生物降解与土著微生物群落结构、功能及其变化密切相关.目前,对于东北冻土土壤中的适冷降解菌了解不足.新建成的中俄输油管道穿越中国东北的多年冻土区,为相关研究提供了契机.实验利用454高通量测序分析了加格达奇冻土活动层土壤在受控原油污染前后的微生物群落结构.结果显示:污染后的Proteobacteria和Firmicutes相对丰度显著升高,优势类群包括Alicyclobacillus、Sphingomonas、Nevskia以及Bacillus.群落以芳烃降解菌或者耐受油污环境的细菌为主.这种变化与原油(尤其是芳烃)组分的生态毒害作用有关.较高浓度的原油污染下,群落中可耐受油污环境的细菌丰度相对更高.
随着全球气候变暖,青藏高原冻土活动层正在逐渐加深,为了理解积雪和表层有机质土壤对冻土活动层的影响机理,一维水热耦合模型CoupModel被用于模拟气象驱动下土壤冻融的动态过程.基于祁连山冰沟和青藏高原唐古拉站长期监测数据,CoupModel模型被成功的率定和验证.在冰沟站验证的模型被用于研究积雪对冻土活动层的影响,结果显示:目前较浅积雪情景(雪深20cm的雪深)并不利于冻土的发育,主要是雪相对于空气低的热传导隔绝了表层土壤向大气的热损失.在唐古拉站验证的模型被用于研究有机质土对冻土活动层的影响,结果显示:随着有机质土壤深度增加,模拟的活动层夏季融化深度逐渐较小.有机质土壤较矿物质土壤低的热传导和高的热容性质减少了下伏土壤热状况对太阳辐射和气温波动的响应,说明...
采用免培养的PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)指纹、克隆测序、系统发育分析对天山乌鲁木齐河源1号冰川前沿高山草甸冻土活动层古菌群落的垂直分格局进行了研究.结果表明:1号冰川前沿高山草甸冻土活动层存在一些优势种群,在所有6个取样深度的土层中均有分布.但不同深度土层古菌群落结构存在明显的差异,在浅表层检测到一些特异的序列,系统发育分析表明:它们分别隶属于广古菌门(Euryarchaeota)的盐杆菌纲(Halobacteria)和热原体纲(Thermoplasmata),而在深层土样没有检测到.1号冰川前沿高山草甸带冻土活动层古菌群落以奇古菌(Thaumarchaeota)类群占据绝对优势,全部隶属于被称为group1.1b的谱系.其中,一些序列与不可培养的Nitrososophaera氨氧化古菌序列亲缘关系较近,可能预示着这些中温泉古菌在氨氧化过程中发挥着重要作用,对其群落结构及生态学贡献还有待更深入研究.
等效显热熔法是研究高寒地区冻土活动层温度场水文过程和生态变化的重要方法。通过引入描述冻土活动层饱和程度的参数,改进了等效显热熔法,使其适用于非饱和带。在假设土壤含水量不变,忽略水分对流和热源(汇)的前提下,使用COMSOL Multiphysics模型模拟了黄河源区玛多县冻土活动层的温度状况。结果表明:改进的等效显热熔法是合理、可信的,可以用于高寒地区冻土活动层变化规律与机制的研究。
全球变化背景下,冻土环境变化对地上植被的影响是近年来倍受关注的重大科学问题。鉴于此,在长江源区冬克玛底流域分析了植物物种多样性和生物量空间分布规律及其对冻土活动层埋深变化的响应。结果表明,1)地上植被的物种多样性指数随着冻土活动层埋深的增加表现出非单调性递减;在冻土活动层埋深约2m时,物种多样性指数较高(Patrick指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数分别为:26.43±3.31,2.06±0.38和0.83±0.08)。2)生物量的垂直分布规律整体表现出地下生物量明显高于地上生物量,地下生物量占总生物量的63%～96%。3)地上生物量和地下生物量与活动层埋深均具有显著的相关性(R2=0.65,P<0.01;R2=0.79,P<0.01),随着活动层埋深的增加呈现出明显下降趋势。4)活动层埋深对0～40cm深度的地下生物量的垂直分布具有显著影响。活动层埋深约1m时,地下生物量垂直变化很小;活动层埋深大于1.5m时,呈倒金字塔形分布;活动层埋深大于3m时,10～40cm深度的地下生物量占总地下生物量的比例随着活动层埋深(3.11～4.81m)的增加而增...
利用相似流域比较法,选取1987年特大森林火灾严重过火区与未火烧区的两个小流域作为研究区,通过野外实验获取两个流域的冻土活动层厚度以及相关的环境因子数据,利用多因子方差分析对火干扰下的冻土活动层及其环境因子进行研究。结果显示:有无乔木以及乔木的生长状况,苔藓层、泥炭层厚度以及土壤的机械组成等均与冻土活动层厚度呈显著相关。火烧区的乔木已完全消失,苔藓层分布不均匀而泥炭层的厚度则显著小于未火烧区,从而导致火烧区的冻土活动层厚度显著大于未火烧区。冻土层的变化将进一步引起冻土区湿地格局变化、林缘后退等生态环境问题。
在冻土相变温度热传导机理基础上,应用冻土计算中水热输运过程成熟的通用物理模型,提出冻土活动层温度的一种全新的数值分析方法-谱方法。应用Chebyshev多项式作为基函数将温度解展开,在研究域(或单元)内采用伪谱Chebyshev逼近的谱方法。为了与谱方法的高精度相配合及提高时程积分解的稳定性,本文应用四阶Runger-Kutta法进行时程积分,变物性温度泛函-热导系数、热容量等考虑效应滞后的处理方法。本文提出冻土非线性问题数值计算拟谱分析的理论构架,其计算方法在冻土工程应用中具有一定的理论导向作用和较大的实用价值。
以考虑了土壤冻融过程的一维水-热-盐分耦合模型SHAW为冻土活动层数据同化系统的动力学约束框架,通过集合卡尔曼滤波算法同化土壤水分和温度的站点观测数据以及被动微波辐射计SSM/I19GHz亮温观测数据,以改善冻土活动层水热状态变量的估计精度,实现模型模拟和观测信息的融合.冬季活动层冻结,同化的关键变量为土壤温度;而夏季同化的关键变量为土壤水分.通过单点同化试验表明,该同化系统能显著改善土壤表层水分和温度的估计精度;同时,在同化过程中给定合理的模型误差协方差项,可将表层优化后的信息迅速传递给深层土壤,达到改善整个土壤廓线状态变量估计的目的.同化结果表明,相对于SHAW模拟结果,同化4cm土壤温度观测后,各层土壤温度RMSE平均减小0.96℃,而同化4cm土壤水分观测数据后,各层土壤水分RMSE平均减小0.020m3·m?3;同化SSM/I19GHz亮温后,各层土壤温度RMSE平均减小0.76℃,各层土壤水分RMSE平均减小0.018m3·m?3.
【中文摘要】对青藏公路沿线多年冻土活动层监测场地的原有观测资料，以及对在唐古拉冬克玛底流域等地的加强定位观测资料，利用3种对不同雪深的参数化方案对陆面水文过程模型VIC-3L中的积雪参数化方案的对比表明，模型对前期积雪累积厚度和积累时间非常敏感，但不同分层方案对改进模拟效果影响有限。对比表明，青藏公路沿线和疏勒河上游2007-2009年冬季积雪厚度很薄，并且空间分布极不均匀，这与最近其它研究也发现的以前可能过分夸大了青藏高原冬季积雪对气候的影响的认识不谋而合。结合遥感数据更准确的刻画单个格网内积雪的分布对改进陆面过程模型更为重要。通过在冬季土壤热物理参数的计算中引入含冰量及土壤盐度，提高了模式的模拟效果。对模型参数优化和不确定性的研究表明，建立各种优化算法的融合技术和法则，提高概率水文算法的效率和精度，以及集合预报是进一步减少模拟不确定性的发展方向。对MODIS卫星遥感反演的雪覆盖率的分析表明，祁连山区的积雪分布极不均匀。对区域降水和径流的分析表明，黄河上游径流变化受到较强的东亚季风的影响；新疆总径流分别于西北太平洋季风指数和西风指数存在显著的正负相关关系。
2007-01１９９７－１９９８年中日双方合作首次在青藏高原大尺度范围内进行了冻土水文连续监测工作，获得了大量高精度实测数据．对实测的土壤温、湿资料进行了初步分析．分析了高原冻土活动层内的冻融过程，估计了不同深度最大冻结和融化深度及年冻结日数，给出了在宏观尺度上土壤水热状况的时间和空间分布特点及地形对土壤水热条件的影响作用．
