湖泊作为陆地生态系统中的关键组成部分，是区域经济发展和生态安全的重要保障。本研究分析了1991—2020年间新疆地区74个中小湖泊的面积动态，对不同海拔和地理特征的湖泊进行了综合分析。研究发现，1991—2020年间，新疆湖泊总面积从167.98 km²增加至400.51 km²，尤以山区湖泊面积增长最为显著。月度尺度分析山区湖泊面积变化具有明显的季节性特征。统计分析显示，新疆不同海拔的湖泊对气候变化的响应各异。新疆山区湖泊面积显著扩大，主要受气候变化的影响，尤其是年均温度上升。在平原湖泊区域，人类活动（特别是灌溉）是湖泊面积变化的主要驱动因素，而气候因素的影响则相对较小。

为研究和田河流域水化学与地下水补给特征，采用SPSS数理统计分析、Piper三线图、Gibbs图解以及氢氧和¹⁴C同位素示踪等方法对不同地貌单元中的水体（井水、坑塘水和河水）进行了水化学组成特征、补给来源和转化关系分析。结果表明：（1） 各水体主要起源于南部海拔2000 m以上的中高山区冰雪融水和大气降水。从山区到沙漠区，地下水水化学类型具有较明显的分带特征。不同水体pH值均呈弱碱性，离子之间组分和TDS值差异较大，整体呈坑塘水>井水>河水的规律。少数地下水样点中NO₃^-含量显著异常。（2） 砾质平原区地下水大量接受地表河水的垂向脱节型补给。地下水溶解性总固体（TDS）值小，更新速度快，以水岩溶滤控制作用为主，水化学类型多呈SO₄·Cl-Ca·Mg型。（3） 细土平原区地下水TDS值变幅大，多为Cl·SO₄-Na型。其中，河间地块内，靠近上游地下水接受地表水及邻区侧向径流补给，¹⁴C年龄小；中下游地区地下水氢氧同位素“氧漂移”现象普遍。分水岭处地下水¹⁴C年龄大，近河岸处年龄小，地下水与河水联系密切。河间地块两侧地下水分别沿东北、西北方向径流，最终排泄于外围沙漠区。研究结果可为和田河流域水资源合理开发利用和生态环境保护提供科学理论依据。

基于祖厉河干流会宁、郭城驿、靖远3个国家基本水文站1957—2021年实测的月、年径流量资料，采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验、小波分析等方法，探讨了祖厉河流域不同时间尺度径流变化规律，进行了径流减少的归因分析。结果表明：（1） 1957—2021年期间祖厉河干流径流量呈减少趋势，近30 a径流量减少52.9%。（2） 会宁、郭城驿、靖远3个水文站实测年径流量分别在1992年、1984年、1994年发生了突变。（3） 祖厉河干流3站径流量与降水量呈现相似的丰枯周期。分析结果表明，祖厉河干流实测年径流量减少主要受水土保持措施等人类活动的影响，其次为降水减少等气候因素的影响，其中，人类活动和气候变化对径流减少的贡献率分别为74.47%、25.53%。

高分时序遥感对于监测冰川变化具有重要作用。本文利用2016—2022年Sentinel-2多时相卫星影像和D-UNet语义分割模型提取依连哈比尔尕冰川变化信息，并与时相相近的Landsat遥感数据的提取结果对比，比较Sentinel-2和Landsat在冰川制图的精度差异，在此基础上选择75条典型冰川分析近期研究区冰川总面积和冰川末端的变化特征。结果表明：（1） Sentinel-2冰川制图总体精度为95.0％，相同条件下比Landsat-8提高5%~10%。（2） 2016—2022年研究区冰川年平均面积退缩率为0.75%±0.69%，其中，海拔4600 m以下的区域为冰川面积减少的区域，海拔越低面积退缩率越大。（3） 近6 a 75条典型冰川末端的平均高度上升了17.75 m，长度平均退缩了11.39±2.36 m·a^-1，其中，偏西、东北和南的退缩最为显著，分别为15.49±2.36 m·a^-1、13.95±2.36 m·a^-1和13.14±2.36 m·a^-1，冰川末端退缩速率随海拔的升高而降低。

深入挖掘土地利用类型内部转换过程信息，衡量土地利用变化强度对蒸散发的影响，准确评估实际蒸散发时空变化规律对流域水资源科学管理和高效利用具有重要意义。基于强度分析模型揭示2000—2020年阿克苏河流域不同层次土地利用类型强度变化特征及对流域实际蒸散发的影响，结果表明：（1） 时间间隔层次上流域土地利用变化强度呈先增加后减小的趋势，2000—2005年变化最为活跃。地类层次上耕地、建设用地、水域、林地面积增减变化表现较为活跃。转移层次上耕地面积的增加主要来源于草地（占比54.31%）和未利用地（占比26.26%）；（2） 流域多年平均蒸散发为166.56 mm。年际波动较大，整体呈增加趋势，年增长率为3.68 mm·a^-1。年内4—10月蒸散发占全年蒸散发的71.76%。实际蒸散发高值区分布在山区林地和平原区耕地，低值区分布在山前荒漠区及绿洲与荒漠过渡带地区；（3） 主成分分析结果表明，阿克苏河流域实际蒸散发变化的驱动力为草地、耕地、未利用地的转化强度，土地利用变化强度与实际蒸散发之间的相关系数为0.87，二者存在较强的相关关系。

为明晰中国旱区生态系统的固碳能力及其变化机制，本研究根据AI指数划分了中国旱区范围，并基于MODIS植被总初级生产力（GPP）数据集，结合气温、降水、饱和水气压差（VPD）、土壤含水量等气象数据和土地利用等人类活动，探究了中国旱区2001—2020年植被固碳能力的时空演变特征及影响因素。结果表明：（1） 中国旱区GPP 20 a间呈增长趋势，其中，64.72%的区域GPP呈显著增长趋势；（2） 温度对GPP的影响最低，相对贡献率为21.70%，降水和土壤含水量是GPP增长的主导因子，二者贡献率总和超过55%。随干旱程度加剧，水分胁迫作用逐渐增强。不同植被类型下，除混交林和高山植被外，降水是影响其他植被类型GPP变化最重要的气候因子；（3） 土壤类型及地貌类型的差异是影响GPP空间分异的主导因子，水分、土地利用类型因素也有重要作用，任意两要素间的交互作用解释力均大于单一要素的解释力，以土壤类型与其他各因子的交互作用最为显著。研究结果对深入理解我国旱区生态系统碳汇演变特征及其对外界环境因子响应机制具有重要理论意义。

定量研究露天煤矿人工林植被碳密度分配格局及其影响因素，进而为矿区森林碳汇服务功能的提升提供数据基础。本研究以安太堡矿区排土场油松（Pinus tabulaeformis）、小叶杨（Populus microphylla）、加拿大杨（Populus canadensis）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、榆树（Ulmus pumila）和刺槐-榆树混交林为研究对象，基于样地本底调查和异速生长方程法，测定了不同人工林的碳密度及空间分布格局。加拿大杨林植被碳密度（36.95 t∙hm^-2）显著高于其他人工林（P<0.05），密植油松林植被碳密度显著高于疏植油松林（P<0.05）；人工林各组分碳密度整体表现为：乔木层>凋落物层>草本层、灌木层（P<0.05），其中，乔木层碳密度占植被碳密度的78.3%~93.6%，表明人工林植被碳密度以乔木层为主；人工林乔木层树干中碳密度显著高于根、枝和叶（P<0.05），加拿大杨林树干碳密度显著高于刺槐林和刺槐-榆树混交林，密植油松林显著高于疏植油松林。乔木层和凋落物层碳密度均与林分密度显著正相关，与草本高度和盖度显著负相关，且乔木层碳密度与乔木高度显著正相关（P<0.05）。从固碳功能来看，安太堡煤矿排土场复垦合理密植油松和加拿大杨，有利于矿区的生态恢复，从而实现生态环境安全的可持续发展。

土壤氮素矿化是土壤中氮素循环的关键过程，而温度是影响土壤氮素矿化的最重要的因素之一，研究温度变化对不同演替阶段群落土壤氮素矿化特征的影响，对于明确陆地生态系统中土壤氮素循环过程具有重要意义。本研究以甘肃兴隆山不同演替阶段群落为研究对象，采用室内恒温好气培养法，研究不同演替阶段群落[（草地、灌丛林、白桦林（Betula platyphylla forest）、青杄-白桦林（Picea wilsonii-Betula platyphylla forest）和青杄林（Picea wilsonii forest）]在不同温度（15 ℃、25 ℃和35 ℃）下的土壤氮素矿化特征。结果表明：（1） 除草地的0~20 cm土层外，其余演替阶段群落土壤氮素矿化速率随着温度（15~35 ℃）的增加而增大，且不同演替阶段群落土壤氮素累积矿化量随着温度的增加而增加；（2） 随着演替的正向推进，不同演替阶段群落土壤氮素矿化速率与累积矿化量均呈先升高后降低趋势， 白桦林的土壤氮素矿化速率最大，分别均是草地、灌丛林、青杄-白桦林、青杄林的1.63倍、1.61倍、1.25倍、1.47倍；而青杄-白桦林的累积矿化量最高，分别是草地、灌丛林、白桦林、青杄林的0.68倍、0.72倍、0.84倍、0.97倍；（3） 随着土壤深度的增加，土壤氮素矿化速率与累积矿化量均呈降低趋势，以0~20 cm土层的最大；（4） 不同演替阶段群落在15 ℃培养和25 ℃培养下的温度敏感系数Q₁₀均有显著差异（P<0.05），随着演替的正向进行，温度敏感系数Q₁₀呈先降低后增加趋势，而不同演替阶段群落在25 ℃培养和35 ℃培养下的温度敏感系数Q₁₀均无显著差异（P>0.05）。研究结果将为群落土壤的质量演变和土壤供氮能力的动态变化提供理论依据。

净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）是表征陆地碳循环的重要指标，它可以反映陆地生态系统的碳汇能力。面对我国实现“碳达峰”与“碳中和”的“双碳”目标，提升陆地生态系统固碳能力是重要途径之一。新疆地域面积广阔、植被恢复潜力巨大，评估新疆生态系统碳固存现状，挖掘碳固存潜力，对积极响应并实现国家“双碳”目标具有重要的现实意义。本研究基于Carnegie Ames Stanford Approach（CASA）模型，结合土地利用数据、遥感数据以及气象（气温、降水和太阳辐射）数据，模拟2001—2020年新疆NPP，通过Sen-MK方法分析NPP的变化特征趋势，并利用Pearson相关分析法分析NPP变化与气候因子之间的影响关系，进一步采用2001年和2020年不同土地利用及植被情景，以及Miami模型模拟的纯气候情景下NPP的变化格局，最终获取新疆NPP的最大潜力及NPP的最大增量。结果表明：（1） 2001—2020年间新疆NPP总体表现为波动上升趋势；（2） 在气候因素的影响中降水对新疆NPP产生的影响最大；（3） 新疆的主要土地利用类型中耕地的NPP较大且耕地面积呈现增加趋势；（4） 新疆整体NPP的增量潜力达79.43 g C·m^-2。本研究可以为新疆实施生态恢复以及耕地保护措施等提供参考依据。

人类活动是区域生态风险加剧的重要因素，亟需探讨人类活动强度对景观生态风险影响。本文以塔里木河流域为研究对象，基于近20 a的5期土地利用、人口空间分布和夜间灯光数据，引入土地利用程度综合指数以改进人类活动强度（HAI）评价体系，定量评价强人类活动下的流域景观生态风险（LER）时空变化，并结合Copula函数以及双变量局部空间自相关模型，揭示LER与HAI的时空关联性。结果表明：（1） 近20 a塔里木河流域HAI显著提高，强人类活动主要分布于水资源较丰富的绿洲区；流域人类活动强度呈增加趋势，低强度区面积占比减少17.88%、中高强度区面积占比增加3.57%。（2） 塔里木河流域LER整体呈四周高、中部低的特征，高风险区主要分布于人类活动较为频繁的绿洲区；流域LER在2015年前呈加剧趋势，但2010年后加剧趋势减缓，2015年后改善趋势逐步显现。（3） 近20 a HAI与LER呈正相关关系，人类活动对LER的正向效应不断增加；2010年后二者关系的增加趋势趋于平缓，正向效应出现由增到减的过渡阶段；空间上H-H聚集区呈增加趋势，分布格局由分散变为集中；2015年后，L-L和H-L聚集区缓慢增加，L-H聚集区缓慢减少。研究结果可为塔里木河流域土地资源合理利用、景观生态保护提供科学参考。

土地利用变化对生态文明建设产生强烈影响，进而威胁经济社会与生态环境的可持续发展。基于高精度土地利用数据，分析了拉萨河流域2000—2020年土地利用和生态系统服务价值（Ecosystem Service Value, ESV）时空演变特征，并借助PLUS模型和地理探测器分别探索了土地利用变化和ESV空间分异的驱动因素。结果表明：（1） 2000—2020年拉萨河流域土地利用以草地为主，占流域总面积的85.23%。土地利用呈草地缩减，其余地类扩张的趋势。其中，草地减少2.45%，建设用地、水域和林地分别扩张199.72%、44.64%和21.97%。（2） 流域土地利用变化受海拔、年均地温、距湖泊和水库距离等因素影响，其中，海拔对耕地、林地、水域和建设用地扩张的贡献度分别高达0.18、0.11、0.28和0.13，坡度和年均地温对草地和未利用地变化的贡献度分别为0.14和0.15。（3） 2000—2020年流域ESV总体增加1.14%（14.96×10⁸元），草地和气候调节分别为ESV贡献最突出的土地利用类型和生态系统服务类型，两者的贡献率分别为87.13%和25.50%。（4） 流域ESV具有显著空间分异性，受NDVI、海拔、年均风速和年均气温等因子影响。其中，NDVI的解释力高达0.46，任意两两因子的交互均会增强ESV的分异性。研究结果可为拉萨河流域及类似区域国土空间规划和生态文明建设提供科学参考。

研究土地利用变化及其对生态系统服务的影响可为改善区域生态环境提供科学依据，然而以往的研究多关注历史时期的生态系统服务变化，缺少对未来情景下生态系统服务的预测及其权衡协同关系的分析。因此，本研究以宁夏地区为例，采用PLUS模型模拟了未来自然情景、耕地保护情景以及生态保护情景下的土地利用状况，并基于InVEST模型量化了不同土地利用类型下的碳储存、土壤保持、产水以及粮食生产四种生态系统服务，并在不同空间尺度上对生态系统服务间的权衡与协同关系进行了研究。结果表明：未来三种情景下的产水量较现状年份减少，土壤保持量和固碳量在生态保护情景下最大，分别为7.98×10⁷ t和4.72×10⁸ t，粮食产量在耕地保护情景下最大，达到了1.52×10⁷ t；从全省尺度上来看，仅固碳和土壤保持服务之间表现出较高的协同关系，但在区域尺度和县区尺度下，产水和固碳服务之间的协同关系也较为显著。

为探究盐池县生态环境时空动态变化特征和驱动因素，基于2000—2020年5期Landsat遥感数据，利用改进遥感指数（SA-RSEI），结合Sen+Mann-Kendall、Hurst指数分析盐池县生态环境质量时空变化格局及变化趋势，并利用地理探测器探究盐池县生态环境质量的驱动因子。结果表明：（1） 2000—2020年盐池县SA-RSEI呈先下降后上升的趋势；（2） 盐池县生态环境质量在21 a间呈先退化、后恢复的演变过程，空间分布格局由南部较差，北部良好逐渐转变为东南部良好，西北部较差；（3） 21 a间盐池县生态环境质量总体呈缓慢退化趋势，但退化程度逐渐降低，生态环境改善程度在2020年后会逐渐增大。（4） 沙度指数、降水、高程，以及GDP是区域生态环境质量空间分异的主要影响因子。（5） 所有因子间的交互作用均为增强效应，沙度指数、气温、降水以及高程与其他探测因子的交互作用起主导作用，且经济因素对SA-RSEI的影响力逐渐增大。

净生态系统生产力（NEP）是评估陆地生态系统碳吸收量的重要指标，而土地利用/覆盖变化（LUCC）是影响区域碳吸收量变化的主要因素之一，分析LUCC与NEP的变化趋势，对区域实现“双碳”目标具有重要意义。基于阿克苏河流域2000—2020年LUCC与MODIS遥感数据估算区域内各土地利用/覆盖类型的年均固碳速率，借助PLUS模型模拟未来40 a的LUCC，预测未来40 a流域NEP时空变化趋势。结果表明：（1） 近20 a流域内总NEP呈上升趋势，上升速率为0.136 Mt C·（10a）^-1，林地平均固碳速率最高；（2） 未来40 a阿克苏河流域总碳吸收量在不断上升。林地面积的增加是阿克苏河流域碳吸收量上升的主要途径，生态保护工程的积极性对流域内碳吸收量起到关键作用。

叶片氮浓度（LNC）是反应作物光合作用、营养状况和长势的重要指标，为精准高效地估测不同生育期冬小麦叶片氮浓度，以新冬22为研究对象，利用无人机搭载Pika L高光谱相机获取4个关键生育期冬小麦冠层反射率数据。基于波段优化算法和相关性分析筛选LNC敏感光谱指数，结合逐步回归、多元线性回归和偏最小二乘回归建立关键生育期冬小麦叶片氮浓度估测模型，并与单变量估测模型进行比较。结果表明：基于波段优化算法筛选的组合光谱指数与LNC的相关性优于传统植被指数，且达到极显著性相关；在单变量LNC估测模型中，组合光谱指数构建的模型精度优于传统植被指数，其中，扬花期差值光谱指数（DSI_{(R940、R968)}）建立的估测模型最好，R²为0.789；多变量估测模型精度均优于单变量估测模型，其中，基于偏最小二乘回归构建的LNC估算模型最好，孕穗期和扬花期拟合效果较优，模型决定系数均为0.923，均方根误差为0.082、0.084。本研究结果可以作为冬小麦LNC估测和长势监测的科学依据。

严重的冻害影响核桃生长发育甚至导致植株死亡。采用样方法调查新疆西天山峡谷野核桃自然保护区不同坡位野核桃的冻害情况，分析了野核桃冻害的分布特征，树高、冠幅和坡位对野核桃冻害的影响。结果表明：（1） 野核桃总冻害率87.1%，其中，2级冻害株的比例最大（43.4%），其次为1级（ 22.5% ）、3级（ 17.5% ），4级最少 （ 3.7% ）。（2） 野核桃冻害株以坡中比例最大 （ 46.5% ） ，其次坡底 （ 35.9% ） ，坡顶最少 （ 4.7% ） ；未受冻害株以坡顶比例最大 （ 7.4% ） ，其次坡底 （ 3.3% ） ，坡中最少 （ 2.2% ） 。（3） 6个树高级（H）冻害株的比例依次为：H₁ （ 43.4% ） >H₄ （ 19.5% ） >H₆ （ 17.0% ） >H₅ （ 15.7% ） >H₃ （ 4.3% ） >H₂ （ 0.1% ） 。 （4） 6个冠幅级（CW）冻害株的比例依次为：CW₁ （ 43.4% ） >CW₄ （ 22.1% ） >CW₃ （ 20.3% ） >CW₅ （ 9.5% ） >CW₂ （ 2.9% ） >CW₆ （ 1.8% ） 。（5） 同一坡位不同树高级和冠幅级冻害株比例差异显著（P<0.05 ）；1级和2级冻害株主要发生在坡中和坡底，3级和4级冻害株主要发生在坡中。（6） 冻害株与胸径呈显著相关（P<0.05），与冠幅呈极显著负相关（P<0.01）。保护区的野核桃植株大部分遭受冻害，野核桃植株冻害等级比例在不同坡位、不同树高级和不同冠幅级之间差异较大。本研究结果为保护区的管理和野核桃冻害的预防提供科学参考。