基于生态服务价值的伊犁河谷土地利用变化环境影响评价

运用遥感技术、GIS和实地调查方法,对新疆伊犁河谷1985—2005年间的土地利用变化进行了分析,同时借助土地利用变化驱动下的生态服务价值变化量,探讨了研究区土地利用变化对生态环境的影响及效应。结果表明,1985—2005年,研究区耕地、水域和建设用地面积增加,林地、草地和未利用地面积减少,其中耕地和草地面积变化最大,分别为31.53万 hm2和-29.02万hm2。土地利用变化引起了研究区生态环境的变化,对生态服务价值亦产生了一定的影响,伊犁河谷生态服务功能整体提高了4.43%,其中正向变化最大的特克斯县,其生态服务功能增加了7.57%,负向变化最大的是伊宁市,其生态服务功能下降了27.33%;各单项服务功能价值中,生态系统所提供的气体调节、土壤形成与保护、生物多样性保护和原材料等4项生态服务功能有所下降,其余8项生态服务功能均有不同程度的提高。敏感度分析表明,赋予生态服务功能价值指数的大小对研究区总的生态服务价值变化影响不明显,研究结果可信。     

新疆塔里木河下游物种多样性变化与地下水位的关系

根据塔里木河下游9个断面40眼地下水位观测井和8个植物样地野外采集的数据，运用物种多样性指数对塔里木河下游物种多样性与地下水位变化进行了分析计算。研究表明，塔里木河下游物种多样性与地下水位变化有着密切的关系，地下水位对物种多样性的变化起着主导作用。塔里木河下游浅层地下水位埋深较大，并且表现为由上游段至下游段逐渐加深这样一个明显的递减变化。塔里木河下游物种多样性指数较低，Shannon Weiner指数和Simpon指数分别变化在1.93~0.53之间和0.82~0.35之间；随着由上游段至下游段地下水位埋深的加大，塔里木河下游植物种类减少、群落结构简单、物种多样性指数和丰富度指数呈明显降低的态势。反映了干旱区水分胁迫对生态系统的强烈影响。     

黑河下游不同林龄胡杨水分来源的D、~(18)O同位素示踪

对黑河下游不同林龄胡杨木质部水及其不同潜在水源稳定同位素组成(δD、δ18O)的测定分析,探讨不同潜在水源对胡杨的贡献。结果表明:(1)不同林龄胡杨木质部δ18O差异显著,胡杨幼苗、成熟木、过熟木的δ18O值分别为-5.368 14‰、-6.032 75‰和-6.924 18‰;(2)不同林龄胡杨所利用的水分来源不同,胡杨幼苗主要利用30~50 cm的土壤水,利用率在70%左右,对地下水的利用仅为6%;成熟木主要利用200~220 cm的土壤水及地下水,对地下水的利用最多达85%;胡杨过熟木主要利用100~260 cm的土壤水及地下水,深度范围较幼苗和成熟木都广,对地下水的利用较高,最多达96%,胡杨成熟木和过熟木主要利用的是地下水。     

干旱胁迫下的胡杨脯氨酸累积特点分析

以塔里木河下游的主要乔木-胡杨为研究样本，结合野外地下水位临测资料，详细分析了塔里木河下游干旱胁迫环境下胡杨体内脯氨酸的累积与变化。分析研究表明，胡杨体内的脯氨酸含量与塔里木河下游地下水位变化存在密切，脯氨酸含量随地下水位降低而增加，二者相关系数达0．913；在不同地下水位埋深条件下。脯氨酸含量的增加幅度有差异；胡杨体内的脯氨酸含量随干旱胁迫的加深而积累，是胡杨对干旱逆境的一种反应。表明塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的干旱胁迫。     

新疆塔里木河下游断流河道输水的生态效应分析

对塔里木河下游断流河道4次输水过程以及9个地下水监测断面和15个植被样地的实地监测资料分析表明, 塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势. 地下水埋深分别由输水前的9.87 m升高到第1次输水后的7.74 m, 第2次输水后的3.79 m, 第3次输水后的3.61 和3.16 m以及第4次输水后的2.66 m, 输水河段两侧地下水位的横向响应范围呈逐渐扩大趋势, 响应范围由第1次输水后的450 m宽增加到第4次输水后的1050 m宽, 但地下水响应程度随远离输水河槽中轴线而减小; 地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系. 反映物种的数量变化和物种的生物学多样性程度的Simpson多样性指数、McIntosh均匀度指数和Margalef丰富度指数, 由上游至下游, 随地下水位埋深加大, 分别由0.70, 0.48和0.90降低为0.26, 0.17和0.37. 输水后, 随着地下水位的抬升, 天然植被得到拯救和恢复, 植被的响应范围也逐渐扩大, 由第1次输水后的200~250 m, 扩展到第4次输水的800 m, 但距保护塔里木河下游“绿色走廊”的目标还有很大差距. 鉴于此, 提出实施双河道输水以及河道输水与面上供水相结合方式, 或者通过建立现代化管道输水网络系统, 集约化地进行天然植被的输水拯救, 实现水资源的高效利用, 加快塔里木河下游受损生态系统的恢复与重建.     

塔里木河下游典型荒漠河岸植物水分来源

通过对塔里木河下游典型荒漠植物河岸胡杨（Populus euphratica,成年和幼龄）、柽柳（Tamarix ramosissima）、甘草（Glycyrrhiza inflata）、骆驼刺（Alhagi sparfolia）木质部水及不同潜在水源的稳定性氧同位素值的测定,并利用多源线性混合模型（IsoSource）和相似性比例指数（PS指数）分别分析了各潜在水源对不同植物的贡献率以及各月份不同植物间的水分利用关系。结果表明：（1）在塔里木河下游,成年胡杨、幼龄胡杨、柽柳几乎都不利用0~50 cm的表层土壤水,而主要利用200 cm以下的深层土壤水和地下水,而甘草、骆驼刺主要吸收50~200 cm的土壤水。（2）在生长季的不同月份里,除个别月份外,胡杨（成年和幼龄）、柽柳之间存在激烈水分竞争;甘草、骆驼刺在生长旺季和末期对各水源都存在较强的竞争关系,而成年或幼龄胡杨、柽柳和甘草、骆驼刺之间水分竞争关系较弱。（3）在塔里木河下游,为了适应极端干旱,无论是乔木胡杨、还是灌木柽柳,水分来源主要是较稳定的深层水源,且对各水源的利用比例在不同月份波动不大。     

不同地下水埋深柽柳、芦苇的生理响应

结合塔里木河中游沙吉力克断面、阿其河断面地下水位的动态监测,对柽柳、芦苇叶片的叶绿素、可溶性糖、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)等生理指标进行分析测试.研究表明,随着干旱胁迫加强,柽柳、芦苇的可溶性糖含量,MDA含量,SOD活性呈显著增加,叶绿素含量和POD活性显著减少,显示出植物受到了不同程度的干旱胁迫,并通过调节自身生理代谢过程,以增强抗旱性;柽柳、芦苇叶片各生理指标和地下水埋深存在着密切的相关关系,与可溶性糖含量、MDA含量、SOD活性呈正相关,与叶绿素含量、POD活性呈负相关;地下水位是影响塔里木河流域植物生理特征的的主要环境因子;在相同水分胁迫下,芦苇的生理过程比柽柳强烈,对地下水埋深变化更为敏感.     

胡杨(Populus euphratica)叶片结构与功能关系

叶片形态特征与功能性状可以反映植物采取的协同或权衡策略。测定了塔里木河下游不同地下水埋深下荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)的叶片解剖结构、叶片水力导度、叶片δ13 C值,探讨了胡杨结构性状指标和功能指标对地下水埋深的响应,叶片水力传输能力与叶片解剖结构变化趋势,以及叶片水力参数、解剖结构与水分利用效率的相关关系。结果表明:(1)胡杨叶片结构指标(叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、气孔参数、叶脉密度、主脉导管直径)、功能指标(叶片最大水力导度、水分利用效率、比叶质量)在地下水埋深最深处与地下水埋深最浅处差异显著;(2)不同地下水埋深下胡杨水分传输能力变化有解剖结构基础,叶片水分传输能力与水分散失能力存在协同关系;(3)胡杨叶片水分利用效率与叶片解剖结构指标(叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮厚度、气孔长度、气孔宽度、气孔密度)具有相关关系;(4)胡杨叶片水分传输与叶片碳投资具有协同关系。     

塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)种群结构

种群结构特征能够很好地反映种群生存状况与发展动态。以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)种群为研究对象,对多年生态输水恢复后胡杨种群的密度、年龄结构、性比结构及空间结构进行了分析。结果表明:塔里木河下游胡杨种群的龄级结构整体上呈倒金字塔型,种群动态指数和种群密度等指标与时间序列分析结果一致,即胡杨种群老化且衰退趋势尚未扭转并仍将继续;胡杨种群性比显著偏雄,偏离程度随生境条件恶化而增大;胡杨种群分布格局表现为显著的集群分布,且聚集强度无太大差异。经过近18年的生态输水恢复,虽然塔里木河下游沿河附近的生态有所好转,但在远离河道的更大范围的胡杨种群退化衰败趋势仍未彻底扭转,单一沿自然河道的线性生态输水因缺乏面上水文过程而难以改善种群更新。建议在生态输水的过程中,通过人工措施,扩大浸淹范围和受水面积,为胡杨种群繁殖与更新提供条件。     

科技支撑新疆塔里木河流域生态修复及可持续管理

塔里木河流域地处我国西北新疆,面积约102×10⁴ km²,是我国丝绸之路经济带建设的核心区。在过去50 a里,塔里木河流域经历了大规模的水土资源开发,经济社会发展的同时,河道断流,湖泊干涸,沙漠化加剧,生物多样性受损,生态隐忧日益加剧,已威胁塔里木河流域绿洲经济发展和社会稳定,严重影响国家"丝绸之路经济带"建设。荒漠与绿洲生态国家重点实验室针对塔里木河流域的生态环境问题,开展了长期的生态监测与科学研究,基于多年监测调查数据,解析了塔里木河荒漠河岸林植被与地下水的关系,揭示了生态系统退化过程和机理,提出了塔里木河下游合理/胁迫/临界地下水位与流域生态需水量,研发提出的退化生态系统修复重建关键技术得到推广应用;提出的重点生态工程建设方案,被纳入《南疆水利规划》;提出的流域水资源管理建议被国家采纳并实施。科技支撑塔里木河流域生态修复及可持续管理,为丝绸之路经济带生态文明建设提供了重要科学依据和示范样板。