基于地理探测器的中国陆地生态系统土壤有机碳空间异质性影响因子分析

中国陆地生态系统土壤有机碳库对全球生态系统碳平衡具有显著影响。为揭示土壤碳库空间分布的潜在主控因子并为今后建立碳库空间分布模型提供依据,利用地理探测器对中国陆地生态系统表层土壤(0—20 cm)有机碳密度的影响因子(气温、降水量、DEM、NDVI、陆地生态系统类型、人口密度)进行空间分异性探测和定量归因。结果表明:自然因素是全国和区域尺度陆地生态系统表层土壤有机碳密度的主要因素,而人为因素影响较小。全国尺度各影响因子按解释程度大小排序分别为:温度(0.22)>NDVI(0.16)>DEM(0.12)>陆地生态系统类型(0.09)>降水量(0.06)>人口密度(0.04);自然因素中的气候因素是中国陆地生态系统表层土壤有机碳密度空间分异性的主要影响因子,温度与降水量交互作用的解释程度为0.37,其中温度的作用尤为重要;气温因子与土壤有机碳密度在相对寒冷的地区(均温<15℃)呈负相关,但在更热的地区则呈正相关,意味着生态系统碳平衡对未来气候变暖可能表现出异质性的响应特征;强烈的因子互作效应表明,中国陆地生态系统表层土壤有机碳空间分异性是由多种因子共同作用影响而非单一因素决定;中国六大分区(东北、华北、华东、西北、中南、西南)陆地生态系统表层土壤有机碳密度的各影响因子解释程度存在差异,体现出土壤有机碳密度的主控因子的空间异质性。

新疆开都-孔雀河流域天然植被生态需水量研究

本研究以新疆开都-孔雀河流域为研究区,针对流域不同保护目标,采用定额法、阿克苏水平衡站公式和阿维里扬诺夫公式三种方法,分别估算了生态红线区和生态敏感区的生态需水量。研究结果表明开都-孔雀河流域生态红线区平均需水量为13.82×10^8m^3,生态敏感区平均生态需水量为2.06×10^8m^3,且潜水蒸发法中的阿克苏水平衡站公式的计算值与平均值最为接近。由于干旱区降水量稀少,天然植被生长完全依赖地下水,一般采用潜水蒸发法间接计算植被的生态需水量,在植被需水定额不好确定的情况下,更是首选潜水蒸发法进行生态需水量的估算。研究成果可以为孔雀河生态输水工程和塔里木河下游生态输水工程的实施提供科学依据。

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10^(8)m^(3)(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10^(8)m^(3)(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10^(8)m^(3)(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。

喀什噶尔河流域土地利用/覆被变化及相关生态问题研究

为促进区域土地资源的科学管理和可持续发展,根据遥感影像解译的喀什噶尔河流域2000-2015年土地利用/覆被类型面积数据,对比分析了流域土地利用/覆被的变化,探讨了流域土地利用/覆被变化对区域生态环境可能产生的影响。结果表明:在2000-2015年,喀什噶尔河流域不同土地利用/覆被类型的面积发生明显变化。其中,耕地面积增幅高达53%,居工用地面积增幅高达68%,水域面积增加了17%,未利用地面积增幅约3%,天然林面积减少幅度高达33%,冰川和积雪面积减少55%。流域不同土地利用/覆被类型空间分布格局未变。流域存在的与土地利用相关的生态问题有:一是土地利用类型面积变化显著,土壤盐渍化严重;二是灌溉面积过大,农业灌溉用水利用效率低,生产生态用水矛盾突出;三是流域下游因多年断流,沿河岸分布的以胡杨为优势建群种的荒漠河岸林生态系统退化显著,胡杨林下土地沙化明显。

基于Agro-IBIS模型的新疆农田生态系统净初级生产力时空动态及其对气候变化的响应模拟

为系统地了解干旱区农田生态系统碳动态及其对气候变化的响应,笔者利用基于过程的新型全球动态植被模型(Agro-IBIS)模拟了1979—2009年间新疆农田生态系统净初级生产力(NPP)的时空变化,并通过相关性分析揭示农田NPP对不同气候因子和CO_2浓度变化的响应。结果表明,1979—2009年新疆农田NPP平均值为723.78 g C/(m^2·a),总碳储量约为237.15 Tg C,净农田生态系统碳交换量(NEE)年平均值为-63.36 g C/(m^2·a),并总体上呈碳汇特征。对新疆农田NPP的空间变化而言,除了在天山地区绿洲农田NPP出现较小幅度的减少外,总体变化呈逐步增加趋势。31年来,新疆农田年度NPP总量与年均气温的相关性比,与降水量的相关性较高。说明灌溉对新疆干旱区绿洲田生产力的影响远大于自然降水。经验证,Agro-IBIS模型对于新疆农田生态系统碳收支的模拟结果合理,可以为中国西北干旱区农田生态系统固碳潜力的模拟预测和科学制定区域碳管理政策提供科学依据。

黑河下游荒漠河岸林植物水分利用关系研究

本文分析了荒漠河岸林植物水分来源, 辨明不同植物种的水分利用关系。根据植物水分来源的空间差异, 探讨植物种间关系, 为荒漠河岸林生态建设中的物种选择和搭配提供依据, 避免物种间因水分利用而过激竞争。结合对黑河下游植物胡杨、柽柳、苦豆子、黑刺、花花柴、骆驼蓬的木质部水及其潜在水源——土壤水和地下水的稳定氧同位素组成（δD、δ^18O）测定分析, 应用＂同位素质量守恒多元＂分析方法, 探讨了不同潜在水源对植物的贡献。结果表明： ①不同种类植物木质部δD、δ^18O值不同, 表明不同种类植物的吸水深度不同, 胡杨（幼苗）主要利用0-20 cm的土壤水, 柽柳主要吸收200-300 cm的深层土壤水, 黑刺主要利用0-20 cm的土壤水, 花花柴的主要吸水层位为50-100 cm, 骆驼蓬的主要吸水层位为0-20 cm, 而苦豆子主要利用0-5 cm的土壤水。②不同潜在水源对植物的贡献率因植物种类不同而异, 草本植物主要利用浅层土壤水, 灌木因植物种类不同, 水分来源有差异, 而乔木胡杨（幼苗）主要利用浅层土壤水; ③根据试验结果, 黑河下游胡杨（幼苗）与黑刺、骆驼蓬之间水分利用存在竞争关系, 胡杨（幼苗）、柽柳与其他物种之间水分利用可能存在协助关系。④蒸发是导致黑河下游土壤水分中氢、氧稳定性同位素富集的主要原因; 但随深度加大, 土壤水受地下水的影响加大, 稳定同位素值也相应发生改变。

策勒绿洲地下水和地表覆被时空变化的研究

策勒绿洲是新疆典型的荒漠绿洲区,地下水是维持该绿洲及过渡带植被生长的关键因素,以绿洲灌区为主体,以2008—2015年地下水时空变化为主线,采用遥感、GS+地统计学、优化K-means聚类和空间信息叠加等方法分析绿洲地下水和地表覆被的变化特征。结果表明:(1)绿洲地下水埋深变幅最大是11号井,为9.66 m;变幅最小是25号井,为0.1 m;地下水埋深存在明显的空间自相关,相关距离为11.852 km;绿洲东北部地下水埋深明显下降,下降区域面积为184.85 km^2,占绿洲面积的72%;(2)对绿洲地下水埋深进行优化K-means聚类分区,结果分为4个子区,其中第一、第二聚类中心的地下水埋深均呈现下降趋势;(3)2000—2015年绿洲土地覆盖类型发生较大转变,林地面积显著性减少了26.02 km^2,草地面积增加了11.15 km^2,农田向东北部明显扩增;(4)绿洲不同地表覆被类型的地下水埋深从深到浅依次为:农田>林地>草地。

准噶尔荒漠蔷薇猪毛菜的种子异型性与萌发特性

【目的】研究准噶尔荒漠蔷薇猪毛菜的种子异型性与萌发特性,为种子异型性在荒漠条件下的生态适应机制及进化提供理论依据。【方法】蔷薇猪毛菜(Salsola rosacea)为研究对象,依据种子的形状、大小、颜色和着生方式对种子分类并研究不同类型种子的萌发特性,根据植株干重对植株进行等级划分后计算其繁殖分配与种子输出。【结果】蔷薇猪毛菜可产生3种类型种子,A型为绿色具翅种子且萌发率高,B、C型为黄色短翅/无翅种子且存在休眠;A、B型繁殖体繁殖分配比例随植株等级增加而增加,表现出对植株个体大小的依赖,C型则不表现依赖;A型种子输出比例随植株等级的增加而减少,B型种子随等级增加而增加,对植株个体大小表现依赖性,C型种子输出无明显波动。【结论】蔷薇猪毛菜能够产生3种具有不同散布方式和萌发行为的种子,其繁殖分配与种子输出对植株大小产生依赖。

水肥与覆膜对油莎豆产量及土壤性质的影响

为探究极端干旱区油莎豆(Cyperus esculentus)经济有效的水肥种植措施,本研究在和田地区沙漠-绿洲过渡带风沙土上设置了水肥和覆膜的双因素试验,设3个水肥处理(60%、80%和100%水肥),3个覆膜处理(无膜、液膜和白膜),共计9个处理,分析了不同水肥处理和覆膜方式对油莎豆干物质产量、土壤养分、土壤盐的影响。结果表明,不同水肥处理对油莎豆的生长与各部分产量均无显著影响(P>0.05),覆膜处理显著影响油莎豆株密度、块茎个数、千粒重及块茎产量(P<0.05)。油莎豆叶生物量与块茎产量均在覆盖白膜条件下最大,块茎产量在液膜处理下为最低。水肥与覆膜处理对土壤养分均有显著影响,水肥处理与覆膜处理对0-20 cm土层土壤有机质、水解性氮、速效钾,以及20-40 cm土层土壤水解性氮、有效磷、速效钾存在显著交互作用。种植油莎豆显著降低了土壤有机质含量,增加了其余养分含量,土壤有机质含量在白膜+60%水肥条件下为最高;并且显著降低了土壤深层盐分含量,但过量的水肥会导致表层土壤盐渍化。综上所知,在覆盖白膜的条件下,选择较低的水肥添加量能够在获得较高的油莎豆产量的同时,减少成本,获得最大的经济生态效益,因此,针对贫瘠缺水的沙化土地,推荐使用白膜+60%水肥的模式种植油莎豆。

新疆土壤有机碳与土壤理化性质的相关性

根据全国第2次土壤普查新疆维吾尔自治区的相关土壤资料数据,分析了新疆(0!50cm)土壤有机碳与土壤理化性质的相关性,以期对研究区土壤进行科学管理,从而有助于合理地耕作和科学地施肥,同时也为研究新疆碳循环机制提供丰富而准确的信息。相关性分析表明,研究区土壤全氮、阳离子交换量均与土壤有机碳含量存在着显著的正相关关系(P<0.05)。其中,土壤有机碳与全氮的相关性最大(P<0.000 1,R2=0.936 7);土壤pH、土壤容重与土壤有机碳含量呈显著负相关关系(P<0.05);全磷、全钾、土壤孔隙度与土壤有机碳含量未达到显著相关水平(P>0.05)。本研究结果有助于系统、科学地分析干旱区土壤生态系统在全球气候变化中的贡献及生态意义。

新疆不同气候区的气温和降水变化及其对地表水资源的影响

运用Mann-Kendall趋势检验法、典型相关分析法和逐步回归分析法研究新疆不同气候区气温和降水的时空变化特征及其对地表水资源的影响。结果如下。1)近50多年来,新疆气温和降水分别以0.32℃/10a和8 mm/10a的倾向率增加,气温增加趋势更显著,且以最低温增温幅度最大。2)气温和降水在1987年发生显著突变,突变后气温的增长幅度更大,而降水由突变前的弱下降趋势变为突变后的弱上升趋势。3)气温和降水的增长率自北向南逐渐减小,北疆暖湿变化明显。4)阿尔泰山南坡区和天山北坡区的地表水资源主要由水文年降水变化主导,而天山南坡区和昆仑山北麓区的地表水资源主要由5—9月气温变化主导。

西部地区乡村人居环境与经济协调发展时空演变及其驱动力--以广西为例

以2005年、2010年、2015年、2020年为研究时间节点,运用熵权TOPSIS模型测算广西14个地级市乡村人居环境质量与区域经济发展水平,采用耦合协调度模型测算二者耦合协调度,并利用最优参数地理探测器模型探讨乡村人居环境质量驱动因子。结果表明,2005-2020年广西乡村人居环境质量与区域经济发展水平整体上呈逐步上升的趋势,乡村人居环境高值区主要分布在桂北和桂西地区,低值区分布在桂南和桂中地区,区域经济发展水平高值区分布在桂北地区,低值区分布在桂西地区;二者耦合协调度稳步提升,但协调水平不高,协调变化呈现由单一的核心区逐步向四周辐射扩散特征;乡村人居环境的驱动力主要与农村通讯设施水平、农村人均住房面积、农田有效灌溉效率、农民人均消费水平等因素有关。

塔里木盆地南缘绿洲土地覆盖变化及驱动力

以塔里木盆地南缘的策勒绿洲为研究区,基于4期土地利用和遥感影像、以及气象、水文和社会经济数据,分析了1990—2018年策勒绿洲土地利用/覆被变化特征。结果表明:(1)策勒绿洲各土地利用类型发生明显转变,农田面积向四周扩增,林地分布区域发生大幅度转移,不同覆盖程度的草地之间转化频繁。(2)绿洲共有138.41 km2的面积发生转变,占总面积的53.85%,各类型的单一动态度依次为:高覆盖草地>农田>低覆盖草地>建设用地>中覆盖草地>未利用土地>林地,双向动态度依次为:高覆盖草地>农田>低覆盖草地>建设用地>林地>中覆盖草地>未利用土地。(3)绿洲林草植被指数低于0,表明林地和草地一直处于退化的状态;绿洲土地利用变化驱动力主要为人口、降水以及径流量。

近50多年来新疆伊犁河谷产业结构演进特征

采用产业经济学、计量经济学、统计学中的相关方法,对伊犁河谷1956—2008年期间产业结构演进的特征进行了定量评价,并针对伊犁河谷产业结构演进的三个阶段及其特征进行了研究。利用指标计算分析了三次产业及其内部结构、就业产业结构、产业结构升级转换等层面的动态演进过程,然后运用偏离-份额分析法计算了1956—1978年、1979—1992年和1993—2008年三个代表时段产业结构演进的数量特征。结果表明,伊犁河谷产业结构演进特征具有以下特点:1.一产比重一直呈现明显的下降趋势,二产业比重总体上处于上升趋势,第三产业比第二产业上升快,但内部结构不合理;2.产业结构和就业结构发展表现出极强的不均衡性;3.产业结构转换速度逐渐变缓,特别是1993年以后,随着经济活动日趋正常化、规模化、成熟化,产业结构转换速度相对较小;4.产业结构一直是靠着传统的农牧业在发展演进,落后的工业和不发达的第三产业严重制约着伊犁河谷产业结构的演进。

新疆产罗布麻及其制品罗布麻茶微量元素锶和锂及其可能成因分析

为促进罗布麻茶的进一步开发利用,本研究采用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)法和ICP-AES(电感耦合等离子体发射光谱)法检测新疆产罗布麻和白麻叶及其制品罗布麻茶的9种微量元素(Li、B、Cr、Fe、Mn、Cu、Zn、Se、Sr)含量,并与绿茶和铁观音茶进行比较。结果表明:与黄山绿茶和铁观音茶相比,新疆产罗布麻叶及其制品罗布麻茶微量元素含量丰富,尤其是Li、Sr和B含量突出,分别是前者的50~100倍、7~20倍和3~4倍,但Mn含量极低。对其成因的讨论分析表明,罗布麻茶富含Li、Sr和B,而绿茶和铁观音含锰量高,是对各自产地水系及土壤矿质成分及含量差异的适应性反应。以新疆产罗布麻叶和白麻叶为原料的罗布麻茶,是有益微量元素Li和Sr的良好补充来源。

“中亚-西亚经济走廊”典型国家荒漠化防治政策法规比较研究

土地荒漠化是全球最严重的生态环境问题之一,是全球变化研究的一个重要内容。荒漠化不仅威胁到整个人类的生存环境,而且是制约全球经济发展和影响社会稳定的重要因素。"中亚-西亚经济走廊"是中国与"一带一路"沿线国家积极共建"一带一路"的六大经济走廊之一,面临严重的荒漠化问题。本文通过重点分析"中亚-西亚经济走廊"中典型国家中国、哈萨克斯坦、科威特和以色列四国荒漠化防治政策法规的特点、功能和功效,为出境机构、企事业单位更好地参与当地相关产业的合作与发展,推进"一带一路"建设,为荒漠化防治提供参考依据。

种植7种牧草对北疆盐碱地土壤改良效果的评价

荒漠土地盐碱化已成为荒漠绿洲可持续发展的限制性因素。本研究于2021年5月10日在新疆北部野马繁殖研究中心种植稗草(Echinochloa crusgalli)、燕麦(Avena sativa)、苏丹草(Sorghum sudanense)、高丹草(Sorghum bicolor×S.sudanense)、墨西哥玉米草(Purus frumentum)、健宝(S.bicolor‘Jumbo’)和甜高粱(S.dochna)改良盐碱地,分别于2021年7月14日(第60天刈割)、2021年8月3日(第80天刈割)和2021年8月24日(第100天刈割)采收所有地上植物和并采集土壤样品测定分析,评价7种禾本科植物对土壤盐渍化的改良效果。结果表明,随着刈割时间的延长,稗草、燕麦、高丹草、墨西哥玉米草和甜高粱饲草的钾离子和钠离子含量无显著差异(P>0.05)。稗草的钙离子含量呈增加趋势,氯离子含量呈下降趋势;燕麦的硫酸根离子和镁离子含量呈下降趋势;苏丹草的钾离子含量呈显著先下降后增加趋势(P<0.05),氯离子和镁离子含量呈下降趋势;高丹草的钙离子含量呈显著先下降后增加趋势(P<0.05),硫酸根离子含量呈显著下降趋势;墨西哥玉米草的镁离子含量在第80天刈割显著最低;健宝的镁离子含量呈显著下降后增加趋势(P<0.05);甜高粱的钙离子含量呈下降趋势。除墨西哥玉米草外,其他6种饲草土壤的氯离子、钠离子和硫酸根离子含量呈下降趋势。稗草、燕麦、健宝和高丹草土壤的碳酸氢根离子含量呈增加趋势,甜高粱土壤碳酸氢根离子含量呈先增加后下降趋势,苏丹草和墨西哥玉米草土壤的碳酸氢根离子含量没有显著差异(P>0.05)。7种禾本科饲草离子含量的盐碱地改良效果排序为稗草>高丹草>燕麦>健宝>苏丹草>墨西哥玉米草>甜高粱;7种禾本科饲草土壤离子含量的盐碱地改良效果排序为健宝>高丹草>墨西哥玉米草>甜高粱>稗草>燕麦>苏丹草。综合考虑,健宝和高丹草适宜作为北疆风沙区盐碱地土壤改良的禾本科饲草。

濒危药用植物塔吉克阿魏种子萌发特性

塔吉克阿魏(Ferula tadshikorum)是重要的珍稀药用植物资源,探究其种子休眠特性并找到解除休眠的方法,是对其开展种迁地保护和人工种植的基础与前提。以塔吉克阿魏种子为研究材料,通过室内控制试验法对果实和种子基本生物学特性、种子吸水性、种子结构、种子萌发抑制物进行研究,并分析了萌发温度、层积处理、不同浓度GA_(3)的交互处理对其萌发率、萌发势、萌发指数的影响。结果表明,种皮不阻碍种子吸水,果实形态成熟时种胚形态发育完全。种子粉末浸取液对小白菜种子萌发有显著抑制作用。使用15℃/5℃萌发温度,不使用GA_(3)浸种,低温层积45 d能显著提高塔吉克阿魏种子萌发率。塔吉克阿魏种子休眠类型为生理休眠,是由于种子内萌发抑制物质和种胚生理后熟共同作用引起的。播种前将种子层积45 d,而后置于12 h/12 h昼夜温度变化15℃/5℃的环境下萌发可有效解除种子休眠从而促进种子萌发。

北疆地区生长季参考作物蒸散量的时空变化特征及其敏感性分析

基于北疆地区20个气象站点1966-2012年逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式计算各站生长季逐日参考作物蒸散量(ET_0),利用线性趋势分析、M-K突变检验、因子贡献率、敏感系数等方法,对该地区ET0的时空变化规律及其对气象要素的敏感性进行分析。结果表明,北疆地区生长季ET_0多年平均值为939.43mm,47a间以16.30mm?10a^(-1)的速率呈极显著下降趋势(P<0.01),并于1981年开始突变。研究区ET_0空间分布具有"平原和盆地多、山区少"的特点;对ET_0变化贡献率最大的因子是平均风速,其次是温度和水汽压,日照时数贡献率最小。北疆地区ET_0对水汽压呈现负敏感,对温度、风速、日照时数呈正敏感,气象因子敏感系数绝对值高低依次为温度>水汽压>风速>日照时数。水汽压升高、风速减小、日照时数减少对ET_0的减小作用超过温度上升对ET0的增大作用,是导致近47a北疆地区ET0总体呈下降趋势的根本原因。

气候变化与人类活动对博斯腾湖入湖径流影响的定量分析

【目的】研究气候变化和人类活动对新疆博斯腾湖流域的影响,将有助于提高气候变化条件下对水文过程的认识,对探讨流域资源的综合开发利用和开展建设节水型社会等都具有重要意义。【方法】基于博斯腾湖流域49年(1960～2008年)的入湖流量、温度、降水和大山口径流资料,利用Mann-Kendall秩次相关法进行趋势检验,同时应用滑动T检验及YAMAMOTO检验信噪比突变点检测方法对入湖径流量近49年的实测径流量进行突变点分析。【结果】研究发现流域降水、温度和大山口径流量增加趋势显著,而入湖径流量呈现不显著的增加趋势;1960～2008年间有两次突变发生,分别在1973年和1987年;将1973年之前作为基准期,并以之为界分为两部分,利用1960～1972年资料建立气候因子与径流量的多元回归关系,同时利用1973年之后的气象数据代入该关系式就能得到天然情况的径流序列,进而定量分离气候变化和人类活动对径流的影响并评估其强度。分析表明,人类活动对博斯腾湖流域的入湖径流量的影响强度呈增加趋势。【结论】为保证流域农业生态环境和入湖径流的稳定及可持续发展,应合理分配地表水资源,减少人类活动对地表径流的影响,确保入湖径流量。