极端干旱区荒漠河岸林胡杨生长季树干液流变化

应用热脉冲技术和自动气象站对极端干旱区荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica Oliv.)的树干的液流流速及其环境因子进行了为期2 a的连续观测,对胡杨树干液流日、季变化及其与环境因子相关性进行了深入的研究。结果表明:胡杨树干液流速率日变化具有明显的昼夜节律性。白天树干液流流速变化曲线呈多峰型。夜间,胡杨同样存在明显的树干液流现象,这主要是由根压引起的。胡杨树干液流速率7月最高,6月、8月次之,9月液流速率高于5月,10月最小,主要生长期6—8月胡杨日均蒸腾量占整个生长季的70％以上。不同林龄的胡杨树干液流速率不同,表现为15龄＞25龄＞50龄。树干液流量变化与环境因子中气象因子的变化密切相关。逐步回归结果表明,液流速率与净辐射、空气温度、空气相对湿度呈显著线性相关, 同时给出了依据常规气象因子估算液流速率的统计模型。     

荒漠河岸林胡杨养分状况研究

对荒漠河岸林胡杨叶片有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)和全钾(K)等化学组分在生长季不同月份和不同微生境间的变化以及它们彼此间的相关性进行了研究。结果表明,胡杨叶片C,N,P和K的变化范围分别为39.08%～46.16%,0.28%～2.81%,0.05%～0.18%和0.35%～2.03%,平均值依次为43.51%,1.49%,0.102%和1.17%。叶片C/N,C/P和N/P的变化范围分别为16.26～146.61,258.08～908.67和2.89～26.67,平均值依次是37.24,466.27和15.14。叶片平均N含量显著低于全国落叶树平均N含量,P含量与全国落叶树的平均P含量较为接近。胡杨叶片C/N明显高于全球陆生植物的C/N比值;N/P比值说明胡杨生长受到氮和磷元素的共同限制。在生长季,胡杨叶片C、N、P和K含量总体表现为下降趋势,最高值出现在5月,最低值出现在9月;微生境间,C,N,K含量和N/P比值从河岸低地,河岸平地,河岸沙堆,戈壁到沙丘间逐渐升高;C/N趋势恰好相反,P含量没有太明显的变化。叶片C含量与N、K含量均呈极显著正相关,与P含量呈弱正相关,N-K和P-K均呈显著正相关。     

荒漠河岸林胡杨和柽柳群落小气候特征研究

在内蒙古额济纳旗运用微气象学方法以多路传感器同步观测的方式对极端干旱区荒漠河岸林小气候进行了观测。对我国极端干旱区荒漠河岸林胡杨和柽柳群落内的小气候特征与空旷地的差异进行了初步的探讨,并分析了产生这些差异的原因。结果表明:荒漠河岸林具有独特的小气候作用。具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、增加土壤湿度和提高空气湿度等重要生态作用。(1)胡杨和柽柳群落均起到了改变太阳辐射的作用,林冠层顶部的太阳总辐射量月平均值分别为341.72MJ·m^-2、345.14MJ·m^-2,林冠遮蔽使胡杨和柽柳林内总辐射比林外分别减少49.8%、49.3%;(2)生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林外,胡杨林平均比对照低1.62℃,柽柳林平均比对照低0.83℃,而且森林覆盖率越高降温作用越明显;群落上层气温高于群落下层,气温随高度增加而增加;(3)林内平均大气相对湿度均高于林外,胡杨林生长季比对照平均高8.5%,柽柳林平均比对照大4.2%。胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地,平均湿度比柽柳高4.33%;(4)柽柳林月平均土壤温度(19.43℃)高于胡杨林地(18.20℃);(5)林内风速低于林外,胡杨林地平均风速为0.33m·s^-1,比林外降低了2.7m·s^-1;柽柳林平均风速为0.72m·s^-1,比林外降低了2.31m·s^-1。胡杨林比柽柳林对风的阻挡作用强。     

极干旱区稀疏荒漠植被地上生物量遥感估算

以库姆塔格沙漠南部阿尔金山北麓山前戈壁区为研究区,借助无人机影像数据准确提取植被覆盖区;采用高空间分辨率WorldView-3数据的估算结果对中空间分辨率Landsat-OLI数据的估算结果进行修正;选取红光反射率波段(RED)、近红外反射率波段(NIR)、比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)和修正土壤调...     

荒漠河岸林涡度相关通量测定中平均时间的确定及其对通量计算的影响

极端干旱区在全球生态系统中具有重要的地位而越来越被人们所重视。涡度相关技术是研究极端干旱区生态系统水热和CO2交换的有力工具之一。而涡度相关数据在实际应用中需要根据研究区的实际情况选择适宜于该地区的采样和计算参数（如采样频率和平均时间等）。根据2011年9月22日～10月8日（17个白天）原始数据（采样频率为10 Hz）,采用不同平均时间（1～120 min）对塔河下游柽柳河岸林生态系统的潜热通量[（LE）]、感热通量[（H）]和CO2通量[（Fc）]进行了重新计算,比较分析各通量不同平均时间的计算值与30 min通量值,以揭示平均时间对该地区通量计算结果的影响。结果发现：（1）平均时间在120 min以内,17个白天湍流通量及能量平衡比率[（EBR）]均值随平均时间的延长而增大,当平均时间>120 min后,湍流通量（及[EBR]）均值随平均时间的延长大幅减小,其中15～60 min的[EBR]增幅较小,仅在2%左右。（2）平均时间>60 min后,[LE]、[H]和[FC]各通量计算值发生了不同程度的变异。通过进一步对上午[EBR]较为接近的5个样本日进行对比分析,发现当平均时间取15～60 min之间时,样本日的上午[EBR]值变化趋势一致,样本日间[EBR]差异较小;而当平均时间取>60 min或<15 min时,样本日间[EBR]差异明显增大。结合Ogive函数计算分析,我们的结论是,对于通量的长期观测研究而言,该地区适宜平均时间为60 min;而对通量的日变化研究而言,该地区适宜平均时间为15 min。通过分析15、30和60 min平均时间对小时通量的影响,发现当通量为增加趋势时,平均时间延长能够进一步增大通量绝对值,而当通量为减小趋势时,平均时间延长能够进一步减小通量绝对值。     

荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一,受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据,分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明:额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降,非生长季上升的变化特征;在植物生长季内,地下水位具有白天下降,夜间上升的日周期变化特征,且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源,在分水过程中,距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大,分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小,分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失,从2013—2015年6次分水事件结束后,地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。     

塔里木河流域荒漠河岸林胡杨群落的空间格局研究

 以塔里木河流域荒漠河岸林胡杨群落为研究对象,研究优势种胡杨与灰胡杨种群径级结构、空间分布格局与空间关联性。结果表明,胡杨和灰胡杨种群径级结构均呈倒金字塔型,属衰退型种群。胡杨种群在1～25 m尺度内呈聚集分布,灰胡杨种群在2～23 m尺度内呈聚集分布,胡杨种群聚集强度大于灰胡杨。随种群生长发育,胡杨和灰胡杨聚集尺度范围及聚集规模逐渐减弱,大树趋于随机分布。灰胡杨不同生长阶段在0～25 m空间尺度上相互独立,胡杨小树与中树在5～10 m空间尺度上相互依存。胡杨中树与灰胡杨中树在大尺度空间(＞23 m)上相互排斥; 胡杨与灰胡杨种群在小尺度空间(2～3 m)上相互依存,中尺度空间上相互独立。     

塔里木河下游生态输水对荒漠河岸林生态恢复力的影响

生态恢复力是指生态系统在外界干扰下通过自我调节、恢复到未受损前状态的能力,研究生态恢复力可为有效应对外界干扰对生态系统的威胁提供理论基础。基于对过去20 a近河岸荒漠河岸林植被归一化植被指数(NDVI)和气象数据的分析,研究了塔里木河下游不同河段4个时期(2001—2005年、2006—2010年、2011—2015年和2016—2019年)植被净初级生产力(NPP)的均值以及生态系统抵抗力、稳定性和恢复力状况,得到了不同时期不同河段生态系统的恢复状况。结果表明:(1)2016—2019年具有最大的NPP均值和最大值,与2006—2015年相比,生态系统恢复力较大,但略小于2001—2005年。(2)上段2011—2015年恢复力最大,中、下段2016—2019年恢复力最大,上、中和下段2006—2010年恢复力最低。(3)输水20 a后,上段生态系统的恢复状况较中、下段好。(4)生态恢复是相对于某种状态而言的,生态输水后前10 a生态恢复力较低,表明生态系统不容易恢复到未退化状态,而后10 a生态恢复力较大,说明生态系统越来越接近未退化状况,植被整体生长状况在改善。     

塔里木河下游荒漠河岸林不同退化区胡杨种群结构和空间分布格局研究

对塔里木河下游荒漠河岸林退化程度不同的4个典型断面胡杨种群结构和空间分布格局进行了研究,结果表明:①胡杨种群密度从英苏断面的8.01株/(25 m ×25 m)下降至依干不及麻断面的0.62株/(25 m×25 m),同时伴生种数量和种类不断减少。②胡杨种群整体分布不均匀,幼苗和小树缺乏,中龄和老龄植株所占比例较高。随着退化程度的加剧,幼苗和小树所占比例不断降低,而中龄和老龄植株所占比例明显增加。③胡杨种群整体分布格局为聚集分布,聚集度Moristia指数Iδ 从英苏断面的1.67增至依干不及麻断面的4.99,并且幼苗和小树发育阶段的胡杨种群分布格局因植株数量的不断减少,逐渐由聚集分布过渡为随机分布,而中龄和老龄发育阶段的胡杨种群均为聚集分布。④影响胡杨种群结构和分布格局变化的主要因子是地下水埋深,浅层土壤含水率对其影响不大。     

干旱区绿洲荒漠交错带空间贫困分异特征、减贫需求与扶贫对策研究——以新疆和田地区为例

干旱区绿洲荒漠交错带具有自然环境恶劣、社会发展滞后、经济基础薄弱、人口素质较低、贫困现象普遍的显著特征。依据空间贫困理论、GIS空间分析技术和TOPSIS模型,研究了和田地区空间贫困等级、致贫原因及其障碍度指数,并提出了相应的扶贫对策建议。结果表明：（1）和田地区一级贫困区包括和田县（0.528 0）、民丰县（0.466 3）;二级贫困区包括皮山县（0.387 1）、于田县（0.378 8）、和田市（0.371 5）、策勒县（0.348 3）、墨玉县（0.325 7）;三级贫困区包括洛浦县（0.221 3）。（2）和田地区排序前五的减贫需求包括：生产资料（86.8%）、资金（85.5%）、住房（74.3%）、教育培训（67.0%）和饮水（64.7%）。针对研究区的空间贫困分异特征以及减贫需求,从完善公共基础设施、实施转移就业行动、发展特色优势产业、改善生产生活条件、加大教育培训力度与金融扶持力度等方面提出了相应的对策建议。     

极端干旱荒漠地区大气热力边界层厚度研究

通过对以往一些野外观测事实分析,发现在极端干旱荒漠区的晴天热力大气边界层厚度远远超出了以往在其他地区发现的热力大气边界层厚度,由此提出了荒漠地区超常厚度大气热力边界层现象。并且,讨论了控制大气热力边界层形成和发展的主要物理因素,还对极端干旱荒漠地区这种超常厚度大气热力边界层现象进行了理论分析和解释,初步认为地表白天强烈加热和夜间快速冷却是极端干旱荒漠区出现超常厚度大气热力边界层的最根本原因。     

基于极限学习机的干旱区潜在蒸发量模拟

准确地模拟干旱区潜在蒸发量,对区域水资源的合理开发利用与生态环境保护具有十分重要的意义。以极限学习机（ELM）模型为基础,以古浪河流域的乌鞘岭、古浪两个典型气象观测站点为对象,将气象因子的不同组合作为输入参数,构建了适合当地的潜在蒸发量模型。利用构建的模型对乌鞘岭、古浪气象观测站点的月潜在蒸发量进行了模拟,将模拟结果与支持向量机（SVM）模型模拟结果进行了对比,发现ELM模型在干旱区月潜在蒸发量模拟中有更好的适用性,可为干旱地区潜在蒸发量的估算提供新方法和思路,是资料有限条件下潜在蒸发估算的有效方法。     

沙漠地区人工固沙植被对土壤温度与土壤导温率的影响

通过分析人工固沙植被区与流动沙丘区不同部位 (沙丘迎风坡、丘间低地、沙丘背风坡 )各层土壤温度梯度分布 ,及其月平均值变化与日变化特点 ,计算不同地表覆盖 (人工植被与裸沙区 )条件下的沙土导温率。结果表明 ,沙坡头地区 7～ 10月平均地温变化的振幅 ,在地面约为 16 2℃ ,振幅变化随深度的递增而迅速减小。在 0 0 5m深度处 ,地温年振幅为地面振幅的一半。 7～ 10月中地温最高最低出现的月份 ,随深度增加都呈滞后现象 ,但滞后的情况两者并不相同。另外 ,在 2 0cm以下深度内 ,7～ 10月月平均温度都高于 0℃。当观测深度按算术级数增加时 ,地温日振幅则以几何级数减小。尽管地温振幅日变化因天气情况不同大有差别 ,在相同的气象条件 (连续四日晴天 )下的研究发现 ,下垫面的影响作用不容忽视 ,尤其是由于植被覆盖度的差异而引起的地温日振幅与地温剖面分布变化。根据 1992年 8月观测记录 ,流沙区丘间地温日振幅最高达 2 6 2℃ (表层 ) ,最小值只有 1 8℃ (1m深 )。固沙植被区丘间低地最高日振幅为 2 5 9℃ (表层 ) ,最低值 4 3℃ (1m深 )。植被区地表层温度变幅小于流沙区 ,而深层温度波动显著。在 5cm深度处 ,植被区地温降至最低值的时间滞后于流沙区 2h以上 ,2 0cm处植被区地温达到最大值的时间比     

荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)树干液流的时滞效应

以2012年4—9月树干液流速率与环境因子的实测数据,分析了荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)树干液流的时滞效应。结果表明:不同月份胡杨树干液流速率对不同环境因子的时滞不同;4—9月,胡杨树干液流速率峰值时间比太阳辐射峰值时间晚约1h,比空气温度峰值时间早约1h,比水汽压差峰值时间早约2h,比空气相对湿度谷值时间早约2h;对影响胡杨树干液流速率的环境因子进行了主成分分析,发现胡杨树干液流速率与1h以前的第1主成分、第2主成分相关性最高,相关系数分别为0.864、0.875;对错位前后胡杨树干液流速率与环境因子进行多元线性回归分析发现,在胡杨树干液流的数值模拟中,考虑液流相对于环境因子的时滞效应可以提高模型的拟合精度。     

干旱荒漠区退耕地植被演替及土壤水分变化

采用时空互代法,以不同退耕年限退耕地为研究对象,对27个样方植被群落特征和土壤含水量变化特征进行描述性统计分析,使用多元线性回归探究植物演替和土壤水分之间的关系。结果表明：（1）退耕18a间,退耕地植被群落自然演替经历了一年生草本为绝对优势种一年生和多年生草本竞争存在灌木开始出现并逐渐成为优势种的演替过程,物种Margalef指数和Shannon-Wiener指数均出现增大的趋势。（2）土壤水分随着退耕年限的增加也有所增加,且同一退耕年限内,随着土壤深度增加,土壤水分亦逐渐增加。（3）土壤水分对物种Margalef指数、Shannon-Wiener指数具有极显著影响,相比于其他土层,深度为40～50cm的土层对植被生长和演替的贡献最为显著。     

干旱荒漠区沙土凝结水与微气象因子关系

凝结水作为干旱区降雨以外的主要水分补给,具有重要的生态水文意义。目前,凝结水研究已成为干旱区生态水文学研究的一个重要组分\.通过定位观测,对凝结水的形成机理、形成量和影响因子已有了初步的认识\.但是受土壤水分、风速和下垫面性质的影响,凝结水量与微气象因子的关系复杂,导致凝结水模拟估算存在诸多困难。本文通过控制试验,在排除土壤水分、风速和下垫面对凝结水形成过程影响的条件下,开展观测,建立凝结水形成速率与近地层微气象因子之间的多元回归方程,旨在为凝结水模型构建提供参考。结果显示:凝结水形成速率与空气相对湿度呈波尔兹曼函数关系,与气温和地表温度均呈显著的线性负相关关系,而与气温和地表温度差、露点温度呈显著的线性正相关关系。多元回归分析显示,沙土凝结水主要受近地层空气相对湿度、气温和地表温度的控制,表明在凝结水模型构建中应重点考虑这3个微气象因子的影响。