基于遥感总初级生产力的天山-塔里木绿洲地区生态系统脆弱性研究

生态系统的脆弱性是全球气候变化与可持续发展研究的核心问题，测定与评价脆弱性对认识生态系统的结构与功能至关重要。天山-塔里木绿洲地区包含着山地、荒漠和绿洲等多种类型的生态系统，存在着多个不同生态类型的交界过渡区。为定量评价该地区生态脆弱性，以植被总初级生产力这一生态系统重要的功能性指标为基础，对该地区生态系统脆弱性进行了计算和分级（不脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和极度脆弱），并对研究区生态系统脆弱性的空间分布特征及其与环境因子的关系进行了分析与讨论。结果表明：（1）研究区生态系统脆弱性总体上表现出明显的空间分化格局，以中度和重度脆弱为主，极度脆弱的地区主要分布在南部的塔里木绿洲。（2）生态系统脆弱等级大体上随着区域内多年平均温度的升高而升高。受地表水灌溉的影响，生态系统脆弱性与降水量间并无明显趋势性规律。（3）研究区的生态系统脆弱等级随着区域内的平均海拔以及平均坡度的升高都呈现下降的趋势。受自然条件恶劣、过度放牧以及农田过度开垦的影响，目前该地区总体呈现脆弱性严重的状态。研究表明该地区应积极开展生态治理工作，合理规划生态功能关键区，保护好现有草原和湿地等易开垦地区，划定绿洲开发范围的"红线"，限制农田的开垦，协调好塔里木河流域的水资源分配。研究为使用卫星遥感数据研究生态系统脆弱性提供了方法上的参考，为可持续发展和生态治理提供了科学依据。     

开都河流域天山桦树轮宽度年表的建立及其气候响应

利用开都河流域中段采集的天山桦树芯样本,建立了这一采样点的树轮宽度年表。该年表的特征参数与其他地区已有的桦木树轮宽度年表相近,且能较好地反映研究区内天山桦树轮宽度变化的基本特征。该年表与研究区内雪岭云杉树轮宽度年表间的相关分析表明,两者在全频域、高频域及低频域上均存在显著正相关。树木生长气候响应分析结果显示,天山桦树轮宽度与降水量的相关则不显著;而与上年12月呈显著正相关(r= 0.346,P < 0.01,n=59),与当年6月的平均气温呈显著负相关(r=-0.312,P < 0.01,n=60)。该年表存在2.1、4.0a和~50a变化准周期,并且其与3月多元El Nio-Southern Oscillation (ENSO)指数存在相似的变化趋势。     

利用多旋翼微型飞行器监测天山地区高山兀鹫繁殖简报

高山兀鹫(Gyps himalayensis)喜在山崖绝壁上营巢,海拔2 400~4 800 m的野外高空作业攀爬危险,观察难度较大。2014年4~9月,笔者在新疆天山中段尝试用国产遥控多旋翼微型飞行器寻找和拍摄高山兀鹫巢穴,结合路线搜索法和行为扫描法,进行栖息地调查、巢数统计、巢材分析,以及窝卵(雏)数、雏鸟生长与发育、繁殖周期、食性及食物分析。在7个地点的14个巢区的调查统计表明,高山兀鹫喜欢在朝南的崖壁上集群营巢(78.6%朝南,n=112),最长的一个繁殖地绵延7.3 km,距另外一个较近的巢区约47 km。巢材以禾草为主,如早熟禾(Poa spp.)、针茅(Stipa spp.)、老芒麦(Elymus sibiricus)等,缺乏粗大枝条。高山兀鹫1~2月产卵,窝卵数为1枚(n=21),整个繁殖周期长达8~9个月(1~10月份)。     

天山林区土壤真菌多样性及其群落结构

土壤真菌群落结构对森林生态系统功能的维持具有重要作用,目前对天山林区土壤微生物的种类和群落结构了解甚少。为了解天山不同植被类型下土壤真菌的群落动态及优势菌属,使用Illumina MiSeq高通量测序技术,研究天山林区根际土与非根际土中真菌群落组成及多样性。结果表明:(1)对有效序列进行OTU聚类(operational taxonomic unit)后共得到14121个OTUs,经注释划分为7个门、33个纲、109个目、255个科、444个属、677个种;(2)子囊菌门(Ascomycota)和担子囊菌门(Basidiomycota)是天山植物的优势菌门,灌丛中相对丰度较高的有帚枝霉属(Sarocladium)、鬼笔属(Lysurus)、Microidium;云杉林中相对丰度较高的属有镰刀属(Fusarium)、赤霉属(Gibberella)、丝盖伞属(Inocybe);(3)灌丛与云杉林土壤真菌的群落结构和丰富度有显著差异,灌丛土壤真菌的多样性和丰富度更高,云杉林中阴坡的土壤真菌丰富度较高而阳坡和林窗较低;(4)丝盖伞属(Inocybe)、被孢霉属(Mortierella)、赤霉属(Gibberella)、镰刀属(Fusarium)与云杉的生长可能具有密切的关系。本文推测,根际土壤真菌的多样性和丰富度较低可能是导致云杉幼苗成活率低等更新障碍的问题。     

天山北坡经济带关键性生态空间评价

关键性生态空间在生态系统中所发挥的基础性和保障性功能尤为重要,其范围辨识及评价研究对于国土安全和区域可持续发展具有重要意义。以天山北坡经济带为研究区,构建适于西北寒旱区脆弱敏感环境的关键性生态空间评价体系,借助GIS和RS技术,从生态系统服务功能重要性和敏感性两方面对其空间范围进行辨识和分级评价,并进行土地利用生态安全冲突分析。研究结果表明:(1)底线型和危机型生态空间作为研究区的关键性生态空间,面积为45318km²,占比53%,主要分布于南部山区、农垦区西部及北部沙漠/荒漠区;(2)生态系统服务功能与植被显著相关,较重要、重要和极重要区域共占约20.9%,集中在南部山前草原及中部农垦区,生态系统服务功能整体较弱,主导因子为水源涵养和生物多样性保护功能;(3)研究区生态系统敏感性等级主要以中度敏感为主,敏感和极敏感区域面积占比37.7%,分布于高山区、荒漠戈壁区和低山与绿洲过渡区,主要体现为土地沙化和土地盐渍化。(4)全区土地利用生态安全冲突等级较高,有45%的城建用地与56.5%的耕地占用关键性生态空间。本研究可为区域国土空间布局和生态格局优化提供参考,并对相关理论和实证研究起到补充和借鉴作用。     

新疆天山北坡不同盐湖微生物菌群结构及其影响因子

新疆分布的众多湖泊由于干旱气候成盐作用强烈,近半数已演化到盐湖发展阶段,不同盐湖中也因此蕴含着丰富的耐盐及嗜盐微生物资源。为更好的掌握新疆盐湖微生物资源分布规律及对环境因子变化的响应规律,利用高通量测序技术对新疆天山北坡5个不同演化阶段盐湖湖底沉积物中细菌、古菌多样性和菌群结构及其主要驱动因子进行研究,探讨盐湖演化过程中原核微生物群落结构变化规律。分别采集5个盐湖湖底沉积物样本,进行理化因子测试与细菌和古菌16S rRNA扩增子测序分析,比较不同盐湖理化性质和原核微生物菌群差异,并对原核微生物丰度与环境因子进行关联分析。实验结果表明：5个盐湖湖底沉积物总盐和Na⁺含量顺序为：巴里坤湖 > 伊吾湖 > 艾比湖 > 盐湖 > 柴窝堡湖,除艾比湖外其他四个盐湖沉积物均呈碱性。Alpha多样性结果显示5个盐湖细菌richness、chao1、ACE和shannon丰富度指数均大于古菌相应丰富度指数,不同盐湖细菌丰富度指数差异较大,古菌丰富度指数差异相对较小。从5个盐湖湖底沉积物中共检测获得细菌58门、68纲、138目、253科和560属,古菌4门、8纲、12目、21科和60属,细菌以变形菌门为主,古菌以广古菌门为主。不同盐湖细菌和古菌优势属种类均不相同,巴里坤湖主要是一些嗜盐和耐盐细菌属,而伊吾湖主要是嗜盐和耐盐古菌属,PCoA分析结果也表明不同盐湖微生物在OTUs水平有其独特菌群结构类型。RDA和Bioenv分析结果表明,盐湖湖底沉积物中微生物菌群群落结构主要受Na⁺和总盐（TS）浓度的影响,对细菌菌群结构影响较大,而古菌菌群结构可能受多种理化因子共同调节。此外,盐湖特殊卤水成分会对微生物群落结构产生重大影响。     

天山南北坡树轮稳定碳同位素对气候的响应差异

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列（δ¹³C_corr）。采用相关函数和共线性分析揭示了天山南北坡树轮稳定碳同位素与各气候要素之间的关系。结果表明,天山南坡树轮稳定碳同位素与生长季降水、相对湿度显著负相关,而与温度没有明显的相关关系,表明影响天山南坡树轮稳定碳同位素分馏的主要气候因子是生长季水分状况,尤其是降水;天山北坡树轮稳定碳同位素与生长季尤其是夏季的平均气温、平均最高气温和饱和水汽压亏缺显著正相关,而与降水量、相对湿度显著负相关,表明影响天山北坡树轮稳定碳同位素分馏的气候因子可能较为复杂。进一步分析表明,夏季温度、降水和相对湿度共同调控着天山北坡雪岭云杉树轮稳定碳同位素分馏。     

天山北坡城市群城市景观时空扩张过程及多情景模拟

城市群是区域经济发展的重要空间载体,探究天山北坡城市群城市景观扩张变化对边疆城市群的区域经济发展、城市规划、生态安全等有重要意义。研究借助GIS、Fragstats、Dyna-CLUE等软件,基于1990、2000、2005、2010、2015年空间分辨率30 m土地利用数据,采用景观扩张指数（LEI）、扩展强度指数（UEⅡ）、重心转移、多情景模拟等方法揭示天山北坡城市群的景观扩张模式及演变规律。主要结论为：①从景观指数来看,近25年来天山北坡城市群城市景观变化表现为破碎度增大、异质性增强、斑块形状趋于复杂;②从扩张模式来看,1990-2015年,天山北坡城市群的城市扩张模式以飞地式为主,其次为边缘式扩张,不同时期内扩张模式占比有所差异;③从扩张轨迹来看,城市群城市扩张重心总体由城市群的中心-乌鲁木齐的西侧向东、南移动;④从多情景模拟来看,Dyna-CLUE模型能够较好地模拟不同情景状态下的城市扩张与土地利用变化特征,2025年城市群扩张模式将以飞地式、边缘式为主。研究结果可为天山北坡城市群城市的未来发展和布局规划提供参考,为国土空间的管理与调控、生态环境的布局优化等提供决策依据。     

Analysis of vegetation index changes and driving forces in inland arid areas based on random forest model: a case study of the middle part of northern slope of the north Tianshan Mountains

全球变化背景下的干旱区植被变化受气候变化和人类活动双重影响。定量评价植被变化特征及其驱动机制, 对监测干旱区区域生态环境变化, 促进区域可持续发展有重要意义。由于复杂多样的人类活动难以量化, 有关这方面的研究多局限于植被对气候变化的响应, 而对人类活动影响考虑不足, 导致关于这方面的认识存在较大的偏差和不确定性。该文首先提出与土地利用相关的人类活动量化表征方法; 然后运用多元线性回归模型和随机森林模型中的较优模型, 分析气候变化和具体的人类活动对北天山北坡中段归一化植被指数(NDVI)的影响。主要结果: (1) 2000-2015年期间北天山北坡中段年NDVI总体呈增加趋势; 基于随机森林构建的NDVI与气候因子和人类活动的模型拟合精度明显优于多元线性回归模型, 其决定系数(R²)至少提高了24%; (2)研究期内与耕地有关的人类活动对北天山北坡中段NDVI分布及时空变化的影响呈增加的特征, 在2000-2015年期间人类活动对NDVI变化的贡献率为0.59, 超过了气候因子。该项研究为气候变化和人类活动对植被的影响研究提供了新思路, 也为干旱区生态环境保护和恢复提供了科学依据。     

新疆哈密山区天山马鹿种群数量和冬季生境选择

2010年12月至2011年2月,在新疆哈密山区,采用截线抽样法和遥感技术,对野生天山马鹿（Cervus elaphus songaricus）种群现状和冬季生境选择进行了研究。在不同区域和不同类型栖息地共布设了28条样线,样线总长度达60.1 km。其中,16条样线上发现马鹿共233头,调查区域平均种群密度（2.83±1.01）头/km²,种群数量（1 684.56±379.71）头,与1993年的调查结果相比有所上升。雌雄性比为2.24：1,幼体和亚成体总数多于成体和老体总数,种群数量呈增长趋势。根据野外考察GPS数据并解译天山马鹿分布生境2006秋季的LANDSAT TM/ETM+遥感影像,将生境要素分为山地针叶林、草甸、灌木丛、农田和戈壁5种类型,其中,草甸与山地针叶林为天山马鹿冬季适宜生境。