Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Study on Spring Wheat Drought and Yield Monitoring in Kazakhstan based on Spatial and Temporal Fusion Algorithm
No full text在全球气候变化的背景下， 干旱灾害已成为当前全球范围内发生频率最高、影响范围最广、持续时间最长的自然灾害类型。在不同干旱灾害类型中，农业干旱对全球生态安全和粮食安全的影响最为直接也最为明显，严重影响社会稳定和区域经济发展。 哈萨克斯坦作为我国“丝绸之路经济带”建设的核心区域， 既是世界第六大粮食出口国和全球最大的小麦出口国，也是我国在农业粮食方面最为重要的战略合作伙伴。 因而， 进一步提高我国农业旱情遥感监测技术在中亚农情、旱情等方面的监测能力和应用水平，对于促进我国的遥感监测技术走出国门，保障我国和中亚地区粮食安全有着极为重要的现实意义。本研究首先系统梳理了当前遥感数据在农业旱情监测研究中的现状，总结了当前利用遥感卫星数据开展区域农业旱情监测研究存在的问题。在此基础上， 以Landsat 8 和 MODIS 遥感影像为基础数据源， 以遥感时空融合技术为主要研究方法， 以春小麦为研究对象，以占哈萨克斯坦小麦总产量 80%以上的北部 3 州（北哈萨克斯坦州、 库斯塔奈州和阿克莫拉州）为研究区， 重点从以下几个方面开展了研究区农业旱情的监测研究工作：（1） 根据遥感反射率时空融合模型和地表温度时空融合模型对高、低空间分辨率输入影像的要求， 首先，采用卷云波段结合遥感数据的红外波段和可见光波段光谱特征的方法去除中低空其它薄云对 Landsat 8 高空间分辨率基础输入影像的影响，以受云影响的 Landsat 8 数据为示例， 从图像去云前后 1~5 波段的视觉效果以及平均值、标准差和不同剖面反射率值变化等方面进行定性和定量分析验证去云效果。 研究结果表明，该方法可以有效弱化和消除薄云对 Landsat 8 基础输入影像的影响。 其次， 在此基础上利用基于单窗算法反演的地表温度 LST（Land Surface Temperature） 与归一化植被指数 NDVI（Normalized DifferenceVegetation Index）之间的线性关系估算了薄云覆盖区域的 LST 数据，并利用同期获取的 MODIS 地表温度产品进行交叉验证分析，结果表明估算的 LST 结果精度较高且满足研究需要。 最后，对用于遥感时空融合且受云影响的低空间分辨率MODIS 输入数据采用 YCbCr 颜色空间进行云及阴影检测， 在此基础上采用像元替换补偿的方法对 MODIS 反射率数据和地表温度数据进行像素替换去云。 结果表明， 在图像进行云影处理补偿后，其像元差异较有云影时有较大幅度降低，图像的标准差变小，表明图像的原始信息得到有效保留， 可以有效实现云影区域的去除。（2） 分别从遥感反射率融合模型中选取基于时空自适应融合模型融合方法中的代表性方法 STARFM（Spatial and Temporal Adaptive Reflectance FusionModel）、 基于线性混合模型融合方法中的代表性方法 FSDAF（Enhanced FlexibleSpatiotemporal Data Fusion） 和基于学习模型融合方法中的代表性方法 SPFMOL（spatiotemporal fusion model through one image pair learning），对研究区的遥感反射率数据进行时空融合， 从中选出最佳方法用于生成哈萨克斯坦北部 3 州 2018年春小麦关键生育期（6 月上旬至 9 月上旬）旬尺度高空间分辨率反射率遥感影像。 研究结果表明， SPFMOL 模型因其充分考虑到输入影像遥感分辨率差异并采用双层融合和逐层尺度递推的方式，结合字典训练所获得的较为丰富的纹理结构特征，因而在融合效果上要优于其它两种方法，因而本研究基于 SPFMOL 模型生成研究区春小麦关键生育期旬尺度的反射率影像数据集。（3） 针对当前地表温度时空融合模型的不足，提出一种改进型灵活的时空融合算法 EFSDAF（Enhanced Flexible Spatiotemporal Data Fusion），并与已有的STITFM 模型（Spatio-temporal Integrated Temperature Fusion Model） 和 FSDAF算法的融合结果进行比对。研究结果表明， EFSDAF 算法的融合精度和处理效率最好， 为生成研究区春小麦关键生育期旬尺度地表温度影像数据集的最优方法。在此基础上， 为获取与反射率时空融合数据相对应的 30 m 空间分辨率的旬尺度LST 数据， 采用 TUS（Temperature Unmixing with Spectral）地表温度光谱分解模型进行 LST 像元分解。同时采用升降尺度的精度验证方式，将 TUS 与最邻近法以及双线性内插法的分解结果进行比较。 研究结果表明，经过 TUS 地表温度光谱分解模型降尺度后生成的地表温度数据精度较高， 空间表现效果更接近 LST真实影像。（4） 为了构建用于研究区春小麦旱情监测的旬尺度高空间分辨率植被遥感监测指数数据集，首先，基于时空融合后生成的研究区春小麦抽穗期遥感影像，利用基于知识的面向对象分类方法准确提取了 2018 年哈萨克斯坦北部 3 州及其下属各行政区的春小麦种植面积，通过与官方统计数据进行对比分析表明，分类结果能够满足实际应用需求。 其次，基于遥感反射率时空融合模型和地表温度时空融合模型构建了研究区旬尺度高空间分辨率 NDVI， EVI（Enhanced VegetationIndex）， VTCI（Vegetation Temperature Condition Index）， TCI（TemperatureCondition Index）， VHI （Vegetation Health Index）， VCI （Vegetation Condition Index）和 SAVI（Soil Adjusted Vegetation Index） 等 7 种当前常用于农业旱情监测和作物产量估测的植被遥感监测指数数据集。最后，利用 Savitzky-Golay 滤波法、非对称高斯函数 Asymmetric Gaussian 拟合法和双 Logistic 函数拟合法对本研究所提取的高时空植被遥感监测指数进行数据重构。经过比对， S-G 滤波在多种植被遥感监测指数的处理结果均要优于其它两种方法，可用于本研究所提取的高时空分辨率植被遥感监测指数的平滑去燥。（5） 旱情是哈萨克斯坦北部 3 州春小麦产量高低变化最重要的影响因素，为了在春小麦不同生育时期以及相应时间段内提前估测获取最终精确的春小麦单产变化信息， 从而为哈萨克斯坦的农业旱情监测提供有效的技术支持。 首先，基于重构后生成的旬尺度高空间分辨率多种植被遥感监测指数分别建立了研究区旬尺度和生育期尺度的单因子、 全时段和多因子春小麦单产估算模型。 结果表明， 基于拔节期和抽穗期 VCI 指数建立的生育期尺度多因子春小麦单产估算模型的估产效果最好， 为研究区最优春小麦单产估算模型， 该模型可以有效解决当前最为常用的 MODIS 数据和 MODIS 植被指数产品 16 天合成数据应用于农作物估产和旱情监测研究时存在的空间分辨率不足和时相信息不准确等问题。其次，利用全球降雨观测计划的 GPM/IMERG 终极多星融合反演降水产品（Final Run）的逐月降水资料结合干旱监测 Z 指数方法，计算了研究区春小麦生育期不同等级的干旱空间分布特征。 结果表明， 研究区最优春小麦单产估算模型的估产结果与春小麦生育期的干旱空间分布特征具有一致性，利用该模型可以准确反映研究区春小麦在不同空间区域的受旱情况。最后， 本研究将基于拔节期和抽穗期 VCI指数所构建的遥感单产修正模型与基于研究区春小麦历史单产统计数据所构建的趋势单产模型相结合建立了综合估产模型。结果表明，综合估产模型可以提高研究区整体及其州级、区级尺度的春小麦单产估算精度， 有效实现研究区春小麦单产估算从像元尺度到研究区整体尺度的扩展，从而为当地政府农业管理和决策部门有效开展春小麦旱情和产量监测提供技术保障和数据支撑
Li absorption, distribution and chemical forms in Apocynum venetum under Li exposures
No full text锂工业的迅速发展，使大量工业废水及废弃锂电池排放到土壤中，造成土壤锂污染。罗布麻（Apocynum venetum）生长于锂丰度较高的荒漠地区，锂含量高于其伴生植物，具有富锂特性，可以用于土壤锂污染的生物修复。 另外，锂是人体必需的生命元素，从食物中获取锂是满足人体对锂需求最安全可行的方法。然而谷物和蔬菜锂含量水平较低，长期食用难于满足人体对锂的正常需求，会影响人体健康。罗布麻的富锂特性，对改善人体的锂营养也有很大的潜力。目前，植物吸收锂的机制、锂在植物中的分布定位，及锂在植物体的赋存形态并不清楚。因此阐明罗布麻锂吸收、分布、形态及生理效应，不仅为锂污染的生物修复提供理论基础，同时为调控植物体内的锂累积程度，解决人体锂缺乏问题，及保障人体健康提供理论与技术支撑。本文采用水培方法，研究不同供锂浓度对罗布麻生长的影响，并结合离子耗竭法探讨罗布麻吸收锂的机制。 并利用电感耦合等离子质谱技术（ICP-MS）及分级分离技术，分别对锂在罗布麻各器官分布及亚细胞水平的定位进行研究。同时结合连续提取法对各器官锂的化学形态进行分析。取得的主要结果如下：（1）低浓度锂能够促进植物生长。 罗布麻在锂浓度为 2.5 mg L-1 时，各器官生物量增加。 高浓度锂（≥ 50 mg L-1） 会抑制罗布麻生长。 罗布麻根系随供锂浓度的增加变细变长，而能保持根尖结构的完整性。锂对罗布麻新生叶的叶绿素含量影响不显著，而老叶叶绿素含量明显降低。并且叶尖会出现干枯，干枯症状随供锂浓度及处理时间的增加而加重。 然而锂对叶片气孔开度没有影响。（2）供锂浓度影响罗布麻对钙、钾和镁的吸收及累积。罗布麻根系在锂供应条件下，钙离子的吸收量显著增加，钙在茎中的变化不显著，叶中钙含量减少。不同的是， 罗布麻根和茎中钾含量随锂浓度的增加显著降低， 而叶中钾含量是显著增加的。 罗布麻根系镁含量减少，但受供锂浓度的影响不明显。茎中镁含量随锂浓度增加而显著增加，而叶片镁含量随供锂浓度的增加而减少。同时，罗布麻在低锂（2.5 mg L-1）浓度下，离子选择性吸收系数以及转运系数都是低于对照的， 暗示罗布麻在低锂供应下，根系细胞对锂的选择性吸收能力较钙、钾和镁都强。然而， 随供锂浓度的增加离子选择性吸收系数和运输系数的值是显著增加的， K+/Li+、 Ca2+/Li+和 Mg2+/Li+比率随锂浓度增加而减少，但不显著。表明罗布麻对 Ca2+、 K+和 Mg2+的吸收能力增加，而对锂的吸收降低。离子选择性吸收属于离子的主动吸收。同时， 锂离子吸收动力学曲线显示， 罗布麻对锂的吸收与碱金属离子钾的吸收类似，具有二相吸收特点。 呼吸抑制剂会明显降低罗布麻根系对锂的吸收，说明罗布麻对锂的吸收受能量的影响。相反，钙离子通道抑制剂的使用，对植物锂吸收的影响不显著，说明锂吸收不占用钙离子通道。（3） 锂在罗布麻器官水平的分布特点是叶>根>茎。植物根系向地上部的转运系数都在 1 以上，而且随锂浓度增加而增大。说明罗布麻根系具有较强的向上转运锂的能力。此外， 锂在成熟叶的浓度最高，其次是老叶，在新叶的含量最低。同时对单一叶片，锂在叶尖及中间部位含量较高，叶基（靠近叶柄） 含量较低。这说明，锂在罗布麻的分布可能受蒸腾流的影响。对不同植物器官进行细胞分级分离，结果显示，随供锂浓度的增加，罗布麻根、茎和叶中锂的含量都显著增加。锂在液泡中所占的比例较其它细胞器，如线粒体、叶绿体和细胞核的比例显著增加。其次是细胞壁中锂所占的比例。说明罗布麻主要将锂区隔于各器官的液泡中，其次是细胞壁。（4）随着供锂浓度的增加，不同提取态锂含量都是增加的。其中以乙醇提取态锂为主要的存在形态，其次是水溶态的锂。其中盐酸提取态、 醋酸提取态和氯化钠提取态等锂含量及比例都比较低。这说明罗布麻中锂的存在形态主要以一些醇溶性的蛋白质和氨基酸锂为主，其次是与有机酸结合的水溶性的锂。这两种形态的锂具有较高的移动性，有利于锂在植物器官的转运。同时也预示较强的毒性。总之，罗布麻根系对锂的吸收可能是一个主动的过程，吸收的锂大部分富集在植物叶片中，并且主要区隔于细胞液泡中。而且大部分的锂与醇溶性的蛋白质或氨基酸结合，易于迁移。罗布麻在外源供锂条件下，通过调节其自身对锂离子吸收和运输的选择性，保证在低浓度下锂的吸收，促进生长；同时调节体内的阳离子与锂的比率，维持细胞内离子稳态，减少高锂对罗布麻生长的抑制和毒害
GRASSLAND ECOSYSTEM MANAGEMENT IN THE SOUTHERN TAJIKISTAN UNDER CURRENT CLIMATE CHANGE
No full text塔吉克斯坦是典型的山地国家，畜牧业是其发展的重要经济支柱。塔吉克斯坦的牧场和干草场占地 380 多万公顷，天然牧草主要分布在山区，其特点是多样性高，对畜牧业的发展具有重要的战略意义，亦是牧民的主要生存资源。近年来，塔吉克斯坦牲畜存栏量急剧增加，同时受气候变化和人类活动的影响，草场退化严重，植物组分发生明显变化，优良牧草比例显著下降, 荆棘类和有毒类杂草大量滋生。草场的退化对塔吉克斯坦畜牧业的发展造成了一定的影响，因此为了了解塔吉克斯坦草场的现状，以及如何防控草场的退化， 2018 年 4 月我们选择了 17 个野外调查点，同时选择了 4 个定位点（Balkhi、 Luchob、Tabakchi、 Ziddi），对塔吉克斯坦的春、夏、秋、冬牧场进行了野外调查，并对 4 个定位点实施施肥管理， 施肥处理主要为添加氮素和磷元素，共 5 个处理，分别为 N3(添加 CO(NH2)2 - 6.5g/m2), P3(P2O5 - 6.75g/m2), N3P3(CO(NH2)2 -6.5g/m2， P2O5 - 6.75g/m2), N9P3(CO(NH2)2 - 19,5g/m2, P2O5 - 6.75g/m2) 和对照，来探讨塔吉克斯塔草场在气候变化背景下的退化现状，以及管理措施对草场退化的防控。在这项研究中，我们研究的内容是：一、不同植物区系和环境条件下主要植物种类的生物学和环境特征研究；二、确定不同环境条件下特色植物群落物种丰富度和生产力的变化程度；三、 测定施肥（N， P）影响条件下草地物种丰富度和生产力的变化；四、 不同生态条件下半萨王纳稀树草原植物群落中豆科植物物种丰富度和及其对生物生产力影响的研究。结果表明，塔吉克斯坦牧场的优势植物为： Carex pachystylis， Aegilopstriuncialis， Cynodon dactylon， Prangos pabularia 和 Geranium collinum。土壤含水量、海拔高度、土壤 NH4 显著影响塔吉克草地物种丰富度，海拔越高土壤含水量越高，物种丰富度亦越高；随着土壤 NH4+含量的增加，物种丰富度降低，说明某些物种在 N 素的竞争中占优势，造成其他物种的消失；塔吉克斯坦草场物种丰富度在 2-11 种/m2，而南部库尔干秋别地区，物种丰富度远低于其他地区，物种丰富度仅为 2-3 种/m2，主要原因是该地区 2018 年降水稀少，是近 50年来最为干旱的年份；随着海拔的升高，草地地上生物量（AGB）呈增加趋势。AGB 与土壤总氮（TN），土壤总钾（TK），土壤总磷（TP）含量呈正相关。对比围栏内外牧草地上生物量可知，围栏外显著低于围栏内；通过对 50 个牧民家庭的调查问卷调查结果显示，超过一半的被调查家庭全年在同一牧场放牧，这是塔吉克斯坦牧场退化的主要原因之一。施肥管理结果表明，土壤的 N:P<14，因此氮素是限制塔吉克牧场生长的重要元素，而添加氮素的结果亦与此相呼应，添加氮素后牧草地上生物量显著高于对照，并且 N9P3 处理牧草地上生物量最高，这种效应在降雨较多的地区(Ziddi、 Balkhi)高于降雨较少的地区(Tabakchi)。综上所述，过度放牧是塔吉克斯坦草地退化的主要因素， 年降雨量和土壤氮素含量调控牧草的地上生物量，因此围栏和施肥是塔吉克斯坦防控草场退化的重要的管理措施。除此之外，可以采取积极措施教育当地牧民， 使其意识到草地保护的重要性，并且参与管理草场，从而实现草场的可持续利用
STUDY ON CLIMATE CHANGE, WATER BALANCE AND ITS INFLUENCING FACTORS IN THE ARAL SEA AREA
No full text咸海位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦交界处，在调节天气，工农业和生态供水方面发挥了重要作用。自 1960 年以来，在气候变化和人类不合理的土地利用活动影响下，咸海开始不断萎缩，削弱了其气候调节功能，导致了干旱化和盐尘暴频发。 因此，本研究试图回答咸海地区的水文和气候变化对咸海造成的影响，本研究考察了 1960-2016 年咸海和阿拉尔地区的气候变化（降水和温度），咸海的水文特征（水量，水位，盐度， 1960 年至 2014 年的水面面积）和水 1960-2014 年咸海（小型，大型咸水）与 1960 年至 2012 年咸海流域自然资源（水资源和土地资源）的平衡。本研究的主要内容和结果如下：1. 基于 1960-2016 年的气温和降水数据，使用 Mann-Kendall 准则（MK）和创新趋势分析法（ITAM）分析了咸海地区气候变化趋势。结果表明，最高温度上升，速度为 0.2°C/10a（P <0.01），最低温度以每十年 0.7°C 的速度上升。 Mann-Kendall 静态试验表明，平均温度趋势增加速度为 0.3°C /10 年（P <0.01）。 年降水的度显示没有显着的趋。 气温和降水之间的相关性为 r = 0.5。季节气候指标分析结果显示，该区域绝对最大气温的长期动态变化最小，主要在秋季和夏季增加。而且在较为寒冷的半年中，最低温度升高。 由于冷暖季气温升高，导致平均气温变化上升。 本研究通过 Braslavsky 和 Nurgaliev，Shulyakovsky 以及州水文研究所（SHI）的公式计算了 2002-2014 年的蒸发量。结果表明，在 1960-1987 年期间，咸海的蒸发量从 1960 年的 71.13 km3 减少到 1986 年的 41.24 km3。1987-2014 年，小咸海的年蒸发量平均为 3.32 km3， 大咸海的蒸发量平均为 24.65 km3。 以上研究结果将有助于更深入地了解咸海和阿拉尔地区的气候变化。2. 1960-2012 年， 咸海地区灌溉用水量平均为 91.6 km3 /a。 期间， 总入湖流量平均为 104 km3 /a。 1960-2010 年，乌兹别克斯坦的平均灌溉土地为 3676 千公顷，土库曼斯坦为 1203.6 万公顷，塔吉克斯坦为 643.17 千公顷，哈萨克斯坦为 492.9 千公顷，吉尔吉斯斯坦为 734.2 千公顷。 1950-2012 年，咸海地区的灌溉面积不断增加。在整个研究时段内，咸海地区的灌溉面积平均为 690 万公顷。因此，这一时期的用水量平均增加了 104.4 km3。3. 1987 年至 2014 年大型和小型咸海水文资料的比较显示，小型咸海的水量增加了6％，表面积增加了 4％，但大咸海的这两个指标减少了。 期间，大咸海的水位从 1987 年的 40m 减少到 2014 年的 26.5m，而小咸海的水位从 1987 年的 40.8 m 增加到 2014 年的43m。大咸海湖水的盐度持续增加，而在小咸海湖水的盐度降低。 阿姆河和锡尔河流入大咸海的年流量从 1987 年的 7 km3 减少到 2014 年的 3.4 km3，而小咸海的年流入量从 1987年的 1 km3 增加到 2014 年的 5 km3。 本研究采用水量平衡法， 分析了 1960-2014 年咸海水量平衡。观测期间咸海的水量平衡主要取决于河流、 降水和蒸发。总降水量趋势略有下降，而蒸发量呈增加趋势。 1987-2014 年，大咸海的平均平衡量为每年-15.93 km3，而小型咸海的平衡量为 2.53 km3
Spatio-temporal variation of groundwater depth and its influencing factors in the irrigated area of the Yarkant River
No full text中国地表水资源相对匮乏，地下水是农业活动、工业生产和居民生活用水的重要来源，尤其是在干旱、半干旱地区，地下水资源的优劣与当地百姓生产生活以及城市的发展休戚相关。 叶尔羌河灌区在过去的几十年里人口增加、 灌溉耕地面积逐年扩大， 导致地表水资源量紧张， 加大了对地下水资源的开采力度，地下水埋深的下降速度加快。地下水埋深下降导致该地区产生植被退化、沙漠化和荒漠化等一系列的生态环境问题。因此分析叶尔羌河灌区地下水埋深与其驱动因子之间的关系，探明地下水位大幅下降的原因，找到导致地下水埋深变化的主要驱动因子， 可以为流域地下水资源的可持续利用和管理提供科技支撑。本研究利用近 10年叶尔羌河灌区内 35眼地下水观测井资料分析叶尔羌河灌区地下水埋深的时空变化特征，利用敏感性法和相对贡献率方法，从人为要素和自然要素两个方面来分析不同驱动因子对叶尔羌河灌区地下水埋深变化的敏感程度并确定影响地下水埋深变化的主导驱动因子。再对驱动因子和地下水埋深数据建立各自的边缘分布函数，通过 2D Copula 函数分析驱动地下水埋深变化的主导因子与地下水埋深之间的相关性，结合条件概率定量分析驱动因子与地下水埋深分布的影响。最后利用 SVM、 ANN 和 ANFIS 模型分别建立基于驱动因子时间序列的地下水埋深模拟模型， 并通过比较选出适合该研究区的地下水埋深模拟模型。研究结论主要如下：（1） 叶尔羌河流域灌区的地下水埋深在沿河道方向上呈现出上游浅（莎车子灌区）、下游深（巴楚子灌区）的趋势；地下水变化最大为巴楚子灌区，莎车子灌区和麦盖提子灌区的地下水位波动较小，农业生产季节对地下水埋深的影响从大到小依次为：巴楚＞麦盖提＞莎车。地下水开采量是造成巴楚和麦盖提地下水埋深加深的主要影响因子。莎车的地下水埋深变化受地下水开采量和地表引水量共同的影响。（2） 研究表明 Copula 函数为地下水埋深分析提供了有效的研究方法。通过选择合适的 Copula 函数，能够更加准确的定量分析地下水埋深变化对各驱动因子的响应。 以巴楚子灌区为例， Frank Copula 函数能够更加精确的表述四个驱动因子与地下水埋深之间的关系。 地下水开采量与地下水埋深呈负相关，渠首径流量、地表引水量和降水与地下水埋深呈正相关，而且地下水开采量对地下水埋深的影响具有一个月的滞后性。同时利用条件概率计算驱动因子对地下水埋深变化的发生概率分析发现，地下水埋深落入较深范围的概率随着地下水开采量的增加而增加，随着地表引水量、径流和降水的增加而减小，并且对分布概率的影响为：地下水开采量>渠首径流>地表引水量>降水。（3） 经过模型检验， 三个模型中 ANFIS 对叶尔羌河灌区地下水埋深验证结果最好， LIBSVM 次之， ANN 的结果最差，因此， ANFIS 模型是三个模型中最合适用来模拟该地区地下水埋深变化的模型
Petrogenesis and tectonic implication of the late Paleozoic granitic rocks in the southern part of the Chinese Western Tianshan
No full text花岗质岩石广泛分布于地球上，是大陆地壳的重要组成部分。花岗岩是特定地质背景的产物，记录了大陆地壳演化的丰富信息， 被用来探讨成矿过程、地球的深部物质组成、大地构造背景以及地球动力学机制。中亚造山带是显生宙以来全球陆壳增生与改造最显著的大陆造山带，可分为南蒙古拼贴系统、塔里木-华北拼贴系统以及哈萨克斯坦拼贴系统。哈萨克斯坦拼贴系统由多个岛弧、微陆块拼贴形成，这些构造单元在早古生代拼合形成一个狭长的复合大陆，并最终在晚古生代弯曲成现今的哈萨克斯坦山弯构造。中国西天山南部构造带位于哈萨克斯坦山弯构造南翼的外侧，该地区出露有大量的晚古生代花岗质岩石，其形成与南天山洋的俯冲消减及后续的碰撞和后碰撞演化有着密切关联， 记录了南天山洋盆的演化历史。然而，这些花岗岩的成因一直存有争议，有关南天山洋壳俯冲的起始时间与俯冲极性、南天山洋盆的闭合时限以及南天山洋是否存在等众多科学问题也尚需进一步讨论。基于此，本论文选择位于中国西天山南部构造带四个大型复式花岗岩体——昭苏岩体、夏特岩体、科克苏岩体和卡特巴阿苏岩体作为研究对象， 在详细野外地质考察工作的基础上， 进行了岩相学、全岩地球化学、同位素年代学和同位素地球化学的研究，综合区域上的研究资料，探讨了研究区内花岗岩的成因、时空分布和演化历史，以讨论其形成的构造环境，并进一步探讨南天山洋盆晚古生代的构造演化历史以及与哈萨克斯坦山弯构造的联系。本文初步得到认识如下：（1） 对四个岩体进行 LA-CP-MS 锆石 U-Pb 定年，得出四期年龄范围，分别为：泥盆世末期-早石炭世（365~350 Ma）、晚石炭世（313 Ma）、早二叠世（293Ma）和晚二叠世（268~265 Ma），这分别代表了四期重要的构造-热事件。（2）昭苏岩体中，花岗岩样品的铝指数 A/CNK 1.0，同时，它们的 P2O5 含量随 SiO2含量的增大而减少，而 Pb 含量则随SiO2 含量的增大而增加，指示其均为 I 型花岗岩。其中，钾长花岗岩的分异指数极高（DI > 92%），且具有较低的锆石饱和温度（713~727℃）、较低的 Zr 含量（75.39~91.42 ppm）与较低的 Zr/Hf（22.57~27.22）和 Nb/Ta 比值（4.1~8.33）指示其为高分异 I 型花岗岩，而二长花岗岩（DI = 73~79%， TZr = 760~782℃，Zr = 136.70~178.66 ppm， Zr/Hf = 34.87~39.30， Nb/Ta = 9.77~14.54）则为未分异I 型花岗岩。较为一致的 Nd 同位素组成（εNd(t) =-3.5~-1.8）指示二者来自于同一岩浆房。二长花岗岩的 Cr、Co、Ni 含量（Cr = 6.59~12.17 ppm， Co = 6.89~8.77ppm，Ni = 5.3~8.01 ppm）与大陆地壳元素含量相似， Mg#值 < 47，在源区判别图解中落在变质英云闪长岩源区，表明其源区可能来自于中下大陆地壳。然而与该地区前寒武纪变质基底（(87Sr/86Sr)i = 0.7128, εNd(t) = -5.2）相比，二长花岗岩样品具有明显更高的 εNd(t)值（-3.5 ~ -3.0），因此在母岩浆形成过程中需要有较高 εNd(t)值的端元加入，而亏损地幔源区玄武质岩浆混合/底侵模型可以满足这一要求。将该地区同时代的玄武岩（(87Sr/86Sr)i =0.705, εNd(t) =5.8） 作为参与岩浆混合模型的另一个端元，通过计算可知在成岩过程中约有 20 - 40%的幔源物质加入。（3） 科克苏岩体中，与其他样品（Eu/Eu* = 0.34~0.73）相比，钾长花岗岩具有更强烈的负 Eu 异常（Eu/Eu* = 0.11~0.14）。加之它们具有更高的 FeO*/MgO值（8.67~13.35）与更低的 Zr/Hf 值（22.08~25.78），综合推断钾长花岗岩为高分异 I 型花岗岩，而二长花岗岩、花岗斑岩和黑云二长花岗岩均为低分异的 I 型花岗岩。 晚泥盆世-早石炭世二长花岗岩与花岗斑岩的 Mg#值较大（40.80 ~ 53.40），指示熔体起源于地壳物质部分熔融且有地幔组分的加入；而二叠纪黑云二长花岗岩的 Mg#值偏小，（35.77~36.37），指示样品的母岩浆可能主要来源于玄武质下地壳物质的部分熔融。晚泥盆世-早石炭世样品中，与花岗斑岩（εHf(t) = -6.25~5.29，TCDM = 1.03~1.76Ga）相比，二长花岗岩具有较高的 εHf(t)值（3.42~9.31）与较年轻的 Hf 同位素两阶段模式年龄（TCDM = 0.78 ~ 1.15Ga）；同时二长花岗岩也具有较高的 εNd(t)值（3.1）与较年轻的 Nd 同位素模式年龄（TDM = 782Ma）（花岗斑岩 εNd(t) = 1~3.4， TDM = 768 ~ 1340 Ma）。 二叠纪黑云二长花岗岩的 εHf(t)值（-10.05~2.71）与 εNd(t)值（-4.2）比较负， Hf 同位素两阶段模式年龄（TCDM = 1.12~ 1.93 Ga）和亏损地幔 Nd 模式年龄（1470 Ma）都比较古老。两组不同时代的花岗岩的 Nd-Hf 同位素可能指示了样品源区的物质混合比例的差异，因此，我们使用 Sr-Nd 同位素两端元混合模型来计算各端元的混合比例，两个端元分别为大哈拉军山组玄武岩和伊犁地块新元古代结晶基底岩石。模拟计算结果指示，晚泥盆世-早石炭世花岗岩的源区主要为年轻的玄武质下地壳（75~85%），而二叠纪黑云二长花岗岩的母岩浆则更多来自于伊犁地块古老的陆壳基底岩石的部分熔融（~75%）。（4） 中天山卡特巴阿苏钾长花岗岩的地球化学特征符合 I 型花岗岩的特点。夏特花岗闪长岩颜色较浅，结晶较细，其野外特征与 A 型花岗岩相符。而在 CIPW标准矿物计算结果中，刚玉的出现则反映了样品具有准铝质到弱过铝质的性质，其微量元素特征为具有较高的 Zr（211~322 ppm）含量与 Nb（27.7 ~ 30.3 ppm）含量，以及较高的 Ga/Al 比值（10000Ga/Al = 2.3~2.4），指示其为铝质 A 型花岗岩。卡特巴阿苏钾长花岗岩的 Mg#值（41.53~43.36）较低， εNd(t)值（1.5~3.2）与 εHf(t)值（0.8~5.9）均为正值，且具有较年轻的 Nd 模式年龄（740 ~ 898 Ma）和 Hf 同位素两阶段模式年龄（0.97 ~ 1.28 Ga），指示其母岩浆主要来自于年轻的玄武质下地壳的部分熔融，并有少量古老地壳物质的加入。 夏特花岗闪长岩比较负的 εNd(t)值（-4.3 ~ -4.9）和 εHf(t)值（-5.9 ~ -2.1）以及相对古老的 Nd 模式年龄（1.31 ~ 1.32 Ga）和 Hf 同位素两阶段模式年龄（1.45 ~ 1.69 Ga）指示其母岩浆主要来自于元古代古老的大陆地壳的部分熔融。样品的 Mg#值（42.09~47.58）较高，则指示其熔体可能有地幔组分的加入，幔源岩浆为其形成提供了热源和物源。（5） 伊犁地块南缘的双变质带的空间展布特征指示了南天山洋在石炭纪存在向北的俯冲。科克苏岩体伊犁地块南缘部分处于伊犁-中天山地块南部岩浆岩带，样品的稀土配分模式与微量元素组成均与该地区同时代的岛弧型玄武岩高度一致。在花岗岩构造判别图解中，样品投于火山弧花岗岩区域。我们推断伊犁-中天山南缘在石炭纪为火山岛弧的构造环境。而乌孙山岩体与伴生的火山岩共同构成乌孙山岩浆带，考虑到现今挤压缩短后距伊犁-中天山南缘岩浆带的距离约100km，这种两条独立的岩浆带的分布格局符合环太平洋造山带弧-弧后系统的岩浆带分布格局。因此推断，伊犁-中天山地块南缘可能在南天山洋的俯冲作用下构成一个晚泥盆世火山弧；而乌孙山岩浆带则是在与之相对应的弧后部位中形成的，此构造格局类似现今北美的科迪勒拉弧后地区。将伊犁地块南缘与中天山地块火成岩的锆石 U-Pb 年龄进行统计，结果显示了该地区存在着 500-400 Ma 与 365-320 Ma 的两个呈幕式爆发的岩浆活动事件。人们普遍认为俯冲过程的开始，标志着被动大陆边缘向汇聚型板块边界的转变，伴随着大洋板片后撤，将会导致俯冲洋壳板片的脱水和上覆的大陆板块的伸展，从而引起交代地幔楔部分熔融形成弧岩浆活动；还会在弧后地区引发地幔减压熔融上涌，并与高地温梯度下造成的地壳部分熔融一起形成弧后岩浆活动。而在~365 Ma 所形成的“爆发式”的岩浆活动，则可能是与南天山洋向北开始俯冲相响应的构造-岩浆事件。在整个弧-弧后地区，样品的 εNd(t)值随年龄的年轻而逐渐增高，说明地壳物质的参与减少，幔源物质的参与增多，指示了一个地壳逐渐拉张减薄的构造环境。（6） 南天山高压-超高压变质的峰期年龄主要集中于 321~305 Ma，指示南天山洋进入了俯冲消亡的晚期，而卡特巴阿苏钾长花岗岩（313 Ma）具有富钾、LREE 富集、 HFSE 负异常的岛弧岩浆的地球化学特征，稀土配分模式与微量元素组成也与新源地区石炭纪岛弧形玄武岩高度一致，结合该地区同时代的岩浆岩性质，推断南天山洋的北向俯冲在晚石炭世（~313 Ma）依然存在。（7） 夏特花岗闪长岩在地球化学特征上兼有 A 型花岗岩和板内花岗岩的一些特征，符合后碰撞花岗岩的特点。而南天山分布的二叠纪低压变质岩和后碰撞花岗岩（298~260 Ma）也指示西天山南部构造带在~300 Ma 发生了一次由聚敛型向拉张型的构造转换，进入了后碰撞演化阶段。样品中的继承锆石年龄为 293Ma，推断在后碰撞阶段早期（~298 Ma），俯冲洋壳板片发生断离，引起软流圈地幔上涌，使上覆板片发生部分熔融，从而在该地区形成了低压-高温变质岩与后碰撞花岗岩。而夏特花岗闪长岩（268 Ma）与科克苏黑云二长花岗岩的年龄（265Ma）则指示后碰撞演化阶段可能持续至晚二叠世（~263 Ma）
Grassland Society-Ecosystem Construction and Its Adaptive Management Countermeasures:Taking the Kurustai Grassland as an Example
No full text在对草原社会-生态系统具体分析、影响因素和变化特征研究后，形成草原管理中的制度选择分析框架，为区域的可持续发展提出适应性管理的对策。社会-生态系统是一个典型的复杂适应性系统，本文将空间特征评价作为一个重要变量纳入社会-生态系统一般分析框架中，以整个草原社会-生态系统的资源系统、资源单位、用户、管理系统以及他们之间的交互作用和最终对草原社会-生态系统产生的结果进行全要素、多空间和长时间尺度的静态和动态评估来解构草原存在的现实问题和发展特征，以此逼真的刻画人类社会活动与自然生态环境之间的动态耦合关系。 研究发现：根据社会-生态系统分析框架，具体阐述了草原社会-生态系统理论。 将空间特征评估引入草原社会-生态系统评价指标体系中， 来表征草原社会-生态系统中各子系统之间的交互过程和结果。 草原社会-生态系统理论提供了一种研究范式，即从复杂系统论角度对草原社会生态现状和发展趋势全方位研究，对区域如何实现协调发展进行探讨。 从资源系统、资源单位、管理系统和用户四个子系统具体分析了库鲁斯台草原社会-生态系统构成， 总结各子系统存在的问题为：资源系统中草地退化、沙化和盐碱化、 资源单位中的水土竞争矛盾、 管理系统中管理混乱、 和用户生计提升困难等问题。 通过草原空间功能识别、空间协调度和空间自相关的分析发现库鲁斯台草原社会-生态系统各子系统长期以来交互作用的结果为生态空间占比 90.77%、农业空间占比 8.54%和城镇空间占比 0.69%， 空间发展整体处于低水平耦合发展阶段， 协调度处于中等以下水平， 且呈现相似属性集中分布的特征。在库鲁斯台草原社会-生态系统影响认识分析中发现人为因素的影响整体大于自然环境的变化，其中政策变迁的影响最大，特别是在短时间尺度上。 库鲁斯台草原制度变迁过程大致划分为三个阶段，即集体化阶段（1949-1978 年）、开放和私有化阶段（1978-2000 年）和政策导向阶段（2000-2015 年）。 集体化阶段草原社会-生态系统特征为管理部门强调增加牲畜和粮食生产水平， 导致用户的生产行为发生重大变化从畜牧业向农业转移，产权由家族所有变成全民集体所有，形成新的用户群体。开放和私有化阶段最明显的特征为外部饲草料作为资源单位进入草原社会-生态系统，使牲畜的生产与天然草原的质量脱钩。政策导向阶段为： 2008 年以前草原放养量与羊肉价格呈同步增趋势，说明市场因素对草原放养量的影响占主导地位； 但是 2008 年以后政府开始实施各种政策，从此草原放养量和价格水平之间的关系不再明显， 政策效应逐渐凸显。 纵向对比分析草原社会-生态系统中宏观条件的动态变化特征， 集体化向开放和私有化阶段过渡中自然因素的影响逐渐降低， 外部草料作为资源单位引入，改变了牲畜与当地草地条件的相互作用， 产权的变化也极大地改变了生产方式和激励措施。私有化阶段向政策导向型阶段过度中政策、贸易和市场发挥了主导作用，社会-生态系统的变化动力主要来自大量的自上而下的政策和项目实施。提高制度选择能力是实现草原社会-生态系统适宜性管理的重要手段。 从现代局势、预期成本、预期收益和市场环境四个方面具体分析制度选择过程，解构草原社会-生态系统内保留或改变现行规则的决策过程， 主要是要规避高成本的制度实施， 为适应性管理机制的分析奠定基础。 最终针对资源系统、资源单元、用户、管理系统和空间协调发展上提出适应性管理对策，该对策包括了宏观、中观和微观上的对应措施
Diversity of Endophytes within Root Nodules in Diverse Legumes and the Characteristic of Potential Rhizobium along an Elevation Gradient in the Kunlun Mountains
No full text氮素是植物生长发育中至关重要的元素之一。 据统计， 豆科植物-根瘤菌共生体生物固氮为豆科植物贡献了超过 65％的氮元素，因此对于农牧业的发展及干旱区土壤和植被的管理具有重要意义。 然而， 目前对根瘤菌-寄主植物与生态环境之间的关系尚未被完全了解。 因此， 本研究以昆仑山北坡豆科植物根瘤为研究对象，通过分离纯化， 对从 16S rRNA 基因、 recA 基因序列物种多样性和关键生理特性实验中分离得到的内生菌进行了相关研究，揭示了昆仑山北坡区域豆科植物-根瘤菌和生态环境之间的内在联系和潜在根瘤菌的寄主专一性，为确定当地根瘤菌系统发育地位及合理利用昆仑山北坡根瘤菌资源库提供了理论依据。研究结果如下：（1） 在昆仑山北坡不同海拔（0-10 厘米， 10-20 厘米和 20-30 厘米） 土壤养分分析中，土壤的有机碳和全氮含量均随海拔升高显著增加。 全磷和土壤含水量显示出相似的趋势，但相关性不显著。相反，全钾和土壤 pH 均未显示出升高趋势。根际周围土壤显示出与之相似的海拔变化趋势，有机碳含量，全氮和全钾随海拔升高而增加，而 pH 和全钾未表现出明显的变化趋势。（2） 在豆科植物根瘤内生菌多样性特征的研究方面： 本研究中的豆科植物包括蝶形花亚科（6 种）和含羞草亚科（1 种）， 其中蝶形花亚科的根瘤内生菌多样性更高。在分离出的内生菌中， 芽孢杆菌在所有海拔高度的全部宿主植物中占主导地位，其次是根瘤菌和假单胞菌。 从五个不同的海拔的五个不同的宿主豆科植物中获得 39 个潜在根瘤菌。 Spearman 相关分析表明， Pseudomonas 相对丰度与根际周围土壤全钾含量呈显著负相关关系，而 Bacillus 相对丰度与昆仑山样方土壤全磷含量、全钾含量以及 pH 呈显著负相关关系。（3） 在潜在根瘤菌系统学研究方面：通过 recA 基因测序鉴定出的 36 个根瘤菌菌株，分别属于 9 个不同的系统发育分支， 但均属于 Rhizobiales。源自 recA 基因的系统树与 16S rRNA 基因的系统树基本一致。根据 recA 系统发生学，根瘤菌分离株属于 Agrobacterium， Allorhizobium， Bosea， Ensifer， Microvirga，Pararhizobium， Phyllobacterium， and Rhizobium，分离株在物种水平上具有很高的多样性，其中 Ensifer 和 Rhizobium 是最大的群体。（4）对 39 株潜在根瘤菌的关键表型特征测定中发现， 所有菌株都可以在 Ashby’sMannitol Agar（AMA）无氮培养基上正常生长，表明它们可以固定大气中的氮；所有菌株均在 25℃下生长良好，但无法在 60℃下生长； 从高海拔（> 2600 m）分离出的许多菌株（10/13）能够在 4℃下生长，而从低海拔分离的只有一半（13/26）可以在 4 ℃下生长；同时， 这些菌株具有广泛的异养活性，大量菌株能够利用麦芽糖（37/39），蔗糖（35/39），肌醇（35/39）和淀粉（31/39）。相比之下， 极少数（7/39） 分离株可以利用果糖，没有菌株利用丙酸酯， 大多数（30/39） 菌株能够从甘露醇培养基中生产酸。大多数菌株能够以单一的 L-氨基酸或硝酸盐作为唯一的氮源生长， 但是，只有极少数（2/39）能够利用铵。所有测试的菌株都能够在 3％NaCl 条件下正常生长，而只有少数菌株在 7-8％NaCl 下正常生长； 几乎所有菌株的 pH 生长范围在 6-10。 结果表明， 不同潜在根瘤菌在相同的生长条件下生长状况存在差异， 同一菌株的生长状况也因原有生长环境的不同即使在相同的生长条件下也表现不同
The gene expression regulatory network of birch in response to drought or Cd2+ stress and building a Reverse chromatin immunoprecipitation
No full text白桦（Betula platyphylla） 是一种在东亚分布广泛的阔叶乔木， 常形成大面积纯林，具有分布面积广，蓄积量大的特点。随着全球范围内气候的变化以及工业化的发展，其生境内土壤干旱和重金属离子胁迫程度日益加重， 但目前对白桦响应干旱胁迫和重金属离子胁迫分子机制的研究较少，本文进行了如下研究：（1） 利用基因表达谱(RNA-seq)技术，在白桦中鉴定到了 2917 个响应干旱胁迫的基因， 包括晚期胚胎丰富蛋白(LEA)家族、热激蛋白(HSP)家族、缺水相关蛋白家族和活性氧(ROS)清除蛋白家族以及许多转录因子(TFs)。在干旱胁迫诱导的转录因子中，乙烯响应因子(ERF)和 MYB 家族基因最为丰富。本研究在干旱胁迫信号诱导的基因中选择强烈诱导表达且本身具有高转录水平的两个转录因子 BpERF2 和 BpMYB102，来建立白桦响应干旱胁迫的基因表达调控网络。首先， 过表达 BpERF2 和 BpMYB102 都能提高白桦的抗旱能力。 进一步通过染色质免疫共沉淀(ChIP)和 qRT-PCR 技术相结合， 研究基因间的调控关系。结果表明， BpERF2 可以调控 LEA 和 HSP 家族的基因，而 BpMYB102 调控病程相关蛋白 1(PRP1)和 4-香豆酸:辅酶 A 连接酶 10 (4CL10)等基因。 此外，有多个基因同时受 BpERF2 和 BpMYB102 的调控。进一步鉴定其中一些基因的功能，发现根原基缺陷蛋白 1 (RPD1)、 PRP1、 4CL10、 LEA1、 SOD5 和 HSPs 等基因都具有明显的抗旱能力。研究结果表明，白桦转录因子 BpERF2 和 BpMYB102 通过直接或间接调控一系列干旱胁迫响应基因的表达，来提高白桦对干旱胁迫的的耐受能力。（2） 利用 RNA-seq 技术，在白桦中鉴定到了 30 个响应镉胁迫的长链非编码 RNA (LncRNAs)。 根据这些 LncRNA 的预测靶基因是否响应镉胁迫，选择了其靶基因明显响应镉胁迫的 9 个 LncRNA， 进行进一步研究。其中，增加 LncRNA28068.1 和 2705.1 的表达量能够提高白桦对镉胁迫的耐受力， 而增加 11415.1和 30505.2 的表达量则使得白桦对镉胁迫敏感。 利用 qRT-PCR 研究了这些LncRNA 的预测靶基因是否真为其所调控，结果表明， LncRNA28068.1 和 2705.1可以分别调控其预测靶基因 YLS9 (LEA 家族) 和 HSP18.1 (HSP 家族)的表达，LncRNA11415.1 可以下调其预测靶基因 LLDA (L-乳酸脱氢酶 A)的表达， 而LncRNA30505.2 对其预测靶基因 HRCS2L (类 H/ACA 核糖核蛋白复合体亚基 2蛋白)的表达无调控作用。进一步鉴定了 4 个靶基因的抗镉功能，发现 HSP18.1 和LLDA 基因可以提高白桦对镉胁迫的耐受性。研究结果表明， 镉胁迫条件下，LncRNA2705.1 表达量上升，进而上调预测靶基因 HSP18.1 的表达量， 增强白桦对镉胁迫的抗性， 而 LncRNA11415.1 表达量下降， 可以上调预测靶基因 LLDA的表达量，进而可以增强白桦对镉胁迫的抗性。通过研究以转录因子或 LncRNA 为中心的白桦响应干旱或镉胁迫的表达调控网络，找到白桦抗干旱或镉胁迫的关键调控基因，从而为白桦的抗逆基因工程育种提供理论基础和基因资源。（3） 蛋白质和 DNA 之间的相互作用几乎涉及所有的生物功能。 因此，鉴定与 DNA 结合的蛋白质，具有十分重要的意义。然而，迄今为止，在植物中，以基因为中心的研究方法非常少见。本研究开发了基因为中心的研究目标 DNA结 合 蛋 白 质 的 技 术 ， 称 为 反 向 染 色 质 免 疫 沉 淀 (Reverse chromatinimmunoprecipitation, R-ChIP)。这项技术使用一系列带有生物素标记的 DNA 探针来分离目的染色质或 DNA 片段，然后用质谱分析法鉴定与目标 DNA 片段结合的蛋白质。 R-ChIP 技术所捕获的与目标 DNA 片段结合的蛋白，其蛋白的数量和纯度均满足质谱鉴定。利用 R-ChIP 技术，我们鉴定了与拟南芥 AtCAT3 基因（编码过氧化氢酶 3）启动子结合的蛋白质组，从中鉴定得到了 AtCAT3 基因上游的调控因子。通过 ChIP 和电泳迁移率实验（EMSA）分析，进一步证实了 R-ChIP鉴定到的 AtCAT3 上游调控因子的可靠性。此外，我们对 R-ChIP 方法进行了改进， 通过在植物中瞬时转入目标 DNA 片段， 从而显著提高了捕获与目标 DNA片段结合的蛋白质的效率。这些结果表明 R-ChIP 技术可能在鉴定染色质组成和分离特定基因的上游调控因子等方面得到广泛应用