Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Study of drought characteristics in the arid zones of Central Asia over the last 50 years
No full text亚洲中部地区是具有半干旱干旱气候且水资源严重短缺的典型区域。在全球变暖和人类活动日益加剧的背景下，亚洲中部地区干旱频发，对该地区农业、畜牧业、水资源管理、经济发展及人类健康造成不可忽视的影响。干旱事件识别及干旱特征的定量化分析对于研究不同时空尺度的干旱空间格局及时间变化、制定适当的干旱灾害预防和减灾措施都十分重要。同时，干旱事件的识别及其特征的描述也是了解干旱事件的关键方法之一。然而，因为干旱和干旱特征自身的复杂性及干旱影响的广泛性以及该地区干旱监测数据的有限性导致亚洲中部地区的干旱监测研究十分有限，干旱特征尚不清楚。基于以上背景，本文旨在通过以下两个方面研究亚洲中部干旱区的干旱特征：一方面是基于标准化降水蒸散指数（SPEI） 分别使用传统游程理论方法和新提出的三维聚类算法识别研究区干旱事件并定量化描述其特征。另一方面，采用约束最优加权法和基于多遥感变量的最小误差迭代法等手段建立基于多遥感变量的农业干旱监测指标—最优比例干旱状态指数（OSDCI）， 以期为亚洲中部地区的农业干旱监测提供方法支撑。本论文的主要内容总结如下：首先，在 3 个月、 6 个月和 12 个月的时间尺度上，利用游程理论和 SPEI 干旱指数识别干旱事件并分析干旱发生频次、持续时间、严重程度、强度和频发季节等。结合主成分分析（PCA）和 Varimax旋转法将亚洲中部地区划分为具有相似干旱特征的子区域；利用 Sen’s 坡度法和改良的 Mann-Kendall 方法（MMK）研究干旱趋势； 应用小波分析研究干旱周期以及干旱变化与大尺度气候模式之间可能存在的联系。结果表明： 亚洲中部地区的干旱特征时空变化大。在 1966-2015 期间，亚洲中部地区呈现整体湿润的趋势，但自 2003 年以来呈现较为明显的转干现象。亚洲中部的干旱存在较为明显的 16-64个月的周期性振荡且其干旱变化与 ENSO 的强度密切相关。其次，基于 1966 年 1 月至 2015 年 12 月期间 3 个月时间尺度的 SPEI，提出基于三维聚类算法的干旱事件识别和干旱特征描述体系，并应用于研究亚洲中部地区干旱的时空结构和动态特征。在经度-纬度-时间三维空间内，识别干旱事件并定量化分析干旱特征（如干旱严重程度、强度、干旱影响地区、质心和移动轨迹等）。结果表明， 亚洲中部地区干旱持续时间大多为 3 至 5 个月，其移动轨迹具有明显的东西方向性。长期干旱事件具有多峰特征。此外， 亚洲中部地区易发生春旱和夏旱。第三，提出了新的遥感降水产品误差成分评估体系，并将其应用于评估广泛使用的八种卫星降水反演产品（SPE），为干旱监测和其他应用提供科学的数据选择依据。为比较研究不同算法中的地面站点校正算法的有效性，八种产品同时包含了纯卫星降水反演产品和经过地面站点校正的卫星降水反演产品。结果表明，经过地面站点校正的卫星降水反演产品 GSMaP_Gauge 数据集在中亚具有最佳的表现，是遥感干旱监测的首选降水数据。其他数据集存在不同误差，表现相对较差，如对下垫面冻土和大型水体的高敏感性、显著的高程依赖误差等。最后， 在考虑降水与植被响应之间的滞后时间、最优权重以及干旱严重性等级重分类等方面的基础上，利用 GSMaP_Gauge 降水数据集以及 MODIS 提供的地表温度和归一化差值植被指数数据集，构建农业干旱遥感监测指数-最优比例干旱状态指数（OSDCI）。结果发现， OSDCI在描述农业干旱的空间格局和时间变化方面表现较好。 OSDCI 为基于遥感的高分辨率农业干旱监测提供了有效的监测工具
Soil Water and Heat Characteristics of Oasis Cotton Field under Predictive Irrigation Based on RZWQM2 Model
No full text土壤水热条件是影响作物生长发育的重要生态因子之一，不同灌溉制度及灌溉方式下的土壤水热状况不同，进而对土壤水热运移分布产生影响。为了探讨新疆策勒绿洲地区基于 RZWQM2 模型（根区水质模型）的新型预报式灌溉条件下的棉田土壤水热特征，研究预报式灌溉系统下的节水效果。本研究在策勒绿洲地区进行了三年(2016~2018)的田间试验，设置了 2 种灌水模式：基于计算机模型的预报灌溉与基于土壤墒情的灌溉，每种灌水模式设置 2 种灌溉梯度：充分灌溉(100%)和非充分灌溉(75%的充分灌溉)。首先对两种灌溉制度进行田间实验对比，突出新型预报式灌溉的优势，其次着重对新型预报式灌溉进行研究，利用田间实测数据对模型进行率定与验证，并利用十年的气象数据输入 RZWQM2 模型模拟田间变量，并与传统漫灌进行了长期的对比研究。得出以下结论：（1）不同灌溉处理的作物产量在一定范围内随灌溉量的增加而增加，预报充分的产量较预报亏缺，墒情充分，墒情亏缺分别提高 13.7%、 12.1%、 47.6%。水分利用效率表现为预报亏缺最高，且产量与预报充分的产量无显著差异。本结果表明，预报亏缺灌溉与其他 3 种灌溉方式相比，可达到节水增产的目的。因此该灌溉方式可为农业节水增产提供科学依据。（2）根据实测土壤水分、温度、株高、叶面积指数、生物量和作物产量数据对 RZWQM2 模型进行了率定与验证。结果表明：除深层土壤含水量模拟效果略差些外，土壤含水量总体模拟效果较好。模型对土壤温度、生物量和产量的模拟效果均较好，模拟值与实测值能够较好的吻合，尤其是对生物量与产量的模拟，PBIAS 分别在-22.9%~20%， -3.8 %~10%之间； IOA≥0.94。 本研究表明 RZWQM2模型能够较准确地模拟绿洲棉田的土壤水分、温度、生物量和产量，有助于准确的评估绿洲作物水分胁迫状况，从而提高预报系统的精确性， 从而为使用该模型指导农业管理以实现节水增产的目标提供科学依据。（3）利用 RZWQM2 模型对田间变量进行了长期模拟，分析了土壤水热变化特征，结果表明： 2006~2015 年的土壤水分、温度、冠层温度变化不明显，蒸散发有下降的趋势。预报灌溉相比于传统漫灌有所减产，但却能节约较多的灌溉用水，这对新疆干旱地区的水资源管理具有一定的指导意义。综上，基于 RZWQM2 模型新型预报式灌溉相比于墒情灌溉在节约水资源的同时增加作物产量，且相比于传统的大田经验漫灌能够在策勒绿洲缺水地区节约较多田间用水。同时，能够实现自动化灌溉，可节约劳动成本和时间成本。但在RZWQM2 模型在模拟产量的精度方面有待完善与提高
Characterization and Simulation of Long-Term Seasonal Climate and its Impact on Runoff of Kharkhiraa River in Western Mongolia
No full text自十二世纪中叶以来，气候变化一直是人们热议的话题。然而，气候变化的程度因地而异，并且通常以所观测到的几十年尺度的气候因子特征来评估。积雪和冰川融化是河流径流的主要补给，然而，除了评估冰川融化和积雪覆盖，精确估计降雨量对于冰川物质平衡、河流径流等水文过程，以及干旱和洪水监测等也至关重要。本研究拟通过分析长期气候和径流数据(主要包括 1975-2015 年的日平均气温、总降水量和日平均径流) ，评估气候变化对蒙古西部哈尔西拉河径流的影响。运用回归分析和路径分析，分析了区域气候的年际和季节变化及其对河流径流的直接和间接影响。此外，用相关分析探讨了实测径流与模拟径流之间的关系，同时通过 ANN 模型进行了模拟，并将模拟结果用于敏感性分析。结果表明，从 1975 年到 2015 年，年日平均气温显著增加 2.85℃，其中冬季增加 4.22℃，春季增加 4.79℃，秋季增加 1. 63℃。相比之下，研究期间年降水量总量显著减少了 20.91 mm，其中夏季减少量最多（25.78mm）。在 1975-2015 年间，日平均径流量减少 0.13m3 s-1，其中夏季减少量最大（1.35 m3 s-1），这与降水的长期变化有直接关系，并间接受哈尔西拉河流域的温度影响。降水对冬季和夏季径流的影响比其他季节更为明显。同样，路径分析也表明，除冬季外，年际、冬季和夏季降水对日平均径流的直接影响比年际和季节的日平均气温更明显。此外，模型精度分析（包括 R2、纳什效率系数(NSE)，百分比偏差(PBIAS)，均方根误差与实测数据标准差之比(RSR)）结果显示， R2 在年尺度和季节尺度（春、夏秋、冬）分别为 0.99、 0.98、 0.99、 0.99 和 0.99，这表明观测值与人工神经网络模拟值的具有较好的一致性。每月径流校正和验证的 NSE值为 NSE=0.99-0.99，校正和验证的 RSR 值分别为 0.051-0. 041。然而，在过去 40 年的数据中，校准和验证结果的 PBIAS 值在-0.041%到 1.892%之间不等。总体而言，河流径流的人工神经网络模型模拟结果与观测值一致，均以趋势（NSE），残差变化（RSR）和平均幅度（PBIAS）表示。 从敏感性分析结果可以看出，在 T + 2°C， T +2°C和 P + 10％， T +2°C 和 P-10％的情景下，模拟结果表明，在 T + 2°C， T +2°C和 P + 10％， T +2°C 和 P-10％的情景下，年径流量变化范围为 0.73％~0.74％，秋季径流量变化范围为 0.83％~0.88％，夏季为 1.93％~2.03％，冬季为 3.70％~4.12％。这一结果表明，本研究中所有情景对温度和降水扰动都不敏感。由此可见，总降水量对哈尔西拉河产流的影响远大于日平均气温对产流的影响。这些结果对气候变化情景下河流流量的管理和预测具有重要的现实意义。此外，未来应该进一步研究关于哈尔西拉河流域蓄水或建立水库等集水措施的研究
Response of N2O Emission to Nitrogen and Phosphorus Addition in Alpine Grassland of North Slope in the middle of Kunlun Mountain
No full text氮、磷等养分添加是提高草地生态系统生产力的重要策略，且已经成为管理草地生产的一种重要方式。 如何在提高草地生产力，实现养分有效利用的同时减少温室气体的排放而不增加相应的环境负担，是草地生态系统管理当中亟需解决的问题。本研究以南疆昆仑山中段北坡高山草地为研究对象，依托昆仑山中段北坡国家级草原固定观测点，设置了包括氮磷添加、氮水平和氮形态的三个子试验。在各个试验中，应用静态暗箱-气象色谱法观测了不同氮磷处理下 2017 年生长季草地土壤氧化亚氮（N2O）的排放特征，并通过连续监测土壤和气象等环境因子的动态变化，初步探讨了南疆昆仑山北坡高山草地 N2O 排放的影响因子和特征。主要研究结果如下：（1）在氮磷添加试验中，共设置了单施氮肥（N： 16 g N m-2 y-1）、 单施磷肥（P ： 3 g P m-2 y-1）、 氮磷混施（N+P： 16 g N m-2 y-1+3 g P m-2 y-1 ）以及不施肥对照 4 个处理。 N 与 N+P 处理在施肥后约三周引起显著的土壤 N2O 排放峰，分别为 42.3 和 15.4 g N2O-N ha-1d-1； P 处理与 CK 则没有明显排放峰。与其他处理相比， N 处理显著增加了生长季 N2O 排放通量 1.8 - 3.2 倍，而 P 以及 N+P 处理与 CK 之间没有显著差异。 Pearson 相关分析结果表明： N2O 排放与微生物生物量碳（MBC） 呈负相关，与溶解性有机碳（DOC）、 pH 呈正相关，而与其他环境因子不显著。（2）在氮水平试验中，共设置了 1， 3， 6， 12， 24 g N m-2 y-1 5 个处理。 各处理（N24、 N12、 N6、 N3、 N1）在施肥约三周后引起显著的 N2O 排放峰，且随施 N 量增加排放峰有逐渐增加的趋势。与其他处理相比，高氮（N24、 N12）显著增加了生长季 N2O 排放通量，而低氮（N6、 N3、 N1）处理之间并没有显著差异。 生长季土壤 N2O 排放通量随施氮量增加呈线性（一次函数） 增加。 Pearson相关分析结果表明： N2O 排放与微生物生物量碳（MBC）、 WFPS、气温呈负相关，与溶解性有机碳（DOC）、 pH 呈正相关，而与其他环境因子不显著。（3）在氮形态试验中， 施氮量均为 16 g N m-2 y-1，分别设置了 5 个不同硝态氮：铵态氮配比（100:0， 75:25， 50:50， 25:75， 0:100），其中硝态氮和铵态氮分别以硝酸钾和氯化铵形式添加。 各个施氮处理在生长季并未引起明显的 N2O排放峰，且各处理间的生长季 N2O 排放通量并没有显著差异。表明本试验条件下，氮形态对草地土壤 N2O 的排放没有显著影响。 Pearson 相关分析结果表明：N2O 排放与环境变量没有显著相关性
Analysis of the Effects of Human Activities on temperature and precipitation in China Based on CMIP5 models
No full text工业革命以来， 由气候变化导致的一系列环境问题， 给人类社会造成了严重的不利影响和后果。 全球气候变化是由自然因素和人为因素共同作用形成的， 人为因素主要通过气溶胶、 温室气体排放、 土地利用变化这三种人类活动影响大尺度的气候变化。 本研究基于第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)全球气候模式的单因子历史试验数据， 采用线性趋势分析、 经验正交函数(EOF)方法， 从时间和空间维度上分析了 1860-2000 年间三种主要人类活动（气溶胶 AA、 温室气体GHG、 土地利用变化 LUCC） 影响下的中国区域气温和降水的时空变化特征， 结果表明：（1） 中国区域的气溶胶光学厚度(AOD)整体呈现出显著增加的趋势(0.09504/100a)， AOD 的增加趋势以胡焕庸线为界呈现出“东高西低”的空间分布格局， 并且二十世纪以后 AOD 的增加趋势显著大于二十世纪以前的趋势； 中国区域温室气体整体呈现出显著增加的趋势(49.9 ppm/100a)， 并且二十世纪中叶以后温室气体的增加趋势远远大于二十世纪中叶以前的增加趋势； 中国区域耕地面积比例整体呈现出显著增加的趋势(4.1%/100a)， 增加趋势呈现出“东高西低”的空间分布格局， 二十世纪中叶以前中国的耕地面积呈现出显著增加的趋势， 但是二十世纪中叶以后， 中国的耕地面积呈现出显著减少的趋势。（2） 在气溶胶单因子的驱动下， 中国区域的年均气温呈现出显著降低的趋势(0.763 ℃/100a)， 四川盆地、 内蒙古西部与中国西北地区的气温降低趋势最为明显， 并且平均日最高气温、 平均日最低气温、 暖昼日数、 暖夜日数都呈现出显著降低的趋势， 冷昼日数和冷夜日数呈现出显著上升的趋势； 在温室气体单因子的驱动下， 中国区域的年均气温呈现出显著上升的趋势(1.11 ℃/100a)， 上升趋势呈现出“西高东低”的空间分布格局， 气温上升趋势的高值区为青藏高原、 北大荒与西北地区， 华南地区的上升趋势较低， 并且平均日最高气温、 平均日最低气温、暖昼日数、 暖夜日数都呈现出显著上升的趋势， 冷昼日数和冷夜日数呈现出显著降低的趋势； 在土地利用变化单因子的驱动下， 中国区域的年均气温整体呈现出显著降低的趋势(0.1125 ℃/100a)， 中国大部分区域温度整体呈现出显著降低的趋势， 仅有 0.3%区域的温度呈显著上升的趋势， 并且中国区域的平均日最高气温和暖昼日数整体呈现出显著降低的趋势。（3） 气溶胶排放增多抑制了中国的降水， 在气溶胶单因子的驱动下， 中国区域的年均降水量呈显著减少的趋势(48.13 mm/100a)， 中国大部分区域的降水呈显著减少的趋势， 其中东南部、 四川盆地以及青藏高原东南部是降水减少最明显的区域， 西北地区降水减少趋势较弱， 降水日数、 弱降水日数以及平均日降水强度、弱降水平均日降水强度呈现出显著减少的趋势； 在温室气体单因子的驱动下，中国区域的年均降水量呈现出显著增加的趋势(32.22 mm/100a)， 中国东部与青藏高原地区降水增加趋势较高， 降水日数、 弱降水日数以及平均日降水强度、 弱降水平均日降水强度、 强降水平均日降水强度都呈现出显著上升的趋势； 在土地利用变化单因子的驱动下， 中国区域的年均降水呈现出显著减少的趋势(9.34mm/100a)， 中国大部分区域的降水呈显著减少的趋势， 降水呈降低趋势的区域主要分布在中国南方地区、 内蒙古与东北地区， 降水呈上升趋势的区域主要分布在中原地区、 北大荒地区、 四川盆地、 青藏高原以及山东半岛地区， 在二十世纪中叶以后， 中国区域的降水日数、 弱降水日数以及平均日降水强度、 弱降水平均日降水强度都呈显著减少的趋势
The Research on Grain Size Characteristics and Sedimentary Environment Change of Bosten Lake in Xinjiang
No full text湖泊作为地球水圈的重要组成部分，是地球生物生存的重要场所也是人类生产发展的重要资源，湖泊沉积物在湖泊形成、发展过程中包含了丰富物质信息、环境信息以及人类活动等重要信息，沉积物粒度作为湖泊沉积物重要组成部分，其颗粒大小受到物源、搬运介质、沉积动力等因素影响，是研究区域环境变化的重要环境指标。本研究以博斯腾湖沉积物粒度作为研究对象，利用 Kriging 插值法分析了博斯腾湖表层沉积物粒度变化特征，分析了表层粒度参数变化， 并探讨了表层沉积物粒度反映的沉积环境变化；通过 210Pb 测年建立了博斯腾湖岩芯沉积年代序列，据此分析了沉积物粒度时间变化特征， 并用粒径-标准偏差法提取了岩芯沉积物粒度对环境较为敏感的粒级组分， 与器测数据进行比较， 由此揭示敏感粒级组分所反映的研究区环境演化历史， 为区域环境演化以及中亚环境演变历史的研究提供理论依据。 主要结论如下：（1）博斯腾湖表层沉积物粒度及参数特征： 位于河口附近的沉积物粒度以粗颗粒为主，位于开阔湖区的沉积物粒度以细颗粒为主。 表层沉积物粒度以黏土质和细粉砂质为主，占了总体的 61.92%，砂质组分含量最低。 平均粒径范围为 7.35～28.12 μm，平均值为 13.03μm，分选系数数值高值区出现在西岸湖区和南岸湖区中部左右，低值区集中在东岸湖区和西南岸，总体由西北向西南、向东降低。偏态由湖中心对称向东西两岸的负偏态变化，并且负偏态增强，湖泊西岸负偏态最强， 峰态以尖峰态为主。（2） 博斯腾湖表层沉积物粒度所反映的沉积动力与沉积环境： 沉积物主要受控于河流流水作用、湖水动力和湖泊水深的影响。位于河口附近的沉积物粒度在河流的搬运作用下，巨大的势能将河流沿岸碎屑物搬运入湖，附近湖水较浅，水动力较强，湖床较为平坦，较粗颗粒沉积在河口附近。 湖区西南岸湿地分布着大量的芦苇，对湖泊水动力起到削弱作用，因此沉积物以细颗粒为主。湖区南岸等深线较为密集，湖床较陡，粗颗粒不易沉积下来，因此黏土质含量较多。湖区东岸远离河口，沉积动力较弱，细粉砂质含量较为丰富。 平均粒径变化特征反映了湖区的西岸和西北岸沉积动力最强，总体上沉积动力由西向东、由西北向西南逐渐减小。（3）博斯腾湖岩芯沉积物粒度特征： 沉积物粒度以细粉砂质（4～16 μm）为主； 中粉砂质（16～32 μm） 在 1～25 cm 沉积物粒度较为稳定， 但在 26～41cm 出现了极大的波动性； 沉积物中值粒径受控于粗粉砂质（32～64 μm） 含量的变化。（4） 博斯腾湖岩芯沉积物粒度反映的沉积环境变化及其揭示的环境意义：通过 210Pb 测年得到博斯腾湖沉积物岩芯底部（41cm）沉积年代为 1868 AD，平均沉积速率为 0.21 g/(cm2·a)。 通过粒径-标准偏差法提取的敏感组分 C2（粒径范围 7.59～22.91 μm）与气测数据具有一定的相关性，由此揭示了博斯腾湖过去 150年的湖泊水位变化历史。其中 1910～1930 年低水位时期反映了区域性干旱事件。因此， 湖泊水位作为湖泊沉积粒度变化的低频影响因子，可以通过湖泊沉积物中环境敏感组分的含量重建过去博斯腾湖水位的波动历史，为研究湖泊的历史变化规律及其影响因素提供一种新的途径
Effect of Water and Fertilizer Management on N2O Production and Emission from Cotton Fields in Arid Region of Northwest China
No full text氧化亚氮（N2O）是最重要的温室气体之一，其中 66%的人为 N2O 排放来自于农业生态系统。灌溉和施肥是保证干旱区作物生产最重要的两个因子，但全球尺度上灌溉方式对农田 N2O 排放的影响没有统一定论， 灌溉和施肥等管理措施对西北干旱区棉田 N2O 排放的综合影响及其影响机制尚不明确， 水分、 肥料类型及施肥位置对 N2O 排放及其与剖面 N2O 之间的关系尚不清楚，为制定合理的干旱区棉田水肥管理措施带来了困扰。本研究基于 Meta 分析的方法探讨不同灌溉方式对世界农业 N2O 排放的影响；以干旱区典型绿洲棉田为对象，研究灌溉方式（传统漫灌/滴灌）和肥料类型（有机肥/尿素）对西北干旱区棉田 N2O 排放的综合影响；利用自主设计的原位剖面气体采集系统，揭示水肥管理对干旱区棉田 N2O 产生和排放的影响机制；基于室内培养实验，揭示水分、肥料类型及施肥位置对干旱区棉田土壤 N2O 产生和排放的影响；基于长期观测数据，分析长期水肥投入对棉花产量和土壤质量的影响，在探明水肥管理对干旱区棉田 N2O产生和排放的影响机制的同时制定权衡棉花生产和控制 N2O 排放的水肥管理措施。研究结果表明： 1） Meta 分析结果表明， 全球尺度上看，滴灌较漫灌和喷灌降低了 43.50% 和 44.40% 的 N2O 排放；滴灌农业平均 N2O 排放因子（EF） 为0.30%，远低于 IPCC 参考值 1%， 但不同气候区域、作物类型、土壤特征及肥料因素等多个因素都显著影响了滴灌农业的 EF（P < 0.05）； 滴灌农业 N2O 排放随施氮量呈二项式增加，但其对施肥量增加的响应低于 Shcherbak 等(2014)对全球陆地作物的拟合结果；这意味着对特定区域特定作物的 N2O 监测有助于提高 N2O排放估算的精度以及制定更合理的农业管理措施。2）干旱区棉田 N2O 生长季累积排放量和排放因子较低，分别为 72-506 gN2O-N ha-1 和 0.04-0.15 %；与对照相比，施用不同类型氮肥（240 kg N ha-1）均显著增加了棉花产量和氮吸收量，但也增加了 N2O 排放量；与漫灌相比，滴灌增加了棉花产量或与之持平，但也增加了 N2O 排放量或与之持平；有机肥处理增加 N2O 排放主要是因为其提供了大量的有机碳促进了硝化和反硝化速率，在有机碳含量较低的干旱区棉田使用有机肥有增加 N2O 排放的潜在风险。3）西北干旱区棉田 N2O 排放较低是因为土壤 N2O 产生较少； 0-5 cm 土层贡献了 87-100%的地表 N2O 排放量；肥料和灌溉处理分别显著（P < 0.05） 影响了 5 和 15cm 土壤层 N2O 浓度； 5 cm 土层 N2O 浓度与温度显著（P < 0.05） 负相关，与 0-20 cm 土壤 NH4+-N 显著（P < 0.05） 正相关， 意味着硝化过程可能是地表 N2O 排放的主要来源。4）培养实验结果表明，氮肥深施有助于降低氮肥以 N2O 形态损失的风险；高效氮肥降低了剖面 N2O 的产生和累积；高土壤水分增加了土壤剖面 N2O 的积累但降低了地表排放； 44%土壤孔隙含水量（WFPS）下 N2O 排放量随剖面 N2O累积量指数增加， 77% WFPS 下二者没有显著相关关系。这意味着使用高效氮肥能有效降低 N2O 的累积，而灌溉引起的 N 素在土壤剖面上的下移能降低 N 素以N2O 形式的损失。5） 高肥料投入棉田产量是低肥料投入和不施肥棉田的 1.4 和 7.3 倍。 土壤有机碳、全氮、 有效磷含量以及碳氮比会随肥料投入年限的增加趋于稳定，其稳定值随施肥强度增加而增加；稳定后不施肥棉田土壤有效氮含量低于原生沙漠，施肥棉田土壤有效磷显著高于不施肥和原生沙漠。这意味着施肥是保证棉花稳产的关键因素，合适比例的 C:N:P 有机肥有稳产减排的潜力。全球尺度上滴灌较传统灌溉方式降低近 44.0%的全球 N2O 排放，但在西北干旱区棉田生产中滴灌并没有显示出有效的减排作用； 西北干旱区棉田 N2O 排放量及排放因子均处于较低水平，这主要与该地区土壤有机质含量较低、风沙土保水能力差等有关； 权衡棉花产量、水肥投入及 N2O 减排压力，推荐西北干旱区棉花生产中采用灌溉方式为滴灌，肥料类型为化肥+有机肥。 鉴于硝化过程可能是该地区棉田土壤 N2O 排放的主要来源，使用硝态氮肥作为干旱区棉花生产的化肥来源可能有进一步减排的潜力； 同时高效氮肥、 氮肥深施以及施用合适C:N:P 的有机肥等有降低该地区 N2O 排放的潜力，但这些措施需要进一步大田实验加以验证
Hydrological segmentation and temporal and spatial variation characteristics of evapotranspiration of Populus euphratica forest in the main stream of Tarim River basin
No full text蒸散发作为下垫面水分耗散的途径之一， 是流域水循环研究的重点，特别是在极端干旱区， 蒸散发作为水分耗散的主要过程， 在联系地下水与地表水之间交换，维持植被生长等方面起到重要的作用。 如何实现对蒸散发过程水分来源的定量识别与分割一直是陆面水文过程研究的难点和挑战。因分馏作用在蒸发过程与蒸腾过程之间的不同作用造成两者水分稳定同位素组成存在差异，应用稳定同位素技术对不同水文循环过程中水分运动和变化规律进行追踪和模拟成为可能。作为混合水源库的土壤水与地下水、地表径流通过入渗、蒸散发作用构成完整的流域水文循环过程。研究陆地表层蒸散发的时空变化特征，定量区分流域蒸散发的组成， 揭示陆面蒸散发过程的水分来源和蒸散发过程与下垫面之间的水力联系，可为大尺度区域生态水文过程模拟的参数化与数据融合提供重要依据。本研究基于大型 Lysimeter 与流域监测平台， 通过陆地表层蒸散发的地面观测与稳定同位素示踪试验，研究胡杨蒸腾耗水的多源性水源分割， 分析胡杨林蒸散发的时空变化规律，区分区域蒸腾/蒸散的组成，阐明胡杨蒸腾过程与土壤水之间的水力联系与相互作用机理，为塔河实现水资源优化配置和生态建设提供依据。 主要结论如下：（1）降水、植物水和土壤水等不同水源稳定同位素组成存在较大差异。塔里木河上游地区大气降水线 LMWL: D=6.93δ18O+4.35， 截距和斜率均低于全球大气降水线，这表明在塔河流域降水过程中存在明显的二次分馏现象。受气候影响不同季节降水稳定同位素组成差异明显；土壤水稳定同位素组成随土壤深度增加而逐渐贫化；深层土壤水稳定同位素组成基本不受降水影响。不同水分条件下（匮缺水分条件、适宜水分条件、充足水分条件和自然状态）胡杨林日平均蒸散发量分别为 5.29 mm/d、 4.81 mm/d、 4.06 mm/d 和 3.28 mm/d，日蒸散发量变化差异明显。胡杨林蒸发量和蒸腾量随水分条件由干转湿均呈现增加变化，其中植被蒸腾增加相比土壤蒸发更为显著。（2）胡杨林蒸散耗水受土壤干湿条件影响而变化。不同水分条件下HYDRUS 模型对胡杨林水分运移过程具有良好的模拟效果。胡杨林在不同水分条件下土壤含水量变化差异明显。灌溉条件下土壤各层含水量呈现增加变化，其中表层含水量波动最为明显。随着水分条件逐渐湿润，土壤水分入渗深度呈增加趋势同时胡杨净光合速率和蒸腾速率也出现上升变化。胡杨林蒸发量和蒸腾量随灌溉量增加而逐渐增加，其中植被蒸腾在蒸散发中所占比例逐渐升高，植被蒸腾耗水是蒸散发水分耗散的主要原因。水分条件的改变直接导致胡杨林贮水量发生变化随着水分条件由干变湿，土壤贮水量逐渐增加。在自然状态下由于受到强烈的蒸散发作用，胡杨林土壤水分呈现逐渐匮缺的变化。（3）塔里木河干流区蒸散发量空间分布差异明显。 1980 年至 2017 年间塔河干流区域蒸散发量和蒸腾量变化均呈增加趋势。多年平均蒸散发量和蒸腾量分别为 101.5 mm 和 50.9 mm，多年蒸散发量与蒸腾量的变率分别为 0.94 mm/a 和0.43 mm/a。塔河干流区域蒸散发量与蒸腾量从上游至下游呈逐渐降低的趋势。不同季节蒸散发量和蒸腾量变化差异较大，其中夏季蒸散发量与蒸腾量达到最大，而冬季则为最低。整个塔河干流区蒸散发量变率与蒸腾量变率均为正值，但在空间分布上存在明显差异。年内蒸散发量与蒸腾量变率的空间分布存在明显的季节变化特征。整个塔河干流流域多年蒸腾占比为 15.3%，春、夏、秋和冬四季塔河干流蒸腾占比分别为 16.1%、 17.4%、 14.3%和 11.2%，蒸腾占比空间分布主要受到气候条件和下垫面植被条件的影响。塔河干流各测站年径流量在过去 50 年间呈下降变化。塔河干流上游耗水量呈增加变化，中游耗水量呈减少趋势