华北平原农田CO2浓度变化特征

旨在了解农田CO2浓度长期动态变化特征、趋势、浓度增量分布模式等,收集了2007—2018年中国气象局固城生态与农业气象试验站开路式涡相关CO2浓度观测数据。研究了华北平原农田CO2浓度的年际、年内、昼夜和CO2通量等动态变化特征,对比分析了华北平原农田CO2浓度与城市站和大气本底站CO2浓度变化趋势及差异。结果表明,近十多年来华北平原农田CO2年平均浓度显著升高31.0 μmol/mol（r=0.263, P<0.01）,年均增幅(2.58 μmol/mol)与全球和瓦里关本底站大气CO2浓度增幅接近,但农田CO2浓度年际和年内季节变化波动巨大,日平均浓度和逐时平均浓度标准差分别为33.7和33.5 μmol/mol。夜间CO2平均浓度395.8 μmol/mol,比白天高36.2 μmol/mol（10.1%）,8月最高差值达到74.4 μmol/mol（20.6%）。在作物生长季节,5月和8—9月白天CO2浓度出现的两个谷值准确地对应了CO2通量动态变化的两个峰值,表明4—9月昼间CO2浓度和通量动态变化很好地反映了华北平原冬小麦和夏玉米生长过程、农事活动和农田碳交换的关系。农田CO2浓度动态变化与城市、湿地和大气本底站的变化特征不同,表明其动态变化的形成机制有差异。农田CO2浓度昼夜及季节变化特征为研究和评估CO2浓度升高影响作物生长和产量提供指导依据。     

辽河三角洲湿地生长季蒸散量时空格局及影响因素

蒸散是湿地系统水分损失的重要途径之一,有效量化湿地蒸散量并对其时空格局进行研究具有重要意义。本文以Landsat数据和气象观测数据为基础,利用SEBAL模型估算辽河三角洲湿地1985—2017年共8期植被生长季的蒸散量,并分析其时空格局和影响因素。结果表明:(1)反演得到的蒸散量平均相对误差为9.01%,估测值与实测值相关系数为0.61,基本满足湿地蒸散研究需求;(2)研究区多年日蒸散量均值和相对变化率整体呈双峰态势,极小值出现在2005年,极大值出现在1989年和2014年;(3)日蒸散量具有水陆交界处最低、西部较低、中东部和南部高的趋势,具有显著的空间分异特征;(4)不同土地利用/覆被类型的蒸散量大小依次为:水体区湿地植被区非湿地植被区非植被区(除水体外),多年不同土地利用/覆被类型的蒸散量变化也呈双峰态势,日总蒸散量变化与土地利用转型有关,土地利用/覆被是导致湿地蒸散时空分异的重要因素;(5)平均蒸散量与太阳辐射、气温、风速、相对湿度四个气象因子加权值显著相关,相关系数为0.69,两者年际波动趋势基本一致,蒸散量变化与气象条件变动联系密切。     

气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ. 黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959—2007年降水资料和1983—2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续（无）降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明：1959—2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a) ^-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)^-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

CO2浓度升高与氮添加对三江平原湿地小叶章生长的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO₂浓度(350 μmol·mol^-1)、高CO₂浓度(700 μmol·mol^-1)2个CO₂水平和不施氮(0 g N·m^-2)、中氮(5 g N·m^-2)和高氮(15 g N·m^-2)3个氮素水平,研究CO₂浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章生长的影响.结果表明：随着CO₂浓度升高,小叶章物候期提前,其中抽穗期提前1～2 d,成熟期提前3 d;不施氮、中氮和高氮水平下, CO₂浓度升高使小叶章的分蘖分别增加8.2%(P<0.05)、8.4%(P<0.05)和5.5%(P>0.05);在小叶章生长初期,CO₂浓度升高对其生物量的增加有促进作用,拔节期和抽穗期小叶章地上生物量分别增加12.4%和20.9%(P<0.05);生长后期则对小叶章地下生物量的促进作用增大,腊熟期和成熟期的地下生物量分别增加20.5%和20.9% (P<0.05).小叶章生物量对高浓度CO₂的响应与供氮水平有关,供氮充足条件下, 高浓度CO₂对生物量的促进效应更大.     

Stratigraphic and sedimentological evidence for late Wisconsinan sub-glacial outburst floods to Laurentian Fan

Sub-glacial meltwater produces a distinctive stratigraphic and sedimentological response on the continental margin. Seismo-stratigraphy of Laurentian Channel reveals thick till deposits at its seaward end that pass laterally into stratified sediment in deeper basins, that may record periods of water build up beneath the ice. Two scales of meltwater discharge are recognised: large scale that caused catastrophic erosion and transported large volumes of coarse sediment to the abyssal plain and smaller scale, yielding principally muddy sediment. Sub-glacial outburst floods from the Laurentian Channel ice stream delivered distinctive red sediment derived from Permian-Carboniferous strata of the Gulf of St. Lawrence directly to Laurentian Fan between ca. 17 and 14 ¹⁴C ka, separate from North Atlantic Heinrich events. On levees of Laurentian Fan, three major pulses of meltwater plume muds are separated by intervals dominated by hemipelagic sediments. These meltwater intervals are recognised distally as periods of plume sedimentation on the Scotian Slope and ice-rafting of hematite-stained quartz to the North Atlantic Ocean. In channels of Laurentian Fan, at least one major sediment transport event is recognised that eroded the upper slope and the major fan valleys, depositing a bed of gravel at least 3 m thick in the characteristically wide fan valleys and thick sand on the Sohm Abyssal Plain. The same event was probably responsible for giant flute-like scours. The age of the gravel bed is directly constrained only by the presence of local overlying Holocene sediment. Much of the surface of the gravel bed was re-worked by the 1929 “Grand Banks” turbidity current. An erosional event on the upper slope, likely correlative with the flood-generated gravel bed, has been dated at 16.5 ¹⁴C ka. Such large scale erosional flood events can be recognised back through several glacial cycles and have played an important role in the architectural evolution of Laurentian Fan.     

异质生境水位差异对小叶章有性繁殖分配的影响

以三江平原湿地代表植物小叶章为对象,通过对杂类草草甸、典型草甸、沼泽化草甸、沼泽生境中小叶章个体大小与生物量差异及繁殖构件与植株生物量之间相关关系的分析,研究不同生境中水位对小叶章个体生物量与繁殖分配的影响。结果表明: 小叶章个体大小、高度及有性繁殖特征随水位升高而显著降低;杂类草草甸、典型草甸、沼泽化草甸和沼泽中小叶章的繁殖阈值分别为0.245、0.149、0.148和0.157 g;除沼泽化草甸外,其他3种生境中小叶章植株个体大小与繁殖分配均呈显著负相关;相较于个体大小,土壤含水量对于小叶章有性繁殖分配影响更大,不同生境中小叶章对个体大小和繁殖分配的差异投资是其具有良好生态适应性的基础条件。     

三江平原沼泽湿地4种优势植物空间格局对不同水位环境的响应

水文过程是沼泽湿地最基本的生态过程, 理解物种空间格局形成机制及其种群特征随水位环境变化的规律对于科学指导沼泽湿地植被恢复具有重要意义。本研究分别选择三江平原季节性积水与常年积水沼泽, 应用点格局方法中的完全空间随机模型、泊松聚块模型和嵌套双聚块模型分析了毛薹草(Carex lasiocarpa)、漂筏薹草(C. pseudocuraica)、狭叶甜茅(Glyceria spiculosa)、小叶章(Deyeuxia angustifolia) 4个主要优势植物种群的空间格局, 并测定了不同水位环境条件下的种群密度和个体大小特征。结果表明: 在沼泽湿地中, 4个优势种群在0-200 cm的尺度范围内都偏离了完全随机模型, 表现为集体性聚集分布特征, 且聚集距离主要集中在0-50 cm之间。随着水位的升高, 毛薹草种群密度、个体生物量、株高和基径都呈显著增大趋势, 但其聚集强度变弱; 而小叶章种群密度和个体大小则显著降低, 其聚集强度增大; 漂筏薹草和狭叶甜茅种群密度、个体大小和聚集强度变化并不显著。在季节性积水区, 4个物种在小尺度上均偏离了泊松聚块模型, 符合嵌套双聚块模型, 即在大聚块中分布较高密度的小聚块。但是, 在常年积水区, 仅毛薹草、漂筏薹草和狭叶甜茅3个物种符合嵌套双聚块模型, 而小叶章种群则符合泊松聚块模型, 说明在高水位胁迫下小叶章种群空间格局的大聚块中不存在较高密度的小聚块。综上所述,水位环境胁迫主要通过影响繁殖分配、种内竞争、易化作用以及个体大小变异等生物学过程共同决定着三江平原淡水沼泽湿地植物种群的斑块化分布特征, 不同零模型可以帮助解释种群空间分布格局的形成机制。     

东北三江平原覆盖作物种植效果

以土壤紧实度、冬前生物量、根系性状、植株氮累积量等为指标对供试12种覆盖作物(豆科:紫花苜蓿、光叶苕子、毛叶苕子、红三叶、白三叶、箭筈豌豆;非豆科:苏丹草、青萝卜、Nitro radish、甘蓝型油菜、羽衣甘蓝、菊苣)在东北三江平原地区的种植效果及应用潜力进行综合评价。结果表明: 12种覆盖作物在试验播期均能正常生长,不同覆盖作物与对照相比均有利于降低土壤紧实度,其中青萝卜、Nitro radish和苏丹草土壤紧实度下降最显著,分别较对照下降了47.1%、43.4%和33.4%;覆盖作物群体冬前鲜生物量为3.38～13.98 kg·m^-2,干生物量为0.78～2.43 kg·m^-2,非豆科覆盖作物的生物量显著高于豆科覆盖作物;覆盖作物的群体根系体积以萝卜、油菜、菊苣较大,尤其Nitro radish的根体积高达4018.5 cm³·m^-2,苏丹草的根系横向延展范围最宽;豆科覆盖作物的灰分含量显著低于非豆科覆盖作物,能提供更多易分解的有机物质;覆盖作物总氮积累量为18.72～53.09 g·m^-2,其中,羽衣甘蓝和菊苣的氮积累量最高,且生物量相对较大,有利于氮的积累和固定。在三江平原地区根据主栽作物的类型与冠层结构,选择豆科的三叶草、苕子、紫花苜蓿和非豆科的萝卜、羽衣甘蓝、苏丹草作为覆盖作物进行行间或行内混播的种植方式,可以在调控土壤结构的同时促进养分循环,有利于三江平原黑土地力的提升。     

黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应

为了探究气候变化背景下黄淮海地区的干旱特征,基于黄淮海平原34个气象站点的1961—2012年气象数据,使用相对湿润指数探讨分析了近50年黄淮海地区冬小麦生长季及4个季节干旱的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)在整个分析期内(1961—2011)冬小麦生长季干旱减轻,但是在近20年干旱有了加重的趋势,且干旱加重的趋势是一种突变现象。(2)黄淮海地区1961年以来,春季、冬季以及冬小麦生长季内均表现为不同程度的干旱,干旱频率都达到90%以上,其中春、冬两季最为干旱,3个时段整个黄淮海中北部地区都为高频干旱区域,且4个季节及冬小麦生长季干旱程度与干旱频率的区域分布均表现为由南向北递增的趋势。(3)黄淮海地区的干旱特征对降水、太阳辐射和相对湿度这3个气候要素的变化最为敏感。     

鲁西北平原冬小麦田臭氧浓度变化特征及对产量的潜在影响和机理分析

近地层高浓度臭氧(O₃)对农作物生长和产量形成有明显的影响。利用在中国科学院禹城综合试验站(山东省)冬小麦(Triticum aestivum)农田生态系统上观测的O₃浓度及微气象资料, 分析了鲁西北平原冬小麦农田生态系统O₃浓度的日变化和季节变化规律, 在此基础上初步分析了O₃浓度与CO₂通量(F_c)的关系, 并用欧洲和美国科学家在实验室得到的O₃浓度-冬小麦产量关系模型估算了O₃对冬小麦产量的潜在影响。结果表明: O₃浓度存在明显的日变化规律, 日最小值和最大值分别出现在7:00和16:00左右。整个观测期间(2011年3-5月)平均O₃浓度为(30.4 ± 20.1) nL·L ^-1(平均值±标准误差); 30 min平均浓度的最大值为93.1 nL·L ^-1。在冬小麦春季生长季节, O₃浓度日平均值呈现逐步增加的趋势, O₃浓度日均增加约为0.17 nL·L ^-1·d ^-1; 白天7 h和12 h平均浓度(M7和M12)分别为45.7和43.1 nL·L ^-1; O₃浓度超过40 nL·L ^-1的3个月累积值(AOT40)为9.8 μL·L ^-1·h; 超过60 nL·L ^-1的O₃浓度累积值(SUM06)为12.6 μL·L ^-1·h; 经过权重修正的O₃污染指标W126为10.1 μL·L ^-1·h。在高浓度O₃ (>60 nL·L ^-1)情况下, CO₂通量与O₃浓度呈现负相关关系, 鲁西北平原O₃对冬小麦光合作用影响的阈值取60 nL·L ^-1比较合适, 该值高于欧洲国家普遍采用的40 nL·L ^-1。基于以上结果, 初步估算得出: 在目前的O₃浓度水平下, 鲁西北平原近地层O₃可能会使冬小麦产量减少5.2%-8.8%。