新疆奇台绿洲不同耕作年限荒漠灰钙土无机碳变化及其影响因素

荒漠灰钙土是天山北麓地带性土壤,富含碳酸盐和硫酸钙,是优质土地后备资源。本研究采用野外调查取样与室内实验相结合的方法,对新疆奇台绿洲不同耕作年限(<3 a、10 a、20 a、30 a、>40 a)荒漠灰钙土无机碳变化及其影响因素进行分析,探讨了土壤无机碳与土壤理化参数间的关系,特别是石膏对土壤无机碳的增汇作用。结果表明:①耕作层和犁底层的无机碳,对人类活动十分敏感。土壤无机碳随耕作年限先降低后升高,在耕作后的前10 a迅速下降表现为碳源,而后逐渐上升超过初始含量重新转为碳汇,耕作>40 a后土壤无机碳含量较耕作<3 a增加超过10 g·kg^(-1);②土壤无机碳的稳定性同位素δ^(13)C随着耕作年限的增加持续负向偏移,表现出具有截存现代大气CO_(2)的潜力;③荒漠灰钙土中含有极易风化且储量可观的石膏,为次生碳酸盐淀积提供了大量的钙源,这些Ca2+含量决定了研究区土壤无机碳库最终的储量大小。综上说明,富含石膏的荒漠灰钙土耕作后,具有较强的土壤无机碳增汇潜力,重视和准确估算这部分碳增汇潜力有助于我国“双碳”目标的实现。

新疆生态脆弱性特征及其驱动力

新疆作为我国生态脆弱区之一,常年受到气候和人为因素的严重干扰,使其生态系统出现退化。新疆生态脆弱性聚类特征及从县域尺度和不同土地类型呈现新疆生态脆弱区,尚有待进一步探究。以“敏感性-恢复力-压力度”为评价模型,选取15个评价指标采用主成分分析、地理探测器方法评价2000—2019年新疆生态脆弱性状况及驱动力,旨在探讨新疆生态脆弱性的时空变化、聚类特征、不同地类脆弱程度及其各指标对新疆生态脆弱性指数的驱动力影响。(1)时间上,2000—2019年新疆生态脆弱性指数呈波动下降。不同脆弱性等级占比波动较大,各等级面积占比均呈先增后减再增变化;各脆弱性程度均向更低级或不变的脆弱性等级转变。(2)空间上,近2000—2019年新疆生态脆弱性呈“南高北低”分布规律特征,县域尺度下,生态脆弱性南北分异特征明显,以天山山脉为界,形成南部高脆弱区、北部低脆弱区和东部中脆弱区。(3)新疆生态脆弱性呈“南热北冷聚集”,不同地类的生态脆弱性等级面积占比变化不大,脆弱性程度呈现波动减弱的向好趋势。(4)单因子探测器与交互作用探测器均证明归一化植被指数、植被覆盖度、降水量、净初级生产力、干燥度、年平均气温、土壤有机质为新疆生态脆弱性的主要影响因素。研究结果可为新疆生态环境保护和可持续发展提供科学参考与决策依据。

新疆昌吉绿洲地表辐射收支特征

利用新疆昌吉佃坝绿洲区陆气相互作用观测站2020年3—11月的地表辐射观测数据和同期的天气现象观测记录数据,定量分析昌吉绿洲区不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明:(1)辐射分量日均值和日峰值时间有季节性差异,特殊天气现象对辐射通量有影响。(2)地表辐射月曝辐量随季节变化显著。(3)地表反照率月平均日变化季节性明显,晴天时地表反照率呈平滑的“U形”曲线,非晴天时曲线变化皆不规则、不平滑。(4)不同天气下辐射分量有独特日变化特征,轻雾、雨天、大风、扬沙、多云天等典型天气会给辐射分量带来不同程度的衰减,雨天、大风和多云天气衰减最明显。

新疆生态系统服务价值测算与NPP的相关性分析

目前利用遥感方法计算生态系统服务价值的方法涉及到植被覆盖度、植被类型、温度、降雨等多个参数,使得生态系统服务价值计算复杂,如能简化参数,使生态系统服务价值的计算变得简便,更便于对生态系统变化以及气候变化引起的生态系统服务价值发生改变做出实时评估。通过利用MOD IS数据,结合遥感生态学方法,计算了新疆陆地生态系统2000年的生态服务价值。利用统计学方法探讨了NPP与生态系统服务价值之间的定量关系。结果表明:(1)新疆地区2000年生态系统服务功能所产生的价值为8 871.05×108元,其中贡献量最大的是固定CO2的价值,其次是释放O2,营养物质循环最少;(2)新疆森林的生态系统服务价值最高,达44 073.39元/hm2,其次为耕地,为39 100.37元/hm2,而灌木和草地在15 000元/hm2以上,未利用地为116.14元/hm2,建筑用地几乎为零;(3)生态系统服务价值的空间分布与FVC、NPP的分布具有高度相关性;(4)通过本研究的计算,同时结合其他研究者的数据探讨了NPP与生态系统服务价值之间的关系,表明净第一性生产力NPP与生态系统服务功能价值之间具有良好的线性相关关系。利用遥感方法得到的实时动态的区域NPP计算的方法得到普遍认可,从NPP出发推算生态系统服务价值是目前生态系统价值评估的可行方法,其研究结论为建立动态快速评价生态系统服务价值的方法及其广泛应用打下基础。

基于遥感的新疆人工绿洲扩张中植被净初级生产力动态变化

人类活动对全球碳循环过程的影响是全球气候变化研究中争论的主要焦点问题之一。不同区域、不同自然和人为因素对碳循环的作用机制十分复杂且差异很大,通过探讨人类开垦活动对干旱区绿洲生态系统净初级生产力(net primary productivity,NPP)分布格局的影响,将有助于增加人类活动对干旱区陆地生态系统及碳循环影响的认识和理解。该文基于长时间序列的Landsat遥感数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了1976年6月-2016年6月新疆奇台新人工绿洲扩张过程中NPP的变化情况,结果表明:1)1976年研究区主要是荒漠草原景观,农田仅有5 150 hm^2,占研究区面积的3.25%,到2016年,农田面积扩大到64 675 hm^2,增加11倍以上;2)人工绿洲扩张的同时,泉水溢出带消失,水库干涸,灌丛面积从17 871 hm^2下降到5 202 hm^2;3)土壤盐碱化发育进程中断,裸碱地面积减少近70%,并且开始向新生草地演替;4)2016年6月,研究区NPP总量达到了90 602 t,是1976年6月的2.2倍,农田对NPP增量的贡献超过93%,同期,灌丛则净损失了8 265 t NPP,沼泽净损失3 319 t;5)1976年的NPP主要由天然草地和灌丛构成,分别占56.68%和26.61%,2016年的NPP主要由农田和新生草地构成,分别占65.23%和31.85%。

城市化进程中的绿洲生态系统稳定性评价探讨

在干旱半干旱地区,绿洲生态系统的稳定性倍受关注,本文从复合生态系统的角度对在城市化进程中的绿洲生态系统稳定性概念和相关属性进行了探讨,强调了自然和人工生态系统的相互作用在绿洲稳定中的重要性,并在此基础上初步建立了绿洲稳定性评价的指标体系和评定方法,最后以此为基础对新疆昌吉绿洲生态系统的稳定性进行了实例分析评价。

新疆生态服务价值功能估算与分析

了解和研究生态系统服务功能价值是保证新疆生态安全与实现新疆可持续发展的基础。本文根据新疆1989年、1996年、1999年和2003年的土地利用变化情况,评价了新疆生态系统服务功能价值及其变化,并对变化原因做了分析。

面向生态的新疆艾比湖流域水资源合理配置模型探讨

水资源合理配置是实现水资源可持续利用的有效调控措施之一。艾比湖流域水资源合理配置模型是以水资源供需分析为基础,采用水文长系列模拟计算方法,优先满足重点生态环境保护目标的用水,体现了面向生态的水资源配置思想。所采用的配置模型是由系统集合、参数、变量、目标函数、平衡方程及约束条件、数据库等组成,将流域系统网络图构成的水传输拓扑关系、需水数据、工程参数、调度规则、方案组合等作为模型的输入,利用世界银行和美国GAMS公司研制的通用数学模型系统(GAMS)对该模型进行求解计算。通过运行艾比湖流域水资源合理配置模型,进行水资源配置分析并提出推荐方案,为艾比湖流域水资源综合规划决策提供合理的水资源配置依据。

新疆脆弱生态区定量评价及发展对策

结合新疆实际,建立脆弱生态区评价指标体系。采用模糊评价方法,计算脆弱生态区指标的实际值对某级稳定性的隶属程度。根据脆弱性隶属度大小,将新疆15个地州市划分为5类:稳定型:乌鲁木齐市、石河子市;轻度脆弱型:伊犁州直属县市;中度脆弱型:昌吉州、巴州、克拉玛依市、塔城地区、哈密地区、吐鲁番地区、阿勒泰地区、博州;重度脆弱型:阿克苏、克州、喀什地区;极度脆弱型:和田地区。针对每一类型不同的脆弱性提出相应的发展策略。

新疆脆弱生态区综合分类及分析

本文结合新疆实际,对新疆15个地州进行了脆弱生态区的类型划分。首先建立指标体系,然后借助脆弱度模型和聚类分析方法分别对新疆15个地州的自然条件和经济状况进行分析,得出新疆脆弱生态区的分类结果,按照优劣等级排列为:一类,乌鲁木齐市、石河子市;二类,克拉玛依市、吐鲁番地区、巴州;三类,哈密地区;四类,伊犁地区;五类,塔城地区、博州、阿勒泰地区、昌吉州;六类,喀什地区、和田地区、阿克苏地区、克州。其中经济区位占优势,自然生态环境良好或自然资源丰富的地区是新疆脆弱生态区中极具发展潜力,应该优先发展的地区。

新疆平原地区森林生态系统服务功能间接经济价值比较

本文利用多种生态经济学方法,估算了新疆各地州平原人工林和胡杨林的生态系统服务功能的间接经济价值,比较了这两类林地的生态系统服务功能的经济价值差异,并分析了同种森林生态系统中不同服务功能的经济价值特征。通过这些比较和分析,为生态系统的保护重点及生态规划提供了依据。

新疆水资源生态足迹核算与预测

根据水资源生态足迹的基本原理和计算模型,引入水资源负载指数,对新疆2005—2014年水资源生态足迹、水资源生态承载力进行计算,并运用灰色预测模型GM(1,1)对2015—2025年的生态赤字/盈余趋势进行预测。结果表明:(1)新疆历年水资源生态足迹大于水资源承载力,处于生态赤字状态,从2005年的-7.83×10~7hm^2下降至2013年的-9.06×10~7hm^2,水资源开发率很低;(2)2005—2014年新疆水资源生态足迹和承载力均呈上升趋势,人均生态足迹和人均承载力呈上下波动状态,生产用水生态足迹在三个水资源账户中比例最大,远远超出其它两部分,占总水资源足迹的95.86%;(3)水资源负载指数总体呈上升趋势,表明水资源的利用程度逐渐加强,2005—2012年负载指数在2~5之间,表明新疆水资源利用程度中等;2013—2014年负载指数在5~10之间,表明新疆水资源利用程度高,开发条件困难;(4)新疆水资源存在分布不均匀的状态,南疆、北疆、东疆差异较大,南疆、北疆水资源生态足迹、水资源承载力均大于东疆,而南、北疆万元GDP水资源生态足迹则小于东疆;(5)对2015—2025年水资源进行预测,新疆水资源一直处于生态赤字状态,而且水资源生态赤字呈逐年减小的趋势,水资源生态赤字越来越严重,今后的形势越来越严峻,在利用中提高节水意识。

新疆经济林生态系统保育土壤功能及价值评估

基于实测数据并结合2014年林果统计年报相关数据,采用经济林在南、北、东疆不同气候条件下的实际生产力,计算经济林生态系统保育土壤实物量,并采用国家荒漠生态系统服务评估规范中的方法和市场经济价值法对新疆经济林保育土壤功能效益进行评估。结果表明:1)全疆经济林保育土壤年总功能量为1.62×10~7 t,总价值量为4.99×10~9元;其中年固土功能量1.54×10~7 t,价值量为2.58×10~8元;年保肥功能量8.23×10~5 t,价值量4.73×10~9元;2)南疆的保育土壤功能量及价值均高于北疆和东疆,初产期在固土能力和保肥能力上均比其他产期高;3)全疆不同经济林树种单位面积固土功能排序为:巴旦木>核桃>枣>其他乔木>梨>苹果>杏;保肥功能则为:枣>巴旦木>杏>其他乔木>核桃>梨>苹果;单位面积保育土壤价值量:梨>枣>杏>其他乔木>巴旦木>苹果>核桃。

干旱区绿洲农田土壤重金属含量高光谱反演

对新疆渭库绿洲土壤样本的As、Hg、Pb、Cr、Zn和Cu共6种重金属含量与高光谱关系进行分析,基于逐步回归方法筛选出特征波段,采用地理加权回归(GWR)和普通最小二乘法回归(OLS)构建土壤重金属的高光谱反演模型.结果显示:1)研究区的6种重金属元素含量存在一定的差异,土壤中的平均重金属含量依次为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Hg,均未超过国家土壤背景值.研究区的Pb平均含量高于当地(新疆)土壤背景值,即研究区表土层中的Pb元素明显富集;2)不同的光谱变换使土壤重金属的光谱特征均得到了增强,但强度有所差异,经过二阶微分变换(SD)和一阶立方根微分变换(CRFD)的土壤光谱相对于原始光谱增强最显著;3)从模型验证来看,在反演6个土壤重金属元素含量时,GWR的R^(2)高于OLS,其中Zn的R^(2)接近0.8,Cu的R^(2)接近0.6,表明模型有一定预测能力,而As、Hg、Pb和Cr的R^(2)均依然低于0.5,模型预测能力并不理想;4)两种模型预测的6种土壤重金属含量的空间分布表现出一定的空间差异性.其中,As元素空间分布差异在这两种预测模型中最大,而其余5种重金属元素Hg、Pb、Cr、Zn和Cu的分布则较为均匀.通过高光谱反射率估算土壤重金属元素含量,实现了干旱区绿洲农田土壤重金属元素含量的高效快速反演,为干旱区绿洲农田土壤重金属元素含量动态监测提供了可靠的技术支撑.

干旱区土地利用/覆盖变化与生态环境效应研究--以渭-库绿洲为例

利用ARCGIS和ENVI软件,以2005年、2015年遥感影像Landsat TM/OLI为数据源,得到2期渭库绿洲土地利用/覆被类型图,在空间尺度上将研究区进行土地利用类型分级处理分析土地利用/覆被变化特征,并从时空分布和生态系统服务价值及区域环境质量3个方面进行生态效应研究,通过计算土地利用/覆被类型的面积,从而获得区域环境质量指数,最终建立渭-库绿洲土地利用类型与生态环境之间的变化关系,并对研究区进行生态环境质量动态分析。结果表明2005—2015年期间该地区土地利用变化主要表现为耕地、水体和未利用土地的面积呈现出逐渐减少的趋势,与此相反,草地、林地和盐渍地面积呈增加的趋势;10年间渭-库绿洲的生态系统服务价值从3.90亿元增加到5.50亿元,总价值增加的主要原因是草地和林地面积的增加;渭-库绿洲的区域生态环境质量指数从0.38上升至0.43。生态环境质量在维持着相对平衡的同时,呈现出一种上升态势。本文通过对干旱区土地利用/覆被变化定性定量分析,有助于干旱区生态脆弱区域水资源的合理利用。

1990～2010年吐鲁番绿洲土地利用变化及其生态环境效应评价

根据1990、1999和2010年3期遥感数据获取吐鲁番绿洲土地利用的数据，对吐鲁番盆地绿洲的土地利用变化及其生态环境效应进行了定量分析。结果表明：1990—1999年由于草地和水域的转移面积减少的负贡献，导致区域生态环境指数下降，区域环境质量下降；1999～2010年耕地和草地转入面积增加的贡献，使区域生态环境指数上升，区域环境质量改善。近20年吐鲁番绿洲土地利用的环境效应明显，土地利用的生态环境指数上升，生态环境质量总体趋势上升，环境得到了改善。

新疆于田绿洲2015年农业景观要素水足迹计算

水足迹是评价一个地区水资源利用模式以及消费模式的新方法,是目前生态学领域的热点问题。基于水足迹理论,从农、林、牧、渔四个方面对2015年于田县农业景观要素的虚拟水含量进行计算和分析,结果如下:(1)于田县小麦虚拟水总量最多,占于田县总需水量的28.35%,说明小麦为于田县的主要种植作物;(2)于田县主要农业要素单位质量虚拟水含量大小排序为棉花>小麦>葵花>苜蓿>玉米>薯类>葡萄>蔬菜>果用瓜;(3)2015年于田县总灰水足迹为66.8万m3,棉花无论是总灰水足迹还是单位质量灰水足迹都最大;(4)于田县农业景观要素水足迹中,种植及畜牧业生产水足迹分别为:2.31及3.13亿m3,二者消费水足迹共为2.27亿m3;(5)从于田县城乡居民消耗农畜产品来看,除禽肉、奶类及水产品外,乡村居民消耗均高于城镇居民消耗。本文旨在为于田县水资源的可调蓄性和优化农业种植结构提供参考。

新疆伊犁州农业生态效率时空差异探究——基于超效率非期望SBM模型和Malmquist指数

以新疆伊犁哈萨克自治州24个县市为研究区,运用超效率非期望SBM模型和Malmquist指数探讨2004—2017年伊犁州农业生态效率时空差异.结果表明,伊犁州农业生态效率总体在时间上呈波动平缓下降趋势;24县市农业生态效率在空间上呈现出明显的异质性,2004—2017年效率低值区向伊犁州东北和西南方向扩张,逐渐演化为高值区零星分布,低值区聚集于伊犁州中部和东北部.各县市农业生态效率水平较低,仅伊宁市、伊宁县、霍城县、新源县、昭苏县、沙湾县农业生态效率平均水平达到有效;伊犁州农业生态效率在2005—2010年、2011—2017年分别受纯技术效率和规模效率影响.伊犁州全要素生产率指数整体呈正增长;全要素生产率指数增长幅度较高的县市有和布克赛尔县、伊宁市、沙湾县、吉木乃县,增长幅度较低的县市有哈巴河县、福海县、奎屯市、尼勒克县;技术进步指数推进伊犁州全要素生产率增长,而综合技术效率指数抑制其增长,主要原因是伊犁州规模效率指数增长较低.

基于PLUS-InVEST模型吐哈盆地陆地生态系统碳储量时空变化及多情景模拟

土地覆盖变化能够改变区域碳储存能力,从而引起全球气候变化。研究土地覆盖变化对碳储量的影响,预测未来不同土地覆盖情景下的碳储量,对实现区域“碳中和”战略目标具有重要意义,然而目前针对中国西部生态脆弱区的研究仍有待探究。以新疆吐哈盆地为研究区,基于土地覆盖产品数据,结合PLUS模型和InVEST模型,探讨了土地覆盖变化与区域碳储量的时空变化关系,预测和评估了2025、2030年可持续发展情景,维持现状发展情景,经济优先发展情景下土地覆盖和碳储量的时空动态特征。结果表明:(1)近20 a来,吐哈盆地耕地和裸土地面积增加最大,其次是建设用地,而草地表现出最大的减少趋势,草地转为耕地和建设用地是最主要的转移类型。(2)2000、2010年和2020年吐哈盆地平均碳储量分别为26.01 t·hm~(-2)、25.68 t·hm~(-2)、25.73 t·hm~(-2),呈现出先降低后增加的趋势,平均碳储量累计减少了0.28 t·hm~(-2),其中土壤有机质碳储量占比最高,约占总碳储量的94%,裸土地、草地贡献了最多的碳储量。(3)2030年3种情景下,森林、灌木林、湿地几乎无明显变化,裸土地呈现出减少的趋势,而建设用地呈现增加的趋势。(4)到2030年可持续发展情景下吐哈盆地总碳储量较2020年增加了0.18×10~6t,维持现状发展情景和经济优先发展情景下分别减少了0.30×10~6t、1.01×10~6t,经济优先发展情景下碳储量损失最大。研究结果可为吐哈盆地土地利用优化以及制定生态系统可持续发展措施提供依据。

新疆绿洲系统自组织演化与机理

应用自组织理论为指导思想,从绿洲的系统性、整体性、复杂性角度出发,以新疆为例进行实证分析,深入研究绿洲系统的发展特征与演化机制。分析结果表明:①自组织理论在解释绿洲复杂系统的发生、发展、演化过程方面是一种非常强大而有效的理论依据;②绿洲系统的发展是由干旱环境背景下的特殊自然地理要素的自发演化所构成的自组织与由人为进行的规划与干预所构成的他组织的复合发展过程;③)绿洲系统具有开放性、非平衡性、非线性、涨落等明显的自组织特征,有着从非组织到组织、从组织程度低到组织程度高、复杂度不断增长等自组织演化过程;④)绿洲系统中自组织与他组织的相互影响机制决定着绿洲系统运行态势及其特征。新疆绿洲系统发展的特征分析充分揭示并验证了绿洲系统的自组织与他组织特征与演化过程,充实了绿洲研究的理论体系及其内容,为提高我们对绿洲发展规律的认识、科学实施他组织、有效长期的组织绿洲,为正确引导绿洲系统发展过程与方向提供了科学的理论依据。