海陆温差是海-陆间热力对比的重要表征,对区域乃至全球气候产生重要影响.研究基于2001-2021年中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据,研究了中国东部地区地表温度、海表温度以及海陆温差的时空变化及区域差异特征.结果表明:2001-2021年中国东部地区地表温度和海表温度均呈显著上升趋势,上升幅度分别为0.34 ℃/10a和0.32 ℃/10a;夜间地表温度和海表温度的上升态势更突出;各季节中,冬季地表温度和夏季海表温度增幅最大,分别达0.45 ℃/10a和0.43 ℃/10a(P＜0.05);空间上,中国东部地表温度总体呈南高北低的格局特征,海表温度则表现出从东北向西南递增、近岸低于远岸的特征.研究时段内,中国东部地区海陆温差通常为负值,海表温度总体高于地表温度,且离海岸线越近的缓冲区范围内海陆温差越小;100 km、200 km和300 km缓冲区范围内年际海陆温差总体呈减小趋势,其中100 km缓冲区范围内的降幅最大;各季节中,春季和冬季海陆温差呈减小趋势,夏季和秋季的呈增大趋势;空间上,以30°N为界,以北和以南区域的海陆温差分别呈减小和增大趋势.

高原城市湿地是高原城市生态系统的重要组成部分,对维护高原城市的经济发展和生态环境建设具有重要作用,但目前针对高原城市湿地植被状况及其影响因素的研究较为缺乏.植被指数是评估植被状况的关键指标之一,通过比较高原城市湿地生态系统中不同植被指数评估地表植被状况,进而探究其对气候变化的响应,可为全球变化背景下高原城市湿地的修复和保护提供重要的参考价值.本研究以青藏高原拉鲁湿地国家级自然保护区为对象,利用Landsat系列影像数据计算2000-2020年植被生长季(5-9月)的归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)和植被覆盖度(FVC),通过趋势回归分析揭示过去20年拉鲁湿地3种植被指数和植被覆盖度的时空变化特征,并结合降雨量与温度数据探讨不同植被指数与二者之间的相关性.结果表明:(1)拉鲁湿地FVC整体水平较高,2000-2020年平均FVC为0.57,中部和南部FVC高于北部边缘区域,拉鲁湿地FVC增加区域的面积大于减少区域的面积,且以轻微增加(面积占比32.38％)的变化趋势为主;(2)拉鲁湿地NDVI和RVI反演结果相关性较高(R2=0.92,P＜0.01),且在监测拉鲁湿地FVC方面优于EVI,EVI对高植被覆盖度区域的植被生长状况变化更敏感,NDVI在反演拉鲁湿地植被覆盖中的效果最佳,适应性最高;(3)NDVI、EVI和RVI均与温度呈负相关,而与降雨量呈正相关,且温度对植被指数的影响更大.综上,拉鲁湿地国家级自然保护区2000-2020年FVC呈略微上升趋势,植被指数在空间上均表现为拉鲁湿地中部和南部数值高于北部边缘,NDVI在拉鲁湿地植被反演中的适应性优于RVI与EVI,温度对植被指数的影响大于降雨量,研究结果可为拉鲁湿地国家级自然保护区的保护与修复提供有效的科学依据和数据支撑.

城市气候与人居环境交互影响.局地气候分区(Local Climate Zone,LCZ)推动了城市形态刻画与气候演变规律探索,为城市气候与人居环境研究提供了统一框架.学术界对其研究大多聚焦在城市热环境和气候风险方面,正在向多要素气候模拟和考虑社会经济因素方向发展.审查了主题、方法和主要结论,发现"局地气候分区"、"城市热岛"、"地表温度"、"管理"和"社区"出现频率最高.采用文献计量和专题分析方法,梳理并总结了 2012-2023 年 6 月LCZ城市气候与人居环境研究在LCZ制图、相互作用和适应性策略三方面的进展,并展望了未来的研究重点.结果表明,① 全球已在超过 280 座城市开展了LCZ研究,LCZ全球数据集的推广扩大了研究尺度且丰富了研究内容;② 大多研究分析了风热环境为主的气候要素在局地尺度上的时空特征,探讨产生异质性的原因及其对人居环境的作用机理,揭示了城市蓝绿空间对于优化冷却效果、防范和治理热源等缓解性策略的重要性.其中自 2018 年起LCZ热环境研究向多元化发展,研究区域开始出现大都市圈或城市群;③ LCZ能够辅助识别人居环境中高度暴露和脆弱的地区,近年来的研究趋向于在气候/生态风险评估中寻找适应性策略,且更加关注易感人群和低收入者.综述将有利于LCZ框架下城市气候与人居环境研究现状和发展趋势的宏观把握,为后续研究提供思路.

目的:探索旱作区调节蒙古黄芪土壤水热、促进蒙古黄芪冠层发育和抗旱增收的栽培模式.方法:采用裂区设计,设置立旋耕和普旋耕2种旋耕方式,黑膜、玉米秸秆和露地栽培3种覆盖方式,研究立旋耕和地表覆盖对蒙古黄芪土壤水热、冠层发育及产量的影响.结果:因种子成熟期蒙古黄芪耗水量较大,其0～100 cm 土壤贮水量低于苗期和花期,但立旋耕覆黑膜和普旋耕覆黑膜两个覆膜处理在苗期至种子成熟期0～100 cm 土壤贮水量均显著高于普旋耕+露地栽培(CK);不同处理苗期至种子成熟期8:00、14:00和18:00不同深度土层温度均呈先增加后降低的趋势,其中立旋耕覆黑膜处理与CK的土壤温差在花期最高(5.5℃);不同处理苗期至种子成熟期蒙古黄芪冠层温度均表现为CK最高,立旋耕覆黑膜处理最低;蒙古黄芪各生育期叶片叶绿素含量相对值(SPAD值)、叶面积指数(LAI)、单根鲜重、产量和经济收益均以立旋耕覆黑膜处理最高,立旋耕露地栽培、立旋耕覆黑膜和立旋耕覆秸秆处理各指标均显著高于CK.结论:立旋耕结合地表覆盖可使蒙古黄芪处于相对稳定的土壤水热环境中,尤其立旋耕覆黑膜是促进旱作区蒙古黄芪冠层发育、提高土壤水热和产量的重要栽培模式.考虑到覆黑膜会对环境造成污染,立旋耕露地和覆秸秆栽培模式可代替覆黑膜应用于蒙古黄芪的栽培生产中.

探究干旱砾漠区不同地貌单元植物群落特征及其驱动力,对干旱区不同地貌单元针对性的自然植物群落保护措施制定与合理的人工恢复植物群落构建具有重要意义.该研究分析了干旱砾漠区砾漠戈壁、风蚀残丘、风沙地和河谷地4种微地貌单元植物群落结构、组成与多样性特征,并基于土壤和微气象因子监测探究了不同地貌单元影响植物群落变化的主要生态因子.结果表明:(1)干旱砾漠区植物群落呈斑块状分布,垂直结构1～2层,生活型主要以1年生植物和小灌木为主;不同地貌单元中砾漠戈壁灌木约占45%,风蚀残丘和风沙地1年生植物约占50%,河谷地植物群落包含所有统计的5种生活型,其中包括少量乔木和藤本植物.(2)干旱砾漠区河谷地的植物群落覆盖度、植株密度、群落多样性和稳定性最高,风蚀残丘次之,在植物分布稀疏的砾漠戈壁和群落结构最简单的风沙地植物群落多样性和稳定性最低.(3)土壤含水率、有机质、可溶性盐和地表温度是影响干旱砾漠区植物多样性、生产力和群落稳定性的主要因子,除此之外,风蚀残丘的土壤容重、砾漠戈壁和风沙地的地表风速也是影响各自微地貌单元植物群落特征的主要因子.综上所述,干旱砾漠区生态受损后应依据不同微地貌单元中影响植物群落的主要生态因子制定相对应的植被恢复措施,如砾漠戈壁地貌减小地表温度、通过土壤质量改善在风蚀残丘和风沙地恢复建群种、河谷地生态用水的维系等.

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标.以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了 2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系.结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km2)PUE平均值在0.4-0.7 gC m-2 mm-1间变化,平均为0.54 gC m-2 mm-1,且在年际间无显著变化趋势(R2=0.05,P≥0.05).在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05-0.04 gC m-2 mm-1 a-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63％.(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异.海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m-2 mm-1;随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(＞45°)的变化范围为0.3-0.61 gC m-2 mm-1;不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52-0.56 gC m-2 mm-1.(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显.沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R2=0.94,P＜0.01;R2=0.98,P＜0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R2=0.89,P＜0.05;R2=0.90,P＜0.05;R2=0.86,P＜0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R2=0.16,P≥0.05).评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考.

采用田间试验,研究了玉米秸秆覆盖(JF)、白色地膜覆盖(BF)、黑色地膜覆盖(HM)和园艺地布覆盖(YD),以及清耕作为对照(CK)对云贵高原柑橘园土壤理化性质、细菌群落特征及柑橘品质的影响.结果表明,与CK相比,不同覆盖处理下柑橘产量、单果重、果汁率、可食率、维生素C含量和可溶性固形物等指标均提高,可滴定酸含量则有所降低,进而提高了固酸比,其中以JF处理效果最显著.BF、HM和YD处理降低了土壤pH值,JF处理则相反,不同覆盖处理均能提高土壤温度、含水量、有机质和养分含量,JF处理对土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷和速效钾含量的提升作用最明显,BF处理下土壤温度最高.JF、HM和YD处理均能显著提高Chao1指数和Observed species指数,而BF处理则相反.在门水平上,覆盖提高了有益菌放线菌门的相对丰度,降低了致病菌拟杆菌门的相对丰度;在属水平上,覆盖提高了有益菌热酸菌属、朱氏杆菌属、Babeliales、红杆菌属和脱氯单胞菌属的相对丰度,降低了致病菌Saccharimonadales、成对杆菌属、金黄色杆菌属、芽孢八叠球菌属和丛毛单胞菌属的相对丰度.此外,覆盖还使土壤细菌共生网络变得简单而稳定.冗余分析结果表明,土壤全氮和细菌群落红杆菌属是提升柑橘产量和品质的关键因子,其解释率分别为45.67％和39.40％.方差分解分析结果表明,土壤理化性质和细菌群落的共同作用对柑橘产量和品质提升的贡献最大,其解释率为45.0％.综上所述,覆盖能有效改善土壤理化性质,提升土壤养分供应水平,优化细菌群落结构,提高柑橘产量和品质,其中,玉米秸秆覆盖可优先作为云贵高原柑橘园土壤的地表覆盖措施.

凋落物所处的土壤微环境是影响其分解的关键因素之一,然而在黄土高原广泛栽植的刺槐人工林中,土壤微环境随林龄增加如何改变、其对凋落物分解过程的影响趋势尚不清楚.为明确上述问题,以油松凋落物(典型的难分解凋落物)和白三叶凋落物(易分解)为对象,分别在林龄为 10、20、33 a和 43a的刺槐林地土壤表面进行为期 592 d的模拟分解试验,检测凋落物分解特征以及地表土壤理化生物学性质随林龄增加的变化趋势,并分析凋落物分解速率与土壤微环境指标间的关系.结果表明:(1)随林龄增加,油松凋落物的分解速率呈先小幅降低后提高的趋势,白三叶凋落物的分解速率持续提高(P＜0.05);(2)总体而言,随林龄增加林地表层土壤温度呈先降后增趋势,土壤湿度、有效磷含量和pH持续降低,而速效氮含量持续提高(P＜0.05);(3)林龄增加显著改变了林地土壤微生物群落结构,特别是在各分解时间点时均导致真菌属的明显演替现象.土壤中 9种凋落物分解酶的总酶活性和木质纤维素酶活性均在分解第108 天时随林龄增加呈先降后增趋势,而在分解第389 天和第592天时持续提高(P＜0.05).(4)油松凋落物分解速率仅与土壤总酶活性、真菌群落结构和铵态氮含量呈显著正相关,白三叶凋落物分解速率则与总酶和木质纤维素酶活性、细菌和真菌群落结构、温度和铵态氮含量显著正相关,而与土壤湿度和pH显著负相关(P＜0.05).综上所述,刺槐林龄增加引起的土壤理、化和生物微环境变化总体倾向于加速凋落物的分解过程.

青藏高原高海拔引起的地形、气候和土壤空间差异造就了其独特的植被类型及其空间变化,当前研究缺乏针对青藏高原全域范围内各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析.针对青藏高原特殊的地理环境和植被类型,选用植被、地形、土壤、气候 4 个维度共计 58 个空间化指标,采用频数分布统计方法对这些指标开展了定量分析,系统揭示了青藏高原全域范围内各主要植被类型的特征及环境差异.通过定量分析发现,大部分的环境及植被特征指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高,其中,遥感归一化植被指数、植被净初级生产力、裸地覆盖度、海拔、土壤温度、年最低温度、年总蒸散发 7 个指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高.揭示的青藏高原各主要植被类型的特征及环境差异,可提高灌丛和草地之间、各草地类型之间、高山苔原-垫状-稀疏植被与其他植被类型之间的可区分性,有助于解决青藏高原植被精细分类中广泛存在的灌丛和草地区分、草地类型细分、高山苔原-垫状-稀疏植被识别和山地垂直地带植被识别四个难点问题.研究结果一方面可服务于青藏高原的植被精细分类,另一方面也可服务于青藏高原的自然地带划分、生物多样性和生态系统功能评估、地表物质循环研究等.

为明确西北半干旱区覆盖栽培对旱地马铃薯田土壤温度及产量的影响,于2021年在陇中半干旱区设置田间试验,比较了秸秆带状覆盖单行(S30)、秸秆带状覆盖双行(S50)、地膜覆盖(PM)和露地平作(CK)对旱地马铃薯土壤温度及产量的影响.结果表明:与CK相比,S30和S50分别降低了马铃薯各时期的土壤温度0.8～3.2℃和0.2～1.7℃,而PM显著增加了土壤温度1.9～3.5℃,降幅和增幅分别以苗期和块茎膨大期最大;各土层间,S30和S50分别较CK降温1.4～2.8℃和0.2～1.4 ℃,降幅均以10 cm 土层最大,而PM较CK增温2.3～3.3℃,增幅以15 cm 土层最大;此外,秸秆带状覆盖在低温时段能抑制土壤热量的散失,高温时段阻碍地表对热量的吸收,而地膜覆盖增强了地表对热量的吸收,与CK相比,秸秆带状覆盖的温度梯度平均降低了 12.2～13.9 ℃·m-1,降幅S30大于S50,而地膜覆盖的温度梯度提高了 1.9～14.4℃·m-1;覆盖显著较CK增加了马铃薯产量,产量增幅表现为PM(16.1％)＞S50(14.1％)＞S30(8.4％).在陇中半干旱区,秸秆带状覆盖能明显调节优化马铃薯田土壤温度,促进块茎的膨大及产量形成,是适宜于半干旱区马铃薯种植的栽培技术.