准确监测和评估地震扰动下生态环境质量变化,对区域生态环境恢复和保护具有重要意义.本研究针对九寨沟县2017年"8·8"地震,利用高精度遥感影像分析地震对区域植被破坏情况,基于GEE平台测算地震前、后及3年恢复期的遥感生态指数(RSEI),分析地震扰动下四川省九寨沟县生态环境时空变化特征,并采用地理探测器揭示生态质量恢复时空差异的影响因素.结果表明:九寨沟县植被覆盖度由震前的0.71减少到震后的0.69,高覆盖区面积减少310.78 km2,其余区域面积增加.RESI均值由震前0.50下降为震后0.42,3年恢复期后上升到0.45;震前、震后、恢复期的生态环境质量均以良和中等为主,主要分布在中部南部山脉和东部河谷地区.年降雨量、高程、湿度、绿度是九寨沟县生态质量恢复分异的主控因子,各因子间交互增强会影响区域生态环境质量恢复的空间分异.

掌握植物的水分利用特征及植物间的水源关系对实现荒漠草原地区可持续的植被恢复至关重要.本研究以荒漠草原灰钙土生境(胡杨、中间锦鸡儿和短花针茅)和风沙土生境(胡杨、北沙柳和赖草)中的5种优势植物为对象,测定植物木质部水、土壤水、地下水和降雨中稳定同位素(δ2H和δ18O),并结合不同深度的土壤含水量和根系数据,使用MixSIAR模型对植物的水分利用特征进行定量分析.结果表明:生长季内5种植物主要利用土壤水,且在不同生长阶段会利用不同层次的土壤水.灰钙土生境中,胡杨的水源在整个生长季变化最大,生长季初期(5-6月)主要利用60～100 cm 土壤水,生长旺盛期(7-8月)水源下移至100～200 cm 土壤水,而在生长季末期(9月)水源又上移至0～20 cm 土壤水;中间锦鸡儿在生长季初期主要利用60～100 cm 土壤水,但在生长旺盛期和末期上移至0～20 cm 土壤水;短花针茅在生长季初期和末期主要利用20～60 cm 土壤水,而在生长旺盛期上移至0～20cm 土壤水.在风沙土生境中,胡杨在生长季初期主要利用60～100 cm 土壤水,但在生长旺盛期和末期上移至0～20 cm 土壤水;北沙柳在生长季初期和生长旺盛期主要利用60～100 cm 土壤水,但在生长季末期下移至100～200 cm 土壤水;赖草整个生长季都主要利用20～60 cm 土壤水.土壤含水量、降雨的季节变化及植物的根系分布都会影响植物的水分利用特征.在整个生长季中,灰钙土生境中的乔木、灌木和草本3种优势植物间存在水文生态位分离,促进了其对水分的分配和利用;风沙土生境中对应的3种优势植物间存在水文生态位重叠,导致其对水分的激烈竞争(特别是乔木和灌木间).因此,在进行植被恢复时必须同时考虑物种特征和土壤特性,引入具有互补性水分利用特征的物种组合,才能实现荒漠草原地区的物种多样性和植被恢复的可持续性.

为了解内蒙古酸枣资源果实表型性状变异特征,合理筛选优异资源,本研究采用统计分析、方差分析、相关性分析等方法对10个酸枣自然居群的果实性状开展分析比较,并利用层次-灰色关联法对其仁用价值进行综合评价.结果表明:(1)16个果实表型性状的平均变异系数为17.96％,其中多仁率的变异系数最高.居群间果实表型性状的平均变异系数介于10.69％～31.01％,其中阿拉善左旗腾格里额里斯镇的变异系数最高.(2)相关性分析结果显示,果实、果核及种仁各性状间存在着不同程度的相关.此外,果实横径、核纵径与经度,果实纵径、核纵径与纬度均呈显著正相关,果实横径、果实纵径、核纵径与海拔呈显著或极显著负相关;单仁率与年均气温呈显著负相关;种仁药用成分皂苷A、斯皮诺素含量与经纬度、年均降雨量、海拔均无显著相关性.(3)运用层次-灰色关联度分析方法建立酸枣仁用品质综合评价模型,评价结果显示,10个居群的仁用综合品质从优到劣依次为:P8、P5、P1、P7、P2、P9、P4、P3、P6、P10.其中,杭锦旗巴拉贡居群在仁用方面的综合表现最佳.本研究为酸枣资源的保护利用及仁用品种选育提供了科学依据和种质基础.

草地植被能有效控制坡面侵蚀,然而不同草地植被类型及其冠层与根系对坡面侵蚀过程的调控作用尚缺乏系统研究.采用人工模拟降雨方法,定量研究了不同雨强下苜蓿与黑麦草冠层与根系对黄土坡面侵蚀过程、径流侵蚀动力及土壤抗侵蚀能力特征的影响.结果表明:与裸坡相比,苜蓿与黑麦草的平均减流效益分别为17.65％和9.80％,减沙效益分别为63.86％和69.88％.不同雨强下两种草被根系减流减沙的平均相对贡献均高于冠层,且根系减沙的相对贡献随雨强的增加而增大.草地植被主要通过削减坡面径流流速和增加坡面阻力的方式实现对降雨径流侵蚀动力的调控,草被根系对坡面径流的减速作用略大于冠层,但其增阻作用却明显小于冠层.黑麦草对坡面径流的减速增阻效益高于相同部位的苜蓿.坡面土壤侵蚀率与水流切应力的关系可用幂函数y=axβ较好地拟合.幂函数系数a解释为单位水流切应力所引起的土壤侵蚀模数,可作为反映土壤抗侵蚀能力的指标.草被根系作用下的幂函数系数减幅远高于冠层,反映了其增强土壤抗侵蚀能力作用明显高于冠层,这主要源于草被根系结构对表层土壤性质的改善.须根系黑麦草强化土壤抗侵蚀能力优于直根系苜蓿.本研究揭示了草地植被调控坡面侵蚀过程是通过地上冠层与根系的共同作用达到同时调控侵蚀动力和土壤抗侵蚀能力实现的,草被根系对坡面侵蚀控制起主导作用,且以须根系草被对黄土坡面侵蚀的调控效果最佳.上述结果可为草地侵蚀过程研究及黄土高原草被建设与管理提供科学依据.

精确评估地-气之间物质和能量交换对于有效管理水资源和促进农业可持续发展至关重要.为揭示黄河故道区玉米农田生态系统的能量分配特征和水热分量动态变化过程及其对气象因子的变化响应,本研究基于涡度相关系统和全要素自动气象站,对2019-2020年黄河故道区典型夏玉米农田生态系统的能量通量以及常规气象要素进行不间断观测,分析夏玉米农田各能量通量的变化特征以及与气温、降水、风速等环境因子的相关关系,并计算夏玉米生育时期的能量闭合率和能量分配比率.结果表明:研究区夏玉米净辐射、显热通量和潜热通量的峰值出现在11:00-14:00,土壤热通量的峰值发生在14:00-15:00.在能量分配上,夏玉米农田全生育期的能量分配以潜热通量和显热通量为主,播种-出苗期能量主要被显热通量消耗,占净辐射的37.1％,其余生育周期的能量均以潜热通量消耗为主.全生育期能量闭合率较好,决定系数为0.83,其中,白天闭合率较高,晚上较低.降水对潜热通量和显热通量都有明显影响,潜热通量对降水的反应更敏感,生育后期潜热通量在降雨后与降雨前的增幅比生育前期低.在夏玉米全生育期内,太阳辐射是水热通量最主要的气象因子,其次为饱和水汽压差.温度和饱和水汽压差对潜热通量的贡献度明显高于显热通量,风速、相对湿度和太阳辐射对潜热通量的解释率低于显热通量,叶面积指数和植被覆盖度与潜热通量呈显著正相关、与显热通量呈显著负相关.本研究的定量化结果可以深化对黄河故道区夏玉米农田水热传输规律的认识,为作物高效用水提供理论依据.

为揭示黄土区冠层降雨再分配的潜在分配特征,本研究以晋西黄土区8种典型林分(油松林、刺槐林、侧柏林、油松-刺槐混交林、侧柏-刺槐混交林、辽东栎林、山杨林和辽东栎-山杨混交林)为研究对象,探究降雨再分配过程并利用增强回归树(BRT)模型量化林分结构和气象环境因子的相对贡献,并根据BRT模型提取的最具影响力的因素进行多元回归,同时利用挖掘数据进行模拟验证预测模型.结果表明:研究区8种典型林分的穿透雨、树干茎流和冠层截留占降雨量的比例分别为24.5％-95.1％、0-13.6％和0.7％～55.7％;产生穿透雨的单次降雨阈值中,针叶林(3.06±1.21 mm)显著高于阔叶林(1.97±0.52 mm),但与针阔混交林无显著差异(3.01±0.98 mm);产生树干茎流的单次降雨阈值中,不同组成林分中无显著差异.BRT模型中,对于穿透雨和树干茎流,林分结构因子的影响占比较小,而对于冠层截留,林分结构因子则占主导地位;降雨量是决定穿透雨和树干茎流最重要的因素;树高是决定冠层截留最重要的因素,降雨量、冠幅面积、胸径和林分密度分列其后.对比一般线性函数和幂函数,本研究建立的BRT预测模型对穿透雨和树干茎流的预测效果有所提升,对冠层截留的预测仍需探究.综上,BRT模型可较好定量化评估林分结构和气象环境因子对降雨再分配各组分的影响,且所建预测模型模拟效果良好,可为制定林木配置优化策略提供科学依据.

为揭示高寒半干旱区不同降雨强度对植被差异下沙化土地土壤含水量变化过程的影响.以青海共和盆地东缘黄沙头乔木、灌木和裸地为研究对象,基于2020、2021和2022年5月-9月植物生长季土壤含水量、降雨量和细根分布监测数据,分析2020年、2021年、2022年各生境0-200 cm深度土壤水分对小雨、中雨、大雨的响应.连续动态监测结果表明,大雨、中雨条件下,随土层深度的增加土壤水分对降雨的响应时间延长.乔木林和灌木林土壤水分对中雨、大雨最大响应深度为70 cm、100 cm,裸地对中雨、大雨最大响应深度为50 cm、100 cm.随土层深度的增加,小雨对乔木、灌木、裸地土壤水分的补充作用逐渐降低;中雨对灌木林土壤水分的补充作用逐渐降低,乔木林与之相反;大雨时乔木林、灌木林变异系数呈现S型变化,因此大雨对其土壤水分的补充存在明显的分层利用现象.不同植被类型土壤水分空间变化差异以及对降雨的响应受植被冠层截留对降水再分配的影响,土壤含水量与环境因子间的主成分分析表明,郁闭度、叶面积指数、150-200 cm 土壤容重、细根生物量密度、根表面积密度、根长密度、比根长是反映研究区土壤水分的显著因子(P＜0.05).研究表明不同降雨强度植被土壤含水量存在明显差异,高寒半干旱区沙化土地乔、灌植被的建植可提升深层土壤储水能力;结果可为沙化土地恢复和水土流失防控提供科学依据.

[目的]蒙古黄芪是黄芪药材的重要基原植物,其主要种植地内蒙古、山西、甘肃等地均属于干旱、半干旱地区,不定期间歇式降雨造成了植物干旱复水循环.研究蒙古黄芪在干旱及复水过程中代谢产物的变化特征对于了解其响应自然间歇降雨的干旱胁迫机制非常关键.[方法]试验以1年生蒙古黄芪种苗为材料,进行反复干旱胁迫及复水处理后,测定盆栽土壤养分及其根长、根粗,用基于NMR的代谢组学技术分析蒙古黄芪的初生差异代谢物,并进行差异代谢物筛选及代谢通路分析;用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠法、香草醛-冰醋酸比色法和苯酚-硫酸比色法测定反复干旱胁迫处理下蒙古黄芪根中总黄酮、总皂苷及多糖物质含量.[结果](1)蒙古黄芪在干旱胁迫时会呈现根粗减小,根长和须根密度增加的趋势.(2)干旱及复水处理下,代谢组共检测到42种代谢产物,主要是氨基酸及其衍生物、有机酸、胺类及氨类化合物和糖类等;代谢通路分析表明,植株在反复干旱胁迫过程中主要影响体内的氨基酸代谢途径,通过增加天冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸及精氨酸的含量,降低天冬酰胺、色氨酸和4-氨基丁酸的含量来增强自身抗旱性,具体表现为丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸等代谢物增加1～3倍,色氨酸和4-氨基丁酸等代谢物下降1～2倍.(3)在第1轮干旱胁迫下蒙古黄芪总皂苷积累,而第2轮干旱胁迫后黄芪皂苷、总黄酮类、多糖3种活性物质的生成量减少,均呈下降趋势.[结论]氨基酸及其衍生物类与蒙古黄芪响应水分胁迫的机制密切相关,同时植株也会调节自身的次生代谢产物以响应环境变化.

对西藏自治区林芝市雅尼国家湿地公园开展气候监测,在研究区域内架设标准自动气象站获取观测数据,分析雅尼湿地气候特征.结果表明:2019-2021年,雅尼国家湿地公园的年均辐射总量为7474.25 MJ·m-2,近地面年净辐射量为3507.83 MJ·m-2,日均大于0 MJ·m-2,光合有效辐射量为11410.39 mol·m-2,其中夏季辐射量、近地面年净辐射量和光合有效辐射量分别为2260.91 MJ·m-2、1249.94 MJ·m-2和3483.62 mol·m-2.观测期间年总辐射量超过6300 MJ·m-2,太阳能资源的丰富度与稳定度为A级.湿地区域近地面年均气温为10.09℃,以8月气温最高,平均值17.39℃;1月气温最低,平均值1.19℃;近地面气温整体呈现增温趋势,气温增高速率为0.18 ℃·a-1.年均降水量470.1 mm,降水主要集中于夏季,6-9月降水量为258.9 mm,冬季(1-2、12月)降水量仅15.03 mm.年平均风速为5.8 m·s-1,1-6月风速较大,日平均风速最大可达7.38 m·s-1,7-9月风速较小,最小日平均风速为4.3 m·s-1;盛行南风和西南风,占全年天数的85.4％.土壤温度变化呈单峰型曲线,相对稳定,0～40 cm的土壤年均温度为13.38℃;2月中旬至9月中旬土壤吸收热量为主,9月中旬至翌年2月中旬土壤释放热量.各年平均空气含氧百分比在83.5％～87.8％,空气含氧呈降低趋势,降幅为2.0％·a-1,冬季高于夏季.雅尼湿地区域具有较高的太阳辐射量和光能资源,热量水平较高,降雨量及湿润度表明该区处于半湿润区;气温年较差增大,暖湿化过程明显,与青藏高原气候变化趋势一致.

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.