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澜沧江——湄公河流域干旱趋势及其对生态系统碳固定的影响

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地理学报 2024年第3期79卷 747-764页

作者：陈世亮李霞钱钊晖王绍强王苗苗刘侦海李卉夏烨赵紫祺李亭谕朱彤彤陈璇蒋赟浩谷鹏中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院区域生态过程与环境演变湖北省重点实验室武汉430074 自然资源部国土碳汇智能监测与空间调控工程技术创新中心武汉430074 生态环境部对外合作与交流中心北京100035 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室武汉430074 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 福建省农业科学院数字农业研究所福州350000

全球变暖导致干旱事件频发,强度不断增大,对陆地生态系统碳收支产生了重大影响。本文评估了2000—2019年澜沧江—湄公河(澜湄)流域的干旱趋势,并通过标准化异常指数(SAI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、潜在蒸散(PET)、饱和水汽压差(VPD)... 详细信息

全球变暖导致干旱事件频发,强度不断增大,对陆地生态系统碳收支产生了重大影响。本文评估了2000—2019年澜沧江—湄公河(澜湄)流域的干旱趋势,并通过标准化异常指数(SAI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、潜在蒸散(PET)、饱和水汽压差(VPD)和土壤水分(Soil_w)评价了干旱对该流域净生态系统生产力(NEP)的影响。结果表明:①2000—2019年澜湄流域向暖干化发展,主要受降水减少的影响,近1/4的区域遭受了中度以上干旱,其中2009—2016年间干旱事件频发,干旱热点地区位于澜沧江上游和湄公河中下游地区;②尽管澜湄流域碳汇整体上随着气候变暖而增加,但干旱年份植被光合作用降低,生态系统呼吸增加,导致2005年、2010年和2019年湄公河流域生态系统碳源汇发生转变,其中2010年干旱使得GPP减少5.68%,生态系统呼吸增加3.15%,NEP呈现重度异常;③干旱对流域NEP普遍具有滞后效应,整体滞后时间为1~4个月,面积占比为57.82%;④不同水文气候要素对NEP的影响表现出显著的空间差异,其中澜湄流域NEP与VPD整体呈负相关,云南省、缅甸西部、柬埔寨和越南南部的NEP与SPEI呈正相关,而青藏高原NEP主要受到土壤干旱的影响。干旱对澜湄流域生态系统碳固定的影响存在显著的空间异质性,量化干旱对碳固定的影响可以为气候变暖背景下澜湄流域不同地区的生态管理提供参考。

关键词：干旱固碳速率净生态系统生产力澜湄流域标准化降水蒸散指数地理加权回归

基于XGBoost融合多维度时空数据的干旱遥感建模及应用研究

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1531-1546页

作者：晏红波梁雨豪卢献健王佳华吴思怡桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541004 广西空间信息与测绘重点实验室桂林541004

西南地区是我国重要的生态环境保护区,复杂的气候与地理条件导致干旱事件频繁发生,准确掌握干旱的空间分布情况及变化趋势对保护西南地区生态环境具有重要意义。本研究基于极端梯度提升算法,利用表征多维度特征变量的遥感干旱指标,构建... 详细信息

西南地区是我国重要的生态环境保护区,复杂的气候与地理条件导致干旱事件频繁发生,准确掌握干旱的空间分布情况及变化趋势对保护西南地区生态环境具有重要意义。本研究基于极端梯度提升算法,利用表征多维度特征变量的遥感干旱指标,构建了一种考虑植被状态、地表状态、气候状态及环境因素的干旱遥感监测模型(eXtreme Gradient Boosting Drought Monitor,XGBDM)。利用该模型对西南地区2001—2020年干旱情况进行监测,选取典型干旱事件与土壤墒情数据对模型精度进行评价,并结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数、重心迁移模型,揭示了西南地区干旱时空演变特征、未来变化趋势及干旱重心迁移情况。结果表明:①在不同季节中,XGBDM模型均能准确监测西南地区干旱事件,模型精度指标R^(2)为0.816~0.897,MAE为0.200~0.283,RMSE为0.296~0.424,模型与土壤墒情相关性为-0.60~0.86。相比于站点SPEI-3监测方法,XGBDM模型监测结果与土壤墒情相关性更高,且更能准确反映旱情的空间分布细节特征;②时间上,2001—2020年西南地区XGBDM年均值整体呈波动下降趋势,表明干旱情况呈加重趋势,其中春季和夏季干旱呈加重趋势,秋季和冬季干旱呈减轻趋势。空间上,西南地区XGBDM值变化斜率在春季和夏季呈“北高南低”的空间分布格局,在秋季和冬季呈“南高北低”的空间分布格局,其中不同季节干旱呈加重趋势的面积占比分别为春季69.17%、夏季76.02%、秋季34.43%、冬季47.5%;③西南地区XGBDM值整体呈弱反持续性变化,春季、夏季以及冬季未来旱情以减轻为主,旱情由加重转为减轻的区域面积在不同季节占比为28.44%~63.82%。旱情持续加重面积在春季最高,占比为17.97%,持续减轻情况在冬季占比最高,为15.92%;④2001—2020年干旱重心主要分布于研究区中部,呈西北至东南的分布格局,未来干旱重心在西北至东南方向进行迁移的概率更高。研究结果可为西南地区干旱监测及治理提供理论依据。

关键词：西南地区 SPEI-3 干旱遥感监测 XGBoost 时空变化重心迁移模型土壤墒情

大气环流因子对黄河流域长预见期农业干旱预测性能的影响

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农业工程学报 2024年第11期40卷 100-108页

作者：肖悦粟晓玲吴海江西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100

准确的干旱预测对于减轻或规避干旱对区域粮食生产和水资源配置的不利影响至关重要。大气环流因子可能会通过遥相关影响农业干旱的发生、发展和传递过程,在干旱预测模型中引入大气环流因子是否会改善农业干旱的预测性能尚不明晰。该研... 详细信息

准确的干旱预测对于减轻或规避干旱对区域粮食生产和水资源配置的不利影响至关重要。大气环流因子可能会通过遥相关影响农业干旱的发生、发展和传递过程,在干旱预测模型中引入大气环流因子是否会改善农业干旱的预测性能尚不明晰。该研究以农业干旱、高温和大气环流因子为预测因子,在不同预见期(1、12、24、36、48个月)下采用Meta-Gaussian(MG)模型预测黄河流域典型年份的农业干旱事件,通过纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)探究在MG模型中引入大气环流因子对农业干旱预测性能的影响。结果表明:大气环流因子中12个月时间尺度的标准化西太平洋副高强度指数(standardized western Pacific subtropical high intensity index,SWPSHI)与农业干旱相关性最为显著;以典型年2014年8月份为例发现MG模型预测值受预见期长度、预测因子影响较大;相比于单因子预测,引入大气环流因子的MG模型的评价指标NSE和RMSE改善网格占比最高达46%,空间上在内蒙古、宁夏、甘肃、陕西等省区1 a以上预见期明显改善,而考虑大气环流因子和高温的MG模型进一步提升了模型的预测性能,扩大了网格占比。因此在上述省区干旱预测时需考虑大气环流因子的影响。

关键词：农业干旱模型预测大气环流因子 Meta-Gaussian 黄河流域

不同密度华北落叶松径向生长对干旱事件的响应

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应用生态学报 2024年第5期35卷 1169-1176页

作者：张子航王恒贾建恒孙昊慷韩佳轩郭明明河北农业大学林学院河北保定071000 河北省城市森林健康技术创新中心河北保定071000

近年来全球干旱事件频发,树木的生长受到严重影响。本研究选取塞罕坝机械林场不同密度(1950、2355和2595株·hm^(-2))的华北落叶松人工林,采集树芯,计算单木胸高断面积增量(BAI),研究华北落叶松的径向生长对干旱事件的生态弹性(抵抗力... 详细信息

近年来全球干旱事件频发,树木的生长受到严重影响。本研究选取塞罕坝机械林场不同密度(1950、2355和2595株·hm^(-2))的华北落叶松人工林,采集树芯,计算单木胸高断面积增量(BAI),研究华北落叶松的径向生长对干旱事件的生态弹性(抵抗力、恢复力和恢复弹力)。结果表明:干旱事件发生在2006—2010年、2015年和2018年。3次干旱期间,除第2次干旱时密度为2355株·hm^(-2)的林分(抵抗力为0.69)外,其余林分的抵抗力为0.76~2.01,均表现出较高的抵抗力。密度为2595株·hm^(-2)的华北落叶松的抵抗力随3次干旱事件显著降低,密度为1950和2355株·hm^(-2)的华北落叶松的抵抗力随着3次干旱事件无显著变化。不同密度华北落叶松对同一次干旱事件的恢复力无显著差异,且均随干旱事件的发生呈显著上升趋势。不同密度华北落叶松对第1次干旱事件的恢复弹力无显著差异,密度为2595株·hm^(-2)的华北落叶松对第二、三次干旱事件的恢复弹力分别显著低于密度为1950和2355株·hm^(-2)的华北落叶松。密度为2595株·hm^(-2)的华北落叶松在第2次干旱事件(2015年)时出现明显的生长衰退(生长变化率为-26.5%),而密度为1950和2355株·hm^(-2)的华北落叶松无显著生长衰退。总的来说,密度为2595株·hm^(-2)的华北落叶松对干旱事件的恢复弹力最差。

关键词：华北落叶松径向生长生态弹性干旱

干旱-复水对红砂幼苗各器官非结构性碳水化合物的影响

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生态学杂志 2024年第2期43卷 383-394页

作者：王雲霞单立山解婷婷马静师亚婷甘肃农业大学林学院兰州730070

探究干旱-复水条件下荒漠植物各器官非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSCs)的动态变化特征对揭示植物抗旱生理机制具有重要意义。以2年生复苏植物红砂为研究对象,通过盆栽称重控水法模拟干旱胁迫,设置适宜水分(AD)、轻... 详细信息

探究干旱-复水条件下荒漠植物各器官非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSCs)的动态变化特征对揭示植物抗旱生理机制具有重要意义。以2年生复苏植物红砂为研究对象,通过盆栽称重控水法模拟干旱胁迫,设置适宜水分(AD)、轻度(MD)、中度(SD)和重度(VSD)水分胁迫,测定了干旱胁迫历时0、15、30、45、60 d以及复水15 d各器官NSCs含量。结果表明:(1)干旱胁迫下NSCs随胁迫时间的增加而增加,其中,地上部分蔗糖和葡萄糖含量在60 d时达到显著水平,地下根系在30 d时达到显著水平。(2)可溶性糖在茎中升高而叶中降低(0~30 d),各器官中可溶性糖转化为叶和根系的淀粉(30~45 d),叶和根系淀粉转化为各器官中可溶性糖(45~60 d)。(3)复水后NSCs各组分含量在各器官中均降低,叶和茎恢复指数较粗根和细根大;在轻度胁迫下蔗糖和果糖恢复指数较大,重度下葡萄糖、可溶性糖和淀粉恢复指数较大。综上所述,干旱胁迫下红砂幼苗通过NSCs含量增加提高抗旱能力且根是干旱信号的优先感知器官,同时红砂通过调节不同时期可溶性糖和淀粉相互转化来抵御干旱胁迫,复水后红砂幼苗各器官通过不同程度恢复来修复干旱时产生的栓塞损伤,提高红砂抗旱性。

关键词：干旱复水红砂单糖非结构性碳水化合物

干旱胁迫对连翘幼苗非结构性碳分配和水力特性的影响

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生态学报 2024年第11期44卷 4698-4707页

作者：王云霞刘莹付雨辰李欣诺刘青马辉珍何俐蓉王国梁西北农林科技大学水土保持科学与工程学院杨陵712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨陵712100 西北农林科技大学资源环境学院杨陵712100 西北农林科技大学生命科学学院杨陵712100

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘... 详细信息

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系。结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为30.7%、41.8%和42.3%,枝条导水率分别为0.95、0.71、0.65 kg m^(-1)s-1MPa^(-1)。(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率。(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加。此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了12.9%、31.1%和45.7%,而淀粉含量降低了40.7%。(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据。

关键词：干旱渗透调节非结构碳水化合物水力特性

干旱和遮荫对马尾松幼苗瞬时水分利用效率及δ^(13)C的影响

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生态学杂志 2024年第1期43卷 140-145页

作者：邓秀秀施征曾立雄雷蕾裴顺祥吴莎肖文发中国林业科学研究院华北林业实验中心北京九龙山暖温带森林国家长期科研基地北京102300 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091

水分利用是植物光合固碳的关键过程,其效率反映植物对胁迫环境的适应能力,δ^(13)C作为反映植物长期水分利用效率的关键指标,对于揭示植物与环境长期作用的关系具有重要意义。本研究以马尾松幼苗为对象,通过土壤水分和光照条件控制,设... 详细信息

水分利用是植物光合固碳的关键过程,其效率反映植物对胁迫环境的适应能力,δ^(13)C作为反映植物长期水分利用效率的关键指标,对于揭示植物与环境长期作用的关系具有重要意义。本研究以马尾松幼苗为对象,通过土壤水分和光照条件控制,设置干旱(土壤水分为30%饱和含水量)、遮荫(光照强度为全光照的30%)及干旱+遮荫(土壤水分为30%饱和含水量和光照强度为全光照的30%)3种胁迫方式和对照(CK,土壤水分为70%饱和含水量和全光照),研究干旱和遮荫对马尾松瞬时水分利用效率和δ^(13)C的影响。结果表明:干旱和干旱+遮荫处理分别使马尾松当年生叶的瞬时水分利用效率显著增加了67.96%和60.78%,遮荫对瞬时水分利用效率的影响不显著;当年生叶的δ^(13)C在干旱处理下显著增加了14.35%,但在遮荫和干旱+遮荫处理下未发生明显改变;各处理对1年生叶δ^(13)C的影响均不显著;表明瞬时和长期水分利用效率的变化不同步,且马尾松的水分利用效率对干旱的响应较早;在各处理下,各库器官中的δ^(13)C均大于源叶,茎干和根中的δ^(13)C与源叶δ^(13)C的相关系数较大,且与1年生叶呈极显著正相关,各库器官的δ^(13)C主要受源叶δ^(13)C供应的影响。表明环境变化导致水分利用效率的变化将引起各库器官δ^(13)C发生改变。研究结果可为揭示马尾松幼苗对气候变化的响应机制提供参考。

关键词：干旱遮荫水分利用效率 δ^(13)C 马尾松幼苗

干旱下小麦旗叶在灌浆期下午保持高光合速率的生理机制

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植物生理学报 2024年第3期60卷 573-584页

作者：吴金芝王荣荣黄明汪洪涛赵雯馨李淑靖黄修利张振旺李友军河南科技大学农学院河南洛阳471023

为了研究干旱下小麦旗叶在灌浆期下午保持高光合速率的生理机制,2018—2021年度,在防雨棚池栽条件下,以强抗旱性品种‘晋麦47’(‘JM47’)和弱抗旱性品种‘偃展4110’(‘YZ4110’)为材料,采取测墒补灌的方法,设置重度干旱(W1)、中度干旱... 详细信息

为了研究干旱下小麦旗叶在灌浆期下午保持高光合速率的生理机制,2018—2021年度,在防雨棚池栽条件下,以强抗旱性品种‘晋麦47’(‘JM47’)和弱抗旱性品种‘偃展4110’(‘YZ4110’)为材料,采取测墒补灌的方法,设置重度干旱(W1)、中度干旱(W2)、轻度干旱(W3)、适宜供水(W4)4个处理,测定了灌浆前期(EGFS)、中期(MGFS)和中后期(MALGFS)14:00—16:00的旗叶净光合速率(Pn)、相对含水量(RWC)、抗氧化特性、渗透调节物质含量以及成熟期的籽粒产量。结果表明,干旱导致小麦灌浆期下午旗叶Pn和籽粒产量降低且整体上‘JM47’灌浆期下午旗叶Pn和籽粒产量显著高于‘YZ4110’。从3年均值来看,与W4相比,干旱使灌浆期下午的旗叶生理特性整体上表现为RWC和过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性降低,旗叶丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量提高,且‘JM47’的变幅多优于‘YZ4110’。与‘YZ4110’相比,干旱下‘JM47’灌浆中期下午的旗叶RWC、POD活性、SS含量,灌浆中后期下午的旗叶RWC、POD活性、CAT活性和Pro含量显著提高,灌浆中期和中后期旗叶下午MDA含量显著降低。相关分析结果表明,除灌浆前期下午‘JM47’旗叶CAT活性、SS含量和‘YZ4110’旗叶CAT活性,以及灌浆中期下午‘JM47’旗叶CAT活性外,灌浆期下午旗叶Pn与旗叶RWC、POD活性、CAT活性显著正相关,与旗叶Pro、SS和MDA含量显著负相关。综上,干旱会降低灌浆期下午旗叶Pn,干旱下强抗旱性品种‘JM47’旗叶在灌浆期下午具有较高的RWC、POD活性、CAT活性、Pro含量、SS含量,较低MDA含量是其维持高Pn的生理基础。

关键词：干旱灌浆期下午光合速率生理特性产量

干旱胁迫对白枪杆幼苗生长生物量及C、N、P化学计量特征的影响

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四川农业大学学报 2024年第2期42卷 397-404页

作者：张梅叶澜李树萍茶晓飞董琼西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室/西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室昆明650224

【目的】研究不同干旱胁迫程度对白枪杆幼苗生长、生物量积累与分配,以及不同器官C、N、P积累与分配,探究白枪杆对不同干旱环境的适应性。【方法】以1 a生白枪杆幼苗实生苗为试验材料,研究干旱胁迫处理分别是对照(CK)、轻度干旱胁迫(LS... 详细信息

【目的】研究不同干旱胁迫程度对白枪杆幼苗生长、生物量积累与分配,以及不同器官C、N、P积累与分配,探究白枪杆对不同干旱环境的适应性。【方法】以1 a生白枪杆幼苗实生苗为试验材料,研究干旱胁迫处理分别是对照(CK)、轻度干旱胁迫(LS)、中度干旱胁迫(MS)和重度干旱胁迫(SS)对白枪杆幼苗生长、生物量的积累量与分配、根冠比、各器官C、N、P含量及化学计量特征的分析和各器官C、N、P的积累和分配规律等指标测定。【结果】随干旱胁迫程度的上升,白枪杆幼苗的苗高和地径的增长量显著降低(P干旱胁迫程度的上升呈下降趋势;与适宜的水分处理相比,白枪杆幼苗各器官的C∶N均呈先下降后上升的趋势,叶片和根的C∶P呈先下降后上升的趋势;白枪杆幼苗各器官N∶P低于14,表明生长主要受N限制。【结论】白枪杆幼苗生长及生物量和C、N、P含量及化学计量特征对不同干旱胁迫程度的响应有差异,主要表现在随干旱胁迫程度的上升,白枪杆幼苗的苗高、地径增长量呈下降趋势,生物量的分配也倾向于地下部分,干旱胁迫处理下不利于白枪杆幼苗的生长,生物量的积累减少,C、N和P的积累量降低。

关键词：白枪杆干旱生长 C∶N∶P 适应策略