Copper Sorption Behavior of Selected Soils of the Oasis in the Middle Reaches of Heihe River Basin,China

The mobility and bioavailability of copper (Cu) depends on the Cu sorption capacity of soil and also on the chemical form of Cu in soils. Laboratory batch experiments were carried out to study the sorption and distribution of Cu in nine soils differing in their physicochemical properties from the oasis in the middle reaches of Heihe river basin, China: desert soil (S-1), agricultural soils (S-2, S-3, S-8, and S-9), marshland soil (S-4), and hungriness shrub soils (S-5 and S-6). Copper sorption behavior was studied using the sorption isotherm and sequential extraction procedure. In general, the sorption capacity for Cu decreased in the order: S-4 > S-9 > S-2 > S-8 > S-3 > S-6 > S-5 > S-7 > S-1. The correlation results suggest that soils with higher CEC, silt, clay, CaCO3, and organic matter will retain Cu more strongly and in greater amounts than soils that are sandy with lower CEC, CaCO3, and organic matter. pH is not an important impact factor to Cu sorption in experimental soil samples because pH in soils used in this study had a narrow range. The distribution of sorbed Cu varied between nine soils studied and depended on both soil properties and initial added Cu concentration. There are significant differences in the distribution of Cu in each soil with the increase of initial Cu concentration. The predominance of Cu associated with the available fraction, which was over 50% of the total sorbed Cu in most cases, indicates that the change of geochemical conditions might promote the release of Cu back into soil solution thus impacting organisms in the soils. The added Cu has also the tendencies to locate in the residual fraction, which was larger than 5% of the total amount extracted from the four fractions in most soils.     

1963-2009年金塔绿洲变化对绿洲景观格局的影响

内陆河流域绿洲与荒漠景观之间的相互作用与影响机制是干旱区景观地理学的重要内容之一。绿洲时空变化及其对区域景观格局影响的研究,对流域绿洲管理和环境保护具有重要的指导意义和科学价值。以中国西北干旱区内陆河流域水土资源开发的典型代表区域——金塔绿洲为例,基于5期不同的卫星遥感数据,利用数理统计模型及景观指数等方法开展绿洲变化过程、趋势、空间分布格局和景观结构特征变化研究。结果表明:(1)1963—2009年间金塔绿洲主要以扩张为主,绿洲面积增加了167.37 km2,绿洲与荒漠间相互转化剧烈,呈现出非平衡-平衡-极端不平衡的趋势状态。绿洲变化主要体现在西坝乡、羊井子湾乡的绿洲外延扩张和在三合乡-中东-大庄子乡、金塔镇-中东镇、古城乡等地的绿洲内部填充合并。(2)近46 a来金塔绿洲景观的分形特征、离散程度和破碎化程度趋于减小,各景观斑块则趋于简单和均匀化。(3)绿洲变化在一定程度上影响着绿洲景观格局,导致景观结构趋于均匀化和密集化,绿洲斑块镶嵌体表现出散布-扩张-破碎-融合扩展的变化过程。     

新疆杨树干液流的径向变化及时滞特征

利用热扩散技术,对绿洲农田防护林新疆杨(Populus alba L.var.pyramidalis)大树边材5个深度处(1、2、3、5 cm和8 cm)的液流速率(Js)开展了连续两年的监测,结果表明:(1)以标准长度2 cm的探针测得的液流速率(Js-2)为参照,形成层下1、3、5、8 cm处的液流速率(Js-1,Js-3,Js-5,Js-8)与Js-2间具有显著的相关性,回归系数分别为0.24—0.27、1.18—1.61、0.81—1.64和0.38—0.75,液流速率最大的位点在形成层下3—5 cm处,液流速率最小的位点在最外侧(1 cm)或最内侧(8 cm)处,径向差异明显。边材不同深处的液流传输具有较一致的日变化过程。(2)在同步观测的5项气象要素中,大气水汽压亏缺(VPD)和太阳辐射(Ra)与Js的回归系数均较大,是驱动液流进程的主导气象要素。大气蒸发潜力(ET0)集合了多种气象要素的信息,具有与Ra一致的日变化进程(启动、峰值时刻相同),可作为分析液流昼、夜过程的综合气象变量。(3)新疆杨边材中五个深度处Js的峰值时刻基本相同(Js-1的峰值较其它层次提前4—123 min),均明显滞后于Ra(时滞)并提前于VPD,在7月份的晴天,ET0、Js和VPD峰值出现的时刻分别大致在12:30、14:00和15:00。新疆杨时滞的大小存在有规律的季节变化,从6到10月份,Js与ET0峰值的时滞(ΔJ-E)逐渐增加,变化在70—110 min(2011)、70—128 min(2012)之间,但VPD与Js峰值的时滞(ΔJ-V)逐渐降低,变化在73—20 min(2011)、63—8 min(2012)之间,这表明在生长季的早期,热量因子(Ra)对新疆杨液流变化的驱动较强,而在生长季的末期,大气水汽因子VPD的驱动效应更突出。     

荒漠绿洲过渡带不同年限雨养梭梭(Haloxylon ammodendron)对土壤水分变化的响应

通过调查分析河西走廊荒漠绿洲过渡带不同种植年限（5、10、20、30和40a）人工梭梭生理生化变化（叶片渗透调节物质、丙二醛和叶绿素含量,根系活力）和个体形态特征（叶片、枝条和茎干生物量、枯枝落叶比、株高、冠幅等）以揭示不同种植年限雨养梭梭对土壤水分变化的响应机制。研究结果表明：随着梭梭种植年限增加,人工梭梭林内深层100-120cm和180-200cm土壤水分变化明显,在5-20a保持在3%-4%,而在种植后期（30-40a）土壤水分下降到1%-2%左右。在5-20a,梭梭主要通过显著提高叶片渗透调节物质可溶性糖和可溶性蛋白含量,维持叶片较低的丙二醛含量和较高的叶绿素含量,保持新叶光合能力;同时,显著提高0-20cm根系的活力,增强对表层土壤水分的吸收能力;但在30-40a,梭梭叶片渗透调节物质明显减少,梭梭叶片丙二醛含量增加,叶绿素含量下降,同时叶绿素a,b比例失调,渗透调节作用失效,梭梭叶片老化,老叶比例明显增加,光合作用能力下降,枝条和茎干退化严重,个体生物量进一步减少,在40a梭梭叶片、枝条和茎干生物量下降到最低值。研究表明在年降水100mm左右的荒漠绿洲过渡带,在种植梭梭5-20a土壤水分为3%-4%,梭梭可以通过生理调节适应土壤干燥,但是从30a土壤水分下降到1%-2%时,梭梭主要通过枯枝落叶降低个体蒸腾耗水量,在40a梭梭进入休眠（假死）状态,这暗示土壤水分下降到1%-2%,可能是梭梭的临界吸收土壤水分。     

新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

Spatial patterns and associations of dominant woody species in desert–oasis ecotone of South Junggar Basin,NW China

Spatial patterns and associations of plant species are important for revealing how species interact with each other and with the environment, and hence have important implications for the understanding of species interaction and underlying ecological processes with apparent patterns in temperate desert vegetation. In this paper, the function g (r) was used to characterize the spatial patterns and associations of four dominant woody species in three 1-ha desert plant plots in the desert–oasis ecotone of South Junggar Basin, NW China. The complete spatial randomness null model showed four species exhibited significant aggregations at small scales (<20 m). Anabasis aphylla and Nitraria roborowskii, Haloxylon ammodendron and Reaumuria songarica were spatially positive associations at small scales with the independent null model, while A. aphylla and H. ammodendron, A. aphylla and R. songarica, R. songarica and N. roborowskii species pairs exhibited negative associations at small or moderate scales (20–60 m) in our study. The random labeling null model showed that dead standing plants of A. aphylla were largely determined by the combined effects of intra- and interspecific competition. In addition, the results also indicated that the two main factors of habitat heterogeneity and sandy desertification play important roles in determining spatial distribution patterns and associations of woody species in the desert–oasis ecotone of South Junggar Basin. Thus, the differences of species features in spatial patterns and associations should be paid more attention when planning afforestation and developing conservation strategies.     

干湿季节下基于遥感和电磁感应技术的塔里木盆地北缘绿洲土壤盐分的空间变异性

土壤盐渍化问题是制约干旱半干旱区植被生长最主要的生态环境地质问题,也是影响绿洲农业生产的障碍性问题.而将遥感与近感技术相结合,是当前评价、监测及预报土壤盐渍化程度的先进方法.以新疆塔里木盆地北缘的渭干河-库车河三角洲绿洲为例,以遥感数据和解译后的电磁感应数据为基础数据源,利用解译后的数据结合GIS和地统计学知识以及野外实测所得到的土壤电导率和盐分资料,分别采用泛克里格(Universal Kriging)、光谱指数回归(Spectral Index Regression)和回归残差泛克里格(Regression-Universal Kriging)3种方法研究了该地区两个关键季节(干季和湿季)土壤盐分的空间变异特征.研究结果表明:研究区的土壤浸提液电导率EC1∶5和土壤盐分呈现显著相关,可以用EC1∶5来代替土壤的全盐量进行分析;电磁感应仪(EM38)所测各季节土壤表观电导率与EC1∶5的相关系数均达到1％显著水平,以表观电导率垂直读数(EMv)和水平读数(EMH)为自变量的多元回归模型拟合效果较好;研究区各季节的表层土壤电导率的空间分布均表现为强相关性,说明土壤采样点间的内部结构性良好,采用能够充分考虑到干旱区表层土壤电导率空间变异的尺度依赖性的球状套合模型,能够更好的拟合土壤表观电导率的空间结构;经过精度比较,回归残差泛克里格法为最优预测方法,这表明将遥感和电磁感应技术相结合,能够有效的提高预测与评估土壤盐分空间分布的精度,为精确地进行土壤盐分预测以及土壤次生盐渍化的防控提供了一定的依据.     

荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗特征

地表水分、溶质和污染物以土壤优先流的形式下渗到深层土壤或地下水中,将导致土壤养分流失与地下水污染等问题。因此,土壤优先流研究将为干旱区荒漠绿洲湿地水分运移与盐分积累过程提供理论依据。以荒漠绿洲湿地为研究区,选取柽柳灌丛、盐碱草地和杨树林,以道路为对照,采用室外染色示踪法对湿地土壤优先流特征与水分入渗进行研究。结果表明:不同植被类型土壤优先流入渗深度存在显著差异,其柽柳灌丛和盐碱草地几乎是杨树林和道的2倍;染色面积比随深度的增加而波动下降,0—20 cm土层染色面积比占总染色面积的54.42%—89.27%;染色路径宽度以20—250 mm和250 mm为主;优先流类型以高相互作用混合流和非均质指流为主。在荒漠绿洲湿地,砾石促进土壤优先流发生,增加了侧向流;同时,粗根的减少抑制了优先流的发生;此外,土壤盐分通过影响土壤大孔隙分布而影响水分入渗过程。因此,荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗差异是土壤质地、根系分布与盐分离子共同作用的结果。     

基于NDVI绿洲-荒漠过渡带宽度识别——以河西走廊中部荒漠绿洲为例

绿洲-荒漠过渡带是荒漠与绿洲之间的生态缓冲区,在维持绿洲能量流动、物质循环和景观稳定方面具有重要作用。过渡带宽度和属性直接影响到了其在整个绿洲系统中的功能发挥。以河西走廊中部张掖绿洲的Landsat(OLI)NDVI(归一化植被指数,Normalized Difference Vegetation Index)数据为基础,结合野外调查将过渡带类型划分为绿洲与石质裸山、砾质荒漠、沙质荒漠和人工固沙区4类。采用缓冲分析、分段线性趋势分析和尺度分别为30 m、90 m、210 m、330 m焦点分析等方法研究了不同类型过渡带宽度和尺度依赖特征。结果表明,在不同尺度上绿洲外缘NDVI变化存在二种线性回归趋势,趋势线交点至绿洲边界距离可确定为过渡带宽度。不同尺度分析表明,绿洲-石质裸山过渡带宽度为165—220 m,在其内NDVI线性变化趋势显著(P0.05)。绿洲-砾质荒漠过渡带宽度保持在330 m,在其内NDVI变化趋势极显著(P0.001)。绿洲-沙质荒漠过渡带宽度变化在230—290 m,NDVI变化趋势也为极显著(P0.001)。绿洲-人工固沙区过渡带宽度变化在570—580 m,与其它类型不同地是在过渡带内存在二种变化趋势,在210—240 m范围内变化趋势极显著(P0.001),超出此范围线性回归趋势不显著(P0.05)。