干旱区生态水文过程研究若干问题评述

评述了干旱区生态水文过程研究的若干进展，提出了临界生态需水量、最适生态需水量和饱和生态需水量的概念，探讨了相应的确定方法。强调了人工植被的建立应在加强对干旱区天然植被格局与生态水文效应、具有水力提升功能植物识别、植物吸收的水分来源、生态需水量及生态地下水水位等方面研究的基础上，从恢复生态学和生态水文学的角度，确定干旱区适宜人工植被的种类组成和格局。     

塔里木河下游干旱胁迫条件下柽柳生理代谢的响应

以塔里木河荒漠河岸林的主要建群种之一柽柳为研究对象, 分析了塔里木河下游不同区段、不同地下水位状况下柽柳体内叶绿素、可溶性糖、脯氨酸(PRO)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、生长素(IAA)、赤霉素(GA₃)和脱落酸(ABA)等主要生理指标的变化特点. 研究表明, 这些生理指标和地下水位存在着比较密切的相关关系; 在干旱胁迫条件下, 柽柳通过协调自身生理代谢过程以共同抵御干旱胁迫; 在塔里木河下游, 柽柳正常生长的合理生态水位在2~4 m, 地下水埋深超过4 m时, 柽柳生长开始受到胁迫, 6 m以下则受到严重胁迫, 10 m为柽柳死亡的临界地下水位. 这一结论为探讨荒漠植被的抗旱机理和实现塔里木河流域输水效益的最大化提供了重要依据.     

植被与环境变化国家重点实验室

正植被与环境变化国家重点实验室于2007年10月获得批准建设,其前身为1989年成立的"中国科学院植被数量生态学开放研究实验室".实验室围绕植被与环境变化的国际重大前沿科学问题和国家战略需求开展创新性研究,重点研究植被格局与演变、生物多样性与生态保育、全球变化的响应与适应以及草业生态与可持续性.其发展目标旨在植被与环境变化研究领域取得重大突破,为我国植被及生物多样性资源的可持续利用、生态环境的良性发展及建设生态文明提供理论依据和科学支撑;培养和造就该领域     

新疆塔里木河下游胡杨水势变化及其意义探讨

结合塔里木河下游生态输水过程中对不同断面胡杨叶水势的变化的测定,分析了地下水埋深和土壤盐分变化对胡杨叶水势的影响．结果表明,胡杨叶水势与地下水埋深之间存在显著的负相关关系,表现为地下水埋深较浅的断面,胡杨叶水势较高,胡杨所受的干旱胁迫强度较小;反之,胡杨叶水势则较低,胡杨所受的干旱胁迫强度也较大;同时,土壤盐分与胡杨叶水势之间也存在显著的负相关关系,土壤盐分较大处的胡杨叶水势较低,胡杨所受的盐胁迫强度也较大．空间上表现为:下游段断面和输水河道主轴线较远的部位,地下水埋深较大,土壤盐分亦较大,而胡杨叶水势则较低．胡杨叶水势变化指示胡杨受干旱、盐胁迫程度,对塔里木河下游胡杨生存的合理地下水位研究具有重要参考意义．     

植物功能性状对动态全球植被模型改进研究进展

动态全球植被模型(dynamic global vegetation models,DGVMs)在模拟和预测陆地生态系统对气候变化响应中表现出很大的不确定性,重要原因之一在于动态全球植被模型将定义植物功能型的性状值设置为常数,忽略了植物功能性状对环境变化的响应.动态全球植被模型现有的植物功能型框架已经严重地阻碍了其发展,因此迫切需要一种新的方法来克服这种局限性.植物功能性状不仅可以反映植物对环境连续变化的响应,而且与生态系统的结构和功能密切相关,可提升当前动态全球植被模型对生态系统过程的模拟和功能的预测.本文从动态全球植被模型发展和植物功能型局限性入手,详细介绍了植物功能性状发展现状及其对动态全球植被模型改进的重要价值,归纳总结了植物功能性状对动态全球植被模型改进的主要方法,并指明植物功能性状对动态全球植被模型改进的发展方向.以期通过凝练植物功能性状在构建下一代动态全球植被模型中发挥作用,推动动态全球植被模型在我国的发展和应用.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

纵向岭谷区水汽通道作用及植被生产力响应

纵向岭谷区河谷“水汽通道”作用,使通道与其毗邻地区形成特殊的水热分布格局,并产生了强烈的生态效应,并对该区的生物产生了深刻的影响．在本区30年平均年降水、气温空间数据、净初级生产力、植被类型、地形(高度、坡度、坡向)、太阳辐射等数据基础上,构建纵向岭谷区“地-汽-水-生”系统数据库;通过河谷水汽通量、降水格局、“分水岭”空间分析,印证河谷“水汽通道”作用的并存;水汽通道作用对植被的垂直分布带谱南北差异和植物种类的反常分布产生了重要的影响;与相邻同纬地区比较,本区NPP(净初极生产力)值总体偏高,向北突出、延伸趋势显著,并且高值线的流动方向与河谷相一致;人工神经网络分析结果确定最低温度、海拔高度、降水、坡度是影响本区NPP的关键因子,它们的影响率依次为1．588,1．053,1．006和1．003．最后分析了各植被类型及同一植物物种的净初级生产力对水热条件的具体响应过程,“水汽通道”作用产生了重要的生态效应．     

植被生理生态学数据表征的合理地下水位研究--以塔里木河下游生态恢复过程为例

结合对塔里木河下游不同断面地下水位变化和植物生理生态特性的分析测试,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨和柽柳在不同地下水位条件下的生理响应和适应性,探讨了塔里木河下游干旱环境下胡杨、柽柳的合理生态水位问题．研究结果表明,胡杨和柽柳叶片的可溶性糖、游离脯氨酸、内源植物激素脱落酸以及细胞分裂素浓度等与地下水位埋深有着密切的关系．随地下水位埋深加大和植物受到的生理胁迫加强,植物叶片的细胞分裂素浓度逐渐减少,而可溶性糖、游离脯氨酸和脱落酸含量增加,在距河道最远处(500m)达到最高值;比较胡杨、柽柳对不同断面地下水位变化的响应可见,在地下水位埋深较浅的亚合浦马汗断面,胡杨、柽柳的各项生理指标变化较小,而在地下水位埋深较大的依干不及麻断面,随地下水位埋深加大,可溶性糖和内源植物激素脱落酸含量呈线性关系增加,其中游离脯氨酸含量在距河道300 m处出现异常积累,反映了植物生理受到强烈胁迫;同时还发现,在一定强度的水分胁迫下,柽柳的生理过程较胡杨强烈,对地下水位埋深变化更为敏感,胡杨的抗旱性较之为强;结合样地调查结果,推测塔里木河下游胡杨、柽柳的合理生态水位埋深在4 m以内,9 m以下为胡杨和柽柳死亡的临界地下水位．     

城市中小型河道生态治理探讨

分析了城市化的加快发展增加了城市湖泊河道的污染负荷,并提出了岸区生态防护带、水生植被恢复、微生物技术利用等生态治理途径以及与此配套相关的生态管理模式,旨在为生态城市的规划建设提供一些建议,尽快从可持续性发展的口号走向生态建设的具体行动。     

上荆江河岸崩退过程的概化模拟

崩岸是上荆江河段河床变形过程的一个重要方面,它与近岸水流冲刷及河岸土体特性等因素密切相关.三峡工程运用后该河段河床冲刷下切显著,导致局部河段的崩岸现象较为突出.本文改进了河岸崩退过程的概化模型,耦合了坡脚冲刷、潜水位变化及河岸稳定性计算模块,并在稳定性分析中考虑了侧向水压力、孔隙水压力及非饱和土体基质吸力的作用.采用该模型计算了2005年上荆江典型断面(荆34和荆55)的崩岸过程,计算结果表明:这两个断面的河岸分别发生6次和4次崩塌,且多发生于洪峰期和退水期;总崩退宽度为27和20 m,且计算与实测的岸坡形态较为符合.最后开展了相关河岸土体参数的敏感性数值试验,分析了土体物理力学特性变化对崩岸过程的影响:河岸崩退次数、宽度总体上随土体抗剪强度及渗透系数的增大而减小,前者基本呈单向变化,而后者还与崩塌时坡脚的冲刷幅度有关;此外潜水位滞后于河道水位的变化特点,降低了退水期的河岸稳定性.     

陆地植被生态水文过程前沿进展:从植物叶片到流域

陆地植被生态水文过程是生态学、水文学和全球变化研究关注的前沿领域,更是生态水文学的关键理论基础之一.近年来围绕植被生态与水相互作用的研究范畴涵盖了从植物细胞到大陆尺度的几乎所有空间尺度,在不同尺度上分别在生态学和水文学各自视角取得了较大进展.但从生态水文学交叉学科角度,迫切需要整合生态学与水文学多尺度相关研究进展,系统性地归纳和总结跨尺度理论和方法进展,梳理理论前沿热点问题.为此,本文从近年来关于陆地植被生态水文过程与模拟研究进展中,系统提炼和总结了以植物水分利用与调控机制、碳氮水耦合循环过程与模拟、水循环关键过程的生态作用、植被生态作用下的径流形成与变化、植被生态水循环变化对大气降水过程的反馈影响等为主要研究热点的理论前沿方向,系统总结了这五方面在不同尺度及跨尺度方面所取得的主要进展,特别关注了基于过程机理的定量模型方面的发展状态.基于这些前沿热点面临的挑战性难题,提出了未来需要重点关注的核心问题,包括探索植物水分利用与调控的多尺度关联机制、发展基于过程机制的碳氮水耦合循环精准模拟方法、径流形成与动态变化的生态因素甄别与定量刻画等.对深入理解生态水文学国际前沿发展趋势,引导我国生态水文学学科的发展方向等有参考意义.     

近550年来青藏高原中部植被演化与气候变化研究

利用普若岗日冰芯中的花粉和氧同位素记录, 高分辨率恢复了青藏高原中部过去500多年来的植被演变和气候变化历史. 通过分析冰芯中花粉记录与现代气象观测数据的相关关系, 指出草原和草甸成分的植物花粉的百分比之和可作为夏季温度变化的良好代用指标, 而花粉中莎草科/(禾本科+蒿属)[Cy/(G+A)]和草甸植物花粉/草原植物花粉(M/S)比值可作为湿度变化的代用指标. 在此基础上结合冰芯δ¹⁸O值及冰川积累量, 探讨了过去500多年来研究区植被对气候变化的响应过程. 指出1450~1640 AD主要发育荒漠植被, 气候表现为寒冷特征. 1640~1915 AD总体上以暖干气候为主, 荒漠面积减小, 草原植被范围扩张. 1915~1980 AD气候稍变冷变湿, 草原植被范围缩小, 而荒漠植被扩大. 1980~2002 AD气候暖干, 荒漠植被范围急剧减小, 主要发育草甸草原植被. 提供了藏北地区第一个长达500多年的高分辨率的冰芯花粉记录.     

植被与环境变化国家重点实验室简介

<正>植被与环境变化国家重点实验室的前身是1989年成立的中国科学院植被数量生态学开放研究实验室,2007年经科技部批准筹建,2009年通过验收,依托单位为中国科学院植物研究所。现任实验室主任为黄耀研究员,学术委员会主任为方精云院士。实验室紧密围绕国际重大前沿科学问题和国家战略需求,在植被格局与演变、生物多样性、全球变化、草业生态等领域开展前瞻性     

青藏高原生态变化

青藏高原是全球平均海拔最高的自然地理单元.近几十年乃至上百年来,在气候变化和人类活动双重影响下,青藏高原生态系统的结构和功能以及重要物种的种群数量和结构均发生了深刻的变化.近几十年的研究表明:青藏高原植被返青期提前,生长期延长,覆盖度和生产力增加,碳汇功能增强,青藏高原植被总体趋于向好,局部变差.气候变化是高原生态系统变化的主控因子,气候变暖对青藏高原生态系统的影响是正面的,但这种影响仍存在时间和空间上的不平衡性,尤其是降水在时间和空间上的变化对干旱和半干旱地区植被产生较大影响,在干旱的年份叠加人类放牧活动等会导致这些区域,尤其是青藏高原西部地区植被产生严重的退化,但随着青藏高原生态安全屏障保护与建设工程的实施,高原生态系统退化的态势得到了进一步遏制,人类对高原特有珍稀植物资源,如虫草、雪莲和胡黄连的过度采收以及对野牦牛、藏羚羊和藏野驴的盗猎等现象得到近一步缓解,近期高原的野牦牛、藏羚羊和藏野驴的种群数量得到恢复.青藏高原的隆起不仅对本区而且对其毗邻地区的气候与环境都产生着深刻的影响,其生态系统对全球变化的响应与影响研究具有特殊重要的地位,今后迫切需要加强生态系统结构和功能变化的地面监测和遥感技术的应用,加大大型生态保护工程建设的实施力度,整体提高高原地区应对全球变化的能力.     

台湾中部和北部山地植被垂直带表土花粉和植被重建

调查分析了台湾中部沙里仙山和北部乐培山各类山地植被下的表土花粉，并采用生物群区化方法进行植被转化。各个表土花粉样点上的植被类型根据各类花粉出现的相对数量、植物功能型的分配和植被组合三者关系进行矩阵运算和模糊归类选择。结果表明，表土花粉模拟的植被能够较好地反映海拔500m以上山地热带、亚热带的栲-青冈林、山地暖温带栎林、松-栎林、山地温带和寒温带铁杉-云杉林及云杉-冷杉林等植被，其地理位置与实际植被的海拔高度分布基本一致。该研究能够为我国大范围表土花粉调查和垂直植被型变化提供花粉资料，为低纬植物功能型和植被型组合提供一个设计方案，并进一步为利用土层花粉重建第四纪植被的现代类比应用。     

山西温泉林场红尾伯劳的生态习性观察

2006年-2008年5-10月,对山西管涔山国有林管理局温泉林场地区的红尾伯劳的生态习性进行了初步观察.本地区红尾伯劳为夏候鸟,最早迁来本区为5月10日,最晚迁离本区为10月12日.繁殖期为5-7月,5月下旬开始筑巢,6月初产卵,窝卵数4～6枚,孵化期15～16 d,孵化率83.3%,巢内育雏14～15 d.食物主要以昆虫为主.     

新生代全球变冷背景下北部青藏高原变冷和干旱化事件:西宁盆地早第三纪沉积物中正构烷烃和孢粉的记录

位于青藏高原西北部的西宁盆地沉积了年代序列跨度非常长的连续的新生代地层. 这些地层序列记录了有关青藏高原隆升历史及其相关气候变化的丰富信息. 本研究获得了西宁盆地谢家剖面较高分辨率的正构烷烃生物标志化合物和孢粉记录. 整合正构烷烃和古孢粉记录揭示: 在50.2~28.2 Ma 之间, 西宁盆地经历了长期的降温过程, 明显的生态事件发生在 37.5~32.7 Ma 之间. 自此盆地中的植被呈现显著的垂直地带性变化: 较低海拔处生长旱生灌草类植物, 中海拔地带生长亚热带阔叶树, 高海拔带生长针叶林. 这些植被和气候的变化有可能是对始新世早期气候最适宜期之后长期的全球降温事件和早新生代北部青藏高原周围山地隆升事件的共同响应.     

长江中游河道床面冲淤及河岸崩退数学模型研究及其应用

三峡工程运用后,长江中游河段持续冲刷,局部河段崩岸现象较为突出,尤其在荆江河段.崩岸不仅影响局部河段河势的稳定,同时还影响两岸防洪及航运安全.本研究通过耦合一维水沙动力学模块、潜水位变化模块以及二元结构河岸稳定性分析模块,建立了模拟坝下游冲积河道床面冲淤及河岸崩退的一维耦合数学模型.采用该模型分别计算了不同年份长江中游荆江段的河床变形过程,对模型进行较为详细地率定和验证.计算结果表明:该模型能较好地反演研究河段内的水沙输移过程,并能模拟出主要崩岸发生区域及崩岸宽度;崩岸主要受近岸水流冲刷作用控制,但河岸土体内潜水位变化对上荆江河段崩岸的影响也较为显著;在下荆江河段,超过50%的河岸在洪峰期发生绕轴崩塌现象.此外,还分析了河段出口水位及河岸土体特性参数变化对崩岸计算结果的影响,这些参数的敏感性测试结果表明:当出口断面水位由于洞庭湖入汇而上升时,河段水面纵比降及平均流速减小,导致研究河段内崩岸宽度会有所降低;土体起动切应力的减小对河岸崩塌的影响最为显著,尤其在下荆江河段.     

青藏高原两种高寒草甸地下生物量及其碳分配对长期增温的响应差异

增温可以改变植物的生长,不同植被类型的响应方式有差异.植物根系是植物生产量的重要组成部分,但对其增温响应的研究仍然较少.本研究采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,对比了长期增温对青藏高原矮嵩草草甸和金露梅灌丛群落地下生物量和有机碳含量的影响.通过分析不同土层地下生物量的垂直分布、土壤和根系含碳量,发现在长期增温条件下:(1)矮嵩草草甸地下生物量显著减少;(2)2种草甸地下生物量分配明显向深层转移;(3)2种草甸植物根系总碳含量变化不显著,矮嵩草草甸10~30 cm土层根含碳量增加,金露梅灌丛草甸20~30 cm土层的根系碳含量减少;(4)2种草甸土壤总碳含量无显著变化(0~30cm),但20~30 cm土层矮嵩草草甸土壤有机碳含量增加,金露梅灌丛草甸土壤有机碳含量降低.2种草甸地下资源分配差异将影响全球变暖背景下该地区的植被演替和碳循环.     

纵向岭谷区的跨境生态安全与调控体系

在对国内外跨境生态安全研究综合的基础上,系统地判识了纵向岭谷区存在的跨境生态问题类型、分布、特点、驱动力,提出了综合调控体系框架.研究结果表明:除沙尘暴外,中国陆疆地带目前所面临的跨境生态安全问题在纵向岭谷区均有分布,较直接的主要驱动力包括水电梯级开发、公路建设和国际陆路大通道开发、河道整治和国际航运开发、坡地开垦和矿山开发;跨境生态安全问题主要集中在陆地,只能影响地域上有直接关联的区域;在国际水道系统中的跨境生态安全问题,以境内的生态变化对境外产生影响为主;在沿边地带则以境外的生态变化对境内的影响为主,其中尤以境外生物入侵的危害严重、扩散速度快、影响范围广.需要从边境生态防护工程建设、生态安全阈值设定、跨境保护区建设、生物入侵调控、生态安全监控平台构建设、生态补偿机制和法规建设、合作机制以及机构能力建设等多方面,构建跨境生态安全多尺度综合调控体系.目前最为重要的是,在现有多重国际区域合作中,加强跨境生态安全维护的参与式国际合作机制建设、成立区域跨境生态安全风险基金、促进国际跨境生态补偿、建立信息共享平台和预警系统等.研究为维护该区的跨境生态安全、减少跨境冲突等提供了科学依据,对中国其他陆疆沿边地区的跨境生态安全维护具有参考意义.