天山北坡雪岭云杉林地开垦的土壤有机碳损失估算

在全球变暖的背景下,由土地利用变化导致的土壤碳库的变化已经受到越来越多的关注。首先采用物种分布模型预测了天山北坡雪岭云杉林的潜在分布,其次估计了与被开垦为农田的雪岭云杉林面积(PSC)以及由林地开垦为农田造成的有机碳损失。PSC分别由雪岭云杉林的现实分布、潜在分布和农田的现实分布确定。云杉林地和农田的土壤有机碳含量由野外采样和实验室分析获得。研究发现,PSC面积为2.68×10~6hm~2,被开垦为农田的雪岭云杉林土壤有机碳的损失为171.7 t/hm~2;研究区总有机碳的损失为459.70Tg。结果表明,研究区的林地恢复和重建项目将会使土壤有机碳储量有所增加,且土壤表层的增加量多于深层。     

物种分布模型的发展及评价方法

物种分布模型已被广泛地应用于以保护区规划、气候变化对物种分布的影响等为目的的研究。回顾了已经得到广泛应用的多种物种分布模型,总结了评价模型性能的方法。基于物种分布模型的发展和应用以及性能评价中尚存在的问题,本文认为:在物种分布模型中集成样本选择模块能够避免模型预测过程中的过度拟合及欠拟合,增加变量选择模块可评估和降低变量之间自相关性的影响,增加生物因子以及将物种对环境的适应性机制(及扩散行为特征)和潜在分布模型进行结合,是提高模型预测性能的可行方案;在模型性能的评价方面,采用赤池信息量可对模型的预测性能进行客观评价。相关建议可为物种分布建模提供参考。     

基于改进生态足迹模型的可持续发展评价——以北疆为例

生态足迹评价体系,可以在一定程度上刻画区域社会经济发展对当地生态环境产生的影响,当前可持续发展研究的难点之一,便是如何更加真实的体现这种影响。立足于传统生态足迹模型,采用“一年一区一值”的参数方案计算区域当年均衡因子与产量因子,结合土地利用转移矩阵和建设用地流入量改进建设用地足迹算法,对北疆地区2005年、2010年、2015年、2018年生态足迹及生态承载力进行测度,并结合相关指数对研究区发展的可持续性进行评价。结果表明：(1)北疆生态足迹增涨3.5倍,且以能源增长为主导,生物生产性足迹贡献率大幅下降;人均生态足迹增长3.4倍,工业型城市生态足迹增长率及人均生态足迹增长率均高于其他类型城市。(2)研究区生态承载力呈现上升态势,除水域和草地外,其他地类承载力均呈上升态势,昌吉州与阿勒泰地区的总体承载力及人均承载力均呈下降态势。(3)北疆生态利用效率上涨1.32倍,各行政单元呈现农业及服务业型城市生态利用效率上升、工业型城市生态利用效率降低的态势,表明工业型城市生态足迹增速远高于经济增速。(4)各行政单元呈现生态赤字状态且不断加剧,总体及人均增速都呈现工业型>农业型>服务业型...     

基于生态位模型的艾比湖鹅喉羚生境评价

明确物种生境空间分布格局及其与环境因素的关系,对了解该物种的生境需求和适宜生境空间分布至关重要。生境评价和预测是对物种进行有效保护的基础。以鹅喉羚(Gazella subgutturosa)为研究对象,以其重要栖息地新疆博州艾比湖国家级湿地自然保护区为研究区域,选取115个鹅喉羚分布点数据和23个环境变量因子,应用MAXENT模型分析其生境空间分布及主要影响因子,划分了鹅喉羚在研究区域的适宜生境,并对它的栖息地特征进行了分析。探讨了鹅猴羚生境选择与环境因子的关系。结果表明:气温日较差是影响鹅喉羚生境分布的主要环境因子。植被类型,坡度和最干月降水量对艾比湖鹅喉羚的生境选择影响不大。除了温度和降水在内的19项生物气候变量是鹅猴羚选择生境的重要因素之外,海拔和坡向等地形特征也影响鹅猴羚的生境选择性。鹅喉羚的高度适宜生境区主要分布在研究区域的北部和东部,中度及低度适宜生境区则分布于高度适宜生境区的边缘,而非适宜生境区主要集中在西部地区。研究不仅提供了鹅喉羚在艾比湖的实际分布状况及其栖息地特征,也为鹅喉羚在栖息地方面的研究,即鹅猴羚的栖息地选择和环境因子的关系方面提供了一个重要的依据。     

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。     

利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数

植被冠层结构深刻地影响着植物群落与环境的相互作用,对植被冠层结构的研究是深入理解植被生态系统格局、过程及其运作机制的重要基础。冠层结构特征参数的快速测量方法是植被冠层结构研究的前提,目前测量方法主要是基于实际测量的地面法,地面法一般费时费力,受人为因素影响较大,因此本文探索利用半球图像法获取植被冠层结构特征参数。通过对半球图像进行几何纠正并建立参数图层,与分类后的植被冠层图层进行运算提取植被冠层结构特征参数。将该方法应用于祁连山旺腰沟流域青海云杉冠层结构特征参数的提取,包括植被冠幅、冠层面积、冠层周长等,结果显示：半球图像法能够较好的提取植被冠层结构特征参数,该方法具有简单、客观、可重复等优点,也可作为植被冠层结构变化的监测方法。     

气候变化情景下外来入侵植物刺苍耳在新疆的潜在分布格局模拟

明确区域尺度上外来入侵种的潜在分布格局及其对气候变化的响应对入侵种的预防和控制具有重要意义。以外来入侵植物刺苍耳(Xanthium spinosum L.)为研究对象,以其扩散蔓延的新疆地区为研究区域,结合中国国家气候中心开发的BCC—CSM1—1模式下的将来气候条件,应用MaxEnt模型和ArcGIS空间分析技术构建了未来不同气候变化情景(RCP4.5,8.5)下2050s和2070s的刺苍耳适宜生境预测模型,定量的展示了气候变化情景下刺苍耳在新疆的扩散趋势及其适宜生境的面积空间变化和分布区中心移动轨迹。结果表明:年降雨量、下层土壤有机碳含量、上层土壤pH值、年温度变化范围、降雨量的季节性变化和年平均温度是影响刺苍耳地理分布的主导环境因子;博州、塔城、阿勒泰西北部、哈密中部、巴州北部、克州中部、阿克苏北部、奎屯市、克拉玛依市、五家渠市、喀什市等地为高危入侵风险区;两种气候模式下刺苍耳的各级适生区面积和总适生面积均呈持续增加的变化趋势,且在RCP8.5情景(最高温室气体排放情景)下响应更为敏感;总体上看,刺苍耳在新疆的分布未达到饱和,呈现以塔城中部为中心,向天山北麓和塔克拉玛干北缘方向辐射状扩散,且两种气候变化情景下至2070s分布区中心均向伊犁州奎屯方向移动。     

丝绸之路经济带核心区城镇化与生态环境耦合关系研究进展

新疆是丝绸之路经济带核心区,作为中巴经济走廊和中亚通道的重要窗口,其新型城镇化建设和生态环境面临新的矛盾和问题,如何协调核心区城镇化和生态系统的耦合关系是可持续发展生态学关注的主要科学问题。综合国内外研究现状,综述了丝绸之路经济带核心区城镇化、生态环境的特征及城镇化与生态环境各因子间的关系,现有研究发现核心区城镇化水平高于城镇化质量,其发展协调度趋于上升且空间分异明显,生态环境本底差、敏感性高且其承载力低;双系统间的耦合模式为磨合、拮抗型,协调度由失调转向协调。目前对核心区城镇化和生态环境耦合规律有了一定认识,但尚需深入。今后研究的重点包括建立城镇化和生态系统耦合关系数据库、注重城镇化和生态环境系统耦合作用研究、开展城镇化和生态环境系统各因子阈值研究、加强城镇化和生态环境问题的预警研究等。     

黑河上游祁连山区青海云杉生长状况及其潜在分布区的模拟

根据Hutchinson的n维超体积概念以及物种与资源利用之间的关系, 构建了青海云杉(Picea crassifolia)在三维环境资源空间中的生物-地理模型, 并利用该模型模拟了青海云杉的潜在分布及其对环境资源的利用状况。结果表明: 青海云杉在生长季平均气温、多年平均降水量及太阳直接辐射三维环境资源空间上的最佳配置为9 ℃、360 mm和1.9 × 10³ kW·h·m^-2; 用三元方程式的拟合结果在大范围上预测了青海云杉的潜在分布区, 并给出了其在对应地理位置上的生长状况。     

天山雪岭云杉林土壤CNP化学计量特征随水热梯度的变化

生态化学计量学是研究有机体所需碳(C)、氮(N)、磷(P)等营养元素之间多重平衡关系的科学。本研究以天山雪岭云杉林为研究对象,分析土壤C、N、P化学计量的特征及其与温度和降水的关系,并利用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)技术分析了土壤C、N、P化学计量特征与理化因子的关系。结果表明,0—10 cm层C、N、P含量的变化范围分别是44.6—143.4、0.190—0.940、0.086—0.286 g/kg,10—30 m层C、N、P含量分别介于23.0—131.0、0.122—0.589、0.032—0.178 g/kg之间,30—80cm层三者的变化范围分别为14.5—67.0、0.149—0.397、0.062—0.169 g/kg。0—10 cm层C、N、P含量与年均温度存在显著的相关关系,0—10 cm和10—30 cm层P含量与年降水量之间的相关性显著; 0—10 cm层C∶P比与年均温度之间存在显著线性关系,0—10 cm与10—30 cm层N∶P比均随年均温度和年降水量的增大而增大。冗余分析结果表明,在0—30 cm层中,土壤含水量和容重是土壤C、N、P化学计量特征的主要驱动因子,土壤含水量与C∶P和N∶P值成正相关关系,容重与N∶P值成负相关关系;在30—80 cm层中,土壤含水量和土壤粘粒含量是土壤C、N、P化学计量特征的主要驱动因子,土壤含水量与N和P值成正比,容重与C、C∶N、C∶P和N∶P成正比,与N和P成反比;电导率和pH对土壤C、N、P化学计量特征的影响并未达到显著程度,可能是研究区土壤的电导率和pH的差异较小。