中国西部干旱区生态环境演变与调控研究进展与展望

国家重点基础研究发展规划项目"中国西部干旱区生态环境演变与调控研究"实施 2年来,在古气候重建和环境变化,绿洲的演变规律与驱动力,绿洲水盐平衡与主要水文过程,绿洲生态系统的结构、生态过程与稳定性,山地、绿洲、荒漠三大生态系统耦合机理,生态景观演变规律及其对气候变化的响应,重大工程行为的生态环境效应,荒漠化成因及时空分布等研究方向和内容上取得了重要进展。在此基础上,项目后 2年的研究重点将继续以绿洲安全机制研究为核心,在时间序列上,重点研究近 2 000年来绿洲的形成演变规律,特别是近百年及近50年来西部干旱区气候变化与绿洲形成演变的关系,定量辨识绿洲发展演化的驱动力;在空间结构上,阐明绿洲格局的动态过程,深入探明山地、绿洲及荒漠生态系统耦合关系、绿洲生态系统稳定性机理与安全、高效、持续发展模式等;结合西部大开发工程建设和产业发展的进程,研究开发重大工程的生态环境效应,建立不同类型的生态建设示范区;配合国家重大工程时段,对西部干旱区生态环境演变趋势进行预测,提出生态系统的调控体系和管理模式,为西部开发和可持续发展服务。     

沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程研究进展

受绿洲和沙漠景观格局的双重影响,沙漠—绿洲过渡带是一个对外界条件变化极为敏感的生态环境脆弱带。沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程及其动态演变直接影响绿洲的稳定和有序发展,在空间上制约沙漠的进退或绿洲的变迁。从沙漠—绿洲过渡带局地小气候、沙尘暴、风沙环境、土壤风蚀、风沙输移和绿洲防护体系建设等几个方面比较全面地综述了近数十年来沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程研究进展,并基于当前沙漠—绿洲过渡带生态环境建设与地方需要等面临的实际问题,分析了该领域今后的研究重点和发展趋势。     

黑河流域下游额济纳绿洲与水资源的关系

简要介绍了黑河流域下游额济纳绿洲自然概况,分析了黑河下游地表水、地下水近20年的变化趋势,进而对额济纳绿洲植被生长、植物种群演替、植被覆盖度以及绿洲的存亡与当地地下水埋深的关系作了剖析,并对规划年绿洲变化作了预测.指出了水资源是黑河下游额济纳经济社会可持续发展和生态环境建设的依托,如何稳定绿洲和使绿洲有适度规模发展,是生态保护的核心问题,具有重要的战略意义.     

新疆焉耆盆地绿洲水盐双梯度下天然植被多样性分异特征

通过对焉耆盆地河畔带、荒漠带、湖畔带土壤水盐及地下水位和天然植被关系的分析,研究了干旱绿洲水盐过程与分异天然植被生长和绿洲生态的影响.结果表明:绿洲天然植被生物多样性取决水盐双梯度影响,盐分不断向湖畔积聚是引起焉耆盆地湖畔生态系统生境恶化的主导因子.绿洲内部河畔带物种多样性与地下水埋深关系表明,在埋深1.5m区域,随着地下水埋深的加大,物种多样性减少;在埋深1.5～3m区域内,随着地下水埋深加大,其物种多样性在增加;而当埋深在3～4m之间时,随着地下水埋深的加大,植物多样性呈明显减少趋势;而在埋深4m区域内,多样性指数波动不大.调查表明,随着埋深的变化,地表的天然植被草本、灌木、乔木也呈现明显的分异,地下水水盐条件制约植被分布、生存和演替,各种植被类型适应不同的地下水位和盐分特征.     

基于CERN的中国大气降水同位素观测网络

大气降水是水循环的输入项,也是指示气候变化的关键因子.稳定同位素18O、D和放射性同位素T作为水分子的组成要素,是描述水循环演化历史信息的理想天然示踪剂.对降水中氢氧同位素进行系统的观测将有助于明确全球及各局地水循环机制及大气环流模式.首先回顾与评述了全球大气降水同位素网络(GNIP)的发展历程及研究现状,同时,指出中国大气降水同位素观测与研究的不足之处,在此基础上,提出以中国生态系统研究网络(CERN)为基础,建立中国大气降水同位素观测网络(CHNIP),并对该网络的主要内容、特点及初步成果等进行了介绍.     

河西内陆河流域的水循环分析

通过对我国西北内陆区水循环分析,剖析了河西内陆河流域的水循环特点,即在山区形成水资源、在平原散失水资源和在人工绿洲区产生二元结构;揭示了流域内的水资源以水循环为纽带,相互转化并互相联系;并对山区消耗水量,走廊、盆地、人工绿洲建设引起的地表水与地下水转化的变化和消耗水量的增加,以及内陆河下游水分亏缺问题作了分析评价;并提出了要传递流域水循环整体概念、评价山区与平原绿洲之间的局地水循环、实现在西部开发中实施内陆河流域综合治理的良性循环等问题的讨论。     

西北干旱内陆河区水资源利用与绿洲演变规律研究──以石羊河流域下游民勤盆地为例

水资源的开发利用对我国西北干旱内陆河区的生态环境具有重要的影响,天然植物的生 长与种群随地下水位和阵水的变化而演变。由于良好的绿洲生态系统是实现于旱内陆河区社会。 经济和环境可持续发展的基本前提,在西部大开发中,必须综合考虑水资源开发利用与绿洲生 态环境保护问题,本文以民勤盆地为例,研究典型干旱内陆河区水资源利用、农业灌溉与绿洲 演变的转化关系和基本规律。     

黑河流域不同下垫面区域的气候变化特征

通过对黑河流域上中下游典型气象站长期观测记录的分析 ,建立了 196 1— 1995年气温、降水变化速率与流域垂直分带的关系 .结果显示 ,流域内不同区域存在着不同的气候变化响应过程 .2 0世纪 90年代与 6 0年代相比 ,上游中高山湿润半湿润区气温升高幅度在 0 .6℃左右 ,降水升高幅度较大 ;前山荒漠区升温幅度较大 ,在 1.3℃左右 ,而降水变化极不稳定 ;山前平原干旱区中的较大面积人工绿洲区 ,升温幅度相对较低 ,大约为 0 .5～ 0 .6℃ ,降水呈稳定的小幅度上升 ;下游尾闾段极端干旱区温度升高、降水减少的趋势极为明显 ,分别为 1.4℃和 - 0 .5mm·a-1左右 .究其原因 ,主要是由于不同区域气候类型的差异和局地环境的影响 ,如大面积人工灌溉绿洲的小气候效应等     

局地因素对青藏公路沿线多年冻土区地温影响分析

气候是多年冻土形成与变化的动力,局地因素则通过改变地表辐射、对流和传导过程对多年冻土产生影响,导致多年冻土发生空间分异.应用青藏公路沿线大量的观测资料分析了局地因素对多年冻土区地温所产生的影响.结果表明:地形地貌、植被、积雪、土壤性质及含水量等局地因素,对青藏公路沿线地区多年冻土的发育和多年冻土热状况有显著影响.局地因...     

生态区评价研究的兴起与发展——以美国森林生态系统管理评价(FEMAT)研究为例

生态区评价是近年来出现在美国的一种新型区域生态系统管理方法的理论与实践科学研究,起始于美国总统森林会议(1993)后成立的森林生态系统管理评价组(FEMAT),目标是实现地区生态系统的科学管理.本文评介了生态区评价首项案例--美国西北太平洋沿岸区原始森林及其他各类森林经营管理方案的生态、经济、社会影响综合评价的科学与方法实践意义.指出FEMAT的生态区评价:1)迈出了生态区评价历史上坚实的第一步,实现了区域土地利用规划与生态系统管理方案从以行政疆域为准划分向以生态区域为准划定边界的转变;2)方案优化过程充分考虑区域生态、经济、社会的历史、现状与未来趋势等各方面,将科学、政策、管理融为一体,使之易于在实践中贯彻;3)促进了不同政府机构和利益团体间为实现资源开发与生态保育双重目标而共同协作.     

冰川加剧消融对我国西北干旱区的影响及其适应对策

西北干旱区是我国生态最脆弱的地区之一, 也是国家安全和生态安全的核心区.冰川是西北干旱区的"固体水库", 高山冰雪融水一直是当地赖以生存和发展的重要水源, 是该地区独特的绿洲经济的命脉.在气候变暖的大背景下, 西北干旱区冰川加剧消融退缩, 冰川数量和规模均呈减少趋势.未来冰川将进一步萎缩, 冰川融水对河流补给将有显著变化.冰川加剧消融已严重影响到该地区水资源变化格局、 农业可持续发展和生态系统稳定, 对现有水资源管理与灾害防治等对策与措施提出巨大挑战.应采取从转变经济发展用水和管理理念, 到提高适应冰川消融的水利建设、 加强防灾与预测技术研究等方面的积极探索适应对策, 以应对气候变暖背景下冰川加剧消融给西北地区带来的挑战.     

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。      

Re-evaluating the impacts of human activity and environmental change on desertification in the Minqin Oasis, China

The Minqin Oasis and its adjacent regions in northern China experienced significant desertification beginning 2,000 years ago and continuing to the present, and numerous studies have claimed that human activities, especially the flourishing of agriculture, have played a major role in environmental change in this region. Our analysis suggests that the observed desertification was mainly controlled by changes in the water component of the ecosystem and the arid climate. The impacts of cultivation on desertification from 2,000 years ago to the mid-1900s appear to have been relatively minor compared to the impacts of the area’s arid climate and its native geomorphological processes. Although human activity has increased from the late-1940s to the present, and the areas of the oasis reclaimed for agriculture have reached a maximum, desertification over the past 50 years appears to be a continuing process that began thousands of years ago, and is mainly controlled by decreasing water levels caused by the arid climate, local geomorphological processes and overuse of water in the upstream. Although both human activities and climate variation are important drivers of the desertification process, and it is not possible to completely separate the human influence from the climate impact, key factors on controlling desertification should be investigated before we place the blame solely on the flourishing of agriculture in this region.     

"资源1号"卫星数据在新疆生态环境及建设中的应用

在新疆阜康沙漠绿洲生态环境与生态建设中应用了“资源 1 号”卫星遥感数据.利用 ERMAPER 等遥感图像处理软件,对“资源 1 号”遥感卫星数据 CB 和同一调查区的 TM 数据进行处理及对比研究,评价了“资源 1 号”卫星数据的应用效果.实践表明:“资源 1 号”卫星 CCD 相机数据几何精度、空间分辨率能够满足生态环境与生态建设工作的需要,部分可替代 TM 数据,在沙漠绿洲生态环境与生态建设及其它应用领域具有广阔的应用潜力.     

填海造陆区水环境演变与对策研究进展

填海造陆区普遍存在次生盐渍化、地下结构物腐蚀等生态环境问题,尤其在中国北方沿海地区年蒸发量远大于降雨量的水循环条件下,此类问题更为突出。在简要回顾了填海现状和发展趋势的基础上,总结了填海后地下水系统和土体环境的演变趋势,并分析了造成上述影响的主要原因。通过对比湿润地区与半干旱地区的气候差异,认为利用集雨措施来引导自然淡化过程从而构建长效淋盐机制是半干旱填海区盐渍化防治的关键。同时指出,因地制宜地规划土体结构、提升排盐能力和种植绿化植物,是搭建和维持填海造陆区健康稳定生态系统的必要之举。     

Oasis Functional Stability Evaluation Based on Multiple Indicators, Northwest China

We produced and analyzed oasis structure information, and evaluated oasis functional stability using the multiple indicators based on Remote Sensing (RS) and Geographical Information System (GIS) in the arid region of China in 2015. The results showed that the oases area was 193,734 km2, accounting for 8.17% of the arid region of China. The spatial difference in the functional stability of oases was obvious. The Beijiang zone had the highest functional stability and was relatively stable state, and the Hexi Corridor-Alashan Plateau zone had the lowest functional stability and was relatively unstable. The functional stability is dominated by production and ecological functions, which have regional differences. Increasing oasis agricultural output, strengthening highway infrastructure construction and paying attention to education will become important ways to improve oasis functional stability. Water resources determine the ecological function, thus affecting the oasis functional stability. The results provide references for the formulation of related policies according to local conditions.     

Ecosystem Responses of the Subtropical Kaneohe Bay,Hawaii, to Climate Change: A Nitrogen Cycle Modeling Approach

The global coastal zone is characterized by high biological productivity and serves as an important channel through which materials are transferred from land to the open ocean, yet little is known how it will be affected by climate change. Here, we use Kaneohe Bay, Hawaii, a semi-enclosed subtropical embayment partially surrounded by a mountainous watershed and fed by river runoff as an example to explore the potential impact of climate change on the pelagic and benthic cycling of nitrogen. We employ a nine-compartment nitrogen cycle biogeochemical box model and perturb it with a set of four idealized climate scenarios. We find that hydrological changes play a dominant role in determining the ecosystem structure, while temperature changes are more important for the trophic state and stability of the ecosystem. The ecosystem stability against storm events does not significantly change under any scenario. The system remains autotrophic in the future; however, it becomes significantly less autotrophic under drier climate, while it turns slightly more autotrophic under wetter climate. These findings may have implications for other high island watershed and coastal ecosystems in the tropics and subtropics.     

气候变化对陆地生态系统第一性生产力的影响研究综述

气候变化对陆地生态系统第一性生产力(NPP)的影响是一个倍受关注的问题,目前从观测、实验和模拟等几个方面在不同层次上对这个问题进行了大量的研究。气候变化对生态系统NPP的影响取决于气候各因子及其组合变化的方向、生态系统与当前气候之间的关系,另外还要受养分及其它因子的影响。目前大量存在的NPP模型各有优缺点,模拟结果各异但有会聚的趋势。改进观测方法和理论、建立全球共享NPP数据库、进行大规模生态系统层次的实验研究和发展生态系统动态模型(DGVM)是未来一段时期研究的重点。