中国北方农牧交错带C3草本植物δ13C与温度的关系及其对水分利用效率的指示

由于植物稳定碳同位素组成(δ¹³C)综合反映了植物光合过程中C、H₂O交换的信息,因而从理论上讲它可以作为植物长期水分利用效率的潜在指标,并揭示与植物生理生态过程相联系的一系列气候环境信息。通过对中国北方农牧交错带400 mm等降水样带上28个科的118种C3草本植物叶片δ¹³C值的测定,探讨了C3草本植物δ¹³C和水分利用效率(WUE)对环境温度梯度变化的响应以及气候环境因素对其产生的影响,揭示了样带控制植物δ¹³C变化的主要环境因子。结果显示: 在400 mm降水带上C3植物δ¹³C分布区间为-31.5‰ -23.0‰,平均值为-27.6‰,分布范围与黄土区干旱-半干旱区C3草本植物一致。整体C3植物δ¹³C随年均温度和夏季均温升高分别变重0.14‰/℃和0.27‰/℃,指示植物WUE随大气温度升高而增加。但这仅是一种表象,温度与植物碳同位素的这种关系实质上是温度升高导致的土壤相对湿度(或湿润指数)降低造成水分胁迫进而影响植物碳同位素分馏的结果,植物可利用的有效水分是本样带植物碳同位素分馏的控制因子。5种C3广适性植物δ¹³C均随温度升高而变重,但变化幅度不同,而且它们之间平均δ¹³C值有显著差异,表明不同物种的水分利用状况对温度的响应不同,说明不同物种有不同适应环境变化的策略。此外,本结果还显示不同寿命的草本植物δ¹³C值以及用碳同位素表征的WUE表现出多年生草本>2年生草本>1年生草本(可能与不同寿命草本植物的根系分布和吸水能力有关),这与Ehleringer等在沙漠地区研究的结果一致,而与湿润气候区的结果相反,表明不同寿命的草本植物δ¹³C值和WUE的变化可能与当地水分条件有关。     

近144年来秦岭太白山林线区3-6月平均气温的重建

秦岭太白山林线植被因海拔较高且受人为扰动较轻,对气候变化的响应尤为敏感,为获取过去气候变化信息提供了可靠代用资源。然而,结合树木年代学方法及Arcgis空间插值功能进行秦岭林线气候变化重建的工作至今仍处于空白。利用采自太白山林线地带太白红杉(Larix chinensis)所建立的树轮宽度资料,与提取自太白山保护区气温栅格数据中的采样点位置气象数据进行相关分析。结果表明,太白红杉与3—6月平均气温相关性最显著,采用线性回归建立了两者的拟合模型,剔除重建方程中的1997、1998年之后,方差解释量达57.2%(调整自由度后为55.5%);重建气温序列显示偏冷时段平均跨度(16年)较偏暖时段平均跨度(10.8年)长,偏冷时段有:1870—1881年、1903—1918年和1977—1996年;偏暖的时段有:1882—1892年、1919—1929年和1997—2013年;在1931—1978年这一时期,气温相对稳定,1988年之后升温强烈;周期分析显示近144年以来3—6月气温存在22—31 a,18—22 a以及10—13 a的3个振荡周期,可能与大尺度气候驱动及太阳活动存在联系。以上结果均得到历史记录以及周边重建结果的支持。     

基于SEBAL模型的西北农牧交错带生长季蒸散发估算及变化特征分析

蒸散发是土壤-植被-大气系统中水循环和能量交换的主要组成部分,准确估算区域蒸散发对农业用水调度与水资源的管理至关重要。利用MODIS数据产品结合地面气象站的观测资料,基于能量平衡原理建立的SEBAL(Surface Energy Balance Algorithms for Land)模型对西北农牧交错带2015年生长季(4—10月)的地表蒸散发量进行反演研究,并用Penman-Monteith(P-M)公式结合作物系数对模型的估算结果进行对比,结果表明:SEBAL模型估算结果与P-M公式之间的平均绝对误差为0.79mm/d,均方根误差为0.94mm/d,R~2=0.76,整体反演值偏高,但基本能满足本地区的研究需求。生长季区域日均蒸散发的变化范围为0.12—10.66mm/d,日蒸散量均值为4.31mm/d,呈东北、西南部较高,西部偏低的空间分布特征。将蒸散发估算值与地表特征参数统计分析发现蒸散发与NDVI和地表净辐射之间呈正相关,与地表温度和地表反照率之间呈负相关;不同土地利用/覆被类型的日蒸散发量由大到小依次为:耕地、林地、未利用地与草地。     

气候变暖对老秃顶子林线结构特征的影响

运用样带样方法和年轮气候学方法对大海林地区的气候因子和样地数据进行了分析。结果表明 ,近 30 a来老秃顶子地区气候变暖明显 ,尤其是冬季增温最明显 ,月份增温中以 2月份最大 ;寒冷时期 (12月份、翌年 1和 2月份 )和温暖时期 (6～ 9月份 )的温度都有增加 ,但是寒冷时期温度的增加幅度较大 ;冬季与夏季温差稍有减少 ,但积温有所增加 ,整年的热量正在增加。全球变暖导致的大海林地区增温对老秃顶子林线结构特征产生了很大的影响 ,由样地调查和分析可知 ,全球变暖导致林线中上部幼苗、幼树的更新和存活增多 ,森林密度加大 ,树木平均年龄降低 ,年龄结构呈倒 J字型 ,并且多呈聚集分布 ;而在林线的下部 ,幼苗更新很少 ,主要以中龄林存在 ,并且多呈零散分布形式。通过年轮分析得出 ,气候变暖导致林线树木径生长和高生长增加 ,而且增加的趋势和近 30 a来温度的变化基本一致。通过对年轮指数与气候因子的相关性分析 ,表明林线树木年轮指数与温度的相关性较强 ,而与降水的相关性较弱 ,并且年轮指数与温暖时期温度和积温呈正相关 ,而与寒冷时期温度和年平均温度呈负相关 ,表明温暖时期温度和积温控制着林线的海拔高度 ,而寒冷时期的温度和年平均温度主要对林线树种类型起着决定性的作用。从敏感度分析看出 ,林线     

太白山林线附近太白红杉种群的生态特征

高山林线对外界环境的变化和干扰异常敏感,已成为全球气候变化研究的热点。太白红杉(Larix chinensis)是太白山的高山林线树种,对高海拔生态环境的保护起着重要的作用。在太白山林线附近采用样方调查的方法,对太白红杉种群的生态特征进行了研究,结果表明:(1)林线附近不同海拔区域,种群的平均基径、平均胸径、平均树高等基本特征随着海拔的升高明显降低。(2)太白红杉的胸径与年龄存在着较明显的回归关系,而树高与年龄相关性较低。随着海拔的升高,回归方程的拟合优度呈下降趋势。(3)林线附近不同海拔区域,太白红杉种群的径级结构与年龄结构均存在一定的波动。表明该区域存在着波形的更新,可能与太白红杉的年龄结构受外界环境的影响较大有关。(4)太白红杉种群各龄级的空间格局基本上是聚集型。随着取样尺度的增加,聚集强度呈增加的趋势。随年龄增加,种群分布由聚集型向随机型过渡,聚集强度减弱。     

中国北方农牧交错带优化生态-生产范式

中国北方农牧交错带具有生态、生产双重功能,在国民经济发展中具有重要战略地位。构建优化生态生产范式是对其进行科学管理的一种有效方式。优化生态-生产范式是应用生态经济学原理与系统科学方法,以生态恢复与重建为目标,以多用途资源利用和景观生态设计为核心,以生物-自然和社会-经济综合分析为基础,结合现代科学成果和传统农牧业技术的精华而建立起来的结构优化、功能持续、经济可行的农林牧复合经营系统的范例。文章对优化生态生产范式的配置以及配套技术的研究现状进行了综述,提出在构建优化生态生产范式的过程中应当遵守规模的发展与土地承载能力相适应的原则、限制因子原则、景观异质性与尺度的原则以及生态、经济和社会效益统一的原则。针对目前范式研究中着重经济效益、研究尺度单一、缺乏学科间的综合和集成、效益评价体系不完善等一些问题,指出了今后范式研究的趋势,认为今后的研究应重视基础理论和应用技术的研究、对现有范式进行调整和优化、建立统一的评价体系、量化范式适宜程度和优化程度。在基础研究方面应主要集中在主要的农业生态系统对不同人为干扰响应的形式和实质,研究确定一系列重要的生态经济阈值;应用技术方面应注重于调整产业结构,积极发展高科技产业,提高产投比。对范式实施后的各项生态经济指标进行动态监测,从而对范式进行适时调整与优化。对不同范式取得的效益进行横向的、定量的研究,选择出最优的范式。同时,学科间的融入将成为范式研究中的又一特点。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同生境植物的叶性状

研究不同生境和不同植被演替阶段的叶性状,将为区域植被建设提供重要科学指导。以黄土高原水蚀风蚀交错带的典型区——神木六道沟流域为研究地点,研究了不同生境植物叶性状的种间和种内差异、退耕地植被演替过程中叶性状的变化及其相互关系。结果表明:(1)不同生境植物的光合特征和叶片结构特征的种间差异较大,这可能是植物长期适应生态环境的结果,同时也与其本身固有的遗传特性有关。(2)在物种水平上,最大光合速率(Pmax)、光合氮素利用效率(PNUE)和比叶面积(SLA)随退耕年限的增加呈显著下降趋势,而水分利用效率(WUE)、叶氮含量(Nmass)与退耕年限相关关系不显著。在群落水平上,除SLA与退耕年限的相关性不显著以外,其它指标皆与物种水平的变化趋势一致。(3)研究区32个物种的Pmax与WUE、PNUE、Nmass呈显著正相关(P0.05),而与SLA的相关关系不显著。PNUE与WUE、SLA呈显著正相关(P0.001),而与Nmass的相关性不显著;物种的Nmass与SLA呈显著正相关(P0.001)。同其它地区相比,研究区物种的Pmax、PNUE、SLA较低。具有较低Pmax、PNUE、SLA的物种可能更适宜研究区土壤贫瘠的生境。     

基于能流物流理论的农牧交错带生态治理模式研究——以内蒙古后山旱农区为例

中国北方农牧交错带的生态环境问题引起了人们广泛关注．经过多年的攻关研究。以能物流理论为指导,根据地处北方农牧交错带的后山旱农区的自然、社会、经济特征,提出了以丘陵为单元的生态治理模式,1999年对传统顺坡种植模式、人工草地模式和生态治理模式进行观测．能物流分析结果表明。生态治理模式与传统的种植模式相比,能提高太阳能利用率8．3％,提高能量输出量8．7％,提高能量转化效率19．4％,N的输出量提高26．5％,转化效率提高57．1％,P的输出量提高12．1％,转化效率提高45．0％。水分利用效率提高17．7％．人工草地模式与传统模式和生态治理模式相比,其太阳能利用率、能量输出量、能量转化效率都是最低的．治理模式产出最多,盈利最多,是经济效益最好的模式,经济效率比传统模式提高16．1％。     

东北农牧交错带土地利用生态安全模式案例研究

尽管目前学术界对生态安全尚无统一的定义和权威的度量方法、指标 ,生态安全却是任何一个区域进行资源开发必须遵循的可持续发展准则[7] 。关注土地利用过程中出现的生态问题 ,研究扰动敏感区土地利用变化的生态环境效应 ,加强脆弱类型土地生态经济系统生态安全的调控 ,成为国内外关于土地利用变化研究的一个重要趋势。东北农牧交错带位于中国北方农牧交错带的东部三北交接农牧交错区[2 ] ,土地利用上具有农牧交错、时农时牧的特点。因其生态环境组成结构相对不稳定 ,对于干扰因素反应敏感且易发生不利用于人类利用的变化 ,以致在土地利用过…     

漓江水陆交错带不同植被类型的土壤酶活性

水陆交错带是内陆水生生态系统与陆地生态系统之间的功能界面区,其包含了高地到低地直到水体的区域,是土壤有机质源、汇和转换器。土壤中有机物的分解以及营养物质的转化不仅影响到植物的生长,也对水体质量产生间接影响。土壤酶几乎参与土壤中有机物质的分解与合成的全过程,直接或间接影响着土壤一系列的生物化学反应,对生态系统的物质循环产生重要影响。不少学者围绕农田土壤、林地土壤以及湿地土壤探讨了不同植被下酶活性的变异。水陆交错带植被种类丰富,周期性的淹水条件加剧了土壤性质变异的复杂性。但目前水陆交错带不同植被类型土壤酶活性差异的研究不多。以漓江水陆交错带土壤为研究对象,对苔藓、草本和灌丛3种植被类型下的土壤溶解性化学成分、4种土壤水解酶即糖苷酶、几丁质酶、亮氨酸氨基肽酶和磷酸酶以及2种氧化还原酶即酚氧化酶和过氧化物酶的活性,以及土壤性质与酶活性之间的关系进行了研究。结果表明,苔藓植被下土壤的糖苷酶和酚氧化酶活性显著高于草本和灌丛,草本植被下土壤的过氧化物酶活性显著高于苔藓和灌丛,灌丛植被下土壤几丁质酶活性显著高于苔藓和草本,但不同植被类型的土壤亮氨酸氨基肽酶活性无显著差异。相关分析表明,土壤水分含量与糖苷酶和酚氧化酶活性呈显著正相关,而与几丁质酶和碱性磷酸酶活性呈显著负相关。土壤有机碳和易氧化碳均与糖苷酶和酚氧化酶活性呈极显著负相关,与几丁质酶活性呈显著正相关。土壤溶解性有机碳与亮氨酸氨基肽酶和酚氧化酶呈显著正相关。综合认为,水陆交错带不同种类土壤酶在不同植被类型间的差异有别,土壤水分含量和土壤有机碳显著影响土壤酶活性的变化。不同植被类型土壤酶活性的差异不仅与植被类型有关,与水陆交错带微地形以及土壤性质的空间异质性也有密切关系,需运用长期控制试验手段开展研究。