Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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气候变化对开都河流域水文水资源的影响分析
No full text气候变化引起的社会、经济和生态环境等问题已受到广泛关注，尤其是有关生态脆弱区水文过程对气候变化的响应研究越来越受到学术界的重视。亚洲中部干旱区是世界典型干旱区之一，是典型的生态脆弱区，其水资源系统脆弱，对气候变化响应极其敏感。该区的山地是水资源形成区，地势低平的绿洲和荒漠区是水耗散区。其水资源的形成特征、对气候变化的响应以及未来趋势预测等逐渐成为水资源研究领域的热点问题。本研究预测了亚洲中部山区气候变化，对比了不同气候校正方法在气候模式降尺度中的应用效果，以开都河流域为典型研究区，通过分析开都河水文过程特征及其对气候变化的响应，重点预估了开都河流域未来水文过程变化特征、探讨了其不确定性，对研究干旱区山区流域的气候变化有重要作用。
1、利用贝叶斯模型平均（Bayesian model averaging method, BMA）技术，利用耦合模式比较计划第五阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5）中的21个大气环流模式（General Circulation Model, GCM）分析了21世纪中亚山区（Mountainous regions of Central Asia, MCA）的气候变化预测结果。研究结果表明：1）BMA优于简单的GCM结果集合，BMA得到的三个气候变量（即温度、降水、降雪）与观测值一致。2）到21世纪末（2070-2099），在RCP8.5模式下，气温将升高5.0 °C，降水将从1976 ~ 2005年的186 mm增加到197 mm，增加量为5.9%，而降雪将下降26.4%，从72 mm下降到53 mm。3）降水在北天山增加，在阿姆河地区减少；降雪在天山西部地区显著减少；平均降雪占降水的比例（S/P）从当前控制期（1976 ~ 2005）的0.58下降到21世纪末（2070 ~ 2099）的0.43（RCP8.5）。4）在春秋季节降雪对温度的敏感性较高，在冬季较低；高山边缘区降雪对温度最为敏感。研究区气候变化整体上表现为温度升高、降水增加和降雪量减少，这将导致潜在的洪水风险、固体水资源的流失和径流季节分配变化。
2、通过结合Morris和SDP（State-Dependent Parameter method）敏感性分析方法，应用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）分布式水文模型分析了开都河流域水文过程，并量化了气象输入对水文模拟的贡献。结果如下：1）由于在高寒山区观测气象数据稀少，气象输入占了模型不确定性的比例很大（64%）；2）地下水过程是该流域最重要的水文过程；3）构建的流域水文模型在率定期和验证期日径流的Nash–Sutcliffe效率系数（NS）和R2都达到0.80以上，模拟效果很好；4）当不考虑气象要素随高程变化时，率定的水文模型效率系数只有NS = 0.47（考虑气象要素随高程变化时NS = 0.80），表明气象要素空间变化对分布式水文模型非常重要，尤其在气象资料稀少的山区更加显著。
3、比较分析了五种降水校正方法和三种温度校正方法在区域气候模式（Regional Climate Model, RCM）降尺度中的应用效果。降水校正方法包括线性缩放（Linear Scaling, LS）、局部强度缩放（Local Intensity Scaling, LOCI）、幂转换（Power Transformation, PT）、Gamma分布映射（Distribution Mapping, DM）和分位数映射（Quantile Mapping, QM）、温度校正方法包括LS、方差缩放（VARIance scaling, VARI）和Gaussian分布映射（DM）。结果表明：1）相对于观测数据，原始的RCM模拟存在严重偏差，导致了用原始RCM驱动的水文模拟存在严重偏差；2）所有的偏差校正方法均可有效提高模拟效果；3）对于降水而言，PT和QM方法在校正基于频率的指标（如标准偏差、百分位数值）方面表现最好；LOCI方法在校正基于时间序列的指标（如NS、R2）方面表现最好；4）对于温度而言，所有的校正方法校正效果均较好，各校正方法差别不大；5）对于模拟径流而言，降水校正方法比温度校正方法对径流模拟的影响更为显著。虽然这种降尺度方法是基于特定的RCM和水文模型应用于干旱区的特定流域，但是这种分析方法和一些结论可以应用到其他地区和模型中。
4、采用校正后的RegCM4.0预测的未来气候数据驱动率定好的水文模型，评估了21世纪开都河流域水文过程对气候变化的响应。结果表明：1）相对于1986 ~ 2005年，在RCP4.5和RCP8.5下，21世纪末开都河流域温度将升高2.2°C和4.6°C，降水将增加2% ~ 24%（干季显著增加、湿季变化很小）；2）相对于1986 ~ 2005年模拟的多年平均径流量（36.1 m3×108），21世纪径流相对变化-1% ~ 20%。未来蒸散发量将增加2% ~ 24%。利用简单气候变化（Simple Climate Change, SCC），即相对于1986 ~ 2005年温度绝对变化量设置为-1 ~ 6°C、降水相对变化设置为-20% ~ 60%，分析了开都河流域水文过程对气候变化的响应，发现径流几乎随降水增加呈线性增加，而径流对温度的响应则依赖于温度变化幅度，当温度增加大于2 °C时，径流显著降低。
本文综合评估了开都河流域气候变化对水文过程的影响。利用BMA方法整合多个GCM信息预估了未来亚洲中部山区的气候变化；在水文过程分析方面，首次利用敏感性分析方法定量评估了该流域气象输入对水文模拟的贡献；提出了在资料稀缺的山区，偏差校正方法的应用流程；首次比较了不同降水和气温校正方法在干旱区典型流域的应用。本论文存在不足是没有考虑冰川融水过程，有可能导致气候变化评估中的偏差增大；开都河流域地形复杂，气象站点和水文站点稀少，水文模拟存在很大的不确定性，也需要今后进一步研究
三维航空影像目标地物对象化分类研究 / 段永超著 ; 杨辽指导
No full text随着数字摄影测量技术的发展，利用有人或无人飞机挂载相机，进行高分辨率航空影像数据的获取变得也来越普遍。如何从这些含有丰富细节信息的高分辨率航空影像中对目标地物进行识别，提取，分类等操作，已经成为在摄影测量与遥感、计算机视觉等诸多领域研究的重点和热点,具有十分重要的理论和现实意义。建筑物作为城市的重要组成部分，对其进行正确识别和提取，在城市规划和建设中具有十分重要的意义。现阶段基于高分辨率航空影像的建筑物提取的研究，大部分是基于二维遥感影像数据，进行手动或半自动提取。这样的操作容易产生工作量大，效率低且不能充分利用航空影像中蕴含的三维信息等问题。道路作为衡量城市发展的主要因素之一,也是城市发展过程中更新最快的要素之一，道路的发展会直接影响城市功能用地的布局。本文从含有丰富细节信息的高分辨率航空影像中提取道路信息，以弥补传统提取识别方法中的一些不足，比如极易受到周围环境例如植被、车辆、阴影的影响，容易造成漏分错分，边缘模糊等。
针对以上这些问题，论文利用多种方法充分挖掘影像中的三维细节信息，借助航空影像数据的真数字正射影像（True Digital Orthophoto Map, TDOM）、数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）、数字表面模型（Digital Surface Model, DSM）等产品以及关键地物的光谱，形状、纹理等特征信息，进行点云过滤，从而快速高效，准确地进行关键地物的识别提取。主要完成了以下内容：
（1） 对关键地物进行点云过滤。高分辨率航空照片生成的DSM在丰富影像细节信息的同时也放大了噪声。论文充分利用DSM的高程信息，以及相关光谱，纹理，形状等信息对关键地物提取时产生影响较大的噪声进行过滤，得到比较精细的DSM模型。
（2） 建筑物的自动识别提取。在进行建筑物识别提取时，植被对建筑物提取影响在众多因素中影响是最大，因此考虑先过滤掉植被再进行建筑物的提取。针对航拍时中心投影所导致的建筑物倾斜以及相互遮挡现象，论文采用通过重叠的航空影像提取TDOM作为底图，通过点云过滤，得到建筑物的DSM，以此作为高程限制来进行建筑物的提取。
（3） 道路的自动提取。在进行道路提取，在借助TDOM、DEM、DSM的同时，运用纹理、光谱、形状、背景上下文等特征对建筑物，植被等噪声的点云进行过滤。得到只含有少量噪声的道路地面DSM并以此作为辅助数据，结合面向对象技术进行城镇道路提取。
经过反复试验，论文中提出的技术和方法，均利用试验和比较等方式验证了其有效性和实用性
梭梭幼苗干旱死亡过程中的水力结构变化与碳分配动态
No full text根据全球变化模型预测，未来地球表面温度将持续升高，降水模式发生改变，干旱事件的频次和强度增加。干旱事件的频发将导致植被变化。当前全球干旱导致的植物死亡报道越来越多，尤其在干旱和半干旱生态系统更为严重。对植物死亡的生理机制认识不足，会限制我们对未来气候变化情景下植被动态的预测。“水力失效”和“碳饥饿”是植物干旱死亡的两个主流机制，分别基于植物水、碳平衡对干旱的响应而提出。水碳生理变化的先后顺序和相互作用决定着植物的干旱死亡机制。
古尔班通古特沙漠为我国第二大沙漠，建群种梭梭（Haloxylon ammodendron）耐瘠薄、抗旱性极强，具有优良的固沙特性，对于荒漠生态系统的稳定与维持意义重大。然而近年来，在气候变化和人类活动的影响下，古尔班通古特沙漠南缘天然梭梭林分布面积减小，盖度下降。当夏季干旱来临，土壤水分有效性降低，梭梭幼苗死亡率升高，不利于幼苗的建成、种群的更新和分布。了解建成阶段梭梭幼苗水碳动态对干旱的响应有助于理解其干旱死亡机制。另外，幼苗根系结构和功能发展尚不完善，比成年个体更容易遭受水分胁迫，因此其生物量分配模式和根系对生存的作用值得深入探讨。
本研究通过温室控制实验，对一年生梭梭幼苗在干旱死亡过程中的水碳生理、形态指标进行跟踪测定，确定各指标变化的先后顺序，量化地上、地下组织在干旱下的存活时间，探讨根系生理和形态对梭梭幼苗干旱存活的重要作用，分析生物量分配模式对干旱的响应以及对复水后恢复的作用，并进行梭梭幼苗胚根生长动力学特征初探。
结果表明：（1）干旱下梭梭幼苗根系存活时间（死于干旱第70天）是地上部分存活时间（死于干旱第35天）的2倍。碳水化合物优先向根系分配，维持根系呼吸，延长根系的存活时间。同时，确定了其干旱死亡过程中水、碳相关生理指标发生变化的时间顺序，探讨了此物种在干旱下对维护水、碳安全的权衡及策略。（2）水力功能的失调限制了非结构性碳水化合物在地上部分的利用，导致梭梭幼苗地上部分的枯萎，表明水、碳共同调控梭梭幼苗在干旱下的生存。地上部分死亡后，存活的根系有利于幼苗的再萌芽，其再萌芽能力依赖于优先分配于根系的非结构性碳水化合物。（3）提出了此物种的死亡判定标准：地上组织和根系气体交换接近于零，并且复水后再萌芽能力为零，即为真正的死亡。此标准建立了“胁迫”和“死亡”的界限，为死亡机制研究设定了前提。（4）梭梭幼苗优先向地下分配生物量，且这种分配模式不受干旱的影响，具有表观可塑性。在长期环境压力下，固定的生物量分配模式有利于降低可塑性代价，增加适应性。梭梭幼苗固定的生物量分配有利于其复水后的恢复。（5）梭梭种子萌发初期胚根伸长率最大的区域通常是离根尖最远的部分，距根尖2 mm范围内始终未见任何伸长迹象。而曲率变化最大的区域通常在根尖附近，形成两个中心点，位置依根长的增加而改变。伸长生长和弯曲生长在时间上交替进行，在空间上基本不重合。
本研究表明，荒漠灌木梭梭具有“与生俱来”的根保护策略：在干旱胁迫下优先投资根系，牺牲地上部分，在降低地上碳需求的前提下满足根系的碳消耗，保证根系的存活。根系积累的碳水化合物是驱动再萌芽的能量源。而优先分配于地下的生物量日积月累形成了庞大的根系，在沙漠长期干旱的环境中进行有效的形态调整以维持供需水平衡。生理响应和形态调整、水平衡和碳平衡共同作用，调控梭梭幼苗在荒漠环境下的生存
塔里木盆地西北缘典型下垫面的风蚀潜力及风蚀过程研究
No full text阿克苏地区位于塔里木盆地西北缘，具有典型的大陆性干旱气候特征，同时也是中国重要的沙尘源地之一。本文选择阿克苏地区的枣园、棉田和沙漠绿洲过渡带三种典型的下垫面，在2012和2013两个观测周期，通过野外实地动态监测试验，分析塔里木盆地的沙尘通量特征，及空气动力学参数，并总结了研究区的风蚀特征。利用野外取样及室内测定，分析了表层土壤的团聚体分布，揭示蠕、跃与悬移的释放潜力；利用观测的研究区的风蚀特征，结合母壤团聚体以及风蚀物团聚体粒度分布的研究分析，阐明了该地区的粉尘释放的物理机制；使用DPM粉尘释放模型对研究区的沙尘通量进行了模拟研究；并以此为基础，结合研究区的粉尘释放的物理机制和其他本文的结论，运用流体力学相关方程，完善了该粉尘释放模型。主要结论如下：
（1）过渡带潜在可蚀性含量及悬移含量最大，特别是棉田>果园，这和直接观测的沙尘通量特征的结果是一致的。
（2）研究区三个下垫面的强风事件有着显著的不同：过渡带强风事件的风向主要集中在SEE、E和NWW这3个方向，棉田和果园强风事件的风向则主要集中在N、NE、NNE和ENE这4个方向。过渡带的强风事件的数量、强度和持续时间都远高于其它两个实验区。空气动力学参数的分析表明过渡带有最低的摩阻风速、最小的零位移平面高度和最小的空气动力学粗糙度，而果园有最高的摩阻风速、最大的零位移平面高度和最大的空气动力学粗糙度。通过现场观测结合野外取样及空气动力学参数的理论分析，表明过渡带的潜在风蚀强度最大，因此在风蚀的治理上，过渡带应该被重点考虑。
（3）通过BSNE和creep sampler进行沙尘水平通量和风蚀量的观测，发现在棉田和果园实验区观测到的沙尘水平通量只有约10%符合高度的幂函数，过渡带实验区的沙尘水平通量则完全符合幂函数。过渡带实验区的风蚀量远多于其他两个实验区，棉田实验区的风蚀量大于果园实验区，差别的主要原因是不同的田间措施和植被覆盖共同造成的。
（4）沙尘水平通量的结构、Sensit所观测的跃移活动特征以及风蚀物的团聚体粒度分布共同表明：研究区的粉尘释放机制主要依赖空气动力的拖曳和抬升，而并非前人所述的跃移冲击。
（5）利用DPM模型模拟了研究区的粉尘释放特征，模拟结果显示，跃移通量的模拟值和实测值较一致，而粉尘释放通量的模拟值却远低于实测值。剖析了DPM模型的运行的物理机制，结合本研究的部分结论，找出了模拟值和实测值出现偏差的原因是DPM模型的运行机制和研究区的粉尘释放机制不太相符造成的。在前人工作的基础上，推导出了空气动力引起的粉尘释放的通量表达式，完善了DPM模型对研究区粉尘释放的模拟
乌鲁木齐不同业态商业网点空间分布及影响因素分析
No full text商业服务业作为城市地域和城市功能的重要组成部分，商业区位、商业活动及其空间结构历来都是城市地理学、商业地理学研究的重要内容和热点问题。我国商业地理学发展相对缓慢的重要原因就是数据难以获取。当前的大数据热潮蔓延到经济社会的各个领域，而大数据的产生往往基于地理位置，带有地理信息坐标，从而为商业地理研究提供了丰富的数据保障。基于大数据城市地理、社会地理、行为地理等的研究案例方兴未艾。本文通过对国内外商业区位研究进展进行回顾，分析国内外商业地理发展的基本历程，以乌鲁木齐中心城区为例，在ArcGIS、GeoDa、UNA、Crimestat的技术支撑下，采用2015年POI数据，选取便利店、超市、服装鞋帽店、家电电子卖场、家居建材市场、购物商场、各类专业店、花鸟鱼虫市场、综合市场九种商业业态类型，从点格局、线格局、面格局三个层面对乌鲁木齐中心城区不同业态商业网点的空间分布特征及规律进行研究，并对其影响因素进行探讨。本文的研究结论有利于从空间的视角探讨城市商业网点的区位规律和布局偏好，为科学引导城市产业结构调整优化和合理布局提供参考。
主要结论如下：
（1）就圈层分布特征而言，商业网点总体分布不均衡，中心指向性明显，各圈层相对优势的商业网点业态各异；各业态商业网点空间分布差异显著；各业态商业网点具有不同方向的空间集聚；各业态商业网点具有不同尺度的空间集聚。
（2）交通网络中心性对商业网点空间分布格局具有决定性作用，不同业态商业网点受交通网络中心性作用的水平有所差别。不同业态商业网点受交通网络中心性、邻近度、直达性影响的程度有所差异。
（3）整体看来，乌鲁木齐中心城区全部商业网点呈现出“中心高、外围低”、“南多北少”的空间格局；不同业态类型商业网点呈现不同程度的全局空间自相关特性；不同业态类型商业网点呈现不同程度的局部空间自相关特性。
（4）对服装鞋帽店而言，土地价格、商圈环境、交通通达性、人口规模、车站次数、小区数量是影响其布局的重要因素；购物商场受集聚特征、交通密度、车站次数的影响显著；花鸟鱼虫市场受商圈环境、道路密度、人口密度、车站次数的影响显著；家电电子卖场受土地价格、交通密度、人口密度、车站次数的影响显著；家居建材市场受土地价格、商圈环境、集聚特征、交通密度、车站次数、小区数量的影响显著。综合市场受商圈环境、人口密度、车站次数的影响显著；超市和便利店对解释变量也没有表现出明显的依赖性，说明其空间布局倾向离散布局，其在空间上的离散布局是为了带来更大的服务覆盖面
不同防护措施对土壤水盐含量和梭梭生长的影响
No full text本文以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-荒漠过渡带为研究区，在过渡带流动沙地种植梭梭幼苗,并采取不同防护措施（凋落物防护、固沙剂防护、生物灌丛防护、灌丛+凋落物防护及灌丛+固沙剂防护），研究不同防护措施对沙地土壤水分、土壤盐分及梭梭幼苗生长状况的影响。得出以下结论。
（1）在初春的灌水作用下，5月各样地土壤含水率达到最高，1m深土体平均含水率均在11%左右。随着时间的推移各样地土壤含水率均有不同程度的降低。前期5-7月份土壤含水率下降速率较快，后期7-10月份下降速率趋于平缓。不同防护措施对沙地土壤水分含量具有明显影响。其中凋落物防护、固沙剂防护下土壤水分状况较好，特别是表层0-30cm土壤含水率明显高于裸沙地，而生物灌丛区内各防护措施下土壤水分含量低于裸沙地。到试验末期10月份凋落物防护下1m深土体平均含水率最大为2.9%，固沙剂防护次之为2.45%，而其余各防护措施下1m深土体含水率均在1.6%左右。
（2）从空间尺度看，表层土壤水分受外界环境因素影响波动变化较大，特别是研究区强烈的蒸发作用，而深层土壤水分含量相对比较稳定。在初春灌水后各层土壤水分含量较为均匀，随时间的推移土壤水分逐渐向深层过渡，到10月各样地土壤水分主要都集中在60-100cm土层，其中凋落物防护下60-100cm土层平均土壤含水率为6.04%，固沙剂防护为4.47%，其余各防护措施下该层平均土壤含水率均在2%-3%之间。
（3）在绿洲-荒漠过渡带流动沙地，初春采用滴灌一次性供水135L·m-2对土壤盐分分布产生一定的影响。灌水后各防护措施下0-60cm土层土壤电导率值较小，各层土壤电导率值均在0.7ms/cm左右。60cm土层以下土壤电导率值急剧增大，70-100cm土壤电导率值远远高于0-70cm土层。到试验末期10月份0-20cm土壤盐分含量增幅较大。其中裸沙地表层0-10cm土壤电导率值为2.61ms/cm，分别是凋落物防护和固沙剂防护的3.2倍和2.5倍。生物灌丛区内各防护措施0-10cm土壤电导率值均在1.5ms/cm左右。土壤有机质含量表现为表层0-30c各
防护措施均高于裸沙地，其中凋落物防护下该层土壤有机质平均值为对照的1.65倍。土壤pH值表现为：固沙剂防护下表层0-30cm和30-60cm土层均显著低于裸沙地。凋落物防护、灌丛+固沙剂防护仅在表层0-30cm显著低于裸沙地。
（4）绿洲-荒漠过渡带在初春采用滴灌一次性供水135L·m-2，可以保证栽植梭梭苗木当年的生长需求。相比较于农田防护林每年4-9月每月灌溉一次的灌溉制度，这不仅节省了大量水资源，同时完善了农田防护林搭配荒漠灌木林的防护体系，提高了防护林对绿洲农田的防护作用。其中凋落物、固沙剂防护下梭梭苗木的株高、冠幅和基径最大，分别高于对照17.8cm、44.1dm2、4.5mm和10.2cm、25.5dm2、4.14mm。种植梭梭苗木的株高、冠幅、基径和新枝长度的最大生长速率均出现在6-8月，到9月份梭梭苗木生长速率减缓，其中冠幅和新枝长度甚至出现负增长。生物灌丛防护和综合防护措施下梭梭苗木冠幅与基径均低于对照
梭梭根系内水分再分配验证及其对根系寿命的影响
No full text水分再分配作用主要是指根际区不同部位土壤间与植物根系间水势差下的运移过程。夜间弱蒸腾作用下，具有水分再分配作用的根系能够从湿润土层中吸收水分，而后将水分运输并释放至干燥土壤层中，使干燥土层的水分有效性得到改善。水分再分配作用提升的这部分水除用于植物本身的需求之外，也可为相邻植物所共享。通过这种水分调节方式能够有效缓解植物的干旱胁迫。本研究通过调控夜间植物蒸腾，以控制植物根系内水分再分配发生的条件，利用上下分根方法及根系观测技术，设置控制处理（仅接受白天自然光照），夜间光照处理（接受24小时光照），加水及夜间光照处理（接受24小时光照+加水）对梭梭根系是否存在水分再分配作用进行了验证，并进一步研究了水分再分配对梭梭自身生理形态、细根寿命及对相邻当年生梭梭苗生长的影响。主要得到如下结果：
结果表明： 1）处理51d后，控制处理梭梭黎明前及正午同化枝水势分别为-2.06及-3.1Mpa，而夜间光照处理分别为-2.9及-3.7Mpa，且控制处理、夜间光照处理、加水及夜间光照处理梭梭上管部分根水势分别为-3.6、-5.2及-3.1Mpa；夜间弱蒸腾作用下，控制处理的梭梭发生了水分再分配作用，帮助干土层中根系获取一定程度的水分补偿。2）控制处理与加水及夜间光照处理的梭梭蒸腾速率分别为6.3及6.8 g·m-2 h-1，均大于夜间光照处理的4.1 g·m-2 h-1，且控制处理和加水及夜间光照处理的梭梭最大净光合速率也较夜间光照处理高，三组处理的梭梭最大净光合速率分别是23.7、17.8及22.4μmol·m-2·s-1。由此说明，水分再分配作用促进梭梭蒸腾及光合作用。3）控制处理与加水及夜间光照处理梭梭地上部分生物量显著高于夜间光照处理，不同处理的梭梭地下部分总生物量、上管地下部分生物量及上管比根长的大小关系均为加水及夜间光照处理>控制处理>夜间光照处理，表明水分再分配作用增加梭梭地上及地下部分的碳分配，成为改变光合产物分配重要因素之一。4）控制处理及夜间光照处理的梭梭上管部分根系寿命中位值分别是36d及24d，夜间的水分再分配作用能够延长干旱土层中的细根寿命。5）梭梭夜间的水分再分配作用所释放的水分提高了其冠下当年生梭梭的生存能力，控制处理的当年生梭梭苗根水势较高于夜间光照处理，且光合作用能力也得到提高。
本研究表明，梭梭具有显著的根内水分再分配作用，在夜间，根系吸收湿润土层中的水分并释放至上层干燥土层中以缓解低水分可利用条件下的水分亏缺，同时，水分再分配作用的发生可促进植物蒸腾及光合速率，延长干土层中细根寿命，促进了植物生长，并增加了冠下当年生梭梭幼苗的存活
西北干旱区荒漠特有植物的谱系格局及其成因--以木霸王、百花蒿和绵刺为例
No full text中国西北干旱荒漠植物区系的形成与古地中海退却、喜马拉雅及青藏高原的隆起、荒漠的形成演化及第四纪冰期等密切相关，是研究荒漠植物区系演变和分布区格局形成等生物地理理论问题和干旱区植物进化、物种形成的天然实验室，开展中亚地区荒漠代表性植物物种进化及谱系地理学研究无疑是一个非常有意义的选题。本研究选取西北干旱区荒漠植被的三个特有属类群：木霸王、绵刺和百花蒿，对其进行谱系 地理学分析并探讨其谱系格局成因。主要结论如下：
1. 木霸王的谱系地理学研究
木霸王作为一种荒漠植物，广泛分布于中国西北地区，是一个研究该区域生物地理的理想材料。本文筛选了两个cpDNA基因间隔区psbK-psbI和rpl32-trnL对木霸王的31个居群226个个体进行序列变异分析。构建了单倍型网络图、进行了分子方差分析、空间分子方差分析。中性检验和错配分析用于居群动态分析。使用生态位模型对现在和末次盛冰期木霸王的潜在分布区进行了模拟。在26个发现的单倍型当中，一个单倍型广泛分布，其他单倍型限制的分布在东部或者西部区域。发现在西部天山附近和东部贺兰山附近的居群具有较高的单倍型遗传多样性。AMOVA和SAMOVA对全部居群分析表明该物种缺乏谱系地理结构，这可能与其生物特性相关。中性检验和错配分析表明该物种过去发生区域扩张事件。比较现在和末次盛冰期的潜在分布，表明木霸王在末次盛冰期期间分布区经历了收缩和片段化。基于谱系结构、居群遗传多样性和分布区模拟结果，木霸王该物种很可能是起源东部，通过河西走廊向西传播。
2. 百花蒿的谱系地理学研究
本研究筛选了2个叶绿体基因间序列psbA-trnH和trnQ-rps16，一个核基因ITS序列对百花蒿28个居群进行了序列变异分析。从两个cpDNA联合序列分析中检测到6个单倍型，从核基因ITS序列检测到31个核单倍型。cpDNA以及核基因遗传特征上分析结果表明：从物种水平上，百花蒿的cpDNA显示较高的遗传多样性(cpDNA: π = 0.0020, h = 0.794, HT = 0.820)，核基因上显示出遗传多样性相对较高(ITS: π = 0.0040, h = 0.870, HT = 0.817)。根据cpDNA数据，百花蒿居群之间存在显著地遗传分化(cpDNA: GST = 0.976, NST = 0.986, NST > GST, P > 0.05)，表明居群之间存在高的遗传分化和低水平的种子介导的基因流，但是对于cpDNA数据来说，百花蒿居群之间不存在明显的谱系地理结构，可能与单倍型H5广泛存在于三个沙漠有关。然而，根据核基因ITS数据，百花蒿居群之间的分化水平为中等水平(ITS: GST = 0.244, NST = 0.053, NST > GST, P 0.05)以及Mantel test的分析结果，我们认为百花蒿现存的异域分布模式可能与腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库不齐沙漠和毛乌素沙漠形成与演化的地质事件相关。基于叶绿体平均替换速率，我们推测四个不同谱系分支的分化时间大约在0.5-1.2Ma之间，这个时间段与现有的地质学文献关于本文涉及到沙漠的形成和演化时间相一致，而沙漠的形成与演化与青藏高原的青藏-黄河运动和第四纪气候周期波动息息相关，因此我们认为百花蒿的遗传分化受到地质运动和第四纪冰期的共同影响。基于居群的遗传多样性分布格局和每个谱系地理组的独特性，对整个分布区划分了四个进化显著单元并提出了相应的保护策略。
3. 绵刺的谱系地理学研究
本研究选取蒙古高原特有类群绵刺研究其谱系地理结构，选择两个叶绿体DNA片段trnL-trnF和psbA-trnH来研究绵刺13个居群共131个个体的序列测定。结果共检测到2个变异位点，共得到3个单倍型。H1普遍存在，占所有样本的71%，而且在简约性网络图中处于中心位置，因此推测H1可能是比较古老的单倍型。总的遗传多样性HT = 0.493，平均遗传多样性HS = 0.186，GST = 0.622，NST = 0.467，P > 0.05，无显著性，缺乏一个明显的谱系结构，可能与绵刺具有克隆的营养繁殖方式有关。将绵刺地理分布人为分为：中心组和边缘组，发现中心组居群内具有较高水平的单倍型多样性，边缘组居群内单倍型单一，符合中心-边缘假说。分子方差分析（AMOVA）结果表明，绵刺居群间遗传变异为47.1%，居群内遗传变异为52.9%，居群遗传分化系数FST为0.4710。这表明绵刺遗传变异主要来源于居群内部，但居群间也出现一定程度分化。绵刺居群间遗传距离和空间距离的Mantel test检验结果显示并没有相关性。错配分析呈单峰分布，表明绵刺居群历史上发生过居群动态扩张。根据绵刺的遗传分布格局，我们建议在绵刺的中心分布区建立保护区，有利于保护该物种的遗传多样性
新疆天山山区TRMM降水数据的校正与降尺度研究
No full text降水是全球水分和能量循环中关键的气候要素。降水量是水分循环、水资源评价、气候分析、水文模型等计算和研究中非常重要的输入参数。因此获得高分辨率、高精度的降水数据具有重要的意义。在我国西部地区，尤其是地势复杂，海拔较高的天山山区，水文气象观测站点稀少，站网密度远远不能满足流域水文模型的应用需求。目前，遥感技术可以提供在空间上连续分布的降水资料，其中TRMM遥感数据应用广泛，已成为研究降雨变化的一种重要手段。但其空间分辨率较低，数据精度相对不高，对遥感降水数据进行降尺度和校正，能够有效解决该问题。
本研究以天山山区作为研究对象，首先利用研究区内8个气象站点的实测降水数据对TRMM3B43降水数据在天山山区的适用性进行评估；然后基于不同方法（ANN和CART）对TRMM3B43数据进行校正，得到高精度的降水数据；最后根据TRMM3B43降水与植被NDVI、坡度、坡向、高程、经纬度的相关关系，通过CART算法建立回归模型进行降尺度，并二次校正后得到高分辨率、高精度的降水数据，以此分析天山山区降水空间分布的特征。主要结论如下：
（1）TRMM3B43降水数据在天山山区有一定的适用性。在研究区尺度上，TRMM3B43和GPM月降水数据与站点实测降水数据的决定系数（R2）分别为0.76和0.87，存在显著的线性相关关系，说明TRMM3B43和GPM降水数据与站点实测降水在整体上有较好的一致性，可以反映出研究区大致的降水情况。在单个站点上，TRMM3B43和GPM月降水数据与站点实测降水数据相关性不高，且误差较大。其中，GPM降水数据的精度高于TRMM3B43。
（2）从ANN法和CART算法的校正结果可知：无论整体还是单个站点综合考虑地理因子和NDVI数据校正后的TRMM降水数据与实测值之间的R2的平均值都在0.7以上，δ和RMSE也都在可接受范围之内，说明ANN和CART两种方法对TRMM数据的校正效果都很好。其中，CART算法校正后的TRMM降水数据与实测值之间的拟合度更高，误差更小，比ANN法校正后的TRMM降水数据更接近实测值。由此可以判断CART算法的校正效果优于ANN法，且CART计算过程更简便，效率更高。
（3） 基于CART算法综合考虑NDVI、坡度、坡向、高程和经纬度建立回归模型对TRMM3B43降水数据进行降尺度的方法可行。通过降尺度和校正的方法，得到了天山山区分辨率为1km的年降水数据，并通过比例系数法分解得到月降水数据。经过实测站点的检验，降尺度过程提高了空间分辨率，但与实测值之间存在一定误差，因此使用加法修正法进行校正。校正后的降尺度多年平均降水数据与实测降水数据的决定系数（R2）为0.85，δ和RMSE分别为15.20%和53.72mm，相比未校正的R2提高了0.05，δ和RMSE分别减小了5.42%和10.58mm。由此可以说明，经过校正后的降尺度降水数据精度更高，且校正过程有效地减小了降尺度和站点实测降水数据之间的误差。因此，通过本文降尺度和校正的方法能够得到天山山区高分辨率、高精度的降水数据。
（4）利用校正后的降尺度降水数据，在月、季、年三个时间尺度上对天山山区的降水进行分析，从空间分布情况来看：天山西部一年四季均是降水最多的地区，东部地区相对而言降水较少。夏季降水量主要集中在天山中部，冬季天山西部地区的降水明显多于东部，北坡的降水量普遍略高于南坡。从时间变化情况来看：天山山区降水季节性明显，夏季降水量大，冬季降水量小。其中7月降水量最大，2月最少
不同盐分条件对骆驼刺幼苗定居过程的影响研究
No full text塔克拉玛干沙漠南缘是环境条件异常严酷的区域，这里风沙肆虐、高温干旱、盐碱严重。由于人为不合理地利用和破坏，使绿洲近外围的自然植被遭受严重破坏，导致土壤盐碱化问题日益突出。疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia Shap. ）（以下简称骆驼刺）作为塔克拉玛干沙漠南缘的优势植物种，不仅适应性强，分布广，而且在防风固沙，改善环境等方面具有非常重要的生态效益。因此，揭示骆驼刺植物的盐分适应规律，加快绿洲外围植被修复刻不容缓。本研究依托位于塔南地区的策勒研究站的生态学实验平台，展开不同浓度盐分条件对骆驼刺不同生长阶段影响的控制实验，对骆驼刺出苗（持续两个月）后在持续盐分条件下的幼苗生长、形态特征、生物量分配、根系生长特性和分株生长状况进行研究，以期进一步揭示盐分条件下骆驼刺幼苗的定居过程和更新规律，为该区域的人工骆驼刺植被修复提供依据。研究结果包括以下几个方面：
（1）在种子出苗方面：骆驼刺种子的出苗率、出苗指数随着盐浓度增大先增大后减小，并在200 mmol/L盐浓度条件下达到最大，并且不同盐分条件延迟了骆驼刺种子出苗。进一步研究表明种子出苗的耐盐适宜范围为0~200 mmol/L。
（2）在幼苗生长方面：①骆驼刺幼苗株高和冠幅均随盐浓度的逐渐增大而减小。总生物量在处理30天时，中低浓度（<200 mmol/L）条件下差异不显著，但在处理65天时差异显著，高浓度（400 mmol/L）盐分条件显著抑制了其生长（p<0.05）。骆驼刺幼苗净光合速率随盐浓度增大呈降低趋势，瞬时水分利用效率在浓度达到400 mmol/L时显著增大。处理30天的骆驼刺幼苗叶绿素a、b与总叶绿素含量在高浓度（400 mmol/L）条件下显著降低，中低浓度（<200 mmol/L）条件下无明显差异。处理65天时，其叶绿素a、b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均较处理30天时显著降低，且随盐浓度的增大逐渐降低。处理30天的骆驼刺幼苗比叶面积和叶片干物质含量均随着盐浓度增大呈降低趋势，处理65天时，其比叶面积随盐浓度增大呈增大趋势，叶片干物质含量则随盐浓度增大显著降低。骆驼刺幼苗N含量在中低浓度盐分条件下差异不显著，高浓度条件下显著降低，P含量随盐浓度增大先减小后增大，表明高浓度盐分条件不仅影响其生物量的积累，对其光合、色素含量、N、P含量均有影响。②处理30天的骆驼刺根系生物量在中低浓度（<200 mmol/L）盐分条件下较对照有所减少，高浓度条件下显著减少；其根冠比在不同盐分条件下无差异。处理65天的骆驼刺幼苗根系生物量随盐浓度增大先增大后减小；其根冠比随盐浓度增大先增大后减小。说明增大根冠比是骆驼刺适应盐环境一种有效的策略，而在高浓度条件下其根系生物量与根冠比显著减小，表明骆驼刺生长受到了抑制。
（3）在生物量分配方面：处理30天时，骆驼刺幼苗茎比重和根比重在高浓度（400 mmol/L）条件下较对照有所减小，而叶比重则随盐浓度增大而增大；处理65天时，茎比重在中低浓度（<200 mmol/L）条件下无显著性差异，高浓度条件下较对照有所增加；叶比重则是先减小后增大；根比重在中低浓度（<200 mmol/L）条件下有所增大，高浓度下明显减小。并且处理65天的骆驼刺幼苗较处理30天的幼苗茎和叶比重有减小趋势，而根比重逐渐增大。说明盐处理早期（处理30天），骆驼刺把更多的生物量分配到地上部分来竞争光照资源，而在处理65天后，骆驼刺把更多的生物量分配到根系部分来适应盐环境。
（4）在盐离子分布方面：在不同浓度的盐分条件下，Na+在骆驼刺幼苗不同器官的含量分布为：茎>叶>根，K+则为茎、叶>根；其 K+/Na+在根中随盐浓度的增大先增大后减小，茎中随盐浓度的增大逐渐减小，叶片中则是整体呈减小趋势。说明无论是低盐还是高盐条件均抑制了各器官对K+的吸收，并且地上部分（茎、叶）的抑制作用大于地下部分（根系）。
（5）在分株形成方面：骆驼刺属于克隆植物，通过产生分株来竞争光照、水分和养分等资源来适应恶劣的环境。在较好的水分条件下，一年生的骆驼刺能够产生较多的分株，很好的进行无性繁殖。本研究中仅对照条件下（50 mmol/L）形成了分株，表明低浓度盐分条件（0~50 mmol/L）有利于骆驼刺分株的形成