东北平原中部地区土壤环境中若干元素的群分析

群分析是新近发展起来的一门多元统计分类法,已引起许多学者重视。我们在东北平原中部地区的土壤环境背景值研究中,取得了大量分析数据,借助电子计算机,利用群分析的数学方法对土壤元素进行分类,试图揭示其中的某些规律。 本区地处温带半湿润地区向半干旱地区的过渡地带。东部山前低丘为森林暗棕壤和白浆土,平原内部为草甸-草原黑土和黑钙土,西部边缘为干草原暗栗钙土。沿江、河低地为草甸土和沼泽土,平原西部有较大面积的风砂土和盐碱土。自东向西土壤质地变粗,pH值增高,盐分增加。     

我国西南岩溶区水环境问题

岩溶又称喀斯特,是石灰岩地区的一系列溶蚀作用过程和产物的总称,其分布面积约占地球陆地面积的10%～15%.20世纪初,岩溶成为一门独立的学科,在其发展过程中,人们对岩溶环境脆弱性的认识不断深入.一方面由于岩溶作用的基础--可溶岩(如石灰岩、白云岩等)的风化作用是以化学溶蚀作用为主,90%以上的物质都溶解于水中而被带走,留下的成土物质极少,成土速度慢,如广西岩溶地区形成1米厚的土层,需要25万到85万年的时间,而在贵州甚至可达63万年到788万年,以致土壤贫瘠,稍有水土流失即留下一片石海,很难恢复;另一方面由于岩溶地区地表地下的"双层结构",地表水与地下水的快速转化,地表又常缺少天然防渗层或过滤层,以至于污染物质很容易通过落水洞、岩溶裂隙等进入地下水系统中.脆弱性的这两方面原因,给岩溶地区带来一系列区别于非岩溶地区的特殊地质环境问题,如石漠化、岩溶地下水污染等.     

近20年来中国大陆农田表土有机碳含量的变化趋势

调研并分析了中国大陆1993年以来关于区域农田土壤有机碳变化的文献200余篇. 为了客观评价中国大陆农田有机碳的变化, 从中选出132篇具有代表性的文献, 这些文献涵盖了不同地区60000余个土壤样品的测定结果. 分析结果表明, 近20年来占中国大陆农田面积53%~59%的土壤有机碳含量呈增长趋势, 30%~31%呈下降趋势, 4%~6%基本持平. 进一步分析结果指出, 中国大陆农田表土有机碳贮量总体增加了311.3~401.4 Tg. 其中, 华东和华北地区增加明显, 但东北地区呈下降趋势. 有机碳含量增加明显的土壤类型为水稻土和潮土, 黑土下降显著. 有机碳含量增加主要归因于秸秆还田与有机肥施用、化肥投入增加与合理的养分配比以及少(免)耕技术的推广; 黑土区有机碳含量下降的主要原因是水土流失和投入不足. 为了有效地促进农田土壤碳固定, 最大限度地遏制东北地区土壤有机碳下降的趋势, 未来应通过配套技术的研究、农户培训和政府补贴等措施, 进一步推广秸秆还田、平衡施肥、少(免)耕等保护性耕作措施, 加大水土流失的综合治理力度. 与此同时, 为了应对后《京都议定书》时代对中国可能产生的减排压力, 未来需加强4个方面的研究: (1)第二次土壤普查期间及目前中国农田土壤有机碳贮量, (2)由自然因素和人为因素控制的农田土壤有机碳变化机理, (3)增加土壤碳固定及减少碳损失的有效途径, (4)农田土壤的固碳潜力及未来演变趋势.     

中美土壤分类系统的参比基准研究: 土类与美国系统分类土纲间的参比

土壤分类是土壤学研究成果交流和推广、实现土壤资源现代化管理的基础. 回顾了土壤发生分类(GSCC)的完善过程, 阐述了参比研究的数据基础和研究方法. 参比研究以《中国土种志(共六卷)》和部分省土种志为基本素材, 共计收集全国2540个土种资料, 根据美国土壤系统分类(ST)的检索, 解译出每个土种在ST分类中所对应的土纲、亚纲、土类和亚类的归属. 根据土壤类型法, 把2540个土种的解译结果逐个地连接到最近才完成的全国1︰100万数字化土壤图相应的图斑上. 根据每个土种在两个分类系统各高级分类单元中的归属及其所代表的分布面积, 按GSCC土类与ST土纲统计出它们之间可以参比的面积. 提出了参比度和最大参比度的概念, 并以GSCC土类与ST土纲的最大参比度为依据, 分类型讨论了GSCC土类与ST土纲参比的全貌, 认为20个最大参比度大于95%和15个最大参比度介于70% ~ 95%的土类可以作为这两个分类系统参比的基准, 而25个低参比度的土类还需要作进一步的深入研究.     

江河源区典型多年冻土和季节冻土区水热过程对植被盖度的响应

基于青藏高原江河源区典型多年冻土和季节冻土区建立的不同植被盖度下7个地温和水分观测场, 对多年冻土活动层和季节冻土土壤温度和水分对植被盖度的响应分为4个阶段进行分析和对比研究. 结果表明: 随着植被盖度的降低, 多年冻土活动层冻结深度积分减少, 而季节冻土冻结深度积分增加; 多年冻土冻结期负值等温线和未冻结期正值等温线的最大侵入深度和持续时间随着植被盖度降低明显增加; 多年冻土活动层20~60 cm的土壤含水量随着植被盖度降低而减少, 而60~80 cm的土壤含水量反而增加, 季节冻土土壤剖面0~120 cm的水分含量随着植被盖度的降低而减少. 植被盖度的变化改变了冻土水热过程, 且多年冻土和季节冻土对植被盖度的响应不一致.     

中国及其屏障区柯本气候分类的RegCM4集合预估

区域气候模式RegCM4分别在CSIRO-Mk3-6-0、EC-EARTH、HadGEM2-ES、MPI-ESM-MR和NorESM1-M五个全球气候模式驱动下,进行了水平分辨率为25 km的东亚区域气候变化试验.基于该试验的集合结果,在对结果进行误差订正的基础上,本文预估了RCP4.5温室气体排放路径下21世纪末期(2069～2098年)中国及其国家生态安全屏障区的柯本-特里瓦沙气候分类的变化.结果表明,相比当代(1981～2010年), 21世纪末期中国的气候型发生变化的面积比例为22%,其中青藏高原和秦岭-淮河一带变化明显,青藏高原地区苔原气候(FT)的范围大幅度收缩,中国半干旱(BS)和冬干温暖气候(Cw)的范围扩展,其中BS面积较当代扩张近20%;国家生态安全屏障区的气候型变化更明显一些,总面积的24%将发生改变,其中以青藏高原和川滇-黄土高原的变化最大(40%左右),东北森林带次之,气候变化将导致这些地区的生态脆弱性加大.     

纵向岭谷区降水量时空变化及其地域分异规律

利用纵向岭谷区内36个气象观测站1960~2001年逐日观测降水量,根据纵向岭谷区典型南北走向山系河谷特点,选取区内7个典型剖面,通过系统分析区内降水量纬向、经向的时空变化特征及其地域分异规律,探讨降水变化与纵向岭谷特殊环境格局中"通道-阻隔"作用的关联.分析结果表明:由于受到纵向岭谷特殊地形的影响,研究区水热条件的分布格局及其变化具有独特的"通道-阻隔"多重效应,区内北部(>26°N)大部分地区降水量的年内分配状况出现具备"桃花汛"小雨期的"多峰型";至26°N,"桃花汛"小雨期渐趋消失,降水量年内分配由"多峰型"逐渐过渡为"单峰型";24°~25°N地区,降水量年内分配均为单峰型、且峰型相似,至纵向岭谷区南部,年内分配出现了具备"后雨期"的"准双峰型",且随着经度增加,这种双峰型特点更突出.由于干季该区大气环流较为单一,纵向岭谷"阻隔"作用对干季降水年际变化的空间影响并不明显,区内干季降水变化趋势较为一致;湿季降水量年际变化趋势的空间分布则更复杂,空间分异也较大.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

南海东沙东北冷泉流体的来源和性质:来自烟囱状冷泉碳酸盐岩的证据

大陆边缘海底冷泉活动区往往赋存有大量的冷泉碳酸盐岩,冷泉碳酸盐岩的类型和地球化学特征记录了过去海底富甲烷冷泉流体活动的状况.相对于在海水-沉积物界面上生长的化学礁灰岩和碳酸盐结壳等冷泉碳酸盐岩类型,形成于海底以下流体通道周围的烟囱状冷泉碳酸盐岩能更忠实地反映过去海底冷泉流体的信息.本文对采集自南海东沙东北的高镁方解石质烟囱状冷泉碳酸盐岩进行了详细研究,在定量分析碳酸盐物相及其碳氧同位素组成的基础上,结合产出环境特征和年龄对其形成温度进行约束,利用高镁方解石-水体系氧同位素分馏方程计算沉淀流体的氧同位素组成,研究古富甲烷冷泉流体的来源与性质,并探讨其与海底天然气水合物藏之间潜在的成因联系.研究认为,南海东沙东北陆坡烟囱状冷泉碳酸盐岩的碳源自生物成因甲烷,它的形成与海底天然气水合物藏的破坏密切相关.古冷泉流体的δ18O值为（1.9‰±0.3‰）^{0.6‰±0.3‰}V-SMOW（Vienna standard mean ocean water）之间变化,平均1.4‰±0.3‰ V-SMOW.经估算,水合物分解释放出来的流体在冷泉流体中的贡献最高可达45.7%.分析认为,古海平面下降和陆缘海底峡谷的下切,以及海底滑坡等气候与环境变化因素是导致南海东北陆坡水合物藏曾经遭受破坏的主要原因.研究区广泛分布的烟囱状冷泉碳酸盐岩指示水合物分解释放的甲烷在渗漏出海底之前已经有相当一部分被硫酸盐-甲烷转换带附近的微生物捕获和消耗转化,最终以冷泉碳酸盐岩形式实现了永久封存.     

"通道-阻隔"作用对纵向岭谷区水稻灌溉需水的影响

通过对纵向岭谷区的保山、景洪、元江及比邻区的昆明等4个典型站的逐日参照作物腾发量分析,发现在低纬度和高原气候的共同作用下,形成逐日ET0变化的"延迟现象",即在5月份达到年内极大值ET0,max后缓慢下降,在极大值的80%～85%水平上波动并维持到秋季,此后的变化趋势才与内地一致.气象因素导致了研究区普遍种植的中稻作物需水量及灌溉需水的高峰期与水稻生理生长的高峰期错位,实际高峰期出现在雨季到来之前,生育期的需水强度为6.1～8.2 mm/d,变幅较内地小.在"通道-阻隔"作用下,纵向岭谷区水稻灌溉需水量与纬度、经度及海拔都呈现一定的相关性,东经100°的海拔1550m区域内水稻灌溉需水与纬度的相关系数为0.857,水稻灌溉定额为6240～8550m3/hm2;受东南季风和西南季风气候的影响,北纬23.5°的红河大断裂东西两侧地带的水稻灌溉需水量与经度的相关系数分别达到0.878和0.913,水稻灌溉定额分别为7260～7440和5970～7740 m3/hm2;而东经100°条状区海拔高程与水稻灌溉需水量的相关系数为0.636,水稻灌溉定额为6240～8550m3/hm2.     

卫星遥感监测近30年来青藏高原湖泊变化

湖泊是揭示全球气候变化与区域响应的重要信息载体.以青海省、西藏自治区2005~2006年的408景CBERS CCD影像和5景Landsat ETM+影像为主要数据源,在1975年前后的1177幅1:10万地形图和82幅1:5万地形图的支持下,完成青藏高原1 km2以上湖泊的卫星遥感调查,并将其结果与20世纪60~80年代第一次全国湖泊调查进行比较,对青藏高原湖泊数量、面积、空间分布的变化情况进行分析.确定截至2005~2006年,青藏高原共有1 km2以上湖泊1055个,占同期全国湖泊总数量的30%以上,其中青海省222个,西藏自治区833个;青藏高原湖泊总面积为41831.72 km2,占全国湖泊总面积的50%以上.发现面积大于1 km2的新生湖泊共30个,原面积大于1 km2的湖泊消失5个.13个面积大于500 km2的大湖中,羊卓雍错在调查期内萎缩严重且目前仍在继续萎缩;青海湖在调查期内总体呈萎缩状态,但另有研究表明自2004年后呈扩张趋势.色林错、纳木错和赤布张错的面积也有较大的扩张.新生湖泊按照成因可归纳为河道扩展、沼泽转化等6种类型,消亡湖泊则多是由于自然条件变化导致的干涸.在3个典型的气候与生态环境敏感区中,那曲地区和可可西里地区的湖泊总体呈扩张趋势,而黄河源区的湖泊则总体呈萎缩状态.区域湖泊变化特征是近几十年来青藏高原气候变化导致的温度升高、冰川融化、冻土消融、雪线退缩等现象的显著响应.调查和分析结论可为青藏高原湖泊变化及其对气候波动的响应等研究提供参考.     

纵向岭谷区灌溉需水空间变异性及其与"通道-阻隔"作用的关系

利用纵向岭谷及对比区58个典型站点1971~2000年逐月气象资料及逐日降水量,分析各站ET0年值、月ET0最大值(5月份)、月ET0最小值(12月份)、水稻灌溉需水及农业综合灌溉需水定额(年值及4~6月主灌溉期),以地统计学方法分析了6者的空间变化特性.研究表明:在小范围内,6个灌溉需水变量随距离都有正的自相关性,且绝大多数都在S-N方向的Moran’sⅠ系数最大,空间自相关性最强;受不同季风气候、纬度、海拔及土壤因素影响,水稻灌溉需水的空间自相关性较其他变量更复杂;所有变量都是结构性因素引起的空间变异起主导作用,结构性变异达到60.2%~87.9%,随机成分引起的空间变异只占12.1%~39.8%;受夏季来自印度洋和太平洋两股水汽交汇区的移动轨迹、冬季来自大陆干暖的南支西风作用,ET0年值、5月份及12月份的ET0值都是在NW-SE和NE-SW两个方向的分形维数最小、变异性最大;水稻灌溉需水和农业综合灌溉需水定额(年值及4~6月主灌溉期)在S-N的变异性最大,主要受纵向岭谷走向的影响,水气和能量在南北向的河流通道作用下形成扩散的梯度效应;所有6个需水变量在E-W的空间自相关性都最小,证实纵向岭谷区各个灌溉需水变量在空间分布上受到"通道-阻隔"作用的影响.     

三江源区典型高寒草甸土壤侵蚀的137Cs定量分析

高寒草甸是青海三江源地区的主体生态系统. 高寒草甸的根系盘结, 形成坚实的“地毯式”草皮层, 固土持水能力强, 是维持“中华水塔”的主要贡献者. 为了定量分析典型高寒草甸的抗侵蚀能力, 本文选择草皮层完整、植被覆盖度在60%以上的典型高寒草甸坡面, 进行了土壤侵蚀的¹³⁷Cs核素示踪研究. 结果表明: (1) 各采样坡面土壤侵蚀强度属微度-轻度侵蚀水平, 玉树县玛龙村坡面多年平均土壤侵蚀模数为464 t km^-2 a^-1, 玛多县野牛沟乡坡面为415 t km^-2 a^-1, 称多县珍秦乡坡面为875 t km^-2 a^-1. (2) 在坡面尺度上, 土壤侵蚀速率与植被覆盖度呈负相关, 植被覆盖度越高, 坡面侵蚀模数越小(P<0.01, R²=0.986); 在样点尺度上, 土壤侵蚀速率与植被覆盖度之间也具有较好的负相关关系(P<0.01, R²=0.555). (3) 三江源地区高寒草甸坡面侵蚀强度及其与植被覆盖度的关系表明, 植被是土壤侵蚀的最主要影响因素之一, 具有完整草皮层且植被覆盖度较高的高寒草甸, 对于土壤保护和防止水土流失具有重要的意义.