干旱区荒漠生态系统的土壤呼吸

采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定了准噶尔盆地高(B)、低(A)两个盖度级3个典型荒漠植物群落梭梭、盐穗木、假木贼的土壤呼吸速率,比较分析了各样地土壤呼吸的变化特征及水热因子对荒漠土壤呼吸特征的可能影响。结果表明:生长季,土壤呼吸速率存在明显的日变化和季节变化规律,不同盖度和群落类型的荒漠土壤呼吸速率变化形式基本相同。日变化格局最高值出现在12:00～14:00,最低值在8:00或20:00;夏季各月(6、7、8月份)土壤呼吸速率高于秋季月份(9、10月份),春季(5月份)最低。高盖度梭梭群落样地日平均土壤呼吸速率与其他样地存在显著差异。各样地土壤呼吸速率与地表温度呈不同程度的正相关,而与土壤温度的相关性较弱;高盖度盐穗木样地(土壤湿度最高)、梭梭样地(土壤湿度最低)土壤呼吸速率与土壤湿度呈显著负相关。地表温度-土壤湿度的多变量模型能在更大空间尺度解释荒漠土壤呼吸速率时间变化的61.9%。样地间土壤呼吸速率的差异可能主要受土壤湿度影响。高、低盖度的梭梭、盐穗木和假木贼群落的Q10值分别为1.34、1.3、1.65、1.58、1.17和1.31,平均值1.39。

干旱区内陆河流域荒漠河岸林群落生态过程与水文机制研究

干旱区内陆河流域生态水文过程研究已成为当今地理学、生态学研究的焦点,是开展生态恢复研究的重要内容。塔里木河下游断流河道的生态恢复是以沿自然河道生态输水为主要形式的,因此,有必要加深对塔里木河下游荒漠河岸林群落生态过程与水文机制的认识。在对塔里木河下游荒漠河岸林植被生态退化及其退化原因分析的基础上,综述了塔里木河下游典型植物生态水位的研究进展,阐述了植物适宜生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位研究的阶段性成果,并进一步展望了未来研究的焦点问题。指出了群落生态水位、植被群落与土壤水分、盐分异质性的关系,提出植物水分利用机制是群落生态过程与水文机制研究的核心问题。

荒漠河岸生态系统退化机理的定量分析

通过野外监测资料,采用聚类分析与主成分分析法,分析了荒漠河岸生态系统退化的内外因素与驱动力、植被退化的环境主导因子与生态退化程度,结果表明:(1)地质、地貌与气候条件等因素的影响,塔里木河下游生态系统存在脆弱和不稳定性是其退化的内因,外界干扰则是其退化的外在因素。人为干扰则是其退化发生的驱动力,起因于人口的增加、需求的增长。(2)在此过程中导致植被受损的环境主导因子是水,植被退化是人类干扰作用于植被赖以生存的环境主导因子所致。(3)其不同河段的生态退化可以归为三类:潜在沙漠化类(轻度退化),轻度沙漠化类(中度退化),中度或重度沙漠化类(重度退化),其中第三类型,土壤条件与其它两类差异较大,表现出土壤退化的滞后现象。

新疆塔里木河下游荒漠河岸(林)植被合理生态水位

该文依据塔里木河下游地下水位多年监测资料，将地下水位按不同埋深划分为0～2、2～4、4～6、6～8、8～10和〉10m6个梯度，并设置植被调查样方进行连续监测，以分析地下水位变化对植物物种多样性与种群生态位的影响。研究结果表明：在地下水位2～4m时，物种多样性最高，其次为4～6m，再次为0～2m；当地下水位在6m以下时，物种多样性锐减，Hill多样性指数曲线变化趋势趋于平直化。荒漠河岸（林）植被主要植物种群生态位随着地下水位的逐步下降而扩展，并在地下水位4～6m处达到最宽；尔后，生态位又显著变窄；地下水位4～6m时，种群间生态位重叠最不显著，物种数较为丰富。因此，该文分析得出结论：塔里木河下游植被恢复的地下水位应确保达到6m以上，大部分地区地下水位应维持在4～6m，而部分河道附近地区地下水位争取达到2～4m。

塔里木河下游21种荒漠植物繁殖体形态特征及对环境的适应

以塔里木河下游分属于9科16属的21种荒漠植物为对象,调查了它们的植冠种子库情况以及繁殖体的附属物、形状(三维方差)、大小(三维之和)及质量(百粒重)等形态特征,并探讨了各种繁殖体的生态适应对策.结果表明:(1)13种荒漠植物可利用植冠种子库来躲避环境干扰:7种繁殖体具绢毛,2种繁殖体具翅,1种繁殖体具芒,3种繁殖体具冠毛,可利用风力实现传播与定居,而且它们可利用有水时期的速萌特性来适应当地生态输水这一辅助措施;5种繁殖体形状远离球形(三维方差≥0.126),6种繁殖体形状接近圆球形(三维方差<0.06).(2)5种具速萌特性的繁殖体(形状圆筒形、圆锥形和蝌蚪形)与8种具有持久土壤种子库的繁殖体(三维方差较小≤0.1且三维之和≤2.75mm)利用它们互补的生态适应对策使其在研究区成功定居与繁衍;13种以r-型生活史对策为主且粒小质轻的繁殖体(三维之和≤2.75mm,单粒重<1mg)与4种粒大质重的繁殖体(三维之和≥4.8mm,单粒重>3.3mg)利用其互补式繁殖对策将研究区生物多样性维持于一定水平.(3)7～9月份为一年生草本、多年生草本、(半)灌木植物及乔木同时落种的时期,可将人工输水集中于这一时期以实现研究区种子最大数量地萌发.

荒漠防护林典型树种液流特征及其对环境因子的响应

利用基于热补偿理论的SF300分体液流仪对干旱荒漠区人工防护林典型树种(俄罗斯杨、胡杨、榆树、沙枣)树干液流全天候监测,自动气象站同步记录相关环境因子变化。研究表明:①4种防护林树种茎干液流日变化除沙枣树外均存在明显昼夜节律,液流速度在同属种间差异较小,在不同属种间差异显著,俄罗斯杨的日平均液流速度可以达到沙枣的13.8倍,耗水量排序为俄罗斯杨>胡杨>榆树>沙枣树。②水分充足条件下,增加实验地灌溉量使4种树木蒸腾受到抑制,液流流速降低,水分利用效率降低。③液流流速因所处树干径向位点不同而存在差异,俄罗斯杨、榆树、沙枣液流速度表现出由形成层到髓心的递减趋势,胡杨树干径向位点液流没有表现一定规律。④树干液流流速与环境因子进行相关分析,通过逐步回归分析建立了4个典型树种茎干液流速度与环境因子关系估算模型,分析认为4种树木的环境敏感性排序为俄罗斯杨>榆树>胡杨>沙枣。

准噶尔盆地沙漠-绿洲雪面蒸发实验研究

根据2007年11月至2008年3月积雪期在古尔班通古特沙漠南缘和天山北坡阜康绿洲的雪面蒸发实验观测和资料分析,研究了准噶尔盆地沙漠-绿洲雪面蒸发特征.结果表明:沙漠区日均雪面蒸发量为0.015mm·d-1,绿洲区为0.02mm·d-1,观测期日蒸发为负值(净凝结)的天数占总观测日数的31.9%.冬季稳定积雪期沙漠区和绿洲区雪面蒸发总量分别为1.73mm和1.95mm,各占冬季降水量的6.51%和7.37%.沙漠垄间开阔地雪面蒸发比梭梭林内蒸发强,冬季12月至翌年2月垄间林内总蒸发量为-0.41mm,开阔地蒸发量0.86mm.影响准噶尔盆地冬季雪面蒸发的主导因素为气温,与天山山地及世界其它干旱地区相比,准噶尔盆地冬季雪面蒸发是最小的.低温、多雾天气是盆地低蒸发的重要原因.

输水堤防工程对塔里木河中游荒漠河岸林生态系统的影响

河岸生态系统的恢复与保育越来越受到人们的关注.通过建立监测断面对塔里木河中游从2001—2007年输水堤防修建后地下水埋深、地下水化学特征以及植被覆盖度和物种多样性的监测分析发现:堤防两侧湿地的地下水位呈现下降变化趋势,地下水矿化度以及主要离子含量呈现大幅度增加,而植被覆盖度和物种多样性都呈下降变化的趋势;相关分析结果表明,在输水堤防修建之初距堤防不同距离处水化学的相关性显著,而随着时间的推移,距堤防远处与近处的相关性下降,距堤防800m以外区域成为水盐的排泄区.输水堤防的修建抑制了河水漫溢是堤防外地下水位下降,水质恶化和植被覆盖度及物种多样性的降低根本原因.

天山北坡内陆河流域山地-平原绿洲和荒漠气候变化差异分析——以三工河流域为例

对中国天山北坡三工河流域山地、绿洲、荒漠不同下垫面区域1961-2007年气象资料序列进行了分析,结果表明:近50a平原绿洲区平均温度以0.3℃.(10a)-1趋势上升;流域山区增温趋势较慢,平均每10a以0.17℃的趋势增温,但本世纪初增温速率加快,绿洲区和山区分别增加0.7℃和0.5℃.流域CO2浓度和CH4浓度持续上升,且高于全球平均水平.原绿洲区1987-2007年比1961-1986年平均降水量偏多35%;山区降水量平均每10a增加速率和绿洲区基本一致,但波动较大,20世纪80年代降水增加较显著,90年代降水量减少到70年代水平,本世纪初降水量显著增加.气候变化序列用Mann-Kendall方法检验认为,山区温度和降水没有达到突变水平,平原绿洲区降水在1984年发生了由低向高的突变,温度在1995年发生了由低向高的突变.夏季荒漠空气相对湿度、太阳辐射量均小于绿洲,但温度却始终高于绿洲,绿洲"湿岛效应"和"冷岛效应"特征明显.荒漠-绿洲温差有3h、20h的主要周期,温差突变一般发生在凌晨.

塔里木河下游荒漠河岸林群落土壤呼吸及其影响因子

利用LI-8100土壤碳通量自动测定仪监测塔里木河下游荒漠河岸林群落土壤呼吸的日变化动态,分析其土壤呼吸与环境因子的关系,比较二者的差异。结果表明:(1)胡杨和柽柳群落土壤呼吸的日变化过程相同,最大值出现时间一致,呈单峰值曲线,但是不同月份最大值出现时间不同;(2)胡杨群落的土壤呼吸速率大于柽柳群落的;(3)胡杨和柽柳群落的土壤呼吸速率与距地表2cm处气温之间存在显著的指数关系,但是不同植物类型的土壤呼吸对温度的敏感性有所不同;(4)胡杨和柽柳群落的土壤呼吸速率与土壤水分都存在显著的线性关系;(5)通过多元回归分析表明,塔里木河下游76%～93%左右的荒漠河岸林群落土壤呼吸速率受温度和水分的共同控制。

新疆伊犁河流域生态服务价值对土地利用变化的响应

以伊犁河流域为研究对象,运用GIS手段和生态经济学方法,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等人的中国陆地生态系统服务单位面积价值,结合敏感度分析,探讨了伊犁河流域1985-2005年土地利用和生态系统服务价值的变化特征。研究结果表明:1985-2005年间伊犁河流域土地利用处于发展阶段,土地利用程度呈增大趋势。研究期内生态系统服务价值总体有所上升,从482.83×108元上升到506.44×108元,增加了23.61×108元:水域和耕地对研究区总体服务功能变化的贡献率最大,而牧草地生态服务功能的下降对研究区总体生态服务功能的增加具有较大负贡献。研究区生态经济的发展已处于协调水平的边缘,需要加强对生态环境的保护力度。

温带荒漠中温度和土壤水分对土壤呼吸的影响

荒漠对气候变化具有高度敏感性,深刻认识和量化非生物因子对荒漠生态系统土壤呼吸的影响具有重要意义。采用自动CO2通量系统(Li-8100)监测了梭梭(Haloxylon ammodendron)、假木贼(Anabasis aphylla)和盐穗木(Halostachys caspica)群落生长季土壤呼吸及温度、土壤含水量等,深入分析了水热因子对土壤呼吸的影响。土壤呼吸具有不对称的日格局,最小值出现在8:00,最大值在12:00～14:00。土壤呼吸的季节格局与气温变化基本同步,最小值在生长季末期(10月),最大值在生长季中期(6～7月)。梭梭、假木贼和盐穗木群落生长季平均土壤呼吸速率分别为0.76、0.52和0.46μmol CO2·m-2·s-1。气温对假木贼(51%)和盐穗木群落(65%)土壤呼吸季节变化的解释率高于梭梭(35%)。梭梭、假木贼和盐穗木群落土壤呼吸温度敏感性(Q10)逐渐增大,基础呼吸速率(R10)逐渐减小。剔除温度影响后,梭梭、假木贼群落土壤呼吸与土壤含水量呈显著的幂二次方函数关系,盐穗木群落两者关系却明显减弱,未达到显著水平。气温、土壤含水量的二元方程均能解释群落土壤呼吸大部分的时间变异:梭梭群落71%～93%、假木贼群落79%～82%、盐穗木群落70%～80%。人工模拟降水后土壤呼吸速率表现出降水后10min减小、180min时明显增加、达到最大值后再次衰减的现象。5和2.5mm降水处理下的土壤呼吸速率最大值和其后的递减值高于对照处理,土壤呼吸增加、达到峰值和其后递减过程与5cm土壤温度变化基本同步。

胡杨根系水力提升作用的证据及其生态学意义

生长在塔里木河流域的荒漠河岸林植被虽长期忍受着高温和干旱的威胁,然而它们却能够一直延续并保存至今。除了植物深根系吸水作用外,另一个更主要的原因可能就是荒漠河岸林植被存在水力提升的效应。该文采用HRM热比率法茎流仪对3株胡杨(Populus euphratica)主根和侧根的液流速率分别进行了为期4d的连续监测;利用自动气象站对微气象因子:风速、空气相对湿度、叶面温度和地表温度进行连续监测;同时采用了烘干法对不同深度土层在不同时刻的土壤含水率进行了取样分析。试验结果表明:胡杨主根液流在白天和夜间均表现为正值,相反的,胡杨侧根液流速率则出现了明显的夜间负向流动。胡杨根系0～120cm土层土壤水分含量具有下湿上干的变化趋势;胡杨侧根在夜间发生负向流动后,土壤含水率显著升高,尤其在60～120cm土层中,4:00土壤含水率上升幅度达到4:00时刻土壤含水率的22%～26%。影响胡杨侧根液流速率的主要气象因子主要是叶面水汽压亏缺。

塔里木河下游荒漠植物群落物种多样性及其结构特征分析

以29块植物群落调查样地资料为基础,采用物种多样性指数、丰富度和均匀度由高到低指数对塔里木河下游植物群落的物种多样性及群落结构进行分析。结果表明,研究区共有植物10科14属,出现频率居于前3位的植物依次为柽柳、黑果枸杞和胡杨;重要值以胡杨为最大(0.384),其次为柽柳(0.230),盐生草为最小(0.002);优势建群植物胡杨主要分布在与河道垂直距离500 m范围内。沿河道从英苏至阿拉干断面,地下水位逐渐下降,物种多样性总体呈下降趋势,群落结构由乔木-灌木-草本转为以乔木-灌木为主;随与河道垂直距离增加,群落密度和盖度均呈现先增加后减少的变化趋势,植物群落结构由乔木-灌木、乔木-灌木-草本逐渐演变为灌木-草本或单一的灌木结构。

基于生态水文过程的塔里木河下游植被生态需水量研究

根据2005年塔里木河下游8个断面25服地下水位观测井和25个植物样地野外采集的数据,运用DPS统计软件计算植被物种多样性指数,进而对地下水、土壤水与植被的关系进行了分析,结果表明地下水位、土壤含水量与植被多样性之间都有极强的相关性,在此基础上确定出塔里木河下游潜水蒸发的极限埋深是5m。并采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河下游天然植被的月潜水蒸发量进行计算,将两者计算结果加以算术平均得到塔里木河下游不同埋深对应的潜水蒸发量;采用两种方法对植被面积进行分类。在此分类基础上计算生态需水量,将两个结果再次平均,得到天然植被全年最低需水量约为3.2×108m3。通过对月生态需水量的分析发现4月到9月的生态需水量占全年的81%,尤其是5、6、7三个月占全年总需水量的47%,是生态需水的主要时期。

塔里木河中游洪水漫溢区荒漠河岸林实生苗更新

以塔里木河中游荒漠河岸林为研究对象,2008年6月至2009年8月,对洪水漫溢区河漫滩裸地、林下及林隙3种生境植物1年生实生苗进行了调查。结果表明:实生苗更新主要依赖洪水漫溢,在非漫溢区没有发现实生苗存在;洪水降低了漫溢区的土壤盐度,更重要的是其提供了宝贵的水分条件,在时间和水量上有效地满足了胡杨等植物种子萌发和幼株生长的水分需求;河漫滩是河岸林种子实生苗产生的基地,洪水漫溢后的河漫滩种子实生苗密度显著大于其余两生境内实生苗密度,同时该生境内物种多样性也显著高于林下和林隙生境;光照决定着漫溢区实生苗能否成林,光照不同的空间样点上,实生苗发生数量和个体生长均存在显著差异,光照强的河漫滩,实生苗发生数量较多且幼苗能保持较高的生长活力和较多的生物量积累。

准噶尔盆地两种荒漠群落土壤呼吸速率对人工降水的响应

通过野外定位观测准噶尔盆地荒漠植物群落（假木贼群落和盐穗木群落）在不同人工模拟降水强度下的土壤呼吸、土壤温度和湿度动态,探讨了荒漠群落土壤呼吸速率对降水后土壤增湿的响应。结果发现两种荒漠植物群落的土壤呼吸速率均出现了模拟降水后10min减小、随后逐渐增加、达到最大值后再次衰减的现象。降水处理的土壤呼吸速率最大值出现滞后于对照处理,且呼吸速率最大值及最大值后的递减速率普遍高于对照。降水后土壤呼吸速率变化受温度和土壤湿度共同影响,降水后10min土壤呼吸速率的减小与土壤湿度最大值同步,呼吸速率最大值出现时间与地表温度一致,在降水后180-300min。2类群落3种降水处理间的土壤呼吸速率在模拟降水后（0-450min时段）均未达到显著差异。假木贼群落以5mm降水处理的平均土壤呼吸速率最大,盐穗木群落则以2.5mm处理最大。土壤呼吸速率对模拟降水的响应受降水量、降水前土壤湿润状况、土壤质地等多种因素影响。

塔里木河流域生态系统健康评价

通过收集2000年以来塔里木河流域的生态、经济和社会状况资料,分析影响该流域生态系统健康的因素,采用指标体系分析法和专家咨询法,确立塔里木河流域生态系统健康评价指标体系和评价标准,计算得出流域生态健康评价指标权重,并对流域生态健康状况进行了评价。结果表明:塔里木河源流的阿克苏河、叶尔羌河和开都河-孔雀河流域的山区生态系统的健康状态处于"中等"级别,和田河流域的山区生态处于"优"级别;阿克苏河、叶尔羌河和和田河流域的平原绿洲区生态处于"优"级别,开都河-孔雀河流域的平原绿洲区生态处于"中等"级别;四源流的荒漠区生态处于"差"级别;塔里木河干流上游生态处于"优"级别,中游生态处于"中等"级别,下游生态处于"差"级别。评价结果基本与实际相符,说明使用的评价方法是切实可行的。该研究结论将为流域生态环境的综合治理提供科学依据。

天山北坡区域生态承载力与可持续发展--以阜康市为例

应用生态足迹法剖析位于天山北坡的新疆阜康市近20多年来承载力变化及对可持续发展的影响,结果表明:20世纪90年代以来市场对煤炭等本地优势资源需求和重新配置加速了本区域快速工业化进程,工业化的结果引导了能源消费迅速增加和城市化发展,生物资源消费快速增加,生态消费足迹逐年显著增加。20多年来,林地人均承载力提高而草地和农耕地人均承载力下降,土地总承载力略有下降。在工业迅速发展、城市化的带动和刺激下,能源和草地消费足迹急剧增加,生态由赢余转为赤字并呈现出赤字快速增加的趋势。草地需求旺盛导致了草地掠夺经营的现状愈演愈烈,生态风险逐渐向草地倾斜,已构成该区域可持续发展的最大障碍因素。天山北坡草地承载和可持续发展与牧业落后生产方式紧密联系,也与人们的认识观念有关,实现草地生态的逆转需要全社会的关注和支持。