近40年艾比湖湿地自然保护区生态干扰度时空动态及景观格局变化

以新疆艾比湖湿地为研究区,利用1972、1998、2007年及2013年4个时期的Landsat遥感影像作为数据源,并结合湿地的土地覆被状况,参考《全国土地利用分类》建立艾比湖湿地生态干扰类型分类系统。借助生态干扰度指数、景观格局指数以及GIS空间分析方法,探讨艾比湖湿地的生态干扰度的时空动态及景观响应机制。结果表明:(1)1972—2013年,研究区的生态干扰度总体呈现较为稳定的趋势,但其空间分布发生变化。生态干扰度类型之间的转化速率有加快的趋势。(2)1972—2013年,边缘密度指数(ED),平均形状指数(MSI),面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)及景观分离度(DIVISION)4项景观格局指数大体呈上升的趋势,2013年区域的景观指数较为稳定。(3)景观格局指数与生态干扰程度有密切的一致性。生态干扰度与景观格局指数空间分布相关性大小依次为:边缘密度指数(ED)<景观丰度密度(PRD)<香农多样性指数(SHDI)<平均形状指数(MSI)<面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)<景观分离度(DIVISION)。客观系统的认识和评价艾比湖湿地的生态系统及环境,可为干旱区实现自然环境的保护,协调土地利用及环境保护之间的关系提供较为实用的参考。

艾比湖湿地自然保护区8个乔灌木种群空间分布格局分析

在划定面积5 m×5 m和10 m×10 m样方的基础上,运用方差比率(VR)法及负二项参数(K)、扩散系数(C)、平均拥挤度(m*)和Cassie指标(CA)对新疆艾比湖湿地自然保护区8个乔灌木种群的种间关联性及空间分布格局进行了研究。结果表明,在面积5 m×5 m的样方内,胡杨(Populus euphratica Oliv.)、枇杷柴〔Reaumuria songarica (Pall.) Maxim.〕、盐节木〔Halocnemum strobilaceum (Pall.) M. Bieb.〕、白梭梭(Haloxylon persicum Bunge ex Boiss. et Buhse)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)、盐豆木〔Halimodendron halodendron (Pall.) Voss〕、盐穗木(Halostachys caspica C. A. Mey. ex Schrenk)和梭梭〔Haloxylon ammodendron (C.A.Mey.) Bunge〕8个种群总体联结性为显著正关联,种群间很少存在对资源的竞争;K值、C值和CA值的分析结果均表明胡杨、枇杷柴、盐节木、白梭梭、盐豆木和盐穗木种群的空间分布格局为聚集分布,多枝柽柳种群为均匀分布,梭梭种群为随机分布,但仅枇杷柴和盐节木种群为极显著的聚集分布。在面积10 m×10 m的样方内,8个乔灌木种群的总体联结性为不显著的负关联,显示种群间存在对资源的竞争,但稳定共存;8个乔灌木种群的空间分布格局均为极显著的聚集分布。随样方面积从5 m×5 m扩大至10 m×10 m,8个乔灌木种群m*的排序位置发生了改变,显示种间竞争能力和种内自疏能力发生变化,其中,枇杷柴、盐穗木和梭梭的总体表现较强,多枝柽柳最差。研究结果显示,在进行艾比湖湿地自然保护区种群空间分布格局的研究中,采用面积10 m×10 m的样方较为适宜。

艾比湖湿地典型植物群落土壤养分和盐分的空间异质性

荒漠盐生植物作为艾比湖湿地广泛分布的植物类群,其影响下的土壤养分和盐分的变化特征,对于研究盐生植物适应盐渍化环境的机理有着重要意义.基于2012 和2013 年对艾比湖湿地3 种不同生境（灌丛生境、草甸生境、稀疏乔木生境）进行野外调查,采用传统统计学方法与地统计学方法,对土壤养分和盐分特征进行了初步探究.结果表明：（1）灌丛生境-草甸生境-乔木生境,随湖距和海拔高度的增加,土壤有机质、全氮和全盐含量显著升高（P〈0.05）;（2）表层0-5 cm 土壤聚盐和聚养现象极为显著（P〈0.01）,且呈上高下底分层结构;（3）灌丛生境-草甸生境-稀疏乔木生境,土壤有机质、全氮和全盐均具有明显的空间结构特征,且空间分布不均,其空间异质性主要由结构性因素如微地形、湖面积波动、成土母质、气候变化等引起,以条带状和斑块状镶嵌分布;（4）通过对3 种不同生境土壤养分和盐分的回归分析表明,土壤有机质含量的变异性是影响土壤全氮变异性分布的重要因子,而土壤盐分异质性的存在,在一定程度上又是引起土壤有机质和土壤全氮异质性的重要因素.

艾比湖湿地根际放线菌多样性及其环境响应

分别在春、夏、秋3个季节采集新疆艾比湖自然保护区盐节木、芦苇以及盐角草3种不同植被的根际土壤,利用PCR-DGGE技术研究土壤放线菌群落结构及多样性,同时测定7个理化因子,并对放线菌多样性与土壤理化因子的相关性进行分析。结果表明,艾比湖湿地不同植物根际、不同季节的放线菌多样性存在明显差异,其中盐角草群落放线菌的多样性最高,芦苇群落次之,盐节木群落最低;在盐节木和芦苇根际土壤中放线菌的多样性为夏季>秋季>春季,而盐角草根际土壤放线菌的多样性随春夏秋季节的变化依次增大。DGGE图谱中共测序22个条带,主要为放线菌亚目、微球菌亚目、弗兰克氏菌亚目、酸微菌亚目、棒杆菌亚目、动孢菌亚目和细菌域的未知类群。Shannon指数与土壤有机质含量、含水量呈显著正相关;与电导率、pH值、速效钾、有效磷和碱解氮等呈负相关。

艾比湖湿地土壤有机碳及储量空间分布特征

土壤碳储量的研究是全球碳循环研究的热点,土壤碳库的变化对全球气候变暖、维护生态平衡都有着重要的意义。新疆的艾比湖湿地是干旱区典型的盐湖湿地,为探明该湿地有机碳特性及储量,选择艾比湖湿地1m深度的土壤作为研究对象,测试有机碳含量后,对艾比湖湿地土壤有机碳特性进行分析并分层定量测算有机碳储量,结果显示:(1)艾比湖湿地土壤有机碳整体偏低,随土层加深,含量依次递减的规律比较显著。湿地7种不同植被覆盖类型的土壤有机碳含量垂直空间变异性差异明显,其中荒漠河岸林、盐化草甸、小乔木荒漠大多属于强变异,而其它植被覆盖的土壤类型多属于中等变异。(2)艾比湖湿地7种不同植被类型土壤有机碳含量在相同土层的分布特征为:有机碳集中分布在浅表层(0—20 cm),从40 cm以下变幅缓慢,分布较为均匀。不同植被类型土壤有机碳在不同土层的分配比例差异比较明显,但表层(0—20 cm)大多占到30%以上。(3)艾比湖湿地土壤有机碳储量排序依次为小乔木荒漠>盐化草甸>干涸湖底>灌木荒漠>盐生灌丛>荒漠河岸林>寒湿性针叶林。湿地有机碳蓄积总量为7086862.83 kgC。上述研究结果可为新疆干旱区湿地生态系统恢复、保护与科学管理提供科技支撑。

艾比湖湿地自然保护区植物群落多样性对土壤理化因子的响应

【目的】对新疆艾比湖湿地自然保护区土壤理化因子与植物群落多样性的关系进行研究。【方法】根据野外典型群落的样方调查数据和对应土壤的室内实验数据,运用典型相关分析法。【结果】调查区内的植物群落归属于15个群落类型。各群落的组成简单,多样性指数值都较低,且不存在较大差异。有机质含量和pH是影响艾比湖湿地自然保护区物种多样性均匀度的主要因子。植物群落多样性的变异被土壤理化因子第一典型变量解释的比例仅为5.8%。【结论】土壤理化因子对植物群落多样性的解释比例相当小,这说明还有很多未被测定的土壤环境因子影响着该地区的植物群落物种多样性,有待于进一步深入全面地对该地区的土壤微环境进行研究。

艾比湖湿地植物群落土壤酶活性特征及影响因素

为研究艾比湖湿地不同植物群落土壤酶活性的季节变化规律及影响因素,2015—2016年5、8和11月以绕湖一周范围内的梭梭-柽柳、梭梭、胡杨、芦苇为研究对象,对4种植物群落下不同月土壤过氧化氢酶、磷酸酶和脲酶活性及理化因子进行分析。结果表明:(1)各植物群生境的差异使酶活性有明显变化,呈现出芦苇群落>梭梭群落>胡杨群落>梭梭-柽柳群落。不同植物群落下酶活性具有明显的季节变化,梭梭-柽柳、梭梭、胡杨群落土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶的峰值分别出现在5月(2.72、3.31和2.94 mg/g)、(1.18、1.32和0.69 mg/g)和(0.18、0.34和0.17 mg/g),而芦苇群落3种酶活性的峰值出现在8月(5.18、1.20和0.66 mg/g);谷值均出现在11月。(2)4种植物群落下各月土壤酶活性与土壤有机质、全磷呈显著正相关,而与土壤盐分呈负相关;除芦苇群落外,其他群落8月土壤温度与酶活性呈负相关。(3)4种植物群落各月间土壤酶活性受多因素的共同影响,土壤盐分、有机质、全磷是影响艾比湖湿地不同植物间土壤酶活性的主导因素,土壤温度和含水量对不同月土壤酶活性的影响更为显著。

干旱区典型湖泊湿地主要植物生态种组分析

根据2007年7—9月新疆艾比湖湿地25种主要植被在47个调查样地的存在-缺失数据,应用非度量多维标度(NMDS)方法研究了干旱区典型湖泊湿地内植物群落生态种组的划分,并与系统聚类分析结果做了比较分析。研究显示:艾比湖湿地的主要植物种划分为5个生态种组,各生态种组内的植物种之间具有相似的生境和生态位;NMDS是基于高维数据非线性迭代的降维排序方法,与传统的生态种组分析方法相比较,NMDS充分抽取了植被在样地内非线性集聚分布的信息,因而其种组划分结论更符合实际调查结果,也更为可靠、有效。研究结果从生态种组的视角为艾比湖湿地生态恢复和保护植物多样性提供更具有实践价值的参考依据。

新疆艾比湖湿地土壤有机碳含量的光谱测定方法对比

干旱半干旱地区湿地土壤中的有机碳是影响土壤质量,制约植物生长的重要因素之一,其含量的变化会影响生态系统的安全和稳定。为快速估测湿地土壤有机碳含量,在新疆艾比湖湿地保护区采集140个荒漠土壤样品,利用土壤可见/近红外光谱数据以及化学分析获取的土壤有机碳数据,在对土壤原始光谱反射率进行卷积平滑的基础上,获取了一阶微分、倒数对数一阶微分2种光谱预处理指标,采用蚁群-区间偏最小二乘法、基于支持向量机的回归特征消去法,选择土壤有机碳含量近红外光谱特征波长,在此基础上构建土壤有机碳含量偏最小二乘回归、支持向量回归模型。结果表明:1)利用原始一阶微分建立的模型,预测能力优于倒数对数一阶微分建立的模型。2)4种建模结果比较显示,利用原始一阶微分经基于支持向量机的回归特征消去法进行特征变量选择后建立的土壤有机碳含量模型,预测精度最高。训练集的相关系数以及均方根误差分别为0.9687、0.158%;测试集的相关系数和均方根误差分别为0.9091以及0.268%。因此,经过卷积平滑以及一阶微分预处理、并利用基于支持向量机的回归特征消去法建立的模型具有较高的预测精度和较好的稳健性,可以作为有效手段估算荒漠湿地土壤有机碳含量。

艾比湖湿地固氮菌数量与有机碳、微生物生物量C、N在时空分布上的相关性研究

本文采用MPN计数法和Pearson相关性分析法,研究了艾比湖湿地土壤固氮菌在不同土壤深度及春、夏、秋3个季节的数量分布,并对其与土壤有机质、生物量C、N之间的相关性进行分析。结果表明,不同土壤深度固氮菌数量分布中间土层高,表层最低;在季节中的分布差异显著,夏季最多,春秋次之。不同季节固氮菌数量在不同土层的分布与土壤有机碳含量显著相关(r>0.8),与微生物生物量N中度相关(0.5<r<0.8),与含水量、微生物生物量C无相关性。土壤固氮菌的数量分布随季节的变化波动较大,在土层中的分布差异不显著,在时间和空间上与土壤有机碳、微生物生物量氮存在着显著的相关性,与其他因子无明显的相关性。

艾比湖湿地自然保护区土壤保持生态功能及价值评价

针对艾比湖湿地保护区防风减沙、保持土壤的重要生态服务功能,利用两次实地土样采集、分析数据,以及精河、博乐、乌鲁木齐等相关区域问卷调查结果,综合运用生态经济研究中比较成熟的影子工程法、影子价格法、机会成本法和WTP法,结合研究区客观情况,辅以合理的修正系数,对其进行定量评价。评价结果为:研究区防风减沙、保土保肥的生态价值分别为2.303×108元/a和2.364×108元/a。其中,湿地生态系统在这两项价值中分别占64.26%和0.35%;林草地生态系统分别占35.74%和99.65%。可见,以艾比湖水体为核心的湿地,在研究区防风减沙服务中作用非常突出,它的消长对保护区防风减沙功能影响十分明显。综合得到,研究区减沙保土生态服务的总价值为4.667×108元/a。

艾比湖湿地不同植物群落下土壤水盐空间变异性

以艾比湖湿地为研究区,运用传统统计学和地统计学相结合的方法对4种典型植物群落下土壤水盐含量变化进行了研究。结果表明:(1)4种植物群落中,碱蓬群落、盐节木群落和梭梭群落土壤含盐量呈中等变异,而芦苇群落土壤水盐则呈现较强的差异性;(2)随着土层深度的增加,盐节木群落和梭梭群落中土壤含水量差异性不大,碱蓬群落和芦苇群落则呈下降趋势,而对于土壤盐分,除梭梭群落外,其余3种植物群落各土层盐分呈降低趋势,且表层盐分含量相对较高;(3)在空间结构性分析中,不同植物群落下土壤含水量和盐分在一定区域范围内空间特结构性显著,能较好地满足高斯模型分布,由于受气候、距湖距离、湖面积波动及土壤类型等因素作用,4种植物群落中土壤含水量和盐分均具有较强的空间自相关性;(4)对土壤水盐含量变化的相关性分析中,4种植物群落下土壤水盐含量与其关联性都相对较小,其中碱蓬群落和芦苇群落呈正相关关系,盐节木群落和梭梭群落呈负相关关系。总体来说,碱蓬群落和芦苇群落土壤水盐总变异趋势大于梭梭群落和盐节木群落,说明距湖远近对土壤水盐空间变化有一定的影响。

近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤水分-盐分-养分变化特征

为研究新疆准噶尔盆地艾比湖湿地不同植物群落近10年土壤水盐及养分的动态变化,以环湖1周160km范围内的典型植被梭梭-柽柳、梭梭、胡杨、芦苇群落为研究对象,分析其在2006和2015年土壤含水量、盐分含量、pH值和有机质含量的变化和空间分布特征。结果表明:(1)近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤有机质含量和含水量明显下降且整体水平较低,二者分别下降了24.65%~48%和5.41%~20.16%;土壤含盐量、pH值分别上升81.92%~128.74%和2.99%~4.21%,土壤盐碱程度加强。(2)通过土壤水分-盐分-养分空间分布分析显示,各群落近10年土壤盐渍化增加、养分降低程度大小表现为梭梭-柽柳群落>胡杨群落>梭梭群落>芦苇群落,其中梭梭-柽柳群落土壤达到重度盐化水平,有机质降到6级,而其他群落土壤均为中度盐化,有机质为4级,但芦苇群落土壤退化程度较小。研究发现,近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤养分不断下降、水分含量降低、盐渍化程度加剧,土壤处于退化状态;土壤质地、降水和气温暖干化是不同植物群落下土壤退化程度差异的基础,人口、耕地面积和农业用水等人类活动使各群落土壤退化程度的差异更加显著。

基于像元二分模型的艾比湖湿地NDVI指数对微气候的响应

本研究提取了艾比湖湿地不同年份(1998、2007、2011、2014年)的NDVI指数,并进行了实地考察,然后利用像元二分模型对研究区植被覆盖状况进行估算,并分析其在时空分布上的特征及形成原因,建立影响植被覆盖与微气候变化的线性回归模型。结果表明,1)在空间分布上,西南部冲积平原植被覆盖等级最高,东北部覆盖等级略低于西南部,无覆盖和低覆盖等级分布面积最为广泛;在时间分布上,无覆盖面积处于下降趋势,低覆盖和中覆盖面积有所增加,较高覆盖与高覆盖等级面积处于下降趋势;2)不同植被覆盖度对气候变化的响应存在一定的差异;植被覆盖对降水量变化的反应最为强烈,在时间上具有一定的滞后性,对湿度变化的响应不明显,气温与植被覆盖水平之间存在线性函数关系。

艾比湖湿地土壤有机碳垂直分布特征及其影响因子分析

为了揭示干旱区湿地土壤有机碳垂直分布特征及其影响因子,对新疆艾比湖湿地不同生境土壤有机碳含量及其影响因子进行了测定和分析.研究结果表明,该区域土壤有机碳含量相对较低（1.08~11.49 g/kg）,且各生境土壤有机碳垂直分布的态势不尽相同;不同生境中,有植被覆盖的湿地具有较高的土壤有机碳含量;艾比湖湿地土壤不同层次有机碳含量与容重、pH值呈极显著负相关（p〈0.01）,与全氮呈极显著正相关（p〈0.01）,与盐度呈显著正相关（p〈0.05）.

艾比湖湿地泥炭土壤养分特征分析

以新疆艾比湖湿地泥炭土壤为研究对象,结合分析化学的手段,对泥炭土壤中的有机质、碱解氮、速效钾、有效磷等养分含量、空间分布特征进行测定与统计分析。结果表明:土壤有机质、碱解氮含量呈现出较强的表聚性,养分含量中有机质含量较高;其它养分含量较低;泥炭土壤中表层土壤有机质与碱解氮、速效钾、有效磷存在显著相关性,泥炭深层土壤的有机质与碱解氮、有效磷相关性较强;空间变异特征显示,土壤各养分指标均表现为中等空间变异特征。

艾比湖湿地土壤粒度特征分析

为了探明阿拉山口大风对地表土壤粒度分布的影响,本文选取阿拉山口风向影响下的阿拉山口地区(A区域),博河、精河下游河岸带(B区域),阿奇克苏河下游河岸带(C区域)作为研究区,三个区域的表层土壤作为研究对象,以艾比湖湿地表层土壤粒度测试实验为基础,分析土壤粒度及空间分布的特征。平均粒径结果表明:阿拉山口区、博河,精河下游河岸带、阿奇克苏河下游河岸带粒径分别为101.49μm、77.54μm、49.82μm;偏度特征为:三个区域的偏度均值结果显示为正偏态,分别为为4.01(阿拉山口区域)、3.71(博、精河区域)、2.77(阿其克苏河区域)。土壤质地分级结果为:阿拉山口区土壤质地以粗砂为主,博河,精河下游河岸带以沙砾和粉砂为主,阿奇克苏河下游河岸带以粉砂为主。上述结果定量地揭示了阿拉山口常年的风力侵蚀作用及其人类活动对该区域表层土壤粒度的影响。

退化湿地恢复中植物群落的变化——以艾比湖精河入湖口为例

精河入湖口湿地是典型干旱区湖泊湿地艾比湖湿地的重要组成部分。本研究采用空间序列代替时间序列的方法研究艾比湖精河入湖口退化湿地恢复中植物群落的变化特征,以便诠释退化湿地恢复中植物群落演替进程和趋势。结果表明,在湿地恢复的过程中芦苇（Phragmites australis）均为优势种。退化湿地恢复的第1、3和5年时,群落内植物种分别为17、11和1种,群落盖度分别为85.98%、96.00%和100.00%,而优势种芦苇高度分别为75、85和234 cm,基本恢复到未退化自然群落水平。这说明只要水源充足,精河入湖口退化湿地经4~5年即可恢复到未退化状态。

艾比湖湿地典型植物群落下土壤有机质空间变异性研究

以具有特殊气候和成土母质的艾比湖湿地为研究区,运用传统统计学和地统计学相结合的方法对4种典型植物群落下土壤有机质含量变化进行研究。结果表明:(1)不同季节下4种植物群落土壤有机质含量变异系数均为中等变异;(2)随着土层深度的增加,碱蓬群落下各层土壤有机质含量在0—5 cm和50—60 cm较高,芦苇群落和盐节木群落各层土壤有机质含量在10—20 cm较高,梭梭群落下各层土壤有机质在一定区域范围内空间特征性显著,且植物群落中土壤有机质含量均具有较强的空间相关性,5月芦苇群落的变异程度大于其他植物群落。总体来说,不同季节芦苇群落下土壤有机质的空间变异范围均较大,说明距湖远近对土壤有机质空间具有一定的影响。

艾比湖湿地植物群落变化对盐分环境梯度的响应

土壤盐分是影响干旱区荒漠植物群落动态的决定因素之一。基于2012年5月和10月在艾比湿地调查的植物样方和实验得出的土壤表层盐分数据,利用聚类分析方法将39个土壤表层盐分数据划分为3个盐分梯度0.03%-0.73%（S1）、0.81%-1.73%（S2）和2.40%-3.12%（S3）,分析艾比湖湿地植物群落植物多样性变化对土壤盐分环境梯度的响应。结果表明,（1）距湖15 km和距湖5 km采样点大部分处于第1个盐分梯度,属于轻度盐渍化;鸟岛、博河、鸭子湾、奎屯河、和距湖10 km处均处于第2个盐分梯度,盐渍化程度达到中-重度;湖边采样点,在3个盐分梯度各有分布。（2）3个盐分梯度上的主要植被类型不同：S1以梭梭（Haloxylon ammodendron）、柽柳（Tamarix ramosissima）、白刺（Nitraria tangutorum Bobr）为主,并且出现的植被种类较多（37种）;S2以柽柳（Tamarix ramosissima）、盐节木（Haloenemum strobilaceum）为主,出现的植被种类相对较少（11种）;S3以盐节木（Haloenemum strobilaceum）、盐角草（Salicornia europaea）、芦苇（Phragmites australis）为主,出现的植被种类较少（7种）,随土壤盐含量的升高,植被种类减少、群落生活型结构有所改变,草本比例减少,灌木和乔木比例有所增加。（3）植物Simposon指数、Shannon-Wiener指数和Margalef指数在中盐梯度下达到最大,最大值分别为0.84、2.28、3.82。（4）Pielow指数则是随着盐分梯度的上升呈下降趋势,在低盐梯度下达到最大值,最大值为1.26。（5）多样性指数在S3梯度下整体显著降低,即土壤盐分含量为2.40%-3.12%时对艾比湖湿地植物多样性的影响较大。