新疆耕地土壤养分时空变化

土壤养分状况是土壤肥力的重要标识,并决定着农作物产量高低,对其进行调查分析可以为今后土壤养分资源的综合评价和科学施肥管理提供基础资料。采用Meta-analysis方法,通过对1999-2005年期间有关新疆耕地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾的研究文献的收集分析,并与20世纪80年代全国第二次土壤普查数据对比分析,研究了近20多年来新疆耕地土壤养分的时空变化。结果表明耕地土壤有机质、速效磷和碱解氮总体呈现增加的趋势,土壤肥力在不断提高,全氮含量略有下降趋势,速效钾含量下降明显,但存在区域差异,准噶尔盆地北部区和伊犁地区具有较高的土壤肥力,塔里木盆地区域土壤肥力较低。分布于新疆的7种主要耕地土壤类型,其养分含量变化总体表现为与全疆耕地土壤养分相似的变化趋势。人类的施肥、耕作措施的改变及土地利用变化是引起土壤养分变化的主要原因。     

内陆干旱区土地利用变化的景观格局特征分析——以新疆白杨河流域为例

基于GIS/RS环境对两期Landsat7-ETM 影像数据进行土地利用分类处理,运用景观生态学原理和数理统计分析方法,从区域整体景观格局水平和土地利用类型水平两个角度,选取景观多样性指数等5个指数描述白杨河流域土地利用变化的景观格局特征。结果表明:研究区各土地利用类型面积都有不同程度的变化,除草地和未利用土地有所减少,其他土地利用类型都有不同程度的增加。从景观水平上看,区域景观异质性在增大,景观斑块的连通性降低,表现为多样性指数和均匀度指数呈增加,优势度指数减小;从类型水平上看,5年间人类对景观的干预程度较大,对人工景观的干扰强于半自然景观,体现在半自然景观类型的分离度较小,而人工景观类型的分离度较大。同时,景观周长-面积分维度指数的增长趋势说明景观斑块的自我相似性减小,几何形状趋于复杂化。总体上,是人类活动加剧破坏了自然绿洲内部的整体性和完整性,并且人类活动干扰还在增加。     

天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

绿洲型城市生态经济系统持续发展仿真研究

本文从限制绿洲型城市发展的水、土因素出发，分析了自然资源、环境条件与社会经济发展之间的相互关系，运用系统动力学方法建立了绿洲型城市生态经济系统持续发展的动态仿真模型，并以新疆自治区奎屯市为例，对该模型作了模拟调试及多方案的仿真实验，有关结果对绿洲型城市发展提供了科学依据。     

天山北坡绿洲土壤有机碳和养分时空变异特征

本文以天山北坡三工河流域绿洲作为研究区,利用1982、1999和2003年土壤养分数据,应用地统计学方法,分析绿洲土壤有机碳和养分的时空变异特征。结果显示:研究区1982、1999和2003年土壤有机碳和养分具有显著的差异性。空间结构上,土壤有机碳和养分具有中等或较弱的空间自相关;受土壤类型、种植作物种类等的影响,研究区土壤有机碳具有较强的各向异性,但碱解氮、速效磷和速效钾各向异性较弱。Kriging和IDW插值分析表明,土壤有机碳和养分总体呈增加的趋势,绿洲土壤表现为“碳汇”,尤其在种植6年以上的多年生作物分布区,土壤“碳汇”趋势更加明显,说明以绿洲农业为主的人类活动基本合理,土壤质量正逐步改善。     

天山北坡城市群非渗透面下的土壤有机碳特征

城市非渗透面(Impervious Surface Areas,ISA)的覆盖,强烈地改变了区域土壤理化性状,从而在不同尺度上影响着生态系统碳循环。ISA下土壤样品获得的困难性致使对ISA所封存的土壤有机碳(Soil Organic Carbon beneath ISA,SOCISA)及其分布特征的认识极为缺乏。为揭示ISA下土壤理化特征,本文收集天山北坡城市群在建工程ISA下27个100 cm深土壤样品,同时采集对应ISA点邻近的渗透面(Pervious Surface Areas,PSA)样品作对比分析。利用Landsat 8图像提取了研究区ISA与PSA面积,并结合实测值估算SOC储量。研究发现:1干旱区城市100 cm深土壤剖面平均SOCISA=5.74±0.39 kg C·m-2,显著低于其邻近PSA下的SOC;ISA下土壤容重(Bulk Density,BD)BDISA=1.58±0.02 g·cm-3,显著高于其邻近BDPSA约5%(p0.01)。2两种地表下SOC和BD均随着深度加深而降低,通过与土层深度的线性拟合,SOCISA和BDISA具有明显降低趋势,PSA下SOC和BD并无显著规律;深层土壤(60~100 cm)SOCPSA显著高于SOCISA(p0.05),两者间并无稳定的比例关系。3天山北坡城市群SOCISA为总城市土壤碳库的68%,单个城市SOCISA比例50%以上,SOCISA构成干旱区城市土壤碳库的主体。本文不仅加深了对城市ISA下土壤理化性状的了解,而且对评估城市乃至全球生态系统碳循环及碳评估具有重要意义。     

咸海流域社会经济用水分析与预测

1960年以来咸海流域大规模的水土资源开发使得社会经济用水激增,致使至1990年咸海面积萎缩50%,引发咸海生态危机。目前对引起咸海生态危机的社会经济用水的时空变化特征和趋势尚不清楚。本文在整合了多途径获取的1960—2016年咸海流域国家/州级水资源和社会经济数据的基础上,利用系统动力学模型,仿真模拟和分析了1960—2016年咸海流域社会经济和用水时空变化特征,并多情景预测2016—2030年咸海流域社会经济用水。1960—2016年咸海流域人口增幅267%,GDP增幅1100%,社会经济用水量从410亿m³增长至910亿m³。咸海流域的工农业用水效益在1991年苏联解体后明显增加,但仍处于较低水平。对未来的情景预测表明：若延续现有社会经济用水效率、农作物种植面积持续扩张（S1）,至2030年咸海流域社会经济用水量达到962亿m³;而在滴灌普及率达到70%、种植面积不变的情景下（S10）,社会经济用水量降至681亿m³,可有效缓解咸海危机。     

基于土地利用/覆被变化表征的现代绿洲演变过程——以天山北坡三工河流域为例

本文以天山北坡三工河流域为例,利用1958年、1968年和1978年3期航片、1987年彩红外航片、1998年Landsat TM、2004年SPOT 5和2014年Landsat OLI影像,构建绿洲及其外围荒漠7期土地利用/土地覆被数据集,综合分析1950s屯垦戍边以来现代绿洲演变和外围荒漠植物群落变化。结果表明：①1950年以来,屯垦戍边使位于三工河冲洪积扇中下部的老绿洲不断向冲积平原扩张,老绿洲外围以柽柳和梭梭为建群种的土质荒漠景观不断转变为新绿洲,绿洲面积增加了4倍多。其中1958-1968年和2000s以来是绿洲变化最为显著的两个阶段,这两个阶段分别对应了农业用地和建设用地增幅最大的时期。② 三工河流域的现代绿洲演变过程中存在“地方管辖区”和“兵团农场区”两种基本管理模式,也正是这两种模式相互渗透、相互交叉融合,共同推动了现代绿洲演变。③三工河流域1950s-2004年现代绿洲演变具有干旱区绿洲演变的普遍特征,但2004年以后的演变仅适用于有较大规模跨流域调水或新增水源的绿洲演变情形。现代绿洲的扩张以荒漠植被的砍伐和破坏为代价,导致绿洲外围植物群落结构发生了显著的变化,这使得绿洲外围荒漠生态系统的保护愈加困难     

天山北坡绿洲不同土地利用对土壤特性的影响

以天山北坡三工河流域冲积平原型绿洲作为研究区,选择12种土地利用系统作为土地利用方式的具体体现,通过采集不同土地利用系统上层土壤 (0~20 cm) 和下层土壤 (20~40 cm) 样方,分析不同土地利用系统对主要土壤特性的影响。研究结果表明：(1) 土地利用系统对砂、粉砂和粘土粒度分布的影响显著。绿洲土壤砂含量随着土地种植年限增加有降低的趋势,而粉砂和粘土含量有增加的趋势;(2) 绿洲土地利用系统对土壤pH值和养分变异的影响显著。人类强干扰的土地利用系统的土壤养分普遍高于人类影响较弱的土地利用系统,上层土壤养分普遍高于下层土壤,而且随着人类干扰时间的延长土壤养分呈整体增加趋势;(3) 人类活动强干扰的土地利用系统土壤盐分含量低于人类活动影响较弱的土地利用系统;人类活动作用时间长的土地利用系统土壤盐分含量总体低于人类活动作用时间短的土地利用系统;(4) 绿洲土壤总体表现为"碳汇"的趋势,土壤质量逐步得到提高,其最主要的原因在于合理的土地利用与科学的管理方式结合;绿洲土壤的"碳汇"积极响应了减轻温室气体排放的东京协定 。     

干旱区可持续土地利用模式分析——以天山北坡为例

可持续土地利用模式是土地生态经济可持续发展的必然要求,但目前对可持续土地利用模式的科学基础研究较为薄弱。可持续土地利用模式的科学基础是土地类型及其空间组合结构,利用遥感和地理信息系统等新技术、基于社会发展需求的小尺度、大比例尺土地类型制图及其空间结构研究将是今后土地分类学的重要研究方向之一。目前土地利用中存在的与环境相关的问题,多数源自于违背土地类型自然属性的客观要求。退耕还草还林政策的实施,体现了土地利用需要遵循土地类型自然属性的客观要求。以天山北坡为例,在可持续土地利用模式的科学基础分析的基础上,根据土地类型及其空间组合结构,进一步完善和提升了近年提出的干旱区绿洲－中山带立体双带模式和干旱区山地利用模式;并基于典型的干旱区绿洲格局提出了冲洪积扇绿洲集约利用模式、冲积平原绿洲农业规模经营模式以及河流尾闾三角洲绿洲生态利用模式。