三工河流域绿洲土壤有机碳的空间分布

为理解大尺度下土壤有机碳的空间分异特征,运用遥感与GIS技术,结合地统计学方法研究了三工河流域农业绿洲0~20 cm土层土壤有机碳的空间格局特征。结果表明:①流域尺度的土壤有机碳含量的理论变异函数符合球形模型,F检验达到极显著水平,在2~20 km的中尺度上具有中等强度的空间变异性和自相关性;②流域空间尺度上,土壤有机碳主要变化在4.5~6 g\5kg-1和10.5~12 g\5kg-1范围中,阜康绿洲区土壤有机碳含量明显要高于阜北绿洲区。土壤有机碳平均含量耕地最高,其次为草地,最低的为裸地。流域空间土壤有机碳储量为17.07×105 t,单位面积土壤有机碳储量:阜康绿洲>全流域>阜北绿洲。     

三工河流域下游绿洲土壤微量元素有效含量空间变异特征

土壤微量元素空间分布特征是反映特定地区环境状况的一个重要因素。基于GIS技术,通过地统计学方法研究了天山北坡三工河流域冲积平原型绿洲土壤表层微量元素B、Mn、Zn、Fe及Cu等有效含量的空间变异特征。结果表明：①土壤微量元素B、Mn、Zn、Fe和Cu具有强烈的空间自相关性,自相关范围在520～3 970 m内变化,其中Zn和Fe的自相关性尺度相对较大,而B的自相关性尺度最小。②土壤微量元素均具有各向异性,其中在0°方向上变异最大。整体来看,研究区土壤有效B、Fe和Cu具有较强的各向异性,而有效Mn和Zn各向异性相对较弱。③采用Kriging和IDW两种插值方法分析研究区土壤微量元素的空间格局,结果表明,土壤微量元素呈现出明显的片状和斑块状分布特点。研究区中西部有效B含量较高,有效Mn、Zn、Fe和Cu含量均较低。     

新垦沙地农田土壤有机碳时空变异特征

针对河西走廊临泽绿洲边缘区域的新垦沙地农田,采用传统统计学和地统计学相结合的方法研究田块尺度的土壤有机碳时空变异特征。结果表明：（1）在本研究的空间尺度内,土壤有机碳含量在2.66～6.90 g·kg-1范围之间变化,平均值为4.45 g·kg-1,变异系数为24.5%;其空间分布呈明显的斑块状,最佳的变异函数理论模型为指数模型,其块金值和基台值分别为0.13和1.28,偏基台值和基台值的比值及变程分别为0.90及18.24 m;土壤有机碳空间分布与全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量及电导率显著正相关（p＜0.01）,与pH值显著负相关（p＜0.05）。（2）在本研究的监测时间尺度内（2004-2010年）,土壤有机碳年平均值在3.81～4.71 g·kg-1幅度内变化,变异系数为6.8%,无明显的变化趋势;土壤有机碳含量年际间变化与播种量显著正相关,与作物产量显著负相关,而与施氮量、灌溉量和地上部生物量相关不显著。综上所述,新垦沙地农田土壤有机碳含量较区域水平低,其田块尺度的空间异质性是由成土母质、地形等区域因素作用的结果,而对农田管理影响下的新垦沙地农田土壤有机碳含量演变规律的研究需建立在更长时间尺度的土壤监测数据基础上。     

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。     

林分密度对华北土石山区油松人工林土壤有机碳及养分特征的影响

 以木兰围场国有林场管理局实施间伐后6种保留密度下（540、650、1 084、1 104、1 408和1 860 株 / hm2）油松人工林为研究对象,研究各土层的土壤有机碳和N、P、K等养分元素含量及其相关关系。研究结果显示：(1) 土壤有机碳含量和碳密度垂直递减特征明显,均随土壤深度的增加而显著减小,当林分密度由540 株 / hm2增加到1 860 株 / hm2时,土壤有机碳含量及碳密度变化规律不尽一致,其分布区间分别为10.56~21.21 g / kg,与5.48~11.70 kg / m2;(2) 林分密度对土壤有机碳及碳密度有显著的影响,1 408 株 / hm2油松林下土壤有机碳含量及碳密度分别与650 株 / hm2和1 860 株 / hm2油松林下土壤有机碳含量及碳密度呈显著性差异,而其它林分密度间无显著差异。当林分密度为1 104 株 / hm2时,各土层土壤全N和P、K的有效量及全量均保持在一个相对较高的水平,在0~60 cm深度土壤全N、全P、全K、有效P和速效K含量均值均达到最高,分别为1.38 g/kg、0.34 g/kg、32.75 g/kg、33.10 mg/kg和118.85 mg/kg;(3) 不同林分密度、不同土层土壤有机碳含量、碳密度与土壤全N及P、K的全量和有效量的相关显著性有差异,对整个土壤剖面而言,土壤有机碳含量及碳密度与土壤全N、全P、速效K均呈显著或极显著正相关;(4) 在本研究林分密度范围内,从林地土壤固碳的角度,建议将油松人工林的林分密度控制在1 104 株 / hm2。     

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 。     

利用TM影像分析天山北坡三工河流域地表反照率的时空变化

下垫面状况是影响地表反照率分布的主要因素之一。利用遥感方法获取地表反照率时空特征是研究地表下垫面状况的有效手段。天山北坡具有典型的山地－绿洲－荒漠景观和山盆地貌格局,这一独特且复杂多样的地表下垫面特征形成了特有的垂直分布的地表反照率。通过对三工河流域TM影像进行地形校正,基于6S(Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum)模型分析地表反照率的时空分布。结果表明:基于中空间分辨率遥感数据的地表反照率反演适合于地表起伏明显的天山北坡地表反照率的分析。由于受到地表覆被类型及地表干湿程度的影响,三工河流域地表反照率呈明显的垂直地带性分布。中山森林带和低山干草原带受地形起伏和阴阳坡作用,其地表反照率表现出有规律的上下波动。绿洲区随着地表覆被类型、作物结构和作物物候的变化,地表反照率波动较大。     

三工河流域绿洲土地利用对土壤特性的影响

Understanding the effect of human activities on the soil environment is fundamental to understanding global change and sustainable development. In the process of transformation of tropical rain forests and semiarid grasslands to farmlands, land degradation usually occurs. But the transformation of arid desert landscape to oasis is found to have quite different consequences. Taking an alluvial plain oasis in the north piedmont of the Tianshan Mountains as a case study, we investigate oasis soil properties related to different land-use systems during the transformation of arid desert to oases. Selected land-use systems con- sisted of an annual crop field less than 3 years old, annual crop field 3-6 years old, annual crop field more than 6 years old, perennial crop field less than 4 years old, perennial crop field of 4-6 years old, perennial crop field more than 6 years old, abandoned farmland more than 3 years old, woodland field more than 6 years old, ecological forestation field, natural shrubbery field, desert grass land, and saline or alkaline field. Different land-use systems affect significantly the distribution of sand, silt and clay. Sand content in oasis soil tends to decrease with cultivation years but silt and clay contents tend to be increased in the oasis soils. Soil fertility is higher in the land-use systems under strong human disturbance than under weak human disturbance. Oasis soil nutrients also tend to increase with cultivation years. Soils have a significantly lower salinity in the land-use systems under strong human disturbance than under weak human disturbance. Soil organic matter and nutrients of the annual and perennial crop systems in the oasis tend to increase with cultivation time with the oasis soil acting as a carbon sink. These results show that soils are not degraded and the soil quality is gradually improved under rational land use and scientific management patterns, including uniform exploitation of land resources, effective irrigation systems, sound drainage systems, balanced ferti     

三工河流域新老绿洲发育度的比较

绿洲是干旱区最重要的景观单元之一。人工绿洲是在干旱条件下经长期人类活动改造而形成的特殊景观。随着人类对绿洲水土资源开发利用程度的不断加强,绿洲呈现出不同的发展阶段。从天然绿洲到人工绿洲,是人类适应和改造干旱区自然环境的历程。在这一人地相互作用的过程中,绿洲显示出明显的发育演化特征。从多学科综合的角度,提出绿洲发育度的概念,并从灌溉体系的建设状况、水资源的利用水平、植被与生态建设、农业发展程度、社会经济水平和绿洲景观结构等7个方面提出了绿洲发育度的评价指标体系,以天山北坡2个人工绿洲为例,从空间上定量比较2个绿洲的发育程度,其中阜康市绿洲发育度高于222团绿洲(阜北农场)。     

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     

An analysis of oasis evolution based on land use and land cover change: A case study in the Sangong River Basin on the northern slope of the Tianshan Mountains

This study investigated oasis evolution and the changes of peripheral desert in the Sangong River Basin since the 1950s by rebuilding seven land cover maps derived from black-and-white aerial photographs (1958, 1968, and 1978), a color-infrared aerial photograph (1987), Landsat Thematic Mapper (TM) imagery (1998), Satellite Pour l’Observation de la Terre (SPOT) imagery (2004), and Landsat Operational Land Imager (OLI) imagery (2014). The results showed that: (1) Since 1950, the oasis consecutively expanded more than four times from an alluvial fan to an alluvial plain, causing the shrinkage of desert landscapes that were dominated by a Haloxylon ammodendron Bunge community (HBC) and a Tamarix chinensis Lour community (TLC). Furthermore, the primary (1958–1968) and final (2004–2014) stages were the most important periods, during which agricultural land experienced the most rapid expansion during the period 1958–1968, and the built-up area showed the most rapid expansion after the 2000s. (2) Two basic management modes, a “local mode” formed by the local governments and a “farm management mode” developed by Xinjiang Production and Construction Corps, together promoted oasis evolution under various land-use and landcover (LULC) stages. (3) The evolution of the modern oasis during the 1950s–2004 showed the general features of an arid oasis, while during the period of 2004–2014 it was characterized by a large-scale inter-basin water diversion or the import of new water sources. (4) The oasis expanded at the expense of desert vegetation, resulting in distinct variation in the structure of the desert plant community, which will make it more difficult to protect the desert ecosystem.     

黑河绿洲区耕作影响下的土壤粒径分布及其与有机碳的关系

选取黑河绿洲区典型土壤类型为研究对象,分析耕作对土壤粒径分布及其与土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳关系的影响。结果显示:非耕地(灰钙土、灰褐土、栗钙土)转变为耕地后,改变了10～50μm粗粉粒、50～250μm细砂粒、250～1000μm粗砂粒的含量,对<5μm的粘粒含量影响小。而风沙土变为耕地土壤后,土壤颗粒出现了细化现象。土壤粒径分布的变化也波及到了土壤颗粒与有机碳的关系,耕地与非耕地中存在异同点。相同之处在于,以50μm作为分界点,土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳与<50μm的粉粒、粘粒土壤颗粒含量呈正相关,与>50μm的砂粒呈负相关。不同之处为:耕地中土壤有机碳仅与5～10μm、10～50μm、50～250μm有关;非耕地中土壤有机碳与<1μm、1～5μm、5～10μm、10～50μm、50～250μm、250～1000μm的含量有关。分析表明,耕作是引起土壤活性有机碳增加及土壤有机碳与土壤粒径之间的关系发生变化的内在原因。     

黑河中游临泽绿洲农田土壤有机质时空变化特征

土壤有机质是表征土壤质量的一个重要指标,持续稳定的有机质含量是土壤维持生产能力的基础。土壤有机质的动态演变可以表征土地利用和管理水平。结合地理信息系统,运用地统计方法研究了黑河中游的临泽县绿洲农田20多年来土壤有机质含量的时空变化特征。结果表明:(1)1982年0~20 cm耕层土壤有机质含量平均为12.78±4.38 g/kg,2008年平均为13.76±4.02g/kg;从1982-2008年,有机质含量总体有所上升。(2)两个时期的土壤有机质的实验变异函数值与理论变异函数拟合均较好;克立格插值和不同时期的有机质空间分布图叠加运算表明,由于人为活动的影响,土壤有机质的结构性空间变化程度有所减弱。(3)临泽县土壤有机质含量和变化具有一定的区域性特点:南部的山前平原地区土壤有机质含量较高,呈现上升趋势;中部地势低下的区域土壤有机质相对较高,由于农田面积扩大,有机肥供应不足而下降显著;北部绿洲与戈壁交错带土壤有机质偏低。总体来看,临泽县土壤有机质含量有所上升,但局部地区的有机质发生了下降。为了防止局部区域土壤有机质下降引起土壤退化,应该采取加大有机肥投入和实施秸秆还田等措施。     

新疆天山北坡平原区地下水可开采量确定方法浅析

在天山北坡以选取的典型区昌吉市和阜康市为例,利用动态相关法、典型流域开采模型法、可开采系数法分析确定地下水可开采量。对这3种方法分别分析了其计算过程中的制约因素,并将计算的结果和以往成果进行了比较。结果表明：动态相关法计算结果准确度较高,成果可靠性高,且在以往的新疆地下水资源评价成果中,至今还未采用过,故推荐动态相关法为新疆天山北坡平原区地下水可开采量确定方法的首选。     

天山北坡三工河流域中山带森林发育与气候土壤的关系

开展干旱区山地森林发育状况及其土壤因素影响的分析,对干旱区乃至全球山地森林带的成因研究具有重要的理论意义。以天山北坡三工河流域为研究区,主要利用森林调查与遥感影像数据,确定该流域森林带的分布状况,并结合流域气象与土壤采样数据,重点分析气候土壤因素对森林发育的影响。结果表明:1.该流域森林带位于海拔1 510～2 720 m,胸径与树高随海拔增加呈双峰曲线;其中胸径两个峰值分别位于约海拔2 000 m与2 550m,而树高峰值分别为海拔2 100 m与2 600 m,均稍高于胸径的峰值海拔高度;2.在森林带内,年均温随海拔高度增加呈线性下降趋势,最冷月均温(1月)则表现先增加后减小趋势;与其他地区相比,该流域高山林线年均温较高,最冷月均温相差较大,而最热月均温差异不明显;年降水量呈先增加后减小的趋势,且在海拔2 000 m左右达到最大值。土壤属性随海拔递增呈规律性的变化趋势:森林带内海拔约2 000～2 700 m树木发育较好,其有机质、全磷及全氮含量较高;CaCO3,pH值及电导率最小值与海拔2 000 m的最大降水带恰好吻合;土壤A层(0～10 cm)有机质、全磷及全氮含量与B(10～30 cm)、C(>3...     

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。