古尔班通古特沙漠南缘沉积记录的沙漠-绿洲演化特征

干旱区沙漠和绿洲是在一定条件下可以互相转化的共生景观,阐明两者转化机制对于理解干旱区现代地表过程和生态环境演变趋势具有重要意义。在古尔班通古特沙漠南缘采集地表不同类型沉积物样品,通过实验分析获取了表征现代沙漠和绿洲沉积特征的粒度端元组分、MgO/SiO_(2)比值、绿洲指数[(Mn+Cu+Zn)/SiO_(2)]和淋溶系数[SiO_(2)/(MgO+CaO+K_(2)O+Na_(2)O)]等指标参数,并检验了这些指标在提取地层记录的沙漠化和绿洲化信息方面的可靠性。结果表明:(1)现代绿洲沉积细组分端元(EM1)含量较高,且MgO/SiO_(2)比值和绿洲指数也较大,但淋溶系数较小,而沙漠沉积粗组分端元(EM3)含量较高、淋溶系数较大,但MgO/SiO_(2)比值和绿洲指数较小。(2)地层剖面中厚层或多层叠加的黏土-粉沙沉积粒度端元组分、绿洲指数和淋溶系数等指标与现代绿洲沉积相似,而厚层或多层叠加的极细沙、细沙沉积各指标与现代沙漠沉积相似。(3)在OSL年代标尺基础上,综合运用以上代用指标提取地层记录的沉积环境演变信息,并对比毗邻区域代表性地质记录分析显示,在11.1×10^(3)~10.2×10^(3) a、6.0×10^(3)~3.8×10^(3) a、约2.8×10^(3) a的多层细沙和极细沙层反映气候干旱、风沙活动较强,沙漠波动扩展;而10.2×10^(3)~6.0×10^(3) a发育的多层黏土-粉沙层反映气候相对湿润、河流作用活跃、绿洲广泛发展,沙漠大幅度收缩;约3.8×10^(3) a以来,在趋向现代景观格局的过程中,沙漠与绿洲范围此消彼长、多次转换。

古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘上土壤水分与地形-植被因子的关系

土壤水分是干旱和半干旱生态系统格局和过程的主要驱动力,地形-植被因子是小尺度上影响土壤水分的主要因子。以古尔班通古特沙漠南缘北沙窝附近固定沙丘上不同深度的土壤水分(表层0-40 cm、中层40-200 cm、深层200-300 cm和整体0-300 cm)作为研究对象,利用广义线性模型(GLM)、广义加性模型(GAM)和随机森林(RF)模型研究了土壤水分与地形-植被因子之间的关系和变化规律。结果表明:(1)不同深度的土壤水分均呈现一致的单峰分布,不同深度土壤水分的大小顺序为深层>中层>表层,且两两之间具有显著差异。(2)GLM和GAM模型得到的影响不同深度土壤水分的植被和地形因子完全相同,RF模型的精度优于GLM和GAM模型。(3)地形因子海拔、坡度、高差和植被因子灌木多度与其影响的不同深度的土壤水分呈负相关关系,地形因子坡向(规定正东方向为0,顺时针旋转)和植被因子生物量与其影响的土壤水分呈正相关关系。植被因子草本盖度与表层土壤水分呈正相关关系,与中层土壤水分呈负相关关系。研究结果可为研究区制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式提供理论参考。

古尔班通古特沙漠南缘沉积记录的全新世环境演变

古尔班通古特沙漠南缘处在风、水两相营力作用的交汇区域,沉积环境独特,对气候变化响应敏感,是研究中国西北沙区全新世环境演变的理想区域。选取古尔班通古特沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带3个风积-冲积交互地层剖面,在实地观察岩性特征、沉积序列的基础上,通过光释光(OSL)测年建立年代标尺,结合粒度参数、磁化率和石英颗粒表面微形态特征的对比分析,综合判别研究区全新世以来的沉积环境演化过程。结果表明:研究区地层序列主要反映了河流过程和风沙过程的消长,并且表现出同期异相特征。约11.8~10.2 ka,天山北麓冲积作用活跃,辫状河深入沙漠,局部发育河流沉积;约10.2~6.0 ka,研究区进入全新世适宜期,沙漠北退,河湖、湿地广泛发育;约6 ka至今,研究区冲积作用减弱,风沙活动频繁,沙漠环境与河流环境交替出现。近千年以来,研究区沉积环境表现出风沙活动增强、河流冲积萎缩的特点,古尔班通古特沙漠总体上有南侵扩张趋势。本区全新世湿润环境的出现主要受制于西风环流的强弱变化和位置变动,此外,北半球夏季太阳辐射与天山冰川的耦合作用及北大西洋冷事件引发的气候波动可能也是影响本区全新世沉积环境变迁的重要因素。

古尔班通古特沙漠南缘半固定沙丘固沙灌木株高-冠幅的空间异质性

本文在立地尺度上以古尔班通古特沙漠半固定沙丘上的4个优势固沙灌木种群为研究对象,利用变异函数分析其株高、东西和南北冠幅的各向同性和各向异性的空间变异特征。结果显示:(1)4个种群的株高和冠幅的大小顺序依次为白梭梭(Haloxylon persicum Bunge ex Boiss.et Buhse)、沙拐枣(Calligonum leucocladum(Schrenk)Bge.)、油蒿(Artemisia ordosica Krasch)、蛇麻黄(Ephedra distachya L.)。除蛇麻黄和油蒿无显著差异外,4个种群的株高和冠幅两两之间均有显著差异。(2)4个种群株高和冠幅的变异函数值随间距的增加变化趋势相同,在局部范围内存在一定的波动。(3)株高和冠幅具有较强的空间自相关格局。沙拐枣种群冠幅和蛇麻黄种群株高的空间变异主要由随机性和结构性因素共同决定,而其他种群株高和冠幅的空间变异则主要由结构性因素决定。(4)4个种群株高和冠幅的空间格局较为简单,不同方向上均呈现出空间异质性。

古尔班通古特沙漠南缘媒介蜱群落分析

为明确目前古尔班通古特沙漠南缘媒介蜱的流行情况和分布规律,对该地区11个生境点的考查分析。结果显示,获得的2776枚媒介蜱,隶属4属11种,初步确定了莫索湾沙漠区、克拉玛依干旱区、安集海农垦区和精河平原牧场媒介蜱的种群落组成和区域分布,并对其群落结构进行了相关分析,同时确定了在古尔班通古特沙漠区媒介蜱的优势物种为残缘璃眼蜱(Hyalomama detritum detritum)、亚洲璃眼蜱(Hyalomama asiaticum asiaticum)、亚东璃眼蜱(Hyalomama asiaticam)、盾糙璃眼蜱(Hyalomama scuperse);在农垦区和平原牧场地段内则以银盾革蜱(Dermacentor niveus)、残缘璃眼蜱、亚洲璃眼蜱、亚东璃眼蜱、盾糙璃眼蜱为优势蜱种。

古尔班通古特沙漠南缘蜱类区系分布及其与相关疾病关系

初步调查了古尔班通古特沙漠南缘3种不同生境条件下蜱的种群组成及区系分布,采用人工小时布旗法收集蜱,11个不同考察点,共获蜱2152只,计4属8种。结果表明,以古尔班通古特南缘为主的沙漠区,优势种群为残缘璃眼蜱(Hyalomma detritum)(34.67%)、盾糙璃眼蜱(Hyalomma scupense)(26.20%);以奎屯、石河子等地为主的垦区,优势种群为残缘璃眼蜱(Hyalomma detritum)(28.15%)、银盾革蜱(Dermacentor niveus)(26.20%);以天山山麓北坡为主的山地森林草原区,优势种群为全沟硬蜱(Ixodes persulcatus)(100%)。其中以沙生植物构成的固定和半固定沙漠区蜱密度指数最高(111.75只/人工小时)。同时,采用动物体摘采法,首次在绵羊和刺猬体表分别发现了盾糙璃眼蜱和短垫血蜱。另外,列出这些主要蜱种与人类疾病间的关系。此调查结果可为准噶尔盆地的蜱类组成与分布及其与疾病间的关系的研究提供依据。

古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀与其抑制因子的空间变异性

对面积约0.15km2的古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀强度与其抑制因子进行取样检测,应用地统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析。结果表明:该研究区土壤风蚀强度与其抑制因子(植被盖度、土壤含水量)的实测数据均服从正态分布,其中植被盖度变异函数曲线的理论模型符合指数模型,而土壤含水量和土壤风蚀强度指数变异函数曲线的理论模型符合球状模型。通过对2009年5月监测资料的分析,得出试验区植被盖度、土壤含水量、土壤风蚀强度指数在空间上存在显著的变异性,土壤风蚀强度与其抑制因子之间存在着较强的负相关性,即土壤风蚀强度指数随着植被盖度和土壤含水量的增大(或减小)有减小(或增大)的趋势,因此土壤风蚀强度对植被盖度和土壤含水量具有较强的空间依赖性。在风力空间差异不大的小尺度范围内,干旱区土壤风蚀强度的大小主要取决于植被盖度和土壤含水量的大小。植被盖度与土壤湿度则是抑制土壤风蚀的主要因子,也是保持古尔班通古特沙漠南缘沙面稳定的主导因子。

新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤结皮中苔藓植物的研究

对新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤结皮中苔藓进行了研究 ,结果表明 ,该地区参与土壤结皮的有 4种苔藓植物 ,即真藓 (Bryum argenteum)、细叶真藓 (Bryum capillare)、无齿紫萼藓 (Grimmia anodon)和垫状紫萼藓 (Grimmia pulvinata) ,并分析了其耐旱特性和分布特征 ;研究发现该地区苔藓结皮呈层片分布规律 ,由表及里依次为苔藓植物层、无机沙砾层 、藻结皮层、无机沙砾层 等

古尔班通古特沙漠南缘非灌溉条件下梭梭(Haloxylon ammodendron)蒸腾耗水特征

利用热平衡包裹式茎流计连续测定了古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭2010年5月6日～10月12日的茎干液流及气象因子数据,探究了非灌溉条件下不同直径梭梭在其蒸腾耗水特性及与气象因子相关性之间的差异。结果表明:(1)茎干液流昼夜变化规律明显,蒸腾日变化呈双峰或多峰趋势,夜间保持较小液流;午休现象多出现于14∶00～16∶00。相同环境因子影响下,直径越大,茎干液流速率越大,午休现象也越明显;(2)在生长季,不同直径梭梭液流的启动和停止时间存在差异,6～8月,直径越大,液流启动时间越早,停止时间越晚。同一植株液流在不同月份的启动和停止时间差异较大,生长初期,液流启动早,停止迟;生长季末期,液流启动迟,停止早;(3)5～8月,液流日累积过程呈明显的"S"型趋势;9～10月,呈斜率一致的一条直线。直径越大,日累积量和累积速率越大,第一拐点到达时刻越早,第二拐点到达时刻越晚;(4)液流速率与太阳辐射的相关性最好,其次为气温和相对湿度,风速最小;相关性在7月份最大,6月和8月次之,10月最小。相同环境条件下,直径越大,其液流速率对气象因子的响应越明显;(5)观测时段内,7月耗水最多,6月、8月、9月次之,5月和10月最少。直径越大耗水量越多,直径9.9、13.4、22.9 cm日均耗水量为0.570、0.595、0.694 mm,总耗水量为92.904、96.923、113.052 mm,液流通量为0.263、0.284、0.346 L.cm-2.d-1。与干旱区不同生境的梭梭相比,古尔班通古特沙漠原生梭梭的液流通量相对较小。不同地点和生境的梭梭在耗水数量、耗水日过程特性等方面差异明显,这为天然荒漠植被防护林的管理及沙漠区人工灌溉植物的水资源合理配置提供了一定的决策支持。

古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘土壤水分时空变化特征

土壤水分是维系古尔班通古特沙漠荒漠植被发育最主要的制约因子。为了研究古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘土壤水分特征,于2012年12月4日至2013年11月4日,采用中子仪法对0~400cm沙层土壤含水率进行了原位观测,分析了沙丘不同部位土壤含水率的时空变化及不同发育阶段梭梭对其根区土壤含水率的影响。结果表明：（1）0~40 cm土层为土壤水分活跃层,40~200 cm土层为土壤水分次活跃层,200 cm以下土层为土壤水分相对稳定层;（2）西坡、坡顶和东坡的土壤含水率差异不显著,丘间地土壤含水率与西坡、坡顶和东坡均存在极显著性差异,且丘间地土壤含水率相对较高;（3）3—5月是土壤水分补给期,6—10月是土壤水分耗损期,11月—翌年2月是土壤水分稳定期;（4）不同发育阶段梭梭根区土壤含水率秋季均显著低于春、夏两季,壮年阶段梭梭根区土壤含水率各季都较低,青年阶段梭梭根区土壤含水率各季相差较大,壮年阶段梭梭和青年阶段梭梭根区土壤含水率春、夏季均存在显著性差异。

古尔班通古特沙漠南缘大沙鼠的食性

2009年9月～2010年9月在新疆古尔班通古特沙漠南缘采集了15个大沙鼠洞区的粪样和研究区域内所有植物标本,采用粪便显微组织学分析方法分析了不同季节大沙鼠的食性,并初步探讨了其食性与周围环境的关系。结果表明大沙鼠食性广,采食植物种类共计13科25种。春季大沙鼠的主要食物是囊果苔草(Carex physodes)(45.21%)和尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)(15.25%),夏季的主要食物是虫实(Corispermum sp.)(28.16%)、沙漠绢蒿(Seriphidium santoli-num)(17.98%)、沙蒿(Artemisia desertorum)(12.32%)、膜果麻黄(Ephedra przewalskii)(11.91%)和对节刺(Horaninowia ulicina)(10.29%),秋季和冬季的主要食物是梭梭(Haloxylon ammoden-dron),所占食物组成比例分别为81.53%和79.95%。对大沙鼠食物组成季节间相似指数统计结果表明,仅在秋冬季节间相似性很高(0.99),其余季节间相似性均相对较低(0.23～0.28)。大沙鼠以栖息环境中的大宗植物为主要食物,其食性随不同分布区建群植物不同而变化。大沙鼠食物组成的季节性变化与其栖息环境中植物物候的季节性变化规律相吻合。梭梭仅在秋冬季成为大沙鼠的主要食物,而在春夏季节鲜被采食。

古尔班通古特沙漠南缘荒漠化过程演变的景观格局特征分析

荒漠化过程是荒漠化研究的核心问题。以1977年MSS,1990年、2010年TM和2001年ETM+四个时期为遥感影像数据源,研究了近40 a古尔班通古特沙漠南缘荒漠化过程演变的景观格局特征。结果表明:(1)近40 a古尔班通古特沙漠南缘荒漠化过程演变经历了微弱逆转-加剧-逆转变化,荒漠化处于正逆交替动态变化中,总体上呈逆转趋势。(2)不同时期荒漠化过程演变格局特征呈波动性变化,以2001年为分水岭。近40 a来轻度和中度始终为主导作用,且有增强趋势。(3)年降水量与归一化植被指数(NDVI)相关系数达0.805,有明显正相关关系。年降水量对荒漠化具有显著作用,且其影响明显大于年均气温。(4)荒漠化过程景观格局特征对年降水量有明显响应。不同时期荒漠化过程演变中斑块密度随着降水量的增加总体呈减小趋势,年降水量达到184.4 mm,斑块密度趋于稳定,景观破碎度和景观异质性趋于稳定。随着降水的增加,轻度荒漠化类型破碎度呈逐渐减小趋势;中度荒漠化土地破碎度呈波动式变化;重度荒漠化破碎度波动下降趋势。(5)近40 a来气候变化是古尔班通古特沙漠的荒漠化与景观格局演化主要因素,但人为因素不容忽视,预示着未来干旱区荒漠化处于继续逆转趋势中。

古尔班通古特沙漠南缘植物群落多样性的空间异质性

选取奎屯、石河子、奇台3地研究古尔班通古特沙漠南缘不同区域生物多样性特征，采用重要值作为多样性测度指标，计算多样性Simpson指数、Shannon-Wiener指数、均匀度Maintosh指数和优势度Simpson指数。根据物种的重要值，可将古尔班通古特沙漠南缘研究区植物群落划分为6种类型：梭梭群落、羽毛三芒草群落、柽柳群落、枇杷柴群落、猪毛莱群落和沙蒿群落。虽然6个群落中优势种具有不同的生态生物学特性，但从Simpson多样性指数上可以看出备群落差距并不大，变化在0．67-0．77之间，各群落物种均较丰富，优势种明显，优势度相差不大。由于从西到东自然条件的变化，从奎屯到石河子，再到奇台，物种多样性降低。

古尔班通古特沙漠南缘荒漠秋萌短命植物多样性及其空间分布特征

[目的]了解古尔班通古特沙漠秋萌短命植物的种类和空间分布特征。[方法]选择有短命植物分布的典型沙丘,于2004年9、11月～2005年3、8、9月调查古尔班通古特沙漠南缘秋萌短命植物的种类及空间分布特征。[结果]调查区域共发现18种短命植物秋季能够萌发,但覆盖度很小,2004年15种,2005年11种。秋萌的短命植物种类远少于早春萌发,以一年生植物为主,且都处于营养生长期。尖喙牻牛儿苗和囊果苔草分布最多,其空间分布特征表现为丘间>沙丘中部>丘顶。小地形对在干旱区荒漠植物的空间分布具有重要的影响,稍微低洼地方短命植物的分布密度高于较高的地方。[结论]秋季萌发的短命植物以一年生植物种类为主,空间分布受沙丘部位及小地形影响,与土壤含水量的空间变异一致。

古尔班通古特沙漠南缘绿洲净辐射及其热量通量的变化研究

对古尔班通古特沙漠及其南缘绿洲间各观测点的热通量、波恩比和净辐射进行了分析.结果表明,从沙漠到绿洲,下垫面获得的净辐射热量中,感热通量和土壤热通量所的占比例逐渐减少,而潜热通量的比例逐渐递增,离沙漠越远潜热通量越大;在12:00～18:00,绿洲裸地上波恩比在2.0～8.9变化,而在沙漠边缘为10～11;早上和晚上沙漠的净辐射高于绿洲,白天近地面净辐射绿洲大于沙漠.

古尔班通古特沙漠南缘近10年NDVI变化趋势与气象因子的关系

根据2000—2009年MODIS数据及相应地区的气象数据,对古尔班通古特沙漠南缘近10a的植被指数(NDVI)与气象因子之间的关系进行了分析。结果表明,研究区近10a年均温、降水量和NDVI总体呈上升趋势;NDVI的月变化呈弱双峰型,最大峰值出现在5月,次峰值出现在8月,最小值在2月;变标度极差分析结果表明,研究区未来全年和各季平均气温、降水及NDVI将继续上升,NDVI与同期的气温、降水的变化趋势相吻合。

古尔班通古特沙漠南缘梭梭茎干液流变化及其对环境因子的响应

利用TDP热扩散式茎流计,结合气象观测系统,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,基于潜在蒸散发和蒸腾需求指数对梭梭茎干液流进行了模拟。结果表明:(1)梭梭树干液流在晴天的日变化呈单峰曲线,液流速率上升阶段时间短于下降阶段时间,与气象因素的日变化规律不一致。不同季节梭梭树干液流速率日变化规律存在差异,夏季液流与春季、秋季相比,启动早,停止晚,峰值更大且发生更早。(2)环境要素间存在着不同程度的相关性,主成分分析表明:前三个主成分共能解释85%的环境信息,其中以空气湿度、空气温度、水汽压亏缺、潜在蒸散发、净辐射为主的第一主成分能解释47%环境信息变化,以土壤温度、水汽压为主的第二主成分能解释20%环境信息变化,以土壤含水量、风速为主的第三主成分能解释17.6%的环境信息变化。(3)在春季和夏季基于潜在蒸散发的S型模型模拟梭梭液流速率的精度更高,在秋季基于蒸腾需求指数模拟的梭梭液流速率的精度更高。(4)梭梭树干液流速率与大气水分亏缺、净辐射、潜在蒸散发之间存在非对称响应,且不同季节间的响应规律存在差异,在春季和秋季,液流速率与水汽压亏缺呈顺时针状,与净辐射、潜在蒸散发呈逆时针状;在夏季,液流速率与水汽压亏缺呈顺时针状,与净辐射、潜在蒸散发呈斜8字顺时针状。

古尔班通古特沙漠南缘3种生活型草本植物生物量分配及相关生长关系

为了解古尔班通古特沙漠不同生活型草本植物的生物量分配特征,通过取样调查当地34种草本植物的生物量研究表明:(1)采集到的每个物种样本的总生物量大多小于4 g,其中多数个体(大于80%)的地上与地下生物量分别在2和0.5 g以内,根冠比主要集中在0.25以内;(2)类短命植物向地下部分分配较多生物量,根冠比较大,集中分布在1.67左右;短命和一年生长营养期草本向地下部分配的生物量远小于类短命植物,两者的根冠比较小,主要集中在0.15左右;(3)短命植物地下与地上部生物量间为等速生长关系,而类短命植物和一年生长营养期草本植物地下与地上生物量间为异速生长关系,其中类短命植物随个体增大向地下部分配生物量的比例增多,而一年生长营养期草本则相反。综上所述,短命、类短命和一年生长营养期草本植物地下与地上生物量间具有不同的分配特征,与各自独特的生活史特征相一致。

古尔班通古特沙漠南缘农田及沙漠-农田交错带瓢虫的发生规律

为有效的保护和利用绿洲农业及沙漠生态中的瓢虫资源,本文采用定期定点扫网法收集调查古尔班通古特沙漠南缘农田及交错带内各个景观的瓢虫及蚜虫的种群数量,认识其发生规律。采用单因素方差分析的方法,比较了不同景观对瓢虫的保育作用及其内蚜虫对瓢虫数量的影响。结果表明:经鉴定古尔班通古特南缘区域多异瓢虫数量最多(84%);交错带生境瓢虫发生高峰为6月,与交错带内各样点蚜虫发生高峰一致;农田生境内瓢虫与蚜虫数量均于8月达到高峰;植被最为丰富的近农田景观瓢虫数量最高(0.047头/d)。本研究可为交错带植被的保护和利用及绿洲农业的害虫综合治理提供理论依据。

新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤生物结皮中地衣植物物种组成和分布

本文对新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤生物结皮中地衣植物种类及分布特征进行了初步研究.结果表明,该地区参与土壤生物结皮的有13种地衣植物,即藓生双缘衣、拟橙衣、丽石黄衣、准葛尔橙衣、磷网衣、胶衣珊瑚变种、坚韧胶衣、金黄茶渍、碎茶渍、鳞饼衣、网衣、糙伏毛微孢衣、鳞核衣,分别属于5个目,10科.并分析了其分布特征,发现地衣植物的分布与苔藓植物有负相关关系,地衣的分布受到环境温度、太阳辐射强度、降水量等因素的影响.同时我们计算了三个组间的地衣多样性和相似性,发现组1的多样性最高,次为组3,组2的多样性最低.