青藏高原高寒草甸土发生季节性潜育化及其生态学意义

为了探究青藏高原高寒草甸非水成化土壤是否发生潜育化, 在2013年12月至2014年3月非生长季的野外观测过程中, 发现青藏高原东北部高寒草甸非水成化土壤存在季节性潜育化, 主要由较高的有机质含量以及土壤季节性冻融产生的厌氧环境造成。在土壤腐殖质层观察到铁锰结核和胶膜层, 呈蓝灰色, 潜育类型属于轻潜型和假潜育型。通过分析得出, 土壤潜育化主要发生在土壤季节性冻融期间, 潜育层厚度与冻融层厚度之间显著正相关。2014年1月的取样分析结果显示, 潜育化显著降低微生物生物量碳, 提高了活性态铁锰含量、阳离子交换量和有效磷含量。季节性潜育化可能对冻融过程中微生物群落结构、根系动态、温室气体排放以及养分循环等方面产生重要影响。由于潜育化只发生在非生长季, 这一现象容易被忽略, 但其对土壤生态过程产生的影响值得关注。     

川西北高寒草甸生长季土壤氮素动态

研究了川西北高寒草甸生长季土壤氮素变化特征,结果表明:研究区0～40 cm土层在整个生长期内,有机质含量均高于60 g.kg-1,全氮含量高于2.83 g.kg-1,养分含量丰富.浅丘山地草甸土壤氮素随季节变化呈现增加的趋势,植被覆盖变化(浅丘山地灌丛)或退化程度增加(丘前阶地草甸)使得土壤氮素随季节呈现出先减少后缓慢增加的变化,但影响主要表现在0～30 cm土层中,并且越往表层,差异越大.川西北高寒草甸土壤C/N值偏小(<25),利于氮的矿化养分释放.由于研究样地中灌丛的出现,虽然没有引起明显的"沃岛"现象,但加大土壤养分空间异质性的趋势.     

青藏高原高寒草甸不同海拔梯度上增温和优势植物物种去除对生态系统碳通量的影响

在青藏高原高寒草甸的两个海拔梯度(3200 m 和 4000 m)上开展实验, 研究增温和优势植物物种去除对净生态系统CO₂交换量(NEE)、生态系统呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)的影响。结果表明: 在2017年生长季, 两个海拔的GEP均高于ER, 表明这两个生态系统在生长季均表现为碳汇。低海拔(3200 m)的增温对生态系统C通量没有显著的作用, 原因可能是增温引起的水分限制。在较湿润的高海拔(4000 m)地区, 增温显著提高了生态系统C通量, 平均而言, 增温引起的GEP增加量(2.30 mg CO₂/(m²·s))高于ER (0.62 mg CO₂/(m²·s)), 导致NEE增加。两个海拔优势植物物种的去除对生态系统C通量均没有显著的作用, 原因可能是剩余物种的补偿作用, 因为去除处理对两个海拔的地上生物量(AGB)和地下生物量(BGB)的影响都不显著。增温和优势物种去除对两个海拔生态系统C通量没有显著的交互作用。研究结果揭示土壤湿度在调节高寒草甸生态系统C通量对气候变暖响应方面的重要性, 单一优势植物物种的去除可能不会对物种丰富的生态系统C通量产生较大的影响。     

青藏高原高寒草甸土壤物理性质及碳组分 对增温和降水改变的响应

自2011年起,在青藏高原高寒草甸实施人工模拟增温和降水改变实验,2013年7月采集实验区土壤样品,监测土壤物理特性(土壤粒径和pH值)以及碳组分(全碳、有机碳、可提取有机碳、微生物生物量碳)的变化,得到如下结果。1)增温显著改变0~20 cm土壤温度和含水量,增水和减水显著提高和降低0~20 cm土壤含水量,但不影响土壤温度。2)在0~10 cm土层深度,增温显著降低土壤微生物生物量碳;增水降低土壤可提取有机碳含量,增加土壤微生物生物量碳;减水显著增加土壤黏粒比例和可提取有机碳含量,降低土壤砂粒比例和微生物生物量碳。在10~20 cm土层深度,增水显著降低土壤可提取有机碳含量。3)增温和降水改变对土壤测定指标的影响不存在交互作用。4)主成分分析结果表明,土壤总体格局发生趋同主要是因为降水改变,而不是增温。结果表明,在未来青藏高原高寒草甸降水持续增加的情景下,土壤黏粒比例和可提取有机碳含量的降低可能会进一步对高寒地区的植物生产力以及微生物群落产生重要影响。     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

普通混凝土在冻融循环后的力学性能研究

采用快速冻融方法,对不同水灰比的普通混凝土分别进行0,25,50,75次冻融循环以及单轴压等5种比例加载路径的双轴压试验,测得了混凝土的峰值应力和应变。根据试验结果,探讨了冻融循环后,不同水灰比的混凝土在各种比例加载下的强度和变形等力学性能,为处于复杂应力状态下的混凝土的抗冻融设计提供了理论依据。     

对季节性冻融过程中土壤水和热迁移的研究

在季节性冻土分布区,土壤水分的冻结和融化必将会伴随着热量交换、水分迁移等物理过程。通过分析影响土壤季节性冻结、融化的主要因素,论述了季节性冻融土壤中热量交换、水分迁移等物理过程以及季节性冻融过程中土壤水、热迁移的研究进展,并提出存在的问题。     

海水侵蚀混凝土抗冻强度的预测研究

为预测海水侵蚀作用下混凝土抗冻强度与冻融循环次数的关系,根据灰色系统理论,利用GM(1,1)预测模型,依据试验数据建立了海水作用下混凝土抗冻强度预测模型.计算分析比较表明,其预测结果与实测数据吻合较好,结果比较理想.     

Thawing and freezing processes of active layer in Wudaoliang region of Tibetan Plateau

The interaction between permafrost and atmosphere is accomplished through transfer of heat and moisture in the overlay active layer. Thus, the research on the thermal and hydrodynamics of active layer during the thawing and freezing processes was considered a key to revealing the heat and moisture exchanges between permafrost and atmosphere. The monitoring and research on active layer were conducted because permafrost occupies about two thirds of the total area of the Tibetan Plateau. Based on the analysis of the ground temperature data and soil moisture data of monitoring near the Wudaoliang region of the Tibetan Plateau, the thawing and freezing processes of active layer were divided into four stages, i.e. summer thawing stage (ST), autumn freezing stage (AF), winter cooling stage (WC) and spring warming stage (SW). Coupled heat and water flow is much more complicated in ST and AF, and more amount of water is migrating in these two stages. Heat is transferred mainly via conductive heat flow in the other two stages, and less water migrated. Four water migration and coupled heat flow processes were addressed for the thawing and freezing stages, which are water infiltration driven by gravity, moisture advection and distillation driven by temperature and osmotic gradients, water migration driven by capillarity and unfrozen water migration driven by temperature gradient. The water content near the permafrost table tends to increase after one thawing and freezing cycle, which is the main reason for the development of thick ground ice layer near permafrost table.     

超声-液氮冻融处理对灵芝孢子粉多糖提取的影响

利用苯酚-硫酸法对超声波-液氮冻融处理的灵芝孢子粉多糖含量进行了测试,结果表明采用液氮进行淬冷破壁具有效果好,操作简便等特点;增加冻结-解冻循环次数在一定程度上能提高多糖含量,循环次数以4次左右为宜;将超声波处理法和液氮处理法很好地结合起来,其内容物释放更高,效果更佳,此方法更具实用价值.     

Simulation of freezing and melting of soil on the northeast Tibetan Plateau

Using observational data spanning the period from February to December 2009 and recorded at the Suli station in Qinghai Province,the land-surface model CLM3.0 was employed to simulate the freezing and melting of soil.The results indicate that the simulated soil temperature is higher than the observed soil temperature and the ultimate thawing date is earlier than the observed date during the melting period.During the freezing period,the simulated soil temperature is lower than the observed soil temperature and the ultimate freezing of the deep soil is earlier than that observed.Overall,the simulation of freezing is better than that of melting,and the simulation of a shallow layer is better than that of a deeper layer.In the original CLM3.0,it is assumed that frozen soil begins to melt when the soil temperature exceeds 0C,which is inconsistent with observations.The critical freeze-thaw temperature was calculated according to thermodynamics equations and the freeze-thaw condition was modified.In this work,the melting rate for frozen soil was reduced using the modified scheme,and the simulated soil temperature was lowered. Meanwhile,the refreezing of soil during the melting season was well simulated and more closely matched observations.Additionally,it was found that the rates of melting and freezing differ,with the former being slower than the latter,but refreezing during the melting season is rather quick.     

季节性冰冻地区公路路基冻胀融沉过程规律研究

为准确掌握路基结构温度场的分布特点和冻胀融沉过程的变化规律,以季节性冰冻地区典型道路结构路基温度场和变形量的跟踪观测数据为基础,开展了季节性冰冻地区路基温度场分布与冻胀融沉变形量,以及冻结深度三者的规律研究。研究显示:路基温度场分布特性以年为周期呈余弦规律变化,不同深度路基温度变化存在滞后性;根据路基冻结深度变化规律,可将冻结过程划分为四个阶段。在此基础上,基于观测数据,冻胀量和冻结深度分别与地表负积温呈显著正相关,可通过监测冻结深度的变化得到冻胀变形量,降低监测成本及实测难度。