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为探究大型光伏电站建设对土壤细菌群落多样性及功能的影响,在青海省共和县塔拉滩某大型光伏电站内,设置光伏板间区、光伏板下区、场外对照区,选取草地和沙地两种地表景观,调查土壤理化性质和植被特征,基于16S扩增技术分析细菌群落组成和多样性,分析环境因子对土壤细菌群落的影响。结果表明:草地和沙地各区优势菌门均为放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteriota);细菌群落α多样性为场外对照区高于光伏电站内板间区和板下区;草地β多样性有显著差异,沙地无明显差异;全氮(TN)、全磷(TP)、铵态氮(NH4+-N)是影响草地细菌群落优势菌门丰度的主要因子,土壤碱性磷酸酶活性是影响沙地细菌群落优势菌门丰度的主要因子;光伏电站土壤细菌生态功能均以碳循环代谢途径为主。大型光伏电站通过改变土壤理化性质从而引起土壤细菌组成和多样性以及生态功能的变化。
风沙灾害的形成是风与沙物质互馈的结果。阿拉善高原是中国沙尘暴核心源区,内蒙古乌拉特后旗作为其东部关键过渡带,风沙灾害频发但灾害成因不明。收集了该地区的沙丘、戈壁、干涸河床等7种不同地表类型样品,通过粒度分析并结合风况数据,探讨沉积物粒度特征的分异规律及其对沙尘释放的影响特征,为科学治理风沙灾害提供依据。结果表明:(1)地表沉积物粒度以细沙(13.94%±4.86%~53.04%±6.76%)和中沙(17.62%±5.22%~43.06%±7.51%)为主,具有形成沙尘暴的物质基础。(2)2014—2023年平均风速为4.18±0.13 m∙s-1,输沙势为353.72±63.24 VU,属于中等风能环境,具有形成沙尘暴的动力条件。(3)河湖冲积物地表是该地区的主要沙尘释放地表类型。戈壁砾石覆盖层被破坏后,细颗粒裸露也会成为次生沙源。结合研究区的地形、风况条件和地表沉积物特征,研究认为干涸河床等富含粉沙和黏土的地区为优先治理区,同时需加强戈壁原始地表的保护。
基于吐哈盆地1994—2023年太阳辐射与其他气象要素观测数据及2000—2023年PM10浓度数据集,采用线性倾向估计和皮尔逊相关分析法,系统研究了多时间尺度太阳辐射变化特征及其影响因素。结果表明:(1)近30 a吐鲁番与哈密站太阳辐射年均值分别为5 449.87 MJ·m-2和6 146.68 MJ·m-2,存在显著空间异质性,两地分别呈现下降(2.91 MJ·m-2·a-1)和上升(4.45 MJ·m-2·a-1)趋势,太阳辐射量极值及出现时间不同,辐射日变化呈单峰型且峰值集中于正午时段。(2)两地气温显著上升(0.09 ℃·a-1和0.05 ℃·a-1),年均总云量相对稳定,PM10浓度持续下降(0.11 μg·m-3·a-1和0.57 μg·m-3·a-1)。(3)太阳辐射季节变化(夏季>春季>秋季>冬季)与塔克拉玛干沙漠等地一致,但日峰值时空分异受太阳高度角年周期变化与地形海拔梯度共同调控。(4)PM10颗粒物通过散射与吸收作用削弱地表太阳辐射,其中吐鲁番站邻近沙尘源以及特殊地理环境影响,PM10浓度持续偏高,是太阳辐射下降的主要因素,哈密站PM10浓度下降快,对其太阳辐射上升贡献显著。
高立式高密度聚乙烯(HDPE)阻沙网具有优良的力学性能与耐久性,在防风固沙工程中表现出显著的阻沙效果,已成为沙漠公路等风沙危害严重区域广泛采用的关键防护措施。基于内蒙古额济纳旗S315公路沙害严重区段实地沙样,开展系统的风洞模拟试验,探究不同高度阻沙网与来流风速组合条件下的风场扰动特征及防风效能。结果表明:阻沙网在迎风侧和背风侧形成明显的三功能分区结构(减速区—加速区—沉降区),其中背风侧的风速削减效应更为显著。随着阻沙网高度的增加,两个减速区面积都在增加,背风侧减速区面积始终大于迎风侧,风速的减弱速率和幅度也明显高于迎风侧。阻沙网在下风向的防护距离可延伸至16H。
厘清流域生态系统服务供需关系及匹配特征是实现差异化生态管控的基础。本文量化2000—2020年汾河流域6种典型生态系统服务供需格局,采用自组织映射神经网络以供需比为基础识别乡镇尺度供需簇,结合簇的空间分布和供需结构特点等提出生态分区管控策略。结果表明:(1)2000—2020年,产水、固碳、土壤保持、水质净化和生境质量的供给格局呈现东西高、中间低的特点,而粮食生产服务供给格局相反。产水、固碳、粮食生产、水质净化和生境质量的高需求区集中在太原城区及中下游人口密集的区域,而土壤保持需求格局则相反。(2)流域内供需空间错配严重,上游的管涔山、中下游的吕梁山和太行山是区内集中的供需盈余区。中下游盆地区水质净化和生境质量服务的赤字区显著增加,山区产水、固碳和粮食生产服务大量高盈余区转为低盈余区。(3)流域内有综合生态系统服务供需强错配簇(B1)、综合生态系统服务供需弱错配簇(B2)、水质净化-生境质量服务错配簇(B3)和综合生态系统服务供需匹配簇(B4)。总体而言,生态系统服务供需错配区趋于集中,且中心城区错配程度最高。簇类之间的转化主要体现在B2向B1和B3,B3向B4的转变,空间上太原主城区周边错配区扩张显著且错配强度增强。
塔克拉玛干沙漠是中国最大的沙漠,也是世界第二大流动沙漠,沙丘类型丰富多样。其中,中东部地区广泛发育典型复合纵向沙垄,且呈现明显空间分异特征,而目前关于复合纵向沙垄形态特征及其形成机制仍缺乏系统深入研究。本研究通过提取研究区内18.6万km2复合纵向沙垄脊线长度、间距、缺陷密度等关键形态参数,系统解析其宏观地貌格局。结果表明:塔克拉玛干沙漠东部复合纵向沙垄呈脊线短、间距宽、高度大、缺陷密度低的格局;中部则对应脊线长、间距窄、高度小、缺陷密度低的特征。中东部复合纵向沙垄地貌格局主要受风况和沙源共同影响,但二者权重因参数而异。脊线长度主要受RDP与至河流距离交互控制(q=0.42),RDP与风向交互作用(q=0.27)对间距影响最大,脊线高度变异由DP与EST交互主导(q=0.60),脊线走向取决于DP与风向协同(q=0.54),脊线缺陷密度依赖于DP与EST耦合(q=0.20)。本研究从宏观格局层面深化了对复合纵向沙垄形态与过程耦合机制的认识,丰富了风沙地貌研究范畴,补充了复合纵向沙垄形成与演化研究内容,为风沙灾害防治和地貌区划提供参考依据。
气候变暖背景下,全球的干旱不断加剧。黄河流域为中国气候变化敏感区和极端气候事件高发频发地区,明确其干旱时空演变特征对于改善区域环境等具有重要的理论和现实意义。本文基于CMIP6模式和遥感反演数据,利用标准化降水蒸散指数(SPEI)、遥感反演的温度植被干旱指数(TVDI),采用Hurst指数、Theil-Sen Median趋势分析法和Mann-Kendall检验,研究黄河流域干旱发生的时空演变特征,并探讨未来气候变化下的干旱面积及趋势。结果表明:2024—2100年黄河流域气温累计升高1.97±0.58 ℃,降水量增加138.99±60.52 mm;黄河流域干旱频率减少,呈暖湿化演变趋势;Hurst指数预测进一步表明,干旱演变具有同向持续性;黄河流域干旱面积占比呈下降趋势,中游地区35.46%的面积呈湿润化趋势,而上游西北部和下游局部地区21.91%的面积呈干旱化趋势。研究成果可为黄河流域气候变化应对和干旱风险管理提供科学支撑。
穹状沙丘在地球上广泛分布,且常与其他沙丘类型共存。以往研究主要关于穹状沙丘形态及其发育环境,缺少关注全国尺度共存区穹状沙丘形态及其发育风况特征。本文以中国主要沙漠范围内9处穹状沙丘与新月形沙丘共存区、13处穹状沙丘与线形沙丘共存区以及2处穹状沙丘与格状沙丘共存区的穹状沙丘为研究对象,基于 Google Earth 卫星影像和ERA5再分析数据对其形态和发育风况进行了对比研究。结果表明:从穹状沙丘规模来看,穹状沙丘与线形沙丘共存区(简单)最小,穹状沙丘与线形沙丘共存区(复杂)最大。从发育风况看,各共存区的年平均风速近似,月平均风速变化趋势一致;起沙风活动均呈现春夏季频率高、秋冬季骤降的规律,大多数全年起沙风风向单一,部分穹状沙丘与新月形沙丘共存区存在着风向的季节变化,穹状沙丘与格状沙丘共存区和部分穹状沙丘与线形沙丘共存区全年受双风向的影响。从输沙势来看,穹状沙丘与新月形沙丘共存区表现为低风能、风向变率范围大,对应双峰、宽单峰风况;穹状沙丘与线形沙丘共存区表现为低风能、中等变率,主要对应双峰风况;穹状沙丘与格状沙丘共存区表现为低风能、中等变率,对应钝双峰风况。局地风况的差别是不同区域穹状沙丘形态差异的主要原因。
黄河源区玛多盆地位于青藏高原东北部,处于西风带与亚洲季风交汇处,区域内广泛分布沙漠化土地,局部地区风沙活动强烈,风沙灾害频发,但目前该区域的风况特征尚不清楚。本文基于2013—2017年鄂陵湖区域逐小时风速风向数据,对黄河源区玛多盆地起沙风况与输沙势进行了分析。结果表明:(1)玛多盆地年平均风速为4.48 m·s⁻¹,春季最高,为4.71 m·s⁻¹,冬季次之,为4.57 m·s⁻¹,夏季最低,2月风速最大,9月最小。(2)起沙风年平均风速为8.22 m·s⁻¹,频率为23.5%,以西风为主导风向,冬春两季起沙风合计占比达58.5%。(3)研究区年输沙势为394 VU,其中3年输沙势超过400 VU,在中等与高等风能环境之间波动。合成输沙势为244 VU,合成输沙方向92°,方向变率指数0.62,属中变率。(4)输沙势冬季最大(157 VU),春季次之(126 VU),分别占全年的39.8%、31.9%; 输沙势2月最高(75.36 VU),1月与3月次之(均超过50 VU),9月最低,6月合成输沙方向反向。研究区输沙活动主要受西风环流影响,春、秋、冬季输沙方向以东向为主,夏季西风带北移,导致输沙方向变为西向。总体而言,玛多盆地的风能环境具有季节差异性和相对稳定性,冬春强,夏秋弱。风能环境在季节与月份上的差异,不仅反映了青藏高原风沙活动对大气环流的响应,而且对理解区域风沙地表过程提供了重要的科学依据。
降水是驱动土壤水热运移的重要因素,研究极端降水事件下土壤水热运移对干旱区生态系统的可持续发展具有重要意义。本研究选择武威九墩水文试验场作为研究样地,基于蒸渗仪长期观测数据和水文站点气象监测数据,采用Hydrus-1D水热耦合模型模拟分析,揭示干旱区极端降水对土壤水热运移的驱动机制及其对昼夜蒸发的影响。研究结果表明:浅层(0~20 cm)土壤对突发型极端降水的响应剧烈,持续型极端降水对深层(>40 cm)土壤的影响较大;蒸发过程受土壤水势零通量面迁移调控,白天近地表水汽辐合抑制液态水上升,夜间水汽发散促进水汽扩散;40 cm深度以下,当温度梯度<0.075 ℃·cm⁻¹且温度波动<2 ℃时,热缓冲效应显著削弱蒸发驱动力,形成水分滞后补给边界。研究结果可为干旱区极端气候条件下水资源管理提供科学依据。
利用3个观测站点2024—2025年近地大气边界层梯度探测资料,分析巴丹吉林沙漠腹地和东南缘四季典型晴天条件下近地层风温湿廓线特征。结果表明:(1)不同下垫面近地层风速白天高,夜间低,夜间大气层结稳定,风切变增大。沙山站风速廓线幂函数拟合相关性最高,湖边站与雅布赖山站则更符合指数函数关系。(2)近地层温度为湖边站>沙山站>雅布赖山站,温度廓线昼夜差异显著,夜间近地层大气呈现近似等温或逆温分布,且冬季逆温最强,湖边站和雅布赖山站逆温层高度大于沙山站。(3)近地层比湿为湖边站最大,沙山站最小,且夏季>秋季>春季>冬季。沙山站四季4 m以上出现逆湿,湖边站春、冬季夜间2 m以上及夏、秋季8 m以上出现逆湿,雅布赖山站逆湿常出现在4~8 m高度层,冬季全天均观测到逆湿。研究结果可为巴丹吉林沙漠世界遗产地的科学保护及区域数值模式的边界层参数化提供基础资料,加深对高大沙山形成机制的理解。
全球气候变暖给荒漠生态系统带来巨大影响,也给荒漠固沙稳定性维持及可持续性管理带来新的挑战。本研究利用开顶箱(Open-top chamber, OTC)模拟增温装置研究增温对典型荒漠固沙植物泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa,C3植物)和梭梭(Haloxylon ammodendron,C4植物)光合生理及化学计量元素含量的影响。结果表明:(1)不同植物光合指标对增温的响应明显不同,不同增温幅度(ΔT)下,泡泡刺净光合作用速率(Pn)和水分利用效率(WUE)均显著低于梭梭;泡泡刺Pn和ΔT间为显著的线性关系,而梭梭Pn与ΔT呈二次曲线关系;泡泡刺WUE随着ΔT的增加而增加,而梭梭先降低后增大。(2)增温也对两种植物叶片C、N和P含量有显著影响,两种植物叶片C、N和P含量均随ΔT的增加而增大,但泡泡刺C、N和P含量高于梭梭。(3)ΔT和泡泡刺光合指标呈显著正相关,而和叶片C、N、P含量呈负相关关系;ΔT和梭梭Pn显著正相关,但和WUE显著负相关,且和叶片C、P含量也呈正相关关系。这说明两种荒漠植物对高温都有很强的适应能力,C3植物泡泡刺通过增加叶片C、N和P的累积来应对高温胁迫,呈现出“高储存-高防御”的适应策略;而C4植物梭梭通过增加C、N和P的消耗来加速生长,呈现出“快速生长-高效利用”的适应策略。总之,C3植物和C4植物光合指标和叶片化学计量元素含量对增温的响应截然不同。以上结果对于深入理解气候变化对荒漠植物生长发育的调控具有重要意义,同时也为干旱区人工固沙植被的稳定性维持及科学性管理提供了科学支撑。
提升黄河流域城市绿色创新水平是贯彻落实高质量发展战略的重要举措。为探究提高黄河流域城市绿色发展能力的新动能,以2000—2023年黄河流域61个地级市面板数据为样本,系统探讨了数字经济对黄河流域城市绿色创新的赋能效应。结果表明:数字经济对黄河流域城市绿色创新产生显著正向影响,该结论在经过系列内生性和稳健性检验后依旧成立。数字经济分别通过提高地区金融发展水平和人力资本水平进而促进城市绿色创新。数字经济对黄河流域城市绿色创新存在非线性影响,具体地,当产业结构升级由低到高超过门槛值时,数字经济对黄河流域城市绿色创新的作用由负转正。此外,数字经济对黄河流域城市绿色创新的促进作用在黄河中下游地区、非资源型城市和省会(首府)城市更加显著。研究结论揭示了数字经济对黄河流域城市绿色创新的赋能效应,为推动黄河流域绿色化转型与高质量发展提供有益参考。
厘清数字经济发展与生态环境的协同演化规律对推动黄河流域绿色转型与可持续发展具有重要理论与实践意义。本文以黄河流域81个地市为研究单元,综合运用熵权法、改进的耦合协调度模型、面板VAR模型等方法,系统揭示二者协同演化的时空格局及交互响应机制。结果表明:(1)2011—2021年黄河流域数字经济发展水平稳步提升,生态环境发展水平整体呈现增长-下降-增长的变化趋势,二者空间分异特征均表现为上游<中游<下游。(2)数字经济发展与生态环境的协同水平表现为先降后升的“U型”变化趋势,且空间正自相关性持续增强。(3)高值集聚区域(HH)集中分布在中原城市群核心区和山东半岛,空间范围逐步扩大;低值集聚区域(LL)集中在青甘等上游地区,空间范围变化较小,具有低值锁定效应;低值异质(LH)和高值异质(HL)都呈现零星分布状态。(4)两系统均呈现路径依赖的发展趋势,且随时间逐步减弱;二者具有相互的正向促进作用,其中数字经济对生态环境的推动效应更显著。最后从实施差异化空间治理、增强高值区辐射能力、破解低值锁定效应等方面提出相应的政策建议。
在中国落实“双碳”目标与能源转型的背景下,大规模开发利用戈壁资源、建设光伏新能源基地是构建新型电力系统以及保障国家能源、生态与粮食安全的战略举措。本文系统梳理中国戈壁资源与光伏开发现状,分析戈壁本底基础科学数据、光伏开发政策体系及生态协同等方面存在的问题,从能源、农业、生态、产业融合角度,提出能源开发、特色农业与融合发展的协同发展路径,并从土地管控、科技支撑、生态补偿、跨区域协同等方面构建政策保障体系,以推动戈壁光伏基地从单一能源工程向生态能源经济协同的系统模式转型。
为探究数字经济对黄河流域农业生态产品价值实现效率的影响,进而提升黄河流域的农业生态产品价值实现效率,本文基于黄河流域九省(区)2011—2024年的面板数据,应用熵权法测算数字经济发展水平,运用Suer-SBM模型测算农业生态产品价值实现效率,构建双向固定效应模型、中介效应模型及空间杜宾模型进行实证检验。结果表明:(1)黄河流域数字经济发展水平和农业生态产品价值实现效率在研究期内均呈波动上升趋势,但不同省份间的发展差距在扩大。(2)数字经济能显著促进黄河流域农业生态产品价值实现效率提升,尤其在黄河流域下游地区的影响效果更为明显。(3)数字经济通过技术创新和产业结构升级提升黄河流域农业生态产品价值实现效率。(4)数字经济影响黄河流域农业生态产品价值实现效率过程中存在正向空间溢出效应,能推动邻近省份农业生态产品价值实现效率上升。
为研究黄土高原生态质量的长期演变并揭示其驱动机制,本文以2000—2025年为研究期,基于遥感生态指数(RSEI)构建生态质量时空序列,开展等级结构与转移特征分析,并结合Sen趋势估计与Mann-Kendall检验识别变化方向及显著性;在驱动机制方面,选取2000、2010、2020年为代表年份,整合气候、地形、土地利用及人类活动等因子,构建XGBoost模型并引入SHAP实现贡献分解与非线性响应识别。结果表明:(1)黄土高原多年RSEI均值为0.449,生态质量空间格局呈东南高、西北低的梯度分异,等级结构以一般与较差为主体,高等级区域呈带状或斑块状集聚;(2)2000—2025年生态质量整体改善,RSEI年均值由0.395升至0.474,低等级面积占比由53.86%降至35.40%,等级结构向中高等级方向调整;(3)5 a尺度等级转移以稳定保持为主,稳定比例为65.99%~80.32%,转移以相邻等级间的渐进转换为主要形式,不同阶段改善与退化强度存在差异;(4)驱动因素中水分相关因子稳定主导,年降水量与水分亏缺贡献居前,关键因子存在阈值与分段响应特征,表现为坡度约在10°附近由弱负贡献转为正贡献、年降水量约在400 mm附近由抑制转为促进、水分亏缺约在50 mm附近由正向或近零贡献跃迁为稳定负贡献。研究结果可为黄土高原生态质量的长期监测评估、分区治理与生态工程优化提供定量依据与机制参考。
为揭示半干旱区沙地人工沙质稻田连续耕作后土壤变化,以地处科尔沁沙地南部边缘的库伦旗北部地区为研究区域,对不同种植年限(1、5、10、15、20、27 a)的人工沙质稻田及其邻近的沙丘土(对照CK)理化性质及4种土壤酶活性指标进行测定及分析。结果表明:(1)稻田耕作年限增加显著降低土壤表层pH和容重,增加电导率;中粗砂含量显著降低,极细砂及黏粉粒含量显著增加。土壤有机质含量显著增加,最大增幅为199.5%;土壤全氮含量显著增加,最大增幅为161.1%;(2)随稻作年限的增加,土壤脲酶、土壤过氧化氢酶和土壤磷酸酶的活性显著提高,土壤蔗糖酶先升高再降低。这表明人工沙质稻田技术显著影响土壤理化性质及土壤酶活性,合理的人工干扰是半干旱沙地土壤改良、生态治理的有效措施。
中国以及世界其他沙漠新月形沙丘与线形沙丘的共生现象较普遍,以往的研究集中在新月形沙丘与线形沙丘共生区域(共生区)或单一新月形沙丘分布区(典型区),但缺乏对这两类区域的系统对比研究,难以全面揭示不同环境下新月形沙丘的演变规律。本研究以中国12个共生区与7个典型区内的新月形沙丘为研究对象,基于Google Earth高清影像和ERA5再分析数据分析沙丘的形态和发育风况。结果表明:(1)两类区域内沙丘形态存在明显差异。共生区内新月形沙丘尺度更小且形态更胖,胖型沙丘占比超过50%,苗条型最少;典型区沙丘正常型居多,其他形态占比差异不大。(2)两类区域内风况特征存在明显差异。共生区与典型区均处于低风能环境,但共生区输沙势、平均风速更大、起沙风风向更复杂、风向变率范围更广,对应风况类型主要为钝双峰和宽单峰。(3)共生区与典型区内沙丘形态差异受风向变率和下垫面盐分胶结作用影响较大。此外,沙源分配可能也是造成共生区沙丘尺寸较小的因素之一。针对共生区与典型区沙丘形态与风况特征的对比研究,进一步弄清不同区域内新月形沙丘形态与发育环境之间的关系,为今后风沙地貌的数值模拟提供帮助。
平茬作为灌木林更新复壮的重要举措,可以有效抑制灌木林衰老化,也是退化灌木林生态修复与质量提升的有效途径。本研究以翁牛特旗人工建植3年的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)灌木林草地为研究对象,通过分析平茬与未平茬处理下柠条锦鸡儿林草地植物群落结构、土壤养分及微生物群落变化,并结合土壤多功能性,探讨平茬措施对沙地土壤多功能性的影响。结果表明:(1)平茬措施显著增加了植物群落的地上生物量。(2)平茬后,深层土壤速效钾含量显著增加,浅层土壤有机碳含量显著增加,而浅层土壤pH显著下降。(3)平茬前后土壤细菌和真菌群落的多样性指数无显著差异。(4)平茬措施显著增加了土壤多功能性。综上,平茬措施可以有效促进沙地植物生长以及在土壤改良方面表现出一定的作用,可作为沙地生态系统管理的有效手段。
生物土壤结皮(BSCs)是干旱区土壤表层的关键生态组成部分,具有防风固沙和水土保持功能,且对土壤氮循环和温室气体排放具有重要影响。氧化亚氮(N2O)排放是干旱区氮循环中关键过程,但BSCs在调控N2O排放中的作用机制尚不明确。本研究以腾格里沙漠地区典型的沙土与BSCs为研究对象,采用温度-水分双因子控制实验,并结合乙炔抑制法,分析不同水热情景下两类土壤N2O排放特征及其产生途径。结果表明:(1)温度和水分显著影响N2O排放,并且两者之间存在明显的交互作用。(2)在相同处理下,BSCs的N2O排放通量和累积排放量均高于沙土。(3)反硝化过程是干旱区土壤N2O的主要来源,在BSCs中,硝化过程的贡献显著增加,硝化-反硝化协同驱动的排放机制显现。(4)PLS-SEM模型模拟表明,温度和水分通过调控底物可得性与微生物生物量间接影响N2O排放。本研究揭示BSCs通过改变土壤微生境、增强硝化-反硝化过程的耦合,进而促进N2O排放的机制,为深入理解干旱区氮循环过程、区域温室气体减排与氮管理策略制定提供依据。
针对鸣沙山月牙泉景区南北沙山相向移动威胁月牙泉存续的问题,景区服务中心于2012年实施风道疏通工程,但截至目前尚未评估工程对区域风动力环境的影响。鉴于此,本文基于景区内布设全自动气象观测仪所获取的2009—2025年气象数据,统计平均风速及频次并计算输沙势,探讨景区风动力环境对风道疏通工程的响应。结果表明:(1)观测点年平均风速呈波动上升趋势,年平均起沙风速为下降趋势;(2)风向热力图表明近地表风速在空间上受疏通工程影响明显,风道疏通后对应风向年平均起沙风速增幅约为10%;(3)区域0~5 m·s-1风速区间占全年风速记录比例在90%以上,随着风速等级升高,对应比例下降;(4)风道疏通工程影响着对应方向输沙势,2013—2017年工程实施期间,对应风向输沙势增大。综上可知风道疏通工程对景区风动力环境恢复有着积极作用。
系统解析新疆农业面源污染空间分异规律与驱动机制,可为治理新疆农业面源污染和提升生态环境质量提供参考。采用排污系数法与等标污染负荷强度来核算新疆26个地区种植业、畜禽养殖、水产养殖及生活污水的总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮和化学需氧量(COD)排放量及强度,运用ArcGIS空间聚类分析法划分污染负荷强度分区及污染控制分区,结合植被覆盖度与降水因子,通过熵权法量化污染敏感性,最后借助地理探测器工具,对上述分区的驱动机制进行验证与深化。结果表明:(1)TN、TP、COD排放峰值集中于伊犁,氨氮峰值出现在喀什,克拉玛依为各类污染物最低值区;畜禽养殖是全域污染负荷最主要的来源,其后依次为种植业、生活污水和水产养殖。(2)聚类分析显示,乌鲁木齐、白杨、克州为中度负荷区,兵团其他师市为高度负荷区,自治区其他地区为低度负荷区;乌鲁木齐为生活污水和水产养殖复合高敏感区,克州为畜禽养殖主导高敏感区,兵团区域种植业敏感度全域最高。(3)在单因子驱动力分析中,产业模式对新疆农业面源污染的驱动最强,环境敏感性最弱,但产业模式-行政区划-环境敏感性中各因子耦合对新疆面源污染空间分异存在协同增强效应。
鉴于目前的风沙颗粒识别算法存在准确率低或时间成本高的问题,提出了一个集成的风沙颗粒识别算法,该算法包括高斯混合模型分割、支持向量机分类与沙粒特征统计模型再确认等环节。风沙图像识别结果表明和已有算法相比较,新算法具有中等召回率(60%~90%)、最高的准确率(80%~95%)和较低的时间成本,为中低浓度的风沙图像识别和追踪提供了新的思路和方法。
次季节至季节(Subseasonal-to-Seasonal, S2S)预测介于短期天气预报与长期气候预测之间,其预报技巧在很大程度上取决于气候系统模式的初始化质量。与短期天气预报信号主要来源于初值、季节至年际预测受初值和外强迫的共同影响不同,S2S预测的可预报性来源于对流层大气快变过程与海洋、陆面、平流层等慢变过程的相互作用。如何在初始化中兼顾不同时间尺度过程、增强系统内部一致性,是提高S2S预测能力的关键。本文综述了S2S预测初始化方法的研究进展,依据耦合程度归纳为非耦合、弱耦合和强耦合初始化三类。基于对国内外主要业务中心18个预测系统的分析,当前弱耦合同化在物理一致性、数值稳定性和预报精度等方面均取得了较好的效果,已成为当前业务初始化系统的主流方向。进一步从MJO、ENSO、平流层—对流层耦合、陆面记忆和海冰等可预报性来源出发,讨论了不同同化策略的作用及其对极端事件次季节预测的影响,并对强耦合同化面临的方法学挑战及未来发展方向进行了展望。
在水文地质研究中,为便捷估算蒸散发量,常采用基于日尺度地下水位波动特征的White法,该方法以植物耗水引发的水位变化为前提。然而,White法依赖的“四大假设条件”在实际应用中存在明显局限性。为评估该方法的合理性,本研究通过分析不同场址的地下水位动态数据,辨析水位波动的内在驱动机制。结果表明:无论裸地还是植被覆盖条件下,地下水位均呈现日尺度周期性波动,说明将水位变化单纯归因于植被耗水缺乏充分依据。进一步分析显示,地下水位波动的周期与固体潮周期一致,指示着地下水位波动受地月引力的驱动。因此,采用White法基于地下水位波动估算蒸散发量存在显著不确定性。本研究从固体潮角度出发,对White法的适用性提出质疑,旨在为相关领域学者提供批判性参考,推动该方法的进一步完善。
对一种以沙柳(Salix psammophila)枝条为原料的集束平铺式沙柳沙障防风固沙效益进行了风洞模拟。结果表明:(1)在每道沙障后形成效果明显的降速区,第一道沙障上方形成明显的喷流区,1 m×1 m沙障、1 m×1.5 m沙障的防风效果较好。(2)沙柳沙障在不同风速下的沙面多呈现出侵蚀状态,风速越大,沙柳沙障下的沙面侵蚀变化越大;在沙柳沙障所构成的网格状中,第一格的侵蚀最为严重,随后侵蚀程度逐渐减弱。(3)风洞无沙障风沙流结构呈现指数下降曲线;风洞沙障风沙流结构则呈现动态分布,这主要是因为沙障形成阻挡,使得风洞沙障风沙流结构不同于无沙障风沙流结构。(4)1 m×1 m、1 m×1.5 m、1 m×2 m沙障在8、12、16、20 ms-1风速下,集沙量分别减少100%、79%、72%、51%,100%、94%、89%、74%,100%、78%、76%、78%,表明沙柳沙障具有较好的固沙性能,其中1 m×1.5 m沙障的固沙效果最好。
植物入侵是21世纪人类社会亟待解决的关键生态难题。系统掌握外来入侵植物的种类组成及分布特征对于维持生态系统稳定性和促进区域可持续发展具有重要意义。尽管已有研究对中国北方科尔沁沙地部分入侵植物进行了初步探讨,但从整体层面来看,针对该区外来入侵植物的种类组成与空间分布格局尚缺乏系统性调查与全面评估,相关研究仍存在明显不足。因此,本研究于2024年7—8月,通过野外实地调查与文献资料整理,系统梳理了科尔沁沙地入侵植物的物种组成、原产地、生活型、区系特征及分布格局等。结果表明:科尔沁沙地共有入侵植物51种,隶属于16科38属。其中,菊科植物种类最多,柳叶菜科、葡萄科等植物种类最少;从生活型来看,以一年生草本为主;原产地以美洲为主;区系分析显示,在科和属的水平上,科尔沁沙地外来入侵植物都有着热带区系性质。分布格局分析显示,科尔沁沙地外来入侵植物数量在不同旗县之间存在差异,其中赤峰市各旗县入侵植物种类最为丰富,吉林省长岭县入侵植物种类最少。本研究系统梳理了科尔沁沙地外来入侵植物现状,为中国北方半干旱农牧交错带外来物种防控、区域生态安全屏障构建及生物多样性保护提供多维度的科学依据与决策支撑。
植物固沙是干旱、半干旱地区防治风沙灾害的重要措施,梭梭(Haloxylon ammodendron)作为干旱区典型的抗旱、耐盐碱、抗风蚀的荒漠植物,防风固沙效果显著,在黑河中游荒漠-绿洲过渡带被广泛栽植。本文通过Fluent计算平台对梭梭植物附近的风沙流场进行三维数值模拟,分析梭梭周围风速特征和积沙特征,并利用野外试验数据进行验证。结果表明:(1)不同风速条件下,梭梭周围风沙流场均可形成4个分区,但各区流场结构尺度和扰动强度均存在显著差异。入口风速为6 m·s-1时,梭梭背风面存在3个涡流区,静风区范围可延伸至3H(H为株高),气流动能恢复较慢;而在12 m·s-1时,背风面仅有较弱的2个涡流区,静风区范围缩减至1.2H,动能恢复更快。(2)梭梭防风效果与其冠幅呈正相关关系,冠幅越宽,防风效果越好。梭梭不同位置处的防风效率总体表现为背风面>迎风面>侧风面,背风面风速降低50%~90%;迎风面风速降低30%~60%;而侧面风速降幅仅为10%~30%。(3)不同风速条件下,梭梭的阻沙能力显著不同。当入口风速为6m·s-1时,沙粒沉积在-0.75H~1H;而当风速增至12 m·s-1时,沙粒沉积在0~1H。(4)增加植株排数与优化行间距可提升梭梭植物的阻沙能力,其中梭梭行间距为5 m时整体阻沙效果最优。该研究结果可为黑河中游荒漠-绿洲过渡带土壤风蚀防治提供参考。
研究艾比湖流域的梭梭(Haloxylon ammodendron)、柽柳(Tamarix chinensis)、白刺(Nitraria tangutorum)与盐节木(Halocnemum strobilaceum)典型灌丛的环境效应,对认识干旱区灌丛沙堆的形成机制、优化防风固沙植物配置具有较强的理论价值与实际意义。本文系统测定4种典型灌丛及灌丛沙堆形态参数,分析灌丛沙堆表层沉积物粒度与分形特征,识别环境敏感组分,比较4种灌丛固沙能力。结果表明:(1)4种灌丛在株高、冠幅等形态特征上存在显著差异。柽柳株高可达2.4 m、冠幅可达83.32 m2,形成的沙堆体积约167.73 m3,显著高于梭梭、白刺、盐节木。(2)不同灌丛下沉积物的粒级组成、粒度参数、分形维数及环境敏感组分含量呈现明显差异。提取2.82~39 μm和39~709 μm两个环境敏感组分,柽柳对细组分(2.82~39 μm)的拦截能力最强(含量>20%,D>2.5);梭梭对粗组分(39~709 μm)的富集能力最强(含量>90%,D<2.1);白刺和盐节木的特征介于二者之间。(3)灌丛形态与灌丛沙堆形态存在一定正相关关系,灌丛与灌丛沙堆协同发育。4种灌丛单位冠幅面积拦截沙物质量从大到小依次为柽柳(22.52 m3)、白刺(1.51 m3)、盐节木(0.92 m3)、梭梭(0.53 m3),柽柳灌丛固沙能力最强。
雅鲁藏布江中下游河谷地带广泛发育沙尘沉积地貌,其分布与形成机制具有显著的区域特征。为探究其河谷区不同空间格局的风蚀下垫面沙尘潜在释放能力,选取西藏米林区段的河谷地带,采集林地、草地、耕地、河滩地、固定沙地、流动沙地6种下垫面土壤,通过土壤粒度分析(Particle Size Distribution,PSD)、抗风蚀能力指数(Anti-Erosion Rating Index,AERI)等方法,为该地沙尘环境变化研究和生态恢复管理提供数据支撑。主要结果:(1)河谷区土壤基质的黏粒含量极低(<1%),细砂粒占比最大(39.9%),主要由砂质壤土、壤质砂土和砂土组成,且土壤粒径随土层加深呈现粗化趋势。(2)单重分形维数表现为林地(2.315)>耕地(2.289)>河滩地(2.261)>草地(2.171)>固定沙地(2.165)>流动沙地(2.084),远低于同类型平均数值水平;单重分形维数与土壤有机碳含量极其显著正相关(P<0.001),与全磷、速效磷、全氮含量极显著正相关(P<0.01),体现了细颗粒(黏粒、粉粒)通过物理化学作用形成的养分富集效应。(3)土壤AERI存在显著空间差异(P<0.05),林地(1.086)>耕地(1.012)>草地(0.955)>固定沙地(0.856)>河滩地(0.711)>流动沙地(0.675),植被和农业改善了土壤性状,而砂质裸露地表(砂粒含量>85%)抗蚀能力最弱。综上,利用分形理论可表征不同类型的下垫面土壤质量水平与演变规律,有助于为雅江中下游流域河谷地带的沙尘释放研究和土壤质地改善提供数据支撑。
本文以马克思主义政治经济学为理论框架,结合新发展理念,构建了涵盖创新、协调、绿色、开放和共享五大维度的新质生产力综合评价指标体系,并基于2011、2017、2023年黄河流域65个地级市(州)的面板数据,采用熵值法、空间自相关分析和地理探测器等方法,研究了新质生产力的时空演变特征及驱动因素。结果表明:(1)黄河流域新质生产力水平呈现下游>中游>上游的空间分异格局,且随时间推移整体水平显著提升,高值区逐步由东部向西部扩展。(2)分维度分析表明,下游地区在创新、开放和共享维度优势突出,而上游地区在协调维度表现较好。(3)地理探测器结果显示,绿色专利获取数量对新质生产力的影响最为显著(解释率达56%),其次为获取专利数和区域创新指数;交互作用分析发现,绿色专利获取数量与数字普惠金融指数、能源消费总量等因子的协同效应能进一步提升解释率(最高达72.3%)。基于此,本文提出以绿色技术创新为核心、普惠金融为支撑、特色产业培育为路径的政策建议,以推动黄河流域新质生产力的高质量发展,实现生态保护与区域协同发展的双重目标。
在全球气候变化和人类活动日益加剧的背景下,生态系统服务功能评价成为当前地球科学研究的主要方向,特别是随着InVEST模型与ArcGIS结合的不断完善,针对水源涵养、土壤保持、防风固沙和固碳的生态系统服务功能评价成为区域可持续发展规划的依据。本文采用InVEST模型与ArcGIS的空间分析模块相结合,分析了内蒙古鄂尔多斯西柳沟流域地貌分异对独立和综合生态系统服务功能的影响,解释了近30年来生态系统服务功能变化特点。结果表明:西柳沟地貌类型空间分异对生态系统服务功能有明显影响。1990 —2020年,水源涵养量增加了4.62 mm,其中沙漠区增加幅度最大,为2.55倍;土壤保持量减少了22.62 t·hm-2·a-1,其中黄土区减少最多,为30.44 t·hm-2·a-1;防风固沙量增加了1.30 t·hm-2·a-1,其中沙漠区增加最大,为1.7 t·hm-2·a-1;固碳量增加了0.08 t·hm-2·a-1,其中黄土区增加最大,为0.22 t·hm-2·a-1。分级格局综合评价揭示了在不同时间尺度上,较高级别是分布面积最大的类型。空间格局特征以1990年的较低级别在沙漠区集中连片分布和2020年的较高级别在黄土区和平原区呈连片分布为特点,研究区地貌分异导致的变化以黄土区和沙漠区最为显著。总体上高和较高级别面积分别增加了138.1、213.6 t·hm-2·a-1,低、较低和中等级别面积分别减少了7.5、235.0、109.1 t·hm-2·a-1。西柳沟生态系统服务功能变化与近30年来的黄土区水土保持工程实施、草原科学禁牧和库布齐沙漠化治理与开发利用并举等生态工程建设密切相关。
探究外源肉桂酸对尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)增殖生长、侵染能力及关键致病因子的调控效应,以期为解析肉桂酸介导的尖孢镰刀菌引起的兰州百合枯萎病病原性连作障碍的防控提供理论依据。采用离体培养方法,设置0、0.24、2.40、24.00 mg·L-1肉桂酸浓度梯度,分析尖孢镰刀菌增殖侵染的生长生理指标及FochsV、FUBT等关键致病基因在转录水平上的表达量。肉桂酸对尖孢镰刀菌表现出“低促高抑”的化感效应:0.24 mg·L-1肉桂酸显著促进了菌落生长、增加了产孢量,同时显著提升4种细胞壁降解酶(几丁质酶、纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶)活性;FochsV基因的表达量随着处理时间的推移呈现低浓度促进、高浓度抑制的趋势,而FUBT基因的表达在第7天时出现差异,表现为高浓度促进、低浓度抑制,菌体抗氧化还原酶活性整体呈现低浓度促进、高浓度抑制的特征;24.00 mg·L-1肉桂酸则显著抑制菌株生长、酶活性及关键致病基因表达。根据兰州百合长期连作土壤中(0~9年)肉桂酸含量的积累特点,推断肉桂酸的积累是加重该蔬菜作物枯萎病发生的关键土壤化学调控因子。
本研究旨在评估雅鲁藏布江(以下简称雅江)沿岸沙丘分布与沙尘传输对流域内重要经济区的影响,为区域沙尘污染精准防控提供科学依据。研究聚焦于雅江中游典型沙丘区,综合运用地面颗粒物监测、HYSPLIT与Meteoinfo轨迹模拟及PSCF沙尘污染物扩散分析,系统揭示了沙尘传输的时空特征与环境影响范围。结果表明:(1)雅江河谷区核心风蚀带总面积为416.35 km2,其中流动沙地面积为11 km2,半固定沙地面积为32.42 km2,固定沙地面积为39.67 km2。(2)每日颗粒物浓度呈双峰分布,主峰(17:00—22:00)与次峰(09:00—10:00)为沙尘活跃时段,凌晨和午间空气质量较好;PM10日极差达8.23 μg·m-3,易受局地风扰;PM2.5与PM1日极差分别为6.55 μg·m-3和1.56 μg·m-3,反映不同粒径尺度对气候相应敏感度有所差别;(3)典型风沙季节沙尘事件轨迹聚类表明,西北方向(频率38.36%)与西北北方向(频率20.55%)为关键输送路径,其中西北北路径气团占比48.21%且PM10浓度最高(10.36 μg·m-3);(4)PSCF模型识别出13个沙尘高风险村落,包括朗村、阿沛村、米林镇等,其中帕朗莎村与达帕莎村位于西北路径核心影响区。雅江中游沙尘传输具有明显的方向性与时段集中性,沿岸特定村落为沙尘释放与传输的关键节点,需实施重点防控。