干旱半干旱区氮沉降生态效应研究进展

随着人类活动干扰的加剧以及全球气候变化,大气氮沉降的生态效应日益成为人们关注的焦点。氮沉降的增加能够带来生态系统结构和功能的改变,引起一系列生态效应。氮沉降对干旱半干旱地区生态系统的影响主要包括以下方面:(1)在干旱半干旱地区,氮沉降主要以脉冲形式进入氮循环进而影响其它生态过程;(2)氮沉降能够增加土壤氮矿化和土壤无机氮浓度,但氮循环还会受许多其它因素的影响;(3)氮沉降对土壤微生物代谢活动有很强的促进作用,但对其生物量的影响存在争议;(4)氮沉降能够影响植物生产力、根的生长,其效应主要受到水的调节作用;(5)氮沉降能够降低本地种的物种丰富度,有利于外来1年生物种的入侵。

塔里木河流域生态安全问题分析

对新疆塔里木河流域1978年以来不同阶段出现的生态安全问题进行了深入分析,从水资源、植被和土地盐渍化、荒漠化等方面详细阐述了该区的生态安全状况,并提出今后该流域生态安全应关注的重点和研究的方向。

博斯腾湖流域生态管理与监督措施初探

近40a来,随着人类社会经济活动强度的不断加大,大量的工农业废水排入博斯腾湖,导致博斯腾湖水体咸化、水质变坏,湖区水生生物以及湿地受到严重影响。为了减轻或避免博斯腾湖流域的生态环境继续遭受破坏,充分地实现博斯腾湖生态、经济及社会功能,必须加强博斯腾湖流域生态环境的监督与管理,采取有效的生态管理与监督措施,协调人与自然的关系。

新疆塔里木河流域近50a气候变化及其对径流的影响

根据塔里木河源流区1958-2004年的水文气象数据,利用Mann-Whitney和Mann-Kendall非参数技术检验,对塔里木河源流区近50 a来气候变化的长期趋势、变化特征及其空间分布进行检测,并分析了塔里木河流域气候变化背景下的径流变化趋势.结果表明:流域气温和降水均在20世纪80年代中期发生了跳跃式的突变,且自20世纪80年代中期以来气温和降水均保持较高的增长趋势,90年代成为近半个世纪以来最温暖的10 a.阿克苏河区和开孔河区增温幅度大于叶尔羌河区和和田河区,除和田河区外,各区的增湿幅度基本上都超过了10%.与气候变化相一致,塔里木河上游源流区的年径流量除和田河表现出轻微减少趋势外,叶尔羌河和阿克苏河的年径流量均呈增加趋势,其中,阿克苏河的年径流量增加了10.9%.流域气温、降水与厄尔尼诺的χ2独立性检验表明,El Nio与La Nia事件对流域年均气温和年降水不存在显著的影响.

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。

新疆水文水资源变化及对区域气候变化的响应

基于全疆8条代表性河流近50年的地表径流、气温和降水数据,采用Mann-Kendall趋势检验和突变检测法,对各条河流地表径流、年均气温和年降水进行了长期趋势检验和突变分析,同时对径流与气温、降水之间的变化关系以及水文极端事件洪水的发生频次和洪峰流量进行了分析。结果表明,20世纪80年代中期以来全疆各地气候一致表现为气温升高和降水增多,其中北疆地区变化最为显著,南疆其次,东疆最小。受气温、降水变化影响,河流径流发生年际和年内分布变化。大部分河流自20世纪90年代初水量显著增多,有春汛提前、夏汛推后和洪峰流量增大的现象,其变化特征与河流补给类型密切相关。全疆洪水发生频次增多、洪峰流量增大。气候变暖已对区域水文循环产生重要影响。

新疆塔里木河断流趋势分析与减缓对策

塔里木河断流的趋势日益严峻,主要表现在断流长度不断增加,断流时间持续加长,如果这种趋势不能遏制,将大大增加向塔里木河下游生态输水的难度,对流域生态安全和下游"绿色走廊"的保护产生重大影响。通过对塔里木河断流趋势和水文情势的分析计算,探讨了引起塔里木河断流点上移、断流时间和断流河道加长的原因以及河道断流态势进一步发展可能给塔里木河流域生态安全带来的影响。进一步分析塔里木河流域水土资源管理和水情变化与河道断流的关系,提出塔里木河上游源流区灌溉面积增加是导致进入干流水量减少、河道断流的主要原因,流域大面积垦荒和用水量增加加剧了河道断流趋势的发展。建议实施流域水资源统一管理,强化塔里木河流域管理局管理职能,加强对土地资源的管理,加快对天山地区岩溶地下水的研究与开发,关注山区水库修建可能对塔里木河断流和生态带来的新问题。

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。

干旱区杨树、榆树人工防护林地土壤CO_2释放通量研究

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。随着全球气候变暖趋势逐渐明显,土壤呼吸的时空变异及其对温度变化的响应已成为生态学研究的重要内容之一。利用LI-8100自动土壤CO2通量测量系统,连续两年生长季测定了准噶尔盆地新垦绿洲杨树(Populus sp.)、榆树(Ulmus pumila)人工防护林地土壤呼吸的时间动态,并分析了土壤水热因子及光合作用对土壤呼吸的影响。研究结果表明:两种林分土壤呼吸日变化波动呈现一定的不规则性;季节变化表现为明显的单峰格局。杨树林地土壤呼吸速率显著高于榆树林地,生长季平均土壤呼吸速率分别为3.71和1.82μmol CO2·m–2·s–1。两种林分土壤呼吸的季节变化与气温、不同深度层次土壤温度间均呈显著的指数相关,而与土壤含水量之间相关不显著。50和35cm土壤温度可以分别解释两种林分土壤呼吸时间变化的78.5%和64.4%,与土壤温度和含水量的共同解释率接近。林分间土壤呼吸速率差异受到林木生长状况、光合作用及土壤盐分等的影响。研究结果初步阐明了准噶尔盆地干旱区典型绿洲防护林植被土壤呼吸的季节动态特征及主要影响因子,为进一步揭示该区域林地土壤碳循环特点提供了一定的理论基础。

古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速变化规律研究

于2007年春季(风季),利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄进行实地观测,系统研究沙垄表面2m高度气流速度变化规律,发现坡脚风速、入射角和坡面形态对其有显著影响。在大气呈中性稳定的条件下,风速由迎风坡脚至丘顶逐渐加速,在垄顶达到最大,至背风坡的中上部剧烈降低,此后又逐渐恢复。垄顶风速随坡脚风速的增大而线性增大。在相同风速条件下,大角度入射时迎风坡的风速增加幅度和背风坡的风速降低幅度均明显高于小角度入射的情形,可见入射角的大小控制着沙垄表面风速的变化幅度。地形对风速变化的影响在于,在缓而长的坡面上,迎风坡风速放大率较短而陡的坡面要大,当短而陡的坡面作为背风坡时,风速的降低则较缓长的坡面更为剧烈。对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风流速度变化规律进行研究,将有助于理解半固定沙垄表面的蚀积过程和动态,为科学防沙治沙提供理论依据。

伊犁河流域植被垂直分布格局的初步研究

在伊犁河流域垂直高差近2 000 m的研究区域内分海拔段进行植物样方调查,归纳出15种植被带类型。指出了各植被带的海拔与经纬度范围,详细阐述了各植被带类型中各层片的植物种类以及盖度,并探讨了这种分布格局的特点与成因。

中国伊犁河谷种子植物区系分析

根据野外调查,采集植物标本以及对所收集的资料进行整理,构建中国伊犁河谷野生种子植物名录,在此基础上展开种子植物区系分析。研究表明:中国伊犁河谷共有野生种子植物1 655种,归属于486属83科;优势科为菊科(Compositae)、禾本科(G ram ineae)、豆科(Legum inosae)等18科,表征科为罂粟科(Papaveraceae)、藜科(Che-nopod iaceae)、蓼科(Polygonaceae)和石竹科(Caryophyllaceae)4科;优势属为苔草属(Carex)、拉拉藤属(Galium)、早熟禾属(Poa)等18属,表征属为披碱草属(Elymus)、鹤虱属(Lappula)、锦鸡儿属(Caragana)和蒲公英属(Taraxa-cum)4属;科和属的地理成分主要为温带成分,分别占53.66%和65.65%(不包括广布型),中国特有和东亚特有成分极少甚至缺失,存在一个中亚特有科——鸢尾蒜科(Ixioliriaceae)。

伊犁河谷不同植被带下土壤有机碳分布

结合2008年和2009年野外实地调查与室内分析的资料,运用方差分析等方法对伊犁河谷高山草甸、草甸草原、典型草原、荒漠草原、温性针叶林等9种不同植被条件下的土壤有机碳含量分布及其储量进行了分析估算。研究结果表明:伊犁河谷土壤有机碳含量因植被类型变化而不同。在0～50cm土层范围,高山草甸、草甸草原土壤有机碳含量较高,其次是温性针叶林和典型草原,含量最低的是隐域植被和荒漠植被土壤。除隐域植被外,各植被类型下土壤有机碳含量基本呈随着土层深度增加而降低的变化趋势。有机碳密度同样是高山草甸、草甸草原和温性针叶林土壤有机碳密度较高且比较相近,荒漠植被下土壤有机碳密度最低。伊犁河谷草地表层土壤有机碳含量高、密度大,因此应重视对伊犁河谷草地的保护,尤其要保护草地表层土壤以降低浅层土壤有机碳发生变化的可能性,维护土壤碳库的稳定性。

古尔班通古特沙漠生物结皮不同发育阶段中藻类的变化

通过在古尔班通古特沙漠南缘相同的地貌部位,选择裸沙、藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮4种不同演替阶段中的生物结皮,研究了藻类的种类组成、优势种和生物量的变化。结果表明:(1)在结皮的不同演替阶段,藻类种类组成不同,其常见物种有一定的差异,如裸沙中藻类常见种是脆杆藻2(Fragilariasp.2)、威利颤藻(Oscillatoria willei)和奥克席藻(Phormidium okenii),藻结皮的常见种是小聚球藻(Synechococcus parvus)、颗粒常丝藻(Tychonema granulatum)、韧氏席藻(Phormidium retzli);同时在不同发育阶段亦存在一些特有种。(2)在裸沙发育到成熟生物结皮的过程中,藻类的优势物种也发生相应的变化。裸沙、藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮的优势种分别是脆杆藻1(Fragilariasp.1)、具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、具鞘微鞘藻、眼点伪枝藻(Scytonema ocellatum)或集球藻(Palmellococcus miniatus)。(3)藻类生物量在生物结皮不同演替阶段差异极显著(P<0.01),在裸沙中藻类生物量最低,随着生物结皮的逐渐发育,藻类生物量明显升高,地衣结皮最高,约是裸沙的8.3倍,当发育至苔藓结皮时,藻类生物量又有所下降。(4)在裸沙中基本为松散的沙粒,随着生物结皮的演替,丝状种类占明显的优势,尤其是具鞘微鞘藻,另外真菌菌丝和苔藓假根分别在地衣结皮和苔藓结皮中起着重要作用。

塔里木河下游土壤水分与植被时空变化特征

运用变异系数、Pearson相关和回归的方法,分析了塔里木河下游2002-2006年土壤水分的时空变化和植被的分布,以及二者之间的相互关系。结果表明:土壤含水率水平空间分布随离水源地距离增加而降低,垂直分布随土层深度的增加而增加;0-60cm土壤含水率变异性最小,属中等变异性;60cm以下土壤含水量变异性增大,属强变异性;土壤含水率的时间变化受生态输水量和持续时间的制约。土壤含水率与植被的时空分布具有同步性;植被特征指数与80-280cm土壤含水率显著相关,且二者与地下水埋深均呈现极显著负相关,说明60cm以下的土壤含水率显著影响植被的生长和分布,而且地下水位是影响土壤水分和植被时空变异的主要因素。

塔里木河三源流区气候变化对径流量的影响

结合对近50年塔里木河源流区气象、水文资料的分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50年里,塔里木河三源流径流流量总体呈现增加的趋势,期间有波动过程;对影响径流变化的气温、降水和蒸发等因子分析发现,降水量变化对塔里木河径流量变化影响最为显著,而温度的升高,加速了山区冰雪资源的消融,加大了冰雪融水对径流量的补给,但同时导致蒸发量增大,增加了地表淡水资源的消耗,对山区来水量的增大起到一定的削弱作用。

塔里木河断流与未来水文情势分析

采用灰色拓扑模型对塔里木河三源流及干流径流趋势进行分析预测,研究结果表明未来五年内阿克苏河与和田河径流量不具有明显上升趋势,而叶尔羌河径流量在未来五年内则出现下降趋势,这种情况将加剧干流断流的现状。在上述研究的基础上,作者还对博斯腾湖大山口站径流变化趋势和车尔臣河水系对台特玛湖的作用进行分析,探讨了向塔里木河输水的可持续性问题。

ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析数据气温和气压值在天山山区适用性分析

利用在天山山区海拔超过1 500 m的气象站的逐日气温和气压数据与同期经过水平方向和垂直方向插值后ERA-Interim和NCEP/NCAR两套再分析数据进行回归分析,研究再分析数据在天山山区不同季节的适用性,并验证再分析数据偏差与气候区的一致性。结果表明:从整体上,ERA-Interim数据气压和气温的可信度优于NCEP/NCAR数据,但在局部存在差异。两套再分析数据的偏差与气候分区、高程和季节相关。中天山山区再分析数据气温偏差呈现暖偏差,而天山南坡呈现冷偏差。两套再分析数据的气温偏差在高山带呈现暖偏差,在中山带呈现冷偏差。春秋两季气温的偏差小于夏冬两季。气压的偏差在夏季低于其他三季。而偏差可能会导致以再分析数据为驱动的气候模式结果的偏差。

极端干旱区胡杨根围丛枝菌根真菌的分离与鉴定

以极端干旱区塔里木河下游处于干旱胁迫下的天然胡杨为研究对象,采用传统形态鉴定法和分子生物技术,研究了胡杨根围土壤中丛枝菌根真菌。结果表明:处于干旱胁迫下的胡杨根围土壤中丛枝菌根真菌孢子密度较低,且孢子种类单一,经形态鉴定和分子生物学鉴定,孢子为球囊霉属的摩西球囊霉Glomus mosseae(T.H.Nicolson&Gerd.),孢子在土壤中单生、根内生或孢子果内形成;圆形,近圆形,直径150～220μm,浅黄色至黄褐色;孢壁3层,L1和L2无色透明,L3浅黄至黄褐色。连孢菌丝单根,连点漏斗状。胡杨根系内存在丛枝菌根真菌的泡囊结构,分子检测表明摩西球囊霉Glomus mosseae与胡杨根系形成共生关系,但是胡杨根系的菌根侵染率及根系的菌根侵染强度均不高。