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植被根系水分吸收在水分运移过程中发挥着重要作用,且在土壤-植物-大气界面具有多重影响,尤其是半干旱和干旱生态系统中。具有高生态可塑性的各种荒漠物种的根系水分吸收模式适应了有效水资源,从而产生了物种特异性抗旱机制。因此,测量根系活动和量化每个贡献者大小的定性和定量方法,特别是在(半)干旱地区,尚未得到广泛研究,并且仍然是当前研究工作的挑战。已有许多研究应用水稳定同位素方法研究了植物的吸水模式,但研究对象多集中在树木和灌木上,且许多文献提到干旱地区不可预测的降水事件对最常见的植物吸水模式的显著影响。基于此,在本研究中,来自中国地质科学院水文地质环境地质研究所和自然资源部地下水科学与工程重点实验室的研究团队以戟叶鹅绒藤-一种常见的荒漠共生藤本植物为研究对象,采用基于水稳定同位素的多源线性混合模型识别和量化了其在生长期的水分吸收模式,同时消除了脉冲降水事件对根系吸水显著的短期影响。旨在深入了解戟叶鹅绒藤和其他荒漠藤本物种的吸水模式,从而加深对干旱区生态水文地质循环中水分运移过程的理解,并为可持续发展以及荒漠植被的管理和维护提供科学依据。民勤县数字高程模型和河网,青土湖的相对地理位置 (即研究区,五角星)和采样位置。作者于2019年8月12日收集了降雨。并于2019年8月20日、2019年8月22日和2019年8月24日收集了3个不同地点的戟叶鹅绒藤茎部和不同层土壤(0-10 cm、10-30 cm、30-50 cm和50-70 cm)样品。利用全自动真空冷凝抽提系统(LI-2100,北京理加联合科技有限公司)提取土壤和植物茎中的水分。【结果】当降水事件的影响最小化时,0~10 cm土壤水是戟叶鹅绒藤生长阶段的主要水源,该物种对降雨的相对吸收与10~70 cm土壤水的相对吸收成正比,与0~10 cm土壤水的相对吸收成负比。戟叶鹅绒藤依靠其活性根系横向延伸,从浅层土壤中汲取水分以在极端...
发布时间: 2022 - 08 - 04
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植被根系水分吸收在水分运移过程中发挥着重要作用,且在土壤-植物-大气界面具有多重影响,尤其是半干旱和干旱生态系统中。具有高生态可塑性的各种荒漠物种的根系水分吸收模式适应了有效水资源,从而产生了物种特异性抗旱机制。因此,测量根系活动和量化每个贡献者大小的定性和定量方法,特别是在(半)干旱地区,尚未得到广泛研究,并且仍然是当前研究工作的挑战。已有许多研究应用水稳定同位素方法研究了植物的吸水模式,但研究对象多集中在树木和灌木上,且许多文献提到干旱地区不可预测的降水事件对最常见的植物吸水模式的显著影响。基于此,在本研究中,来自中国地质科学院水文地质环境地质研究所和自然资源部地下水科学与工程重点实验室的研究团队以戟叶鹅绒藤-一种常见的荒漠共生藤本植物为研究对象,采用基于水稳定同位素的多源线性混合模型识别和量化了其在生长期的水分吸收模式,同时消除了脉冲降水事件对根系吸水显著的短期影响。旨在深入了解戟叶鹅绒藤和其他荒漠藤本物种的吸水模式,从而加深对干旱区生态水文地质循环中水分运移过程的理解,并为可持续发展以及荒漠植被的管理和维护提供科学依据。民勤县数字高程模型和河网,青土湖的相对地理位置 (即研究区,五角星)和采样位置。作者于2019年8月12日收集了降雨。并于2019年8月20日、2019年8月22日和2019年8月24日收集了3个不同地点的戟叶鹅绒藤茎部和不同层土壤(0-10 cm、10-3...
发布时间: 2022 - 08 - 04
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植物和微生物生长繁殖均需要氮。尽管这通常导致两者对氮的竞争,但在数百万年的共同进化中,植物和微生物已发展成了互利共生的相互关系。微生物固定和植物吸收之间的时间耦合在氮循环维持中起着关键作用。植物和微生物生物量的不同季节动态很大程度上决定了不同生态系统组分间的氮流动。值得注意的是,冬季微生物氮固定可能直接影响生长季植物氮供应。气候变化极大地改变了全球降雪格局,进而改变土壤温度、土壤水分和冻融频率,这不仅会影响覆雪期氮循环,还会影响冻融期氮流失。最终,在冬季气候变化下,植物和微生物之间氮交换的时间耦合可能会重塑。然而,目前尚不清楚积雪深度的变化是否会影响植物和微生物氮利用之间的时间联系以及如何影响。在过去的40年,北极涛动和大气环流的变化增加了中国东北地区冬季积雪深度。为了探索冬季气候变化下植物和微生物氮循环之间季节内和季节间相互作用如何影响生态系统氮固持,中科院植物所刘玲莉研究团队在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站(IMGERS,43°38′N,116°42′E;1200 m a.s.l.)依托长期降雪控制实验平台,结合15N示踪试验以及N2O高通量监测手段,旨在检验以下假设:1)微生物在冬季有较强的氮获取能力,而植物则在生长季表现出更高的氮竞争能力;2)生长季植物氮吸收与非生长季土壤微生物氮固定量呈正相关,以及3)冻融阶段增雪通过增加气态氮排放和淋溶流失来...
发布时间: 2022 - 08 - 01
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位于青藏高原东北部的青海湖,拥有着丰富的自然景观,既优美壮丽又独具特色。然而,在气候变化和人类过度开垦畜牧等因素的影响下,青海湖的环境逐渐恶化,生态遭到破坏,沙漠化面积也日益扩大。据统计,青海湖周边地区现有沙化土地170.7万亩、占区域土地总面积的11.7%。在植被恢复的过程中,青海湖地区的典型固沙植物沙蒿、沙棘和乌柳等对土壤养分及土壤有机质的提高发挥了较大的作用,其中自然植被沙蒿对土壤养分的改良效果最明显。沙蒿 (学名:Artemisia desertorum)是菊科蒿属多年生半灌木状植物,天然生长在沙漠地区,分布甚广。在我国主要分布在黑龙江、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、四川、西藏等地,多生长于草原、草甸、森林草原、高山草原、荒坡、砾质坡地、干河谷、河岸边、林缘及路旁等。沙蒿枝条匍匐生长,有利于防风阻沙,具有适应性强、耐干早、抗风蚀、喜沙埋、生长快、固沙作用强等特点,为固沙先锋植物。接下来我们来了解一篇关于青藏高原东北部高寒沙地沙蒿根系在沙丘不同地貌部位的吸水策略的论文。沙漠化是青藏高原东北部的主要土地退化问题之一。青海湖位于青藏高原东北部,属于高寒半干旱气候影响下的生态脆弱区和全球气候变化敏感区,青海湖周边土地沙漠化严重。以前针对本区固沙植物的研究主要集中在植物的防风固沙机理与生态功能上,对植物与水分关系的关注较少,尤其是本土物种在不同微地貌导致的不同供水条件下。基于...
发布时间: 2022 - 06 - 20
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水分是植物生长不可或缺的因素,水分有效性的波动直接影响植物的生长、数量和空间分布。在全球气候变化下,区域降水格局已经发生了改变。植物不同水源的贡献率反映了生态系统对气候变化的响应程度。因此,追踪和分析植物水源可以为研究全球气候变化提供参考。祁连山位于青藏高原东北缘,是中国西北地区重要的生态屏障。因此,研究亚高山生境植物水源对于理解祁连山生态和水文过程具有重要意义。已有很多学者利用氢氧稳定同位素(δ2H和δ18O)进行了诸如此类的研究,但关于亚高山生境不同坡向植物水源的研究鲜少报道。基于此,在本研究中,来自西北师范大学和中科院西北生态环境资源研究所的研究团队监测了青藏高原东北缘祁连山东段冷龙岭北坡的上池沟(37°38′10″N,101°51′9″E,3080 m a.s.l.,图1)的降水、土壤水、木质部水、降水和泉水的稳定同位素组成以及相关环境变量(气象和土壤水变量),利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统(北京理加联合科技有限公司)提取土壤和木质部中的水分,并利用ABB LGR T-LWIA-45-EP液态水同位素分析仪测定所有水样的δ2H值和δ18O值。基于这些数据,分析了不同水体稳定同位素的变化,并利用多源线性混合模型(IsoSource)计算不同水源对植物的相对贡献率。本研究目标是:(1)观察相同和不同生境下亚高山灌木的水源以及(2)研究亚高山灌木对水...
发布时间: 2022 - 06 - 02
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全球变暖增加了当地大气对水分的需求,导致许多地区降水减少,两者都会导致干旱。水汽可以在辐射冷却到露点温度以下的表面凝结成露水。露水因其对地表水平衡的重要贡献而被认为是一个重要水源,尤其是在半干旱和干旱地区。干旱地区,年露水量占降雨量的9%-23%。在热带岛屿旱季,露水可以作为一种替代水源。露水对干旱地区或干旱期植物的生存、生长和发育十分重要,例如带来夜间水分以及通过植物气孔或特殊的物理特征(如气生植物)直接被叶片吸收利用。因此,露水可以增加叶片的净光合产物积累,提高植物水分利用效率。露水还参与了大气中的化学过程,例如亚硝酸盐氧化物的昼夜(和夜间)循环。从1961-2010,中国露水频率降低了5.2天/10年,这主要是因为近地表增温和相对湿度(RH)下降。此外,中国干旱区露水频率下降率(50%)高于半湿润和湿润地区(40%和28%)。因此,随着全球气候变化,不同地区露水具有不同的趋势,需了解不同气候区域的露水特征以更好地预测未来露水动态变化。δ2H和δ18O是天然和传统的水文示踪剂,在追踪与不同类型水(例如降雨、降雪、露水、雾、地表水、植物水和冰芯)相关的不同水文气象过程中发挥着重要作用。两种质量分馏过程,平衡分馏和动力学分馏,是水相变过程中同位素差异的根本原因。它们分别由饱和水汽压和不同同位素的扩散速率决定。17O-excess(17O-excess = ln(δ17O + 1)-...
发布时间: 2022 - 05 - 16
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【温室气体】人类活动造成温室气体排放急剧增加,全球地表温度持续上升,显著改变了自然生态系统碳水循环格局。极端气候事件,尤其是极端干旱事件发生的频率和强度不断升高,对土壤含水量、土壤微生物群落结构和功能、土壤异养呼吸(Rh)以及土壤甲烷(CH4)通量具有重要影响。高寒泥炭地拥有巨大的碳储量,对气候变化高度敏感。虽然目前围绕高寒泥炭地碳排放开展了一些研究,但对高寒泥炭地生态系统碳排放对极端干旱响应的微生物机制仍不清楚。基于此,中国林业科学研究院湿地研究所的研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地(33°47′56.62′′ N,102°57′28.44′′ E,3430 m.a.s.l.)为研究对象,依托模拟极端干旱的野外控制实验平台,通过原位观测和室内试验相结合,旨在解决以下问题:(1)不同植物生长期,极端干旱如何影响Rh和CH4通量?(2)极端干旱如何影响土壤微生物群落结构和功能群?以及(3)驱动Rh和CH4通量变化的主要因素是什么?作者于2019年6月18日至9月25日测量了Rh(PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统(北京理加联合科技有限公司))和CH4通量(一个闭路静态室(0.5×0.5×0.5 m)+ABB LGR便携式温室气体分析仪(UGGA,GLA132-GGA))。试验三个生长期结束时,作者测量了样地0-20 ...
发布时间: 2022 - 05 - 09
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CO2和CH4排放增加是全球变暖的主要原因(IPCC,2013),人类活动导致大约44%和60%的CO2和CH4排放到大气中。人类活动如拦河筑坝干扰湿地的结构和功能,引发大量土壤CO2和CH4排放。然而,目前对湿地水库CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影响机制知之甚少。基于此,为了填补研究空白,在本研究中,来自云南大学和中科院武汉植物园的研究团队在三峡消落区原位条件下调查了4个海拔梯度(即不同淹水状态)(175 m,160–175 m,145–160 m和<147 m)饱和和排干状态下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征,以及相关的控制因子。他们作出了如下假设:1)由于淹水下优势植物种的转变,土壤条件(例如土壤基质质量,土壤水分和温度)的变化将会改变CO2排放以及CO2的δ13C值;2)CH4排放模式及其同位素特征对淹水更敏感,反映了土壤厌氧环境的增加;3)不同淹水状态下(例如饱和和排干状态下)将会导致酶表达和微生物属性的改变,进而极大影响CO2和CH4排放。图1 重庆忠县研究区位置(a);三峡消落区采样地卫星图像及沿海拔梯度详细的静态通量室放置图(b)。作者于2017年6-8月测量了土壤/水大气界面CO2和CH4的交换率。利用ABB LGR CO2同位素分析仪分析CO2的浓度及δ13C,并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析仪分析CH4的浓度及δ13C。【结果】高海拔地区CO2...
发布时间: 2022 - 05 - 07
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生态系统呼吸(Re)和甲烷(CH4)通量是两个重要的土壤-大气碳交换过程,已经在局地尺度上得到充分记录。然而,在流域尺度上,对青藏高原多年冻土区这些过程的空间格局和控制因素尚不清楚。基于此,为了填补研究空白,在本研究中,来自四川大学、中国科学院成都山地灾害与环境研究所、山西农业大学、中国科学院西北生态环境资源研究院和西南民族大学青藏高原研究所的研究团队在青藏高原风火山(34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E;4580-5410 m a.s.l.;图1a)测量了两个生长季节(2017年和2018年)不同坡向(北向(阴坡)和南向(阳坡))和不同海拔(低、中和高坡位)的生态系统呼吸(Re)和CH4通量,旨在阐明青藏高原草地流域尺度的Re和CH4通量模式并量化生物和非生物因子调节Re和CH4通量的相对贡献。作者利用LGR UGGA便携式温室气体分析仪+PS-3000便携式土壤呼吸系统(北京理加联合科技有限公司)+SC-11便携式呼吸室(北京理加联合科技有限公司)于2017年和2018年生长季节(6-12月)每30天测量一次Re和CH4通量。同时,还测量了土壤温度、体积含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有机质、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有机碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N浓度。...
发布时间: 2022 - 01 - 18
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【摘要】森林的长期生产力和固碳能力受气候变化影响,已成为全球关注的问题。本研究中,我们提供了一种简单且无损的方法来研究多时间尺度上树木CO2同化率。这种新的方法结合了树干液流和稳定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我们通过分析变异性并进行配对样本t检验,比较了气体交换测量和新方法测得的CO2同化率,以验证其准确性和适用性。气体交换和同位素测量都表明早晨CO2同化率高于下午,峰值在10-11 am左右出现,可能是由于夜间的水储存和早晨的高气孔导度。侧柏日,月,年尺度上CO2同化率的变异性与供水条件有关。与以往的研究相比,我们利用稳定碳同位素分辨率(Δ13C)和树干液流测量估算的年CO2同化率的结果与传统方法结果相一致。侧柏对供水可以有效的响应,这就解释了为什么它可以很好地适应半干旱区环境。估算CO2同化率的新方法是准确的,且适用于北京周边的半干旱地区。【研究区域】位于燕山鹫峰国家森林生态系统研究站(NFERS,40°03′N,116°05′E)。【碳同位素测定】利用碳同位素分析仪(CCIA-36d-EP,LGR)结合廓线系统进行长期野外观测。研究区域的地理位置(a)研究区域2013年-2016年三个土壤深度(30cm,60cm和90cm)的月土壤含水量(SWC);(b)月降水量(P)和平均气温(Ta);(c)月平均饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)。(a)...
发布时间: 2020 - 09 - 11
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【摘要】正确理解地下水循环模式及其可更新能力对地下水资源的评估、合理开发和利用至关重要。在干旱或半干旱地区地下水补给量少且变异性高,因此难以估算。同位素研究和混合模型相结合可以直接估计含水层的可更新性。本文利用环境同位素方法研究了中国西北半干旱地区—银川盆地的潜水循环模式以及更新能力,主要研究了不同水体的同位素特征,潜水同位素年龄,水循环模式以及更新速率。结果表明,银川盆地主要有两个补给源,即局部大气降水(占13%)和黄河(占87%)。银川盆地潜水的平均滞留时间是48年,平均更新速率是3.38%/a。潜水具有较强的更新能力,更新速率与同位素年龄一致。【研究区域】位于中国西北地区的银川平原。图1 银川盆地位置图【样品收集和测量】收集了来自全球大气降水监测数据和国际原子能机构的30组降水数据,并收集了11个黄河水样品,47个潜水样品。利用LGR的液态水同位素分析仪测量所有水体的δ18O,δD和δT以分析其同位素特征。【结果:地下水补给来源的确定】根据1988到2000的降水观测,地区大气降水线(LMWL)为δD = 7.22δ18O + 5.50(图2)。降水δD和δ18O加权平均值分别为-45.59‰和-6.93‰。δ18O变异性范围为-19.97‰~3.86‰,δD变异性范围为-147.70‰~5.10‰。LMWL的斜率为7.22,略低于全球平均值8(δD = 8δ18O...
发布时间: 2020 - 08 - 20
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