Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Effects of imazethapyr on Arabidopsis metabolism and microbial community structure
No full text除草剂咪唑乙烟酸 (IM) 因其高效的除草活性， 被而全世界范围内广泛使用。 IM 是一个典型的手性除草剂， 分为 R 型咪唑乙烟酸 (R-IM) 和 S 型咪唑乙烟酸 (S-IM)。 除草剂的使用， 不可避免造成其在土壤和叶面的残留， 影响植物的生长和代谢， 同时影响叶面和根际微生物。 本论文以模式植物拟南芥为研究对象， 应用 16S rRNA 基因测序和代谢组学等手段， 研究 IM 喷洒和土壤残留情况下， 拟南芥的生理反应、 根际分泌物和叶面代谢物的变化及植物叶际、 根际微生物的变化， 从而深入评估除草剂的环境风险，加深对植物代谢与微生物组之间的联系。研究结果表明， 拟南芥表面喷洒 35 g/ha 咪唑乙烟酸外消旋体 (Rac-IM) 对拟南芥生长有明显的抑制作用。 处理 7 天及 14 天后， 拟南芥的鲜重抑制率分别为 52％和 74％； 此外， Rac-IM 处理可降低叶面含水率，破坏叶面细胞结构，降低植物光合效率和抗氧化酶的活性，尤其是改变叶际微生物群落组成结构。Rac-IM 处理拟南芥 14 天后， 植物或人类致病属 Pseudomonas 和 Sphingobium 的相对丰度有所增加，表明喷洒 Rac-IM 可能增加叶面上定殖的潜在致病细菌相对丰度。 在土壤中加入 133 μg/(Kg dry soil) IM 对映体也可以影响植物生长和根际微生物的群落。 R-IM 处理后 7 天， 植物鲜重抑制率达到 16.2%， 植物含水量和光合效率也同时降低或显著抑制， 而 S-IM 处理组与对照组无显著差异。这些结果表明与 S-IM 相比， R-IM 对拟南芥有更强的植物毒性。除此之外， IM 对映体改变了拟南芥根际分泌物组成和根际微生物群落结构， 具体表现为 R-IM 诱导的根际分泌物水平高于对照，包括大多数糖类，氨基酸类和有机酸类。 研究还表明一些可能的有益菌如 Ramlibacter 和 Bacillus 在根际被富集， 或许与植物抵抗胁迫有关。 通过对根际微生物的相对丰度与根际分泌物的相关性分析发现， 只有一种根际分泌物 (有机酸： 3-羟基丁酸) 与有益根际微生物 Ramlibacter 呈正相关，表明该有机酸可能作为 Ramlibacter 的碳源。 R-IM 处理增加了该有机酸分泌量，也因此招募更多 Ramlibacter 提高植物抗胁迫能力。 研究表明， IM 的手性差异体现在对植物代谢产物的手性选择性上，从而塑造了不同的根际微生物群落。残留于土壤中的 IM 对映体对根际微生物及根际分泌物有着直接作用，而对植物叶际微生物和植物叶面代谢系统则会产生一些间接影响。结果表明，土壤中IM 对映体的残留也可以显著影响叶面代谢物。 R-IM 的土壤残留可使大多数糖类含量升高，例如半乳糖和果糖； 而 S-IM 处理下氨基酸类含量均有所降低。此外，IM 对映体还改变叶际微生物群落结构。 叶际微生物与叶面代谢相关性分析表明，IM 处理下几种氨基酸类代谢产物含量下调，从而导致微生物可利用氮源减少；同时具有固氮能力的微生物包括 Xanthobacteraceae, Rhizobiaceae, Azospirillaceae,和 Burkholderiaceae，形成微生物群落并成为优势微生物。本研究结果证实， 无论是直接喷洒 IM 或是土壤中残留 IM，都对拟南芥生长有抑制作用，改变其生理特征，并且改变根际和叶际微生物群落结构。土壤中残留的 IM 对映体直接作用于植物根际，改变根际分泌物组成以及根际微生物群落结构，并且间接影响叶面代谢系统及叶际微生物群落结构。 这项研究帮助我们深入了解了除草剂 IM 在环境中的对映体选择性， 了解植物微生物组与代谢系统之间的联系， 并为手性除草剂应用提供证据
Hydraulic architecture and water use characteristics of degraded plants of Malus sieversii
No full text天山野果林是我国特殊的阔叶森林生态系统类型，其中以新疆野苹果（Malus sieversii）为主要建群种。近年来，受人类活动、病虫害和气候变化等的影响，天山野果林生态系统出现严重退化，其中以新疆伊犁地区新源县的新疆野苹果林尤为严重，出现成片、大量衰败和死亡的现象。深入了解天山退化野果林中新疆野苹果植株的死亡机理，对天山野果林的抢救性保护具有重要意义。因此，本研究以伊犁河谷退化野果林为研究区，选取了3种生长势新疆野苹果（以枯枝率表示），分别为Ⅰ级（80%），分别从枝条木质部解剖特征和叶片性状，水力结构特征的差异以及水分运输有效性和安全性，树干液流和水分利用效率等三个方面开展了系统性的研究，以期为揭示新疆野苹果植株死亡提供重要数据参考。主要获得以下研究结果：1.不同生长势新疆野苹果植株木质部解剖结构存在显著差异，生长势较差（III级）植株的栓塞更为严重。对比不同生长势植株的木质部解剖结构及其季节动态，结果表明生长势较差（III级）植株的水力直径D95、Dh显著高于生长势良好（I级）植株，这意味着植株的导管更容易引发栓塞。而随着季节的变化，脆弱性指数Vx也不断增大，表明新疆野苹果的木质部水分运输结构很容易遭到破坏，其栓塞脆弱性也越高。而不同生长势新疆野苹果的叶片性状无显著差异。2.通过对比分析不同生长势植株的水力结构参数可知，生长势较差（III级）植株的水分传导效率、栓塞脆弱性显著低于生长势良好（I级）植株，栓塞程度显著高于后者。对新疆野苹果植株的水分传导效率和水力安全特征的相关性分析表明，二者间存在负相关关系。这证实了新疆野苹果的水力结构变化确实伴随着新疆野果林的衰退过程，呈现出生长势较差（III级）植株水分传输更为受限，木质部导管的栓塞化程度更高，抵抗气穴化栓塞的能力更差，面临水力失衡的威胁更大。3.由新疆野苹果的植株树干液流和水分利用效率的对比研究发现，生长势良好的植株E比生长势较差植株A的液流更微弱，水分利用效率更低的现象。生长势良好的植株日均液流累积量最大，退化严重的植株液流累积量最小。而采用偏相关分析得出影响树干液流的环境因子作用大小依次为：土壤温度 >水汽压亏缺 > 风向> 空气相对湿度 > 空气温度 > 风速。生长势较差的新疆野苹果植株的水分利用效率也最低。由此推断，新疆野苹果植株的退化死亡与水力受限有关。综上所述，新疆野苹果在退化衰败的过程中，确实存在着水分传输失败的现象。这是由新疆野苹果自身水力结构特征和水分传输中“低安全，低效率”的现象所决定的。而伴随着其水分传输的失败，新疆野苹果植株的树干液流和水分利用效率也显著降低，使其面临水力失衡的威胁更为严重
A study on the response and adaptability of Haloxylon ammodendron to changes in groundwater level
No full text干旱区因降水稀少， 荒漠植被多直接或间接以地下水为主要水分来源。 荒漠植被中的灌木， 因个体高大， 生物量高， 投影盖度大， 成为荒漠生态系统中的主要生产者， 对群落组成的构建和系统功能的维持具有决定意义， 是该生态系统存在的基础。 梭梭作为典型的地下水湿生植物能通过将根系深入地下水毛细上升区从而获得持续稳定的有效水源。 荒漠灌木遭受干旱胁迫， 将导致生长速率减缓甚至停滞， 引起叶片水势及细胞膨压下降， 导致茎端和叶片发生下垂及萎蔫现象。植物通过水势差调节、 渗透调节、 形态调整等多种适应调节方式来应对干旱胁迫。本研究选择古尔班通古特沙漠建群种梭梭为试验对象， 在自然生境（5 个地下水埋深： 3.45、 9.08、 10.47、 13.27、 15.91 m） 和人为生境（2 个地下水埋深： 2.0、3.5 m） 不同地下水埋深处理下， 对梭梭的水分关系性状、 光合特性和形态性状等进行测量， 探究地下水位变化对梭梭同化枝水势、 细胞膨压、 同化枝光合、 同化枝生长、 同化枝渗透调节物质含量、 枝条水力导度、 水力安全范围和胡伯尔值的影响， 并对同化枝水势、 细胞膨压、 同化枝生长及枝条胡伯尔值之间的相互作用关系进行探讨。 主要研究结果如下：（1） 自然生境中， 地下水位下降对梭梭的植物水分生理产生不利影响， 梭梭的黎明水势（Ψpd） 、 正午水势（Ψmd） 、 同化枝含水量（θL） 、 饱和膨压（ΨFTP）、膨压消失点水势（ΨTLP） 等水分关系性状随地下水埋深的增加而显著降低， 植物的水分状况恶化， 同化枝水势差（ΔΨ） 随地下水埋深的增大而增大。 人工模拟生境中， 当地下水埋深为 2.0 m 时， 土壤水分蒸发引起的表层盐分积累， 会对梭梭产生盐分胁迫， 植物通过降低正午同化枝水势来促进吸水以应对土壤盐分胁迫引起的土壤水分有效性降低。（2） 饱和膨压沿地下水埋深的下降引起植物同化枝生长速率减缓， 梭梭通过在同化枝内积累糖类等渗透调节物质， 来改善由地下水位下降引起的植物水分状况恶化及生长速率减缓， 梭梭同化枝内的总糖含量随地下水埋深的增加而显著增大。（3） 沿不同地下水埋深， 梭梭胡伯尔值（Hv） 的变化规律与各位点的同化枝面积显著相关， 胡伯尔值随地下水埋深增加逐渐增大， 这主要由各位点同化枝生长速率不同造成的同化枝面积存在差异引起。（4） 在渗透调节、 水势差调节和形态调整的共同维持下， 梭梭同化枝的光合能力随地下水埋深增加未发生显著下降， 最大光合速率（Amax）、 光饱和点（LSP）和表观量子效率（AQY） 基本维持不变， 光补偿点（LCP） 随地下水埋深的增大而上升。（5） 自然生境中， 梭梭枝条水力导度损失 50% （Ψ50） 和 88%（Ψ88） 时对应的木质部水势分别为-3.87 MPa 和-7.33 MPa， 说明其具有较强的导管栓塞抗性，但随着地下水埋深的增加， 梭梭应对水力失调的水力安全范围逐渐变窄
Remote sensing extraction of cultivated land information in Nukus irrigation district based on deep learning
No full text耕地边界信息和农作物空间分布信息是进行农业资源监测和种植结构调整与优化的重要基础数据。 随着遥感信息智能提取技术的进步， 利用遥感影像开展耕地信息提取研究取得了快速发展， 但在地块破碎、 分布零散和种植结构相对复杂的区域提取效果欠佳， 另外提取方法也存在局限性。 近年来， 深度学习网络因为能挖掘出时间序列影像中更深层次特征信息， 在遥感图像识别和分类领域取得了重大突破， 弥补了传统方法的不足。鉴于此， 本文选取时间序列 Sentinel-2 数据， 以中亚努库斯灌区为实验区，结合实地采样数据， 开展了基于 U-Net 网络的耕地地块分割和基于多特征信息融合的 CNN 农作物分类研究， 实现了研究区内耕地信息的自动提取。 其中 U-Net网络通过卷积操作能提取到图像更多细节特征， 在反卷积中又能还原图像的原始特征， 并保留空间位置信息， 较好地满足了耕地边界提取的需求。 多特征信息融合方法则充分利用了作物的“光谱-时相-空间” 特征， 它以作物地面像元基元为最小分类单元， 将每个像元的三种特征值融合成一张图像， 每个图像包含了该像元的 80 个特征值， 卷积神经网络根据同种作物特征值图相似性较高， 不同作物特征值图相似性差异较大的特点进行分类， 并用不同样本特征组对分类结果精度对比验证。 结果表明：（ 1） U-Net 网络提取到实验区耕地面积 23530.46km2， 总体分割精度达到93.66%， 相比于 FCN 和 SegNet 对照组分别提高了 5.08%和 9.27%， 说明深度学习方法可以有效应用于中亚干旱区耕地边界提取， 精度高于传统分割方法。（2） 作物的“光谱-时相-空间” 特征信息进行融合， 在卷积神经网络中可取得较好的分类效果， 作物的总体分类精度达到 95.59%， 相比于时序反射率值+CNN 和单期多特征+CNN 对照组分别提高了 4.24%和 5.91%， 说明该分类方法可以有效提高干旱区农作物分类精度， 具有一定创新性。（3） 对整个努库斯灌区进行作物分类， 提取到棉花种植面积 9706.37km2，水稻面积 4651.21km2， 冬小麦面积 3710.97km2， 玉米面积 1413.06km2， 其分类一致性较好， 表明该方法适用于大规模、 大面积的农业遥感监测。 同时， 深度学习方法中的 U-Net 网络和 CNN 网络只需要少量的样本即可实现模型的训练， 可节省大量资源。（4） 基于耕地地块进行的耕地类型（作物类型） 分类首先剔除了地块以外的地类信息， 使所有作物分类过程均在纯净地块基础上进行， 可有效提高分类精度， 也可为其它地物监测提供思路， 比如： 林业方面的树种提取与分类。（5） 实验利用两种深度学习网络进行了快速、 准确地耕地信息提取， 相比于传统分类方法， 该过程不涉及复杂特征提取工作， 可以有效提高农业遥感耕地信息提取的自动化水平， 且训练好的模型可重复运用， 保障了农业监测的实时性
Response of plant-soil to nitrogen addition in Alpine grassland of the northern slope of middle Kunlun Mountains
No full text人类大量使用化石燃料和施用氮肥，导致大气中的氮沉降持续增加，极大地改变了大多数陆地生态系统中氮的可利用性。氮沉降通过影响生态系统生物地球化学循环过程，从而影响了植物群落组成和生态系统的结构和功能。草地生态系统是最重要的陆地生态系统类型之一，对维持区域及全球生态系统稳定起着非常重要的作用。昆仑山中段北坡高山草地处于山区湿润到极端干旱性气候的过度带上，其对氮沉降增加响应敏感。本研究依托昆仑山中段北坡国家级草原固定监测点，以优势植物种针茅（ Stipa capillata Linn.） 和黄花棘豆（ Oxytropis ochrocephalaBunge.） 为研究对象，设置了 5 个氮添加水平和一个对照组，即 0（N0）、 1（N1）、3（N2）、 6（N3）、 12（N4）、 24（N5） g N· m-2·y-1，研究优势植物、土壤、微生物对氮添加的响应，以期阐明氮添加下植物-土壤-微生物之间的关联关系。主要研究结果如下：（1） 植物生长季初期，氮添加对群落地上生物量无显著影响； 在植物生长中期和成熟期，与对照处理组（ N0） 相比，高氮（ N4、 N5） 氮添加水平下地上生物量显著增加（P<0.05）。两种优势植物的成熟叶和衰老叶的 C、 N、 P 含量及计量特征对氮添加的响应存在差异。与对照组（N0） 相比，在（ N4、 N5） 氮添加水平下，针茅成熟叶片氮（N） 含量显著增加，叶片磷（P） 含量显著降低，叶片碳（C） 含量无显著变化。 氮添加对黄花棘豆成熟叶片 C、 N、 P 含量无显著影响。氮添加显著增加了针茅老叶 C、 N 含量， 而在 N4 处理中老叶 P 含量显著降低。在 N3 添加水平下，氮添加增加了黄花棘豆老叶 C 含量，而对黄花棘豆老叶 N、 P 含量无显著影响。氮添加显著降低了针茅老叶 C:N，增加了针茅老叶N:P。随着氮添加增加，针茅叶片氮重吸收率（NRE） 和磷重吸收率（PRE） 降低，而黄花棘豆的 NRE 和 PRE 无明显变化趋势。（ 2） 与对照处理组（N0） 相比，高氮（ N5） 添加水平下，土壤 pH 显著降低（ P<0.05），土壤无机氮含量、土壤有机碳含量均显著增加； 氮添加对土壤全氮(N)和全磷(P)含量没有影响。（ 3） 土壤微生物生物量碳（ MBC）、微生物生物量氮（ MBN） 随氮添加的增加呈现先增加后降低的趋势。土壤细菌、真菌不同优势门类相对丰度表现出不同的变化趋势，相对于对照处理（N0），土壤细菌 OTU 丰富度在 N4 添加下显著增加，土壤细菌多样性在 N2 和 N5 添加水平下增加。土壤真菌群落 OTU 丰富度在N5 水平显著增加，土壤真菌多样性在 N4、 N5 水平下增加。（ 4） 针茅叶片 P 含量与土壤无机氮呈显著负相关，叶片 C:P、 N:P 与土壤无机氮浓度呈显著正相关关系。黄花棘豆的叶片 P 含量与土壤 C:N 呈显著正相关，土壤铵态氮（ NH+ 4 -N） 与土壤微生物量 N 有显著的正相关关系。不同氮添加水平下，影响土壤微生物群落的主要土壤环境因子不同。在低氮（N0、 N1） 水平下，影响土壤微生物群落结构的主要因子是 pH、土壤有效磷（ AP）、土壤 NO- 3-N；在中氮（ N2、N3）水平下，主要影响因子是土壤 C:N、土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤 P、 MBC:MBN； 在高氮（ N4、 N5） 水平下，主要影响因子是 pH、土壤 N:P、土壤有效磷
Identification of Caspian Oil and Gas Platform Based on Multi-temporal NDWI
No full text里海地区是世界上最古老的产油区之一，也是全球能源生产中越来越重要的来源。随着海（水）上油气资源的开发，里海地区能源地位日益突出。目前关于里海被定义为“海洋”还是“湖泊”依旧缺乏共识，里海地区的法律地位十分复杂。在每种情况下都将适用不同的国际法。因此，不断变化的法律法规框架为外国公司投资自然资源带来了不确定性以及更加复杂的形势。出于商业机密等原因，可共享的关于海上油气平台的空间属性信息依旧缺乏，仅北海、墨西哥的油气平台对外公开，但依旧存在更新不及时不明确等问题。而海上油气平台的空间位置信息在当今时代的很多领域都具有非常重要的地位，如能源安全、资源管理、环境保护。油气开发平台的时空分布、状态属性等信息直观反映了油气资源的开发程度，而及时、准确、全面地把握里海油气资源开发的历史、现状与趋势，对进一步保证里海地区区域安全具有重要作用。但目前，已有的可共享的油气资源相关数据，主要是基于国家层面的统计数据，如 BP 世界能源统计、 EIA 国际能源统计、世界银行数据库等，数据受人为因素干扰比较大，且耗时耗力、时效性差、难以反映油气开采活动的时空分布以及精细的油气产能。哈萨克斯坦、土库曼斯坦作为里海周边国家之一，油气资源丰富。然而，自1991 年苏联解体从其体系中独立以来，短短二十多年经历了政治经济改革、俄罗斯金融危机、全球金融危机、国际原料价格浮动等多次重大事件，社会经济多次受阻。而作为资源出口型的国家，能源出口尤其是油气资源出口日渐成为哈萨克斯坦、土库曼斯坦换取大量外汇的主要方式。准确把握和理解两国社会经济发展的区域特征对中亚区域安全以及我国“一带一路”倡议的顺利实施具有重要的现实意义。随着遥感技术的发展，利用卫星遥感技术获取人类活动成为可能。较传统的人工手段而言，遥感具有重返周期短、时效性强、大面积同步观测等特点，为实现油气活动监测、社会经济的动态观测提供了可能。而地理信息系统强大的空间管理、空间分析功能等为其提供了有力的技术支撑。同时，随着云平台技术的发展，以谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）为代表的云计算遥感平台，为大尺度大范围的快速精确提取地理信息创造了可能。针对以上里海油气资源数据缺乏和海上钻井平台位置信息、 属性信息有待明确等问题，本研究在遥感、 GIS、谷歌云平台等技术的支持下，通过多时相 Landsat7/ETM+、 DMSP/OLS、 NPP/VIIRS 等遥感数据自动提取里海油气开采活动空间位置、时间等属性信息，并建立基于遥感的石油产能估算，探究以油气产业为主要支撑产业的哈萨克斯坦、土库曼斯坦的社会经济发展状况，为进一步保证区域安全及我国能源安全提供技术支持和相关的决策辅助信息。本文的研究结论主要有：（1）里海油气平台静态识别：油气平台作为油气开采的主要设备之一，其时空分布、状态属性等信息直观反映了油气资源的开发程度。本文基于 Landsat-7/ETM+ NDWI 影像提出了一种自动识别油气平台的方法。本文首先根据油气平台在最大 NDWI、最小 NDWI、均值 NDWI 影像上的影像特征，选取水体、油气平台、裸地样本并统计其 NDWI 值分布，然后根据水体、裸地、油气平台的NDWI 特征建立了一套以描绘水体（Max_NDWI>0.55），裸地（岛屿）（Min_NDWI<-0.05）和油气平台（0<Mean_NDWI<0.4）的分类规则，最后使用连续 2 年的Landsat NDWI 影像按此规则合成最佳 NDWI 影像。经 Google Earth、 Sentinel-2等分辨率较高的影像对 2018 年油气平台位置信息的验证，我们发现里海共 526个油气平台，其中算法自动识别 497 个油气平台，漏检 29 个油气平台，缓冲区掩膜掉 13 个油气平台，错误识别 25 个油气平台，正确率 90.2%，漏判率为 5.3％，误判率 4.5％。其中漏检平台中有 13 个油气平台是由于近岸缓冲区设置而导致的漏检， 14 个油气平台是由于其大小不足一个像元（30m） ,剩下 2 个油气平台目前暂时无法验证；错误识别主要是由于里海水域近岸存在较小块的裸地，其宽约小于或将近一个像元宽度（30m）而长度一般大于 30m。（2）里海油气平台时空动态监测：为监测油气平台的时空动态变化，本研究采用滚动连续的方法，将 2011-2018 年的 Landsat 影像合成 7 期长时间序列的 NDWI影像，然后通过高斯随机函数生成了 8 个油气平台动态变化模板、 8 个裸地动态变化模板以及 1 个持续水体模板，最后通过最小距离分类法采用欧氏距离对基于长时间序列的像元进行分类归属，从而实现以对油气平台的时空动态信息进行监测。经 Google 影像、 Sentinel-2、 PALSAR 等分辨率较高的影像对油气平台动态监测的时间精度验证，我们发现 497 个油气平台中有 390 个油气平台的起始时间得到正确分类，错分 107 个，准确率为 78.5%。以上研究表明，基于多时相的Landsat 影像合成的最佳 NDWI 方法对里海油气平台的自动识别和动态监测是非常有效的。（3）海上石油平台的产量估算：针对海上油气资源产量信息难以获取，本研究根据天然气开采平台、石油开采不同生产方式在 NPP/VIIRS 夜光影像上的影像特征，采用夜光总量量化海上石油开采强度，进而建立了哈萨克斯坦和土库曼斯坦基于夜光遥感的石油产量估算。研究结果表明：哈萨克斯坦、土库曼斯坦的石油估算产量在数量级上保持了较好的一致性，估算效果较好。哈萨克斯坦石油估算量与 EIA 统计的石油产量比值范围在 0.97-1.07 之间，与 BP 统计的石油产量比值范围在 0.93-0.98 之间。土库曼斯坦石油估算量与 EIA 统计的石油产量比值范围在 0.85-1.02 之间，与 BP 统计的石油产量比值范围在 0.83-0.98 之间。（4）哈萨克斯坦、土库曼斯坦两国社会经济发展研究：为研究资源出口型国家—哈萨克斯坦、土库曼斯坦 1992-2017 年近 30 年的社会经济发展变化，本文以DMSP/OLS、 NPP/VIIRS 夜光数据以及年鉴数据为数据源，采用夜光总量（SNL）、夜光增长率（PNLG）等夜光指数为研究指标获取哈萨克斯坦和土库曼斯坦近 30年的社会经济发展状况，并结合社会经济等参量分析社会经济发展的驱动因子，尤其是油气资源与社会经济发展关系方面。研究结果表明： 1）夜光可较好的反映哈萨克斯坦、土库曼斯坦社会经济发展的时空变化，且夜光对社会经济发展变化的反映较 GDP 等社会经济参量更直观更敏感； 2）独立初期的社会经济改革对哈萨克斯坦、土库曼斯坦影响大、范围广，仅土库曼斯坦夜光总量（SNL）增长4.5%； 3）二十世纪以来由于基础条件、资源禀赋等的差异， 两国间社会经济水平差距逐渐拉大，抗风险能力差异大（如 2008 年全球金融危机）； 4）哈萨克斯坦、土库曼斯坦对油气资源依赖度大，易受国际能源市场价格的影响尤其是油气价格影响。综上，论文提出的基于最佳 NDWI 自动识别里海油气平台的方法，较好的解决了海上区域遥感影像数量缺乏，质量较低、计算量大、虚警等问题，尤其是在排除船舰影响方面，建立里海近 7 年来的油气开采活动的时空动态数据集，及时、准确、全面的把握了里海的油气开采情况。同时，也从不同空间尺度上研究了里海周边的哈萨克斯坦、土库曼斯坦长时间的社会经济发展，解决了以往研究无空间信息的展现，研究尺度止于国家无进一步的细化尺度，且时间跨度较小、连续性弱，主要集中某一时间节点的局面
The impact of climate change and human activities on the water resources of Buqtyrma River Basin
No full text水的地球表面时空分布十分不均匀，其空间性和时效性影响了水资源利用效率。例如洪水的资源化一直是水资源利用的难题之一。气候变化背景下洪水和干旱等极端气候事件频发，以及当地农业、生态和城市化对水资源的高要求，水资源的这种高时空变化性使得水资源管理非常困难。过去一个世纪的气候变化趋势和未来全球气候变化预测已经显示出来降水格局的变化、温度上升以及冰川和积雪面积的减少，气候变化将加剧水循环的变异，从而对全球和区域水资源产生严重影响。在过去的几十年中，人类活动加剧了农业、城市和工业等用水单元之间对有限淡水资源的竞争，因此分析气候变化趋势、量化气候变化影响，是进行科学管理和规划的前提。布克特尔玛河流域（Buqtyrma River Basin）位于阿尔泰山脉，欧亚草原和天山山脉结交出，其气候和水资源变化对农业和生态系统具有重要意义。未来气候变化将改变整个流域的水文循环。因此，在气候变化和社会经济快速发展的条件下，评估气候变化和人类活动对径流的影响是水安全的关键。水文模拟是流域水资源规划、过程和管理的重要工具。对于欠勘探或开发的流域使用此类模型非常重要。这项研究的主要目的是评估气候变化和人类活动对水资源的影响以及预测未来气候变化对温度和降水等气候变量的影响。同时，使用 SWAT 对布克特尔玛河流域（BRB）进行的水文模拟。为了实现此目标，设置了以下任务： (1)评估河流流量的长期变化并确定年径流量的转移点；量化气候变化和人为活动对径流量的影响，并评估布克特尔玛河流域（BRB）上、中和下部地区的影响程度。 (2) 在 RCP4.5 和 RCP8.5 排放的气候情景中，使用普通循环模型（GCM）对温度和降水的六种未来气候预测，评估气候变化对水文过程的影响。 (3) 利用SWAT 模型模拟布克特尔玛河流域（BRB）对未来气候变化的响应及其时空特征和流域水系统的贡献。研究结果表明：（1）研究区域的温度，降水和 PET 序列存在显著的时空差异性差异。本研究应用 MK 检验来分析各种水文气候变量的长期趋势，使用 Pettitt 检验和DCC（双累积曲线）确定转移点，计算了过去 65 年中三个不同海拔高度带的径流，检测了变化趋势和突变点，明晰了气候因素对布克特尔玛河流域径流的影响。在布克特玛河河流域的上部，在 1950–2015 年期间，年平均径流范围为329.6 至 1014.3 mm，年均观测值为 599. 4 mm。中部的年平均径流范围为259.3 至 769.0 mm，年平均为 481.0 mm；下部的年平均径流范围为 345.4 至1195.7 mm，下部的年平均径流值为 633.0 mm。在流域的上游、中部和下游，基于 MK 检验的 Z 统计值分别为 2.58、 0.87 和 1.82，这表明年在过去的 65 年中，径流量在整个研究区域呈增长趋势，增长速度在上、中和下游分别为 2.82 mm/年、 0.56 mm/年和 2.30 mm/年。结果表明，第一个明显的变化发生在 1982 年，因而截止 1982 年的时段可以被视为没有人为干扰的“自然基准年”，而 1983–2015 年可以被看做是“人类活动影响阶段”。因此，径流参考期可以分为变化期（1983–2015）和基准期（1950–1982）。为了明确起见，我们进一步将人为活动阶段分为 1983–1995 年， 1996–2005 年和 2006–2015 年三个阶段。在这些时期中， 1996 年至 2005 年期间，气候变化对径流变化的贡献程度在上游和中游地区最大，而在下游地区最小。检查气候因素和人类活动作为影响因素，量化影响因素的贡献百分比。受气候变化影响最大的是流域的中部和上部地区（在1983-2015 年期间分别增至 60.61％–78.07％和 49.79％–62.94%）。在下游， 人类活动的影响更为明显（1983-2015 年期间为 65.19％–89.54％），而气候变化的影响仅占 10.46％，这表明人为活动的影响最为重要。（2）研究区域内未来温度将高速率持续升温并有更多的降雨量。本研究通过空间相关性（R）、克林-古普塔效率（KGE）、纳什-苏克利夫效率 (NSE) 和均方根误差（RMSE） 4 种空间性能指标评估了 GCM 模式，发现了 MME 模式在研究区域内有较好的模拟效果。对于未来的降水和温度的预测中，使用了 2036 年至 2100 年的 GCM 数据。未来的时间段分为两个时间间隔，每个时间间隔为 30年： 2030s（2036 –2065）和 2070s（2071–2100）。使用 Delta 方法，在 RCP4.5和 8. 5 情景下估算了未来降水总量的变化。根据情景，比较远的将来，年降水量的增长将远远大于不久的将来的年降水量增长。根据 RCP4.5 情景，从 2071年到 2100 年尤其如此，与 1971–2000 年相比，降水量增加了 19.9％。可以预见， RCP4.5 和 8.5 下不久的将来的年降水量可能会比 1971–2000 年增加 13.6％和 10.5％。在 RCP 4.5 和 RCP 8.5 方案中，在不久的将来可能分别进一步增长19.9％和 18.1％。在季节变化上，雨季降水会继续增加，旱季降水会更加减少。此外，在不久的将来，与其他季节相比，预计冬季的降水量将略有增加。最低温度以及最高温度在将来会有所增加。与基线期相比， MME 预测的近期（2039–2065）和远期（2071–2100）期间的平均增长率为 0.37°C /十年，RCP4.5 为 0.33°C /十年， 0.50°C / RCP8.5 的十年和 0.61°C /十年。 2036–2100 年流域的年平均降水量和温度。未来的温度趋势显示了温室气体排放的各种情况，在 RCP4.5 下，到 21 世纪末，变暖将缓慢，而在 RCP8.5 下，变暖将持续上升。（3）水文模型模拟显示区域内未来径流量有所增加。利用土壤和水评估工具（SWAT）模型应用于布克特尔玛河流域，评估克特尔玛河高山雪流域对未来气候变化响应及其水资源量的时空变化。该模型利用 2009-2011 年进行了校准，并针对 2011-2013 年进行了验证。确定系数（R2 = 0.79; 0.83）、纳什-舒特克利夫效率指数（NS = 0.78; 0.81），克林古普塔效率（KGE = 0.82; 0.81）和误差百分比显示出模拟取得了较好的结果。日尺度模拟的率定和验证均达到了良好的结果（PBIAS = 8.7; 11.5）。利用 GCM 数据 2036–2065 和 2071–2100 中预测未来径流量，在这两个时间段中布克特玛河流域的洪峰最大值提前发生，径流量急剧增加。在 Lesnaya Pristan 站的出水口，未来两个时期的流量将相对于控制期变化 13.8％，在 RCP4.5 下为 10.78％，在 RCP8.5 下为 6.9％， 4.8％，径流量呈现增加趋势
ENDOPHYTIC MICROBES AND THEIR BIOACTIVITIES ISOLATED FROM 3 INVASIVE PLANTS GROWING IN XINJIANG
No full text随着全球经济一体化进程的加快，外来生物入侵已成为世界性的社会经济和环境问题。外来入侵物种在不同国家、不同生态区域间进行不断的迁移和转移，加剧了外来物种的传入频率和扩散风险。入侵植物不仅造成了巨大的经济损失，也导致了全球生物多样性的快速丧失，这使得对其入侵机理的研究更具有现实意义与紧迫性。越来越多的研究表明，入侵植物与微生物之间的相互作用关系深刻影响着入侵植物的适应性和竞争力，并在其成功入侵的过程中发挥着重要的作用。其中，入侵植物对病原微生物的响应直接影响到外来植物在入侵地的生存状态与成功入侵进程，土壤微生物为外来植物的成功入侵提供了多样的异质性栖息环境，而植物内生菌在外来植物成功入侵进程中也发挥着抗逆、促生等重要作用。植物内生菌能够通过产生具有生物活性的化合物，来促进寄主植物生长，增强其抵抗不利环境的能力，促进外来物种成功入侵。 外来植物意大利苍耳、刺苍耳和黄花刺茄能够在新疆恶劣的环境条件下强势入侵且迅速繁衍，其内生菌可能扮演着重要角色。 对其内生菌多样性的研究，不仅有助于未来对其入侵机理的深度解析，更是为开发利用内生菌次生代谢产物中具有植物生长调节活性的化合物为对环境友好的植物生长调节剂或除草剂提供了新的可能。本研究采用纯培养手段，从野外自然入侵地采集三种入侵植物材料， 对其内生菌进行分离、纯化，通过 ITS rDNA 和 16S rRNA 基因基因片段进行测序，对内生菌的种属进行初步的分子和形态鉴定。 此外，选择部分潜在新种， 对其次生代谢产物的植物生长调节活性进行检测，从中选择三个菌株进行了大规模摇床培养和次生代谢产物的提取，完成了第一步的硅胶柱层析分离工作，并对其中 SR84 菌株以活性跟踪方法，结合反复硅胶柱层析，制备 HPLC 等手段分离鉴定活性化合物。 主要研究结果包括：(1) 从意大利苍耳种子中共分离到 316 个内生细菌菌株，其中上位种子 78 株，下位种子 107 株，果皮 131 株，初步归类为 58 种，其中果皮分离 51 种，上位种子 30 种，下位种子 48 种。 经统计发现果实各部位分离的菌株数与其重量具有显著相关性，重量大的下位种子内生菌多余上位种子。 内生细菌的丰富度及多样性按如下顺序排列: 下位种子>果皮>上位种子；其中 XIXJ104 (Bacilluszhangzhouensis) 、 XIXJ116 (Bacillus safensis) 、 XIXJ053 (Bacillusparalicheniformis) 、 XIXJ160 (Bacillus mojavensis) 和 XIXJ226 (Staphylococcusepidermidis)为优势菌株，分别占总分离数的 9.5%， 5.38%， 4.11%， 4.11%和4.43%，以 Bacillus 属的细菌占绝对优势地位。意大利苍耳果实中， 下位种子重量大，易于萌发， 是否与其内生细菌具有较高的多样性及丰富度有关值得研究；(2) 从刺苍耳植株中共分离到 102 个内生真菌菌株，其中叶片 22 株，茎 28株，根 52 株。 这些菌株归类为 54 种，其中根 31 种，茎 21 种，叶 16 种；Aspergillus 和 Penicillium 是刺苍耳内生真菌群落的优势属，其中菌株 X2(Aspergillus flavus), X32 (Penicillium oxalicum) 和 X96 (Alternaria alternate) 的分离频率最高， 合计占总分离数的 5.88%，而菌株 X37 与比对菌株 Penicilliumcrustosum (HF680261.1) 最大相似性只有 77%， 提示该菌株可能为潜在新种；；(3) 从黄花刺茄植株中共分离到 176 个内生真菌菌株，其中叶片 57 株，茎57 株，根 62 株，分属于 45 种。 其中， 菌株 SR66 (Penicillium chrysogenum、SR15 (Penicilliu oxalicum) 和 SR46 (Aspergillus tubingensis) 分别占总分离数的29%、 11%和 8%，属于优势菌株， 与刺苍耳类似， Aspergillus 和 Penicillium 也是黄花刺茄内生真菌群落的优势属，它们在寄主的成功入侵中有无作用尚有待进一步的研究；(4) 经 BLAST 比较分析， 发现有 11 个菌株相似度低于 97%，有可能为潜在新种。 其中黄花刺茄 5 种： SR59 Aspergillus niger, SR65 Doratomyces stemonitis,SR84 Purpureocillium lilacinum , SR152 Mucor circinelloides, SR192 Penicilliumchrysogenum；刺苍耳 6 种： X1 Dichomitus albidofuscus, X15 Dematiopleosporafusiformis, X37 Penicillium crustosum, X53 Penicillium oxalicum, X60 Lagenariasiceraria , X 120 Fusarium petroliphilum。对这 11 株真菌的次生代谢产物进行了提取及活性测定，发现其中 8 个菌株的代谢产物具有显著的植物生长调节活性。(5) 为了从潜在新种中分离得到新颖的活性化学物质， 选择活性最强的三个真菌菌株 SR192， XSP15 和 SR84 三个菌株以 PDB 培养基在 25℃温度下进行大规模的摇床培养，以乙酸乙酯进行萃取，依次从 SR192 菌株中得到次生代谢产物 2.3g，从 XSP15 中得到 9.77g，在 SR84 中得到 5.73g，经测试均具有显著的植物生长调节活性，对上述三个菌株的提取物均已完成了第一次的硅胶柱层析工作。(6) 在上述菌株中，黄花刺茄内生真菌 SR84 具有最强的植物生长调节活性，同时该菌株是一个潜在新种，因此对其次生代谢产物进行了进一步的研究。以活性跟踪手段，经反复硅胶柱层析、凝胶柱层析、半制备 HPLC 等方法，从SR84 代谢产物中分离鉴定出 3 个具有植物生长活性调节的化合物，分别为：腺苷(adenosine), 啤酒甾醇 (cerevisterol)和 5-甲基脲嘧啶 (thymine)， 三个化合物均表现出较强的植物生长抑制活性，其中 5-甲基脲嘧啶是作用最强的化合物，在最低浓度（4 μg/ml）下即可抑制受试植物反枝苋(Amaranthus retroflexus)根长生长的 63.8%，当浓度增加至 100 和 500 μg/ml 时，反枝苋种子萌发被完全抑制。腺苷显示出中等的抑制活性，在 100 μg/ml 浓度时可使受试植物根长降低为对照的 53.3%，而 500 μg/ml 处理可完全抑制种子的萌发。啤酒甾醇的生物活性最弱，在 100 和 500 μg/mL 浓度下对反枝苋根长生长抑制为对照的 56.6%和 32.1%。三个化合物对反枝苋苗高的作用与根长的作用类似，但程度较轻。所有化合物均是首次从 Purpureocillium 属真菌中分离得到，并且其植物毒活性均为首次报道。综上所述，本研究首次对入侵新疆的外来植物意大利苍耳、刺苍耳、黄花刺茄的内生菌进行了分离纯化，共分离得到 594 株植物内生菌，对其多样性有了初步的了解， 并且发现多种内生菌的次生代谢产物均具有植物生长调节活性，为后期继续研究外来种内生菌是否与入侵相关奠定了基础。从潜在新种黄花刺茄内生真菌 SR84 的次生代谢产物中分离鉴定出具有植物生长调节活性的 3 个化合物， 为首次从 Purpureocillium 属真菌中分离得到，并且三个化合物的活性均为首次报道， 具有开发为生物源除草剂的潜力