塔里木河中游绿洲盐漠带典型盐生植物光谱特征

盐生植物作为干旱区绿洲重要的生命支持系统, 对于维持绿洲生态系统平衡起着核心的作用。很多学者对此展开了大量研究, 但是对盐生植物的光谱特征研究较少, 因此, 该文以渭干河-库车河三角洲绿洲盐漠带典型盐生植物为研究对象, 利用FieldSpec Pro FR便携式地物波谱仪, 2010年10月通过对盐穗木(Halostachys caspica)、盐节木(Halocnemum strobilaceum)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、白刺(Nitrarria sibirica)、柽柳(Tamarix ramosissima)、花花柴(Karelinia caspia)及芦苇(Phragmites australis)野外光谱数据采集和处理, 获得了这7种盐生植物的高光谱数据, 然后采用光谱学分析方法分析其特征变化, 结果表明: (1)采用Percentile Filter平滑方法进行光谱噪声去除, 有很好的去除噪音效果。(2)对3种类型盐生植物样本的原始光谱曲线提取光谱吸收特征参数, 结果发现稀盐盐生植物、泌盐盐生植物、拒盐盐生植物的波谷波长位置接近, 说明盐生植物的吸收波段特征有一定的相似性。(3)对盐生植物光谱反射曲线进行归一化处理, 发现在消除土壤等背景影响、突出目标及消除同物异谱现象上具有很好的效果, 能够提高盐生植被的识别精度。(4)应用二阶导数的方法得到盐生植物识别的9个最佳波段: 510、550、690、730、950、1150、1210、1290和1310 nm。研究成果不仅可以为盐漠带植物的高光谱遥感数据处理提供一定的科学依据, 而且可以为盐漠带盐生植物的遥感识别和分类提供一定的参考。     

渭干河-库车河三角洲绿洲土地利用/覆被时空变化遥感研究

土地利用/覆被变化(LUCC)是全球变化研究的重要核心问题之一,选择干旱区典型绿洲新疆渭干河—库车河三角洲绿洲为研究靶区,利用1989年、2001年、2006年和2010年的同期遥感影像数据,借助RS和GIS技术,对绿洲土地覆盖变化信息进行定量提取和分析。结果表明:①1989—2001年,各类地物面积呈现五增二减的趋势:耕地、林地、中度盐渍地、水体和其他均有所增加;而轻度盐渍地和重度盐渍地有所减少;2001—2006年,呈现四增三减的趋势:耕地,轻度盐渍地,中度盐渍地和重度盐渍地均有所增加;林地、水体和其他均有所减少;2006—2010年,呈现四增三减的趋势:中度盐渍地,重度盐渍地、水体和其他均有所增加;耕地、林地、轻度盐渍地均有所减少。②随着时间的推移,各类地物的重心均有所偏移。其中水体的重心于1989—2001年间向北迁移的距离最远,为23.12 km;同期重度盐渍地重心迁移距离次之,为22.04 km。林地的重心于1989—2001年间逐年向西南方向迁移,并且迁移的距离逐年增大,中度盐渍地重心总体向西北方向偏移。③21年间,Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数均呈稳步增加的趋势,景观的异质性程度呈现上升趋势;聚集度差异不大,集中在78到85之间,说明斑块类型连接程度较高。1989—2006年,分维数增加,研究区的土地利用景观格局愈来愈复杂,人类干扰程度在不断增强;2006—2010年,分维数略有所下降,景观格局略有所改善。总之,21年间渭-库地区各类型土地利用情况变化显著,不仅各土地覆盖类型间面积转换频繁,而且土地利用景观格局发生了很大的变化。该研究确定了土地利用/土地覆被的时空变化规律,分析驱动因子,提出改良建议,研究结果对西部干旱区绿洲的环境演变和可持续发展研究具有现实意义,也是对全球变化研究的重要补充。     

氮离子诱变筛选内切葡聚糖酶高产菌株及其基因突变研究

目的：离子注入枯草芽孢杆菌筛选高产内切葡聚糖酶突变菌株,同时进行其酶活性研究,并克隆该基因,研究离子注入对其诱变效应。方法：低能氮离子重复注入枯草芽孢杆菌,筛选获得1株高产内切葡聚糖酶突变菌株Bac11。DNS法测定酶活性。PCR扩增获得出发菌株Bac01和突变菌株Bac11内切葡聚糖酶基因,并对核酸序列及预测氨基酸序列进行多重比对。结果：突变菌株Bac11内切葡聚糖酶活性从93.33IU提高到381.89IU。多重比对Bac01和Bac11内切葡聚糖酶基因编码区1500bp序列,当中有10个碱基发生突变,预测氨基酸序列中有5个氨基酸残基发生变化,且都在其基因纤维素结合域部分。结论：低能氮离子重复注入对枯草芽孢杆菌内切葡聚糖酶活性及其基因有明显的诱变累加效应。     

艾比湖区域水质空间分布特征及其与土地利用/覆被类型的关系

为深入了解艾比湖周边水质空间格局的变化,利用2014年5月及2014年10月实测水样采样点研究了艾比湖区域4个水质指标的空间变化趋势,包括p H、电导率、矿化度及全盐。结果表明:(1)探讨2014年内干湿季水质的空间分布趋势,从总体上看,p H表现出明显的交错模式;电导率、矿化度及全盐在干湿季变化差异较大,高值均聚集在艾比湖周围,而在耕种土地、天然梭梭林附近值则较低;(2)分析各水质的空间自相关性,p H的HH主要分布于艾比湖北部,LL则主要集中于艾比湖南部。HL的分布,说明有较高p H值的点被有较低p H值的点所包围,表明了水质在一定程度上存在空间异质性。电导率、矿化度及全盐在沿着艾比湖周边到甘家湖梭梭林自然保护区随着地势的增高呈现出由HH-LH-LL的转变。(3)建立水质参数与各土地利用/覆盖类型之间的关系,研究表明研究区内林草地、盐渍地及耕地对水质的影响相对较为显著。(4)为了研究水质变化因素,选取耕地、林草地、盐渍地和未利用地与水质参数分别建立优选多元线性回归模型,所得到的相关系数R分别为0.58、0.72、0.74、0.71,结果表明优选拟合模型与数据的拟合程度较好。总之,开展艾比湖区域水质空间格局的变化趋势研究,对于干旱区水质的时空分布具有重要的理论和实际意义。     

基于CA-Markov模型的艾比湖湿地自然保护区土地利用/覆被变化及预测

以艾比湖湿地自然保护区为研究区域,以1998、2006年Landsat TM影像和2014年Landsat OLI影像的土地利用/覆被分类结果为输入数据,采用CA-Markov模型,预测研究区未来的土地利用/覆被格局.在模型建立过程中,通过Markov模型求出转移概率矩阵和转移面积矩阵,确定CA模型转换规则,限制CA模型迭代次数.利用CA-Markov模型模拟预测研究区2014、2022和2030年土地利用/覆被格局,并采用2014年实际土地利用/覆被分类结果验证预测精度,得到2014年各土地利用/覆被类型面积预测误差均≤6.4%,空间位置预测精度达到76.0%.结果表明: 1998—2014年,艾比湖湿地自然保护区林草地、盐碱地、干涸湖床和沙漠增加,其中,盐碱地的增幅最突出,增加了37.4%;水体和其他地类减少,且水体的减少突出,减少了34.8%.2014—2030年,艾比湖湿地自然保护区林草地、盐碱地和沙漠将呈增加趋势,而干涸湖床、水体和其他地类将减少.该研究可以为艾比湖自然保护区的土地利用/覆被动态监测以及可持续发展提供依据.     

天山森林植物功能性状与碳库沿海拔梯度的变化

植物功能性状是能够将植物个体特征、群落结构和生态系统功能结合起来的良好载体,但关于在环境梯度上如何通过植物功能性状的连续变化来构建群落、以及植物功能性状如何反映生态系统功能等问题尚有较多疑问。为探讨天山森林植物功能性状与其碳库在海拔梯度上的联系,分析了14个群落尺度上的植物功能性状指标和各组分碳密度沿海拔的变化规律及二者之间的关系。结果表明:(1)受海拔梯度上环境因子的影响,群落尺度上植物功能性状和碳密度的垂直分布并不一致:随海拔升高,叶片碳氮比(C/N)逐渐上升,叶片碳含量(C_(leaf))、比根长(SRL)和植株高度(H)升高后降低,叶绿素含量(Chl)、细根磷含量(P_(root))、叶片氮磷比(N/P)逐渐下降,细根碳含量(C_(root))先升高后趋于平缓,细根氮含量(N_(root))先下降后又有所回升,叶片氮含量(N_(leaf))、木质素含量(LLC)、叶干物质含量(LDMC)、细根干物质含量(RDMC)在各海拔段间无显著差异;(2)比根长(SRL)和植株高度(H)通过影响资源的获取和利用,C与P通过对养分的限制和在器官中的分配,从而影响植被光合作用,与天山森林碳密度显著相关;高木质素含量(LLC)导致植物残体分解速率变慢而与土壤碳密度(SCD)和群落总碳密度(TCD)呈显著负相关关系。随海拔升高,植被碳密度(VCD)先升后降,土壤碳密度(SCD)和总碳密度(TCD)逐渐升高。植物功能性状与环境因子和森林的结构功能相互作用、相互影响,三者之间的关系还需在大尺度上进一步验证。     

2001-2015年天山北坡植被覆盖对干旱的响应——基于土地利用/土地覆盖分析

天山北坡生态系统脆弱,易受干旱影响,全球变暖和不合理的人类活动加剧了干旱的影响,评估植被覆盖对干旱的响应,为改善生态环境和减轻干旱影响提供科学参考。基于MODIS-NDVI遥感数据以及气象数据,计算了2001-2015年天山北坡多尺度标准化降水蒸散发指数（SPEI）和植被覆盖度,总结出植被覆盖度与多尺度SPEI时空动态变化规律,从土地利用/土地覆盖（LUCC）的角度分析了植被覆盖度对气候干旱的响应。结果表明：（1）天山北坡绝大部分区域呈湿润状态,中部（石河子、呼图壁）、西北部（克拉玛依市）呈轻度干旱。3个月、6个月、12个月时间尺度SPEI均表现出干旱化增强的年际变化趋势;（2）天山北坡植被覆盖度整体上属中低覆盖,总体呈南高北低,天山山区、城市绿洲内部高的分布特点。2001-2015年天山北坡植被覆盖度变化总体呈下降趋势;（3）年尺度天山北坡植被覆盖度与SPEI整体呈正相关关系。不同土地利用/土地覆盖的植被覆盖度与12个月时间尺度SPEI（SPEI 12）的相关性不同,大小依次为：草地 > 未利用地 > 城乡用地 > 林地 > 水域 > 耕地;（4）季节尺度夏季和春季干旱对植被覆盖度的影响最明显,不同季节干旱对不同土地利用/土地覆盖植被覆盖度影响程度不同。     

天山林区不同群落土壤水分入渗特性的对比分析与模拟

土壤入渗特性是影响森林生态水文过程的一个重要环节。为了比较不同群落类型土壤水分入渗特性的差异,在天山中段北坡林区利用环刀法测定天然林、人工林、林窗草地、草地、林缘灌木林、山前灌木林六种群落类型的森林土壤入渗过程,对比分析有机质含量、毛管孔隙度、容重、含水率等土壤理化性质对入渗过程的影响,用三种常用模型进行入渗过程模拟,分析比较这/min之间,稳定min之间,不同群落类型土壤平均入渗率从大到小的排序为:天然林林缘灌木林窗草地草地人工林山前灌木;(2)六种群落类型土壤入渗性能均具有初渗速率平均入渗速率稳定入渗速率的相同趋势;(3)Kostiakov模型对试验六种群落类型土壤入渗过程的拟合精度比较高,适用于描述本研究区域水源涵养林地土壤入渗特征;(4)土壤有机质含量与土壤入渗速率呈正相关,且与初始入渗率达到显著水平;土壤的含水率、土壤毛管孔隙度和土壤容重与土壤入渗能力呈现显著的负相关。通过观测与模拟不同群落类型的土壤水分运动过程,本文可为天山林区生态水文长期定位观测提供有益借鉴。     

艾比湖荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征

选取新疆艾比湖湿地国家级自然保护区非生长季(2012年1月15日—3月15日、11月1日—12月14日、2013年11月1日—11月16日)通量观测数据,参考中国通量数据处理标准开展荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征研究。结果表明:研究区非生长季碳通量观测数据存在大量"野点",占数据总量的37.39%,有效通量变化范围为-0.197—0.283 mg m-2s-1;平面拟合旋转(PF)校正具有较好的结果(R2=0.9349,P0.01),频率响应校正引起的碳通量增量为7.55%,水热校正影响较小;碳通量数据在不同质量等级分布较平均,大气湍流发展的充分性处于中等水平,夜间摩擦风速可划分为3级,在0 m/su*0.30 m/s内进行选择性剔除;传感器状态异常、检验分析和阈值分析剔除数据比例分别为26.34%、2.48%和8.57%;碳通量与5 cm土壤温度和太阳辐射不存在显著相关,采用线性内插和平均每日变异法可实现缺失数据的插补。     

新疆艾比湖湿地主要植物的种间关联分析

根据新疆艾比湖湿地植物群落样方调查的存在-缺失数据,应用主成分分析和聚类分析方法研究了湿地内多物种关联性以及生态种组分类.与传统的成对物种关联分析方法相比较,基于多元分析框架的多物种关联分析和种组分类结果更为可靠、有效;艾比湖湿地的主要植物种划分为3个生态种组,各生态种组内的植物种之间具有相似的生境和生态位.结合统计分析结果与实地调查发现,艾比湖湿地植物种间的正、负关联性以及生态种组的划分主要由植物对水分和盐分生境因素的适应性决定.从多物种关联性和生态种组角度考虑艾比湖湿地生态恢复和保护植物多样性更具有实践价值.