中美巴印过去300年耕地时空变化的比较研究

本文利用长时间序列数据,对中、美、巴、印四国过去300 年耕地时空变化特征及驱动因素进行了比较分析。结果表明:①四国耕地总量在过去300 年均呈持续增长态势。中国和印度土地垦殖历史悠久,其中,中国在1700-1980s 耕地面积增加了68.21×10⁴ km²,印度在1700-2000 年增加了131.28×10⁴ km²,为中国的1.92 倍;美国和巴西虽然农业起步较晚,但发展迅猛,其中,美国在1700-1950 年的250 年间耕地面积增长了190.87×10⁴ km²,分别是中国、印度增量的2.80 倍和1.46 倍;巴西在1700-2000 年增加了64.57×10⁴ km²,其中近百年的增量为62.82×10⁴ km²,超过了同期其他三国的增加量。②从空间格局变化特征看,近300 年来,中国和印度均是在已有耕地分布格局的基础上向高原及山地丘陵地区扩展;而美国在“西进运动”的影响下,耕地大规模向中西部拓殖;巴西随着向北西部开发的推进,北部、西部地区的耕地急剧增加。③过去300 年推动四国土地垦殖发展最直接的驱动因素是国家政策,但就根本驱动因素而言,中国和印度是人口,而美国和巴西则是国家财政;在农技发展取向方面,中国和印度选择了精耕细作以提高土地生产率;而美国和巴西则选择了机械化以提高劳动生产率。     

中国北方沙漠化土地时空演变分析

对2000年中国北方256×10⁴ km²区域内沙漠化土地的遥感监测结果表明:沙漠化土地总面积现已达到38.57×10⁴ km²,其中轻度和潜在沙漠化土地13.93×10⁴ km²,占沙漠化土地面积的36.1%;中度沙漠化土地9.977×10⁴ km²,占25.9%;重度沙漠化土地7.909×10⁴ km²,占20.5%;严重沙漠化土地面积6.756×10⁴ km²,占17.5%。与20世纪50年代后期到70年代中期和80年代后期的沙漠化土地发展状况相比,目前我国沙漠化土地演变趋势具以下特征:(1)沙漠化土地仍在蔓延,面积已由1987年的33.895×10⁴ km²增加到了2000年的38.569×10⁴ km²,13a中净增4.674×10⁴ km²;(2)沙漠化土地继续呈加速发展的趋势,年平均发展速率从20世纪50年代后期到70年代中期的1560 km²、70年代中期到80年代后期的2100 km²发展到90年代的3600 km²;(3)部分旱农区以及农牧交错地区沙漠化土地出现明显逆转,但荒漠草原地区沙漠化土地面积继续扩大,并且程度有所加剧。     

中亚沙尘气溶胶时空分布特征及潜在扩散特性分析

中亚地处干旱和半干旱气候区,是全球沙尘气溶胶贡献度较大的区域。利用中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectrometer, MODIS）和云—气溶胶偏振雷达（Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization, CALIOP）遥感数据,从宏观角度对2002-2015年中亚地区气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）时空分布特征及沙尘气溶胶光学特性垂直分布特征进行分析,利用拉格朗日混合型的扩散模型（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory, HYSPLIT）讨论沙尘运输的季节性变化。结果表明：① 中亚AOD空间分布呈现显著的季节性差异,四季均值春（0.412）>夏（0.258）>冬（0.167）>秋（0.159）,14年间呈现增加趋势;② 中亚AOD高值区域主要集中于咸海地区和新疆的塔里木盆地,其中,咸海地区AOD年均值为0.278,年均增幅为3.175%,主要受咸海退化所导致的干涸湖底裸露面积加大的影响;塔克拉玛干沙漠地区AOD年均值为0.421,年均增幅0.062%,主要受温度和风速两方面的影响,不同季节下主导因素略有差异;③ 尘源区气溶胶主要集中在近地面0~2 km范围内,沙漠上空气溶胶退偏比范围（10%~45%）略大于咸海上空（15%~30%）;咸海地区色比值（0.3~0.8）小于沙漠地区（0.5~0.9）,且在0~2 km和4~6 km有两个高频色比值分别为0.5和0.3,说明相比沙尘气溶胶,咸海地区的盐尘气溶胶球形程度较高,颗粒更小,飘散高度更高;④ 咸海地区盐尘潜在扩散方向主要以东北,西南和南为主,向东北方向的扩散距离最远,影响范围可达俄罗斯中部地区,西南方向扩散路径高度和距离较近,主要影响乌兹别克斯坦和土库曼斯坦,但发生比例相对较高,塔克拉玛干沙漠地区起尘后大部分沙尘颗粒仍沉降在尘源区附近,向东部地区扩散的沙尘气溶胶,主要影响中国青海、甘肃、宁夏、陕西等地区。     

陕北风沙过渡带植被净初级生产力变化特征及原因

基于光能利用率原理,采用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型,实现了2000—2014年陕北风沙过渡带地区植被净初级生产力（NPP）估算,对该地区NPP时空变化以及驱动机制进行了定量化分析。结果表明：（1） 2000—2014年陕北风沙过渡带NPP为6.71×10¹²gC·a^-1,单位面积值为202.57gC·m^-2·a^-1,受地貌和气候特征影响,植被空间异质性强,黄土区植被明显优于风沙区;（2）近十几年来该区域植被得到明显改善,NPP总体增速为10.98gC·m^-2·a^-1（R=0.85,P<0.01）,植被增速存在空间差异,东南部的黄土区植被增长较快,西北风沙区植被增长较慢;（3）2000—2014年,降水、气温和辐射与NPP的相关系数分别为0.54（P<0.05）、-0.25、0.35,三者对植被增长的贡献量分别为3.95、0.71、2.75gC·m^-2·a^-1。这说明降水是气候因素中影响陕北风沙过渡带植被变化的主要因素;（4）近15年的植被恢复过程中,气候和人类活动都是重要的驱动因素,气候因子对植被增长的贡献更大,相对作用达到67.49%。区域内部,不同地区植被的主要驱动源存在差异,东部地区植被受气候因子主导,西部地区植被受人类活动主导。     

踩踏干扰下生物结皮土壤可培养微生物数量

生物结皮显著影响土壤微生物数量和群落组成。干扰是自然界常见现象，可引起生物结皮盖度及组分发生改变，进而导致生物结皮土壤微生物群落结构的变化。以发育8年的生物结皮为研究对象，采用平板培养法，研究了干扰下生物结皮层和其下0~2 cm土壤微生物数量的动态变化。结果表明：（1）干扰第2天不同菌种均有响应。生物结皮层土壤细菌、真菌和放线菌数量波动范围分别为91.2×10⁵~303.5×10⁵ cfu·g^-1，0~487.2×10³ cfu·g^-1和23.0×10⁵~376.1×10⁵ cfu·g^-1；下层0~2 cm波动范围分别为65.6×10⁵~792.3×10⁵ cfu·g^-1，8.0×10³~506.3×10³ cfu·g^-1和17.3×10⁵~801.3×10⁵ cfu·g^-1。（2）生物结皮层和下层0~2 cm土壤细菌数量分别在干扰后第10天和第7天恢复稳定，真菌数量在第16天和第8天趋于平稳，放线菌数量在第8天和第4天恢复稳定。生物结皮层较0~2 cm土壤微生物数量恢复稳定滞后。（3）重新稳定后生物结皮层和下层0~2 cm细菌数量较干扰前分别下降了81.8%和79.6%.生物结皮层真菌数量显著增加，是干扰前的7.43倍；下层0~2 cm真菌数量下降了70.1%。生物结皮层和下层0~2 cm放线菌数量较干扰前分别降低46.5%和72.6%。（4）干扰显著改变土壤微生物群落结构，受影响程度细菌 > 放线菌 > 真菌变为放线菌 > 细菌 > 真菌。干扰可显著影响土壤微生物数量，但是随着时间延长微生物数量又会达到一个新的稳态，在研究微生物对干扰响应时，采样时间是研究结果的一个重要影响因素。     

石羊河流域环境现状及其演化趋势分析

石羊河流域下游地区蒸发强度大、地下水循环速度慢,加之近年来地表水供给量的严重不足,过度开采地下水已引发了区域性地下水位下降、植被退化、盐渍化、沙漠化等一系列生态环境问题的不断恶化。地下水位的下降与矿化度的增高存在着明显的正相关性,特别是流域下游地区地下水矿化度的增高趋势明显。根据影响地下水动态的主要影响因素可将石羊河流域地下水的动态类型划分为蒸发型、开采型、径流开采型、渗入型和蒸发开采型5种,在此基础上,结合多年地下水位和水质变化的实测资料,对石羊河流域地下水下降趋势和亏空状况进行模拟分析,表明该区近40a来地下水位持续下降,亏空量不断增加,并且具有明显的加速趋势。1960年武威和民勤盆地地下水亏空量为174×10⁸m³,1998年已达452×10⁸m³,如不采取有力措施加以治理,预计2010年将达到67×10⁸m³,这将对该区生态环境产生严重的影响。     

黄土高原的形成与发展

根据黄土高原古地理及气候演变、黄土地层年代学和侵蚀期与堆积期的资料分析,得出黄土高原出现之前为红土高原,气候以温暖半湿润弱波动为特征,250×10⁴ a来的黄土高原可分3个阶段。第一阶段出现在250×10⁴~140×10⁴ a之间,为高原内部弱侵蚀循环期,气候冷暖振动幅度较小。第二阶段出现在140×10⁴~0.4×10⁴ a之间,侵蚀动力加强,为高原自然侵蚀加强时期,气候冷暖振动幅度较大;第三阶段出现在4000 a以来,为高原异常加速侵蚀外流期。未来200 a黄土高原有向冷干发展的表现,这对黄土高原的治理是不利的,但不会发生大的自然变化。通过人类活动的积极作用,黄土高原的加速侵蚀向自然侵蚀或小于自然侵蚀的变化将会发生。可以预测,未来200 a的黄土高原仍是适于人类生存的好地方。     

基于物质量评估的贵州南部地区生态系统服务及其县域差异比较

以贵州南部地区为例,对涵养水源、固碳释氧、净化大气环境、保育土壤和生物多样性保护5个功能类别共14项指标的生态系统服务物质量进行了区域尺度和县域尺度上的估算。结果表明：① 贵州南部地区林草生态系统年调节水量145.41×10⁸m³,年固碳量和年释氧量分别为819.96×10⁴t和1 538.48×10⁴t,年提供负离子达2.32×10²⁵个,年吸收二氧化硫(SO₂)、氟化物(F)、氮氧化物(NO_X)分别达到58.07×10⁴t、1.29×10⁴t和7.76×10⁴t,年滞尘量1.04×10⁸t,年固土总量9.07×10⁸t,年保育N、P、K以及有机质量分别为184.81×10⁴t、59.26×10⁴t、1 138.80×10⁴t以及4 045.85×10⁴t,平均生物多样性综合评价指数为54.87;② 各类生态系统服务物质量均表现出明显的空间分布趋势,整体表现为东高西低,南高北低;③ 县域尺度上,黎平县、榕江县、从江县和望谟县提供的生态系统服务物质量最多,普定县、三穗县、长顺县和丹寨县则最少;就生态系统服务供给能力而言,雷山县、望谟县、榕江县和从江县最强,兴仁县、普定县、长顺县和贞丰县则最弱。     

黑河调水以来额济纳盆地湖泊蒸发量

在GIS技术支持下结合气候条件的变化,对黑河调水以来额济纳盆地的湖泊面积变化和蒸发量变化进行分析.结果表明:额济纳盆地湖泊主要包括东、西居延海和进素土海子,各湖泊在2002年7月后陆续恢复,其中东居延海2004年后常年蓄水,进素土海子在2008年后常年蓄水,西居延海为季节性湖泊.盆地内湖泊总面积最大达到103.85 km²,年蒸发量最大达到1.79×10⁸ m³.湖泊除受地表调水补给外,还受地下径流补给,2005年后东居延海每年接受地下径流净补给量约2500×10⁴～3000×10⁴ m³.     

塔里木河干流区天然植被的空间分布及生态需水

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。本文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,研究塔里木河干流区各河段天然植被分布特征,应用缓冲区梯度分析方法对林地分布结构和生态需水进行分析。结果表明： （1）塔里木河干流区天然植被面积为146.1×10⁴ hm²,占研究区总面积的35.18%;北岸天然植被面积较南岸多46.34×10⁴ hm²。（2）塔里木河干流区荒漠河岸林分布随距离河道的增加呈波动下降趋势。在影响保护带、基本保护带和重点保护带下,天然植被保护范围分别为4.7～30.1 km、2.2～24.2 km和0.8～12.3 km。（3） 塔里木河干流区天然植被总的生态需水量为21.932×10⁸ m³,在重点保护带、基本保护带和影响保护带下,生态需水量分别为9.56×10⁸ m³、14.97×10⁸ m³和19.08×10⁸ m³。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。     

Dust storms in Central Asia: Spatial and temporal variations

Dust/sand storms are common events in the arid and semi-arid regions of Central Asia. The region is characterized by strong winds, scarcity of vegetation cover, continental climate with long and dry summers, frequent soil and atmospheric droughts. Central Asian drylands, covered by a great variety of desert types, represent a powerful source of mineral and salt aerosols.The main objectives of this study are to monitor and assess the spatial and temporal distribution of dust storms over the Central Asian region during the last seven decades. The identified active source areas of dust storms are located mainly in the sandy deserts and other types of deserts where the sensitive ecosystems suffered from human impact. The main persistent sources of dust storms are located in the large “dust belt” that extends from west to east over the southern deserts, north of Caspian Sea deserts, south of Balkhash Lake, and Aral Sea region. The results of the analysis show a significant decrease in dust/sand storm frequency during the last decades and considerable changes in the active source areas.     

The PM10and PM2·5 dust generation potential of soils/sediments in the Southern Aral Sea Basin, Uzbekistan

The objective of this study was to assess the contribution of the major soil/sediment surfaces in the Southern Aral Sea Basin to the dust generation potential of this region. Eight crusts and soils/sediments from seven sites, representative of these surfaces, were sampled in the field and their major characteristics (particle size distribution, organic carbon content, carbonate content, salt content and composition) that are related to dust generation, were determined. The PM₁₀ and PM_2·5 dust generation potential of the materials was determined in the laboratory using the Lubbock Dust Generation, Analysis and Sampling System (LDGASS). The highest amount of PM₁₀ dust (579·3 mg.m⁻³) was generated from the Takyr crust material. The lowest by one Solonchak salt crust material (39·6 mg.m⁻³). Salt crusts from the desiccated Aral Sea bottom generated intermediate amounts of dust.The experimental results indicate that the Takyrs and Takyr-like soils, that occupy over 1 million ha in the Southern Aral Sea Basin, constitute the surfaces with the highest potential for being the source for the severe dust storms of the area. Second to the Takyr soils, the Solonchaks and Solonchak-like soils, also with an extent of over 1 million ha, contribute highly saline dust. To these must be added a large, as yet uncharted, proportion of the approximately 4 million ha of exposed sea bed, that exhibit Solonchak-like characteristics.     

新疆地表水资源对亚洲中部未来气候变化的响应

在未来的亚洲中中气候变冷过程中，从咸海干涸海底和卡拉博加戈尔湾等等内陆湖泊和地区吹起的盐粒，农田排出的农药残余物，尘埃微粒等－固态大陆型气溶胶具有主要的作用。在这一过程中，环流及该区域的生物系统对气候的变化可能起着相反的影响。     

中亚五国咸海流域水资源策略的博弈分析

中亚五国在咸海流域水资源分配与利用上的矛盾,随着社会经济发展对水资源需求的增加而变得日益突出,探寻各国对咸海流域水资源利用的策略,对中亚地区水资源合理分配、可持续发展和地区安全至关重要。运用博弈论方法,分析中亚各国对咸海流域水资源的分配诉求及水政策,梳理各国在咸海流域水资源问题上的合作历程,探讨中亚各国在水资源问题上采取不同策略的利弊得失。认为目前咸海流域利益得不到协调使中亚各国深陷水资源分配困局,“协调博弈”是当前令咸海流域水资源问题走出“囚徒困境”的首选,将会获得最佳报酬。各国相互信任、转变观念,以利益分配取代水量分配,实现真正意义上的国家间合作,才能从根本上解决流域水资源分配与利用的困局。     

The phytoplankton of some saline lakes in Central Asia

The Aral Sea, Lake Balkhash, and Lake Kamyslybas are closed lakes in Central Asia. They range from oligosaline to metasaline. The salinity of the Aral Sea has increased by more than 30 g L⁻¹ since widespread irrigation began in its catchment area. Few studies of the phytoplankton have been conducted on these lakes since extensive irrigation started. The investigation reported here compares the flora of phytoplankton in these saline lakes. In the Small Aral Sea, phytoplankton density gradually decreased with increasing electrical conductivity (EC) (∼ salinity), but there was no such relation in Lake Balkhash and Lake Kamyslybas. In the Aral Sea, Dinophyceae and Bacillariophyceae were frequently observed in most areas of high EC value, and Cyanophyceae were most conspicuous in the area of medium and lower EC values. In Lake Balkhash, Cyanophyceae were most conspicuous, but Chlorophyceae were also noticeable. Most Cyanophyceae in Aral Sea formed filaments with heterocysts. The distinct characteristic of the phytoplankton of the Lake Balkhash was that all dominant species form colonies covered with a gelatinous film. Siliceousplankton diversity gradually decreased with increasing EC values in the Aral Sea and Lake Balkhash.     

Irrigation expansion and dynamics of desertification in the Circum-Aral region of Central Asia

The aim of this paper is to examine the causes and dynamics of desertification in one of the world's worst disaster areas, the Aral Sea region. During the 1960s, a large-scale irrigation campaign aimed at achieving independence in cotton production was launched in Soviet Central Asia. From 1960, ever-increasing water withdrawal from the two inflowing rivers—the Amudarya and Syrdarya—has resulted in the dramatic decline of the level, area and volume of the sea. Desiccation was accompanied by the development and further acceleration of various desertification processes. The study reveals that, for different reasons, the predominant direction and trends of desertification have been changing during each of the four identified periods from 1961 to 1995. The main desertification processes recorded in the Circum-Aral region (‘Priaraliye’ in Russian) were a decline in the groundwater level, increased mineralization and chemical pollution of watercourses, soil salinization, the spread of xerophytic and halophytic vegetation, and deflation and aeolian accumulation, with the development of salt storms. Recent improvements in the situation are also discussed, along with their causes. Zonation of Priaraliye is carried out and an outlook for the future is given.     

The dynamics and characteristics of aeolian dust in dryland Central Asia: possible impacts on human exposure and respiratory health in the Aral Sea basin

The drying up of the Aral Sea has been described as one of the most staggering environmental disasters of the twentieth century. Over the last 40 years over 36 000 km² of the former seabed have been exposed, creating a potentially significant aeolian dust source. It is widely believed, but little researched, that increased dust storm activity in the region has had a major impact on human health. In this paper we report the findings of a study into the link between dust exposure and respiratory health amongst children in the Autonomous Republic of Karakalpakstan, Uzbekistan located on the southern shore of the Aral Sea. The findings indicate that dust deposition rates across the region are high, with sites located near the former shore of the sea being the worst affected. For these northerly regions the former bed of the Aral Sea is the most likely source of dust. The situation for the rest of the country appears to be far more complex. In these regions it appears that local sources and more distant sources to the south and south-west represent significant sediment providers, particularly in the early summer. Provisional analysis of the respiratory health data suggests that children living in the north of the country, where aeolian dust deposition rates are greater, show a lower frequency of respiratory problems. This inverse relationship requires further investigation, but highlights the complexities of environmental and human health inter-relationships.     

2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布特征及输送过程

利用最新发布的CALIPSO产品，构建了2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布，并结合HYSPLIT-4模式和再分析数据，探讨了沙尘的三维输送过程。结果表明：中国的沙尘排放源区主要是塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠，沙尘气溶胶出现频率分别为60%和35%。塔克拉玛干沙漠排放的沙尘主要（50%~70%）停留在源地0~6 000 m高度，少部分向东输送至甘肃和内蒙古；巴丹吉林沙漠排放的沙尘则主要向东输送。中国沙尘排放量在春季最大，向东输送最强；夏季，东亚夏季风限制了沙尘向东输送；秋季，沙尘排放减弱，输送强度和夏季相当；沙尘排放量在冬季最小，输送最弱。夏季，沙尘在输送过程中可被抬升至高度5 000 m以上，春季次之，秋、冬季的沙尘主要在低层大气输送。沙尘在向东输送的过程中被抬升并和当地人为污染物混合变为污染性沙尘，华北地区污染性沙尘出现频率高达30%；输送到海洋的沙尘也会与洋面上（0~3 000 m高度）的海盐气溶胶混合，出现频率约为10%。     

伊犁盆地北部山麓黄土粒度端元指示的粉尘堆积过程

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区,是全球变化与区域响应研究的关键区域之一。中亚粉尘形成搬运沉积过程一直是全球变化研究的热点科学问题。本文选取位于伊犁盆地北部、北天山南麓不同地形和气候条件下的两处黄土剖面,对其沉积速率最高的层段进行了粒度测试分析,结合聚类分析和粒度分布曲线拟合两种方法,重建了黄土粉尘的堆积过程。伊犁盆地黄土主要由远源和近源物质组成,分别由高空西风和中尺度的区域风搬运而来。高空西风所携带的远源粘粒级矿物颗粒对盆地东部降雨较高地区有一定的贡献,而在盆地西部不容易沉降下来。中尺度区域风所搬运的近源物质组成了黄土沉积物的主体,而近源区沉积物的可用性在黄土的形成过程中扮演着重要角色。另外,非风暴过程中（沙尘暴过后）出现的浮尘在沙尘暴天气频率减少的时期对黄土的发育有重要贡献,而在沙尘暴天气频发的时期,较差的植被覆盖度能够使得已经沉降下来的浮尘组分重新被扬起至大气中。由此建立了一个粉尘堆积的概念模型。认识黄土粉尘的堆积过程对现代沙尘天气的治理和人类生存环境的改善具有重要作用。