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地球科学进展 2025年第2期40卷 193-206页

作者：杨小雪吴川东刘鹄赵文智何志斌中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站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

风能与光能在减少温室气体排放、促进能源转型等方面具有无可比拟的优势。但是，陆上风光电站建设占用大量土地资源并改变土地利用类型，且发电设施运行也会改变局地微气候环境与场地生态水文过程，从而深刻影响陆地碳循环过程。因此，... 详细信息

风能与光能在减少温室气体排放、促进能源转型等方面具有无可比拟的优势。但是，陆上风光电站建设占用大量土地资源并改变土地利用类型，且发电设施运行也会改变局地微气候环境与场地生态水文过程，从而深刻影响陆地碳循环过程。因此，明确风光电站对场地碳循环过程的潜在影响对新能源产业可持续发展具有重要意义。通过系统梳理近20年来关于陆上风光电站碳循环特征、影响机制、碳库动态与稳定性等方面的研究成果，发现干旱荒漠环境中的风光电站能够改善场地微气候、促进植被恢复并提高固碳潜力，但其碳库的时空动态存在较大的不确定性。未来需要针对不同生态系统风光电站开展碳循环过程的多尺度长期监测，加强电站内地上—地下碳过程的协同机制研究，揭示陆上风光电站固碳潜力及其时空特征，为国家未来风光能源可持续发展提供科学参考。

关键词：光伏发电风力发电碳循环过程微气候固碳潜力

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干旱区包气带土壤水分运移能量关系及驱动力研究评述

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生态学报 2019年第18期39卷 6586-6597页

作者：周宏中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院大学

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水土壤植物大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机... 详细信息

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水土壤植物大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机理具有极其重要的现实意义。文章总结了土壤水分运移理论研究进展,探讨了水分参与水文循环过程及干旱环境下土壤水分可能表现形态及其降雨入渗、再分布、渗漏、蒸发、毛管水上升等过程驱动机制,评述了包气带土壤水分与能量过程在不同空间尺度上生态水分效应。在一个非饱和土壤系统中,水分运移受包气带结构,土壤物理特征,植物根系和土壤生化环境的综合控制,物质和能量平衡改变是驱动水分循环的源动力,而土壤环境变化是导致水分运移形态的发生变化根本原因。因此,在气候变化背景下,研究干旱区土壤与大气界面以及包气带与饱和带界面水、汽、热耦合转化形式与能量驱动过程,能够提升我们对包气带土壤水分运移规律机理的深入理解,丰富对区域气候和水文变化认知。为干旱区生态植被恢复建设和水资源精细化管理提供理论向导。

关键词：干旱区包气带水分运移能量驱动力

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两种荒漠生境条件下泡泡刺水分来源及其对降水的响应

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应用生态学报 2017年第7期28卷 2083-2092页

作者：周海赵文智何志斌中国科学院西北生态环境资源研究院/中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙... 详细信息

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙质和砾质生境下泡泡刺的水分来源季节动态特征以及对不同降雨事件的响应程度.测定了两种生境下泡泡刺茎水和不同水源(降水、土壤水和地下水)的氧稳定同位素(δ^(18)O)值,结合Iso Source模型计算了不同水源对泡泡刺水分来源的贡献比例.结果表明:两种生境下泡泡刺茎水δ^(18)O值及其水分来源都存在显著的季节变化特征,沙质生境下泡泡刺在降水较少的春季和秋季主要利用地下水,其贡献率可达50%以上;而砾质生境下的泡泡刺无法利用深达11.5 m地下水,其水分来源受降水控制,具有较大的季节变异性.两种生境下的泡泡刺对降水响应显著,但是降水过后,随着土壤含水量的快速减小,沙质生境下的泡泡刺转而以丰富的地下水为主要水分来源,而砾质生境下的泡泡刺只能利用降水入渗至较深层土壤的较少水分.因此,两种生境下泡泡刺不同的水分利用策略是导致其生长特征差异的主要原因,同时也表明泡泡刺具有较强的自我调节和适应能力.

关键词：荒漠生境降水变化稳定同位素水分来源泡泡刺

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绿洲边缘夹粘沙丘持水特性

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生态学报 2018年第11期38卷 3879-3888页

作者：孙程鹏赵文智杨淇越中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

夹粘沙丘是指剖面中分布有一层红褐色粘化层的沙丘,其夹粘层埋藏深度常在120—500cm左右,厚度在40—100cm之间,粘粉粒含量达到90%以上。夹粘沙丘人工梭梭固沙植被郁闭度在0.5以上,明显高于相同水热条件下的植被生产力,这可能与夹粘层通... 详细信息

夹粘沙丘是指剖面中分布有一层红褐色粘化层的沙丘,其夹粘层埋藏深度常在120—500cm左右,厚度在40—100cm之间,粘粉粒含量达到90%以上。夹粘沙丘人工梭梭固沙植被郁闭度在0.5以上,明显高于相同水热条件下的植被生产力,这可能与夹粘层通过改变土壤持水性及水分状况,从而提高了土壤水分承载力有关。以河西走廊绿洲边缘夹粘沙丘为研究对象,在测定0—8.0m剖面土壤物理性质和土壤水分特征曲线的基础上,计算了土壤孔隙分布和持水特性,研究了剖面中土壤持水性的变化规律及其影响因素。结果表明:(1)夹粘层土壤含水量最高,上覆沙土土壤含水量最少且随深度增加而增加,下伏沙土受地下水毛管作用影响水分含量较高;(2)土壤机械组成决定了不同土层的持水特性,土壤中粘粉粒含量越高,田间持水量和饱和含水量就越大,夹粘层的土壤持水性远高于沙土层;(3)夹粘层是沙丘土壤水分暂时贮存的重要土层,可以为植被提供深层土壤水分,这对绿洲边缘人工固沙植被的生存和繁衍有重要影响,而土壤持水性和毛管作用的强弱决定了夹粘层对沙丘水分调节能力的强弱。本研究为深入理解绿洲边缘雨养固沙植被斑块状分布的机理提供了一定的理论依据。

关键词：绿洲边缘沙丘夹粘层持水性

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微咸水膜下滴灌对盐碱化农田土壤斥水特征的影响

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农业机械学报 2019年第7期50卷 322-332页

作者：周立峰杨荣冯浩中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站兰州730000 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

在内蒙古河套灌区布置了2年大田试验,研究了不同覆膜方式下微咸水滴灌对盐碱化农田土壤水、盐分布及其土壤斥水性的影响。采用滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)法测定土壤斥水性,得到了不同土壤斥水性随含水率变化的规... 详细信息

在内蒙古河套灌区布置了2年大田试验,研究了不同覆膜方式下微咸水滴灌对盐碱化农田土壤水、盐分布及其土壤斥水性的影响。采用滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)法测定土壤斥水性,得到了不同土壤斥水性随含水率变化的规律。结果表明,膜下滴灌盐碱化农田土壤的斥水性在表层土壤与电导率呈正相关,与土壤pH值无显著相关性。弱碱性微咸水滴灌条件下,单次滴灌降低了滴头附近土壤的WDPT,但增加了远离滴头土体的WDPT;高频滴灌(灌溉频率为3 d)可显著降低土壤剖面整体的WDPT。膜下滴灌盐碱化农田土壤的斥水特征曲线均可用Gaussian和Lorentzian模型进行描述。滴灌对土壤斥水性最大时对应的土壤含水率(θm)影响不大(P>0.05),而对斥水性消失时对应的土壤含水率(θc)影响显著(P<0.05)。Lorentzian模型对盐碱化农田土壤的斥水特征曲线的拟合效果更优,通过该曲线可准确得到特定土壤的θm和θc。本研究可为微咸水滴灌及斥水性土壤的合理利用提供理论依据。

关键词：盐碱化土壤土壤斥水性膜下滴灌滴水穿透时间

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黑河流域植被水分利用效率时空分异及其对降水和气温的响应

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生态学报 2020年第3期40卷 888-899页

作者：刘婵刘冰赵文智朱钊岑中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

植被水分利用效率(WUE)是衡量植被生态系统碳水耦合关系的重要指标,研究其时空分异特征对区域水资源合理利用及配置有重要意义。基于改进的光能利用率模型CASA,模拟估算了黑河流域2000-2013年植被净初级生产力(NPP),结合ETWatch模型估... 详细信息

植被水分利用效率(WUE)是衡量植被生态系统碳水耦合关系的重要指标,研究其时空分异特征对区域水资源合理利用及配置有重要意义。基于改进的光能利用率模型CASA,模拟估算了黑河流域2000-2013年植被净初级生产力(NPP),结合ETWatch模型估算的黑河流域2000-2013年蒸散数据ET,进一步估算了黑河流域植被水分利用效率WUE。分析了黑河流域NPP、ET和WUE空间格局和时间变化特征,探讨了WUE变化对降水和气温的相关性。结果表明:1)黑河流域空间上植被NPP在2000-2013年多年平均值为81.05 gC m-2 a-1,ET平均值为133.38 mm,植被WUE平均值为0.448 gC mm-1 m-2。植被NPP、ET与WUE的空间格局基本上类似,均呈现出自上游至下游逐渐减少的分布格局。2)黑河流域2000-2013年间植被平均NPP与平均WUE均呈现显著上升趋势(P<0.05),而ET平均值变化不显著。WUE年际变化斜率与其平均值在空间分布上存在一定的对应关系,空间上植被WUE的高值区同时是其呈增长趋势的主要区域,植被WUE平均值较低的区域其年际变化也趋于稳定。3)不同植被类型的WUE差异较为显著,植被自身受环境影响形成的生理生态参数是其WUE差异的主要原因,不同植被类型WUE平均值关系为:灌丛>草地>森林>农田>沼泽>荒漠。中游绿洲区栽培植被平均WUE仅为0.90 gC mm-1 m-2,因此应当重视提高其对水资源的利用效率。4)整体上黑河流域植被WUE年际变化主要受降水的影响,植被WUE与降水呈负相关的区域主要分布在中游绿洲灌溉区,表明人为活动干扰会削弱气候因素对植被WUE的影响。

关键词：植被净初级生产力蒸散水分利用效率 CASA模型黑河流域

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荒漠草原带盐碱地优势植物生态位与种间联结

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生态学杂志 2018年第5期37卷 1307-1315页

作者：张东梅赵文智罗维成中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

盐碱地是荒漠草原带常见的生境类型之一。本文采用生态位测度、方差比率法、基于2×2列联表的χ~2检验和Ochiai指数的方法,研究了位于荒漠草原带的陕西定边花马池盐湖附近植物群落中26个优势物种、325个种对间水、盐梯度下生态位和... 详细信息

盐碱地是荒漠草原带常见的生境类型之一。本文采用生态位测度、方差比率法、基于2×2列联表的χ~2检验和Ochiai指数的方法,研究了位于荒漠草原带的陕西定边花马池盐湖附近植物群落中26个优势物种、325个种对间水、盐梯度下生态位和种间关联性,探讨了生态位重叠与种间关联性的关系。结果表明:(1)在土壤水、盐梯度上,细枝盐爪爪(Kalidium gracile)、黄毛头(Kalidium cuspidatum)和碱蓬(Suaeda glauca)生态位宽度值均较大,为荒漠草原带盐碱地的主要建群种。(2)生态位较窄的物种之间生态位重叠值较高,共同竞争有限的资源;生态位较宽的物种之间生态位重叠值相对较高,存在竞争关系;而盐角草(Salicornia europaea)和盐地碱蓬(Suaeda salsa)生态位均较宽,但与其他物种重叠程度较低,竞争较弱。(3)优势物种总体联结性为极显著的正联结,但Ochiai指数大于0.6的种对数只占总种对数的17.85%,表明该群落处于相对稳定的演替阶段,但种间关联程度不紧密。(4)土壤水、盐梯度上的生态位重叠值均与Ochiai指数呈极显著的正相关关系,且盐分梯度上相关程度高于水分梯度,但仅通过生态位重叠与联结指数的回归关系难以完全揭示种间联结的内在机制。

关键词：盐碱地土壤水分土壤盐分生态位重叠种间联结性

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荒漠区包气带土壤物理特征及其对地下水毛管上升影响的模拟

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应用生态学报 2019年第9期30卷 2999-3009页

作者：周宏赵文智中国科学院西北生态环境资源研究院/中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

以巴丹吉林沙漠边缘荒漠区域为研究对象,选取两种典型的沙丘土壤剖面(沙壤土和砂土混合,均一砂土)进行土壤物理特征分析,并在此基础上模拟了不同土壤因素对毛管水上升过程的影响,探讨毛管水上升变化与土壤物理性质的关系,试图揭示地下水... 详细信息

以巴丹吉林沙漠边缘荒漠区域为研究对象,选取两种典型的沙丘土壤剖面(沙壤土和砂土混合,均一砂土)进行土壤物理特征分析,并在此基础上模拟了不同土壤因素对毛管水上升过程的影响,探讨毛管水上升变化与土壤物理性质的关系,试图揭示地下水-毛管水-土壤水之间的相互作用过程.结果表明:研究区地下水毛管上升主要受土壤容重和土壤黏粒含量的影响,并且毛管水上升高度在地下潜水层以上为沙壤土的剖面中能够达到152 cm;地下潜水层以上为砂土的剖面中为120 cm.砂土中毛管水补给区域各土层水分分布更为均匀,并且从潜水面至地面方向土壤含水量呈递减趋势,沙壤土中毛管水补给区域土壤水分变异较大.借助Hydrus-3D模型能够较好模拟多因子影响下的土壤毛管水运动过程.潜水面以上土壤结构变化显著影响毛管水上升和剖面水分分布状况,但毛管水上升是否受季节性蒸发变化的影响以及毛管水与植物需水的关系有待进一步探究.

关键词：干旱区包气带土壤物理特征地下水毛管上升

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生态系统突变及其在寒旱区生态系统管理中的应用展望

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应用生态学报 2024年第7期35卷 1997-2005页

作者：王宇昕赵文智刘鹄中国科学院西北生态环境资源研究院/中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站兰州730000 中国科学院大学北京100049

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程。尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变。研究生态系统突变对寒旱... 详细信息

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程。尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变。研究生态系统突变对寒旱区生态系统管理具有重要意义。本文综述了生态系统突变的内涵演变及预警研究的进展,分析了寒旱区常见的土地沙漠化和草地退化的问题,阐明了系统状态对不同胁迫的多种响应方式,提出了针对干旱荒漠区雨养人工固沙系统和高寒草甸演变过程及突变特点的研究框架。最后指出,未来需要甄别生态系统突变不同阶段的关键驱动因素,并确定相应阈值;重视极端气候事件诱发的水分限制型突变的发生机制和预警;推动突变研究成果在寒旱区生态系统管理中的应用。

关键词：生态系统突变土地沙漠化草地退化人工固沙系统嵩草高寒草甸

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干旱区绿洲农田土壤大孔隙与水分入渗特征

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土壤学报 2022年第2期59卷 486-497页

作者：贾昂元张勇勇赵文智康文蓉中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

土壤大孔隙虽然占土壤总孔隙的极少部分,但影响着土壤水分入渗途径和过程。本研究以干旱区山前绿洲、老绿洲、边缘绿洲三种典型绿洲农田为研究对象,通过原位染色示踪和CT扫描技术,定量研究了绿洲农田的大孔隙特征和土壤水分入渗性能。... 详细信息

土壤大孔隙虽然占土壤总孔隙的极少部分,但影响着土壤水分入渗途径和过程。本研究以干旱区山前绿洲、老绿洲、边缘绿洲三种典型绿洲农田为研究对象,通过原位染色示踪和CT扫描技术,定量研究了绿洲农田的大孔隙特征和土壤水分入渗性能。结果表明:绿洲农田的土壤大孔隙大多集中在0~20 cm土层,老绿洲农田的大孔隙三维结构较山前绿洲农田和边缘绿洲农田复杂,其土壤大孔隙度、分形维数、分支密度、连接点密度、连通性指数显著大于山前绿洲和边缘绿洲农田(P<0.05)。绿洲农田的稳定入渗率存在显著性差异(P<0.05),表现为:边缘绿洲(0.48 mm·min^(-1))>老绿洲(0.28 mm·min^(-1))>山前绿洲(0.16mm·min^(-1))。绿洲农田水分的入渗特征呈现异质性,入渗的染色面积比随土层深度增加而减小,老绿洲的优先流长度指数、最大入渗深度显著高于山前绿洲和边缘绿洲(P<0.05),其优先流现象明显。在干旱区绿洲农田,土壤大孔隙是影响优先流的关键因素,土壤的大孔隙度高,且连通性好,更容易产生优先流。

关键词：干旱区绿洲农田大孔隙入渗土壤水分

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