Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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土地利用变化对伊犁河谷典型农牧交错区土壤碳氮磷的影响
No full text草地生态系统约占陆地总面积的 20%，其土壤碳、氮、磷动态在全球生物地球化学循环中扮演着重要的角色。我国拥有丰富的草地资源，草地面积位居全球第二位。然而在开垦等人类活动的影响下，我国草地面积呈缩减趋势，并形成了大面积的农牧交错区。尽管种植业和畜牧业共存的生产模式使得该区域蕴含着巨大的粮食生产潜力，但在全球气候变化和人类活动的影响下，该区域同时也成为了典型的生态脆弱区。因此，评估土地利用变化对农牧交错区土壤碳、氮、磷的影响对于保障区域可持续发展和国家粮食安全具有重要的科学意义。本研究以西北内陆干旱区的新疆伊犁河谷典型农牧交错区为研究区，采用相邻样地比较法，选取了草地、耕地、林地和园地 4 种该区域主要的土地利用方式，研究了草地开垦以及耕地退耕还林对土壤垂直方向上（0~60 cm）碳、氮、磷储量、化学计量比、有机碳组分以及 Hedley 磷形态的影响，对比了表层土（0~30 cm）和下层土（30~60 cm）碳、氮、磷对土地利用变化的响应特征，同时以碳、氮、磷等土壤性质作为评价指标，分析了土地利用变化对土壤质量的影响，主要研究结论如下：（1）研究区不同土地利用方式下的土壤呈碱性（pH > 8.00），属粉质壤土，缺乏碱解氮和速效磷，但富含速效钾。草地开垦为耕地不仅导致了土壤盐碱化，还降低了表层土的微生物量。相比之下，耕地退耕还林则有助于土壤盐碱化的缓解和微生物量的提升，但耕地转化为林地使得部分土层的容重增大了10.4~24.6%，将土体变得过于紧实。（2）草地开垦为耕地引起了土壤碳、氮、磷的损耗，而耕地退耕还林则促进了土壤碳、氮、磷的累积。在草地开垦为耕地后，下层土碳、氮、磷储量的降幅（-8.1~-24.1%）要大于表层土（-5.9~-17.9%），表明在评估土地利用变化的环境效应时，不应忽视下层土碳、氮、磷的动态。土壤碳、氮、磷含量与 pH（R2 =0.24~0.80，P < 0.05）和电导率（R2 = 0.16~0.63，P < 0.01）的负相关关系预示着土壤盐碱化可能会引起土壤碳、氮、磷的损耗。（3）不 同土 地利 用方 式下 的土 壤碳 氮比 、 碳磷 比和 氮磷 比分 别在14.4~19.0、34.3~60.1 和 1.9~3.6 之间变化。在草地开垦为耕地以及耕地退耕还林后，土壤碳氮比分别增大和减小了 5.1~6.7%和 7.8~13.5%，而土壤氮磷比则分别减小和增大了 8.2~12.3%和 14.1~31.7%，表明土地利用变化会对土壤碳氮比和氮磷比产生截然相反的影响。尽管表层土和下层土的碳磷比在草地开垦为耕地后均有所减小（-3.1~-6.1%），但二者在退耕还林后表现出了相反的变化趋势，表明退耕还林对土壤碳磷比的影响在不同土层有所差异。（4）土地利用方式发生转变后，表层土和下层土活性碳组分Ⅰ的储量分别作出了相反的响应，而两个土层活性碳组分Ⅱ和惰性碳组分的储量则表现为同增同减的变化趋势，表明土地利用变化不仅会改变土壤活性碳库的大小，也会对土壤惰性碳库造成一定的影响，且该影响不仅仅局限于表层土。土壤有机碳惰性指数在草地开垦为耕地后减小了 3.3~7.9%，在耕地转化为林地后增大了 6.9~8.2%，表明农业活动降低了土壤有机碳的稳定性，而耕地转化为林地有助于土壤有机碳稳定性的提升。（5）与土壤活性磷（H2O-Pi、NaHCO3-Pi 和 NaHCO3-Po）和中等活性磷（NaOH-Pi 和 NaOH-Po）相比，研究区土壤稳定性磷（HCl-Pi 和残留-P）在全磷中的比例较高，且更容易受到土地利用变化的影响。相关分析的结果表明，稳定性磷主要决定土壤磷库的大小，而 NaHCO3-Pi 则影响着土壤磷库对植物的有效性。（6）不同土地利用方式下表层土和下层土的土壤质量综合指数（SQI）分别在0.372~0.586和0.228~0.314之间变化，表明研究区土壤质量处于中等偏差水平。SQI 在土地利用变化后的变化特征预示着草地开垦为耕地会引起土壤的退化，而退耕还林则有助于土壤质量的恢复。土壤氮磷比与 SQI 较高的相关性（R2 = 0.71，P < 0.001）预示着土壤氮磷比是反映研究区土壤质量的潜在指标。综上所述，草地开垦为耕地和耕地退耕还林会对伊犁河谷农牧交错区土壤碳、氮、磷储量、碳氮比、氮磷比和有机碳稳定性带来截然不同的影响，其中前者会导致土壤盐碱化，引起土壤碳、氮、磷的损耗，降低土壤有机碳的稳定性，使土壤发生退化，后者则有助于土壤盐碱化的缓解，促进土壤碳、氮、磷的累积，提升土壤有机碳的稳定性，对土壤肥力的恢复具有重要的意义。然而土地利用变化对土壤磷的有效性影响较小。本研究的结果还表明，下层土的碳、氮、磷也会受到土地利用变化的影响，且在部分情况下其受影响的程度要大于表层土，表明在评估土地利用变化的环境效应时，下层土土壤性质的变化情况不容忽视。本研究不仅有助于了解西北内陆干旱区土地利用变化带来的环境效应，也为该区域农牧交错区土地资源的科学管理和可持续利用提供理论依据
新疆绿洲覆膜滴灌棉田水-热传输特征与作物生长模拟研究
No full text覆膜滴灌技术由于其高效节水的特点在新疆广泛应用。水热传输特征与作物生长模拟研究可为作物灌溉管理提供参考依据。本文在新疆玛纳斯河绿洲覆膜滴灌棉田用涡度相关等设备观测潜热通量、显热通量、 CO2 通量、 长短波辐射、表层温度和土壤水分的动态变化过程，并监测作物生长过程，建立数学模拟方法，研究棉田水热传输和作物生长过程特征。1. 解析了棉田生长季能量分配特征。生长季平均日净辐射(Rn)为 139.8±13.6 W·m-2， 潜热(LE)通量为 63.5±18.2 W·m-2，显热(Hs)通量为 23.9±14.1 W·m-2，土壤热通量(G)为 3.2±4.2 W·m-2。 不同生育期 LE 和 Hs 通量日内变化过程与 Rn 相似， 峰值出现在中午 12:00 以后，而 G 变化相对平缓。在作物生长初期和收获末期，棉田能量耗散以 Hs 为主，通量为 41.4±14.9 W·m-2，占净辐射比率为 39％~55％；在作物生长旺盛期， 能量耗散以 LE 为主，通量为 117.3±28.8 W·m-2，占净辐射比率为 79％。2. 解析了棉田生长季冠层温度动态变化特征。 在不同生育时期，棉田冠层温度/地表温度的大小、起伏变化等存在不同程度差异。在夜间，整个生长季地表/冠层温度均低于气温， 约 3～5℃； 在日间， 上午随着太阳辐射增强， 冠层温度回升， 在 8:00左右与大气温度持平后，在萌发期、苗期、收获期快速超越气温至 15:00 开始低于气温，在蕾期、花铃期与吐絮期与气温相当，到 13:00 开始低于大气温度。3. 综合分析了生长季棉田四个阶段的蒸散变化动态特征。 第一阶段， 7 月之前，实际蒸散低于潜在蒸散，大于潜在蒸腾，棉田蒸散主要来自田间未覆膜的土壤蒸发，阶段平均蒸散强度为 2.41 mm·d-1，占整个生育期棉田总蒸散的 24%；第二阶段， 7 月初至 8 月下旬，实际蒸散与潜在蒸散、潜在蒸腾接近，蒸散主要来自于冠层蒸腾，阶段平均蒸散强度为 4.54 mm·d-1， 占整个生育期棉田总蒸散的 55%；第三阶段， 8 月下旬之后，实际蒸散低于潜在蒸腾，阶段平均蒸散强度为 3.34 mm·d-1， 占整个生育期棉田总蒸散的 16%。第四阶段， 9 月中旬以后，棉田蒸散由蒸腾为主转变为以土壤蒸发为主，阶段平均蒸散强度为 1.44 mm·d-1， 占整个生育期棉田总蒸散的 5%。不同生育期的棉田日蒸散过程与太阳辐射变化过程相近，呈单峰模式，起伏变化稍微滞后于太阳辐射变化。 太阳辐射(SRad)、水汽压亏缺(VPD)、 根区土壤水分(REW)和叶面积指数(LAI)是影响棉田蒸散的主要因素。 与太阳辐射基本成线性关系，随着辐射增加而增加；与水汽压亏缺、根区土壤水分都呈两段函数关系。4. 综合阐述了棉田 CO2 通量、 同化物合成动态特征及其与环境因子关系。 棉田净生态系统生产力(NEP)在不同生育期有较大差异：在萌发期与采摘期 NEP 值较小，为负，这是由于呼吸产出量超出吸收量造成的；在蕾期与花铃期 NEP 值较大，这时叶面积最大、叶片活性最强。萌发期、苗期、蕾期、花铃期、 吐絮期和采摘期日均值分别为-3.7±1.6、 2.7±6、 25.1±7.7、 20.8±8.5、 4.6±3.2 和-0.3±1.9 gC·m-2·d-1。 生长季棉田净初级生产力 NPP 变化过程与 NEP 相似，萌发期、苗期、蕾期、花铃期、 吐絮期和采摘期日均值分别为 3.1±1.4、 9.8±6、 32.1±8.2、 27.5±8.5、 11.1±3.7 和 5.9±2.3 gC·m-2·d-1。 NPP 日内过程基本与辐射同步，均呈单峰特征，峰值出现在午后 12:30 左右，蕾期、花铃期峰值最大。5. 改进了模拟计算方法的一些过程。基于能量平衡，给出了一个棉田温度计算公式，可以很好的模拟计算萌发、苗期地表温度日动态过程，较好地模拟蕾期、花铃期的下午与夜间冠层温度变化，上午模拟温度偏高。基于气孔导度与净光合速率的关系，改进了光能利用模型中的水分胁迫项计算方法，建立了一个同化物合成模型；模拟的率定与检验结果表明该模型可以在小时与日尺度上有效模拟覆膜棉田的同化物合成过程
基于通用陆面模式 CoLM 的新疆蒸散发模拟研究
No full text新疆深居亚欧大陆内部，是世界上典型的干旱与半干旱区域。 水资源是制约当地经济发展与生态稳定的最重要因素。蒸散发作为连接陆地与大气之间的重要水汽通量，是本地区水循环过程中水分耗散的主要途径。近几十年来，新疆人类活动加剧，耕地面积不断扩张，气候变化剧烈，显著影响了本地区蒸散发的时空变化特征。因此，准确估算新疆蒸散发，探究其对气候变化和土地覆被变化的响应机制， 对于客观认识新疆水资源状况及制定合理的水资源分配方案具有积极的作用。基于机理过程的陆面模式是解决以上问题的一种有效手段，但由于缺乏反映绿洲农田生态系统膜下滴灌改变地表特征及其影响地表水热传输过程的相关模块， 因此， 利用陆面模式模拟新疆蒸散发的研究，仍然存在很大的不确定性。基于此，本研究以陆面模式 Common Land Model (CoLM) 为研究平台，首先对 CoLM 进行改进和完善， 然后结合气象数据及土地覆被数据，通过情景模拟实验来分析不同气候因子和土地覆被变化对实际蒸散发的相对贡献及影响机制，探究不同土地覆被类型蒸散耗水的变化特征。获得的主要结论如下：1) 首先针对绿洲农田生态系统，基于能量平衡理论， 将膜下滴灌的使用所产生的地表水热传输过程嵌入到 CoLM 陆面模式中，结合乌兰乌苏农业站涡度相关观测数据，开展 CoLM 陆面模式的站点验证及关键参数的敏感性分析研究，旨在提高其模拟水汽通量的精度。结果显示，模型模拟的蒸散发对灌溉参数 (灌溉发生时间及灌溉用水量) 具有很强的敏感性。在未考虑覆膜的情况下，灌溉模块的添加提高了蒸散发的总量，然而其模拟的蒸散发日变化波动剧烈，并未显示出明显的季节性变化特征，精度未明显提高，均方根误差从 76 W/m2 增加到了87 W/m2，线性拟合的斜率从 0.04 提高到 0.72，相关系数从 0.2 增加到 0.4。地膜模块的添加提高了模型模拟蒸散发的精度，均方根误差从 87 W/m2下降到了 44W/m2，线性拟合的斜率从 0.72 增加到了 0.92，相关系数从 0.4 增加到 0.75。地膜模块的添加降低了蒸散发日变化的波动性，并且表现出明显的季节性特征，与观测值具有很好的吻合性。2) 以 PRINCETON 气象数据作为驱动数据，以中国科学院新疆生态与地理研究所产生的土地利用及土地覆被数据作为地表参数化数据，模拟了 1970 到2014 年间新疆蒸散的时空变化特征。结果显示：新疆年均蒸散发量大约为 120.04(± 20.13) mm/年。研究时段内，总体上蒸散发在增加，其变化趋势通过了显著性检验 (p = 0.02)，增加的速率为 0.53 mm/年。在空间上，蒸散发的变化在不同区域差异比较大，大部分区域蒸散发在增加 (69.9%的像元)。蒸散发增加相对较大的区域主要出现在新疆中部天山区域，增加的速率最高达到 1.98 mm/年。有 30.1%的区域显示蒸散发在减少。蒸散发减少的区域主要出现在新疆西南部边缘区域。通过情景模拟实验显示：新疆蒸散发年际变化主要受气候变化的影响，而土地覆被变化对蒸散发影响相对较小。1970 到 2014 年间，蒸散发总共增加了 13.8 mm，其中，气候变化导致新疆蒸散发增加了 11.6 mm，土地覆被变化导致新疆蒸散发增加了 2.2 mm。3) 在 1970 年到 2014 年，几乎所有的植被类型蒸散发都出现了显著增长的趋势 (p < 0.05)，其增长速率在 0.46 ~ 0.72 mm/年之间。所有土地覆被类型的蒸散耗水总量的时间变化特征基本相似，即从 1970 年到 21 世纪初不断增加，并且在 21 世纪初达到最高，在之后的时间段内 (2001 - 2014)，蒸散耗水总量呈减少趋势。作物类型蒸散耗水总量在新疆总的蒸散量中占有的比例在整个研究时段内呈递增趋势，从上世纪 70 年代初的 3.96%到 21 世纪初的 5.62%，而其它土地覆被类型占有的比例没有表现出明显的时间变化特征。本研究从陆面模式在干旱区应用过程中出现潜热模拟不准确的问题着手， 完善了陆面模式在模拟绿洲农田生态系统水汽通量中的膜下滴灌功能模块，提高了其模拟精度。本研究对陆面模式的完善部分，将为后续陆面模式在干旱区的研究工作提供重要的借鉴意义。另外，新疆蒸散发模拟工作以及蒸散发对气候变化和土地覆被变化的响应机制的研究，将为探究新疆实际蒸散发在区域水循环中的作用，维持新疆水资源的可持续发展提供科学支撑
新疆伊犁河谷苹果小吉丁虫的入侵危害及其风险评估
No full text野苹果Malus sieversii（Ledeb.） M. Roem.（蔷薇目：蔷薇科）仅分布在中亚地区，是现代栽培苹果的祖先，更是重要的种质资源库。然而，苹果小吉丁虫Agrilus mali Matsumura（Coleoptera： Buprestidae）入侵新疆伊犁河谷的原始野苹果林，超过80%的野苹果树受到危害。因此，本研究调查了苹果小吉丁虫的生活史、伊犁河谷野苹果林的危害，并对其进行全球适生性分析。主要结果如下：1. 苹果小吉丁虫生活史及其天敌调查。本研究于2016和2017年在巩留县交勒赛野苹果林、阿勒玛赛野苹果林和新源县八连野苹果林、萨哈野苹果林系统调查了该害虫的生活史策略和本地潜在的自然天敌情况。表明苹果小吉丁虫发育不整齐，一年一代，蛹期为5月底到8月初，成虫在六月上旬到八月中旬出现， 高峰期在七月中旬，以幼虫在树皮形成层的虫道内越冬。自然天敌在2016和2017年造成苹果小吉丁虫的平均死亡率为33.6%。其中乌黑刻柄茧蜂 Atanycolus denigrator（Linnaeus）（Hymenoptera： Braconidae）和球腹蒲螨Pyemotes sp.（Acari：Pyemotidae） 是苹果小吉丁虫的优势自然天敌， 且乌黑刻柄茧蜂能造成苹果小吉丁虫15%的死亡率。2. 苹果小吉丁虫对伊犁河谷野苹果林的危害和防控措施的评估。结果表明，各地点的受害状况差异较大，新源改良场危害情况最为严重，交勒赛、二乡和大莫合三个地点的危害状况最轻。各调查地点间果实产量、虫斑密度、旧羽化孔密度和新羽化孔密度有显著性差异；其中野苹果树受害等级分别与果实产量和虫斑密度呈负相关。四种防控措施间害虫数量亦有显著性差异；其中在修剪枝条和喷洒农药区，害虫数量显著下降，相比其他防控措施，修剪枝条和喷洒农药结合运用效果较好。综合运用防控措施有利于在中亚地区的害虫管理和野果林生态系统恢复。3. 苹果小吉丁虫适生区预测及其天敌的应用前景。采用CLIMEX和ArcGIS软件对苹果小吉丁虫现在以及未来在全球的潜在分布区进行了分析。结果表明：随着未来气候变化（目前、 2030年、 2050年、 2090年、 2100年），苹果小吉丁虫和乌黑刻柄茧蜂在全球的潜在分布区重合度较高，表明乌黑刻柄茧蜂适合运用生物防治材料。随着时间推移，苹果小吉丁虫和乌黑刻柄茧蜂在非洲南部的潜在分布区面积逐渐下降；在拉丁美洲南部的的潜在分布区面积逐渐缩小；在欧洲的潜在分布区面积逐渐增加；在北美的潜在分布区面积增加。苹果小吉丁虫和乌黑刻柄茧蜂更适宜在北半球生长，针对其潜在分布区，相关部门应加强该害虫的检疫和防治工作，保护当地的生态系统与环境
玛纳斯河流域两种典型土地利用变化分析
No full text新疆拥有生产建设兵团（简称兵团）和地方政府（简称地方）管辖的两种土地经营管理模式，不同管理模式下人类活动方式存在显著差异，而人类活动方式的差异将直接导致土地利用变化显著不同，对两种管理模式下长时间序列的土地利用变化研究有助于对不同人类活动方式对土地利用及景观格局变化的影响。本文以新疆玛纳斯河流域为研究区，以流域内兵团和地方管辖区为研究对象。基于 1972 年至 2015 年 Landsat-MSS、 Landsat-TM、 CBERS-02B 及 Landsat-OLI遥感影像数据得到玛纳斯河流域近 40 年 6 期土地利用数据集。分别计算 20 世纪70 年代到 2015 年近 40 年来 5 个研究时段内，兵团、地方土地利用强度、均衡度、动态变化度等各项土地利用指数，以及景观尺度、类型尺度上的各项景观格局指数。利用上述各项指数对兵团与地方土地利用变化状况进行对比分析与定量评估，得到兵团和地方在土地利用时空变化和景观格局时空变化过程中的差异性结果。结合兵团与地方在行政体制、土地属性、水资源管理、开垦背景条件以及经营管理政策的不同，分析得到造成兵团和地方土地利用变化程度和景观格局存在显著差异的主要原因在于兵团和地方土地经营管理模式的不同。研究表明：（1）近 40 年间，兵团和地方土地利用程度发生激烈变化，且其变化过程具有显著差异， 差异主要体现在耕地类型和城乡居民工矿用地类型的变化上。兵团的耕地面积变化更为显著，耕地面积总共增加 1900.3km2，面积提升率为 52.14%。地方建设用地变化更为显著， 面积增加 134.83km2，提升率为 92.09%。（2）兵团和地方土地利用强度随时间变化迅速，且兵团和地方存在显著差异。 20 世纪 70 年代至90 年代兵团土地利用强度低于地方； 90 年代兵团土地利用程度随时间迅速提升，90 年代末期兵团土地利用强度逐步赶超地方； 2000 年~2015 年兵团土地利用强度显著强于地方。（3）通过各项景观指数对比分析可知，兵团景观趋于集中连片，向统一化方向发展；地方景观表现为趋于破碎，有向分散化方向的趋势。地方实行小规模自主经营模式，地块规模有限，景观斑块间破碎度较高，各景观类型发展较均衡；而兵团实行大规模集中化统一管理的土地利用模式，土地整合频率较高，地块不断集中，景观格局趋于简单。（4）兵团与地方土地利用和景观格局时空变化过程存在显著差异的主要原因在于兵团与地方土地经营管理模式的不同，主要是因为不同管理模式下土地权属、水资源管理、行政体制、土地的开垦背景条件，特别是管理政策的不同。对比分析兵团大规模集约式土地经营模式和地方农用土地家庭承包责任制式土地经营模式下土地利用变化过程及景观格局的差异，对认识玛纳斯河流域乃至整个新疆长期以来的土地利用演变过程，以及不同人类活动方式对土地利用的影响意义重大
脱硫石膏改良碱土过程中大气 CO2吸收强度研究
No full text随着世界人口的持续增长和可利用土地面积的逐渐减小， 盐碱土已成为土地开发利用中较为重要的土地资源； 脱硫石膏是燃煤电厂脱硫技术产生的工业废弃物， 在我国每年产量巨大且利用率较低， 这对环境造成大量污染； 与此同时， 以CO2为主的温室气体所引发的全球气候变化已成为全世界关切的热点问题， 而土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳库， 也是与人类联系最紧密的碳库， 持续与大气 CO2 发生着最为直接的交互作用， 而盐碱土改良作为目前较为频繁发生的土地利用措施， 将必然改变地-气系统中 CO2的吸收机制和吸收速率。 干旱区由于其特殊的气候特点， 土壤盐碱化已成为制约干旱区域农业发展和生态环境改善的突出问题， 由此干旱区的盐碱土改良不仅能够改善盐碱现状， 还必然能够对吸收大气 CO2 有所贡献。 因此， 该项研究的开展， 不仅能够确定区域碱土改良的农业可持续发展模式在减缓大气 CO2 的贡献， 同时也可以为电厂废弃物脱硫石膏的资源回收再利用模式提供一条直接便利的途径。这一方面对于我们正确认识干旱区碳汇问题提供重要的数据支持， 另一方面对于我们认识在当前气候变化背景下对区域生态环境改善的促进作用具有深远的意义。本研究选取干旱区 pH 值为 8.5-10.5 范围内的 5 种土壤样品作为研究对象，以室内装填土柱模拟淋溶法为研究手段， 通过添加不同量的脱硫石膏， 通过定时采集土壤样品， 结合土壤呼吸数据以及与之相对应的化学分析数据， 评价盐碱土的改良效果； 通过土壤和淋溶液中有机碳和无机碳的储量测定， 量化改良过程中大气 CO2 的吸收强度； 最后基于以上数据， 分析各环境要素与大气 CO2 吸收强度之间的关系。 结果表明：（1） 改良部分： 通过添加脱硫石膏改良碱土， 在 0-20 的改良层中土壤 pH值、 碱化度（ESP） 、 钠吸附比（SAR） 均得到了有效改善， 且降低程度与脱硫石膏添加量呈正相关关系， 在整个 0-60 cm 的土层深度中改良效果为 0-20 cm >20-40 cm > 40-60 cm； 另外从淋溶液中分析得到钠离子占阳离子比重的 90%以上， 证实钠离子在改良层中被有效置换且去除。（2） 碳吸收部分： 通过 CO2通量变化可以证实脱硫石膏改良盐碱土过程中存在大气 CO2 吸收过程， 且可以把整个过程分为三个阶段， 0-12 天左右的反应阶段， 12-18 天左右的稳定阶段， 18 天之后的自然波动阶段； 根据公式计算得出不同初始 pH 值的大气 CO2 吸收强度， 可以得到的范围为 0.04±0.012 kg/m2 - 0.91±0.009 kg/m2， 且土壤的改良效果与碳吸收量并不完全成正比。 通过拟合各初始pH 值表现出随脱硫石膏添加量的增加大体表现为逐渐增加趋势； 根据不同初始pH 值土壤计算得出的最佳脱硫石膏添加量得到各组相对应的大气 CO2吸收量，其 随 初 始 pH 值 的 增 加 表 现 为 先 降 低 后 升 高 的 趋 势 ， 变 化 范 围 为 0.29kg/m2-0.81kg/m2， 最终通过拟合得到拟合公式（R2=0.98， P CO32 -> K+ >土壤含水率> SO42-， 负相关性： 初始 pH 值> Cl- > Ca2+ >SAR > ESP > Na+ > 土壤 pH >土壤 EC
乌孙山石炭纪火山岩的时空分布特征 、岩石成因及地质意义
No full text中亚造山带是全球典型的增生型造山带，夹持于北部的西伯利亚克拉通、西部的东欧克拉通和南部的塔里木-华北克拉通之间，主要由岛弧、海山、蛇绿岩、增生杂岩和微大陆等多种不同的地质体相互拼贴而成。天山造山带位于中亚造山带的南部，是由古生代洋盆经过多阶段的俯冲和闭合形成的，洋盆的闭合包括位于哈萨克斯坦-伊犁板块和塔里木板块之间的南天山洋以及位于哈萨克斯坦-伊犁板块和准噶尔洋内弧之间的北天山洋。伊犁-中天山板块，作为天山造山带的一个重要组成部分，广泛分布着大量的晚古生代火山岩，这些火山岩包含了关于天山造山带构造演化的重要信息。 这些分布在伊犁-中天山板块的南北缘的晚古生代火山岩可划分为四条岩浆岩带，分别是伊犁地块北缘的科古琴山-吐拉苏带和阿吾拉勒带，伊犁地块南缘的乌孙山带和那拉提带。这些火山岩岩石成因复杂，尤其在火山岩的形成环境上仍存在着裂谷、岛弧和弧后拉张的争议。本次研究选择乌孙山岩浆岩带作为研究对象，在详细野外地质工作的基础上，结合火山岩岩相学、同位素年代学(锆石 U-Pb 定年)、主微量元素地球化学和 Sr-Nd、 Lu-Hf 同位素地球化学的研究成果，查明该岩浆岩带火山岩的时空分布特征、揭示火山岩的岩石成因， 阐明该岩浆岩带形成的大地构造背景。本论文主要取得了以下几点认识：(1)通过对伊犁地块南缘乌孙山岩浆岩带石炭纪火山岩进行 SIMS 和LA-ICPMS 锆石 U-Pb 年代学研究表明： 该地区火山岩浆活动剧烈，喷发时代主要在 355-350Ma、 338Ma、 325-322Ma 和 313Ma，指示四期岩浆事件。 可将四期岩浆事件划分为早石炭世早期（355-350Ma）、早石炭世晚期和晚石炭世（338Ma、325-322Ma、313Ma）。早石炭世早期的岩浆事件产出从基性岩到酸性岩如玄武岩、粗面安山岩、安山岩、英安岩和流纹岩连续演化的岩石组合，岩石呈钙碱性系列。早石炭世晚期的火山岩具有双峰式的组合特征。这些形成不同时代的双峰式火山岩具有两种不同的岩石组合系列：一组岩石组合为碱性系列，岩性主要包括辉长岩、玄武岩、玄武质粗面安山岩和流纹岩；另一组火山岩主要包括玄武岩和英安斑岩，岩性为钙碱性系列。 该组火山岩地层可见一条侵入其中的花岗闪长岩脉，时代为 313Ma。(2)早石炭世早晚期的火山岩都具有正的 εNd(t)值。其中早石炭世早期(355-350Ma)的火山岩具有低的 εNd(t)(+0.3-+1.6)值，而早石炭世晚期的火山岩具有较高的 εNd(t)值(+2.3-+5.0)。同位素的结果表明，乌孙山早石炭世的火山岩岩浆源区可能来源于亏损地幔，并且随着火山岩形成时代逐渐变年轻，火山岩的岩浆源区呈现一个逐渐亏损的趋势。其产出的从基性到酸性连续演化的岩石组合以及双峰式火山岩组合具有相同的同位素组分，表明火山岩形成主要受控于结晶分异作用。(3)乌孙山地区石炭纪火山岩均具有富集大离子亲石元素(LILEs)和轻稀土(LREEs)，亏损高场强元素(HFSEs，包括 Nb,Ta,Ti)的特征，说明火山岩形成于与俯冲相关的环境。相比于早石炭世早期(355-350Ma)的火山岩，晚期的岩浆活动具有更强的碱性特征以及不同的 Th/Yb 和 Th/Nb 比值，表明晚期的火山岩岩浆具有更少的流体/熔体的加入。该地区的基性火山岩具有和弧后盆地玄武岩(BABB)十分相似的微量元素特征，结合逐渐亏损的地幔源区，指示该地区火山岩很可能形成于弧后伸展环境。(4)乌孙山岩浆岩带石炭纪火山岩是形成于南天山大洋板块向北俯冲引起的弧后伸展背景下。 那拉提岩浆岩带和乌孙山岩浆岩带构成了古洋-陆汇聚板块边缘的岩浆弧-弧后增生体系
基于 HySpex 成像高光谱数据的蚀变矿物填图技术研究
No full text成像高光谱传感器可以通过数十至数百个波段对地物成像，在获取地物空间信息的同时获取地物连续光谱信息，极大提升了对地物的识别能力。本研究使用的 HySpex 高光谱数据具有光谱响应范围宽、波段宽度窄和空间分辨率高等特点，能更加有效地应用于矿物蚀变信息提取。如何通过遥感图像分类技术从遥感影像中提取有效的信息是遥感地质科学应用研究的热点和难点。成像高光谱影像数据量大、数据冗余且处理困难，需要引入新算法以提升数据处理效率。目前遥感影像分类方法可分为两种类型，第一类是基于光谱曲线的处理方法，根据光谱特征识别矿物。第二类是基于机器学习的处理方法，随着统计模式识别与机器学习领域中新算法不断涌现，决策树、人工神经网络、支持向量机和随机森林等方法也被引入到高光谱图像处理中。机器学习算法中，极限学习机相对其他神经网络具有训练速度快、泛化能力强等优点。因此，其在高光谱蚀变信息提取方面具有很大的潜力。本研究将极限学习机引入遥感图像识别中以提高蚀变信息提取的速度。然后对光谱特征匹配算法和极限学习机的蚀变提取结果进行对比分析，得到最优的蚀变提取结果。最后，本研究应用极限学习机和光谱特征匹配算法进行了深入的蚀变矿物填图技术应用研究，取得以下主要成果：（1）成功搭建了超低空遥感探测平台。本部分的主要工作包括仪器安装、调试、人员调度安排和空地协同等工作。在此过程中进行了包括航线设计、仪器控制和参数厘定等工作，同时在研究区开展了飞行试验，采集到丰富的 HySpex高光谱影像数据。通过几何校正、大气校正、几何精校正、影像裁剪和拼接等预处理工作，获得了高质量的成像高光谱影像数据，为蚀变信息提取提供基础数据。（2）基于极限学习机的研究，构建了蚀变矿物信息提取模型。通过研究极限学习机的原理，探讨了不同隐含层节点数量等参数对模型的影响。同时建立了基于 ELM 算法的蚀变信息提取模型。通过了本部分的研究，开发了极限学习机蚀变提取程序，实现了基于 ELM 模型的蚀变矿物信息提取。（3）基于光谱特征匹配算法研究，构建了蚀变矿物信息提取模型。通过研究蚀变矿物样品的光谱特征，确定了样品光谱特征位置。据此实现了基于光谱匹配算法的蚀变矿物信息提取。（4）模型应用效果对比。通过对本研究提出的蚀变矿物信息提取模型的应用效果进行野外验证，对比分析了基于 ELM 和光谱匹配模型的提取精度，剖析了两种方法在蚀变矿物信息提取中应用效果产生差异的原因，在此基础上，提出了适合本研究区的蚀变矿物信息提取技术方案
叶尔羌河流域山区水库-平原水库联合调度研究
No full text针对新疆叶尔羌河流域水资源短缺、用水部门存在竞争、难以优化配置的难题， 研究了气候变化对叶尔羌河流域水文事件产生的影响， 考虑叶尔羌河流域水库群特点， 构建了山区水库—平原水库多目标（发电、 灌溉、 生态、 防洪） 联合调度模型，利用文化粒子群算法对模型求解，显著提高了模型求解的精度和效率。提出了不同调度方案， 研究表明山区水库—平原水库群联合调度可有效提高水资源利用率，提升新疆水资源利用的气候变化适应能力。主要结论如下：（1） 近 55 a 叶尔羌河流域气候变化整体呈增暖增湿趋势， 以 1998 年变化最为显著， 气温及降水变化率最大分别为 0.24℃/10 a， 7.41mm/10 a。 叶尔羌河流域极端水文事件呈显著增加趋势，以 6 月径流变化最为显著，降水增加及冰川加速消融是流域极端水文事件频发的主要影响因素。（2） 构建了叶尔羌河流域山区水库调节-平原水库群联合调度模型， 采用文化粒子群算法对模型求解，实现了流域多目标的水资源集成调度， 提高了计算效率。较逐步优化算法计算的蒸发渗漏减少量为 0.53×108m3，发电新增量1.72×108KW•h， 生态水增加量 0.27×108m3， 水资源利用率增加值 5.31%。（3）气候变化条件下联合调度的综合效益分析研究结果表明：只考虑灌溉和生态效益条件下， 2010-2030 年叶尔羌河流域水资源综合利用率在 RCP2.6 情景下可提高 16.93%， RCP4.5 情景下提高 17.32%， RCP8.5 情景下提高 17.59%。升温幅度越大，水资源综合利用率越高。</p
土地利用对卢旺达基伍湖的潜在影响分析
No full text湖泊富营养化是一个关键的环境问题，它依赖于流域内养分的可获得性以及它们向湖泊移动的可能性。流域内养分的移动在很大程度上受土地利用变化的影响。本研究通过分析土地利用的潜在影响，以期找出卢旺达基伍湖外部营养物的来源。研究的主要工作有：分析入湖河流水质的空间分布和湖泊富营养化状况与相邻土地利用类型的关系，比较和评估土地利用类型对土壤剖面理化性质的影响，以及评估生计多样性对土地利用变化的影响。利用国家卫生基金会水质指数（NSFWQI）和河流污染指数（RPI）对排入湖泊的河流水质进行了空间分析。研究表明水质与临近土地利用/覆被和地形之间存在关系。17.5％的未污染的河流位于林地占主导的地区，26％的中度污染受到综合土地利用类型以及坡度和热带降雨的影响。此外，56.5％的河流被农田占优势的土地所包围。通过分析湖泊养分状况、有机物指标、盐度和浮游植物丰度指标等，研究了不同季节变化下湖泊富营养化与流域土地利用之间的关系。研究表明，雨季湖泊富营养化与土地利用方式之间的相关度比旱季更高。无论雨季还是旱季，与其它土地利用类型相比，农田与水质具有更高的相关性。通过引入土地利用的地形特征分析，其结果表明：在坡度大的地区，土地利用对湖泊富营养化的影响比小坡度地区更大。在不同土地利用类型对土壤理化性质影响方面，本研究分析了覆膜咖啡（MC）、间作咖啡（IC）和未覆膜咖啡（UC）三种咖啡农业系统下不同土地利用类型的土壤理化性质。结果表明，表土层和亚土层的土壤有机碳含量、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、N、P 和 pH值指标均表现为 MC> IC> UC，土壤容重（BD）不仅呈现出相反的顺序（MC < IC <UC），而且还随着土壤深度的增加而增加。MC、IC、UC 三种农业耕作系统的土壤容重与土壤深度的相关性分别为 0.90、0.95、1，土壤容重与 SOC 的预测相关系数分别为- 0.94、-0.97、-0.99。最后，土地利用变化的预期影响支持将生计多样性战略纳入更广泛的自然环境评估的必要性。人口增长和土壤肥力退化是紧密相关的，其内在关系并不能用于解释引入其他耕作方式而放弃传统的常规耕作实践的理由。为了解外部养分入湖的复杂性，本研究对流域景观进行了综合分析。同时，本研究建议通过更好的土地利用管理来提高水质，例如适当的保护水土和特别关注农田的方法。本研究用于监测土壤质量动态和预测土地利用变化对土壤质量的影响需要进一步调查