干旱区研究

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2019 (2): 0-0.

摘要 ( 569 )

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1971—2014年青藏高原参考蒸散变化及其归因

汪步惟, 张雪芹

2019 (2): 269-279. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.01

摘要 ( 2655 )

PDF(5212KB) ( 641 )

研究参考蒸散时空变化格局并辨识其驱动因子,是认识区域水文过程及其对气候变化响应的重要途径。基于修正的FAO 56 Penman-Monteith公式和青藏高原75个台站逐日气象观测资料,分析了1971—2014年高原参考蒸散变化的转折特征,并探讨转折前后的年际与季节变化趋势及其主导因素。结果表明:1971—1996年青藏高原参考蒸散呈急剧下降态势〔-27.07 mm·(10a)^-1〕,而1997—2014年高原参考蒸散增加趋势显著〔40.16 mm·(10a)^-1〕,尤以33^oN以南区域最为突出。这与影响参考蒸散变化的气候因子变化趋势的年际转折密切相关。其中,风速变小是1971—1996年高原年参考蒸散减少的主要因素,特别是在高原北部;相对湿度降低则极大地促进了1997—2014年高原主体(除高原北缘外)参考蒸散的显著增加。此外,从季节上看,春、秋、冬季参考蒸散变化的最大贡献因子由之前的风速减小转变为1997—2014年的相对湿度下降;影响高原夏季参考蒸散的主导因子是1971—1996年相对湿度的增加,之后则转变为1997—2014年日照时数的增加。

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基于树轮宽度的澜沧江源区干旱重建

黄小梅, 肖丁木, 秦宁生

2019 (2): 280-289. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.02

摘要 ( 13 )

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依据采自青海省杂多县昂赛乡的树轮样本,建立树轮宽度差值年表(RES)。相关普查表明,澜沧江源区6—7月平均的12个月时间尺度标准化降水蒸散指数(SPEI)与RES年表具有显著的正相关。利用RES年表重建了澜沧江源区1639—2013年6—7月平均的SPEI变化序列,重建方程方差解释量达到37.4%,且经过交叉检验证明了方程的稳定性。重建序列展示了澜沧江源区干旱的长期变化情况,发现1694—1710、1753—1778、1830—1847、1862—1872、1892—1908、1919—1929、1978—1989年共7个偏湿阶段和1646—1673、1682—1693、1711—1731、1735—1752、1796—1809、1817—1829、1848—1861、1873—1886、1949—1959、1990—2000年10个偏干阶段。重建的SPEI序列存在30~64、19~21、4.2~4.3、2.6~3.2、2.5 a和2.2 a左右的显著变化周期。相关分析表明,赤道中东太平洋海温对澜沧江源区干湿变化具有显著影响。此外,澜沧江源区干湿变化可能与厄尔尼诺－南方涛动(ENSO)、太平洋年代际振荡(PDO)、太阳活动等大尺度的气候驱动因子存在一定的联系。此次SPEI重建为澜沧江源区提供了长期干旱变化历史,可为该区水资源管理提供科学依据。

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树轮宽度记录的塔吉克斯坦北部160 a平均最低气温变化

杨美琳, 他志杰, 吴燕良, 赵鹏, 于瑞德

2019 (2): 290-295. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.03

摘要 ( 4 )

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利用塔吉克斯坦北部土耳其斯坦圆柏(Juniperus turkestanica)树轮宽度标准化年表与区域气候要素进行相关分析,发现当年2—3月平均最低气温与树木径向生长存在显著相关关系。据此对该地区1857—2016年2—3月平均最低气温进行重建,重建方程的解释量为39.5%,调整自由度后的解释量为37.5%。研究表明:在过去160 a,该地区经历了6个偏暖阶段,1857—1878年、1885—1890年、1907—1915年、1926—1931年、1960—1967年、1994—2016年;5个偏冷阶段,1879—1884年、1891—1906年、1916—1925年、1932—1959年、1968—1993年。空间分析结果表明,研究区2—3月平均最低气温的重建结果可以代表塔吉克斯坦地区过去160 a的2—3月平均最低气温的变化。

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沙地樟子松人工林土壤氮矿化特征

孔涛, 张莹, 雷泽勇, 王东丽, 刘洋, 于吉, 吴丹

2019 (2): 296-306. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.04

摘要 ( 500 )

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土壤氮(N)的有效性是沙地林生态系统生产力和稳定性的关键限制因子。本研究以科尔沁沙地樟子松人工林为研究对象,分析测定了10~60 a林龄土壤NH⁺₄-N、NO^-₃-N和矿质N含量、氨化速率、硝化速率和N矿化速率的变化规律。结果表明:樟子松人工林土壤NH⁺₄-N、NO^-₃-N和矿质N含量,随着不同林龄在10~60 a内表现出增加的趋势,其中10~30 a增幅较小,40~60 a显著提高;随着土层深度增加而减小,主要集中在0~20 cm,呈现出表聚性。不同林龄樟子松人工林土壤氨化速率、硝化速率和矿化速率均随林龄增加而增加,随土层深度的增加而降低,其中0~40 cm土层明显大于40~100 cm。通过双因素方差分析,得出林龄与土层对各矿化指标影响显著。土壤矿化指标与人工林地上樟子松株高、胸径、冠幅以及土壤有机碳、全氮、碱解氮有显著的正相关关系。通过冗余分析(RDA)表明,影响不同林龄土壤矿化指标的主要环境因子为全氮、全磷、有机碳;影响不同土层土壤矿化指标的主要环境因子为全氮、碱解氮、有机碳。因此,樟子松人工林能够改善沙地土壤N的有效性,幼龄林和中龄林改善效果较小,近成熟林和成熟林改善效果明显;对表层土的改善效果优于深层土;土壤肥力是影响土壤矿化指标的主要环境因子。

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起垄沟播和常规平播下滴灌棉田土壤水盐的运移

孙池涛, 张俊鹏, 张谦, 冯棣, 冯国艺, 孙景生, 林永增

2019 (2): 307-313. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.05

摘要 ( 3357 )

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为明确滴灌条件下植棉方式对土壤水盐运移的影响,采用田间调查与室内分析相结合的方法,在滨海重度盐碱地开展了起垄沟播和常规平播植棉方式下的水盐运移试验,调查了滴灌前后两种植棉方式不同点位及不同土壤深度的土壤水分、盐分和土壤溶液电导率等指标,分析不同植棉方式土壤水分、盐分和土壤溶液电导率的时空分布特征。结果表明:滴灌条件下起垄沟播的水分入渗深度和盐分淋洗深度均明显大于常规平播植棉方式,起垄沟播植棉膜下(0~20 cm)土壤溶液电导率明显低于常规平播植棉;滴灌对两种种植方式膜外土壤水分和盐分运移未产生明显影响。起垄沟播联合滴灌技术更有利于为棉花生长的水盐环境。研究结果可为盐碱地植棉提供理论参考和实践依据。

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干旱区绿洲盐渍土粒径分布单重分形和多重分形特征

张桉赫, 丁建丽, 王敬哲, 穆艾塔尔·赛地, 李艳菊

2019 (2): 314-322. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.06

摘要 ( 26 )

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为定量描述干旱区绿洲盐渍化土壤的粒径分布特征,对38个土壤样品的粒径分布与含盐量进行测定,并基于分形理论定量表征了研究区盐渍土和非盐渍土的土壤粒径分布特征。结果表明:粉粒的体积分数占主导地位,砂粒和黏粒次之;土壤含盐量与粉粒和黏粒体积分数呈正相关,而与黏粒呈负相关;单重分形维数D值介于1.990~2.349,且与土壤黏粒和粉粒含量成正比,相关系数分别为0.81和0.64(P<0.01),与砂粒含量呈反比,相关系数为-0.67(P<0.01);土壤粒径分布具有多重分形特征,盐渍土(含盐量≥3 g·kg^-1)的粒径分布较非盐渍土(<3 g·kg^-1)更广,非均匀性更强;土壤含盐量与多重分形信息维D₁和D₁/D₀呈极显著负相关,相关系数分别为-0.265(P<0.01)和-0.283(P<0.01),与多重分形谱谱宽呈现极显著正相关,相关系数为0.206(P<0.01),而与D、容量维D₀和多重分形谱性状特性均没有显著相关性。

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新疆有无人为干扰下土壤盐分估算的比较

王宁, 熊黑钢, 马利芳, 叶红云, 张芳

2019 (2): 323-330. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.07

摘要 ( 19 )

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以新疆有无人为干扰土壤的实测光谱为数据源,利用去包络线法提取其吸收特征和敏感波段,建立了多种基于去包络线法的土壤盐分估算的一元、多元线性回归模型。结果表明:① 去包络线法能明显增强土壤光谱在400~610 nm和610~800 nm波段的吸收特征;② 有/无人为干扰区土壤盐分含量与去包络线一阶微分的相关性较好,敏感波段在无人为干扰区集中于可见光区(400~800 nm),而人为干扰区为可见光-近红外区(400~2 400 nm);③ 土壤盐分值预测模型精度从高到低在有/无人为干扰区基本上是:去包络线6个吸收特征模型>去包络线和去包络线一阶微分敏感波段模型>去包络线3个吸收特征模型>单个吸收特征模型。有/无人为干扰区最佳预测模型的R²分别为0.86和0.92。无人干扰区最优模型(6个吸收特征)的相对分析误差(RPD)达到了3.06,大于3,说明其能极好并且稳定的预测此区土壤盐分值。

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秸秆还田对土壤水稳性团聚体及其碳分布的影响

王美佳, 王沣, 苏思慧, 苏业涵, 孙悦, 王英俨, 孟广鑫, 姜英, 齐华

2019 (2): 331-338. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.08 cstr: 32277.14.AZR.20190208

摘要 ( 448 )

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研究秸秆还田方式对土壤水稳性团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响,为东北旱作区作物生产及秸秆还田制度提供参考。田间试验始于2015年,设置旋耕秸秆还田(RT)、旋耕秸秆不还田(CK1)、翻耕秸秆还田(PT)及翻耕秸秆不还田(CK2) 4个处理,分别对2017年收获后土壤的样品不同粒级团聚体质量分数、稳定性、有机碳(SOC)分布以及近3 a的玉米产量进行测定。结果表明:秸秆还田处理提高土壤表层各粒径团聚体的SOC含量,促进大团聚体的形成与稳定。在0~10 cm土层中,相同耕作措施下,RT处理SOC含量比CK1处理的提高13.90%(P<0.05),PT处理比CK2处理提高9.29%(P<0.05)。不同耕作措施下,RT处理与PT处理相比,大团聚体质量提高22.05%,团聚体平均重量直径(MWD)提高7.78%,粉+黏团聚体含量降低16.81%(P<0.05)。比较不同年份玉米产量发现,降水量不同产量不同,2017年降水量低于2016年,2017年各处理产量均低于2016年,但处理间降幅不同,RT和PT处理降幅(8.57%、9.72%)低于CK1和CK2处理(10.84%、12.13%),说明秸秆还田处理有稳产作用,其中RT处理趋势较明显。因此,在东北春玉米旱作区秸秆全层还田条件下,旋耕秸秆还田促进土壤水稳性团聚体形成,提高土壤SOC含量,可为玉米生产在不同降水年份提供稳产保障。

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旱塬区全生物降解地膜覆盖对冬小麦生长发育的影响

赵刚, 樊廷录, 党翼, 张建军, 李尚中, 王淑英, 程万莉, 王磊

2019 (2): 339-347. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.09

摘要 ( 5 )

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为探明旱塬区全生物降解地膜(降解地膜)对冬小麦生长发育的影响,于2011—2016年连续5季设普通地膜覆土栽培、降解地膜覆土栽培和露地3个处理,分析冬小麦生育期土壤水分、温度和产量的差异。结果表明:冬小麦全生育期土壤贮水消耗量为露地＞降解地膜＞普通地膜,3个处理耗水高峰期依次为灌浆期、拔节期和返青期;冬小麦播种—拔节期,早、中、晚3个时间段土壤温度表现为降解地膜高于普通地膜和露地,15~20 cm土壤温度为降解地膜较普通地膜处理低0.26 ℃,返青—拔节期地表温度为普通地膜＞降解地膜＞露地;降解地膜在拔节期和收获后0~200 cm土壤硝态氮积累量高于普通地膜,露地差异不显著;降解地膜较普通地膜的冬小麦产量和水分利用效率分别降低3.43%和5.55%;翻耕压埋90 d后降解地膜降解80%以上,135 d后完全降解。因此,旱塬区降解地膜可以替代普通聚乙烯地膜,并用于冬小麦覆土栽培。

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北大西洋涛动对新疆冬季极端冷事件的影响

陈颖, 李维京, 史红政, 毛炜峄

2019 (2): 348-355. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.10

摘要 ( 634 )

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利用1961—2016年新疆各站逐日气温、NCEP再分析高度场、风场资料及北大西洋涛动(NAO)指数,分析了新疆1961—2016年冬季出现的极端冷事件频次变化及与其相联系的环流特征。冬季NAO通过欧亚(EU)波列传播影响新疆冬季极端冷事件的变化,但冬季NAO位相与新疆冬季极端冷事件并没有逐年一一对应的负相关关系。在冬季NAO负位相年,由EU波列传播,70°N以北北风偏弱,当乌拉尔山及其以东区域位势高度偏高(低),50°~70°N西风偏弱(强)时,新疆冬季极端冷事件偏多(少);在冬季NAO正位相年,由EU波列传播,70°N以北北风偏强,当乌拉尔山及其以东区域位势高度偏高(低),50°~70°N西风偏弱(强)时,新疆冬季极端冷事件偏多(少)。因此,冬季NAO、乌拉尔山及其以东区域高度场和50°~70°N西风三者共同作用决定了新疆冬季极端冷事件的发生频次,其中乌拉尔山及其以东区域位势高度和50°~70°N西风在冬季NAO对新疆极端冷事件的影响关系中起到了重要的调制作用。

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地基微波辐射计反演产品在青海省东部适应性研究

康晓燕, 张博越, 田建兵, 刘娜, 马学谦

2019 (2): 356-364. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.11

摘要 ( 11 )

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利用2013年青海省东部西宁站(08:00和20:00两个时次)探空观测资料和同址MP-3000A型微波辐射计反演数据,分析了该地区大气温度和相对湿度的垂直分布特征,讨论了微波辐射计的反演效果,并对温度偏差较大的月份进行偏差订正。结果表明:① 从高度来看,微波辐射计对低层温湿度反演明显优于高层。微波辐射计反演和探空探测年平均温度相关系数随高度上升基本呈现递减的趋势,最大在近地面,为0.988;最小在距地10 km处,为0.529,且通过了0.01水平的显著性检验。而年平均相对湿度相关系数仅3.0 km以下通过了0.01水平的显著性检验。② 从季节来看,春、夏、秋季温湿度的微波辐射计反演与探空吻合度明显好于冬季。春、夏、秋季温度相关系数均通过0.01水平的显著性检验。春、夏、秋季相对湿度的相关系数在地面到2.0 km处通过0.01水平的显著性检验,而冬季在1.5 km以下通过0.01水平的显著性检验。③ 应用订正方程对温度偏差较大的月份进行了偏差订正,效果较好。

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石家庄地区大气水汽的反演模型

武紫超, 胡引翠, 田冰, 程雅琪, 张文静

2019 (2): 365-372. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.12

摘要 ( 7 )

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研究大气水汽的反演及了解其时空变化,对有效评估大气生态服务功能具有重要现实意义。基于石家庄地区CE-318观测的大气水汽数据,结合探空水汽数据和地面水汽压数据,运用传统回归分析、改进型回归分析、分段反演等方法,构建传统回归模型、基于CE-318的大气水汽改进型模型和分季节模型3种大气水汽反演模型,并经过精度对比评估选出适用于研究区的大气水汽最优反演模型。检验结果表明,基于CE-318的大气水汽改进型反演模型的各项精度检验指标均为3个模型中的最佳值,是该地区最优的大气水汽反演模型。

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1960—2016年陕西省降水同位素的云下二次蒸发效应

焦蓉, 王圣杰, 张明军, 卢爱刚, 王晓艳

2019 (2): 373-386. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.13

摘要 ( 6 )

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基于陕西省1960—2016年逐日气象观测资料,利用改进后的Stewart模型,对陕西省36个气象站点的云底与地面雨滴中过量氘变化量(Δd)进行模拟,并分析了相对湿度、雨滴蒸发剩余比、蒸发速率与Δd的关系。结果表明:① 从季节变化上看,陕北、关中和陕南3大区域Δd的最低值出现月份各不相同,但最高值均出现在9月。3大区域年平均Δd与陕西省多年平均Δd相比,陕北地区Δd低于全省,关中与陕南地区Δd均高于全省;近57 a来,陕北和关中地区年平均Δd呈线性递减趋势,陕南地区呈现略微上升趋势;通过Mann-Kendall检验,陕北、关中和陕南地区年平均Δd突变年份各不相同,分别是2011年、1972年和1977年。② 无论在月尺度还是年尺度上,陕西省降水Δd都存在明显的空间差异。降水Δd、相对湿度和蒸发剩余比总体呈现由北向南递增的趋势,蒸发速率呈现由北向南递减的趋势。③ 在月尺度与年际尺度上,相对湿度、蒸发剩余比、蒸发速率与Δd均存在明显的相关性。

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不同天气条件下近地层风速脉动特征

郑先念, 杨兴华, 何清, 艾力·买买提依明, 金莉莉

2019 (2): 387-394. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.14

摘要 ( 3 )

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利用塔克拉玛干沙漠腹地-塔中地区的风速、风向观测资料,分析晴天、沙尘暴和扬沙天气条件下不同高度平均风速、风速脉动和风向脉动特征,探讨沙尘天气对近地层风速和风向脉动的影响。结果表明:① 3种天气条件下,地表0.5 m以上各高度层的脉动风速具有较好的相关性,且相邻高度脉动风速的相关性更加显著,相关系数均大于0.68;脉动风速的波动范围与高度呈正比例关系。② 随着高度的增加,沙尘暴和扬沙天气条件下的风速脉动强度呈增大趋势,而晴天时则是先增大后减小;风速脉动强度在沙尘暴天气时最大,扬沙天气次之,晴天最小;不同天气条件下2 m高度范围内风速脉动强度的增长速度大于2~10 m高度。③ 不同天气条件下风向脉动幅度均较小,且基本不随高度的改变而变化。

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基于地表温度和叶面积指数的干湿限研究及区域蒸散发估算

王军, 李和平, 鹿海员, 张瑞强, 曹雪松

2019 (2): 395-402. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.15

摘要 ( 5 )

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针对遥感能量平衡方法估算区域蒸散发(ET)存在的空间歧义性问题,本文以METRIC模型为例,基于地表温度(T_s)与叶面积指数(LAI)相关趋势图,按照“T_s频率直方图占比前5%的最高温度区、LAI频率直方图占比后5%的裸土区为‘干点’,T_s频率直方图占比后5%的最低温度区、LAI频率直方图占比前5%的湿地或农田为‘湿点’”的提取方案,综合确定研究区的干湿限,并通过下垫面涡度相关系统实测数据验证了模型估算精度。经检验,校准期和验证期的区域ET估算控制精度平均为15%,与以往研究成果相比,结果相对合理,提取方案在一定程度上可为METRIC模型主观确定干湿限提供帮助。将ET估算结果按土地利用分类提取,研究区不同土地利用类型表现为ET_水体>ET_林地>ET_耕地>ET_{未开发利用土地}>ET_{城乡工矿居民用地}≈ET_草地,成果对区域遥感ET精准估算研究具有一定参考意义。

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近50多年河西地区干热风事件时空变化特征

候启, 张勃, 何航, 马彬,马尚谦

2019 (2): 403-411. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.16

摘要 ( 5 )

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为探究全球变化背景下河西地区干热风事件的变化趋势和影响范围,根据河西地区春小麦国家气象行业标准,基于河西地区13个气象站1960—2017年6、7月的逐日最高气温和14:00相对湿度,分析干热风事件时空变化特征。结果表明:① 除海拔较高地区没有干热风事件发生外,其余地区均呈现增加趋势,且增长幅度有明显差异。在2000年之后重度干热风增加更为显著,干热风发生强度迅速增强。各年代干热风发生高值区未发生明显变动,发生天数却有明显变化。② 河西地区干热风空间分布为西多东少,北多南少。较低海拔地区达到干热风年型标准的年份较多。③ 一次干热风过程所波及的站点和持续时间增多和延长,干热风发生范围进一步扩大到更高纬度和更高海拔地区。

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气候因素对科尔沁草地北部牧草生长发育的影响

高亚敏

2019 (2): 412-419. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.17

摘要 ( 7 )

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利用巴雅尔吐胡硕牧业气象试验站牧草和气象观测资料,分析气候因素对科尔沁草地北部牧草生长发育的影响。结果表明:近27 a来研究区气温平均升高0.16 ℃·(10a)^-1,降水量平均减少23.96 mm·(10a)^-1,牧草生长季干燥指数平均上升0.15·(10a)^-1,草地干旱化加剧。羊草(Leymus chinensis)、冰草(Agropyron cristatum)、委陵菜(Potentilla chinensis)返青期延迟,开花期提前,生长季长度缩短;降水量是影响3种植物返青期和枯黄期的主要因素,降水量与三者返青期呈负相关,与其枯黄期呈正相关。草层高度和牧草产量均呈极显著下降趋势(P<0.01),年均分别下降0.88 cm和减产121.43 kg·hm^-2。草层高度、牧草产量与气温主要呈负相关,与降水量主要呈正相关,表明在气候变暖背景下,随着气温升高,降水减少,水分成为研究区牧草生长发育和产量形成的主要限制因子。根据积分回归模型分析,在牧草返青—展叶期,5月中旬降水量、日照对牧草气象产量影响的正效应达到最大;牧草拔节—开花期,5月下旬至6月中旬是牧草对水分、光照需求的主要阶段,6月下旬至7月中旬是牧草对热量需求的主要阶段;牧草灌浆—成熟期,8月气温对牧草气象产量的影响呈负效应,气温的负效应在8月中旬达到最大。

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科尔沁沙地混生小叶锦鸡儿和人工杨树光合特性及其对气候的响应

包永志, 刘廷玺, 段利民, 王冠丽, 祁秀娇, 黄天宇, 黎明扬

2019 (2): 420-429. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.18

摘要 ( 496 )

PDF(1KB) ( 543 )

利用LI-6400光合作用仪野外原位测定混生的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和人工杨树(Populus spp.)的光合特性,通过对比分析这两种天然和人工植物干旱时期与降水后光合特性的差异及其与生理环境因子的关系,揭示其对干旱和降水的适应特性和响应机制。结果表明:① 干旱时期,两种混生植物的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)大幅下降,出现明显的“午休”现象,且峰值提前,降水后小叶锦鸡儿“午休”现象消失;② G_s和光合有效辐射(PAR)是影响小叶锦鸡儿和人工杨树P_n的主要生理和环境因子,干旱时期,小叶锦鸡儿光合特性主要受气孔调节作用的影响,降水后主要受环境因子(PAR)的影响;人工杨树不论在干旱时期还是降水后,其光合生理特性都相对较为稳定,且主要受PAR的影响;③ 小叶锦鸡儿通过保持较低的气孔开放程度,维持较低的T_{r和较高的水分利用效率(WUE),以适应干旱环境,人工杨树则通过较高的P_n、T_r和较低的WUE避免干旱胁迫的影响;降水后,小叶锦鸡儿光合特性的变化较人工杨树显著,对降水的响应更加强烈。混生群落中,小叶锦鸡儿和人工杨树对干旱和降水的适应机制明显不同,小叶锦鸡儿对环境变化的适应性更强。}

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天山高寒草原植物叶片氮磷化学计量特征对氮沉降的响应

苏原, 罗艳, 耿凤展, 韩文轩, 朱玉梅, 李凯辉, 刘学军

2019 (2): 430-436. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.19

摘要 ( 558 )

PDF(1KB) ( 374 )

人类活动和气候变化导致的大气氮沉降急剧升高,将会影响高寒草原植物养分循环。为了研究氮沉降对高寒草原植物养分含量及生态化学计量学特征的影响。依托2009年在新疆天山巴音布鲁克高寒草原设置的长期氮沉降研究平台,于2017年7月和10月采集溚草(Koeleria cristata)、二裂委陵菜(Potentilla bifurca)和天山赖草(Leymus tianschanicus)3种植物的成熟叶和老叶,分析3种植物叶片N、P元素生态化学计量对不同施氮水平的响应规律。结果表明:① 3种植物养分浓度及其化学计量比在成熟叶和老叶之间存在较大差异,成熟叶和老叶的N、P含量分别为12.78 mg·g^-1、0.88 mg·g^-1和6.88 mg·g^-1、0.46 mg·g^-1。3种植物成熟叶和老叶的N元素含量均为:二裂委陵菜>天山赖草>溚草,P元素含量同N元素含量趋势一致;② 氮添加增加了成熟叶和老叶N浓度,分别达12%和48%;成熟叶与老叶P浓度对氮添加的响应规律不一致,成熟叶P浓度对氮添加的响应与物种有关,而老叶P浓度呈一致的下降趋势;氮添加对成熟叶和老叶N∶P的比值影响亦不同,其中相对于成熟叶,老叶的N∶P呈显著增加趋势。③ 植物叶片的N元素、P元素和N∶P比三者之间的相关分析表明:N元素和N∶P之间呈显著正相关关系(P<0.05),在生长旺盛期和枯黄期,溚草和天山赖草的N与P元素之间没有发现显著相关性(P>0.05),而二裂委陵菜呈现一定的差异性,在生长旺盛期二裂委陵菜叶片N与P元素呈显著的正相关、枯黄期呈显著的负相关 (P<0.05)。表明长期氮的添加显著影响了3种植物叶片的养分含量和生态化学计量,不同物种间存在一定差异,未来氮沉降升高将会影响天山山地草原的植物养分循环。

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新疆野苹果果实总RNA提取方法的筛选

夏春兰, 闻志彬, 张玉芳

2019 (2): 437-443. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.20

摘要 ( 13 )

PDF(1KB) ( 0 )

由于新疆野苹果(Malus sieversii)果实富含多糖、多酚、可溶性果胶及其他次生代谢物质,导致果实的总RNA提取相对比较困难,质量较差。因此,本试验以不同发育时期的新疆野苹果的果实为材料,采用TaKaRa试剂盒、全氏金试剂盒、田伟等改良的CTAB法、本试验改良的CTAB法(一)和CTAB法(二)这5种方法来摸索提取野苹果果实的总RNA的有效方法。结果表明:2种试剂盒均无法从野苹果果实中提取出RNA;通过3种改良CTAB法提取的RNA,在琼脂糖凝胶上得到清晰的28S和18S条带,并且纯度均较高,OD₂₆₀/OD₂₈₀值在1.8~2.2之间、OD₂₆₀/OD₂₃₀值大于2.0。但是只有本试验改良CTAB法(一)获得较高的RNA产量,从5个不同发育时期的野苹果果实中提取的RNA平均值在116.79~474.76 μg·g^-1。改良CTAB法(一)通过延长LiCl沉淀时间,将-20 ℃放置15 min改为4 ℃放置过夜(时间不超过16 h),可以有效地除去RNA中的杂质污染,使得RNA充分沉淀。这种改良方法耗时相对较长,需要2 d,但是方法易于操作且提取成本较低。因此,改良CTAB法(一)是适用于提取野苹果果实(尤其是发育晚期)总RNA的有效方法,完全可以满足后期的分子生物学试验所需。

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短花针茅荒漠草原斑块尺度物种多样性及其共存格局

于瑞鑫, 田娜, 王兴, 王磊, 杨新国, 蒋齐, 周娟

2019 (2): 444-450. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.21

摘要 ( 572 )

PDF(1KB) ( 161 )

阐明斑块尺度上物种共存格局,对于深入认识荒漠草原破碎化草地生物多样性的维持机理具有重要意义。按斑块的土壤生境退化程度,选取短花针茅荒漠草原3类典型群落斑块为研究对象,对比分析不同斑块的物种构成、多样性及物种间的共存关系格局。结果表明:① 斑块A属单优种短花针茅(Stipa breviflora)群落;斑块B为短花针茅+草木樨状黄耆(Astragalus melilotoides)群落;斑块C为苦豆子(Sophora alopecuroides)+老瓜头(Cynanchum komarovii)+猪毛蒿(Artemisia scoparia)群落。② 群落结构中斑块A和斑块B多样性相近,均高于无短花针茅生长的斑块C。③ 基于零模型的分析结果显示,物种共存格局的复杂性和强度为:斑块A>斑块B>斑块C,且下降趋势明显,斑块A存在的16组显著物种对中有4组为显著竞争关系,而斑块C中的物种对减少到7组,且仅存在猪毛蒿与苦豆子组显著竞争物种对。结论:表明未沙化的土壤生境斑块是荒漠草原破碎化草地生物多样性维持的一个重要前提,土壤生境的退化显著降低了斑块内部群落组织的复杂性和物种间相互作用的强度,不利于群落的自我维持。

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基于3S技术的天山历史云杉林空间分布的提取

邢菲, 李虎, 李建贵, 张乃明, 刘玉锋, 陈冬花

2019 (2): 451-458. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.22

摘要 ( 9 )

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运用遥感手段结合历史时期遥感影像数据,以天山云杉(Picea schrenkiana var. tianschanica)林生境特征为固定因子,结合植被指数分析、地形因子分析、主成分分析及面向对象的决策树分类的方法提取历史时期天山云杉林的空间分布信息,从而为历史资料缺失情境下的天然林资源保护工程实施效益评价提供支持。研究表明:① 将天山云杉林的年龄特征作为固定因子,以现状年高空间分辨率遥感影像及森林资源二类调查数据作为本底资料,在面向对象分类方法支持下可以很好的从历史时期的遥感影像中提取出天山云杉林的历史空间分布信息,提取精度可达93.3%;② 在植被指数因子中,NDVI对天山云杉林指示性最好,并确定用于天山云杉林提取的最佳NDVI值域为[0.35,0.8];③ 地形因子及主成分分析方法可以大大压缩影像的冗余信息,在提升云杉林信息提取的精度的同时提高运行速度。从整体来看,利用历史时期遥感影像并结合天山云杉林的生境特征,可以很好的提取出历史时期云杉林空间分布信息,从而为资料缺失情境下的森林资源管理措施制定及应对气候变化提供数据支持。

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我国荒漠植被生产力动态及其与水热因子的关系

刘雪佳, 董璐, 赵杰, 杜自强, 张红

2019 (2): 459-466. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.23

摘要 ( 625 )

PDF(1KB) ( 457 )

为了探讨近30 a来我国干旱区荒漠植被的净初级生产力(NPP)及其与水热因子相关性随时间的变化,运用CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型估算我国荒漠植被1982—2015年生长季的NPP,并运用线性回归和GIS空间分析方法分析了NPP的时空变化特征,利用滑动相关系数分析了荒漠植被NPP与水热因子的关系。结果表明:① 单位面积NPP均值为42 g·m^-2·a^-1,NPP整体水平较低。空间上呈西北部、东部边缘较高,中部、南部和中东部较低的分布特征。② 荒漠植被NPP年均总量为5.783×10¹³ g·a^-1。从荒漠植被NPP的年际变化来看,1982—2015年中国荒漠植被NPP总量以1.64×10¹² g·(10a)^-1的线性速率(P=0.054)上升,荒漠植被生长状况总体上不断改善,但总量趋势呈现阶段性变化,1982—1993年荒漠植被NPP总量呈极显著增长态势(1.25×10¹² g·a^-1,P<0.01);1993—2006年NPP总量呈极显著降低态势(-6.42×10¹¹ g·a^-1,P<0.01);2006—2015年NPP总量缓慢增长(1.70×10¹¹ g·a^-1,P>0.05)。从空间变化来看,47.65%的荒漠植被NPP呈增加态势,主要分布在阿拉善高原、天山北麓、塔里木盆地西部边缘、柴达木盆地的东南边缘、阿尔金山南麓和昆仑山脉。③ 从荒漠植被NPP与各气候因子之间的相关关系随时间的变化来看,NPP与气温的滑动相关系数随时间的变化保持为负相关,与降水、干燥度的滑动相关系数保持为正相关,与太阳总辐射的滑动相关系数随时间变化并未表现出显著的变化趋势。总体上,荒漠植被与水热因子的相关关系在研究时段均有进一步减弱的态势,即荒漠植被NPP对气候因子的变化愈来愈不敏感。

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砒砂岩区不同立地下沙棘根系分形特征

闫励, 杨方社, 李怀恩, 王浩, 汪定武

2019 (2): 467-473. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.24

摘要 ( 10 )

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基于分形理论,对砒砂岩区内人工种植在不同坡向和坡度下的3 a生沙棘的全根、一级侧根及二级侧根的分形特征,以及沙棘根系生长发育与不同立地下土壤含水率之间的关系进行了研究。结果表明:① 分形维数变化为D_东坡>D_北坡>D_南坡>D_西坡,D_50°>D_40°,不同立地下D₁(二级侧根分形维数)>D(全根分形维数)>D₂(一级侧根分形维数),且D₁与细根根长呈显著正相关。② 南坡与西坡土壤表层含水率低于4%,不利于根系发育,北坡与东坡含水率较高,所以,北坡与东坡分形维数较大;与北坡(西坡)生长的沙棘相比,东坡(南坡)坡面适度的缺水条件刺激了细根向深土层生长,利用深土层水分。③ 沙棘在水分不足时能够通过调节根系分形适应环境,但是生长状况不如水分充足时好,因此沙棘的生长状况为北坡>东坡>西坡>南坡,40°坡面>50°坡面。在砒砂岩区不同立地下,种植沙棘建议优先选择北坡与东坡,次选西坡与南坡,而50°坡不利于沙棘生长。

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2005—2015年石羊河流域生态系统服务时空分异

王蓓, 赵军, 仲俊涛

2019 (2): 474-485. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.25

摘要 ( 1027 )

PDF(3414KB) ( 445 )

生态系统服务研究是目前生态学领域的热点和前沿。以石羊河流域为研究区,借助GIS技术和方法,对流域2005、2010年和2015年的水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储存、生物多样性、食品供给6项服务进行定量评估,并对不同地类的服务变化规律及生态系统功能分区进行探索与研究。结果表明:① 各服务类型在空间上表现出差异性规律:水源涵养、生物多样性、碳储存在空间上呈现西南高东北低,高值沿河流及周围带状分布的空间格局;水质净化高值区分布较为零碎;武威、永昌和民勤盆地等地为食品供给服务的高值区。② 在不同土地利用类型中,草地和耕地是承担生态系统供给服务的关键角色。③ 研究区划分为3项生态功能区,即祁连山生态保育区、流域绿洲生态功能区、荒漠生态功能区。通过对石羊河流域生态系统服务时空分异特征进行深入分析,以期为相关研究提供数据和方法支持,并为相关流域生态保护与建设目标提供科学参考。

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内蒙古森林雪灾风险评估与区划

丁延龙, 孙晓瑞, 高永, 党晓宏, 焦宏远, 吴昊

2019 (2): 486-493. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.26

摘要 ( 7 )

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基于自然灾害风险理论,选取森林雪灾相关的气象、林业、基础地理信息和社会经济等数据,从致灾因子危险性、承灾体易损性、孕灾环境敏感性和防灾减灾能力4个方面综合评估内蒙古森林雪灾风险程度的地区差异,利用加权综合评分法、层次分析法建立并计算森林雪灾综合风险评估指标体系及指数,构建出内蒙古森林雪灾风险区划模型。内蒙古森林雪灾高风险区、次高风险区分别占全部森林雪灾风险区的77.18%、0.05%,且均位于内蒙古东北部的呼伦贝尔市。中等风险区占全部森林雪灾风险区的6.01%,主要位于锡林郭勒盟、呼伦贝尔市、赤峰市及兴安盟,分别占中等风险区总面积的0.61%、36.50%、9.11%和5.99%;次低风险区和低风险区占全部森林雪灾风险区的16.76%,主要位于阿拉善盟、鄂尔多斯市、兴安盟等地。内蒙古森林雪灾风险呈现自东北向西南逐渐减轻的趋势,与森林、积雪空间分布规律基本一致。

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榆林市景观生态风险及其时空分异

石玉琼, 王宁练, 李团胜, 汪晗

2019 (2): 494-504. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.27

摘要 ( 6 )

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以2000年、2005年、2010年和2015年ETM遥感影像为数据源,基于景观格局、生态敏感性和植被生产力构建景观生态风险综合指数,以ArcGIS 10.2和GS+9.0软件为平台,研究榆林市景观生态风险时空分异。结果表明:榆林市景观生态风险程度总体较高;2000年、2005年和2010年以中度风险为主,2015年以高度风险为主;2000—2010年,中度风险区范围在扩大,高度风险区范围在缩小;2010—2015年,中度风险区范围迅速缩小,而高度风险区范围迅速扩大。榆林市景观生态风险空间变异较小,景观生态风险空间相关性中等。2000年自然因素对景观生态风险空间变异的影响略大于人为因素的影响,2005年和2010年的影响基本相当,2015年则受自然因素影响较大。

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基于降水化学的渭南地区城乡大气污染差异探析

卢爱刚, 刘晖

2019 (2): 505-512. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.28

摘要 ( 4 )

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根据渭南城区和乡村地区2013年6月至2014年9月采集的降水样品中主要离子浓度的测试结果,运用趋势分析法分析了两地降水中常量无机离子的化学特征,并结合富集因子法及端源贡献法探究其来源。结果表明:受人类活动影响,城区降水离子总浓度平均值(775.59 μeq·L^-1)远高于乡村(383.60 μeq·L^-1),两地主要阳离子均为Ca²⁺和NH⁺₄,分别占阳离子总量的80.05%和89.82%;主要阴离子均为SO^2-₄和NO^-₃,分别占阴离子总量的93.54%和92.51%。城区降水中各离子浓度为:Ca²⁺>NH⁺₄>SO^2-₄>NO^-₃>Na⁺>K⁺>Mg²⁺>Cl^->F^->NO^-₂,乡村为:NH⁺₄>SO^2-₄>Ca²⁺>NO^-₃>Mg²⁺>Cl^->Na⁺>K⁺>F^->NO^-₂。受排放源、降雨量和气象要素等影响,研究区降水总离子浓度表现出明显的季节差异,均为冬季>秋季>春季>夏季。经定量探源分析,城区和乡村降水中总离子浓度均受到人为源影响,其中两地降水中的NH⁺₄和F^-均来自人为源,SO^2-₄和NO^-₃ 的95%以上由人为源贡献,Mg²⁺和K⁺均以非海盐源为主,且城区的非海盐源略大于乡村。城区Na⁺主要由非海盐源贡献,而乡村的Na⁺主要来自海盐源。

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基于超效率DEA模型的干旱区工业生态效率研究——以新疆为例

周旭东, 吕光辉

2019 (2): 513-519. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.29

摘要 ( 5 )

PDF(898KB) ( 0 )

生态效率是循环经济与可持续发展的有效测度,研究新疆区域工业生态效率,对于促进经济与生态环境协调发展,实现生态文明建设目标具有重要的现实意义。本文以2001—2015年新疆工业面板数据为样本,运用超效率DEA模型对14个地级市(州、地区)工业生态效率及其变化特征进行测评,并选取工业生态效率影响因素进行Tobit回归分析。结果表明:① 新疆工业生态效率总体水平不高,但发展趋势良好,自2001—2015年呈波动式上升趋势,环比增长109.8%;从“十五”期间的0.75非有效状态到“十一五”期间的1.0开始稳定保持在有效生产前沿面以上,一直到“十二五”期间的1.08,工业生态效率一直保持稳步增长状态;② 新疆各地区间工业生态效率存在不平衡性,最高值为8.97,最低值为0.59,相差15.2倍;③ 工业生态效率与经济发展水平、科技创新、工业结构、环境规划呈正相关关系,与对外开放度、产业集聚度呈负相关关系。

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导风板倾角对板后风沙流输沙的影响

张超, 韩彦隆, 高永, 党晓宏, 李婉娇, 王则宇, 翟波, 王瑞东

2019 (2): 520-527. doi: 10.13866/j.azr.2019.02.30

摘要 ( 1 )

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通过野外试验探究了流动沙丘中上部导风板板后作用区风速特性和输沙量特征,结果表明:不同角度导风板对板后风速增加的区域有所不同,作用区内最大风速一般出现于板后1.5 m,45°导风板对于板后1.5 m处风速加速效果明显,板后3.0 m处则是25°导风板加速效果较为明显,而在板后4.5 m处影响效果明显的导风板角度为35°。导风板可以有效的提高板后输沙总量,其中30°~45°区间的中等角度导风板对于输沙量的提升具有明显效果,45°导风板对于板后1.5 m处输沙量提升效果较高,而40°导风板对于板后3.0 m处输沙量提升效果较高,在板后4.5 m处则是30°导风板提升效果较高。

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