荒漠生态系统土壤呼吸速率对环境因子的响应

为探明环境因子与土壤碳释放之间的关系,利用LI-8100土壤碳通量自动测定仪监测塔里木河下游典型断面的荒漠河岸林群落土壤呼吸的变化动态,并同步观测植被盖度、地下水位、土壤特性及温度等相关因子的变化,分析其与土壤的关系。结果表明:1)在同一温度范围条件下,虽然土壤呼吸对温度变化有所响应,但温度不再是土壤呼吸作用的主要限制因子,根系和土壤微生物的生命活动很容易受到其他因素的影响和制约;2)监测区地下水对土壤呼吸速率存在一定的影响,地下水位越高土壤呼吸速率越小,地下水位越低土壤呼吸速率越大;3)植被盖度与地下水同时作用于土壤呼吸过程;4)在地下水的影响下土壤特性对土壤呼吸过程也存在影响。

Landsat和GF数据面向对象土地覆盖分类研究

针对中分辨率遥感数据面向对象分类,以河北省北部山区和南部平原Landsat8 OLI,Landsat5 TM及高分一号(GF1)数据为研究对象,对支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)、决策树(decision tree,DT)及朴素贝叶斯(naive Bayes,NB)4种分类器的土地覆盖分类效果进行对比,并分析SVM,RF和DT中关键参数对分类结果的影响。结果表明:在2个研究区,各分类器结果略有差异,从整体上看其优劣排序为SVM,NB,RF和DT。其中SVM和DT分类精度随参数变化波动较大:对于SVM,当参数C取值不小于103且gamma不大于10^(-1)时,无论哪种情况其分类精度均优于90%;对于DT,当参数树深(Depth)大于3时,各情况下的分类精度相对较高且趋于稳定。RF分类精度随参数变化波动较小且没有明显的变化规律。研究结果可为中分辨率遥感数据面向对象土地覆盖分类研究提供参考。

塔里木河干流区土地利用／覆被变化及其生态环境效应

在GIS和遥感技术支持下,利用1973年MSS遥感影像、1983年航空遥感土地利用图、1990年TM、2000年TM和2005年CBERS遥感影像对新疆塔里木河干流区土地利用/覆被变化过程和生态环境效应进行了分析。结果表明,1973-2005年塔里木河干流区土地利用/覆被发生了显著变化,耕地、未利用地和城乡居民及建设用地面积分别增加了25.72×104hm^2、17.33×104hm^2和0.51×104hm^2,林地、草地和湿地面积分别减少了29.10×104hm^2、8.63×104hm^2和5.84×104hm^2。在1973-1983年、1983~1990年、1990~2000年、2000~2005年4个时段中土地利用变化呈＂显著变化—缓慢变化—显著变化—急剧变化＂的过程。土地利用类型转移的主要方向是林地和草地转化为耕地、耕地转化为城乡居民及建设用地、草地转化为未利用地。土地利用/覆被的变化引起了干流区水环境恶化、土壤质量改变、天然植被严重退化、土地荒漠化和盐渍化加剧。

玛纳斯河流域绿洲区域经济差异分解研究

以县域为研究单元,运用崔王指数(TW)、经济增长指数和泰尔指数分解等方法,对1978—2007年新疆典型绿洲县域经济的增长及其差异进行了分析.结果表明:以崔王极化指数测度的绿洲县域经济极化态势呈波动性扩大的趋势,并大致可以分为2个不同的发展阶段;自1978年以来玛纳斯河流域各县域经济都得到了较快发展,绿洲平均经济增长率为18.6%.从整个绿洲来看,经济平均增长指数经历了"增加-降低-增加"的过程;从绿洲的不同灌区来看,各个分区的平均增长指数都出现了大幅度的波动,其极差为41.17%;泰尔指数的分解特征表明,1978—2007年间,灌区内差异虽然呈波动式下降的趋势,但它仍然主导着区域内经济的差异;但从不同灌区来看,石河子区和安集海区的经济差异占据了灌区内差异的90%以上,是灌区内差异的主体,是区域整体差异的根源.地理环境、人口文化素质、政策性因素等是造成玛纳斯河流域绿洲县域经济差异的最主要的原因.

新疆天山山区TRMM卫星降水数据的精度检验和校正方法研究

在降水资料缺乏的天山山区,基于重建时间序列后的NDVI和DEM数据,采用CART算法对TRMM3B43月降水数据进行校正。利用研究区25个站点实测降水量对校正前的TRMM降水数据和校正后的TRMM降水数据分别进行精度检验。结果表明:校正前TRMM月降水与站点实测降水有很好的一致性,存在显著的线性相关关系,但误差较大;TRMM降水与实测降水的决定系数(R2)随时间尺度的增大而减小,相对误差(δ)和均方根误差(RMSE)则随之增大,说明TRMM遥感数据的精度随时间尺度的增加而减小;校正后TRMM降水精度得到了显著地提高,与实测降水在月、季、年尺度上的R2分别为:0.97,0.87,0.83,相比校正前R^2提高了10%以上,误差也有明显的减小。这说明在天山山区,使用CART对TRMM降水数据进行校正的方法可行。

塔里木河流域生态系统特征及其管理面临的问题分析

基于塔里木河流域生态系统特征,分析塔里木河流域生态系统管理面临的主要问题。1农业开发大量挤占生态用水,威胁流域生态系统安全;2流域农药使用量增长1.78倍,化肥使用量增长2.06倍,工业SO2排放量增长5.93倍,城镇污水量增长0.23倍,下游水质严重超标;3水资源利用效率仅为6.79元/m3,远低于新疆平均水平;4人口和种植规模年均增长11%以上,突破流域水资源承载力。从综合生态管理体制、生态资源市场交易机制、生态立法三方面提出塔里木河流域生态系统管理新方向。

温度和光照对莫索湾地区两种典型短命植物光合系统的损伤特征研究

为探究莫索湾地区2种优势短命植物对光照和温度的光合适应机制,该文测定了卷果涩芥(Malcolmia scorpioides)和硬萼软紫草(Arnebia decumbens)在不同温度下(25~60℃)及恒定常温(25℃)与胁迫高温(50℃)下不同光强间(80~400μmol·m^(-2)·s^(-1))的叶绿素荧光参数,以探讨其光损伤情况和光合活性变化。结果表明:(1)随温度升高,2种短命植物的光合效率和电子传递速率先升后降,40℃时达到最高值,其后快速下降,并伴随着光系统Ⅱ(PSⅡ)非调节性能量耗散的量子产量[Y(NO)]和光系统I(PS I)受体端热耗散效率[Y(NA)]的上升,受体端激发压积累,光合系统受损。(2)在80~400μmol·m^(-2)·s^(-1)的光照范围内,常温下,光合效率随光照强度增加而增加;而高温下,光照与高温对植物产生了联合胁迫,造成光合活性下降,PSⅡ调节性能量耗散的量子产量[Y(NPQ)]降低,并且当光强达320μmol·m^(-2)·s^(-1)时,环式电子传递流逐渐消失。综上所述,一定范围内的光照和温度能够提升2种短命植物的光合活性,激活热耗散和环式电子传递流,减少光抑制,但温度增加及高温下光强的增加会使2种短命植物的适应能力减弱,光保护机制消失,其主要原因为PS I受体侧激发压积累和调节性热耗散保护能力不足使植物光合系统受损。

和田河流域平原耗水驱动力与适宜绿洲规模分析

基于和田河流域1964—2007年的水文、气象及社会经济资料,分析了和田河流域水资源变化趋势,探讨了流域耗水量变化的驱动因素,并在此基础上运用水量平衡法和水热平衡法估算了流域适宜绿洲规模和适宜耕地面积.结果表明,1964—2007年和田河流域出山口径流呈现增幅为0.495×108m3.(10a)-1增加趋势,流域耗水量呈现增幅为0.638×108 m3.(10a)-1增加趋势,而下泄进入塔里木河干流的水量则呈现减幅为0.143×108 m3.(10a)-1的减少趋势.1988年后人为活动对水资源影响明显加强,1989—2007年流域耗水量表现为4.805×108 m3.(10a)-1的显著增加趋势.分析表明:和田河适宜绿洲规模约为4 400 km2,适宜绿洲耕地面积约为1 300 km2.

新疆伊犁河流域草地类型特征及其生态服务价值研究

以新疆伊犁河流域为研究对象,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草地生态系统服务单位面积价值,分析了伊犁河流域草地类型特征和生态系统服务价值。研究结果表明,新疆伊犁河流域草地资源丰富,草地面积占土地总面积的60.88%以上,草地产草量及载畜能力均处于全疆最好水平,其中山地草甸类草地面积最大,占草地可利用面积的27.91%。草地生态系统每年的服务价值为200.47亿元,山地草甸类草地、温性草甸草原类以及温性草原类草地生态服务价值达145.3亿元,占到全流域草地总生态服务价值的72.48%,是草地生态服务价值的主体部分,流域生态系统服务性功能远大于生产性功能。总体看来,伊犁河流域草地生态服务价值山间盆地、丘陵区较高;而平原区相对较低。草地存在退化现象,1985—2005年间草地生态服务价值有所下降。

极端干旱区旱生芦苇叶水势变化及其影响因子研究

以新疆塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带干旱环境下的旱生芦苇为研究对象,结合对气象因子、土壤水盐和芦苇叶水势的实地监测资料,分析了不同地下水埋深下芦苇叶水势的日变化特征,研究了影响芦苇叶水势变化的主导环境因子,揭示了反应芦苇叶水势变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明,1)地下水埋深越下降,芦苇叶水势的日变化单峰趋势越不明显,表现为逐渐降低的变化趋势;2)随着地下水埋深的下降,0～110cm土层土壤含水率逐渐减小,芦苇水平根分布深度逐渐下移;3)在极端干旱区,芦苇的生存策略为"较高的土壤水分有利于芦苇群落的扩展,较低的土壤水分则促进单棵芦苇的生长"。4)土壤含水率和气温是影响干旱区旱生芦苇叶水势发生变化的主要因素,芦苇生长的适宜土壤水分范围为10%～20%,(18.07±5.28)%的土壤含水率和(33.48±1.44)℃的气温为影响芦苇叶水势发生变化的临界阈值,土壤含水率>(18.07±5.28)%和气温<(33.48±1.44)℃时,芦苇叶水势不发生显著变化。该研究可为减轻芦苇受旱程度、维持芦苇正常生长、及时补充水分提供理论依据。

全球变化背景下新疆地区气候跃变的可能影响因素分析

基于新疆过去50a气温和降水时间序列长期趋势的研究结果,结合对1986年及附近时段对全球气候产生重大影响的一系列事件(厄尔尼诺、火山爆发、核电站爆炸事故、温室气体增加等)的分析,探讨了1986年新疆气温和降水出现跳跃式变化的原因.具体表现为:当厄尔尼诺现象发生时,常常出现暖冬、早春,在该现象消退过程,往往降水有所增多;新疆北部地区受厄尔尼诺的影响较南疆明显;火山爆发与气候变化亦存在某种联系,1980-1986年间发生了多起强火山爆发,而这期间的气温降低,1987-1990年为火山的相对平静期,与之相应,新疆地区气温明显升高;1986年切尔诺贝利核电站事故影响到世界范围,爆炸释放大量热量、水汽、尘埃以及放射性物质,改变下垫面景观和气溶胶含量从而影响气候;工业迅速发展加剧了温室气体的增加幅度,温室气体的激增造成气温的明显升高.

罗布麻和大叶白麻黄酮类成分的比较研究

以罗布麻和大叶白麻为实验材料。以NaAc-A1C13体系为显色剂,以金丝桃苷为对照品,用分光光度法于400 nm处测定了它们的总黄酮含量;采用高效液相色谱法(HPLC),测定了它们的金丝桃苷含量。结果表明:罗布麻叶片中的金丝桃苷含量较大叶白麻叶片中的高,前者为0.1%左右,后者含量很低,几乎检测不出,大叶白麻花中的含量亦很低;罗布麻叶片和大叶白麻叶片中的总黄酮含量分别为2.6%和2.2%,大叶白麻花中的含量较叶片的低,为0.5%。

长期滴灌棉田土壤盐分演变趋势预测研究

膜下滴灌节水增产高效的表现使其成为我国西北干旱区绿洲农田普遍使用的灌溉方式。然而,长期滴灌下土壤盐分的变化趋势亟待研究。于2010年在新疆玛纳斯河绿洲进行微咸水灌溉试验,校验Hydrus 2D模型,并模拟预测长期滴灌下土壤盐分积累的变化特征。结果显示:Hydrus 2D模型可以有效模拟滴灌土壤盐分分布与积累特征;滴灌根区土壤盐分主要受灌溉输入土壤盐分与深层淋洗作用影响,随着滴灌年份的增加,根区盐分逐步增加,作物蒸腾受限,下渗淋洗量加大,最终根区的输入盐量与淋洗盐量相当,根区盐分处于相对平衡状态。以矿化度分别为4.8,3.2,1.6,0.8g/L的灌溉水质为例,在420mm灌溉水量下,分别在10,15,20,35a后土壤盐达到平衡,根区盐分分别稳定在4.2,3.8,3.2,2.8mg/cm3,作物的蒸腾满足率分别为72%,80%,85%,91%,为保证研究区内作物的正常生长,需要的灌溉量至少应分别为495,470,425,395mm。

长期施肥对绿洲农田土壤剖面有机碳及其组分的影响

以中国科学院阜康荒漠生态站长期定位试验为平台，对不同施肥模式下绿洲农田土壤有机碳（SOC）、颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）及团聚体结合碳的剖面（0～3m）特征进行了研究。结果表明：与荒漠土壤相比，20a长期施肥模式下SOC含量在表层（0～0．2m）土壤中增加了14％～56％，但在下层（0．2～0．6m）减少了15％～33％。在深层（0．6～3m），单施化肥（NPK与N2P2K）与化肥配施秸秆处理（NPKR与N2P2R2）具有不同的变化：SOC含量在前者中降低了5％～9％，在后者中增加了4％～9％，POC与LFOC具有相似变化趋势。所有处理均增加了整个剖面的大团聚体（〉0．25mm）结合碳。然而，44％～87％的SOC分布于粉砂与粘粒组分（〈0．053mm）中，在深层土壤中该比例最大（超过80％），揭示了该组分中SOC含量的维持对于碳固定的重要性。单施化肥处理降低了粉砂与粘粒组分中SOC含量，可能是其深层土壤碳损耗的一个机制。化肥配施秸秆处理在促进SOC含量的增加、大团聚体形成方面具有最好效果，尤其在深层土壤。

风化面、荒漠漆及地衣在岩矿表面对高光谱遥感的影响

地表风化产生的表面覆盖层、风吹送的尘埃、胶结物或附着物在岩矿表面形成的外壳是影响地表高光谱遥感识别和反演的重要和关键因素。本研究区位于干旱缺水的新疆西准噶尔包古图地区，对岩矿表面的风化面、胶结物形成的荒漠漆、附着于岩面的地衣和原岩的新鲜面进行了波谱测定分析、X射线荧光元素分析和光薄片镜下观察。结果表明：该地区的大部分岩石表面有风化层覆盖，主要为物理风化，少部分岩石表面发生了化学风化；荒漠漆波谱在可见光波段改变原岩本身的波谱形态，但在短波红外波段，保持原岩波谱特征只改变了反射率大小，并不影响对原岩矿物质的高光谱探测；地衣附着于岩表的波谱特征不仅改变了波谱反射率，还完全改变了原岩的波谱形态，对原岩表面波谱有混淆干扰作用。岩矿表面的研究是波谱测量从实验室走向野外实际应用的基础，也是利用高光谱遥感技术直接进行矿物识别、相似矿物的区分以及提取矿物含量和化学成分研究的最初和关键一步。

气候变暖对焉耆盆地绿洲灌区主要作物产量的影响

利用焉耆盆地焉耆县、和静县和和硕县1961-2010年气温资料与玉米、小麦、薯类和棉花产量资料，分析了气候变暖对农业生产的可能影响。结果表明：（1）20世纪60年代以来，焉耆县和和静县多年平均气温、生长季气温和≥10℃积温显著升高，和静县20世纪90年代以来气温呈快速上升趋势，但目前正处于升温平稳且略微下降期；焉耆县目前处于快速升温期。和硕县气温升高否明显。（2）1995-2010年焉耆县、和硕县和和静县小麦产量呈“w”型，玉米产量在2008年后随年代逐年递增，薯类和棉花产量呈单蜂趋势，2007年后显著下降。（3）小麦产量与各气温因子均呈显著的负相关性，棉花产量与各气温因子均呈极显著的正相关性，尤其是作物生长期气温对小麦和棉花产量影响最大。通过对小麦和棉花产量与各气温因子进行回归分析发现，棉花产量与作物生长期气温间的回归方程通过了0．0l的显著性检验，小麦则未通过。（4）作物生长期气温升高延长了棉花生长季，补充了足够的热量，减轻了霜冻对棉花的危害，提高了棉花的产量和品质。气候变暖也带来许多负面影响，例如：气候变暖使得旱灾面积和病虫害受灾面积增大，影响了农业生产。

低空数字摄影测量在干旱区露天煤矿监测的应用研究

由于露天煤矿存在占地面积大,地形复杂多变等特点,造成传统监测手段劳动强度大、监测周期长、精度不能保证等一系列问题。本文提出采用低空数字摄影测量的方法来对露天煤矿的开采和排土场现状进行监测。通过分析煤矿区域的数字正射影像图和数字表面模型,计算露天煤矿矿坑和排土场的占地面积,体积,并绘制矿坑的断面图和制作矿区的三维模型,从而为露天煤矿开采过程的环境保护和监督管理提供科学依据。结果表明:使用低空数字摄影测量的方法对露天煤矿进行动态监测,不仅减小了外业的劳动强度,提高了工作效率,缩短了监测周期,而且获取的结果可以满足露天煤矿监测在精度方面的要求,为露天煤矿的监测提供了一种快速有效的途径。

荒漠结皮层藓类植物死亡对表层土壤水分蒸发和入渗的影响

水分是荒漠植物生长最主要的限制因子,藓类结皮作为荒漠土壤表层重要覆被物,对土壤水分蒸发入渗具有重要影响。研究表明,在全球气候变化背景下,不确定的降水格局变化导致结皮层藓类植物出现集群死亡现象,但这一过程对荒漠地表土壤水分蒸发与入渗过程的影响及其机理尚不清楚。以古尔班通古特沙漠齿肋赤藓结皮为研究对象,利用便携式渗透计和蒸发仪,研究了结皮层藓类植物死亡对土壤水分蒸发与入渗的影响。结果表明,与裸沙相比,藓类结皮的存在显著抑制了水分入渗,而藓类植物死亡的结皮层抑制作用最大,其初渗速率、稳渗速率和累积入渗量分别是活藓类结皮的39.89%、85.91%及64.48%,仅为裸沙的5.96%、13.13%及20.42%。在水分蒸发初期,裸沙的水分蒸发速率明显高于活藓类结皮和藓类植物死亡的结皮层,但藓类植物死亡的结皮层维持相对稳定的蒸发速率的时间长于裸沙和活藓类结皮,这也导致最终累计蒸发量以藓类植物死亡的结皮层最高、裸沙最低。可见,荒漠生物土壤结皮中藓类植物死亡会明显减少土壤水分入渗、增大水分蒸发,进一步影响荒漠表层土壤水分格局,从而影响生物土壤结皮与维管植物的水分利用关系。

塔里木河下游胡杨群落的蒸散发观测研究

本文结合涡度相关技术的实际观察数据,运用Penman-Monteith公式,估算了塔里木河下游以胡杨为主体的荒漠河岸林潜在蒸散发量,并与实际蒸散发进行了对比分析。结果表明,研究区潜在蒸散发量日变化相差较大,最大最小值之间相差约3倍;平均气温、地表净辐射、平均饱和水汽压与潜在蒸散发量变化有较好的相关性,是影响潜在蒸散发量变化的主要因素;研究区日实际蒸散量呈波动变化趋势,与地表净辐射变化有较好的相关性;降雨对实际蒸散发有明显影响,降雨后实际蒸散发量比降雨前实际蒸散发量明显增加。

基于风险评估的新疆抗虫棉种植分析

基于新疆棉铃虫生物学特性和多年的种群动态趋势,并在收集棉花种植面积、产量、棉花市场价格及棉铃虫防治费用等相关数据的基础上,采用种群模拟模型(CLIMEX模型)并结合随机模拟方法(@RISK软件),评估不同场景下棉铃虫对新疆棉花产业造成的潜在经济损失。棉铃虫种群模拟表明:随着未来气候变化,新疆棉铃虫的周增长指数(GIw)会增加,棉铃虫越冬蛹羽化的日期明显提前,危害风险可能增加;2种模拟场景结果表明,抗虫棉能有效地降低棉铃虫造成的危害,减少单位面积防治成本。建议新疆相关部门未来可通过种植抗虫棉与害虫综合治理策略(IPM)的有机结合,来减少棉铃虫及次要害虫造成的损失。