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布哈河流域表土环境DNA浓度及其环境指示意义

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布哈河流域表土环境DNA浓度及其环境指示意义

作者：周科翰青海师范大学

学位级别：硕士

青藏高原因其第四纪以来构造活动频繁、广泛而强烈,气候、地貌、人类活动协同作用,在一系列交互反馈和拮抗驱动下,具有高寒、缺氧、微地貌复杂、生境适宜度波动特点。工业革命以来,相对少的人为营力赋予这里进行多类型自然地理研究的优... 详细信息

青藏高原因其第四纪以来构造活动频繁、广泛而强烈,气候、地貌、人类活动协同作用,在一系列交互反馈和拮抗驱动下,具有高寒、缺氧、微地貌复杂、生境适宜度波动特点。工业革命以来,相对少的人为营力赋予这里进行多类型自然地理研究的优越背景,布哈河流域既大量保留原始自然状态,也具备经过人力改造的痕迹,因此有极大研究价值。环境DNA(e DNA)分析问世以来,国际上已开展诸多尝试与讨论,认为相较于其它理化指标,该指标的研究需基于更稳定的区位环境和更严格的下游实验操作条件。目前,e DNA广泛应用于结合年代框架反映地质时期和历史时期的自然条件下和人类活动如农牧业发展影响下的环境演变,另有其它形态学指标对农牧活动及对其作用的环境条件也展开研究,但进一步细化e DNA的埋藏学基础,并利用现代e DNA结合传统生态统计学评估生态位对环境指示的研究亟待尝试。本文率先通过探讨影响布哈河流域表土eDNA浓度空间分布的因素,从埋藏学根基上检验本研究的可行性与潜在误识,并对比e DNA、孢粉、植被调查结果,讨论在布哈河流域使用表土DNA指标的基础,利用其读取计数计算物种丰富度、优势度,并以羊茅草为底计算生态位重叠指数,发现:(1)微观上,表土DNA浓度的空间分布受到表土沉积物不同粒度、元素、有机质、TOC情况的影响,与已有研究互相印证,粒度代表的物源及土壤质地初步反映开展表土DNA的沉积条件适宜,且细粒沉积物对表土DNA保存有利,经多个元素相对含量计算所得指数结果表明风化、淋溶情况对表土DNA的输移产生正向推动,有机质虽然一定程度代表生命存在,对表土DNA的来源具备指向性,且有机质吸附性质同样适于对其进行保存,但人工有机质残留影响了与表土DNA的相关性强度;(2)经宏观环境性质耦合研究后明确,高的植被覆盖度、具有人为营力施加的农牧业用地提供了表土DNA的来源,河水漫流导致的流水侵蚀和冲积作用是表土DNA输移的条件,同时,温和的河水盐度、p H值对表土DNA保存的胁迫较小,在寒冷干燥环境中,表土DNA不易降解,其中相对暖湿的微环境通过影响动植物生存提供表土DNA来源,但超过阈值的温暖湿润环境以及农业翻耕等将导致表土DNA保存情况不良;(3)该地表土大致适合保存表土DNA,根据已有研究经验排除外界因素干扰后,其测序结果具备可靠性,相比孢粉指示大区域内的植被存在,研究区表土DNA指示反映局地性,在表明草本植物、虫媒植物存在与发展方面具有优势,对比植被调查能反映隐生种和稀有种且相对经济;(4)经计算生物多样性和生态位重叠指数计算,上游物种丰富度低、均匀度低、优势度高,中游和吉尔孟河皆为中等,下游物种丰富度高、均匀度高、优势度低,自然和人为的影响共同表征这里的生物区系丰富度与优势度耦合,结合以往研究证实表土DNA测序PCR计数计算结果符合真实状态后以羊茅草DNA读取计数为底,在景观演变的过渡期,生态位重叠指数有潜力指示研究区的农牧环境适宜性,为当地人们当下和未来生产生活提供建议。对eDNA进行影响因素研究为进一步验证研究结论鲁棒性提供了稳定可信的条件,是未来所有研究的前提与基础,现代e DNA既能与传统指标互为补充,也有进一步独立使用反映环境景观演替的可能性,今后,随着提取测序技术改进,广泛使用其表征农牧业发展情况,作为指示与评价的基础具有前景。基于此,今后对各类环境指示的评估也可使用e DNA手段的指示意义,对生态保护相关的政策实施落地提供分析阶段的参考,调整地块的生态管理方式。

关键词：环境DNA 布哈河流域影响因素环境指示

青海湖布哈河流域表土DNA浓度的空间分布及影响因素

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地理学报 2023年第11期78卷 2781-2796页

作者：周科翰王夏青刘峰贵周强万的军吕飞亚黄平安青海师范大学地理科学学院西宁810016 湖南文理学院地理科学与旅游学院常德415000 南通大学地理科学学院南通226019

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息,被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。但对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解,限制了沉积物DNA数据分析的准确性与合理性。本文以适宜... 详细信息

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息,被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。但对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解,限制了沉积物DNA数据分析的准确性与合理性。本文以适宜DNA保存的青海湖西北部布哈河流域表土为载体,通过提取表土DNA浓度并测定粒度、元素、烧失量和TOC等土壤理化特征,结合气候、植被覆盖、土地利用等环境要素,耦合分析该流域表土DNA浓度空间分布的非生物影响因素。结果表明:(1)布哈河流域表土DNA平均浓度为0.91μg/g,干流中游及支流吉尔孟河区域的DNA浓度最高,而靠近湖区的布哈河下游段则含量较低;(2)该流域表土DNA浓度与其自身的黏粒和有机质含量呈正相关,而与砂含量和风化淋溶强度呈负相关;(3)高植被覆盖和频繁的放牧活动有助于DNA在土壤中的富集,而暖湿环境下较强的风化淋溶、河流搬运、农耕活动则会降低土壤DNA浓度。上述结果为理解布哈河流域沉积物DNA的埋藏过程及影响因素提供了科学依据,也为未来重建青海湖西侧沉积物DNA组成及区域生态环境、人地关系演变奠定了基础。

关键词：沉积物DNA DNA浓度影响因素布哈河流域青海湖

布哈河流域中上游地区水文地球化学与同位素特征

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干旱区研究 2015年第5期32卷 1032-1038页

作者：彭红明许伟林何青袁有靖王万平汪生斌青海省环境地质勘查局青海西宁810007 青海省环境地质重点实验室青海西宁810007 陕西省工程勘察研究院陕西西安710068

布哈河是青海湖最大的补给水源,河流的水资源循环规律及水质演化趋势,对于维系青海湖水量及水质的稳定有着重要的意义。通过现场调查并结合水文地球化学、环境同位素分析方法,研究了河水、地下水的补给来源以及各水体之间的关联程度。... 详细信息

布哈河是青海湖最大的补给水源,河流的水资源循环规律及水质演化趋势,对于维系青海湖水量及水质的稳定有着重要的意义。通过现场调查并结合水文地球化学、环境同位素分析方法,研究了河水、地下水的补给来源以及各水体之间的关联程度。结果表明：海拔4 600 m的河源区降水及雪冰融水为河水的主要补给源;河谷区地下水接受河水的入渗补给;基岩山区地下水对山前冲洪积平原地下水的补给作用明显;河谷Ⅰ-Ⅱ级阶地地下水接受河水的渗漏补给,Ⅲ级阶地地下水则接受山前洪积平原地下水的侧向径流补给及河水的渗漏补给。

关键词：环境同位素水文地球化学水循环布哈河流域青海湖

布哈河流域不同时间尺度下土壤侵蚀对气候变化的响应特征

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地球环境学报 2021年第3期12卷 279-287页

作者：胡雅丹张飞范宣梅郁文龙成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室西安710061

全球气候变暖极大地影响了地表侵蚀过程,但影响机制尚无统一定论。河流悬浮物是示踪地表侵蚀的常用手段。本文通过分析青海湖流域最大河流布哈河2008—2015年的日径流量、悬浮物浓度、气温及降雨数据,讨论了该流域在日、月以及季节尺度... 详细信息

全球气候变暖极大地影响了地表侵蚀过程,但影响机制尚无统一定论。河流悬浮物是示踪地表侵蚀的常用手段。本文通过分析青海湖流域最大河流布哈河2008—2015年的日径流量、悬浮物浓度、气温及降雨数据,讨论了该流域在日、月以及季节尺度下土壤侵蚀对气候变化的响应特征。结果表明:降雨是半干旱布哈河流域土壤侵蚀的主要控制因素,气温通过影响冻融作用控制侵蚀行为。此外,该流域的土壤侵蚀具有明显的季节性差异,大部分的侵蚀发生在雨季。最重要的是,冻融作用导致春季解冻期/雨季前期产生额外的沉积物累积,表现为在相同流量下,沉积物输出明显高于雨季后期。上述结果对深刻认识全球变暖背景下侵蚀的响应机制具有重要的作用。

关键词：河流悬浮物冻融作用侵蚀响应气候变化布哈河流域

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布哈河流域河水碳组分特征及其来源探究

布哈河流域河水碳组分特征及其来源探究

作者：宗荷花鲁东大学

学位级别：硕士

河流连接了陆地碳库、海洋（湖泊）碳库和大气碳库三大碳库,河水碳组分输移是碳循环中的一个重要环节。布哈河位于青藏高原东北部,是青海湖最重要的补给河流,为青海湖及青藏高原东北部地区的生态需水提供了重要保障。目前针对布哈河流... 详细信息

河流连接了陆地碳库、海洋（湖泊）碳库和大气碳库三大碳库,河水碳组分输移是碳循环中的一个重要环节。布哈河位于青藏高原东北部,是青海湖最重要的补给河流,为青海湖及青藏高原东北部地区的生态需水提供了重要保障。目前针对布哈河流域河水碳组分特征及其来源的研究较少,制约了布哈河流域乃至青藏高原东北部区域的碳收支空间格局及碳水耦合过程与机制研究。本研究以布哈河流域为研究区,在流域内布设河水、土壤和植被采样点,测试分析流域内各水体、土壤及植被的碳组分空间分布特征,利用稳定碳同位素示踪技术揭示河水中各类碳组分来源;采用径流分割模型,定量估算流域内不同干支流输送的碳通量。主要研究结果如下:（1）布哈河流域河水中颗粒性无机碳（PIC）和颗粒性有机碳（POC）含量的空间变化范围分别为0.30～2117.58μg/L和1.54～1603.06μg/L,平均值分别为600.47μg/L和341.07μg/L,表现为PIC含量高于POC含量。PIC含量在主干流河水中呈现出由上游到下游波动上升趋势,干支流差异显著;而POC含量在主干流波动变化呈现先升高后降低的趋势,支流呈现出由上游到下游逐渐升高的趋势。河水中溶解性无机碳（DIC）和溶解性有机碳（DOC）含量空间变化范围分别为29.30～51.32mg/L和2.02～7.12 mg/L,平均值分别为38.12 mg/L和3.81 mg/L,表现为DIC含量显著高于DOC含量。河水DIC含量在主干流呈现出从上游到下游先降低后升高的变化趋势,在支流河水中呈现由上游到下游升高的趋势;而DOC含量从上游到下游随流动过程呈现出明显的上升趋势。对比河水中4种碳组分含量,DIC所占比重最高,约为82.02%,POC所占比重最低,约为0.02%。（2）布哈河流域河水δO值和δH值变化范围分别为-9.30‰～-6.72‰和-56.74‰～-38.20‰,河水δO和δH与海拔均呈显著负相关关系,表现为由低海拔向高海拔氢氧稳定同位素逐渐贫化的趋势;河水蒸发线为:δH=7.43δO+12.18,斜率（7.43）低于青海湖流域大气降水线斜率7.98,表明降水在产汇流过程中存在蒸发作用。结合布哈河径流量、碳组分含量及径流分割比例计算得出,布哈河向青海湖输送的碳通量为4882.09×10～7g C/a,其中DIC、DOC、PIC、POC分别为4215.91×10～7g C/a、447.44×10～7g C/a、218.25×10～7g C/a、49.09×10～5g C/a,分别占比例为86.35%、9.16%、4.47%、0.01%。入湖碳通量年内月季变化显示,6～9月碳输移通量为3837.81×10～7g C,占全年碳输移通量的78.61%。从空间上,布哈河流域碳水均主要来源于中上游地区,径流量占59.7%,入湖碳通量约为2726.73×10～7g C/a。布哈河流域DIC的侵蚀模数最高,其次为DOC和PIC;上游西侧干流阳康曲及希格尔曲子流域土壤侵蚀强度较大,对布哈河流域颗粒物运移有重要贡献。（3）布哈河流域内典型植被有机碳含量范围为422.16～486.16 g/kg,其中灌木植被有机碳含量高于草本植被,植被有机碳含量整体呈现出随海拔升高先升高后降低的趋势;典型植被类型δC变化范围为-29.52‰～-26.75‰,光合碳同化途径均受C3植物途径控制。流域内土壤有机碳含量变化范围为17.65～49.49 g/kg,土壤有机碳含量与植被有机碳含量变化趋势一致,呈现出随海拔升高先升高后降低的趋势;典型土壤类型δC变化范围为-27.10‰～-23.88‰,相对于流域内典型植被碳库偏重2.61‰,土壤碳库δC值整体处于C3型植被的δC变化区间,主要受C3植物途径控制。（4）布哈河流域河水δC值（-25.79‰～-24.90‰）在流域土壤δC值（-27.10‰～-23.88‰）变化范围内,而较流域内植被δC值（-29.52‰～-26.75‰）偏正,且远离C4植被（-20‰～-12‰）和内源POC的δC范围,表明河水POC来源以流域内土壤侵蚀为主;河水δC值（-5.45‰～-1.15‰）均位于碳酸盐矿物溶解范围内,远离土壤有机质的降解和硅酸盐矿物溶解理论值,接近外源酸溶解碳酸盐矿物的理论值,外源酸溶解碳酸盐矿物贡献比例为72.09%,而土壤CO溶解碳酸盐矿物贡献比例为27.91%;河水δC空间变化范围为-26.81‰～-21.90‰,绝大部分样点δC值位于流域土壤碳库（-27.10‰～-23.88‰）和C3植被碳库（-32‰～-20‰）变化范围内,远离内源浮游植被碳库（-40‰～-30‰）变化范围,表明DOC主要来源于土壤中C3植被的分解,其中下游靠近人口分布区域的河水δC值接近生活污水δC值（-27‰～-25‰）,因此河水DOC主要来源于陆地

关键词：碳组分碳通量碳同位素布哈河流域

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

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冰川冻土 2012年第3期34卷 660-667页

作者：龙银平张耀南赵国辉严鹏李其江李润杰中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000 中国科学院研究生院北京100049 甘肃省高性能网格计算中心甘肃兰州730000 青海省水文水资源勘测局青海西宁810001

降水、气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素,运用距离权重反比法(IDW)、梯度距离权重反比法(GIDW)、样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995—2009年逐日气温和降水进行了空间插值... 详细信息

降水、气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素,运用距离权重反比法(IDW)、梯度距离权重反比法(GIDW)、样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995—2009年逐日气温和降水进行了空间插值,并以气象要素空间插值数据驱动模型,进行布哈河流域径流模拟.选用布哈河口月平均流量,以Nash-Suttclife系数(Ens)、相关系数(R)和相对误差(RE)为评价指标,进行校准期(2000—2004年)和验证期(2005—2009年)的径流模拟效果比较.结果表明:径流模拟精度较高,GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化,并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.

关键词：空间插值径流模拟不确定性分析青海湖布哈河流域

基于SWIM模型模拟气候变化对青海湖布哈河流域水文过程的影响

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北京师范大学学报（自然科学版） 2017年第2期53卷 208-214页

作者：周一飞陈慧颖张淑兰黄永梅北京师范大学地理科学学部资源学院北京100875 佳木斯大学黑龙江佳木斯154007

本文基于青藏高原地区气候变化的预估结果,利用SWIM模型模拟了该地区最具有代表性的布哈河流域在未来3个时期(2016—2035年、2046—2065年和2081—2100年)径流深、实际蒸散量和深层渗漏量的变化及其时空格局.结果表明:1)模型对布哈河流... 详细信息

本文基于青藏高原地区气候变化的预估结果,利用SWIM模型模拟了该地区最具有代表性的布哈河流域在未来3个时期(2016—2035年、2046—2065年和2081—2100年)径流深、实际蒸散量和深层渗漏量的变化及其时空格局.结果表明:1)模型对布哈河流域径流的模拟结果较为理想,表明SWIM模型在高寒地区有较强的适用性;2)随着降水的增加和气温的持续上升,流域的径流深和实际蒸散量在2100年前会持续增加,而深层渗漏量则先下降后上升;3)气候变化对流域水文过程的影响有季节差异性,其对深层渗漏量的影响集中于7、8月,而对径流深和实际蒸散量的影响主要在6—8月期间;4)流域各水文过程及其在不同时期的变化呈现一定的空间差异性.

关键词：气候变化 SWIM模型青海湖布哈河流域水文模拟

SWAT模型在青海湖布哈河流域径流变化成因分析中的应用

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河海大学学报（自然科学版） 2007年第2期35卷 159-163页

作者：刘吉峰霍世青李世杰杜宇黄河水利委员会水文局信息中心河南郑州450004 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008 广东重工建设监理工程有限公司广东广州510004

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响，利用分布式水文模型SWAT对青海湖布哈河流域过去几十年径流变化进行了模拟研究．研究结果表明，20世纪80-90年代流域径流减少的主要原因是气候变化．在此基础上，根据未来不同气候情... 详细信息

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响，利用分布式水文模型SWAT对青海湖布哈河流域过去几十年径流变化进行了模拟研究．研究结果表明，20世纪80-90年代流域径流减少的主要原因是气候变化．在此基础上，根据未来不同气候情景的变化趋势，对布哈河径流变化进行了预测，得出未来30年径流增加的可能性比较大，青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势的结论．

关键词： SWAT模型径流变化气候变化土地利用水文模拟布哈河流域青海湖

布哈河流域高寒草原土壤湿度变化特征及与气候因子的关系

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青海农林科技 2019年第3期 15-21,69页

作者：肖莲桂石明章李宗凯蔡玉琴青海省天峻县气象局青海天峻817200 青海省湟中县气象局青海湟源811600 青海省格尔木市气象局青海格尔木816099

利用布哈河流域高寒草原天峻县生态气象站2004~2017年草原解冻期土壤湿度资料,分析了高寒草原土壤湿度的年、季节和月变化特征以及牧草生长季各层土壤湿度与气候因子的关系。结果表明:0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm、40~50cm各层... 详细信息

利用布哈河流域高寒草原天峻县生态气象站2004~2017年草原解冻期土壤湿度资料,分析了高寒草原土壤湿度的年、季节和月变化特征以及牧草生长季各层土壤湿度与气候因子的关系。结果表明:0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm、40~50cm各层土壤湿度均随年际呈波动增加趋势,春、夏、秋季各季节也随年际延长均呈增加趋势,春季增加最显著;当年1-4月平均气温、整个汛期的空气平均相对湿度和土壤解冻前期(即牧草返青前)1-4月降水量是影响布哈河流域高寒草原各层土壤水分的主要影响因子。

关键词：高寒草原土壤湿度布哈河流域气候因子变化特征分析相关性