干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

新疆拟橙衣属地衣研究

报道新疆拟橙衣属地衣的6个分类单位。其中南方拟橙衣Fulgensia australis,荒漠拟橙衣F.desertorum和苔生拟橙衣F.schistidii为中国新记录种。在形态学、解剖学、化学及生态学方面对它们进行了简短的论述。此外,还提供了形态特征和内部解剖特征照片以及新疆种类的分种检索表。研究所用的标本采自托木尔峰、铁力买提达坂、阿尔金山和准葛尔盆地等,保存于新疆大学生命科学与技术学院地衣标本室。     

塔里木河上游土地利用变化中的生态价值损益分析

利用1990和2000年2期TM影像,对塔里木河上游典型绿洲的土地利用面积变化进行了研究,在土地利用变化背景下,通过货币化生态服务功能,揭示塔里木河上游典型绿洲生态价值的变化。研究表明,1990~2000年研究区土地利用变化显著。农田、居民点、盐碱地大面积增加,草地、林地、水域、湿地都有不同程度的减少;10年间研究区生态价值为负增长,减少了1.055×109元,由于土地利用变化而造成的生态价值损失巨大,而国民生产总值增加了3.652×109元。不顾生态环境的损失,盲目追求经济的增长,最终无法实现经济与社会的最大效益。评估区域生态价值,并将其纳入区域环境与经济综合核算体系意义重大。     

基于盐分梯度的荒漠植物多样性与群落、种间联接响应

土壤盐分是影响干旱区荒漠植物群落动态的决定因素之一。基于样方调查和不同土壤盐分梯度下植物多样性指数及群落与种间关联的计算结果,分析干旱区荒漠群落植物多样性、群落联接性和种间关联对土壤盐分梯度的响应动态。结果表明,在土壤盐含量为0.03%-0.55% (S1)、0.61%-1.24% (S2)和1.41%-1.79% (S3)的盐分梯度上,(1)随土壤盐含量升高,群落生活型结构改变,草本比例减少,乔木比例增加;(2)植物多样性指数随土壤盐分增加而下降,低盐分梯度下,二者极显著正相关(P<0.01),中盐梯度下二者间呈部分显著负相关(P<0.05),高盐梯度下则转为以正相关为主(P>0.05);(3)群落联接性随土壤盐分梯度转变,在0.61%-1.24%的中度盐含量时正联接性最强(VR=1.89),高盐度含量下群落转为不显著的负联接,稳定性降低;(4)沿盐分升高梯度,种间的负相关种对数增加,正相关种对数减少,种间关联(相关)强度提高,正负相关种对比(PNR)与多样性指数呈显著正相关(P<0.05)。综上可知,干旱区荒漠植物多样性在土壤盐含量达到1.41%-1.79%水平时总体显著降低;土壤盐分水平显著影响植物群落和种间联接性,种间互利性随盐分梯度增加下降,物种趋于独立分布,并最终导致荒漠植物多样性降低。     

SWAT模型在天山林区林冠截留过程中的改进应用

林冠截留是森林生态水文的重要环节,SWAT （Soil and Water Assessment Tool）模型对其模拟过程还较为粗糙,为了在流域水文模拟中更精细的刻画林冠截留过程从而得到更佳的模拟结果,以SWAT模型为基础,使用半理论林冠截留模型（Gash模型）与SWAT模型进行耦合,以天山林区为研究区对SWAT模型林冠截留模块进行优化改进。通过对改进前后的模拟结果进行对比分析,结果表明：1） SWAT模型和SWAT-Gash模型的R²分别为0.59-0.83和0.65-0.86,NSE值分别为0.58-0.82和0.63-0.85,两种模型PBIAS为7.2%-17.1%,证明SWAT-Gash模型具有更好的适用性;2）相较于出山口径流数据,SWAT模型和SWAT-Gash模型的RMSD值分别为3.49-7.80 m³/s和3.22-4.68 m³/s,SWAT-Gash模型在校准期和验证期的皮尔逊相关系数分别为0.93和0.81,高于SWAT模型的0.91和0.77;3）基于分位数回归（QR）的不确定性分析表明,SWAT模型和SWAT-Gash模型验证期的P因子分别为0.93和0.96,R因子为1.26和1.19,95%不确定性置信区间平均宽度分别为13.50 m³/s和12.86 m³/s;4） SWAT模型与SWAT-Gash模型在验证期的月平均地表径流量分别为6.55 m³/s和8.50 m³/s,表明在该流域内原始SWAT模型会高估林冠截留量。以天山北坡中段林区为例对云杉森林的林冠截留进行精细化模拟,虽然对模型输入数据要求提高,林冠截留数据的收集增加了模型模拟的不确定性,但对本研究区基于物理过程的水文模拟精度提升明显,改进后模型与出山口实测径流数据一致性更强,可以为天山林区小流域水资源管理提供更可靠的依据。     

新疆典型蝗虫适生区分布预测

新疆草原面积广阔,农牧业地位突出,蝗灾对当地经济、生态威胁很大,近年新疆极端天气日渐频发,蝗灾监测与防治任务艰巨。以意大利蝗、西伯利亚蝗和亚洲飞蝗为代表的蝗虫数据为基础,综合考虑对蝗虫各生命周期有重要影响的环境因素,运用BIOCLIM模型、领域模型（DOMAIN）、马氏距离模型（MAHAL）、广义线性模型（GLM）、随机森林模型（RF）、提升回归树模型（BRT）、支持向量机模型（SVM）、最大熵模型（MaxEnt）等八种经典物种分布模型及集成模型对新疆典型蝗虫适生区展开了预测。结果表明：（1）不同模型对新疆典型蝗虫适生区预测存在差异,其中DOMAIN最差（曲线下面积（AUC）=0.688,真实技巧统计（TSS）=0.301）,而提升回归树（BRT）最佳（AUC=0.920,TSS=0.910）,基于BRT、SVM和MaxEnt 3个集成模型预测的新疆蝗虫适生区可靠性更高;（2）新疆典型蝗虫不同等级适生区面积约56.844万km²,占新疆总面积的36%,其中高适生区面积16.568万km²;（3）新疆典型蝗虫适生区主要集中于北疆阿勒泰、塔城地区,此外东部哈密地区及南疆绿洲边缘地带亦有分布。研究可为新疆草原工作部门推进蝗虫监测防治工作提供支持。     

基于共生理论的兵团与地方城市“三生”功能跨界整合发展研究

基于共生理论，选取乌鲁木齐市、五家渠市、昌吉市为研究案例区，构建"三生"空间评价指标体系及"三生"功能评价指标体系，探讨乌五昌地区"三生"空间时空分异格局，借助共生度模型，识别兵团城市与地方城市"三生"功能共生发展模式，并对兵地城市跨界融合发展提供理论建议。结果表明：（1）研究区生产和生活空间面积呈上升趋势，生态空间面积呈下降趋势。（2）在生产功能方面，五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市共生模式分别为正向非对称共生、反向非对称共生，生活功能与生态功能方面，均为正向非对称共生，各功能城市间影响程度不同。（3）基于"三生"空间格局及"三生"功能共生模式，提出兵地融合发展建议，生产方面建立四区，三轴，一基地，生活方面加强交通路网建设，生态方面兵地协同建立生态保护区。     

天山云杉森林土壤有机碳沿海拔的分布规律及其影响因素

对森林土壤有机碳库含量的估测及其影响因素的研究一直是学术界关注的热点。在水热梯度上可能会存在森林土壤有机碳的分布规律,但多数在混交林内开展的工作因无法区分群落类型变化的影响而无法准确反映出森林土壤有机碳在水热梯度上的变化规律。天山云杉森林为纯林类型,在天山山脉巨大山体上呈带状分布(平均海拔下限1750 m至平均海拔上限2760m),存在水热梯度,能够排除混交林中群落类型变化对土壤有机碳的影响。因此,在天山云杉森林带按海拔梯度设置系列样地并采样,用重铬酸钾-氧化外加热法测定土壤有机碳含量并研究土壤有机碳密度沿海拔的分布规律,分析水热配比关系与植物群落(生物量)对该规律的影响。结果表明:①1 m深度的标准土壤剖面上,各海拔梯度的土壤有机碳密度随着剖面深度的增加呈减少的趋势;②各海拔梯度的有机碳主要集中在土壤表面0—40 cm范围内,所占的比例约占全剖面的60%—70%,具有明显的表聚现象;③在天山北坡中段云杉森林带的海拔下限到海拔上限标准剖面总土壤有机碳密度出现不显著的先下降后上升再下降的双峰变化,峰值出现在海拔1800—2000 m与海拔2400—2600 m,海拔2600—2800 m的有机碳密度最小;④云杉纯林在不同海拔的平均胸径呈先减少后增加再减少的趋势,与土壤总有机碳密度变化规律较吻合;⑤天山云杉森林土壤有机碳密度沿海拔的变化是水热梯度变化及受其影响的森林长势二者共同作用的结果。     

矿区道路两侧雪岭云杉叶片重金属富集效应

采矿及矿产品运输过程会对环境造成重金属污染进而对生物体产生危害。为定量描述艾维尔沟矿区道路两侧重金属污染程度、明确雪岭云杉叶片对重金属的吸收富集效应,通过采集雪岭云杉叶片和土壤样品,测试其铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)的含量,分析重金属的富集效应和空间分异特征。结果表明:(1)雪岭云杉叶片和土壤中各重金属含量差异显著(P0.05),叶片中Pb的含量显著高于其余重金属(P0.05),平均达86.28μg/g,土壤中Zn、Cu超过了国家土壤质量标准的一级限制值,而As比三级限制值大41%;(2)以背景区(板房沟林场)的土壤和雪岭云杉叶片重金属为评价标准,研究区雪岭云杉叶片重金属综合污染指数为2.05,属中度污染,其中As和Pb单项污染指数较高,达3.65和2.57。研究区土壤重金属综合污染指数为1.69,属轻度污染;(3)随距离增加,除土壤和叶片中Pb含量表现为负线性递减外,As和Cu均表现为先升高后降低,土壤中Cr、Zn逐渐升高,但叶片中Cr逐渐降低,Zn变化不大;(4)冗余分析(RDA)结果显示土壤中Cu、As、Pb与雪岭云杉死树胸径和树高呈正相关关系,而Cr、Zn与其呈负相关。采矿及运输已对土壤和雪岭云杉的生长造成影响,本文对天山雪岭云杉森林的生态修复与保育具有一定的借鉴作用。     

1982-2013年基于GIMMS-NDVI的新疆植被覆盖时空变化

利用美国国家航天航空局（NASA）全球检测与模型组（Global Inventor Modeling and Mapping Studies,GIMMS）的归一化植被指数数据（NDVI）和英国东英格利亚大学气候研究所（Climate Research Unit,CRU）全球气温降水数据（1982至2013年）,研究新疆1982-2013年植被覆盖格局的时空变化。运用一元线性回归法分析近32年来新疆NDVI变化趋势;运用Theil-Sen median与Mann-Kendall检验研究新疆NDVI格局及趋势特征;并将检验的结果和Hurst指数的结果相结合,研究新疆NDVI格局的可持续性特征。研究表明：（1）新疆植被覆盖在空间分布上差异明显,其中北疆优于南疆,西北优于东南;（2）近32年来新疆年NDVI均值在0.10-0.12之间波动,且存阶段变化性;（3）新疆植被改善趋势的区域占总面积的25.89%,轻微退化的区域占总面积的18.00%;（4）从可持续性来看,新疆大部分地区植被变化将保持现在的趋势,但局部地区具有反持续性,持续性改善的面积占全疆总面积的24.39%,持续性轻微退化的区域占15.73%,另外59.88%为严重退化和未来变化趋势无法确定区域。开展NDVI空间格局的变化研究,对于干旱区新疆来说具有重要的理论和实际意义。