内蒙古荒漠草原植物水分利用特征差异及对环境因子的响应

水分是干旱半干旱地区植被生长的主要限制因子,水分利用是反映植被对环境变化响应的关键生态水文过程。目前缺少对干旱半干旱区草原不同科、属植物水分利用特征差异的系统分析,且植物水分利用特征与环境因子的定量关系需要进一步研究。在内蒙古荒漠草原进行样带调查,采集7个样地0—100 cm深度土壤样品和15种植物根茎结合部(茎秆)、叶片样品,测定土壤水、植物水中δ²H和δ¹⁸O和植物叶片δ¹³C的同位素,利用MixSIAR模型确定不同科、属植物水分来源比例,分析不同科、属植物水分利用来源和水分利用效率的差异,并建立植物水分来源比例及水分利用效率与各环境因子的定量关系。结果表明：(1)禾本科和菊科植物主要利用0—30 cm深度土壤水(55.63%和51.84%),其叶片δ¹³C(-26.61‰和-27.91‰)均低于其他科(包括柽柳科、藜科和蔷薇科)(-26.36‰),且其他科主要利用60—100 cm深度土壤水(36.83%),水分利用策略更有利于在干旱条件下生存。(2)针茅属植物对0—30 cm深度土壤水的利用...     

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.     

冀北高原闪电河流域上游不同介质体中总P分布特征

对冀北高原闪电河水库上游２０ｋｍ长的河段的多介质体中总Ｐ含量及其动态变化分析表明,同源水体的总Ｐ含量各段不一,其中最高量（０．０８２４ｍｇ·Ｌ（－１））为最低量（０．０２２８ｍｇ·Ｌ（－１））的３．６倍;不同介质体总Ｐ含量以土壤（３４０２ｍｇ·ｋｇ（－１））＞淤泥（１９９２ｍｇ·ｋｇ（－１））＞岩石（５４２ｍｇ·ｋｇ（－１））＞水体（０．０５５３ｍｇ·Ｌ（－１））的排序递减,并随温度升高而增高．     

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。     

青藏高原高寒草地不同植物功能群与土壤碳同位素特征及影响因素

青藏高原海拔高、面积广,是全球范围内最典型的高寒地区之一,探究青藏高原高寒草地植物和土壤碳稳定同位素组成(δ¹³C)特征及其控制要素,对深刻理解高寒生态系统碳循环过程具有重要意义。研究采集并测定了青藏高原不同区域135个草地样点中的植物和土壤碳稳定同位素自然丰度,探讨了不同植物功能群和表层(0-10 cm)土壤δ¹³C特征及其与气候、土壤因素的关系。结果表明:(1)杂类草δ¹³C显著低于禾本科、莎草科和豆科植物δ¹³C(P ＜ 0.05)。表层土壤δ¹³C与禾本科、莎草科、豆科植物δ¹³C呈显著正相关(P ＜ 0.05),与杂类草δ¹³C无显著相关关系,且表层土壤δ¹³C对三种植物功能群δ¹³C的敏感性为禾本科>豆科>莎草科。(2)在影响禾本科、莎草科、豆科植物和表层土壤δ¹³C的环境因子中,气候因子的相对贡献率均大于土壤因子,气候因子中太阳辐射相对贡献率最大,杂类草δ¹³C与气候和土壤因子均不存在显著相关关系。研究表明,太阳辐射是决定高寒草地生态系统植物和表层土壤δ¹³C的主要因子。研究可为青藏高原高寒草地植物和土壤δ¹³C特征与有机碳动态循环提供数据支撑和理论参考。     

不同培养基质黑木耳品质及稳定同位素特征差异分析

黑木耳Auricularia heimuer凭借较高的营养价值,作为特色农产品在我国广泛种植。采用不同基质(杂木屑、甘蔗渣和棉籽壳)栽培黑木耳,研究黑木耳产品营养成分、质构特性以及稳定同位素之间的特征差异。利用国家标准、质地多面分析技术、稳定同位素技术对其营养成分、质构特性和稳定同位素进行特征差异分析和比较。结果表明,以棉籽壳为主要栽培基质的黑木耳的氨基酸、灰分含量最高,以甘蔗渣为主要栽培基质的黑木耳蛋白质、粗多糖、总糖含量最高,以杂木屑为主要栽培基质的黑木耳粗纤维含量最高,差异显著(P<0.05)。黑木耳的硬度、胶着性、咀嚼性以甘蔗渣为主要栽培基质的黑木耳最优。不同培养基质黑木耳样品的稳定同位素比率差异显著,其中甘蔗渣基质栽培黑木耳中δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H和δ¹⁸O最高,棉籽壳基质栽培黑木耳中δ³⁴S最高。不同培养基质栽培的黑木耳营养及质构特性具有一定相关性。本研究试图阐明不同栽培基质的黑木耳子实体的稳定同位素、营养及品质的差异,可为黑木耳地域和品质鉴别提供有利的数...     

玛纳斯河流域农田土壤水盐空间分布特征及影响因素

采用传统统计学和地统计学相结合的方法,通过野外实地分层采集土样,分析干旱区典型内陆河玛纳斯河流域农田土壤水盐的空间分布特征及其影响因素,并探讨了土壤水盐在空间分布上所体现的耦合作用关系.结果表明:研究区农田土壤整体上水分含量较低(14.2%~20.9%),盐渍化程度较高(平均全盐量6.00~9.15 g·kg-1),土壤水盐的剖面分布均呈现出"底聚"现象;各层土壤水分均属于中等变异强度,土壤盐分变异强度较大;受结构性因素影响,各土层盐分和含水量均具有较强的空间相关性.各层土壤水盐的水平分布格局无规律,受地形、地貌等因素制约.在人类活动的干扰下,土壤水盐耦合作用的关系更趋复杂,但两者的空间分异呈现出一定程度的同步性.     

兰州市热环境时空特征及影响因素研究

基于Landsat数据,运用辐射方程传输法获取兰州市2005年、2015年和2018年夏季地表温度作为基础数据,分析兰州市热环境时空分布特征及其影响因素,为缓解该市城市热岛效应提供指导依据。结果表明:(1)兰州市热岛效应呈现增强趋势,空间分布呈现“树杈状”特征。非主城区地区成为主要热岛效应区域,其中,以永登县与皋兰县为热岛效应最强烈区域。(2)低温区与次低温区分布的土地类型以林地和水域为主;中温区分布的土地类型以耕地和草地为主;高温区与次高温区主要分布在建设用地、未利用地以及部分耕地与裸草地区域,草地与耕地的植物含水量是影响地表温度的主要因素。(3)各影响因素与LST之间的相关性由大到小分别为:NDVI、建筑密度、路网密度、建筑高度差、建筑平均高度、GDP和人口。     

巢湖流域春季大型底栖动物群落生态特征及与环境因子关系

采用野外采样调查的方法,结合聚类(Cluster)、多维排序尺度(MDS)、典范对应分析(CCA),以及Shannon多样性指数、Pielou种类均匀度指数、Margalef种类丰度指数等手段,研究了巢湖流域春季大型底栖动物的种群结构特征、多样性及其与环境因子的相关性.调查共采集到大型底栖动物23种,其中环节动物门6种,占26.1%,节肢动物门8种,占34.8%,软体动物门9种,占39.1%;流域内大型底栖动物的优势种为环节动物门的霍甫水丝蚓(Limno-drilus hoffmeisteri)和苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi),以及软体动物门的铜锈环棱螺(Bel-lamya aeruginosa),且其在流域内的分布具有显著的空间差异性.出入湖河流上游区域(群落Ⅰ)生物多样性相对较好;出入湖河流下游区域(群落Ⅱ)生物多样性最差;巢湖湖体及出入湖河流河口(群落Ⅲ)生物多样性处于两者之间.巢湖流域大型底栖动物空间分布受各种环境因素影响,其中Chl a与NO-3为主要影响因素.     

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。     

内蒙古温带荒漠草原能量平衡特征及其驱动因子

基于内蒙古苏尼特左旗温带荒漠草原生态系统观测站2008年全年的涡度相关观测与相应的生物、环境观测资料,对生态系统能量平衡特征及其驱动因子分析表明:能量平衡各分量(净辐射,Rn;感热通量,H;潜热通量,LE;土壤热通量,G)呈单峰型日动态,白天大部分时间H/RnG/RnLE/Rn;夜间G/Rn占主导;全天LE/Rn相对较小,即使在植物生长盛期。较低的LE/Rn可能与荒漠草原气候干旱及植被分布稀少有关。日Rn受天气变化的影响,特别是在雨季,Rn日间差异较大,呈现锯齿状波动。能量平衡各分量季节变化明显,Rn、H、LE和G最大月分别为7、5、6月份和6月份。全年H是Rn的主要能量支出项(58%);LE其次(26%),年蒸散量(190.3mm)大于年降水量(136.3mm),与多年平均降水量接近(183.9mm),其中最大日蒸散率3.8mm/d;G所占比例较小(1%),全年基本保持平衡。然而G白天吸收能量,夜间释放能量;夏季储存能量,冬季释放能量的特点,在能量平衡中存在类似"能量缓存"的作用,不能被忽略。降水过程显著影响内蒙古温带荒漠草原水热交换。降水后较降水前LE峰值明显增大,而H峰值降低。日蒸散率峰值多数与降水事件有关。而且,生长季日蒸散率波动与降水引起的SWC变化趋势一致。生长季潜热分配(LE/Rn)主要受到土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)及叶面积指数(LAI)共同影响。LE/Rn随SWC增大呈增加趋势,LE/Rn随VPD增大而降低,LE/Rn随LAI增大呈二次曲线变化。其中LAI为0.2m2/m2是一个阈值,当LAI0.2m2/m2,SWC是LE/Rn主要驱动因子;当LAI0.2m2/m2,SWC和LAI共同驱动LE/Rn。应用退耦因子(Ω)评价了荒漠草原与大气之间水汽交换的耦合状况。与其他草原类型相比,本研究区退耦因子(Ω)相对较低(生长季平均0.15)。生长盛期Ω相对较高,Rn是LE的主导因子;而生长前期和后期Ω相对较低,VPD是LE的主要控制因子。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

内蒙古温带荒漠草原生长季地表反射率特征及数值模拟

基于内蒙古苏尼特左旗温带荒漠草原生态系统野外观测站2008年生长季(5月1日-10月15日)的气象和生物要素观测资料,分析了地表反射率日、季动态,并构建了温带荒漠草原地表反射率模型.结果表明：研究区地表反射率日变化主要受太阳高度角影响,呈早晚高、中午低的U形曲线特征;生长季地表反射率在0.20～0.34,平均为0.25,以5月较高、6月下降、7-9月相对稳定、10月增大;研究区地表反射率的季节动态与冠层叶片的物候变化有关,同时受降水过程的影响;土壤含水量和叶面积指数是影响该区地表反射率的关键因子;反映土壤含水量和叶面积指数共同作用的地表反射率模型的模拟值与野外实测值具有较好的一致性.     

黄土区小流域植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响

沟坡作为黄土丘陵区小流域水土流失最为活跃的区域,探究不同下垫面植被类型下的土壤水分循环特征对于沟坡地植被恢复具有重要意义。基于氢氧同位素示踪技术,通过野外水样采集和室内同位素分析旨在揭示植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响机制。结果表明:(1)各水体氢氧同位素均遵循:降水>刺槐林地土壤水>草地土壤水>地表水>地下水,降水的变异系数最大,地表水和地下水的变异系数较小。(2)草地土壤水主要以降水补给为主,所占比例为59.12%,刺槐林地土壤水则以深层土壤水的上升补给为主,所占比例为60.97%。短阵性暴雨条件下,草地土壤水运移速率较刺槐林地高约1 cm/d,且主要发生在0—50 cm土层。(3)土壤水的垂向运移为地下水的主要补给形式,草地土壤水对地下水的补给比例为51.64%,约比刺槐林地高0.52%。表明植被类型对土壤水分循环特征具有一定的影响,刺槐林对深层土壤水分利用强度较大,可能加剧深层土壤干层化,而草地更有利于降水入渗以及地下水补给,该研究可为小流域沟坡的生态修复和综合治理提供科学依据。     

宁夏河东沙区刺槐和丝绵木水分利用策略

刺槐和丝绵木混交林是宁夏河东沙区防护林建设的主要模式,了解刺槐和丝绵木的水分利用策略,能为区域植被恢复和防护林林分结构调整提供科学依据。以宁夏河东沙区刺槐(Robinia pseudoacacia)和丝绵木(Euonymus bungeanus)混交林为研究对象,通过监测微气象、树干液流和土壤质量含水量,结合大气降水、土壤水、植物木质部水同位素组成,采用Granier及其校正公式,运用贝叶斯混合模型(MixSIAR)和相似性比例指数(PS)研究2个树种的蒸腾耗水、水分来源和水分利用关系。结果表明：刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量在生长季中期较高,前期和后期较小,刺槐的蒸腾耗水量是丝绵木的1.55倍;影响刺槐蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;影响丝绵木蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、平均气温、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;蒸腾耗水较高时,刺槐主要吸收利用中层土壤水,丝绵木主要吸收利用浅层土壤水,蒸腾耗水较低时,刺槐主要吸收利用浅层土壤水,丝绵木主要吸收利用中层土壤水;在...     

平衡与非平衡生态学在锡林河流域典型草原放牧系统中的应用

为认识放牧系统的复杂性和稳定性 ,产生了放牧系统的平衡生态学和非平衡生态学原理。放牧系统的平衡生态学原理假定 :一旦干扰在系统中发生 ,系统将偏离平衡态 ;而当干扰解除后 ,系统将自动返回原来的状态或在新的领域实现平衡。在对内蒙古锡林河流域典型草原放牧系统动态的研究中 ,来自平衡生态学的 Clem ents- Duksterhuis演替理论提供了一个基本的研究框架。尽管已经证实对退化不太严重的典型草原放牧系统 ,平衡生态学原理是适用的 ,但是对于这一地区严重退化的放牧系统的动态 ,它显然并不能给予合理的解释。事实上许多放牧系统动态遵循非平衡生态学原理。在非平衡放牧系统中 ,稳定的状态是不会实现的 ,因为在这样的系统中 ,非生物变量对于植被的动态似乎起着决定性的影响 ,从而也决定着草食动物的种群动态。状态与过渡模型基于非平衡生态学原理 ,它能够解释过度放牧下典型草原生态系统的崩溃或灌丛化 ,因此它适于该地区严重退化的典型草原放牧系统的动态。鉴于内蒙古锡林河流域典型草原放牧系统普遍严重退化的现实 ,未来该地退化放牧系统的研究应更多地应用非平衡生态学原理 ,并且严重退化的草原生态系统的恢复试验 ,特别是灌丛化草原的重建也应置于它的指导之下     

草原植物根系起始吸水层深度测定方法及其在不同群落状态下的表现

通过比较实验导出用于研究草原群落中不同植物种群起始吸水层研究方法,暂称之为"土体挖空法"。该方法是将土壤剖面的下部挖空,保留上面0—5、0—10、0—15 cm的土层和上面的全部植物,当从地表浇的水在被挖空部分的向下表面开始渗出时测定哪些植物种群吸收了水分。实验中用于检验植物是否吸水的方法是用水势仪测定法。在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场中国科学院草原生态系统定位研究站的实验样地上,通过对处于不同退化恢复演替阶段的草原群落中主要植物种群的研究得出以下结论:1)同一群落中不同植物种间根系起始吸水层存在差异,在恢复群落中存在根系起始吸水位置的生态位分离和重叠现象,其中黄囊苔草(Carex korshinskyi)、冷蒿(Artemisia frigida)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的起始吸水层位置表明它们在对土壤中水资源利用空间维上存在空间生态位重叠现象;羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、米氏冰草(Agropyron michnoi)之间也存在类似的生态位重叠;两组植物种群间存在对土壤中水资源利用空间维上的空间生态位分离现象。2)无论是否退化的草原群落,其中黄囊苔草、冷蒿、糙隐子草的根系起始吸水层深度保持不变;在严重退化的群落中羊草、大针茅、米氏冰草同种个体的起始吸水层则变浅,即呈浅层化分布现象。退化群落中,植物体小型化和根系浅层化的同时植物根系对水分吸收的起始位置总体呈浅层化。3)典型草原群落中各植物种群间存在较大幅度的生态位重叠和一定的生态位分离,其中生态位分离的幅度较小,重叠的程度较大。     

1995-2014年拉萨河流域水环境变化及其驱动力

探究自然环境和人类活动影响下的河流水环境变化,对于流域水资源管理和保护有重要意义。目前从较长时间尺度上系统开展拉萨河流域水环境的研究较少,基于拉萨河流域达孜、卡林、才纳3个环境监测中心站近20年（1995-2014）的水质资料,综合单因子指数法和内梅罗指数法评估拉萨河流域水环境状况,并采用Mann-Kendall检验法分析其多年变化趋势。同时,从经济社会和自然环境两个方面通过灰色关联分析法识别了影响流域水环境变化的关键驱动因子,以期为流域水环境保护提供借鉴。结果表明：（1）总体上,拉萨河流域水环境状况良好,满足水功能区要求;（2）水体中pH、溶解氧、化学需氧量、总磷等指标的取值较高,在0.7左右,是拉萨河流域水环境需重点关注指标;（3）水环境质量稍有下降,内梅罗指数从1995年的0.62增加到2014年的0.73;（4）近20年来拉萨河流域水环境变化的主要驱动因子为降水量、牲畜存栏数、人口数、农村人口数和国民经济生产总值等,农牧非点源污染是拉萨河流域的主要污染源,要重点关注和管控。