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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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全二维气相色谱-质谱法在新污染物筛查中的应用

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科学通报 2024年第6期69卷 672-687页

作者：程欣高丽荣张潆心曹小颖乔林刘杨艾俏锋郑明辉中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 国科大杭州高等研究院环境学院杭州310024

随着化学工业的发展,新化学物质在人类日常活动中不断涌现.新化学物质会在生产、加工、使用以及含新化学品废物处理等过程中向环境中释放,形成新污染物,而目前识别的新污染物种类是非常有限的,其对人体造成的健康效应还缺少全面评估.因... 详细信息

随着化学工业的发展,新化学物质在人类日常活动中不断涌现.新化学物质会在生产、加工、使用以及含新化学品废物处理等过程中向环境中释放,形成新污染物,而目前识别的新污染物种类是非常有限的,其对人体造成的健康效应还缺少全面评估.因此,精准识别环境中的新污染物,评估其环境与健康风险是环境保护领域的一项具有挑战性的工作.全二维色谱-高分辨质谱法是筛查并鉴别环境中新污染物的有力工具,近年来在环境分析领域得到广泛应用.以“全二维气相色谱”为关键词在Web of Science核心合集数据库中检索相关文献得到约3000条结果.基于全二维气相色谱(GC×GC)的优异分离能力,其主要用于挥发性、半挥发性新污染物筛查.本文综述了基于全二维气相色谱-质谱法的新污染物筛查方法(疑似筛查和非靶向筛查)及流程,包括样品制备、仪器分析、数据处理、化合物结构鉴定和风险评估5个步骤.同时,总结了近10年来全二维气相色谱-质谱法在筛查不同环境基质中(包括水、空气、土壤、沉积物和生物等)新污染物取得的进展.最后,本文提出了全二维气相色谱-质谱法在筛查环境中的新污染物中面临的挑战以及未来的发展趋势.

关键词：全二维气相色谱质谱新污染物非靶向筛查

基于分析模型的青海湖近40年湖冰演变特征研究

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高原气象 2024年第5期43卷 1152-1162页

作者：唐鸿赵仪欣牛瑞佳文莉娟王梦晓中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院青海湖综合观测研究站青海刚察812300 中国科学院大学北京100049 四川电力设计咨询有限责任公司四川成都610000

青藏高原湖泊分布广泛,且多为季节性冻结湖泊。在全球变暖的背景下,青藏高原湖冰厚度及其物候发生着显著变化,深刻影响着区域气候演变。然而目前对于高寒区湖冰厚度及其物候在气候学尺度上的演变特征认识还不甚清楚。因此,本文利用青海... 详细信息

青藏高原湖泊分布广泛,且多为季节性冻结湖泊。在全球变暖的背景下,青藏高原湖冰厚度及其物候发生着显著变化,深刻影响着区域气候演变。然而目前对于高寒区湖冰厚度及其物候在气候学尺度上的演变特征认识还不甚清楚。因此,本文利用青海湖下社水文站野外湖冰观测数据、MODIS湖冰覆盖率数据集、刚察气象站观测数据与CMFD数据,结合湖冰准稳态分析模型,研究了近40年(1979-2017年)青海湖湖冰厚度及其物候的演变特征。结果表明:模拟的多年冰厚平均值为0.31 m,与下社水文站实测值接近;模型对湖冰融化结束时间的刻画较准确,误差仅为0.07天,开始结冰时间和结冰期长度的误差分别为5.60天和5.67天。1979-2017年模拟的最大冰厚减小趋势与观测结果较为一致,即每年冰厚减少0.003 m。模拟的1979-2017年青海湖开始结冰时间延后(0.23 d·a^(-1)),融化结束时间提前(0.32 d·a^(-1)),结冰期长度缩短(1.02 d·a^(-1)),其中20世纪80年代结冰期缩短尤为明显(2.2 d·a^(-1))。1979-2017年青海湖结冰期内(12月至次年4月)向下长波辐射和气温(二者均呈现上升趋势)与平均冰厚以及最大冰厚之间存在显著的负相关关系,向下短波辐射(呈现下降趋势)与最大冰厚以及平均冰厚之间存在显著的正相关关系。去趋势敏感性试验表明:向下长波辐射、气温、向下短波辐射、比湿是青海湖1979-2017年内平均冰厚和最大冰厚变率的主要驱动因子,对平均冰厚变率分别贡献了42.08%,40.93%,-36.99%和17.45%,对最大冰厚变率分别贡献了44.48%,44.68%,-34.77%和19.92%。所有气象驱动因子对二者贡献了83.40%和87.01%,可以看出青海湖最大冰厚变率相较平均冰厚变率更容易受到气象条件的影响。本文研究结果对冰冻圈湖冰的长期演变趋势提供了认识,为其他青藏高原湖泊冷季研究提供了参考依据。

关键词：青海湖准稳态湖冰模型湖冰厚度湖冰物候

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寒旱区内陆河流域碳通量年际变化控制机制

地球科学 2024年第5期49卷 1907-1919页

作者：王同红王旭峰张松林谭俊磊张阳任志国白雪洁西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院黑河遥感试验研究站甘肃兰州730000

为了解寒旱区内陆河流域碳通量的年际变化及其控制机制,使用涡度相关技术和气象观测系统同步对黑河流域典型生态系统(草地、农田、湿地、荒漠、森林)的碳通量和气象环境要素进行了长期定位观测.分析观测数据显示:黑河流域内农田(玉米)... 详细信息

为了解寒旱区内陆河流域碳通量的年际变化及其控制机制,使用涡度相关技术和气象观测系统同步对黑河流域典型生态系统(草地、农田、湿地、荒漠、森林)的碳通量和气象环境要素进行了长期定位观测.分析观测数据显示:黑河流域内农田(玉米)生长季净生态系统生产力(NEP)与总初级生产力(GPP)最大(729.81 g C/m^(2)/a与1184.60 g C/m^(2)/a),戈壁荒漠最小(94.18 g C/m^(2)/a与134.97 g C/m^(2)/a);湿地生长季生态系统呼吸(Reco)最大(460.22 g C/m^(2)/a),戈壁荒漠最小(41.18 g C/m^(2)/a).黑河上游高寒生态系统温度对NEP、GPP和Reco年际变化的解释度明显高于黑河中下游干旱生态系统,而上游高寒生态系统土壤水分对NEP、GPP和Reco年际变化的解释度低于中下游干旱生态系统.在上游的高寒生态系统中,各站点间温度与NEP、GPP和Reco为正相关,而在中下游则为负相关.浅层土壤水分在黑河流域内高寒区和干旱区均与生态系统的NEP、GPP和Reco为正相关,上游高寒区浅层土壤水分与NEP、GPP和Reco的相关性要高于深层土壤水分,而中下游干旱区则是深层土壤水分与NEP、GPP和Reco的相关性更高.

关键词：碳黑河流域总初级生产力净生态系统生产力生态系统环境地质

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喜马拉雅山入湖冰川物质变化研究综述

干旱区地理 2024年第7期47卷 1156-1164页

作者：贾尚坤魏俊锋张法刚王欣湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000

入湖冰川在喜马拉雅山地区广泛分布,其快速消融和末端崩解,是该地区冰湖溃决洪水最重要的触发因子和影响因素。近年来入湖冰川整体处于物质持续且加速亏损状态,1975—2000年入湖冰川物质平衡为-0.33±0.07 m w.e.·a^(-1),近10 a达到-0... 详细信息

入湖冰川在喜马拉雅山地区广泛分布,其快速消融和末端崩解,是该地区冰湖溃决洪水最重要的触发因子和影响因素。近年来入湖冰川整体处于物质持续且加速亏损状态,1975—2000年入湖冰川物质平衡为-0.33±0.07 m w.e.·a^(-1),近10 a达到-0.56±0.08 m w.e.·a^(-1),其平均物质损失速率-0.45±0.08 m w.e.·a^(-1)。入湖冰川物质损失速率明显高于其他类型冰川,末端消融及崩解是其主要原因。当前冰川末端水下物质损失仍无法准确估算,广泛应用于入海冰川末端消融模拟的羽流模型,为估算入湖冰川末端湖-冰物/热交换过程研究提供了可行方法,其中冰下融水径流量、冰川末端切面形态、湖水温度和密度是影响羽流模型估算结果的重要参数。基于羽流模型评估冰川末端水下消融特征,为准确评估未来情境下冰川物质变化奠定基础。

关键词：入湖冰川冰川变化冰川物质平衡羽流模型喜马拉雅山

黑河下游胡杨林土壤碳空间分异特征及其影响因素

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干旱区地理 2024年

作者：殷一丹鱼腾飞韩拓谭天逸陈小玲中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院大学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中国科学院西北生态环境资源研究院阿拉善荒漠生态水文试验研究站额济纳旗林业和草原局

荒漠河岸林土壤碳的分布受到多重因素的影响。以黑河下游额济纳绿洲为研究区域，通过采集20个胡杨林样地0～100 cm土层土壤样品，研究了土壤有机碳（SOC）、土壤无机碳（SIC）的空间分异特征及其影响因素。结果表明：（1）0～100 cm SOC... 详细信息

荒漠河岸林土壤碳的分布受到多重因素的影响。以黑河下游额济纳绿洲为研究区域，通过采集20个胡杨林样地0～100 cm土层土壤样品，研究了土壤有机碳（SOC）、土壤无机碳（SIC）的空间分异特征及其影响因素。结果表明：（1）0～100 cm SOC和SIC均值分别为2.90 g·kg-1和10.79 g·kg-1，SIC为SOC的5.94倍。（2）垂直方向上SOC和SIC随土壤深度增加而减少，水平方向上从河流上段至下段SOC递减，而SIC递增，说明SIC是干旱区内陆河下游土壤碳的主要赋存形式。（3）土壤理化性质对SOC的解释程度较高，而对SIC的解释程度较低。其中，土壤化学性质(EC、Na+、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+)对SOC的影响程度最大。综上，黑河流域下游荒漠河岸林土壤碳库是以SIC为主，且在水平和垂直方向存在明显的空间分异，土壤理化性质对SOC和SIC空间分异的影响存在差异。其中，碱性阳离子是影响SOC的主要因素，而土壤砂粒含量和容重是影响SIC的主要因素。

关键词：河岸胡杨林土壤碳分布特征影响因素黑河流域

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三江源多年冻土活动层厚度变化特征研究

冰川冻土 2024年第5期46卷 1579-1593页

作者：徐晓明吴青柏中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院青海北麓河高原冻土工程安全国家野外科学观测研究站甘肃兰州730000

作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所,活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据,基于修正Stefa... 详细信息

作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所,活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据,基于修正Stefan模型对三江源区多年冻土活动层厚度的空间分布特征及其未来变化趋势进行了研究,并对可能影响活动层厚度变化的因素进行了讨论。结果表明,1981—2018年,活动层厚度增大的速率达7.2 cm·(10a)^(-1)。未来活动层厚度仍呈现增大的趋势,增大最明显的是三江源中部地区。2006—2049年,活动层厚度以4.3 cm·(10a)^(-1)(RCP6.0)到6.8 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大;2050—2099年,以0.04 cm·(10a)^(-1)(RCP2.6)到5.6 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大,明显小于前50年的增大速率,活动层厚度增大速率变缓。对活动层厚度变化影响因素分析表明,影响最大的是年平均气温,年降水量的影响并不明显,而NDVI对活动层厚度有一定的影响。本文的结果将会对三江源区的水源涵养、气候调节和生态安全等方面产生重要影响。

关键词：三江源青藏高原多年冻土气候变化活动层

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东昆仑古生代镁铁质岩浆镍钴成矿条件——希望沟地区超镁铁质岩C-He-Ne-Ar同位素制约

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岩石学报 2024年第7期40卷 2153-2168页

作者：李思奥包亚文梁慨慷高旭许瑶张铭杰李立武李中平兰州大学地质科学与矿产资源学院自然资源部黄河上游战略性矿产资源重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省油气资源研究重点实验室兰州730000

东昆仑造山带广泛发育古生代以来的镁铁质岩浆作用,不同的镁铁质岩浆在镍钴关键金属成矿潜力方面存在显著差异,希望沟地区出露的玄武岩及406.9Ma和270.7~264.9Ma两期镁铁-超镁铁质岩的Ni-Co成矿规模不同,是对比认识镍钴富集成矿条件差... 详细信息

东昆仑造山带广泛发育古生代以来的镁铁质岩浆作用,不同的镁铁质岩浆在镍钴关键金属成矿潜力方面存在显著差异,希望沟地区出露的玄武岩及406.9Ma和270.7~264.9Ma两期镁铁-超镁铁质岩的Ni-Co成矿规模不同,是对比认识镍钴富集成矿条件差异的理想地区。本文测定了超镁铁质岩单矿物中流体挥发份的稀有气体和碳同位素组成,橄榄石、辉石和斜长石释出CO _(2)和CH4的δ^(13)C值变化范围大,δ^(13)CCO _(2)和δ^(13)C_(CH4)位于有机质热裂解成因及地壳值的范围内,δ^(13)C_(CH4)值具有I型有机质来源特征,CH4同系物的碳同位素组成随碳数呈正序及局部反序的分布特征,3He/4He与40Ar/36Ar指示大气饱和流体与大陆地壳端元,3He/4He与δ^(13)CCO _(2)揭示Ⅰ型沉积有机质与蚀变洋壳。3He/4He与4He含量负相关表明放射性成因4He~*的大量积聚,扣除掉4He~*后含镍钴成矿的406.9Ma岩体的3He/4He值达1.8Ra,揭示岩浆来源于岩石圈地幔。大陆地壳和沉积有机质可能来自围岩的沉积有机质热裂解组分,Ⅰ型沉积有机质、蚀变洋壳及大气饱和流体揭示岩浆地幔源区的俯冲洋壳板片携带再循环地壳组分。希望沟镁铁-超镁铁质杂岩体的地壳混染比例(32%)高于夏日哈木矿床,不是制约硫化物饱和熔离镍钴成矿的条件,270.7~264.9Ma岩体低的Ni-Co含量及成矿规模可能与深部岩浆房硫化物的熔离有关。

关键词：岩浆镍钴成矿条件稀有气体同位素碳同位素希望沟镁铁-超镁铁质杂岩体东昆仑造山带

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考虑冻融锋面移动过程的多年冻土水热模拟

冰川冻土 2024年第1期46卷 13-27页

作者：肖敏轩赵林张钰鑫高骏强邹德富胡国杰赵建婷李智斌赵拥华肖瑶刘广岳杜二计刘淼南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站甘肃兰州730000 南京信息工程大学数学与统计学院江苏南京210044

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟... 详细信息

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟深度扩展到20 m,并将原模式的4层土层增加到19层土层,同时引入前人的有机质方案和植被根系方案,然后在此基础上,通过耦合Stefan方法以加强模式对冻融锋面的模拟能力,进而探究耦合Stefan方法的Noah-MP模式对西大滩多年冻土站点水热过程的模拟效果。研究中设置了不耦合Stefan方法的CTL控制试验和耦合Stefan方法的STE对照试验来分别模拟西大滩多年冻土站点2012年0~20 m的土壤温度与土壤液态含水量,模拟结果用站点0~3.2 m内10个深度的日均土壤温度、土壤液态水含量监测数据以及3 m、6 m和10 m的年均地温监测数据来做验证。研究结果表明,由土壤温度模拟值插值得到的冻融锋面(0℃等温线)有明显阶梯状特征,最大冻融深度与实测相比偏大。耦合Stefan方法增强了Noah-MP模式模拟冻融锋面的能力,使得模式能够基于Stefan方法较好地模拟出冻融锋面的变化趋势和最大深度。同时,改进后的模式整体改善了对土壤温度的模拟效果,使得0~3.2 m各土层土壤温度的平均RMSE降至0.89℃,减小44%;平均MBE降至-0.13℃,减小86%;模拟的3~20 m年均地温与实测数据更为接近。改进后的模式对土壤液态含水量的模拟水平也有一定改善,其中,模拟的0~3.2 m各土层的土壤液态含水量的平均RMSE降至0.06 m^(3)·m^(-3),减小33%;平均MBE降至-0.01 m^(3)·m^(-3),减小67%。模式还较好描述了活动层20 cm、40 cm、80 cm、120 cm土壤的融化时间。可以看出,在陆面过程模式中耦合能够较好模拟冻融锋面移动过程的Stefan方法可较大程度提高模式的模拟能力,是陆面过程模式改进的有效途径之一,本研究的结果可为多年冻土区陆面过程模式改进提供参考。

关键词： Stefan方法冻融锋面 Noah-MP 陆面过程模式西大滩