天山野果林的发生、演变与气候因素的关系

通过对天山伊犁河谷地野果林的分布状况调查,并结合多年气象资料,对天山伊犁河谷地野果林的发生、演替与气候因素的关系进行了分析。结果表明,天山伊犁河谷地野果林是在干旱荒漠地带山地中出现的由西风气流营造的“地中海性”阔叶落叶林类型。它的发生、演变和分布与当地丰富的降水量、鲜明的冬季逆温层以及免于寒潮侵袭的地形等特殊的生态因子密切相关。它是珍稀的山地“孑遗”群落,是天山山地第三纪古温带阔叶落叶林成分与北方森林草甸成分相结合的产物。与中亚西天山野果林有明显区别。该河谷地是世界栽培落叶果树的重要起源地之一,也是世界上稀有的生物多样性天然基因库。     

天山巴音布鲁克斑头雁巢的聚集分布及其繁殖生态

对 1 992～ 1 994年新疆巴音布鲁克天鹅湖 3个雁岛定点观察表明 ,斑头雁巢密度为 33～ 55个 ,或 0 .59个巢·m- 2 ,其分布不均匀 .统计 1 84个巢 ,平均窝卵数 X±SD =4.47± 2 .1 9枚 .产卵高峰在 5月上、中旬 ,6月中旬大批幼雏破壳而出 ,为早成鸟 .8月上中旬幼雁长至 55～ 65d龄始飞 .繁殖期要比青海等地迟 1 0～ 2 0d .     

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。     

天山北坡家庭牧场复合系统对极端气候的响应过程

在草原牧区,家庭牧场作为取代游牧制度而产生的新生事物,其对极端气候响应过程的研究尚未见报道.以“极端气候敏感性-影响途径-响应方式”为分析框架,基于问卷调查方法,研究了天山北坡山地草原牧民对极端气候的响应过程.结果表明:1)天山北坡1980-2009年冬季雪灾、秋季旱灾风险趋于增大,家庭牧场草料储备不足、畜种结构经济驱动型增加了对极端气候的敏感性;2)旱灾、雪灾是影响家庭牧场的主要极端气候类型,其作用介质为牲畜和草场;3)自适应与外力适应是牧户响应极端气候的2种主要形式,其中购买草料是最主要的响应策略;4)通过Probit模型估计显示,极端气候认知、家庭特征、资产状况与牧户间适应行为选择有显著的关系.研究认为,家庭牧场对极端气候短期响应的反馈过程主要围绕草、畜2因子展开,基于降水波动的周期性,牧户长期响应形成了家庭牧场生产周期.     

天山林区6种优势种灌木林生物量比较及估测模型

采用平均标准木收获法测定了天山东、中、西部林区6种优势种灌木,多刺蔷薇(Rosa spinosissima L.)、黑果小檗(Berberis heteropoda Schrenk.)、刚毛忍冬(Lonicera hispida Pall.)、天山绣线菊(Spiraea.tianschanica Pojark.)、新疆方枝柏(Juniperus pseudosabina Fisch.et Mey.)和黑果栒子(Cotoneaster melanocarpus Lodd.)的地上和地下生物量并构建基于D~2H变量的个体生物量模型。结果表明:(1)天山西部林区灌木林的总生物量大于中部和东部的;(2)6种灌木的平均生物量大小排序为刚毛忍冬黑果栒子黑果小檗新疆方枝柏天山绣线菊多刺蔷薇;(3)6种灌木的生物量贡献主要源于根和枝生物量,不同器官生物量的大小排序根枝叶;6种灌木叶生物量的大小与枝的生物量之间呈极显著相关(P0.01);(4)以D2H为自变量建立6种灌木不同器官及个体生物量估测模型24个,除黑果小檗和新疆方枝柏叶生物量模型达到显著水平(P0.05),其他各组成生物量模型均达到极显著水平(P0.01),模型模拟结果达到了较高的准确度,可用于推算灌木生物量。研究结果可为定量评估天山森林生态系统的固碳功能提供数据支撑,也可为深入开展森林生态系统服务功能评价提供依据。     

天山雪岭云杉大气花粉含量对气温变化的响应

对中国东天山天池自2001年7月至2006年7月连续5a收集的雪岭云杉大气花粉含量进行统计分析,结果表明:1)一年四季大气中都有雪岭云杉花粉,但花粉数量变化比较大,超过全年90％的大气花粉集中在5、6月份的花粉高峰期,之后花粉浓度逐渐下降,至翌年1月份浓度降至最低,2月开始花粉浓度有升高的趋势;2)5a平均花粉浓度是42.66粒/m3,最高年是2005年,花粉浓度可达99.54粒/m3,最低年2003年,仅为2.13粒/m3;3)雪岭云杉大气花粉高峰期出现在5月22至6月2日,高峰日出现在5月28至6月6日,结束日是在6月18至6月25日,平均持续时间为27 d.观测时段雪岭云杉大气花粉高峰期出现日、高峰日逐年提前,2006年出现日期比2002年提前了7d、高峰日提前9d,结束日期滞后,2006年比2002年滞后6d,花粉高峰期持续时间逐年延长,2006年比2002年延长了12d.分析显示,影响雪岭云杉大气花粉高峰期变化的主要因素是春季气温的升高;4)粗略估算每年新疆的雪岭云杉林带内由大气中降落到表土的花粉量达61 kg/hm2,新疆现有雪岭云杉52.84×104hm2,全年由大气降落到林带内表土的花粉多达3223 t,一部分降落到戈壁、荒漠以及沙漠等一些极端气候区的花粉为一些先锋种植物提供必要的营养物质,具有重要的生态意义.     

利用PPR新方法建立草地产量增长模型及生态成因机理研究

利用新型的投影寻踪回归（PPR）统计方法,对新疆天山北坡蒿属荒漠草地上观测的3a草地产量和其它6个相关生态因子数据,进行了多元回归统计分析和PPR分析,建立了PPR新型牧草增长模型,并进而做了产量生态成因机理分析和理论解释,研究结果表明,在一般年份下,干草产量在不同年代不同季节约随降水量的分配状况而发生有规律的变化,产量分配呈现双峰模式;在降水量,积温和光照时数3个影响产量形成和高低的生态因子中,尤以降水量影响最明显,是主导生态因子,但牧草生长发育状况和增长类型则是水热因了,质地,牧草生态习性和种类组成共同作用的结果;在建立草地产量增长模型和成因机理分析过程中,充分运用PPR统计方法成功地克服了非正态非线性高维数据点稀疏所造成的“维数祸根”和自动排除了无关因子及人类因素的干扰,提高了建模的精度和效能,并给出各自变量因子对建模贡献率大小的效果,科学地揭示了用其它多元回归统计方法,所难以发现的数据内在的结构特征和规律性,进而,运用建立的PPR模型,较好地估测和拟合实测产量值,使模型估产精度达90％以上,并通过了效果检验和给出了贡献率统计分析,在6个自变量因子中,对牧草产量增长量贡献值最大的是生长时期（T）,其次为土壤含水量（SW）,降水量（PR）,气温（AT）和土壤温度（ST）,最小为草地类型（GT）值,多年研究结果为合理利用天山草地和深入了解草地生态系统形成机理,提供了坚实的科学依据和建模的新方法等。     

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。     

2001-2015年天山北坡植被覆盖动态变化研究

利用天山北坡2001-2015年植被生长比较旺盛月份（6-9月）的MODIS NDVI产品数据,结合像元二分法进行植被覆盖度提取,并对其空间分布特征、随时间及地形的动态变化和面积加权重心进行分析。研究表明：（1）天山北坡6-9月多年平均植被覆盖度介于0.4-0.5,以低、中低植被覆盖度为主,各等级植被覆盖度大致呈西北-东南向相间分布;（2）2001-2015年间,植被覆盖度有逐渐上升的趋势;植被覆盖改善区域（54.42%）大于退化区域（45.58%）,西部较东部改善更为明显;植被覆盖度变异类型以弱变异和中等变异为主,植被覆盖度变化类型以稳定型为主;（3）天山北坡区域植被覆盖度变化受海拔高度影响明显：随着海拔高度的上升,较低植被覆盖度比例呈现先上升后下降再次上升趋势,较高植被覆盖度则与之相反;海拔3880 m以上低植被覆盖度占绝对优势,较高的植被覆盖度占比逐渐下降直至几乎绝迹;（4）各等级植被覆盖度面积加权重心集中在沙湾县、石河子市、玛纳斯县及呼图壁县;并呈现由集中到相对分散的趋势。     

天山北坡前山带降水分布型对荒漠植被的影响——基于逐日降水数据和NDVI分析

降水分布型对荒漠植被的影响规律的揭示是理解全球气候变化下干旱区地表植被覆盖变化过程的基础。基于新疆天山北坡前山带1999-2014年生长季MODIS 1B逐日遥感资料和7个气象站点降水观测数据,运用GIS软件提取出气象站点周围荒漠植被的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）值,利用相关分析、决策树判识分析等方法,系统分析天山北坡前山带生长季荒漠植被NDVI在不同量级降水和降水型下的时空变化及其持续性等特征,并探究两者的相关程度。研究表明：生长季NDVI在不同时间、空间尺度上对降水存在一定规律的响应特征。从时间尺度来看,NDVI对降水的响应延迟现象随时间越来越不明显,两者相关性先增后减,在生长季中期相关性最强;空间尺度上,各区域差异较大,NDVI对降水的响应快慢与研究区各地的降水量大小明显相关。不同地区的年内NDVI变化趋势也不相同,18天以上的干期长度影响显著。无论研究区域中任一地区年均降水量大小,都一致表现出在生长季期间降水较多的时期,植被覆盖普遍出现为基本不变或轻微改善的趋势,相反在降水较少的时期,植被覆盖普遍出现轻微退化或基本不变（趋势斜率为负的极小值）的趋势。未来可以通过计算体现某地区植被覆盖变化趋势的值,来判断这一时期该地区大气的干湿程度。另外不同量级降水和降水分布型对NDVI变化影响明显,在生长季早、中期,降水量在6.1-12.0 mm时对荒漠植被的生长最为有利,NDVI增长幅度在0.15以上,并且对生长季早、中期植被生长最佳的降水分布型分别为B型降水（指连续两天出现降水且第一天的降水量大于第二天的降水量）和A型降水（指连续两天出现降水,第一天的降水量小于第二天的降水量）。揭示NDVI对降水的响应规律,可为干旱区、半干旱区合理生产灌溉、节约用水、生态恢复与重建等提供理论依据。