处理时间(7年和14年)杉木叶N、P养分再吸收差异。在12年生杉木中开展模拟N沉降试验, 以尿素(CO(NH₂)₂)为N源, 设N0、N1、N2和N3 4个处理水平, 施氮量分别为0、60、120和240 kg·hm ^-2·a ^-1, 每个处理重复3次。结果表明: (1)叶和枝在衰老过程中碳(C)、N和P含量逐渐降低, 且叶的C、N和P含量比枝高; N含量大小依次为一年生叶>二年生叶>衰老叶>一年生枝>二年生枝>衰老枝, 且N3 > N2 > N1 > N0, 而C:N则呈现相反的趋势; 衰老器官的C:N、C:P、N:P比新鲜器官高; N沉降增加了不同龄级叶和枝(除二年生叶外)的N、N:P和C:P, 但降低了P和C:N。(2)叶和枝的N、P养分再吸收率(RE_N、RE_P)随龄级的增加至衰老有规律地递减, 且RE_P > RE_N; 受长期N沉降的影响, RE_N叶(28.12%) <枝(30.00%), 而RE_P则为叶(45.82%) >枝(30.42%); 杉木叶和枝N:P与RE_N:RE_P之间存在极显著的线性相关关系。(3)随N沉降处理时间的增加, 叶RE_N呈降低态势, 各处理(N1、N2和N3)分别降低了9.85%、3.17%和11.71%; 而RE_P则明显上升, 分别增加了71.98%、42.25%和9.60%。研究结果表明: 不同器官、不同龄级的养分再吸收率随氮沉降处理的水平、处理时间而所有不同; RE_N:RE_P与N:P之间存在紧密关系。     

覆膜与滴灌对河套灌区玉米花粒期叶片光合特征的影响

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础,栽培方式和土壤含水量变化显著影响作物的光合作用.灌浆期和乳熟期是玉米花粒期2个重要阶段,是玉米籽粒形成和干物质积累的关键时期.通过大田试验研究了河套灌区不同覆膜方式与滴灌水平对不同生育时期玉米光合特征及产量的影响.结果表明: 灌浆期玉米叶片光合特征在不同处理下无显著差异,乳熟期净光合速率和蒸腾速率在半覆膜(B₂)和全覆膜(Q₂)滴灌水平2(350 mm)处理下均显著高于半覆膜(B₁)和全覆膜(Q₁)滴灌水平1(200 mm),并且B₁和Q₁处理下灌浆期叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率及气孔导度等显著高于乳熟期.不同处理下灌浆期和乳熟期叶片的净光合速率、蒸腾速率,灌浆期的气孔导度以及乳熟期的水分利用效率等在日变化上存在着同步关系,均呈现出倒“U”型的日变化特征,而胞间CO₂浓度则呈现相反的变化趋势.逐步回归分析显示,光合有效辐射、大气温度和空气相对湿度等气象因子是影响玉米叶片光合特征的主要环境因子.此外,B₂和Q₂处理下玉米产量显著高于B₁和Q₁处理(分别增加了29.3%和50.9%),但B₁和Q₁处理间并无显著差异.这表明与覆膜方式相比,滴灌水平对干旱地区玉米产量的影响更大.     

固体介质中的重金属源解析及其在中国近海沉积物中的应用

沉积物中重金属源解析对甄别人为活动与自然变化对近海生态系统演化的影响有重要作用.本文总结了近年来污染物源解析常用的多元统计分析、地球化学方法和地质统计分析3种主要研究方法,剖析了不同方法的优劣及适用性,提出正定矩阵因子分析、Pb同位素示踪在重金属来源定量化研究中具有良好应用前景.梳理了中国近海沉积物中重金属来源的主要研究结果,发现河口和海湾是沉积物重金属受人为来源影响剧烈的典型近海区域,不同定量解析方法(多元统计分析、背景值估算、Pb同位素分析)均表明中国近海沉积物重金属的人为来源贡献率接近或超过50%.当前中国近海沉积物中重金属源解析研究还存在源识别端元模糊、解析结果缺乏相应的可靠性评价等问题.据此提出近海沉积物重金属源解析研究应使用多种解析技术手段综合、集成与优化,提高源解析的准确性;建立完善指标体系,筛选代表特定人为活动和自然过程的指标;甄别人为源重金属入海方式及过程,为沉积物数据信息的解译提供理论基础.     

坡改梯工程对胡家山小流域非点源污染负荷时空变化的影响

以丹江口库区胡家山小流域为研究对象,利用2005、2010和2015年3个时期的Landsat TM/ETM遥感影像,结合长期野外观测资料,应用输出系数模型,在GIS技术支持下,研究了以坡改梯工程为主要内容的小流域综合治理工程实施前后,流域非点源污染总氮(TN)负荷的时空变化及其影响因素.结果表明: 由于坡改梯工程的实施,流域内坡度15°以上区域的耕地面积明显增加,林地和荒地面积有所减少.流域非点源污染TN负荷由工程实施前的63028 kg增加到2010年的72778 kg ,实施后则降低到46876 kg.其中,农村生活的贡献率较高,3期平均贡献率为53.5%,但呈逐年减少趋势;土地利用的贡献率平均为45%,呈逐年增加趋势;畜禽养殖贡献率始终较低.流域非点源氮素负荷强度的空间分布在工程实施前后发生了较为明显的变化.实施前,高负荷强度区主要集中在5°～15°坡度区间,实施后高负荷强度区集中在15°～35°区间,5°～8°区间成为低负荷强度区;在时间变化上,0°～8°坡度区间的TN负荷强度随时间的变化较小,8°以上坡度区间,表现为先增加后减少的趋势.随着村落污水、垃圾和畜禽粪便得到治理,居民生活、畜禽养殖非点源氮素输出明显减少;由于坡改梯工程的实施,耕地面积增加了31%.     

基于区域剖分算法的土壤碳通量空间采样策略

由于土壤碳通量在空间分布上具有很强的异质性,传统的采样方法难以对区域土壤碳通量进行精确估算,因此确定适当的采样策略对区域土壤碳通量的估算具有重要意义.本文提出一种逐点递增式采样的区域剖分部署策略(RDPG):设定初始采样点,使用改进的凸包插值算法构造Delaunay三角网,根据邻近已知采样点插值计算三角形各边垂直平分线的交点的离散度,选择离散度最大的点作为新增采样点.采用该方法对变异系数为0.42～0.59的仿真试验区域进行多次试验,结果表明:在相同试验条件下,RDPG布局策略能够获得比随机采样和均匀采样策略更高的区域土壤碳通量估算准确度.RDPG方法考虑了区域土壤碳通量的空间异质性,提高了区域土壤碳通量拟合精度.