天山北坡绿洲土壤养分对作物系统变化的响应

以天山北坡三工河流域下游绿洲作为研究区,通过对当地农作物轮作制度的调查和历史资料的分析,遴选6种主要作物组合系统,包括耐盐碱作物系统、粮食作物系统、瓜菜、经济作物-棉花、经济作物-葡萄、经济作物-啤酒花,并利用1982、1999和2003年土壤养分数据,分析干旱区绿洲土壤养分对农作物系统变化的响应.结果表明,研究区不同时期的土地政策和市场价格变化直接影响了作物系统由1年生作物向多年生作物的转变,而土壤有机质经历了先下降后上升的变化过程.1982—1999年其它作物系统向棉花的转变不利于土壤有机质的积累,而1999—2003粮食作物、棉花等向多年生作物的转变使得土壤有机质含量明显增加.三工河流域绿洲土壤总体表现为“碳汇”的过程,说明干旱区绿洲人工植被的变化有利于土壤碳的积累,土地利用呈现可持续发展的态势.     

1960—2008年阿克苏河流域生态系统服务价值动态

基于遥感与GIS技术,运用中国陆地生态系统服务价值当量表,结合当地粮食产量与粮食平均收购价格,分析了1960—2008年阿克苏河流域生态系统服务价值的变化,探讨了干旱区跨境河流流域生态系统服务变化对土地利用/覆被变化(LUCC)的响应.结果表明:研究期间,阿克苏河流域生态系统服务价值整体变化较小,总价值先减后增,沼泽、林地、草地面积的减少是总服务价值减少的主要原因,耕地和水域面积的增加补偿了总价值的部分损失,但损失略大于收益;各项生态功能的服务价值对总生态系统服务价值贡献大小的等级基本稳定,其中,土壤形成与保护和废物处理功能的贡献率最大;研究区生态系统服务价值大小及变化的空间差异较大,以流域下游的变化最频繁.敏感性分析表明,研究区内生态系统服务价值对服务价值指数缺乏弹性,研究结果具有稳健性.     

天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应

以天山北坡三工河流域为例,利用改进后的Biome-BGC模型分别模拟了仅气候变化（Clm）、气候变化与放牧联合作用（ClmGra）下研究区不同海拔梯度3种山地草原生态系统（低山干旱草原,LAG;森林草甸草原,FMG;高寒草甸草原,AMG）1959—2009年地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Production,ANPP）的动态,并通过假设27种放牧强度情景（0—8 羊/ha）模拟了其ANPP随放牧强度增加的变化趋势。近50年气候变化致使研究区各海拔梯度草原生态系统ANPP整体均呈上升趋势,但在放牧联合作用下,不同草原类型ANPP变化趋势差异显著;放牧导致FMG和AMG的ANPP呈下降态势,分别减少30.0%和33.2%,对比之下,由于1980前较低放牧强度促进了LAG的ANPP,放牧导致其ANPP整体增加1.3%。随着放牧强度增加,LAG的ANPP呈先增后减趋势,且在干旱年份最为显著;而FMG和AMG的ANPP呈显著非线性递减趋势。这些结果表明,近50年气候波动可能有利于中亚干旱区山地草原生态系统生产力的提高,但日益增强的放牧活动导致其净初级生产力显著降低;放牧对FMG与AMG生产力的负面效应随放牧强度增加而增强,但适度放牧可能促进LAG净初级生产力,尤其在干旱年份。     

基于机器学习算法的草地地上生物量估测——以祁连山草地为例

草地地上生物量（Aboveground Biomass,AGB）是指导畜牧业生产管理的重要指标,是草畜平衡综合分析的基础。目前,有关祁连山草地AGB反演的研究较少,且多源数据间的尺度差异问题并未得到很好的解决。为了解祁连山草地AGB的空间分布状况,利用Sentinel-2多光谱数据、无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）数据以及2021年植被生长期实测草地AGB数据实现了空天地一体化监测,通过决策树回归（Decision Tree Regression,DTR）、随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）、梯度提升决策回归树（Gradient Boosting Regression Tree,GBRT）以及极致梯度提升（eXtreme Gradient Boosting,XGBoost）共4种算法反演草地AGB的适用性分析,利用最优模型反演了祁连山草地的AGB空间分布状况。结果表明：研究区内多种植被指数所表现出的特性有所差异。祁连山地区AGB在空间分布上呈现出由西北向东南递增的趋势,平均AGB为925.43kg/hm²。6种植被指数与实测AGB之间均表现为显著正相关,适合作为祁连山草地AGB遥感反演的指标;XGBoost模型较其它模型具有最高的R²值（0.78）和精度（74.75%）、最低的均方根误差（RMSE,99.74 kg/hm²）和平均绝对误差（MAE,71.60 kg/hm²）,模型反演效果最好;UAV数据能够提供更加详细的空间细节特征,减小Sentinel-2数据和实地采样数据间的尺度差异;因此,基于6种植被指数与祁连山草地AGB间的相关性,构建XGBoost模型反演研究区草地AGB空间分布状况是具有实践意义的。研究结果将为指导祁连山草地畜牧业的发展和维护草地生态系统的平衡提供一定的参考价值与数据支撑。     

干旱区绿洲-荒漠过渡带灌丛土壤属性研究

以天山北坡绿洲 荒漠过渡带为研究区,选择3种类型的灌丛并采集不同位置和深度的灌丛土壤样品进行分析,研究灌丛土壤资源的聚集效应.结果表明,干旱区绿洲 荒漠过渡带不同类型灌丛对土壤粒度分布的影响不显著,土壤以砂和粉砂为主,红柳＋裸地灌丛土壤粒度分布的聚集效应明显;灌丛土壤有机质、全氮和速效钾含量在冠幅下最高,其次为灌丛间低矮植物下,灌丛间裸地最低,呈现出明显的“肥岛”现象;不同灌丛类型和采样位置对土壤盐分离子和总盐含量的变化影响显著,且不同灌丛土壤资源的聚集效应各异;导致不同类型灌丛土壤资源富集率不同的原因有气候因素、灌木分布的土壤环境、灌丛高度和冠幅、灌丛间有无低矮植物等.