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河西走廊杂木河流域水文过程对气候和土地利用变化的响应

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冰川冻土 2024年第3期46卷 967-979页

作者：夏鸿华杨林山冯起苏迎庆李宗省中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

气候与土地利用/覆被变化是驱动全球水文过程变化的重要因素,开展流域水文过程对气候和土地利用变化的响应研究对揭示区域水文及环境变化具有重要指示意义。本文以河西走廊杂木河流域为研究区,基于多源遥感影像、水文气象站点监测及再... 详细信息

气候与土地利用/覆被变化是驱动全球水文过程变化的重要因素,开展流域水文过程对气候和土地利用变化的响应研究对揭示区域水文及环境变化具有重要指示意义。本文以河西走廊杂木河流域为研究区,基于多源遥感影像、水文气象站点监测及再分析产品数据,采用SWAT模型、Mann-Kendall(M-K)趋势检验及土地利用动态度等方法,通过分离水文过程驱动因素,设置基准期、气候变化单一作用、土地利用变化单一作用、气候和土地利用变化共同作用等情景,比较分析了杂木河流域水文过程对气候与土地利用变化的响应特征及驱动机制。结果表明,1980—2014年,流域年降水、年平均气温、年径流均有所增加,增加速率依次为0.47 mm·a^(-1)、0.067℃·a^(-1)、1.43 mm·a^(-1)。流域土地利用分布格局呈现空间异质性,主要土地利用类型为草地、林地及未利用土地。综合土地利用动态度为2.91%,单一土地利用动态度最高的为建设用地。土地利用变化单一作用情景下流域径流减少0.12 mm,气候变化单一作用情景、气候和土地利用变化共同作用情景下径流量分别增加6.27 mm、6.15 mm;各情景下蒸散发均有增加。气候变化对流域径流与蒸散发起主要驱动作用。未来应加强流域气候变化适应性的水资源管理,促进流域水资源的上中下游合理配置。

关键词：气候变化土地利用/覆被变化 SWAT模型水文过程杂木河流域

油松（Pinus tabulaeformis）径向生长对气候响应的区域分异特征

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中国沙漠 2024年

作者：苏靖茸肖生春彭小梅车存伟赵鹏中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室中国科学院大学西北师范大学地理与环境科学学院淮南师范学院计算机学院

油松（Pinus tabulaeformis）是中国特有且广泛分布的针叶树种，也是中国北方地区的主要造林树种。气候变化对油松生长的影响是种群生态学研究的热点。基于油松树木年轮学文献成果，系统梳理分析了不同降水、气温等因素影响下中国北方... 详细信息

油松（Pinus tabulaeformis）是中国特有且广泛分布的针叶树种，也是中国北方地区的主要造林树种。气候变化对油松生长的影响是种群生态学研究的热点。基于油松树木年轮学文献成果，系统梳理分析了不同降水、气温等因素影响下中国北方地区油松径向生长特征，试图明晰其区域分异特征，以期为油松天然林和人工林管理提供理论和决策依据。结果表明：（1）在年降水量低于400 mm的区域，限制油松径向生长的主要因素是生长季降水；在年降水量400～600 mm的区域，生长季的水热因素共同影响油松的径向生长；在年降水量高于600 mm区域，油松的径向生长主要受5月降水与平均气温及其共同作用的干旱胁迫影响。（2）上年降水对油松径向生长的“滞后效应”主要体现在年降水量低于600 mm和年均气温低于9℃的区域。（3）冬季气温对年降水量高于600 mm和年均气温高于9℃区域油松的生长起促进作用，对年降水量低于600 mm和年均气温低于9℃的区域起抑制作用。在全球气候变暖背景下，油松分布区将面临从干旱半干旱区向相对湿润区、从低海拔向高海拔移动的趋势。

关键词：油松径向生长气候响应区域分异特征

甘肃省河西地区水源涵养功能与人类活动强度演变

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中国沙漠 2024年第1期44卷 189-200页

作者：郑诚蔚邓晓红李宗省薛健马利邦何娟卢书祥邵建雄蔡世玉赵佩一西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院高寒山区同位素生态水文与国家公园观测研究站/甘肃省祁连山生态环境研究中心/干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学县域经济发展研究院/乡村振兴战略研究院甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 甘肃盐池湾国家级自然保护区管护中心甘肃酒泉736300

深入分析干旱半干旱区域的水源涵养功能和人类活动的时空格局及相关关系,是科学实现区域生态修复和水资源管理的必要前提。采用人类足迹指数与InVEST模型,对河西地区人类活动强度与水源涵养功能进行了定量评估,采用双变量Moran’s I指... 详细信息

深入分析干旱半干旱区域的水源涵养功能和人类活动的时空格局及相关关系,是科学实现区域生态修复和水资源管理的必要前提。采用人类足迹指数与InVEST模型,对河西地区人类活动强度与水源涵养功能进行了定量评估,采用双变量Moran’s I指数分析了河西地区人类活动与水源涵养的空间相关关系。结果表明:2010—2020年人类活动水平呈增长趋势,整体表现为东南高、西北低的分布特征。2010—2020年单位面积水源涵养量平均值为8.64 mm,在2010—2015年呈上升趋势,在2015—2020年有所下降,整体空间分布表现为南高北低。2010、2015、2020年双变量Moran’s I指数分别为0.292、0.277、0.348,人类活动与水源涵养服务功能呈现出较为显著的空间正相关性。

关键词：人类活动水源涵养 InVEST模型空间自相关河西地区

1975—2020年黄河“几字弯”沙漠化时空变化

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中国沙漠 2024年

作者：李森杨宗英赵鸿雁那仁图雅安桂香谢家丽贾晓鹏颜长珍阿拉善盟气象局气候生态环境评估中心中国科学院大学甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室

黄河“几字弯”是新时代“三北”工程防沙治沙的核心区域，是黄河中下游泥沙的主要源区，而作为新提出的荒漠化综合防治战略区域，其沙漠化发展规律和驱动因素尚不清楚。基于Landsat影像，采用面向对象与目视解译结合方法，解译了“几... 详细信息

黄河“几字弯”是新时代“三北”工程防沙治沙的核心区域，是黄河中下游泥沙的主要源区，而作为新提出的荒漠化综合防治战略区域，其沙漠化发展规律和驱动因素尚不清楚。基于Landsat影像，采用面向对象与目视解译结合方法，解译了“几字弯”1975—2020年土地沙漠化数据，并定量分析沙漠化的时空变化及其驱动因素。结果表明：“几字弯”沙漠化土地变化以2000年为时间节点呈现先发展后逆转的态势，2020年的沙漠化程度已逆转到与1975年的程度相当，但沙漠化面积仅逆转到接近1990年的面积。空间格局上，1975—2000年表现为局部逆转，整体恶化；2000—2020年则为整体逆转，局部恶化，恶化区域主要在毛乌素沙地鄂托克旗中部。气候变化和人类活动共同作用主导该区域沙漠化变化，但气候变化贡献率远高于人类活动。

关键词：沙漠化驱动力气候变化黄河“几字弯”

陇东黄土高原生态系统服务权衡效应及其驱动因素

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干旱区地理 2024年

作者：黄学煜修丽娜陆志翔西北师范大学地理与环境科学学院甘肃省绿洲资源环境与可持续发展重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室/甘肃省祁连山生态环境研究中心

量化生态系统服务时空变化，探究生态系统服务的权衡效应及其影响因素，有利于促进区域生态功能恢复。以陇东黄土高原为例，基于InVEST模型对产水量、粮食供给、土壤保持和固碳4种重要生态系统服务进行评估，采用Sen+Mann-Kendall方法... 详细信息

量化生态系统服务时空变化，探究生态系统服务的权衡效应及其影响因素，有利于促进区域生态功能恢复。以陇东黄土高原为例，基于InVEST模型对产水量、粮食供给、土壤保持和固碳4种重要生态系统服务进行评估，采用Sen+Mann-Kendall方法识别该地区2001—2020年生态系统服务时空变化趋势，运用相关系数和均方根偏差量化生态系统服务权衡效应，并利用地理探测器探究其驱动因素。结果表明：（1）近20 a陇东黄土高原产水量、粮食供给和土壤保持整体表现为不显著增加，固碳呈现显著增加态势。（2）生态系统服务间权衡效应在不同地区各有差异，产水量与粮食供给权衡关系主要集中在区域东南部，粮食供给与土壤保持权衡关系分布在区域南部，且权衡度有下降趋势，粮食供给与固碳权衡度有明显的上升趋势。（3）生态系统服务权衡效应受自然因素和人为因素共同作用，降水量是关键的驱动因素。研究从生态系统服务权衡效应的角度为区域生态规划和改善生态系统服务质量提供了科学依据。

关键词：趋势分析权衡/协同均方根偏差地理探测器陇东黄土高原

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮下土壤有机碳垂直分布特征及影响因素

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生态学报 2024年第7期44卷 2946-2954页

作者：杨军刚张玲卫郭星陆永兴郭浩张元明周晓兵中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室/干旱区生态安全与可持续发展重点实验室乌鲁木齐830011 新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 新疆农业大学生命科学学院乌鲁木齐830052 中国科学院大学北京100049

为了探究沙漠不同生物土壤结皮类型覆盖下土壤有机碳(SOC)垂直分布特征及与土壤理化因素的关系,解析影响因素,以古尔班通古特沙漠腹地藻类、藓类生物土壤结皮和裸沙三种不同地被覆盖类型为研究对象,通过野外采集不同类型结皮样品及其下... 详细信息

为了探究沙漠不同生物土壤结皮类型覆盖下土壤有机碳(SOC)垂直分布特征及与土壤理化因素的关系,解析影响因素,以古尔班通古特沙漠腹地藻类、藓类生物土壤结皮和裸沙三种不同地被覆盖类型为研究对象,通过野外采集不同类型结皮样品及其下层0—2 cm、2—5 cm、5—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—50 cm、50—70 cm以及70—100 cm土层土壤(裸沙对照),测定不同土层的SOC含量及土壤理化指标,开展相关研究。结果表明:(1)不同地被类型下0—100 cm SOC含量随着土壤深度增加呈减小的趋势,在10—30 cm土层存在SOC含量升高的现象,藓类、藻类和裸沙三种地被类型0—100 cm土层SOC含量范围分别在:1.61—2.70、1.41—2.56、1.21—1.92 g/kg;(2)不同地被类型下同一土层SOC含量在0—5 cm土层存在显著差异,5—100 cm土层SOC整体无显著差异,同层SOC含量均表现为:藓类>藻类>裸沙对照;(3)Pearson法分析结果表明不同地被覆盖下SOC含量与养分(全氮、全磷)呈现正相关关系,与pH和电导率(EC)呈现负相关关系。通过结构方程模型结果表明,土壤养分和粒径(砂粒占比)是影响垂直分布的主要因子,其中粒径是裸沙和藻类的最主要影响因子,藓类最重要的影响因子是养分(全磷)。生物土壤结皮的发育会逐步提高土壤碳的积累,改变SOC的垂直分布特征,对SOC的影响主要集中在5 cm以上土层,土壤理化特征对垂直分布特征具有调控作用。

关键词：生物土壤结皮土壤有机碳理化性质古尔班通古特沙漠垂直分布特征

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基于AHP与改进型MEDALUS模型耦合的科尔沁沙地土地沙漠化敏感性综合评价

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中国沙漠 2024年第4期 137-148页

作者：段翰晨黄背英中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室

科尔沁沙地是“三北”防护林工程的重要区域，开展区内沙漠化研究具有特殊的必要性和紧迫性。本研究创新性地引入层次分析法（AHP），筛选与优化地中海荒漠化和土地利用模型（MEDALUS）因子，构建新的土地沙漠化敏感性评价指标体系，综... 详细信息

科尔沁沙地是“三北”防护林工程的重要区域，开展区内沙漠化研究具有特殊的必要性和紧迫性。本研究创新性地引入层次分析法（AHP），筛选与优化地中海荒漠化和土地利用模型（MEDALUS）因子，构建新的土地沙漠化敏感性评价指标体系，综合考虑气候、土壤、植被、土地管理和社会经济5个方面的指标来评估科尔沁沙地土地沙漠化敏感性。在此基础上，引入地理探测器模型对科尔沁沙地土地沙漠化敏感性空间分异的影响因素进行了探讨。结果表明：（1）土地沙漠化敏感性评价指标体系中植被质量指数权重最高，为0.4624，其次为气候和土壤质量指数。（2）科尔沁沙地沙漠化敏感区域占研究区总面积的78.22%，受沙漠化影响的敏感区域范围较广；极敏感和高度敏感区所占比重虽然较小（8.77%），但分布相对集中且沙漠化程度严重。（3）单因子探测结果显示，土壤质地对土地沙漠化敏感性空间分异的影响最显著，其次是土壤含水量；而交互作用结果显示，抗旱性、NPP、气温、土壤含水量和土壤质地等因子在特定组合下会极大增强其对土地沙漠化敏感性空间分异的影响。

关键词：层次分析法 MEDALUS模型沙漠化敏感性地理探测器科尔沁沙地

西北荒漠区土壤氮素组分沿干旱梯度的空间变化

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中国沙漠 2024年第3期44卷 259-268页

作者：杭伟陆永兴郭浩郭星张世航张元明周晓兵中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生态安全与可持续发展重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆干旱区生物多样性保育与应用重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

旱区面积占比大,对全球气候变化响应敏感。氮素通常被认为是荒漠生态系统的第二大限制资源,存在不同的形态,然而目前尚不清楚干旱程度如何影响土壤氮素的空间分布。本研究基于中国西北荒漠区54个样点的无机氮、有机氮和全氮数据,结合气... 详细信息

旱区面积占比大,对全球气候变化响应敏感。氮素通常被认为是荒漠生态系统的第二大限制资源,存在不同的形态,然而目前尚不清楚干旱程度如何影响土壤氮素的空间分布。本研究基于中国西北荒漠区54个样点的无机氮、有机氮和全氮数据,结合气候环境数据,探究不同干旱程度下,西北旱区氮素组分的空间变化及驱动要素。结果表明:土壤氮素沿干旱梯度的空间变化存在明显的干旱阈值(0.87),土壤氮素组分的空间变化对干旱程度的响应呈现突变特征;在阈值附近,土壤全氮、有机氮含量和有机无机氮比例急速上升,而硝态氮含量快速下降;干旱阈值前后的全氮和有机氮含量均随干旱增加而显著下降;0~10 cm土层内,土壤全氮和有机氮含量随土层的加深而逐渐增加。干旱程度会直接或通过土壤含水率、电导率和pH间接影响氮素组分的空间变化。

关键词：干旱阈值西北荒漠区氮素含量驱动要素土层

木本植物应对干旱胁迫的响应机制:基于水力学性状视角

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生态学报 2024年第7期44卷 2688-2705页

作者：程莉李玉霖宁志英杨红玲詹瑾姚博中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站通辽028300

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活... 详细信息

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活和死亡的生理机制,了解树木在未来气候下的适应机制,提高预测树木对干旱反应的准确性。在常用植物功能性状的基础上,重点纳入与植物水分运输能力及耐旱性相关的水力学性状,系统总结了:1)植物木质部水分运输的物理机制;2)植物应对干旱胁迫的水力响应过程:3)干旱胁迫下木本植物水分利用对策;以及4)干旱胁迫下木本植物衰退/死亡机理。最后,提出3个尚待解决的主要问题:1)加强纳入水力性状阐明植物对干旱胁迫的响应和调节机制;2)加强从全株植物的角度考虑植物不同组织性状间的关系;3)深入探究树木干旱致死机理。

关键词：木本植物干旱胁迫水力性状水分运输策略干旱致死机理

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