Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Characteristics and Formation Mechanism of Snow Avalanche in Continental Snow Climate—Tianshan Mountains
No full text雪崩与滑坡、泥石流、和冰崩类似，是一种由重力驱动的地表流。雪崩具有突发性、难以预测性、破坏力巨大等特点，严重威胁山区交通道路、牧区、旅游区和矿区安全，经常造成基础设施破坏和人畜死伤，从而严重阻碍山区社会和经济的可持续发展。随着气候变化、自然环境变化和人类活动不断向山区扩展，暴露在雪崩风险之下的人口日趋增多，因此雪崩灾害的防治管理需求正在不断增加以保障山区的社会经济可持续发展。雪崩预警和风险评估是雪崩灾害的防治管理的有利手段。天山及其周边大陆性雪气候山区居民深受雪崩荼害，随着该区域社会经济发展，通过构建雪崩防治工程已经难以满足雪崩灾害的防治管理需求。然而由于缺乏对雪崩诱发机理的认识给该区域开展雪崩预警和风险评估带来极大的困难。所以为进一步加强雪崩灾害的防治管理，以下问题亟待解决：1）大陆性雪气候区雪崩类型、发生频率和风险随时间变化的特征及其关键影响因素；2） 降雪、气温升高等外界因素诱发山坡雪层剪切断裂的机理。基于以上问题，本研究通过收集天山巩乃斯河流域雪崩频发区的气象、土壤、地形地貌、积雪和雪崩数据， 分析不同积雪和气象等自然情景下大陆性雪气候雪崩的主要诱发因素，揭示雪崩风险的时空分布规律和影响雪崩风险的关键因素；基于摩尔-库伦剪切理论结合雪层断裂机制， 分析不同诱发因素引起雪层剪切断裂破坏模式，揭示不同诱发因素作用下各种类型雪崩的诱发机制。然后基于雪崩的诱发机制构建雪崩的预警模型，并在天山巩乃斯河流域雪崩频发区进行调试和应用。研究的主要结论如下：1）雪崩发生在每年的 11 月初到次年 3 月底，集中在 29°到 48°范围内的斜坡或沟槽处，发生区地表植被稀疏。雪崩由强降雪、温度剧烈增加、强风、地震等因素诱发形成。50%的雪崩事件是由降雪诱发，并且多发生在降雪量超过 20mm的降雪事件后。 27%的雪崩事件是由温度升高引起，并且多发生在春季温度剧增期间。2） 雪场物理特性、土壤特性和气温随时间不断地演变引起雪崩风险随时间的变化呈现单峰波动。雪崩的风险度在雪深最深，气温呈现回升的二月下半月呈现最大，因此该时期为雪崩预防和防治的加强期。3） 在一个雪季中，不同类型雪崩的危害程度和活跃时间段具有显著差异。大陆性雪气候表层雪崩的释放频率和风险要高于全层雪崩。表层土壤温度高于或等于 0℃，表层土壤含水率高于 0.32 m3/m3，雪场中无可持续脆弱层的时期盛行全层雪崩，其他时期盛行表层雪崩。4） 不同积雪、土壤特性和天气情境下，雪层的剪切强度和剪切应力的差异性变化导致各类型雪崩的诱发机制呈现不同。基于降雪诱发雪崩的诱发机制构建的降雪诱发表层雪崩预警模型（SFAW）能够捕获 75%的区域性雪崩事件，具有良好的雪崩事件和非雪崩事件识别能力。论文在雪崩灾害领域的主要创新点，可归纳为如下：1）定量描述大陆性雪气候积雪、土壤特性和气象等因素与雪崩发生类型和发生概率之间的关系，原创性提出通过实时监测积雪、气象和土壤特性预判潜在雪崩类型的方法。2）提出雪层剪切破坏的五种破坏模式，然后结合各类雪崩类型的特征，揭示了降雪、温度升高和强风等不同诱发情景下不同类型雪崩的诱发机制。基于目前的研究，未来以天山巩乃斯河流域雪崩频发区为示范区域，构建雪崩灾害风险评估、雪崩预警和雪崩防治工程为一体的雪崩灾害防治体系，为其他地区提供参考从而减少雪崩灾害损失。气候变化改变区域积雪特性和气候，将增加对雪崩风险管理的难度，因此评估气候变化对雪崩的风险的影响将在未来工作中展开
The molecular mechanism of MsMYB44 in Xinjiang wild apple （Malus sieversii） in response to Valsa mali
No full text新疆野苹果（Malus sieversii(Ledeb.) Roem，又名塞威士苹果）是现代栽培苹果的祖先， 种质资源丰富，对生物及非生物胁迫具有较强抗性，不仅是珍贵的第三纪孑遗植物，更是栽培苹果品质改良的宝贵基因库。近二十年来， 我国新疆伊犁地区的新疆野苹果遭受过度人类干扰及病虫害的危害，种群面积急剧减少，而苹果腐烂病的爆发是导致该现象的重要原因之一。因此，系统深入研究新疆野苹果抗腐烂病机制，挖掘抗病优质基因并用于后续抗逆新种质培育有较为重要的意义。 本文主要是揭示新疆野苹果 MsMYB44 转录因子响应腐烂病侵染的分子机制。研究结果如下：（1） MsMYB 转录因子家族生物信息学分析及 MsMYB44 筛选克隆。 对腐烂病侵染的新疆野苹果转录组数据进行分析， 发现 MYB 转录因子在差异表达的转录因子中数量最多， 说明该转因子家族在野苹果响应腐烂病入侵过程中起重要作用。进一步对 MsMYBs 转录因子进行生物信息学分析，共发现 249 个 MsMYBs，其中受腐烂病诱导表达的 16 个，抑制表达的 23 个。对腐烂病菌侵染后上调表达的 MsMYBs 进行定量验证，结果与 RNA-seq 结果高度一致，说明了 RNA-seq 结果的准确性。克隆得到一条 MYB 转录因子，因其与拟南芥 AtMYB44 同源，命名为 MsMYB44。进化树分析显示该转录因子属于 MYB 转录因子家族中的 R2R3亚家族。RNA-seq 和 q-PCR 结果表明该转录因子在腐烂病侵染 0dpi 、1dpi、 2dpi、5dpi 的过程中持续上调表达，说明其可能在野苹果响应腐烂病侵染过程中发挥作用。对 MsMYB44 基因特性及抗病调控分子机制进行初步研究。利用酵母双杂实验证明 MsMYB44 不具有自激活活性， 分析其可能与其他蛋白质形成复合体发挥转录调控功能。进一步构建了腐烂病侵染的新疆野苹果核蛋白酵母文库， 并初步筛选得到与 MsMYB44 产生互作反应的 512 个阳性克隆。（3） 建立了基于新疆野苹果整株瞬时侵染方法的抗病基因快速筛选鉴定技术平台。该研究平台包括目标基因瞬时遗传转化、腐烂病原菌接菌、抗病相关表型统计（叶片和茎段）、 生理生化指标（叶绿素和 MDA）和抗病相关基因定量检测等一系列实验步骤， 并细化了实验方案、规范化了实验参数，使抗病相关基因功能筛选鉴定可缩短至 2 个月，具有短时、 高效的特点，为强抗病基因筛选获得及抗病分子机制研究奠定良好基础。申请发明专利 1 项。基于本平台，鉴定出在新疆野苹果响应腐烂病侵染的过程中， MsMYB44 转录因子起到负调控作用，是一个具有负调功能的抗病相关转录因子
Spatiotemporal changes of evapotranspiration in the Gurbantunggut Desert
No full text古尔班通古特沙漠位于新疆天山北坡经济带南缘，脆弱的生态环境威胁着本地区经济发展和生产生活。 蒸散发是连接荒漠生态系统生态过程和水文过程的重要纽带。 本文利用波文比-能量平衡法、水量平衡法和 SEBAL 模型研究了古尔班通古特沙漠蒸散量的时空变化规律及其影响因素。 初步研究结论如下：（ 1） 古尔班通古特沙漠南缘梭梭群落能量日变化特征因受不同天气条件的影响呈现显著差异。 日尺度上， 晴天、阴天能量支出以感热为主，雨天能量支出以潜热为主；月尺度上， 梭梭生长旺盛期能量支出以潜热为主，萌发期和枯落期以感热为主；旺盛期的净辐射和土壤热通量变化幅度大于萌发期和枯落期。（ 2）不同生长阶段、不同天气条件下梭梭群落蒸散量的日内变化差异显著，梭梭旺盛期晴天和阴雨天蒸散明显高于萌发期和枯落期；梭梭群落蒸散日变化总体呈现旺盛期高于萌发期和枯落期； 2015、 2017、 2018 年蒸散月变化呈拱形特征， 2016 年蒸散月变化呈先增加后降低的趋势。（ 3）各环境因子季节动态变化明显，气温、水汽压差、净辐射总体特征呈现单峰型变化趋势， 土壤热通量 4 ~ 7 月上升较为平缓， 7 月后下降趋势明显；晴天和阴天条件下，影响 10 min 尺度蒸散的最显著气象因子为净辐射通量， 日尺度的蒸散与气象因子相关性不显著；降水后的第一天较降水前一天的梭梭群落蒸散强烈。（ 4） 2015 ~ 2018 年 4 ~ 10 月梭梭群落生长季土壤贮水量总体呈下降趋势，0 ~ 390 cm 土贮水量减少 7.83 ~ 68.57 mm；地下水利用量约 50 mm。（ 5） 2015 ~ 2018 年 4 ~ 10 月古尔班通古特沙漠南缘梭梭群落蒸散量变化在200 ~ 280 mm。 水量平衡法与波文比-能量平衡法测定梭梭群落蒸散量的相对误差低于 30%。（ 6） 古尔班通古特沙漠蒸散强度从东部至西部呈递减趋势，春、夏、秋季日平均蒸散变化在 0.35 ~ 0.46 mm 之间，冬季日平均蒸散为 0.19 mm
Effects of biological crusts on the differential distribution of ammonia-oxidizing microorganisms in Gurbantunggut Desert
No full text生物土壤结皮（生物结皮） 是古尔班通古特沙漠地表的重要覆被类型，在荒漠生态系统的氮素循环中扮演重要角色，氨氧化过程是氮素循环的限速步骤， 目前， 我们仍不清楚荒漠生物结皮系统对沙漠土壤氨氧化微生物的作用。本研究利用荧光定量 PCR（fluorescent quantative PCR， qPCR）方法分析不同季节生物结皮覆盖与去除结皮不同土层（0-2， 2-5， 5-10 和 10-20 cm）氨氧化菌群丰度特征，利用高通量测序的方法分析结皮覆盖与去除结皮不同土层氨氧化古菌（ammoniaoxidizing archaea， AOA）的微生物群落结构，结合氨氧化速率和土壤理化参数，以期探究生物结皮对荒漠土壤氨氧化微生物的影响以及冻融期荒漠土壤氮素转化过程。我们分析发现氨氧化古菌是古尔班通古特沙漠土壤的优势氨氧化菌群。生物结皮显著抑制表层（0-2 cm）土壤 AOA 和 0-20 cm 层土壤 AOB（ammonia-oxidizingbacteria， AOB） amoA 基因的丰度（P 0.14 – 0.19 μg·N day-1·g-1）（P < 0.01），显示生物结皮对冻融期荒漠表层土壤氨氧化过程具有促进作用。 土壤全碳、全氮以及铵态氮含量、电导率和含水量是显著促进冻融期荒漠结皮土壤氨氧化过程的重要环境因子。冻融期荒漠土壤氨氧化古菌同其他季节主要属于泉古菌门（Crenarchaeota）。方差分析发现结皮覆盖与去除结皮处理对 AOA 群落结构没有显著影响， 表层土壤 AOA 多样性、丰富度以及均匀度显著低于次表层、下层以及深层土壤（P <0.05）。冻融期， 土壤氨氧化古菌主要属于泉古菌门（Crenarchaeota）。 结皮覆盖与去除结皮对土壤 AOA 的群落结构无显著影响，次表层、下层以及深层土壤 AOA的群落多样性、丰富度以及均匀度都显著高于表层土壤（P < 0.05）。表层土壤优势 AOA 菌群更偏好高水、高氮的富营养环境，而深层土壤优势 AOA 菌群与之相反，而且表层土壤优势 AOA 菌群可能更有利于促进氨氧化作用。综上所述， 我们认为生物结皮与去除结皮不同处理多种土壤环境因素协同作用，促使古尔班通古特沙漠氨氧化古菌和细菌随生物结皮垂直梯度以及不同季节差异分布，并耦合环境因子促使氨氧化菌群时间空间生态位分化和介导荒漠土壤的氨氧化过程。本研究为认识温带荒漠结皮系统的氮素转化提供基础依据
Influence of groundwater depth on vegetation NPP in the lower reaches of Tarim River
No full text塔里木河下游地区，气候干旱，生态环境脆弱，植被生长所需水分条件主要来源于浅层地下水，地下水位埋深对植被生长具有重要的影响。 在以往对地下水位埋深如何影响植被的研究中，仅仅停留在彼此之间线性关系的一种解释。 但在实际中，地下水是影响植被生长的内在因子，在将地下水位作为影响植被 NPP重要因素方面的研究，目前依然处于空白。 因此，本研究基于 CASA 模型，利用遥感数据、气象数据以及地下水位数据， 以生态系统的基本功能之一（植被NPP）为研究对象，探究地下水位埋深对植被 NPP 和 NEP 的影响。全文的主要结论如下：（1） 通过借鉴史建康等（2008）模拟地下水位的方法并与之结果进行对比显示，本文模拟的结果与之一致，说明本研究成功的借鉴了这一方法进行地下水位的模拟。 CASA 模型中的水分胁迫系数是关于地下水位埋深的一个分段函数，地下水位埋深在小于 2m 和大于 10m 时分别取到了最大值（W=1）和最小值（W=0.5）；地下水位埋深在 2-10m 范围之间，水分胁迫系数是关于地下水位埋深的一个指数函数，且随着地下水位埋深的增加，水分胁迫系数（W）逐渐减小。基于改进后的 CASA 模型能够较好的估算植被生产力，估算值与实测值之间误差较小（R2=0.7935），平均误差为 2.8 g C/m2m。 经验证， 改进后的 CASA 模型能够较好的估算塔里木河下游地区的植被生产力。（2）塔里木河下游植被 NPP 和 NEP 在空间分布上存在显著的差异，均在靠近河道和河道的上游地区植被 NPP 和 NEP 值较高，在远离河道和河道的下游地区植被 NPP 和 NEP 值较低。从时间变化整体趋势上，植被 NPP 和 NEP 均呈现出缓慢的增加趋势。 以胡杨为主的乔木、 柽柳为主的灌木和草本这三种植被中，胡杨的植被 NPP 和 NEP 值最大。塔里木河下游平均植被 NEP 为-18.4 g C/m2m，即为碳源，且只有胡杨的 NEP 值为正值。植被覆盖度与植被 NEP 之间存在显著的正相关关系；塔里木河下游生态系统呈现碳源的主要原因是植被覆盖度较低，即单个像元内裸地面积较大。（3）从 2005-2009 年，塔里木河下游平均地下水位呈下降趋势，尤其从 2007塔里木河下游地区，气候干旱，生态环境脆弱，植被生长所需水分条件主要来源于浅层地下水，地下水位埋深对植被生长具有重要的影响。 在以往对地下水位埋深如何影响植被的研究中，仅仅停留在彼此之间线性关系的一种解释。 但在实际中，地下水是影响植被生长的内在因子，在将地下水位作为影响植被 NPP重要因素方面的研究，目前依然处于空白。 因此，本研究基于 CASA 模型，利用遥感数据、气象数据以及地下水位数据， 以生态系统的基本功能之一（植被NPP）为研究对象，探究地下水位埋深对植被 NPP 和 NEP 的影响。全文的主要结论如下：（1） 通过借鉴史建康等（2008）模拟地下水位的方法并与之结果进行对比显示，本文模拟的结果与之一致，说明本研究成功的借鉴了这一方法进行地下水位的模拟。 CASA 模型中的水分胁迫系数是关于地下水位埋深的一个分段函数，地下水位埋深在小于 2m 和大于 10m 时分别取到了最大值（W=1）和最小值（W=0.5）；地下水位埋深在 2-10m 范围之间，水分胁迫系数是关于地下水位埋深的一个指数函数，且随着地下水位埋深的增加，水分胁迫系数（W）逐渐减小。基于改进后的 CASA 模型能够较好的估算植被生产力，估算值与实测值之间误差较小（R2=0.7935），平均误差为 2.8 g C/m2m。 经验证， 改进后的 CASA 模型能够较好的估算塔里木河下游地区的植被生产力。（2）塔里木河下游植被 NPP 和 NEP 在空间分布上存在显著的差异，均在靠近河道和河道的上游地区植被 NPP 和 NEP 值较高，在远离河道和河道的下游地区植被 NPP 和 NEP 值较低。从时间变化整体趋势上，植被 NPP 和 NEP 均呈现出缓慢的增加趋势。 以胡杨为主的乔木、 柽柳为主的灌木和草本这三种植被中，胡杨的植被 NPP 和 NEP 值最大。塔里木河下游平均植被 NEP 为-18.4 g C/m2m，即为碳源，且只有胡杨的 NEP 值为正值。植被覆盖度与植被 NEP 之间存在显著的正相关关系；塔里木河下游生态系统呈现碳源的主要原因是植被覆盖度较低，即单个像元内裸地面积较大。（3）从 2005-2009 年，塔里木河下游平均地下水位呈下降趋势，尤其从 200
Study on the Relation between Surface Water and Groundwater Conversion in Tarim River under Variable Environment
No full text近 20 年来，塔里木河流域综合治理工程为流域水资源优化配置和生态恢复提供了有效保障，产生了明显的综合效益，随着气候变化和人类活动加剧，塔里木河干流地表水与地下水的转化机制趋向复杂。为了实现塔里木河干流水资源优化配置和绿色走廊生态经济可持续发展，本文基于塔里木河干流区近 20 年的水文生态变化监测资料， 分析了塔里木河干流区生态输水以来河道两岸地下水的补给关系、地下水埋深时空变化及其生态效应，探索了塔里木河干流河道来水与地下水的转化机制。 可为区域水资源调控和进一步量化输水效益提供理论依据。 具体结论如下：（1） 塔里木河干流上中游段地下水埋深年内变化呈汛期大于枯水期的特点，生态输水对下游植被恢复效果明显。地下水埋深变幅枯水期 3—4 月在 0.42~0.92m 之间，汛期 7—9 月在 1.06~3.67 m 之间； 经过近 20 年的生态输水， 2009—2017年 9 年间下游段地下水埋深平均抬升了 3.75 m，地下水埋深随输水量的变化明显，总体上在输水停止后一月内达到峰值，而后逐渐降低，直至下一次输水又明显回升； 2009 年之后下游 NDVI 平均值由 0.05 提升至 0.15。（2） 河水与地下水之间的转化关系在上中游较为剧烈。 基于解析法计算得到河渠间转化水量占当年河道径流量的 23.68%， 其中， 地下水补给河水的量占当年河道径流量的 21.49%， 河水对地下水的净补给量占当年河道径流量的21.97%。阿拉尔—新其满段河水对地下水的补给量占到了全部补给量的 79.35%，新其满—英巴扎段地下水对河水的补给量占到了全部补给量的 70.07%；阿其克—恰拉段河水与地下水的互补量相对中下游的河段补给量大。（3） 基于水均衡法的计算结果表明：地下水侧向径流补给量、水库渗漏补给量、渠系渗漏补给量和灌溉入渗补给量总和占当年河道径流量的 20.53%；地下水侧向径流流出量、潜水蒸发量和人工开采地下水的量总和占当年河道径流量的 18.57%。地表水与地下水之间的转化量占当年河道径流量的 12.72%。上中游的渠系渗漏补给量从 2003 年到 2018 年总体呈现缓慢增加的状况，下游的渠渗量在 2008 年到 2018 年间呈现曲线变化有突变点的情况， 2013 年的渠渗量占当年河道径流量的 7.10%。总体上，塔里木河干流的渠渗量在 16 年里曲折波动起伏较大，但呈现缓慢抬升的趋势。灌溉入渗补给量在 16 年间变化幅度不大，但在2015 年有一个“凸”变点。（4） 采用弹性系数计算 1957-2004 年的年均降水和年潜在蒸发对地表水—地下水转化关系的弹性系数值分别为 0.68 和-3.29， 气候变化和人类活动对径流量减少的贡献率分别为 41.4%和 58.6%。 基于 HIMS 水文模型的模拟结果表明，塔河干流区模拟日径流量由 1957-1994 年的 126.8 mm 增加到了 1994-2004 年195.6 mm，日径流量增加了 68.8 mm，气候变化对地表水与地下水转化关系增加的贡献率为 40.2%，人类活动对其的贡献率为 59.8%
Study on the management system and mechanism of China's National Parks
No full text国家公园因其注重严格保护与合理游憩的先进发展理念， 以及严谨清晰的科学的管理方式， 使得国家公园在世界范围内开始不断推广并取得良好效果， 成为自然生态资源保护的重要方式。 我国自然保护地体系多年来一直存在多头管理、空间重叠、 权属不清等多方面矛盾， 严重阻碍了资源的保护与利用。 国家公园的引入， 力求从体制上解决深层次的建设问题， 目前国家公园建设已进入试点阶段，管理体制与机制的研究亟待进一步深入细化。本文基于国外国家公园在管理体制、 法律体系、 资金机制、 经营机制等方面先进的建设经验， 结合目前中国国家公园试点建设的现状及存在问题， 提出适合中国国情的国家公园体制机制发展的对策及建议。 第一， 中国原自然保护地涉及主管部门多， 各主管部门之间权责交叉， 协调无方， 需借鉴中央集权型管理体制，建立统一的管理机构进行直接管理， 并设置多功能部门按照发展目标分工合作，共同保护国家公园生态资源环境。 第二， 鉴于原自然保护地体系在法律保障方面相关法律文件存在明显不足与漏洞， 应立足平衡保护与利用的原则， 建立《国家公园基本法》 作为指导性法律框架， 并完善多方面相关配套法规， 弥补国家公园体系在法律层面的空白。 第三， 资金是影响国家公园管理运行的重要因素， 为避免出现资金短缺、 来源不稳定、 使用不透明等问题， 应坚持财政投入为主， 不断拓宽资金来源渠道。 并构建等级差异化资金分配方式， 根据指标评估体系划分等级， 并设置各项资金分配系数， 保证资金的合理分配。 第四， 积极实施特许经营制度， 建立招标竞争机制， 完善招标流程， 引进有足够实力的经营企业； 并统一标准收取项目盈利的一定比例作为特许经营费用， 补充国家公园资金收入。本研究充分借鉴了国外国家公园成熟适用的管理经验， 为中国特色的国家公园体制机制研究提供了可参考对策建议， 力求完善国家公园体制建设、 提高资源保护效率、 加快自然保护地体系发展
