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1960—2018年博斯腾湖水位变化特征及其影响因素分析

干旱区研究 2021年第1期38卷 48-58页

作者：李玉焦陈亚宁张齐飞方功焕中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

结合博斯腾湖1960—2018年水位、出入湖径流以及气象站点实测资料,采用集合经验模态分解(Ensem⁃ble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、水量平衡和气候弹性方法,对近60 a博斯腾湖水位变化及其影响因素进行了详细分析。结果表明:(1)1... 详细信息

结合博斯腾湖1960—2018年水位、出入湖径流以及气象站点实测资料,采用集合经验模态分解(Ensem⁃ble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、水量平衡和气候弹性方法,对近60 a博斯腾湖水位变化及其影响因素进行了详细分析。结果表明:(1)1960—2018年博斯腾湖水位总体呈下降态势,具体表现为“下降-上升-下降-上升”四个阶段。(2)在年际尺度上水位存在准3~4 a、准8~9 a的周期性振荡,而年代际尺度上表现出准29~30 a和准33~34 a的周期性变化。(3)1960—2018年降水、气温和潜在蒸散发对开都河、黄水沟和焉耆径流的累积贡献率分别达85.1%、42.1%和23.8%,而下垫面、其他气象变量和人为等因素累积对径流的贡献率分别约为14.9%、57.9%和76.2%。(4)对不同阶段博斯腾湖水位变化原因分析:1960—1987年水位急剧下降的主要原因同入湖径流减少和湖面蒸发量大有关;气温升高和降水量增加导致入湖水量增加是1988—2002年水位显著升高的主要原因;入湖径流减少和出湖水量增多,导致2003—2014年水位显著下降;博斯腾湖入湖水量的显著增加及对出湖水量的严格控制是2015—2018年水位明显上升的主要原因。

关键词：博斯腾湖水位变化集合经验模态分解水量平衡气候弹性影响因素

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塔里木河下游生态输水对植被碳源/汇空间格局的影响

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干旱区地理 2021年第3期44卷 729-738页

作者：王川刘永昌李稚中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

基于2000年以来塔里木河下游生态输水资料、气象数据、土地利用/覆被变化数据等,结合修正的CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型和土壤微生物呼吸模型(Heterotrophic respiration,RH)估算了2001—2019年植被净生态系统生产力(Net... 详细信息

基于2000年以来塔里木河下游生态输水资料、气象数据、土地利用/覆被变化数据等,结合修正的CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型和土壤微生物呼吸模型(Heterotrophic respiration,RH)估算了2001—2019年植被净生态系统生产力(Net ecosysterm productivity,NEP),分析了植被碳源/汇空间分布变化,探讨了塔里木河下游生态输水对植被碳源/汇变化的影响。结果表明:(1)随着2000年以来塔里木河下游生态输水,下游退化的生态系统有一定程度的恢复,植被碳汇区域呈现扩大的趋势。2001—2019年NEP以0.541 g C·m^(-2)·a^(-1)的速率呈现上升趋势,其中夏季增加速率最大,为0.406 g C·m^(-2)·a^(-1),增加的区域主要位于大西海子水库北部、英苏、博孜库勒湿地、喀尔达依湿地以及台特玛湖。碳汇面积从2001年的71 km^(2)增加至2019年的355 km^(2),增加了4倍。(2)在季节变化上,夏季碳汇面积为109 km^(2),在四季中占比最大,春秋次之,冬季无明显碳汇面积。(3)塔里木河下游生态系统碳汇面积变化次序为:草地>林地>耕地>未利用地>水域>建设用地。此外,林地和草地年平均变化率最高,分别为2.69 km^(2)·a^(-1)和3.57 km^(2)·a^(-1)。生态输水量与碳汇面积有很好的线性关系,碳汇面积变化存在约1 a的滞后效应。

关键词：生态输水碳源/汇净生态系统生产力(NEP) 塔里木河下游

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基于相关分析和自适应遗传算法的盐渍化建模变量和参数优选

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地球信息科学学报 2020年第7期22卷 1497-1509页

作者：徐红涛陈春波郑宏伟罗格平杨辽王伟胜吴世新中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

机器学习结合遥感等其他数据反演土壤盐分含量(Soil Salt Content,SSC)较少关注对模型精度影响较大的建模特征变量和模型参数的优选。本文基于自适应遗传算法(Adaptive Genetic Algorithm,AGA)同步优选建模特征变量和模型参数的支持向... 详细信息

机器学习结合遥感等其他数据反演土壤盐分含量(Soil Salt Content,SSC)较少关注对模型精度影响较大的建模特征变量和模型参数的优选。本文基于自适应遗传算法(Adaptive Genetic Algorithm,AGA)同步优选建模特征变量和模型参数的支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)算法反演三工河流域2016年SSC,并分析其在不同土地利用类型的分布特征。建模特征变量和模型参数的同步优选及实验设计如下:首先基于Landsat 8 OLI和SRTM高程数据提取7类共40个盐渍化相关因子,经相关分析初步筛选出候选特征变量,分别代入AGA、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和格网搜索算法(Grid Search,GS)同步优选SVR的建模特征变量和模型参数,并建立盐渍化监测模型(AGA-SVR、GA-SVR、GS-SVR)。结果表明:①AGA-SVR精度最优,GA-SVR次之,GS-SVR最差,相较于GS-SVR,AGA-SVR的R2/RMSE提高了44.65%;②三工河流域非、轻度、中度、重度盐渍地和盐土的面积占比分别为42.83%、11.02%、15.88%、9.22%、21.05%;③草地和未利用地主要以非盐渍地和盐土为主,耕地和林地中非盐渍地分布比例均为最大;不同土地利用类型的SSC均值和标准差均呈现未利用地>草地>耕地>林地的规律。本研究的建模特征变量和模型参数的优选方法可在一定程度上提高盐渍化监测的精度。

关键词：盐渍化遗传算法机器学习特征优选参数优化土壤盐分含量土地利用相关分析

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春季融雪补给后巩乃斯河水物理化学性质空间分布特征研究

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环境科学 2015年第2期36卷 421-429页

作者：刘翔郭玲鹏张飞云马杰牟书勇赵鑫李兰海中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

在春季融雪补给后对巩乃斯河19个采样点8个水物理化学指标进行了监测,运用聚类分析(CA)、判别分析(DA)和主成分分析(PCA)方法分析了巩乃斯河水物理化学性质的空间分布特征.聚类分析结果表明,按各采样点之间河水物理化学性质的相似性可... 详细信息

在春季融雪补给后对巩乃斯河19个采样点8个水物理化学指标进行了监测,运用聚类分析(CA)、判别分析(DA)和主成分分析(PCA)方法分析了巩乃斯河水物理化学性质的空间分布特征.聚类分析结果表明,按各采样点之间河水物理化学性质的相似性可将巩乃斯河大致分为3个河段,分别代表河流的上游、中游和下游;判别分析的结果证实了此种分类的可靠性,并表明DO、Cl-以及BOD5是影响这种分类的显著性指标;主成分分析共提取了3个主成分,对应特征值的累积方差贡献率达到86.90%,表明影响河水物理化学性质的主要指标为EC、ORP、NO-3-N、NH+4-N、Cl-和BOD5.对各采样点的主成分得分进行排序,结果显示DO主要影响上游水质,p H主要影响中游水质,其余指标则是影响下游水质的主要因素.主成分综合得分的排序则表明上游水质最优,其次为中游,而下游最差,恰好对应聚类分析所划分的3个河段.人类活动及污染物的沿河积累可能是造成这种空间差异的主要原因.

关键词：水质空间分布多元统计分析融雪补给巩乃斯河

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冻融过程对荒漠短命植物种子萌发的影响

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生态学杂志 2021年第2期40卷 301-312页

作者：张玉林尹本丰陶冶周晓兵张元明中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

荒漠区冻融交替显著改变土壤温度和水分条件,并进一步影响荒漠植物种子萌发。为解析荒漠土壤冻融过程对植物种子萌发的影响,本研究以古尔班通古特沙漠4种典型短命植物[东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、卵果鹤虱(Lappula patula)、尖... 详细信息

荒漠区冻融交替显著改变土壤温度和水分条件,并进一步影响荒漠植物种子萌发。为解析荒漠土壤冻融过程对植物种子萌发的影响,本研究以古尔班通古特沙漠4种典型短命植物[东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、卵果鹤虱(Lappula patula)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)和条叶庭荠(Alyssum linifollum)]为对象,通过模拟不同温度和土壤水分及冻融循环次数对种子进行处理,对比分析冻融结束后4种植物种子萌发参数(发芽率、发芽势、发芽指数、种子活力)。结果表明,温度对4种植物种子萌发参数均无显著影响,而土壤水分和循环次数均有显著影响(水分仅对条叶庭荠无影响),且存在显著交互作用。冻融循环次数增加可促进冻融后的种子活力和种子萌发,尤其是在低水分条件下表现得更为显著。冻融期高土壤水分显著降低东方旱麦草的种子发芽率,对其他物种的影响受冻融次数和白天温度状况的调节。在相同土壤水分条件下,冻融期白天高温可促进种子萌发。总体来看,冻融对荒漠短命植物种子萌发有显著影响并存在一定的种间差异性,这将造成冻融期结束后不同物种的种子萌发和幼苗生长存在差异,进而影响荒漠区植物群落结构。

关键词：古尔班通古特沙漠冻融循环短命植物种子萌发温度水分

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中亚地区干旱变化及其影响分析

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地球科学进展 2022年第1期37卷 37-50页

作者：李稚李玉朋李鸿威刘永昌王川中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

全球变暖加剧了中亚地区的干旱威胁,使得因干旱引发的水资源短缺、生态退化及跨境河流争端等问题更加突出。研究显示:过去半个多世纪,基于帕默尔干旱指数表征的中亚地区干旱程度整体变化趋势不显著,但伴随着区域的高温波动,中亚地区帕... 详细信息

全球变暖加剧了中亚地区的干旱威胁,使得因干旱引发的水资源短缺、生态退化及跨境河流争端等问题更加突出。研究显示:过去半个多世纪,基于帕默尔干旱指数表征的中亚地区干旱程度整体变化趋势不显著,但伴随着区域的高温波动,中亚地区帕默尔干旱指数自2000年以来呈现明显下降趋势,约65%的区域表现为干旱化程度加剧,且在未来共享社会经济路径下中亚地区干旱强度持续增强。设计"去趋势"数字试验定量解析干旱指标对气候变化中各项因子的敏感性,发现气温对中亚干旱化趋势影响较大,降水变化加大了干旱的变率。从不同干旱亚类来看,中亚地区极端干旱区和干旱区面积以0.02×10^(4)和0.22×10^(4)km^(2)/a的速率增加,主要集中在新疆塔里木盆地北缘和哈萨克斯坦南部等地区。同时,平原荒漠区的植被蒸腾和土壤水耗散量加大,浅层土壤含水量(0~10和10~40 cm)分别约有84%和81%的区域表现为下降趋势,导致一些依靠地下水和土壤水维系生存的、抗旱性弱的浅根系荒漠植物衰亡,生态农业干旱加剧,且水文干旱呈更加复杂的态势,研究结论为中亚地区水资源规划管理和生态保护提供科学依据。

关键词：气候变化干旱多变量评估共享社会经济路径中亚

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新疆塔里木河干流荒漠河岸林植被带变化

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生态学杂志 2015年第11期34卷 3166-3173页

作者：陈海燕陈亚宁中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

基于近40年5个不同时期的Landsat遥感数据和样地调查资料,对塔里木河干流以荒漠河岸林为主体的植被带的时空变化进行了反演,结果表明:(1)塔里木河干流平均植被覆盖度为15%,空间差异明显,总体上呈上游高(20%)、下游低(9%),北岸高(17%)、... 详细信息

基于近40年5个不同时期的Landsat遥感数据和样地调查资料,对塔里木河干流以荒漠河岸林为主体的植被带的时空变化进行了反演,结果表明:(1)塔里木河干流平均植被覆盖度为15%,空间差异明显,总体上呈上游高(20%)、下游低(9%),北岸高(17%)、南岸低(12%)的特征。植被带宽度也有同样的分布特点;(2)塔里木河干流植被覆盖度总体呈上升趋势,平均上升速率为0.0038·10年-1,但不同河段差异明显,上游增加速度最快,平均增加速率为0.0083·10年-1,中游增加速度为0.0013·10年-1,而下游呈现下降趋势,下降速率为-0.0003·10年-1;(3)从不同植被覆盖等级来看,塔里木河干流以中低植被覆盖度所反映的荒漠河岸林呈减少和退化趋势,以高植被覆盖度所反映的耕地和人工植被面积呈增加趋势;(4)塔里木河干流上游植被带宽度和覆盖度的增加是由研究区内人工绿洲扩大所致,是以牺牲下游生态环境为代价的。

关键词：荒漠河岸林植被变化自然植被人工绿洲

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火炬树在北美和中国空间分布差异对比及防范入侵措施

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生态学报 2024年第4期44卷 1692-1699页

作者：林敬梧桂东伟中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

火炬树原产于北美洲东部,引进中国后主要栽培于贫瘠土壤上,用于植树造林和保持水土。然而其入侵性和扩散能力较强,管控不当将会严重破坏侵入地生态系统的多样性。采用了GIS和MaxEnt模型相结合的方法,模拟了火炬树在北美和中国地区的适... 详细信息

火炬树原产于北美洲东部,引进中国后主要栽培于贫瘠土壤上,用于植树造林和保持水土。然而其入侵性和扩散能力较强,管控不当将会严重破坏侵入地生态系统的多样性。采用了GIS和MaxEnt模型相结合的方法,模拟了火炬树在北美和中国地区的适宜分布区域,分析了主要环境影响因素,并利用ROC曲线验证模型结果的准确度。研究结果表明:火炬树在北美和中国的适宜分布区域都主要集中在30°-40°N气候相对湿润地带;影响MaxEnt模型预测结果的关键环境因子都是气候因子;预测模型的AUC值都大于9。但两个地区的部分环境因子的阈值范围存在明显差异,说明在入侵中国后火炬树的气候空间和生态位发生了较大变化,对中国本地的生态系统构成一定威胁。可为防疫监测和林业部门的工作提供参考依据,有助于其制定早期预警和监管措施,从而有效防治中国地区火炬树的入侵和保护生物多样性。

关键词：火炬树 MaxEnt模型空间适宜分布入侵植物环境因子生态危害

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盐碱土土壤无机CO_2通量与土壤盐碱属性的关系

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生态学杂志 2013年第10期32卷 2552-2558页

作者：王忠媛谢江波王玉刚李彦中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

土壤CO_2通量是陆地生态系统碳循环的第二大通量,其很小的变化就能严重改变大气CO_2浓度的平衡。本研究分析了土壤pH和EC对盐碱土土壤CO_2通量的重要组成—土壤无机CO_2通量的作用。实验于2010年6—9月在中国科学院新疆阜康荒漠生态站... 详细信息

土壤CO_2通量是陆地生态系统碳循环的第二大通量,其很小的变化就能严重改变大气CO_2浓度的平衡。本研究分析了土壤pH和EC对盐碱土土壤CO_2通量的重要组成—土壤无机CO_2通量的作用。实验于2010年6—9月在中国科学院新疆阜康荒漠生态站进行。采用高压灭菌的方法,将9种盐碱土的土壤无机CO_2通量从土壤CO_2通量中分离。结果表明,在土壤类型一定时,土壤无机CO_2通量主要受温度控制;低温有利于CO_2吸收,高温有利于CO_2释放。土壤pH可作为指示盐碱土土壤无机CO_2通量作用大小的指标;在低温和高温阶段,土壤pH对土壤无机CO_2通量的作用效果不同。土壤盐分较大的变化,才能造成土壤无机CO_2通量的显著差异。本研究分析了盐碱土土壤无机CO_2通量的特征,为盐碱土无机CO_2通量过程机制的推导提供证据。开展不同盐碱土土壤无机CO_2通量研究将极大促进干旱区盐碱土碳循环的解读。

关键词：土壤无机CO2通量盐碱土温度土壤pH 土壤EC

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叶片水力性状研究进展

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生态学杂志 2014年第10期33卷 2834-2841页

作者：潘莹萍陈亚鹏中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了... 详细信息

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了叶片水力性状的基本指标(包括叶片整体水力导度(Kleaf)、叶片木质部水力导度(Kxylem)、叶片木质部外水力导度(Kout-xylem)等)和叶片水力导度的5种主要测量方法;总结了叶脉网络结构和环境因素对叶片水力性状的影响、叶片水力性状与叶片功能指标(气孔导度、叶片水势、叶片最大光合速率)的匹配与权衡关系,以及叶片水力性状与植物抗旱性关系的最新研究进展;对今后叶片水力性状的研究提出了两点建议:1)将叶片水力性状与气体交换和叶解剖结构等相结合,构建叶片碳-水耦合模型,揭示叶片应对外界环境变化而采取的生态策略,以及植物的水-碳投资机理;2)开展植株各部分(根-茎-叶)间水分传输的交互作用研究,筛选出水力系统高效安全的物种。

关键词：叶片水力导度植物水分关系叶脉网络系统植物抗旱性

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