Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Long-term changes of the Syr Darya River Basin Runoff under climate change and human activities
No full text干旱区水资源是维系生态环境安全和维持干旱区社会经济可持续发展的重要保障。 在气候变化和日益增强的人类活动的强烈影响下,干旱区水资源的时空格局发生了显著变化。尤其是大坝的修建， 工农业耗水量的增加叠加在气候变化之上，导致了全球范围内的河流水文情势发生了显著变化， 给水资源管理带来了严峻的挑战。 作为两条主要入湖河流之一的锡尔河的径流变化直接影响到咸海水量平衡；同时， 锡尔河流域的水资源在满足咸海流域乃至整个中亚的水资源需求方面发挥着重要作用， 由于上游河源区气候变化和下游水资源不合理利用，特别是在近 80年来工农业的迅猛发展，水利建设和其它政治因素等人类活动的影响下，锡尔河流域开始出现缺水状况，导致的下游水供给能力的下降，其产生的农业生产、市政和工业用水压力预计将对流域内居民的生产生活产生严重影响。 总体来看，锡尔河流域地表径流的变化对吉尔吉斯斯坦，乌兹别克斯坦，塔吉克斯坦和哈萨克斯坦境内人民生产生活以及周围的生态系统产生重要影响。 但是， 中亚咸海流域复杂的自然环境背景以及水利工程的修建加剧了河流水文系统的复杂性， 对评估当前流域水文状况及预测未来变化产生了极大的不确定性。 本研究试图通过分析锡尔河流域气候变化和人类活动对地表径流的影响基础上， 建立预测模型研究未来气候变化背景下的径流变化趋势，研究结果对锡尔河流域乃至咸海流域的水资源管理具有重要意义。本文研究的目的在于增进对锡尔河流域对气候变化和人类活动的水文响应的理解。本文主要取得的研究成果如下： 定量分析锡尔河河流径流量的时间序列变化； 定量分析流域主要气象要素的时间序列变化； 理清降水模式变化与大规模大气环流之间的联系以及气候与径流之间关系； 分析了锡尔河流域的历史土地利用变化和人类活动变化及其气候变化对其产生的影响文章通过采用 Pettitt 检验和 Mann-Kendall（MK）趋势检验在内的非参数检验方法，对长时间的水文时间序列的进行趋势检验。 基于降水和潜在的蒸散量， 采用多种方法来评估气候变化和人类活动对年径流量的影响。为了预测未来径流变化，我们利用基于 GCM 模型集合(MIROC5、 MPI-ESM-LR 和 MPI-ESM-MR)和两种气候变化情景(RCP4.5 和 RCP8.5)得到的未来预估气温计算出未来的降水量和潜在蒸散发，通过以上气候因子来驱动气候弹性模型。论文的主要研究工作和结论如下:(1) 本文研究了过去 85 年锡尔河流域的水文气候趋势及其周期性变化，以此确定区域内气象要素和径流的时空变化趋势。结果表明，所有站点的年均气温都呈显著上升趋势，并且在近十年中呈现加速上升的趋势；年均降水趋势因气象站位置而不同，但是总体上呈现增加趋势。 从上世纪 60 年代以来， 锡尔河干流年径流量呈显著下降的趋势， 在 17 个水文站中，有 13 个的年径流量呈显著下降趋势， 但近年老有所上升。 从 1991 年以来锡尔河流域年径流量呈增加趋势， 。降水趋势和径流趋势的相关性结果表明， 1980 年以来，气候变化可能导致流域径流增加， 其中冬季增加明显。(2) 另一方面利用水文敏感性方法评估 1930 年至 2015 年气候变化和人类活动对锡尔河径流变化的影响。这一时间段被分为两个时期，自然期（1930-1960）和影响期（1961-2015）。 1 人类活动对锡尔河干流径流变化的影响程度约为 91-98%，对流域内支流的影响程度约为 41%-88%。 另外人类活动对流域水资源变化的影响下游地区要大于上游和中游地区。 此外据估计，人类活动解释了年均径流量减少原因的 82-99％，这主要是由于该地区灌溉取水造成的。从生态环境和地区水资源管理的角度看，径流的变化可能导致非常严重的生态后果。(3) 随着人口的不断增长和农业灌溉的进步，与水有关的人类活动，特别是农业生产活动，对水文要素的影响在过去 50 年中逐渐增强。在锡尔河流域，与水有关的人类活动主要是指不断的抽取地表水以满足不断扩大的灌溉农田的需求。锡尔河流域的灌溉面积从 1930 年的 990 公顷增加到 1960 年的 2040 公顷以及2015 年的 3179 公顷，从 1930 年到 2015 年， 该地区的灌溉面积增加了 3 倍，这使流域的总取水量明显增加， 通过比较分析表明，流域的取水量在 1960 年至1980 年期间增加了 50％，在 1980 年至 2013 年期间减少了 29％。此外， 在研究期间流域内最明显的土地利用变化是草地类型的变化，农业管理的现代化导致灌溉用的的增加和快速的城市化导致的城市面积扩张。人们普遍认为，这些类型的土地覆被/利用变化可能对流域的水文状况产生深远的影响。(4) 定量评估气候变化对径流的影响对区域水资源评估和区域发展战略的制定具有重要意义，特别是在水资源短缺且分布不均的地区。与水文模型方法相比，气候弹性模型方法更加灵活，其优势在于使用较少数据来研究气候变暖对流域水资源的影响。本研究使用基于 Budyko 的气候弹性模型，获得了三个主要气候因子的径流弹性。流域径流对降水量的弹性为 0.65～2.76，对气温的弹性为-0.3～-1.6。降水量增加与径流增加呈正相关，而与气温增加呈负相关。(5) 基于气候弹性模型方法与 CMIP5 气候模式对未来水资源变化情景进行预估模型的预测表明，在 2030-2070 年和 2070-2100 年这两个时期内，降水量平均增加了 6％和 22％。预计这两个时期的气温将分别上升 2℃和 3℃。结果表明，在 RCP4.5 情景下，多模型集合预测整个流域的年径流量在不久后将从 30％增加到 37％；在 RCP8.5 情境下，年径流量增长幅度比较明显，达到 41％-43％。锡尔河流域乃至整个中亚地区将受到全球变暖的更多影响。因此，本文结果有助于该地区未来可持续水资源管理策略的制定，有利于消除整个流域的水资源压力和储水脆弱性风险
Treatment of Hg and As pollution of tailing filtrate by modified biochar
No full text本论文以棉花秸秆生物炭为原料，通过化学和生物学合成的方法制备了具有较高汞和砷吸附能力的铁/锰氧化物与生物炭的复合吸附剂。通过批量吸附实验对其吸附 As(III)和 Hg(II)的性能进行了评价，并考察了溶液 pH、金属离子浓度、吸附时间、离子强度、腐植酸、盐度等天然环境因子对 As(III)和 Hg(II)离子在铁/锰氧化物-生物炭复合吸附剂表面吸附的影响，进而阐明砷和汞吸附剂表面的吸附机制。另外，利用铁/锰氧化菌的作用原位合成生物源 Mn(II)/Fe(II)氧化物与生物炭复合物，评价其在模拟污水中同步修复砷和汞污染的可行性。最后将砷吸附能力较强的针铁矿/生物炭复合材料作为材料构建 PRB 柱，对模拟污水中砷和汞污染进行修复，考察改性生物炭在实际环境重金属污染水体的修复潜能。论文主要得到了以下结论：（ 1）通过化学改性合成了锰氧化物负载的生物炭。 BET、 XRD、 FTIR、SEM-EDS、 Zeta 点位等表征结果揭示，改性后 MnOx 成功加载到生物炭表面。而相对于原生物炭，其化学锰氧化物改性后的产物表面理化性质发生变化。比表面积有所下降。 生物炭在改性前后的 Zeta 电位的均呈现电负性，表明两种生物炭的表面都带负电荷。吸附实验结果表明， 溶液 pH 值的变化对改性和非改性生物炭对 As(III)和 Hg(II)吸附产生显着影响， MnOx 改性后的产物能较好的从水溶液里去除 As(III)和 Hg(II)离子，特别是 MnOx 改性能提高生物炭吸附 As(III) 的能力(qm=102.4 mg/g)。吸附过程符合 Langmuir 模型（ R2 均超过 0.98）。（ 2）在不同原料配比、酸碱度、老化时间和温度下，通过 Fe(NO3)3·9H2O沉淀合成了不同的针铁矿/生物炭复合物。根据 SEM-EDS、 FTIR、 XRD、 Zeta点位等分析结果，不同条件下制备的针铁矿/生物炭复合材料表面各类元素种类大致相同，而其重量百分比存在一定差异。通过吸附实验确定， 生物炭和Fe(NO3)3·9H2O 质量比为 1:6、酸碱度为 pH=12、陈化温度 60℃以及陈化时间 60h为制备生物炭/针铁矿复合吸附材料的最佳条件。（ 3） FTIR， XRD， SEM-EDS 分析证明，合成产物中针铁矿成功负载到生物炭表面。 BET 表明，针铁矿负载后生物炭比表面积从 12.681 m2/g 升高至 136.303m2/g。通过吸附实验发现， As(III)吸附量取决于溶液初始 pH 和金属离子初始浓度。当溶液初始 pH=3.0， As(III)吸附效果最好。离子强度和腐植酸的存在对针铁矿生物炭复合物的 As(III)的吸附性能起抑制作用。盐度变化有利于 As(III)在针铁矿/生物炭复合物表面的吸附。解吸实验证明， As(III)在离子强度、盐度、 EPS 的因子作用下从吸附剂表面解吸，其解吸量和解吸率跟各种环境因子浓度有一定的关系。等温吸附数据符合 Freundlich 和 Langmuir 等温线，吸附动力学数据符合准二级吸附模型（ R2 大于 0.99）。（ 4）锰氧化菌 MnB1 的作用下合成了生物源氧化锰与生物炭的复合物。 Zeta电位测试表明，合成的复合物 pH 在 3.0~10.0 均带负电荷。 SEM 和 XRD 测定结果表明，复合物表面元素 O 和 Mn 的信号证明锰氧化物的存在。根据模拟污染环境中对 Hg(II)和 As(III)同步去除实验结果， 在不同初始重金属浓度下， 微生物氧化生成的锰氧化物与生物炭的沉积物可从汞和砷污染水体中有效去除 As(III)和Hg(II)，其吸附性能由反应体系中生物炭颗粒、二价锰浓度以及微生物锰氧化能力决定。（ 5）利用厌氧亚铁氧化菌 PXL1 的作用，在不同浓度汞和砷污染环境中将菌株 PXL1 与一定量的生物炭共培养，培养 7 天后收集培养体系中生成的沉积物。通过 SEM-EDS、 XRD 和 FTIR 分析结果进一步说明了沉积物中生物源铁氧化物的存在。沉积物在不同初始 As(III)对其显示一定的修复性能， Fe(II)的含量、菌株 PXL1 的氧化作用在 As(III)的修复中起关键作用。亚铁被菌株 PXL1 氧化生成的铁氧化物能提高生物炭的 As(III)吸附性能。吸附实验结束后沉积物 SEM-EDS分析结果进一步证明 As(III)的吸附行为。（ 6）以改性生物炭为介质构建了 PRB 柱子，用来修复模拟环境下汞砷污染修。汞砷污染水体修复实验表明， PRB 介质中针铁矿改性生物炭比例越高，其 As(III)修复效果越好，进行 120 h 后最大去除率达到 100%；纯生物炭含量越高，系统对 Hg(II)的去除率越大 99.99%。中性环境(初始 pH 为 6.0 左右)下以针铁矿生物炭复合材料为介质的 PRB 柱 As(III)和 Hg(II)去除效果最好。重金属初始浓度在 5.0~10.0 mg/L 时，其对 As(III)和 Hg(II)平均去除率均超过 99%
Effects of the predictive irrigation decision-making system on nitrogen and phosphorus nutrients in soil and plant of an oasis cotton field
No full text我国肥料使用量大而效率低，不合理的水肥管理是农田养分损失的重要原因。在养分损失的几个途径中，淋溶损失的贡献率最大， 在干旱地区灌溉水是关键作用因子。 有研究学者新开发了一套基于根区水质模型（ Root Zone Water QualityModel 2， 简称 RZWQM2） 的新型预报式灌溉决策支持系统（ Decision SupportSystem for Irrigation Scheduling，简称 DSSIS），于 2016 年在新疆和田市策勒县的典型绿洲棉田建成测试。 初步测试和评估结果表明， DSSIS 能够在节约灌溉用水的基础上维持作物产量，提高水分利用效率。为了探究 DSSIS 对棉田土壤、植物氮磷养分的影响，在策勒国家试验站开展田间试验， 选取 3 种灌溉决策方式： (1)基于 RZWQM2 模型的灌溉决策支持系统（DSSIS），（2） 基于土壤水分传感器的墒情灌溉决策方式 (Soil moisture sensor， 简称 SMS)，和（3） 基于常规农民经验的经验灌溉决策方式(Experience， 简称 E)；设置 2 个灌溉量水平， 即 100%充分灌溉 ( 100% Full Irrigation， 简称 FI)与 75%亏缺灌溉(75% Deficit Irrigation， 简称DI)。实验研究了不同灌溉决策和灌水量对土壤氮磷分布、棉花生物量、氮磷吸收量和产量的影响。利用田间实测的土壤水分、土壤硝态氮、棉花生物量、产量等数据对 RZWQM2 模型的参数进行了优化，重点评估了 RZWQM2 在策勒绿洲对土壤氮素模拟的适应性。 最后， 进行不同施氮水平的情景模拟， 提出在 DSSIS灌溉决策方式下的最佳施氮水平。主要得出以下结论：（1） 棉花生长期 0～100 cm 土层的硝态氮分布量， DSSIS 和 SMS 显著高于E（P<0.05），棉花收获后 0～205 cm 土层中硝态氮残留量， DSSIS 和 SMS 显著高于 E（P<0.05）。 不同灌溉水平并没有导致硝态氮含量的显著差异，但 DI 水平可提高 0～100 cm 土层的硝态氮分布量， 降低 100～205 cm 土层的硝态氮残留量。 说明砂性土壤棉田中 DSSIS 和 SMS 有利于 205cm 以上土层硝态氮的保持，但仍存在淋失风险。 E 已经对土壤硝态氮进行了严重的淋洗，造成 205cm 以上土层硝态氮含量较低的现象。 速效磷主要分布在 0～30 cm 土层（ 19.43～50.68mg/kg），速效磷在土壤中的分布不受灌溉决策和灌水量的影响。（2）DSSIS 和 E 有助于棉花生物量的增长，但 E 会让棉花的营养生长过盛。DSSIS 和 E 都显著促进了棉花对氮磷养分的吸收（P<0.05）。 DSSIS 比 E 和 SMS的籽棉产量分别提高 33.7%和 12.2%，水分生产力分别提高 80.7%和 9.7%，氮肥料的偏生产力分别提高 12.2%和 25.2%，磷肥料的偏生产力分别提高 12.3%和25.6%。（3） RZWQM2 经过参数优化后，可以较好地模拟策勒绿洲棉田土壤水分、土壤硝态氮、棉花生物量、产量等指标。 RZWQM2 对 DSSIS 条件下不同施氮水平的模拟研究表明，当总氮投入量为 180 kg N/hm2，其中基施有机肥（羊粪） 9230kg/hm2，蕾期追施尿素 27 kg/hm2，初花期追施尿素 27 kg/hm2，盛花期追施尿素36 kg/hm2，花铃期追施尿素 72 kg/hm2，盛铃期追施尿素 72 kg/hm2 时棉花籽棉产量和肥料产量贡献率最高，同时土壤硝态氮的渗漏量相对较少。综上，与 SMS 和 E 相比，基于 RZWQM2 的 DSSIS 不仅具有节水增产的优势，还具有保持土壤养分，减少硝态氮淋失风险的优越性。在 DSSIS 条件下，棉田只需投入 180 kg N/hm2 的肥料，即可获得较高的产量，实现肥料的最大利用，实现氮的最小渗漏损失。因此， DSSIS 可被推荐作为策勒绿洲棉田水分管理的实施办法， RZWQM2 也可以作为一种可靠的研究工具对该区域的农田水肥管理、作物生产进行模拟研究
Study of environmental adaptability of desert moss crusts based on ecological stoichiometry
No full text生物土壤结皮广泛分布于干旱荒漠区地表，在维持荒漠生态系统结构与功能方面具有重要的生态功能。 藓类结皮是生物土壤结皮中重要的组分之一， 自然状态下通常呈现出典型的斑块状分布特征。 目前对荒漠藓类结皮植物环境适应性的研究多集中于藓类植物个体对环境的适应性， 分别从基因调控、细胞结构、 形态特征、生理生化等方面揭示藓类植物对干旱、高温等不利环境的适应性。 自然环境下， 藓类结皮主要以斑块的形式存在，但对于这种斑块式聚集分布是否有利于藓类植物适应不利环境条件的研究鲜有报道。 阐明荒漠藓类结皮斑块的生态效应，有助于加深对荒漠藓类植物环境适应性和生态功能的理解，为荒漠生态系统结构与功能研究提供参考依据。本研究以古尔班通古特沙漠为研究区，选择该沙漠生物土壤结皮中优势藓类植物齿肋赤藓 (Syntrichia caninervis Mitt.)斑块为研究对象， 通过测定碳、氮磷等不同元素含量， 分析齿肋赤藓斑块中心区域和边缘区以及不同面积斑块中齿肋赤藓植物体和斑块下层土壤的生态化学计量特征，以及不同微生境下和不同空间采样距离的齿肋赤藓斑块生态化学计量特征，阐明藓类结皮斑块对不利环境的适应机理。 本研究主要结果如下：1. 齿肋赤藓斑块在古尔班通古特沙漠中主要以面积小于 100 cm2 的斑块分布为主， 在沙丘底部主要呈聚集分布。 齿肋赤藓斑块面积小于 100 cm2 的斑块占调查斑块总数 87%以上，小于 10 cm2 的斑块数占调查总数的 50%以上。样方内利用空间点格局分析，发现 K(r) 值显著高于 K(r)the 上限值， 认为齿肋赤藓斑块呈聚集分布。 沙漠不同区域齿肋赤藓斑块面积组成比例显著不同， 沙漠边缘小型斑块占该调查点斑块数的比例较沙漠腹地高， 边缘较腹地斑块破碎化程度高。2. 齿肋赤藓斑块中心区域生态化学计量特征较边缘区高， 形成微尺度上“肥岛”， 从而影响荒漠土壤系统土壤养分循环。 斑块中心区域齿肋赤藓植物体氮、磷含量（ N: 15.151 mg/g， P: 1.830 mg/g） 显著高于边缘区齿肋赤藓植物体氮、磷含量（ N: 13.431 mg/g， P: 1.507 mg/g）。结皮层斑块和结皮斑块下层土壤速效氮与速效磷在斑块中心区域和边缘区无显著（ P>0.05） 差异。结皮层斑块土壤全磷在中心区域和边缘区无显著（ P>0.05） 差异， 结皮斑块下层中心区域土壤全磷含量显著（ P0.05） 差异， 齿肋赤藓斑块边缘区结皮层斑块土壤全磷含量显著（ P0.05） 的影响。 齿肋赤藓植物体地上部分（茎叶）的氮、磷含量显著（ P0.05） 影响。4. 微生境（裸露地、活灌丛、死灌丛） 显著影响齿肋赤藓斑块生态化学计量特征，且活灌丛下斑块面积大小对齿肋赤藓斑块生态化学计量特征无显著（ P>0.05） 影响。活灌丛下齿肋赤藓植物体氮、磷含量高于裸露地和死灌丛下。不同微生境对齿肋赤藓植物体碳含量无显著（ P>0.05） 影响。 齿肋赤藓植物体地上部分氮、 磷含量显著（ P0.05） 差异。土壤脲酶和硝酸还原酶活性在死灌丛下最高， 裸露地下斑块下层土壤蔗糖酶和土壤 β-葡萄糖苷酶活性最高。死灌丛下斑块下层土壤碱性磷酸酶活性最低，裸露地与活灌丛下无显著差异。5. 不同空间尺度下，齿肋赤藓斑块生态化学计量特征间差异不同， 齿肋赤藓斑块生态化学计量特征具有空间异质性。 在相邻沙丘间齿肋赤藓植物体和结皮斑块下土壤的生态化学计量特征无显著（ P>0.05） 差异。随沙丘间距离的增加，沙丘间齿肋赤藓斑块生态化学计量特征呈显著（ P0.05） 差异，而土壤 pH 和电导率均具有显著不同。通过相关性分析和 Mantel 分析发现土壤的氮、磷是影响齿肋赤藓生态化学计量特征的主要因素。6. 古尔班通古特沙漠中相距 10 km 的沙丘间齿肋赤藓斑块生态化学计量特征显著不同。 该沙漠中齿肋赤藓植物体地上部分的碳、磷、钾含量显著（ P0.05） 差异。 斑块下层土壤硝态氮与齿肋赤藓植物体磷含量间呈显著（ P<0.05） 的正相关关系。齿肋赤藓植物体碳与氮， 碳与磷， 氮与磷元素间呈显著（ P<0.05） 的正效应， 而碳与钾元素间呈显著（ P<0.05） 的负效应。齿肋赤藓植物体氮、磷、钾元素与结皮斑块下层土壤养分间的结构方程分析发现，齿肋赤藓植物体氮、磷、钾元素主要养分来源于土壤中的土壤铵态氮、 速效磷和钾， 由地下部分吸收、转化、运输至地上部分。研究结果表明， 荒漠藓类结皮斑块主要以小型斑块分布，且在沙丘底部呈聚集分布。荒漠藓类植物斑块具有与景观生态学中维管束植物相似的斑块效应，齿肋赤藓斑块生态化学计量特征具有明显的边缘效应和面积效应。齿肋赤藓斑块生态化学计量特征易受微环境的影响，不同空间尺度下齿肋赤藓斑块生态化学计量特征空间异质性不同。斑块内齿肋赤藓植物体生态化学计量特征易受土壤生态化学计量特征的影响。 齿肋赤藓植物体的养分含量在古尔班通古特沙漠中具有较强的可塑性， 齿肋赤藓植物体可以通过改变其元素含量以平衡物质与能量循环、 维持其在恶劣环境下生长， 从而适应荒漠严酷的自然环境和气候条件
Photosynthetic response and growth adaptation strategies of desert herbaceous plants to rainfall variation
No full text近年来，人类活动的干扰和全球气候的变化正在改变全球水文循环，从而影响降水格局。 降雨量和频次的变化可能影响陆地生态系统结构和功能，尤其是受降水量限制的干旱与半干旱区。荒漠草本植物对早春沙丘的固定和营养循环具有重要作用， 研究降雨变化下草本植物的生长和适应策略对沙漠管理和保护具有理论意义。本研究选择古尔班通古特沙漠南缘较为平坦的丘间低地作为研究样地，开展了为期三年的降雨控制实验。 根据该地区历年来降雨数据，采用遮雨棚控制自然降雨，设置了降雨量（50%减雨、对照和 50%增雨）和降雨频次（3 d、 6 d 和 15d） 两个因素三水平的析因设计。 研究生长季降雨变化对草本植物层片特征、优势种植物个体生长和生理特征的影响， 探讨降雨量和降雨频次对荒漠草本植物的适应和生长策略， 揭示草本植物对降雨变化的适应机制。 实验结果如下：（1）降雨量的变化，主要影响草本层片植物盖度、地上生物量，对植物密度、物种多样性没有显著影响。 降雨量增加 50%条件下， 条叶庭荠（ Alyssumlinifolium Steph. ex Willd.）、 尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrhinchum M. Bieberstein）和琉苞菊（Centaurea pulchella Ledeb.） 的株高增高、叶片和花果数量增多。 降雨量减少 50%条件下， 条叶庭荠、 尖喙牻牛儿苗和琉苞菊提前开花、结实和凋谢，从而缩短其生活周期； 反之亦然。 少频次的大降雨（15 d）与降雨量增加具有相似的处理效应，都增加了尖喙牻牛儿苗和琉苞菊的生物量。 减少降雨量和增加降雨频次（3 d）都使得尖喙牻牛儿苗和琉苞菊遭受了干旱胁迫，减少其营养器官（叶片和茎）生物量分配，增加其生殖器官（花和果实）生物量；（2）随着降雨量的减少，尖喙牻牛儿苗和琉苞菊叶片光合速率下降，主要是由于气孔限制，数据也显示气孔导度和胞间 CO2 浓度下降；尖喙牻牛儿苗和琉苞菊气孔导度变化可以分别解释约 90%和 70%光合速率的变异。 降雨量减少处理下， 尖喙牻牛儿苗和琉苞菊内在水分利用效率（WUE） 提高，这是荒漠草本植物在不利环境条件下生存的重要策略；（3）降雨量减少条件下， 优势种植物叶片 δ13C 增大，即水分利用效率升高，与气体交换参数计算的内在水分利用效率一致，主要是长期气孔限制所致。 相反，植物叶片 δ15N 减小，这与氮代谢过程中相关酶活性降低有关。 降雨变化下，叶片 δ13C 对植物光合作用和 WUE 有较好指示作用， 而 δ15N 对植物生物量具有更好的指示作用。本研究表明， 降雨量的变化对古尔班通古特沙漠南缘草本层片特征的影响比降雨频次的变化更加重要。 此外，草本植物盖度和生产力对短期降雨变化响应明显，但是植物多样性没有受到降雨变化的显著影响；植物通过快速的形态和生理调节以及增加生殖器官生物量分配的生长策略，保障了草本层片物种多样性和组成的稳定。 长期降雨变化对草本植物的影响有待进一步的研究
Study on the occurrence process of inland river in the alpine mountainous area
No full text水是一切生物存在和生长以及人类生产生活的基本条件。但全球水资源分布严重不均，特别是在干旱、半干旱地区，由于降水稀少，其水资源对维持生态系统环境和保障经济发展尤为重要。新疆位于干旱、半干旱地区，水资源 90%以上来自山区径流，产汇流的气象成因更加复杂；由于山区降雪量较大，有大面积的永久性积雪和冰川的存在，导致融雪融冰性洪水灾害频发。本研究针对高寒山区洪水发生过程和机理研究不足、 传统水文模型在高海拔山区精度较低等问题，在现有水文模型的基础上，结合温度与积雪冰川的关系，改进了降水形态判定模块和融雪算法，增加了独立的融冰计算模块，并对模型适用性进行了验证。研究结果对深入认识和把握气候变化对干旱区水循环的影响机理以及防灾减灾效益的提高和气候变化适应性对策与策略的制定提供科学支撑。高寒山区累积的冰川和积雪是融水型洪水的主要来源，目前国内外水文模型大多基于湿润区或者平原区水文过程而建立，对冰雪径流的模拟表现不足。 目前已有的水文模型在进行融雪和融冰计算时，并未考虑山区地形以及区域地理条件的影响，对山区融雪、融冰过程中的气象要素和关键参数的时空异质性考虑不足；且大多数模型将冰雪作为一体模拟其融水径流过程，较少耦合独立的冰川融水算法和模块，导致对融水型洪水水量、峰值与峰现事件等的模拟精度较低。因此，本研究充分考虑山区积温条件对降水形态和融雪、融冰过程的影响，在原有SWAT 模型的基础上，改进了降水形态判定模块和融雪计算方法，增加独立的融冰计算模块，并模拟不同纬度的高海拔山区流域融雪融冰径流过程，开展精度评估和适用性比较。主要研究结果如下：（1）在 SWAT 模型的基础上， 增加了积温条件对降水形态判定和融雪计算的影响， 充分考虑了高海拔山区，积温对水文过程的影响。通过与站点实测数据对比发现，增加积温条件后，降水形态判定的准确率达 79.49%以上，并确定出雨雪分离的温度阈值。 在融雪计算过程中， 通过增加积温阈值，确定出融雪发生的温度条件，充分考虑在植被稀疏的高海拔山区，积温对融雪过程的影响。 改进后模型计算的融雪量增加了 45%，融雪对河道径流的贡献率从 44.7%增加到54.07%。 在日尺度的基础上增加了小时尺度的模拟，小时尺度的模拟结果中，洪峰值的模拟精度提高了 77%， 洪峰出现的时间偏差从 11 小时减小到约 1 小时。（2） 基于改进的模型，模拟分别位于阿尔泰山、天山和昆仑山的 4 个典型流域径流过程，分析高山冰雪融水对下垫面植被生长的影响，评估模型改进效果及其在不同纬度山区流域的适用性。结果表明，改进后模型在三大山系的典型流域中表现良好， 模拟精度较改进前有明显提高。在冰川覆盖较少的大青河流域改进效果尤为明显。 由于该流域存在大量积雪覆盖，改进后融雪模块计算更加准确；在另外三条流域中有冰川覆盖，融雪模块计算冰川融水量有一定误差，这为开发独立融冰计算模块做下铺垫。 在四条典型流域中， 洪峰值的模拟平均增加了56.19%，融雪对河道的贡献率增加了 27.02%。（3） 为实现高海拔山区融冰与融雪的单独计算， 提高模型冰川融水的计算精度，在 SWAT 模型的基础上开发独立的融冰计算模块，并对高海拔山区的融雪和融冰型洪水过程进行模拟。与此同时， 结合流域植被 NDVI 变化， 利用冰雪融水与植被生长的相关性， 对改进后的模型的计算精度进行验证。通过增加融冰模块， 模型计算的洪峰值大小增加了 77.65%，洪峰过境时间精度提高了 82.93%，冰雪融水对河道的贡献率增加了 18.73%。（ 4）为揭示干旱半干旱区高山融雪融冰与植被生长的关系， 研究了植被NDVI 与融水量之间的相关性，利用生态学的知识验证模型改进的合理性。 根据改进后模型在新疆三大山系的四条典型流域模拟中的表现， 融雪量与 NDVI 的相关系数从 0.27 增加到 0.68。 通过开发独立的融冰计算模块， 模型计算的冰雪融水量与植被的 NDVI 相关性有了显著提高。本研究对新疆山区洪水过程进行了相关研究，主要的创新点可归纳为在SWAT 模型基础上，改进冰雪消融相关结构和算法，构建高寒山区洪水预报模型，并在多流域验证其有效性。 通过模型的改进与应用，本研究可以为高寒山区洪水过程的相关研究提供重要参考， 同时为洪水灾害的预报提供一定的技术支撑
Study on the Ecological Stoichiometry of Aquatic Plants in Kaidu River Basin, Xinjiang
No full text水生植物是水生态系统的重要组分， 对于维持和保护水生态系统的功能稳定性和生物多样性具有重要意义。 随着新疆地区经济的快速发展， 大量的氮（N） 、磷（P） 等营养元素进入当地的河流和湖泊中， 并进而影响水生植物等生物的生态化学计量特征。 开都河是新疆一条重要的内流河， 沿河分布着不同的土地利用类型、 受到各种人类活动的影响； 开都河生态系统有何化学计量特征？ 其分布格局与不同河段的人类活动方式以及局地气候是否和有何关联？ 至今尚未有系统研究。 为此， 本研究通过实地采样和运用统计分析方法， 对开都河流域水生态系统（水生植物、 水体和沉积物） 的化学计量特征开展研究， 并探讨了其与人类活动（如土地利用方式） 和局地气候的可能关联性。 主要研究结果如下：（1） 开都河水体总氮（TN） 和总磷（TP） 含量分别为 0.75 mg·L-1和 0.036mg·L-1， TN:TP 为 22.8。 沉积物中 N 和 P 含量分别为 2.50 mg·g-1和 0.71 mg·g-1，N:P 的平均值为 3.25。 与十几年前的有关监测结果相比， 开都河水体 TN、 TP 含量明显减少， 这可能与近年来当地政府实施更严格的环保政策以及推动农牧业绿色生产方式密切相关。（2） 开都河流域水生植物叶碳（C） 、 N、 P 含量分别为 406.6、 24.9 和 2.49mg·g-1， C:N 和 C:P 分别为 19.1 和 236.7， N:P 为 12.6。 C 与 N、 N 与 P 之间存在显著正相关关系； 开都河流域水生植物 N~Pα异速生长关系的幂指数α为 0.66， 与全球陆生植物相近， 表明开都河流域水生植物与全球陆生植物具有一致的 N、 P异速分配模式。（3） 沉水植物叶 C 含量（381.3 mg·g-1） 显著低于挺水植物（416.3 mg·g-1）和浮叶植物（424.3 mg·g-1） ， 沉水植物叶 N、 P 含量最高（分别为 26.0 和 2.90mg·g-1） 。 不同生活型水生植物的叶 C:N、 C:P 均不存在显著差异， 但浮叶植物叶 N:P（19.2） 显著高于挺水植物（12.9） 和沉水植物（10.3） ， 表明浮叶植物可能比其他两类植物更易受 P 限制。（4） 水生植物、 沉积物和水体 N 含量的空间分布格局一致， 表现为上游水生植物叶、 沉积物和水体 N 含量均高于下游； 草地区河段水生植物叶、 沉积物和水体 N 含量高于耕地区和未利用荒地区。 上下游以及不同土地利用类型差异对水体和沉积物 P 含量的影响不明显。（5） 开都河水生植物叶 C 含量不随纬度、 海拔、 年均温（MAT） 和年均降水（MAP） 变化。 叶 N 和叶 P 随纬度和海拔的增加而增加， N:P 随纬度的增加而增加； 叶 N 和叶 P 随 MAT 的降低和 MAP 的增加而显著增加。 叶 N:P 与海拔之间不存在显著的线性关系， 随 MAT 的降低和 MAP 的增多而降低。（6） 叶 C 含量与水体和沉积物各指标之间均不存在显著相关性； 叶 N 和叶P 含量与水体 pH 呈显著负相关关系， 叶 P 含量与水体 N 含量之间存在显著正相关关系； 叶 N 和叶 P 含量随沉积物 C、 N 含量的增加而显著增加。（7） 通过运用一般线性模型， 对开都河流域水生植物生态化学计量特征主要驱动力进行研究发现： 叶 C 含量仅受生活型影响， 解释度为 18.11%； 降水是对水生植物叶 N、 P 解释度最高的环境因子， 解释度分别为 8.02%和 6.28%。本研究首次系统地报道了开都河水生态系统（水生植物、 水体和沉积物） 中C、 N、 P 的化学计量特征， 并探讨了其与人类活动的可能关联。 本研究结果有助于促进人们对高山或干旱区河流生态系统的 N、 P 循环特征及其对全球环境变化响应的理解， 也为新疆地区水生生态系统生物地球化学循环的研究提供了基础数据和参考案例
Nitrogen input and microbial nitrogen fixation in canopy of Haloxylon ammodendron and Haloxylon persicum in Gurbantungut Desert
No full text干旱区的水分和养分相对匮乏，雨水是干旱区植物水分和养分的重要来源，氮素作为植物生长发育最重要的元素之一， 雨水微量氮素输入在干旱区植物的生长发育中发挥着重要作用， 了解植物获取氮素的来源对干旱区植物的保护与恢复意义重大。本研究通过文献分析研究区氮沉降的变化， 定期采集植物和雨水样本， 结合乙炔还原法（ARA） 、 TTC（2， 3， 5－三苯基氯化四氮唑） 法等方法， 测定古尔班通古特沙漠南缘梭梭与白梭梭枝条中的 N/P、 雨水经植物冠层后水分分配量和养分含量的变化特征、 梭梭冠层和土壤的固氮作用以及植物根系的活性，为干旱区植物获取氮素方式的多样性、维护植物自身稳定的生长发育以及干旱区植物氮素平衡提供理论依据和数据支持。研究结论如下：（1）随着人类活动的加剧，受人类活动影响较大的区域氮沉降基本高于受人活动影响较小的区域， 荒漠-绿洲农田生态系统的沉降量也有所增加。 虽然研究区氮沉降量有所增加，但是梭梭与白梭梭 N/P 均小于 14，依旧表现为 N 受限；就整体规律而言， 4-9 月份梭梭与白梭梭 N/P 呈现先增加后减少、再增加再减少的趋势，差异并不显著，说明植物处在一种较为稳定的 N 受限生长状态。（2）雨水在经过植物冠层后会实现水分和养分的分配。自然状态下， 梭梭与白梭梭形成树干茎流的最低降雨量理论值分别为 2.04 mm、 2.13 mm；树干茎流量、穿透雨量、截留雨量与降雨量都存在显著的正相关关系。 截留雨所占比例会随着降雨量的增加而减少，树干茎流和穿透雨比例则随着降雨量的增加而增加；并且随着降雨量的不断增加，最终， 梭梭与白梭梭树干茎流、穿透雨、截留雨会分别达到 13.1%、 57.24%、 30.59%和 4.46%、 86%、 4.27%的理论比例。雨水在经过冠层后， TN、 TP、 NH4+-N、 NO3--N、 NO2--N 浓度增加，但 TP、NO3--N 出现了穿透雨浓度小于雨水的现象。除 NH4+-N 外，各离子的月输入量与雨水中的离子相比均有所增加；雨水在经过梭梭与白梭梭冠层后 TN 输入量均增加 2 倍左右，且单位面积净增加量分别为 10.000 kg N· hm-2、 7.761 kgN· hm-2，即通过冠层流向土壤中氮的来源有超过一半以上是未知的。（3） 在干燥处理、自然状态、加湿处理三种处理下，野外和实验站内的梭梭枝条的乙烯产量差异均不显著；野外多年生梭梭乙烯产量表现为加湿处理>自然状态>干燥处理， 与站内两年生梭梭三种处理下的乙烯产量规律并不一致，但都能证明固氮微生物确实在发挥作用。通过室内八种处理探究土壤固氮微生物活性的影响因素，发现施加无氮营养液、湿润条件下乙烯产量显著增加；在干燥环境下，土壤固氮微生物活性都较低，野外土壤固氮菌随着土壤湿度的增加而增加也很好证明了固氮微生物活性受水分影响较大。（4）雨水经过植物冠层后输入的氮素和水分会对植物根系产生或多或少的影响。其中， 梭梭与白梭梭根凸数量均未表现出一定的规律性，这种不规律性也很好的证明了植物根系对环境变化的适应性； 梭梭与白梭梭根系活性均表现为先增加后减小的变化趋势，相比较而言，白梭梭变幅更小，差异性更加不显著。 7、 8 月份根系活性增强， 说明植物从浅层土壤中吸收的养分会有所增加
Population estimation and habitat suitability assessment of Equus hemionus hemionus in the Mt. Kalamaili Ungulate Nature Reserve in Xinjiang
No full text蒙古野驴（Equus hemionus hemionus） 是亚洲内陆荒漠、 半荒漠及荒漠草原区域的代表性物种， 开展其种群数量调查与适宜生境研究可以为该物种的保护管理提供科学决策依据。 作者于 2018 和 2019 年每年春（4-5 月） 、 夏（6-8 月） 、秋（9-10 月） 三个季节， 采用样线法对新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区蒙古野驴的地理分布现状和种群数量开展了调查， 每次调查样线设置一致， 调查样线涵盖了保护区所有地貌和植被类型。 2 年共观察到蒙古野驴 1066 群， 7436匹蒙古野驴个体。全年平均群大小为 6.98±0.45 匹， 平均遇见率为 0.21±0.03 群/km（95%置信区间为 0.15~0.29 群/km） 。 研究区内蒙古野驴多集小群， 平均群大小分别为： 春季： 8.46±1.28 匹； 夏季： 6.66±0.59 匹； 秋季： 7.40±0.77 匹。 采用Distance 7.0 软件估算了蒙古野驴的种群密度和数量， 根据最小 AIC 原理选择最优拟合函数， 得到夏季蒙古野驴的种群密度为 0.48±0.085 匹/km2， 以此估算保护区内种蒙古野驴群数量为 3246±575 匹。借助 ArcGIS 软件通过 MaxEnt 模型分析了其中 363 个有效分布位点， 结合筛选后的 12 个环境变量， 构建了物种分布模型， 对该保护区蒙古野驴生境适宜性进行了评价， 得到了适宜生境的分布范围及其主要影响因子。 结果表明夏季蒙古野驴适宜生境主要位于保护区中东部， 面积为 6737.5 km2， 占整个保护区的45.4%， 其中最适宜生境分为四个区域， 面积共计 1108.6 km2。 Jackknife 检验结果表明影响蒙古野驴分布的关键环境因子依次为距水源点距离、 植被类型、 距人类活动区距离、 距 G216 国道距离、 海拔和最干季降水量。 基于本研究结果， 作者从水源点保护、 保护区功能区划调整以及野生动物通道有效性监测等方面， 对蒙古野驴种群的保护管理提出了建议
