天山北麓绿洲-荒漠过渡带芨芨草地地表能量通量研究

利用天山北麓绿洲-荒漠过渡带芨芨草地的小气候实测资料,分析了该地区不同天气条件下地表能量及其能量分配日变化特征,并进一步探讨了潜热与其它地表能量的关系。结果表明:晴天各地表能量分量曲线呈"单峰型",阴天表现为峰谷频繁交替的"多峰型",雨天则显示为"偏峰型"。由于该区以晴天为主,阴雨天气发生频率少,平均情况下的各能量曲线变化与晴天基本一致。任何天气条件下能量传输均以潜热(LE)为主,其次为感热(H)和土壤热通量(G)。观测期内LE/Rn平均值介于沙漠和绿洲之间,很好地在能量分配上体现出自身的过渡性。各种天气条件下能量分配的日动态变化趋势基本一致,白天均以潜热为主,夜间则有所不同。LE/Rn、H/Rn、G/Rn曲线白天变化平稳,夜间持续波动,日出和日落前后波动最为剧烈。其中,日出时刻以LE/Rn和G/Rn曲线波动最为强烈,且两者峰谷互补。因辐射强度和日照时数的不同,不同天气条件下曲线早、晚剧烈变化开始时间也有所差别。晴天、平均、阴天(8:00—18:00)波文比依次减小,且均小于1,表明它们在白天能量分配均以潜热为主。而雨天波文比则表现出较大的波动性,整体呈上升趋势。LE与Rn、H、G相关性程度均表现为:晴天与平均相当,阴天次之,雨天最小。     

天山北麓新人工绿洲扩张过程中的碳库格局变化与碳库迁移

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25%增加到40%以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70%,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7%,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2%,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4%,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50%,总碳储量与1996年相比微降1.2%,土壤碳库重新趋于稳定。其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应。     

不同干扰程度下土壤有机质空间最优插值法研究

选择最优空间插值方法对明确不同干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布规律具有重要意义。通过对新疆阜康市土壤采样分析,分别运用普通克里格法(Ordinary Kriging, OK)、反距离权重法(inverse distance weight, IDW)、径向基函数法(radial basis function, RBF)、局部多项式法(local polynomial, LPI)4种插值方法,描述不同人为干扰程度下干旱区土壤有机质空间分布特征,以探讨其最优空间插值方法。结果表明:①随干扰程度增加,土壤有机质含量降低,空间变异性由弱到中等,变异系数由9.27%增加至28.7%;同时,土壤有机质空间自相关性逐渐降低,从无人为干扰区、人为干扰区到重度人为干扰区分别呈强烈、中等、弱相关关系,即干扰程度越强受随机因素作用越大。②虽然4种方法的插值精度均随干扰程度的增强而降低。但OK法在空间结构性较强的无人为干扰区插值效果最好,R~2为0.625;在人为干扰区及重度人为干扰区RBF法的插值精度均最高,R~2分别为0.562和0.434。该结果为寻找适合于不同干扰程度下干旱区土壤有机质的空间插值方法提供一定的科学参考。     

新疆干旱区4种柽柳灌丛碳贮量特征

灌丛有机碳贮量对研究干旱区土壤特性及碳循环具有重要意义。以分布于新疆南北疆荒漠区的4种柽柳灌丛(多花柽柳Tamarix hohenackeri、多枝柽柳Tamarix ramosissima、刚毛柽柳Tamarix hispida、沙生柽柳Tamarix taklamakanensis)为研究对象,对其生物量碳和土壤有机碳的分布特征进行了研究。结果表明:1)生物量碳密度从大到小顺序为刚毛多花沙生多枝,生物量碳密度在0.59—2.35 Mg C/hm~2之间,其中,地上生物量碳密度在0.31—0.94 Mg C/hm~2之间,0—100 cm地下植物碳密度在0.28—1.49 Mg C/hm~2之间,根冠比在0.92—1.71之间。2)土壤有机碳密度从大到小的顺序是多花刚毛沙生多枝,多花和沙生柽柳灌丛土壤有机碳密度的最大值出现在表层0—10 cm,多枝和刚毛柽柳灌丛土壤有机碳密度的最高值出现在土层深度为10—20 cm处。4种柽柳灌丛0—10 cm土层土壤有机碳含量在13%—43.7%之间,地下1 m内,0—50 cm土壤有机碳密度所占比例为82.3%—96.4%之间。3)根据分布面积计算,新疆荒漠区4种柽柳灌丛碳贮量在(0.28±0.03)—(56.96±5.36)Tg(1Tg=10~(12)g)之间,总有机碳贮量为(75.00±6.76)Tg。其中,有机碳贮量最多的是刚毛柽柳灌丛,多花柽柳最低。4)4种柽柳灌丛土壤有机碳和生物量碳均表现出了与土壤含水量和土壤有机质的显著相关性,土壤有机碳(C_s)与土壤含水量(X_1)、有机质(X_2)、全N含量(X_3)和电导率(X_4)呈极显著正相关(P0.01),多元线性回归方程为C_s=3.433-10.943X_1+0.378X_2-2.935X_3+0.017X_4;生物量碳(C_p)与土壤含水量、有机质呈显著正相关(P0.05),多元线性回归方程为C_p=2.042-11.930X_1+0.011X_2。说明不同类型的柽柳对水分和有机质的要求不同,碳汇能力和对荒漠生态系统的作用也不同。因此,从物种利用角度来看,选择也应有所侧重。