21世纪初有研究提出我国西北尤其是新疆气候出现“暖湿化”的论断,但针对不同时间尺度下新疆气候“暖湿化”特征还缺乏明确结论。基于新疆区域观测的气候水文资料,结合近年来发表的新成果,对中国新疆区域历史时期至年代际尺度“暖湿化”特征进行了全面梳理和对比分析,综合评估了新疆气候“暖湿化”在不同时间尺度下的演变特征。结果表明：（1）过去千年和百年新疆气候主要呈“暖干-冷湿”的水热配置特征,近百年存在显著的年代际变化特征,其中20世纪80年代以来经历了明显的“暖湿化”过程,但变幅未超出历史各时段的变率范围;（2）1961年以来北半球中高纬度地区气候总体呈“暖湿化”特征,其中新疆及以北西伯利亚地区、欧洲北部等均有明显的“暖湿化”特征,新疆连接着发生“暖湿化”的高纬度地区和青藏高原地区,说明气候“暖湿化”并不是新疆所独有的,但新疆气候增湿过程在同中纬度地区具有独特性;（3） 1961—2019年新疆气候年际温湿以“暖湿-暖干”配置为主,20世纪90年代之后新疆年及季节多呈暖湿配置;增暖增湿速率在逐气候态时段增强,但在当前时段有减缓趋势,说明增温增湿趋势有阶段性特征,并呈非线性增加态势。虽然近30 a以来新疆气候“暖湿化”趋势明显,变暖程度逐渐增强,蒸发需求旺盛,但降水增加绝对量并不大,当前的增湿特征并不能改变新疆的干旱气候环境。研究成果为不同空间尺度下新疆气候和“暖湿化”评估提供重要的科学基础。

对内陆高寒山区的天山南坡科其喀尔冰川末端夏季降水进行采样,在分析各离子浓度、电导率和pH值的基础上,利用因子分析、富集因子及后向轨迹法,探讨区域降水的溶质来源及控制因素。结果表明：（1） 科其喀尔冰川末端大气降水的pH值介于7.15~8.52,整体偏弱碱性,阴、阳离子分别受HCO₃^-和Ca²⁺支配,属于典型HCO₃-Ca型。白天降水的电导率和总离子浓度较夜间分别偏高11.56%和9.40%,这可能是在山谷风或冰川风作用下,塔里木盆地内气溶胶物质随近地层风从山麓地带与平原区迁移到研究区后湿沉降所致。（2） 降水离子主要来自地壳源物质补给,占总离子量的85.54%。其中HCO₃^-、Ca²⁺和Mg²⁺主要受侏罗系沉积层和第四系黄土沉积层中碳酸盐岩（Ca_xMg_1-xCO₃）风化补给,Cl^-、SO₄^2-、Na⁺和K⁺主要受中亚与塔里木盆地因干旱而发育的盐湖（咸水湖）蒸发或冲积/洪积作用形成的盐土风化补给。降水中仅有41.52%的Na⁺和96.22%的Cl^-源自海洋源,且二者浓度之比为2.13:1,表明海洋源气团在长距离输送过程中明显地受到降水再蒸发作用和地表物质风蚀等因素的影响,导致海洋源补给量仅占降水总离子的4.87%。源自人类活动补给的溶质约是海洋源的2倍,以NH₄⁺、NO₃^-和SO₄^2-为主,可为高寒山区土壤形成和植被生长提供必要的氮、硫元素。（3） 气团后向轨迹追踪表明,西风环流对天山南坡降水及化学组成影响非常显著,形成降水的频次和降水量平均分别占64.35%和53.04%,其降水的离子总浓度虽然仅为局地环流的69.91%,但NO₃^-浓度平均为局地环流降水的1.42倍,间接表明塔里木盆地空气与水源质量可能受到中亚人类活动的影响。

基于CRU（Climate Research Unit）数据集1945—2019年咸海流域月降水序列,利用气候倾向率、集中度与分摊熵、样本熵与排列熵方法,分别分析了咸海流域年降水量变化、降水的年内分配、降水序列复杂性变化的时空特征,并用Mann-Kendall法检验了各方法所得结果的趋势性。结果表明：咸海流域年降水量总体基本保持不变,呈微弱的上升趋势,其中,流域西北部及中东部区域降水量呈显著上升的趋势;咸海流域降水集中于每年的3月左右,降水的年内分配有微弱的均匀化趋势,流域西部、北部及东部降水年内分配相对更均匀,流域中部及南部降水年内分配相对更集中;咸海流域西部、北部及东部降水序列的复杂性相对较高,中部及南部降水序列的复杂性相对较低,流域整体的降水序列的复杂性呈一定的上升趋势,其中,流域北部与南部降水序列的复杂性呈显著下降的趋势,流域西部、中部与东部降水序列的复杂性呈显著上升的趋势。

TIGGE降水产品作为目前中短期集合预报最权威的数据集合的重要组成部分,其在中国干旱半干旱地区的适用性如何,还需要进一步探讨。基于中国干旱半干旱地区2015—2017年实测降水数据,采用平均绝对偏差、均方根误差、TS评分等指标,从降水量预报、降水分级预报、降水探测能力和空间预报精度等多角度出发,综合评估了TIGGE数据中心的ECMWF、JMA、KMA和UKMO 4种模式在研究区的预报效果。结果表明：（1） 4种模式对小雨的预报效果均较好,在进行不同降水量级预报时,JMA对于小雨的降水预报效果最佳,而对于其他降水量级的降水预报,4种模式无明显差别;（2） 针对日降水量预报,KMA效果最差,而ECMWF最精确;（3） 在不同降水阈值下对降水的探测能力评估结果显示,ECMWF更具优势,尤其在以25 mm·d^-1为阈值时优势明显;（4） 空间预报精度检验结果显示,各模式在80°~100°E,35°~45°N范围表现最佳,主要是新疆中部以及新疆、甘肃和青海三省交界处,对比各模式之间,ECMWF表现更稳定,KMA则表现较差。

在西营河九条岭站以上流域内,利用2011—2018年格点降水和气温数据集的逐日资料,通过降水径流成因关系探索出格点降水异常点修正方法,并将融雪模块与三水源新安江模型耦合,研究流域日径流模拟过程。采用确定性系数和相对误差两个评估准则进行模拟效果的评价,将降水修正后以及融雪耦合后的模拟效果与未改进的模型模拟效果进行比较,分析融雪模块耦合后的新安江模型在西营河流域的适用性。结果表明：参照降水径流成因关系进行的格点降水修正提高了径流模拟的精度,75%的年份模拟径流的确定性系数有所提高。耦合融雪的新安江模型在研究区模拟较好,75%以上年份的模拟比未改进时模拟效果好,87%以上年份的模拟确定性系数达0.6以上。耦合融雪的新安江模型为西营河流域融雪径流的预报预警提供决策参考。

城市化的加快推进使得土地利用变化加剧,进而导致城市热环境问题日益突出。基于2005年和2018年夏季的MYD21A2地表温度数据,运用空间统计学方法分析了LST的时空分布格局,并结合土地利用数据,通过贡献度指数,对天山北坡城市群地表覆盖类型和行政区划的源汇角色特征进行了分析。结果表明：（1） 2005—2018年建设用地、耕地增长显著,冰川、林地等自然资源地类显著减少,说明城市的发展对生态环境和自然资源造成了较为严重的影响。（2） 地表温度等级的空间分布与海拔呈负相关关系,2005—2018年高温度等级在白天的空间分布有离散化趋势,而夜间则相反,夜间高温度等级空间分布整体有向东南迁移的趋势。（3） 不同城市、不同地表覆盖类型由于自然条件、比热容等物理性质的不同,其白天和夜间源汇角色不同,可归纳为昼夜热源型（CI>0）、昼汇夜源型（白天CI<0,夜间CI>0）和昼夜热汇型（CI<0）。（4） 天山北坡城市群独特的气候和荒漠—绿洲—山地地貌致使建设用地为昼汇夜源型地类,源汇角色与内地一些城市群（京津冀城市群）存在差异。

本文基于水文观测和遥感监测数据,获取近60 a巴尔喀什湖面积、水位变化信息,重建湖泊水量变化时间序列,探明巴尔喀什湖水量变化特征;依据湖泊水量收入（入湖径流、降水）支出（湖面蒸发）建立巴尔喀什湖水量平衡模型,分析巴尔喀什湖水量平衡要素变化特征,定量解析气候变化和人类活动对巴湖水量变化的影响。结果表明：（1） 1961—2020年,巴尔喀什湖水量以1987年为拐点先急剧减少后波动增加;入湖径流变化与湖泊水量变化过程基本一致,年均入湖径流量约为14.04 km³·a^-1;湖区降水以0.28 mm·a^-1的速率波动增加;水体年均蒸发量约17.95 km³·a^-1,其中,1987年最小为16.10 km³,2008年最高达20.30 km³。（2） 过去60 a年,地下水与湖泊互为补充,其中20世纪70年代和80年代地下水补给湖泊水量较多,补给量约为1.91 km³。（3） 在湖区尺度上,入湖流量与巴尔喀什湖水量显著相关,是影响湖泊水量变化的主导因素;在流域尺度上,气候波动对入湖流量长期变化的贡献率为71.67%,人类活动耗水的贡献率为28.33%;1970—1985年卡普恰盖水库蓄水及周边耕地扩张对入湖水量锐减的贡献率达47.47%,人类活动明显加剧了这一时期湖泊水位下降的进程。

近20 a来,随着塔里木河（简称“塔河”）流域水资源综合规划与调度的实施,已基本实现“水流到台特玛湖、大西海子水库多年平均下泄3.50×10⁸m³”的生态输水目标。但是,塔河下游其文阔尔河与老塔里木河之间的两河区域内植被稀少、生态环境脆弱,多年的生态恢复效果并不显著。鉴于此,本文以大西海子水库为调控主体,以大西海子下泄生态水量、河道内生态基流、台特玛湖生态输水、河道外生态供水等为生态保护对象,建立了水库中长期生态优化调度模型,采用粒子群算法进行求解。结果表明：（1） 优化调度后大西海子水库多年平均下泄水量为5.23×10⁸m³,满足塔河一期规划3.50×10⁸m³水量要求,且下游河道常流水时间显著延长;（2） 优化调度后多年平均入台特玛湖水量为0.18×10⁸m³,相较于实测数据,增加了20.0%,且入湖过程更加平稳,有利于巩固已初步形成的尾闾湖泊生态系统;（3） 优化调度后塔河下游河道生态基流保证率为50.0%,不断流的保证率达64.6%,对受人类活动影响巨大的我国最长内陆河——塔里木河下游河道生态系统具有重要积极影响;（4） 优化调度后塔河下游河道外多年平均生态供水量1.67×10⁸m³,为下游两河区域的荒漠河岸植被林生态恢复奠定了水量基础。研究成果对于塔河下游两河区域的荒漠河岸植被林修复与保护、维持河道和尾闾湖泊的生态健康、构建地下生态水银行具有重要的应用价值,也对于构建塔河生态流域具有重要的现实和推广意义。

为研究吐鲁番盆地平原区地下水水化学特征及水质状况,根据吐鲁番地区2015年（最近1次）全面的地下水污染调查数据,选取44组地下水水质检测数据（潜水33组,承压水11组）,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法对研究区地下水水化学特征及成因进行分析,运用内梅罗指数法、改进内梅罗指数法和模糊综合评价法对研究区地下水质量进行评价。结果表明：（1） 吐鲁番盆地平原区地下水主要为低矿化度的弱碱性水,水化学类型以SO₄·Cl-Na·Ca型和HCO₃·SO₄-Na·Ca型为主,其次为HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca型;研究区水化学成分主要受蒸发浓缩和岩石风化共同作用的影响。（2） 地下水中的Ca²⁺、Mg²⁺主要来自蒸发岩的溶解,Na⁺、K⁺、Cl^-主要来自岩盐的溶解,少量潜水中的Na⁺和K⁺来自硅酸盐的溶解。（3） γ(Na⁺-Cl^-)/γ[(Ca²⁺+Mg²⁺)-γ(SO₄^2-+HCO₃^-)=-1,呈显著负相关,说明地下水化学组分的形成受到了阳离子交换作用的影响。（4） 水质评价结果显示：3种评价方法中的Ⅲ类及以上水质占比均高于55%,地下水质量整体较好;模糊综合评价法的Ⅳ、Ⅴ类水占比最低为27.3%,Ⅳ、Ⅴ类水主要分布在托克逊县的博斯坦乡和鄯善县以东的火车站镇和七克台镇。

选择位于柴达木西北部苏干湖盆地苏干湖湿地和奎屯诺尔湿地作为研究对象,采用氢氧同位素、地下水动态、地球物理勘探及遥感解译技术与方法,对苏干湖湿地与奎屯诺尔湿地之间的水力联系进行了研究。结果表明：（1） 苏干湖湿地地下水主要接受大气降水和侧向径流补给,奎屯诺尔湿地地下水主要接受阿尔金山冰川融水通过地下径流补给;（2） 苏干湖湿地与奎屯诺尔湿地之间的青石沟洪积扇存在阻水断层,为不同的水文地质单元,无地下水力联系。研究成果为该流域水资源可持续发展利用提供理论依据和科学支撑。

和田地区是典型的内陆干旱区,研究区域水资源安全对指导水资源开发利用,促进社会经济与水资源可持续发展具有重要意义。本文基于水足迹理论,研究和田地区1989—2018年农作物生产和动物产品生产的农业生产水足迹的组成及时空变化,通过水足迹强度和水资源压力指标从水资源消耗和污染两个角度分析和评价水资源安全状态的时空变化。结果表明：和田地区农业生产水足迹经历了快速增长、缓慢增长和明显下降3个阶段,以农作物生产水足迹与动物产品生产水足迹约8:2的比例组成。各阶段变化以农作物生产蓝水足迹的增减为主导,在空间上呈西高东低分布;水足迹强度呈对数的趋势减小,至2018年缩小为原来的1/19。和田地区水资源压力值均在1以下变化,水资源多年来均处于安全状态,近10 a的水资源压力程度较高。多年来,和田地区农业生产水足迹随时间变化波动增长,水资源利用效率显著提升,而水资源压力也同步增加,不断威胁着区域的水资源安全。

冻融作用是地下水浅埋区土壤盐渍化的重要原因之一,了解其对土壤盐分及离子变化的影响对土壤盐渍化防治具有重要意义。为探究冻融作用下土壤盐分及离子的分布及变化规律,以太谷均衡实验站地中蒸渗仪系统为试验设备,结合野外和室内试验分析了2020—2021年冻融期内6种不同地下水埋深下土壤剖面水分、可溶性盐分及离子含量的变化特征以及冻结层在冻融过程中对土壤盐分运移的影响,并采用灰色关联法分析了土壤含盐量与离子间的关联度。结果表明：（1） 蒸渗仪土壤中以Na⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、SO₄^2-及Cl^-为主,土壤含盐量与Na⁺和HCO₃^-极显著相关,与Ca²⁺、SO₄^2-和Cl^-显著相关。（2） 冻结层在整个冻融过程中对于Ca²⁺和Cl^-变化影响较小,对Na⁺,HCO₃^-,SO₄^2-及土壤总盐分变化影响较大。当冻结层全部处于最大毛细水上升高度范围内时,冻结层起积盐作用;当冻结层未处于最大毛细水上升高度范围内时,冻结层对于盐分运移起阻碍作用。（3） 土壤含盐量与地下水埋深之间呈反比关系。当地下水埋深为3.0 m时,土壤含盐量变化值远小于0.5~2.5 m埋深。该研究可为地下水浅埋区土壤盐渍化的防治提供理论依据。

生物土壤结皮在增强土壤抵抗水蚀风蚀能力、改善土壤养分等方面发挥着重要作用,土壤胞外酶活性可作为土壤生化反应强度的微生物指标,对理解荒漠生态系统微生物参与的养分循环过程具有重要意义。选取黄土高原神木县六道沟小流域5个生物结皮发育阶段（裸沙地、全藻结皮、藻-藓混生结皮、藓-藻混生结皮、全藓结皮）的土壤作为研究对象,研究生物结皮发育过程中土壤胞外酶活性（β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基多肽酶和碱性磷酸酶）及其化学计量的变化特征。结果表明：（1） 土壤4种胞外酶活性均随生物结皮发育序列变化显著增加,全藓结皮土壤显著大于全藻结皮土壤（P<0.05）。（2） 生物土壤结皮层胞外酶活性显著高于下层土壤,且胞外酶活性随着土层深度的加深不断降低。（3） 相关性分析表明,土壤C、N、P、土壤C：P、土壤N：P均与土壤胞外酶活性呈极显著正相关关系（P<0.05）。（4） 有结皮覆盖土壤的养分含量及土壤胞外酶活性显著高于裸沙地,全藓结皮土壤的养分含量及土壤胞外酶活性显著高于全藻结皮土壤。（5） 标准化主轴估计表明,土壤胞外酶活性随着生物结皮的发育均有明显增强并呈现稳态特征,N-获取酶和P-获取酶相对于C-获取酶之间的斜率呈现等容关系,这一结果表明土壤微生物通过稳态调控胞外酶化学计量特征,在干旱半干旱生态系统养分循环过程中具有重要作用。

为探究库布齐沙漠东北缘沙枣防护林土壤养分以及土壤化学计量特征,为荒漠防护林可持续利用提供理论依据,以不同林龄（3 a、9 a、15 a）沙枣防护林为研究对象,选取30 m × 30 m代表性样地,在0~50 cm土壤剖面分层取样,分析不同林龄沙枣林地土壤养分元素以及化学计量特征。结果表明：不同林龄沙枣防护林不同土层pH总体波动不大。沙枣林地养分元素受林龄和土层深度影响明显,表现为随林龄增加其养分含量显著提高,且沿土壤剖面垂直递减,呈现一定的表聚现象;其中,林龄对土壤速效钾、全磷、全钾影响较大,林龄为15 a较裸沙地分别增加152.2%、58.0%、69.5%。不同林龄沙枣防护林0~50 cm土层的C:N、C:P和N:P分别为9.25~18.99、4.78~5.96和0.31~0.63,且均受到林龄和土层深度的双重作用。综合化学计量特征分析可知,库布齐沙漠东北缘沙枣防护林对风沙土的改良效果显著,且林地土壤养分状况主要受C、N元素的影响,土壤N元素矿化能力稍弱,氮素贫乏,在后期经营管理中应适当施加氮肥。

为更加深入地了解土壤颗粒对¹³⁷Cs分布的影响,选取新疆准噶尔东部地区沙土、灰棕漠土和灰漠土3种主要的土壤类型,探讨不同土壤类型及自然地理环境条件下¹³⁷Cs与土壤颗粒的关系。结果表明：沙土、灰棕漠土和灰漠土均以>50 μm的颗粒占据主导地位,其占比介于51.35%~90.22%,中值粒径（D50）表现出风沙土>灰棕漠土>灰漠土的趋势;灰棕漠土 ¹³⁷Cs质量活度变化范围为0.32~15.70 Bq·kg^-1,其土壤剖面分布与<2 μm和2~5 μm的土壤颗粒具有较强的一致性;风沙土 ¹³⁷Cs比活度的分布分别与>50 μm土壤颗粒（0~14 cm）含量及D50剖面（0~12 cm）分布趋于一致,而灰漠土 ¹³⁷Cs比活度与各粒级土壤颗粒剖面并未表现出相同的变化趋势;风沙土和灰漠土中,对¹³⁷Cs质量活度影响最大的均为2~5 μm粒级的土壤颗粒,而灰棕漠土中 ¹³⁷Cs受10~50 μm粒级土壤颗粒影响最大。准噶尔东部地区3种土壤类型 ¹³⁷Cs均与土壤颗粒存在密切关系,通过土壤剖面不同粒级土壤颗粒含量预测不同剖面¹³⁷Cs质量活度具有一定参考价值。

非灌溉季节冻融过程中土壤水盐的运动变化特征,直接影响春季作物灌水决策。本文对新疆绿洲灌区6块不同滴灌年限的棉田地块进行田间采样监测,探究冻融过程中土壤水盐运移规律以及不同滴灌年限棉田土壤盐分累积特征。结果表明：（1） 随滴灌年限的增加,棉田盐分分布特征由表层聚集转变为向深层累积。（2） 在冻融过程中,棉田土壤盐分运动特征存在明显的地块差异,荒地（CK）和滴灌17 a、19 a、23 a地块出现返盐趋势,平均盐分通量为43.61 g·m^-2·d^-1、172.57 g·m^-2·d^-1、38.18 g·m^-2·d^-1和10.53 g·m^-2·d^-1。（3） 消融期是荒地（CK）、13 a、15 a、17 a、19 a和23 a地块水分和盐分运移最活跃的时期,冻融后所有地块敏感区（0~60 cm）土壤贮水量分别增加了23.43 mm、81.26 mm、31.68 mm、62.39 mm、96.98和69.64 mm。研究揭示了冻融过程中土壤水盐运移规律以及不同滴灌年限棉田盐分累积特征,可对新疆非灌溉季冻融条件下和长期滴灌下的土壤管理提供科学指导。

一氧化二氮（N₂O）是大气中重要的温室气体之一,在全球气候变暖问题中备受关注,而农田土壤是其主要排放源。在影响农田N₂O排放的诸多因子中,耕作措施作为关键因素,其对旱地农田土壤N₂O的排放规律尚不明确。为此,本试验以传统耕作（T）为对照、布设免耕（NT）、传统耕作+秸秆覆盖（TS）、免耕+秸秆覆盖（NTS）3种保护性耕作,采用静态箱-气相色谱法对春小麦地土壤N₂O排放通量进行测定,并对影响N₂O排放的相关因子及春小麦产量进行同期测定。结果表明：（1） 春小麦地不同耕作措施下土壤N₂O累计排放量大小顺序为：T>NT>TS>NTS,其中T处理显著高于其他处理,分别较NT、TS、NTS处理增加了15.87%、28.08%和39.58%,另外相比于T处理,保护性耕作有助于表层土壤NH₄⁺-N含量及春小麦产量的增加,并减少NO₃^--N含量的积累。（2） 相关关系表明,土壤温度、土壤含水量及NH₄⁺-N含量是影响土壤N₂O排放的关键因素。其中,土壤含水量、NH₄⁺-N含量与春小麦地土壤N₂O排放量均呈极显著负相关关系,土壤温度与N₂O排放量呈极显著正相关关系。因此,以经济效益和环境效益为基础,综合考虑N₂O排放量和作物产量,黄土高原半干旱区以NTS处理为最优耕作措施。

通过大田试验和蒸发桶模拟试验,分析了短期秸秆不同还田方式对土壤结构和水分蒸发的影响。设对照（CK）、碎秆还田（T1）、碎秆还田+整秆覆盖（T2）和整秆覆盖（T3）4种处理。研究发现：（1） 0~20 cm土层,T1、T2和T3均能降低土壤容重,增大土壤毛管孔隙度,但对团聚体影响差异较大,T1和T2大团聚体含量比CK显著增加36.90%和63.06%（P<0.05）,T3比CK降低9.89%。（2） T1、T2和T3均能提高0~60 cm土层土壤平均含水量,降低土壤水分累积蒸发量。T3的累计蒸发量最小,T2和T3之间差异不显著,与CK相比,其抑制水分蒸发率分别是3.65%和4.13%。（3） 碎秆还田+整秆覆盖对改良土壤结构和抑制土壤水分蒸发效果最佳。

绿洲-沙漠过渡带是绿洲与沙漠生态系统之间的生态缓冲区,对维持绿洲稳定与防风固沙具有重要的生态功能。以策勒绿洲-沙漠过渡带为例,选取1993—2017年Landsat遥感影像数据、气象与社会经济数据,采用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index）、像元二分模型和主成分分析方法,探讨小尺度区域长时间序列的植被变化及其驱动因素。结果表明：（1） 在近25 a来,策勒绿洲-沙漠过渡带的年均NDVI呈逐年增加的趋势,高NDVI主要分布在其东南部,而低NDVI主要分布在其西与西北部;（2） 多年平均植被覆盖度为0.23,其中1993年、1998年、2008年、2011年、2014年、2017年这6期的FVC（Fractional Vegetation Coverage）分别为0.20、0.18、0.19、0.23、0.27、0.28,植被覆盖度在不断增加;（3） 植被覆盖度总体以中等和低覆盖为主,分别占研究区总面积的30.73%、21.47%,其次为低、较高、高和极低覆盖植被,分别占研究区总面积的21.48%、20.39%、20.12%、7.26%。植被覆盖明显变好区域所占面积较小且主要集中在中部和东南部及策勒河流域周边,其余变化等级的植被覆盖分布较分散;（4） 在年际时间尺度上,人类活动是影响策勒绿洲-沙漠过渡带植被变化的主导因素,植被对降水量和大气相对湿度的敏感度大于气温,其中人工造林、耕地面积、人口数量、防护林面积分别在第一主成分分析中占0.850、0.810、0.853、0.779,大气相对湿度、降水量和牲畜存栏数分别占第二主成分分析的0.845、0.753、-0.608,气温占第三主成分分析的0.883。本研究为进一步认识绿洲-沙漠过渡带的植被变化、影响因素、植被保育及恢复提供理论依据。

葱属（Allium Linnaeus）植物是具有重要价值的植物资源。中国新疆地区位于亚欧大陆腹地,地处亚洲中部,且具有丰富的葱属植物多样性。查证葱属植物相关书著、文献资料及标本信息记录,探讨新疆葱属植物资源及其区系地理特征,为该属植物的系统分类、生物多样性保育以及资源合理开发利用等方面提供参考。依据已有的葱属相关记录和资料,新疆葱属植物有58种、1亚种、2变种、6栽培种。新疆分布的葱属植物的区系地理特征：（1） 新疆葱属植物的分布地域主要集中在天山、伊犁塔城、阿勒泰、喀什地区,新疆葱属植物多生长于荒漠、草原、干旱坡地、砾石地、山地、高山、林下（森林）生境;（2） 在地理成分的分布区类型中,新疆葱属植物主要分布在II C5b准噶尔亚地区,II C5b的区系属于温带荒漠性质;ⅠA2 阿尔泰地区、ⅡC5a 塔城伊犁亚地区、ⅠA3 天山地区、ⅡC6c 喀什亚地区也相对较多;（3） 在新疆植被区划的系统单位类型中,新疆葱属植物分布在ⅠB1（阿尔泰山-北塔山草原省）、ⅡA2（东天山北坡草原云杉林及高山草甸植被省）、ⅡA1（准噶尔盆地半灌木荒漠植被省）、ⅡB3（天山南坡荒漠及山地草原植被省）植被省的种类较多,其次是ⅡB1（东疆砾质戈壁灌木荒漠植被省）、ⅠA1（准噶尔盆地西部山地草原省）、ⅡB2（塔里木盆地灌木荒漠植被省）植被省,分布在ⅡB4（帕米尔-昆仑-阿尔金山地荒漠与高山草原植被省）、ⅠC1（新疆南部高寒草原省）植被省的种类相对较少;（4） 新疆葱属植物的水平分布和垂直分布均存在分异;（5） 新疆葱属植物与哈萨克斯坦、俄罗斯的共有种较多,中国新疆地区与哈萨克斯坦、俄罗斯之间的葱属植物共有种数无太大差异且共有种的相似度较高。今后还应综合分子系统发育（植物系统发育区系地理学）、演化历史（历史植物地理学）、分子生物地理学等方面进行纵深研究。

短命植物是荒漠生态系统重要的植物类群,其具有多样化的生境,且很多种类还具有异时萌发特性。植物生物量积累和分配能体现其对环境的响应与适应性特征,因此,研究不同环境条件下短命植物生物量分配格局有助于进一步了解短命植物的生存策略。以裸沙春萌（Bare Sand-Spring Germination,BS）、藻结皮春萌（Algal-Spring Germination,AS）、地衣结皮春萌（Lichen-Spring Germination,LS）3种自然结皮生境中萌发的尖喙牻牛儿苗春萌株及裸沙区夏季萌发（Summer Germination in Bare Sand,SG）的尖喙牻牛儿苗夏萌株为研究对象,采用全株挖掘法获取地上和地下生物量,系统对比分析了4个类型间植株生物量分配及异速生长关系的差异性,以探究其资源分配策略的变异性和保守型。结果表明：（1） 尖喙牻牛儿苗单株地上、地下及总生物量总体表现为BS>AS>LS=SG的格局,其根冠比则呈SG=LS=AS>BS的特征。（2） BS和SG类型植株地上与地下生物量间为等速生长关系,而AS和LS生境为异速生长关系,但4个类型具有共同的异速生长指数（0.8843）。（3） AS和LS生境尖喙牻牛儿苗根冠比随个体增大均呈异速减小趋势,而BS和SG类型植株根冠比则保持相对恒定。可见,尖喙牻牛儿苗生物量分配会受到外界环境及个体发育的影响,并呈现明显的可塑性,在一定程度上反映了其资源分配的保守性与可塑性的权衡。

氮素和水分是影响荒漠植物生长的重要因素,而全球变化主要驱动因素的氮沉降和干旱会直接改变土壤中这2种资源的可利用性。以塔克拉玛干南缘优势植物疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia Shap.）一年生幼苗为研究对象,设置了盆栽试验。通过添加不同水平的N肥和水分,用于模拟不同水平的N沉降速率（0, 3.0, 6.0, 9.0 g·m^-2·a^-1）和水分条件（干旱和充分水）,探究这2种因素对骆驼刺叶片与细根化学计量特征的影响。结果表明：（1） 除叶片P含量外,N和水分添加独立或交互作用影响骆驼刺叶片和细根的养分状况。干旱条件下,N添加显著降低了叶片N、Mn、Zn、Cu等元素含量（P<0.01）,而在一定程度上提高了细根对这些元素的吸收;（2） 骆驼刺细根中富集着Mn、Zn、Cu、Fe等微量元素,而将N、P、K等大量元素更多地分配给叶片;（3） 干旱胁迫条件下施加3.0 g·m^-2·a^-1,水分充足条件下添加6.0 g·m^-2·a^-1或9.0 g·m^-2·a^-1,可以显著缓解骆驼刺细根的N限制（N：P<14）;（4） 骆驼刺叶片和细根的营养元素在器官内和器官间存在复杂的相互作用,器官间的这种相互关系发生的比率大于器官内部,细根次之,叶片最低。这些结果表明骆驼刺在环境资源波动的背景下,能够协调地上和地下的养分关系;外源的N输入可以改善骆驼刺细根的养分状况,为荒漠植被修复和养分高效管理提供了科学参考。

为研究黄河源区高寒草地退化对土体理化性质及根-土复合体抗剪强度影响,本研究以位于黄河源区青海河南县地区高寒草地为研究对象,通过开展不同退化程度草地野外取样及室内试验,获得土体密度、含水率、颗粒级配、土壤营养元素和植物根-土复合体抗剪强度指标及变化特征。结果表明：（1） 在相同退化程度和取样深度下,南旗村试验区土体平均密度为启龙牧场的1.02~1.29倍,土体含水率表现出随着草地退化程度加剧而降低;2个试验区土壤有机质、全氮、全磷等随着草地退化程度加剧而降低。（2） 区内根-土复合体抗剪强度随草地退化程度加剧而降低,启龙牧场与南旗村试验区其上层（0~10 cm）、下层（10~20 cm）降低幅度分别为72.05%、48.77%和77.26%、81.37%;进一步研究表明,根-土复合体所含根系数量和根系干重表现出随着草地退化程度加剧呈逐渐降低,启龙牧场与南旗村试验区其上层和下层的根-土复合体所含根系数量降低幅度分别为79.28%、75.93%和92.48%、39.59%。（3） 根据WWM模型和Pearson相关性分析结果可知,根系数量和营养元素含量减少对根-土复合体抗剪强度具有显著降低作用。本研究结果对于黄河源区高寒草地合理防治草地退化,以及水土流失、浅层滑坡等灾害具有实际指导意义。

为分析黄河源区高寒草甸植物单根的抗拉力学性质及其护岸的微观力学机理,以华扁穗草、线叶嵩草和金露梅3种优势滨河植物为研究对象,通过开展单根拉伸试验和石蜡切片试验,定量分析3种植物单根力学特性及其与微观结构的关系。结果表明,当根径在<0.5 mm、0.5~1.0 mm和>1.0 mm 3个根径级别时,3种植物单根抗拉力和延伸率均随根径增大而增大;单根抗拉强度和杨氏模量均随根径增大而减小;根系应力-应变曲线表现为单峰曲线。灌木金露梅单根平均抗拉强度是草本植物华扁穗草和线叶嵩草的1.56倍和1.25倍,华扁穗草单根平均延伸率是线叶嵩草和金露梅的1.06倍和1.36倍。草本植物单根抗拉强度主要与其维管柱面积占比有关;而灌木金露梅单根抗拉强度主要与其周皮和次生木质部面积占比有关。综合来看,华扁穗草和线叶嵩草根系抵抗变形的能力较强,主要发挥加筋和减缓河岸变形、破坏的作用;而金露梅刚度强、抗拉强度较大,主要发挥固土护岸的作用。研究结果可为筛选黄河源区优势护岸植物提供科学依据。

本研究基于CASA模型获得黄土高原2000—2018年植被NPP数据集,通过相关性、残差分析等方法,定量分析了气候变化和人类活动对植被NPP变化的影响。结果表明：（1） 黄土高原2000—2018年植被NPP呈东南高、西北低分布格局,研究区约86.86%区域植被NPP呈增加趋势,主要为退耕还林还草的核心区;呈下降趋势的面积占13.14%,主要分布在西北部的干旱区。（2） 气候变化和人类活动对植被NPP变化的贡献率分别为48.78%和51.22%,在空间上有明显的差异性,人口稀少、发展相对落后地区的植被变化主要受气候变化的影响;人口众多、经济发展较好地区植被变化以人类活动为主。（3） 黄土高原作为干旱半干旱区植被对气候变化的响应较为敏感,随着人类活动的日益频繁,气候和人类活动共同作用于黄土高原的植被变化。本研究有助于理解气候变化和人类活动对植被动态变化的影响,并为黄土高原的植被恢复和高质量发展提供科学依据。

利用1990—2019年间阿拉尔垦区共226景的Landsat影像数据,对比不同分类方法,从中选出精度最高的分类方法,分别从斑块类型水平、景观水平、突变情况、空间分布方面分析阿拉尔垦区连续30 a间的景观格局变化特征。结果表明：多时相面向对象的分类结果最佳,总体精度为96.57%,Kappa系数为0.95。在斑块类型水平上,30 a间耕地趋于破碎化,未利用地的优势度降低,园地和林草地的景观形状趋于复杂化,水体和建设用地的景观趋于均衡化。在景观水平上,景观形状趋于复杂化和破碎化,景观连通性降低,景观丰富度和异质性增加。阿拉尔垦区在2005年发生景观格局突变。在空间分布上,呈现出以中部塔里木河区域向四周扩散的趋势。

采用空间代替时间法,对民勤青土湖地区不同年限退耕地（退耕1 a、2 a、4 a、8 a、13 a、20 a、30 a、40 a和CK）土壤水分变化与植被演替特征进行了调查与分析。结果表明：（1） 随退耕年限增加,土壤含水量整体呈先减少后增加再逐渐趋于稳定。（2） 随退耕年限增加,个体数、类群数和Margalef丰富度指数呈波动式下降的趋势;Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数总体趋势先增加后减小,再逐渐趋于稳定;Simpson优势度指数整体变化幅度较小,最终呈稳定的趋势。（3） 随退耕年限增加,植物群落经历了地肤→盐生草→狗尾草→骆驼蒿→小叶碱蓬→黑果枸 杞→红砂→盐爪爪的演替过程。（4） Simpson优势度指数和0~20 cm土层土壤含水量呈极显著负相关,Shannon多样性指数和0~20 cm土层土壤含水量呈极显著正相关,但与20~40 cm土层土壤含水量之间相关性不显著;类群数（S）Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和土壤含水量之间相关性不显著。可见,干旱区植被自然演替取决于0~20 cm土层土壤的含水量。

土壤湿度作为生态环境的关键因子,是土壤监测和生态环境变化的重要指标。本研究基于MOD11A2 LST和MOD13A2 NDVI数据,通过温度干旱植被指数TVDI（Temperature Vegetation Dryness Index）、相关性分析和区域统计分析等数理统计分析方法对香日德-柴达木河流域植被生长季的土壤湿度时空分布特征及其影响因素进行分析。结果表明：（1） 香日德-柴达木河流域2005年、2010年、2015年和2020年植被生长季TVDI平均值为0.61,最大值为2015年（0.64）,最小值为2020年（0.58）,年际TVDI值缓慢下降,但在2015年出现上升现象,研究区旱情不稳定且长期处于干旱等级。（2） 不同等级土壤湿度的面积从大到小依次为干旱>极干旱>正常>湿润>极湿润,分别占研究区总面积的30.63%、25.77%、22.16%、16.44%、5.01%。（3） TVDI在空间分布上呈现出由西北向东南逐渐递减的趋势,具有明显的区域差异性。（4） TVDI值与海拔呈负相关关系,海拔每升高500 m,TVDI值减少0.11,TVDI值与平均气温呈正相关关系,与坡度和降水量之间不存在明显的相关性关系。

以新疆乌伦古河流域为研究区,基于SWAT模型构建适用于该流域的面源污染分布式水文模型,采用情景设置法设定9种气候变化情景。分析不同气候变化情景对流域径流及面源污染负荷的影响,识别重点影响区域,为流域面源污染防控提供科学依据。结果表明：（1） 径流、总氮和总磷在率定期和验证期的决定系数R²均在0.75以上,纳什系数E_ns均在0.55以上,建立的SWAT模型能够用于乌伦古河流域农业面源污染负荷模拟;（2） 增加20%的降水量,径流量增加48.01%、总氮负荷增加23.19%、总磷负荷增加29.65%,气温变化对径流量的影响小于降水量变化对径流量的影响;（3） 各子流域年均单位面积总氮负荷为0.01~164.79 kg·hm^-2·a^-1,单位面积总磷负荷为0.01~45.10 kg·hm^-2·a^-1,气候变化对面源污染影响较大区域主要分布在福海县的阿尔达乡、富蕴县的吐尔洪乡、库尔特乡、恰库尔图镇,及青河县的阿热勒乡、阿热勒托别镇、塔克什肯镇等。说明降水增多是乌伦古河流域农业面源污染负荷的主要影响因素之一。未来在农业面源污染防治中应重点控制畜禽养殖和农田径流这两类污染源。

地貌形态对象往往大小悬殊,跨越特定的空间尺度。现有的地貌形态自动分类方法尚未充分顾及该特点,分类精度受到制约。利用地貌形态的大小为尺度,提出1种涉及尺度跨越性的地貌形态多尺度综合分类方法,该方法由多尺度分割、按尺度顺序筛选和多尺度合并3个步骤构成。其中,按尺度顺序筛选是1个以多尺度特征提取和监督分类为基础、以小尺度（小尺寸）优先和概率最大化为准则的被分类对象迭代确认过程。以黄土高原为例的试验结果表明,该方法简便可靠（总体精度可以达到75.16%,Kappa系数可以达到0.71）,可用于地貌形态精细化分类。

根据土壤盐渍化空间异质性对南疆干旱区绿洲农田进行精准管理分区,对农业种植结构调整和精细化管理具有重要意义。以典型干旱区绿洲农田为研究对象,以电磁感应数据、地形数据和卫星遥感数据为数据源,通过地统计学方法分析研究区土壤盐渍化的空间异质性,利用相关分析筛选出不同时期的植被指数和盐分指数。以农田表层表观电导率（EC_h0.375）为主变量,深层表观电导率（EC_h0.75、EC_v0.75、EC_v1.5）、植被指数（RVI、GRVI、EVI）、土壤盐分指数（NDSI、S5、SI-T）为辅助变量,采用面向对象多尺度分割算法对研究区进行分区,并用分区内平均变异系数（C_V,Coefficient of Variation）和莫兰指数（Moran’s I）对分区结果进行评价。结果表明：（1） 研究区各土层表观电导率都存在明显空间异质性,且各辅助变量与主变量均存在极显著相关。（2） 各分区的平均变异系数较整个研究区的变异系数下降了60%,且基于多源数据分区的区间异质性均高于单一数据分区的区间异质性。（3） 从农田耕作角度、分割效果及分区评价原则出发,综合利用表层和深层土壤盐渍化信息的管理分区效果最佳,该分区结果既符合当地农田管理又符合机械化作业要求。研究结果可为南疆干旱区绿洲农田的精准管理分区提供一定的技术和方法借鉴。

干旱是甘肃武威市致灾最严重灾害天气。利用甘肃武威市1960—2019年降水资料和1970—2019年粮食产量资料,运用统计学方法分析了武威市气象干旱和粮食产量的变化特征以及干旱与粮食产量的关系。结果表明：（1） 春旱、春末夏初旱、伏旱频数的空间变化比较一致,均为北部荒漠区多于绿洲平原区,绿洲平原区多于南部山区。（2） 春旱、夏初旱和伏旱年代频数变化不一致,春旱凉州、民勤呈增加趋势,古浪、天祝及全市呈减少趋势;夏初旱凉州、古浪无变化,民勤、天祝及全市呈减少趋势;伏旱凉州无变化,民勤、古浪呈减少趋势,天祝及全市呈增加趋势;随干旱等级的加重各类干旱频数总体上呈增加趋势。（3） 粮食产量（小麦、玉米和总粮食）随年和年代呈显著增加趋势,气象产量的年变化没有明显的规律性,波动性较大;气象产量年代变化呈先增加后减少再增加趋势。气象产量与各类干旱年代频数基本表现为负相关,气象产量与夏初旱频数的相关性水平显著,与其他干旱相关性均不显著。