祁连山气候变化特征及其对水资源的影响

祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区,是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料,系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征,以及在气候变暖背景下,气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明: 1961—2020年,祁连山区平均气温呈显著上升趋势,升温速率达0.39 ℃·(10 a)^-1,西段升温速率最大,中、东段次之,冬季升温趋势最显著,春季最小;祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·(10 a)^-1],中段增加最明显,2004年以来祁连山区处于多雨时期,气候呈暖湿化趋势;四季降水量均呈增加趋势,夏季降水增加对年降水贡献最大;年降水以年际尺度变化为主,2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显,与夏季气温存在负相关,与降雪量存在正相关;2016—2020年,祁连山增温趋缓、降雪增多,积雪面积呈增加趋势。2000年以来,祁连山升温加剧,降水增多,冰雪融水增加,石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。     

长白山生态功能区气候变化特征

为探究长白山生态功能区气候变化特征,本研究利用区域内及周边36个气象站数据与CN05.1格点数据集,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall突变检验、累积距平法、Morlet小波分析等方法研究1961—2016年长白山生态功能区内温度(平均气温、四季气温、极端气温)、水分(年降水量、四季降水量、降水日数、相对湿度)、光照(日照时数与日照百分率)和风速因子的时空变化规律.结果表明: 1961—2016年,长白山生态功能区气温升高、日照减少、风速减弱、降水量周期振荡变化.其中,冬季气温[0.45 ℃·(10 a)^-1]与最低温度[0.74 ℃·(10 a)^-1]大幅上升.年平均风速显著降低[-0.21 m·s^-1·(10 a)^-1]但并未发生气候突变.年降水日数大幅降低[-7.01 d·(10 a)^-1],使其与东北地区气候变化特点有所不同.虽然功能区内年降水量倾向率为16.06 mm·(10 a)^-1,但不能以简单的趋势增加或减少来描述降水量变化特征,功能区内降水量变化以26年长周期叠加3年的短周期为主.研究结果对区域生态评估、生态系统响应气候变化、物候变化等研究具有指示意义.     

1999—2015年若尔盖草原湿地净初级生产力时空变化

植被净初级生产力(NPP)是草原湿地生态系统碳收支平衡和气候变化的核心内容之一。本研究基于植被指数、气象数据(降水和气温)、植被类型数据,利用CASA模型对若尔盖草原湿地1999—2015年NPP进行估算,分析了若尔盖草原湿地NPP时空格局特征及其与气候因子的关系。结果表明: NPP实测值与模拟值之间显著相关,R²为0.78,均方根误差为120.3 g C·m^-2·a^-1;研究区年均和生长季(4—9月)NPP分别为329.0、229.4 g C·m^-2·a^-1,年际间波动明显,以2.3、1.6 g C·m^-2·a^-1的微弱趋势下降,不同植被类型的年均及生长季NPP的年际波动与整个研究区的波动趋势基本一致;年均和生长季NPP的变化斜率分别为-21.3～18.7、-31.5～23.1 g C·m^-2·a^-1,显著增加的面积分别占研究区总面积的0.3%和0.7%,主要分布于森林覆盖区和湿地生态补偿区;显著下降的面积分别占研究区总面积的1.4%和6.4%,主要分布于人类活动集中的地区;研究区不同植被的固碳能力存在差异,其中,森林最强,草地次之,湿地最弱;降水是影响草原湿地植被NPP的主导气候因子。     

新疆玛纳斯河流域景观格局变化及其生态效应

根据1976、1989、2000和2005年遥感影像以及新疆玛纳斯河流域气象站的数据,利用GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS,分析了1976—2005年新疆玛纳斯河流域的景观格局变化及其生态效应. 结果表明：1976—2005年间,玛纳斯河流域景观变化主要表现为农田、草地、居民地面积的增加以及森林、湿地、沙漠、冰雪面积的缩减;从景观水平上看,研究区斑块个数、景观形状指数、蔓延度指数均有所增加,香农多样性指数减小;从类型水平上看,该区各景观组分的异质性指数及其变化过程均有较大差异,体现了研究区景观生态系统的复杂性;玛纳斯河流域景观格局变化的生态效应主要表现在湿地面积萎缩的负效应以及流域蒸发量减小和空气湿度增加的正效应. 1976—2005年间,研究区湿地面积由415.7 km²降至297.4 km²,降幅达28%;蒸发量的年均降幅为0.91 mm;空气相对湿度的年均增幅为0.037%.     

亚高山草甸华灰早熟禾对气候变化的响应

利用亚高山草甸华灰早熟禾生长发育的定位观测资料和相应的气象观测资料,分析了1985—2005年甘肃省玛曲县气候变化对牧草生长发育的影响.结果表明,研究期间,玛曲县降水量的年际变化呈下降趋势,其线性拟合倾向率为-9.895 mm·(10 a)^-1,降水量存在3 a的周期变化;气温的年际变化呈上升趋势,其线性拟合倾向率为0.341 ℃·(10 a) ^-1;华灰早熟禾生长季的干燥指数呈显著上升趋势,其线性拟合倾向率为0.036·(10 a)^-1,20世纪90年代初至2005年明显趋于干旱化.华灰早熟禾返青到籽实成熟约需140～150 d,期间对≥0 ℃积温、降水量、日照时数的要求分别为1000 ℃～1200 ℃、400～450 mm和1000～1100 h;华灰早熟禾在返青后54 d开始由缓慢生长转为迅速生长阶段,返青后第80天的生长速度达最大,返青后104 d开始由迅速生长又转为缓慢生长.受气候变暖的影响,华灰早熟禾抽穗期、开花期、成熟期、黄枯期每10年分别提前15 d、7～8 d、8～9 d、3 d.研究区的气候变化使该区华灰早熟禾产量变幅明显加大,产量的不稳定性增加.     

1954—2005年中国北方针叶林分布区的气候变化特征

基于中国北方针叶林(兴安落叶松林)分布区8个气象观测站的气象资料,分析了1954—2005年气温和降水的变化特征.结果表明：研究期间,中国北方针叶林分布区的气温以0.38 ℃·(10 a)^-1的速度上升,远大于全球近50年来0.13 ℃·(10 a)^-1的平均增温速率.尽管夏、秋季的气温呈上升趋势,但不显著;而冬、春季的增温显著(P<0.01);最高年平均气温(0.37 ℃·(10 a)^-1)与最低年平均气温(0.54 ℃·(10 a)^-1)均呈极显著的增加趋势(P<0.01).降水量年际间波动较大,但没有明显的变化趋势;各季节降水量也没有明显的变化规律,其中春、秋、冬季的降水日数有增加趋势,但没有达到显著水平,而夏季的降水日数呈显著减少趋势(P<0.05);各季降水强度均呈增加趋势,其中夏季(P<0.05)和冬季(P<0.01)的变化达到了显著水平.     

镇江内江湿地不同演替阶段植物群落小气候日动态

2005年5月,选择镇江内江湿地具有代表性的裸地、虉草群落和芦苇群落,分别代表植被群落的不同演替阶段,测定不同群落、不同层次的光照强度、气温、土温和空气相对湿度,研究其植物群落小气候的日动态.结果表明,随演替由裸地到虉草群落到芦苇群落进行,群落内光照强度、气温和土壤温度均明显降低,日变幅减小.其中,日均光照强度由1 204.7 μmol·m^-2·s^-1降至141.28 μmol·m^-2·s^-1,日均变幅由1 126μmol·m^-2·s^-1降至265 μmol·m^-2·s^-1;日均气温由32.2 ℃降至24.9 ℃,日均变幅由12.75 ℃降至4.8 ℃;日均土温由21.83 ℃降至19.47 ℃,日均变幅由4.5 ℃降至2.1 ℃.群落内空气相对湿度明显升高(由58.95%增至87.3%）,变幅减小(由29.75%降至5.15%）.生境具有早期的开放性和后期的封闭性,小气候环境朝着更为阴、凉、湿的环境变化,且波动性减弱,稳定性增强.各群落内的光强、气温、湿度及土温之间均存在一定相关,但不同演替阶段各因子间相关程度各异.     

基于多时相遥感影像的浑善达克沙地沙漠化监测

沙漠化是浑善达克沙地面临的主要环境问题.为了揭示该地区沙漠化过程,特别是其最新状态,利用1987年和2000年的Landsat TM/ETM 及2006年的中巴资源卫星CCD数据,在地面考察资料及地理信息系统(GIS)的支持下,提取了固定沙地、半固定沙地、流动沙地、丘间草原及湿地5种地表覆被类型,建立了浑善达克沙地沙漠化数据库.结果表明浑善达克沙地在过去20a里发生了沙漠化,但是可分为两个阶段.第一阶段从1987年到2000年,为沙漠化快速发展期,固定沙地面积显著减少,而半固定沙地和流动沙地则明显增加;第二阶段从2000年到2006年,为沙漠化缓减期.尽管发生了沙漠化,但固定沙地仍然是浑善达克沙地面积最大的类型.针对流动沙地的空间变化检测表明在过去20a里沙地恶化的面积远远大于逆转的面积,并且已经形成了几条流动沙带,这意味着浑善达克沙地沙漠化的遏制是一个长期的过程.     

河西内陆河流域参考作物蒸散量的时空特征

基于河西内陆河流域17个气象站1961-2008年逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式计算了逐日参考作物蒸散量(ET₀),利用GIS空间分析功能,采用反距离空间插值方法研究了年和季节ET₀的时空特征.结果表明：1961-2008年,河西内陆河流域年均ET₀（700～1330 mm）由东南向西北逐渐增加;黑河流域和疏勒河流域年均ET₀高值区呈显著下降趋势（P<0.05）,其气候倾向率在-53～-10 mm·（10 a）^-1,石羊河流域年均ET₀低值区呈微弱增加趋势;研究区各流域ET₀年际波动较大,并以临泽为较大的波中心,分别向西北和东南两个方向降低.春季和夏季是河西内陆河流域ET₀的集中季节,且疏勒河流域一直是四季ET₀值最高的地区.研究区ET₀气候倾向率依次为夏季>春季>秋季>冬季.影响河西内陆河流域ET₀变化的主要气候因子是风速和最高温度,其中风速是引起疏勒河和黑河流域ET₀呈现减少趋势的主导因子,最高温度和日照时数是引起石羊河流域ET₀呈现增加趋势的主导因子.     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅲ.西北干旱区农业气候资源时空变化特征

基于1961-2007年中国西北干旱区78个气象台站的气象资料,分析了西北干旱区全年、喜凉作物和喜温作物温度生长期内热量、光照和水分的时空变化特征.结果表明：研究期间,西北干旱区年均气温呈上升趋势,其气候倾向率为0.35 ℃·(10 a)^-1;喜凉作物和喜温作物温度生长期内积温总体呈升高趋势,其气候倾向率分别为67和50 ℃·d·(10 a)^-1;研究区大部站点的年日照时数呈明显下降趋势,除新疆大部地区和宁夏平原以东的喜凉作物和喜温作物温度生长期内日照时数呈降低趋势外,其余地区均呈升高趋势;研究区大部地区的全年参考作物蒸散量呈下降趋势,而喜凉作物和喜温作物温度生长期内的参考作物蒸散量则表现为研究区西部下降、东部上升.与1961-1980年相比,1981-2007年研究区大部地区全年及喜凉作物和喜温作物温度生长期内的降水量呈增加趋势,其增幅的空间变化趋势均由西北向东南递减.     

长白山阔叶红松林生态系统碳动态及其对气候变化的响应

应用基于干物质生产理论的过程模型（Sim-CYCLE）估算了1982—2003年间长白山阔叶红松林生态系统总第一生产力（GPP）、净第一生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）及其季节动态变化以及碳储量（WE）、植物碳储量（WP）和土壤碳储量（WS）,并分析了这些指标在当前气候情景和碳平衡情况时的差异及其对未来气候变化情景的响应.结果表明：在当前气候情景下, 长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP分别为14.9、8.7和2.7 Mg C·hm^-2·a^-1,三者分别比实测值减少2.8 Mg C·hm^-2·a^-1、增加1.4 Mg C·hm^-2·a^-1和增加0.2 Mg C·hm^-2·a^-1;长白山阔叶红松林6—8月的NEP占全年总量的90%以上,其中,7月最高（1.23 Mg C·hm^-2·month^-1）;研究区WE、WP和WS分别为550.8、183.8和367.0Mg C·hm^-2,其与实测值均具有较高的一致性.从当前气候情景下到达碳平衡前,长白山阔叶红松林碳储量均有不同程度的增加,GPP和NPP分别为17.7和7.3 Mg C·hm^-2·a^-1,表明研究区碳“汇”的作用随着碳储量的增加逐渐减弱;温度增加2 ℃时,不利于长白山阔叶红松林GPP、NPP和NEP的增长,CO²浓度倍增则可有利地促进三者的增长,CO²浓度倍增、温度增加2 ℃对GPP、NPP和NEP增幅的影响与单纯CO₂浓度倍增的影响相似,气候变化情景对长白山阔叶红松林碳储量的影响规律与对生产力幅度的影响相同,这可能是生态系统生产力影响碳积累所致.     

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明：1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳“汇”的作用,总碳储量约12.37 Pg C·a^-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36 Pg C·a^-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45 kg C·m^-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78 kg C·m^-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.     

基于线性混合像元分解的沈阳市三环内城市植被盖度变化

基于2001和2006年Landsat TM影像,通过线性混合像元分解（linear spectral unmixing, LSU）方法提取沈阳市三环内的植被盖度信息,结合目视解译2006年QuickBird影像得到的研究区土地利用类型图,分析了2001—2006年研究区植被盖度的动态.结果表明：2001—2006年,研究区植被盖度变化剧烈,绿化建设和由城市扩张导致的农田占用现象并存,且前者的植被增加超过后者的植被损失;研究区道路、居住区、公共设施用地、公共绿地及广场的植被盖度均有不同程度的增加（5%～9%）,工业用地几乎没有变化;研究区绿化建设格局比较合理,城区内外植被盖度的两极分化现象虽依然存在,但已得到缓解;研究期间,该区主要地类植被盖度随距市中心距离而递增的顺序为公共绿地及广场（0.8%·km^-1）<居住区（1.5%·km^-1）<工业用地（1.7%·km^-1）<公共设施用地（2.4%·km^-1）<道路（2.9%·km^-1）;公共设施用地和道路植被盖度两极分化现象依然较严重,需加强绿化建设并严格管理.     

青藏高原东缘亚高山针叶林人工恢复过程中的土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法,对青藏高原东缘云杉人工林的土壤呼吸进行连续定位测定,并用挖壕沟法区分土壤自养呼吸和异养呼吸.结果表明:4种云杉林的土壤呼吸速率与土壤5 cm层温度有显著的正指数关系,与土壤含水量的相关性不显著.4种云杉林土壤呼吸年通量在792.08～1070.20 g C·m^-2·a^-1,大小依次为：天然云杉林＞22年生云杉人工林＞65年生云杉人工林＞35年生云杉人工林,随着人工林的恢复呈先降低后升高的趋势.在森林恢复过程中,人工云杉土壤自养和异养呼吸年通量均先减少后增加, 在253.36～357.05 g C·m^-2·a^-1和538.69～703.82 g C·m^-2·a^-1范围变化.22年生、35年生、65年生云杉人工林和天然云杉林非生长季 （2007-11-2008-03）和生长季（2008-04-2008-10）的Q₁₀值分别为：4.59、6.54、4.77、3.18和4.17、4.66、3.11、2.74.除22年生云杉人工林,Q₁₀值随云杉林的恢复更新而逐渐降低, 且非生长季节Q₁₀值均明显高于生长季节.     

施用坡缕石对黄绵土中尿素氮的挥发和淋溶损失的影响

通过室内模拟试验,采用吸收法和土柱淋溶法研究了施用坡缕石对黄绵土中尿素氮的挥发和淋溶的影响.结果表明：施用坡缕石+尿素处理能降低尿素氨挥发高峰期的挥发速率,比单施尿素处理的氨挥发损失减少了13.6%～15.0%.坡缕石施用量为0.3和0.6 g·kg^-1时,降低了NH₄⁺-N和NO₃^--N的淋溶速率,无机氮淋溶损失比单施尿素处理分别减少13.7%和13.6%;而坡缕石施用量为0.9 g·kg^-1时,加快了NH₄⁺-N和NO₃^--N的淋溶速率,无机氮淋溶损失比单施尿素处理增加了6.1%.施用低量（0.3 g·kg^-1）坡缕石+尿素处理土壤的NH₄⁺-N含量比单施尿素处理提高了0.20 mg·kg^-1,而施用高量（0.9 g·kg^-1）坡缕石+尿素处理土壤的NH₄⁺-N含量比单施尿素处理降低了0.42 mg·kg^-1;施用坡缕石+尿素处理土壤的NO₃^--N含量比单施尿素处理增加1.24～2.52 mg·kg^-1.表明施用坡缕石能减少土壤中尿素氨的挥发损失,在一定用量范围内能降低NH₄⁺-N和NO₃^--N的淋失,提高土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量.     

广东鹤山人工林群落主要优势植物的热值和灰分含量

从广东鹤山南亚热带丘陵5种人工林群落中采集20种主要植物器官及3种群落凋落叶样品,利用PARR-1281氧弹热量计和马福炉分别测定样品的干质量热值和灰分含量,再计算去灰分热值;按器官、个体和生长型等比较分析植物的热值和灰分特征.结果表明：植物各器官的干质量热值、去灰分热值分别在10.7～22.17和13.89～23.04 kJ·g^-1之间,叶片的干质量热值和去灰分热值明显高于其他器官(P＜0.05).个体加权平均干质量热值和去灰分热值分别在14.24～19.43和16.63～20.99 kJ·g^-1群落各层次植物去灰分热值平均值的高低依次为：乔木(19.55 kJ·g^-1)＞灌木(19.46 kJ·g^-1)＞草本(18.77 kJ·g^-1),其中,乔木层树木的去灰分热值平均值大小为：本地针叶树(19.86 kJ·g^-1)＞本地阔叶树(19.55 kJ·g^-1)＞外来桉树(19.18 kJ·g^-1),灰分含量的排序则相反.马占相思林、针叶林和木荷林群落的凋落叶热值均高于所在林分各层次的热值(P＜0.01),马占相思林和针叶林的凋落叶热值大于所在乔木层叶片的热值,而木荷林凋落叶热值小于乔木层叶片的热值.     

张家界大鲵生境特征

2006—2008年的7—8月,对湖南张家界大鲵国家级自然保护区境内大鲵栖息河段及其洞穴特征、水质和饵料生物资源进行了实地观测和取样分析,研究了该保护区野生大鲵的生境特征.结果表明：研究区大鲵栖息河段海拔适中,在（373±97） m,河宽与河深均较小,分别为（6.39±2.13） m和（1.07±0.53) m;河段底质均为石质性结构,多为卵石或礁石,河床多为不规则型,河岸多为石壁;两岸植被类型多为灌木丛,植被覆盖度（>50% ）与坡度［（58±17）°］均较大;研究河段的水流速较大,在（0.33±0.08） m·s^-1,且人为干扰较弱.研究区大鲵栖息地的洞穴数量较多,达（4±2）个·100 m^-1,洞穴中水的流速较小,在（0.22±0.10） m·s^-1.大鲵栖息处水质溶解氧较高,为（7.23±0.85） mg·L^-1,化学耗氧量与总氮含量均较低,分别为（4.00±2.51）和（0.11±0.15） mg·L^-1,总硬度适中,为（137.16±67.69） mg·L^-1,大肠菌群较少,为（3419±3407） ind·L^-1.对研究区大鲵种群数量影响最大的饵料生物是蟹,其次为虾.     

钙和水杨酸对亚高温胁迫下番茄叶片保护酶活性的调控作用

为了明确Ca²⁺和水杨酸对番茄耐亚高温特性的调控作用,在番茄第1花序第1花开花当天进行昼间亚高温（35 ℃）胁迫处理,并在亚高温处理区喷施10 mmol·L^-1CaCl₂和0.2 mmol·L^-1水杨酸（SA）水溶液,以25 ℃喷施清水为对照,研究叶片保护酶活性（SOD、POD和CAT）和可溶性蛋白质含量的变化.结果表明：亚高温处理使叶片中SOD、CAT、POD活性降低,在处理结束时,SOD、CAT、POD活性分别比对照降低了14.82%、31.84%和 26.34%.而亚高温条件下喷施CaCl₂和SA可以显著降低番茄叶片MDA含量,提高SOD、POD和CAT活性,并使这些指标达到或超过对照水平.说明Ca²⁺和水杨酸对亚高温条件下番茄植株叶片保护酶活性具有正调控作用,这种调控作用可能对亚高温条件下番茄的光合系统起到保护作用.