干旱区研究

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2018 (1): 0-1.

摘要 ( 387 )

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用经验径流系数推算全球径流深度分布场

梁书民, 于智媛

2018 (1): 1-11. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.01 cstr: 32277.14.AZR.20180101

摘要 ( 1456 )

PDF(2158KB) ( 1487 )

通过回顾110 a的全球径流量估算历史,以中国为样本区域,通过求算样本区域的径流系数,利用最小二乘法回归得出了径流系数经验公式。基于径流系数经验公式和高分辨率降水深度图,利用地理信息系统绘制了全球水资源的高分辨率空间分布场,计算得出全球(不含南极洲)径流量为47 884 km³,平均径流深度为359 mm;内流区径流量为1 663 km³,平均径流深度为58.4 mm。将31个内流区径流量的计算结果与有关文献进行比较,发现下垫面蒸发和人类利用耗散对地下径流及地下水增量变化在水资源核算中的重要性,计算得出的内流区径流量与实际值较为接近。

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中国大陆型冰川和海洋型冰川变化比较分析——以天山乌鲁木齐河源1号冰川和玉龙雪山白水河1号冰川为例

李开明, 陈世峰, 康玲芬, 李忠勤, 李生德, 文强

2018 (1): 12-19. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.02 cstr: 32277.14.AZR.20180102

摘要 ( 1446 )

PDF(1287KB) ( 1081 )

以天山乌鲁木齐河源1号冰川和玉龙雪山白水河1号冰川为例,比较分析了全球变暖背景下中国大陆型冰川和海洋型冰川自20世纪中期以来的变化。结果表明:物质平衡亏损、平衡线高度上升、活动层温度升高、厚度减薄、运动速度降低、末端退缩、面积和冰储量减少是两类冰川的主要变化趋势;大陆型冰川变率有加大或者大于海洋型冰川的表现,并且两类冰川的变化幅度差距有逐渐缩小或趋稳的迹象。进一步分析认为:两类冰川消融退缩的主要原因是气温上升,重要因素是冰面反照率降低,而气候环境、响应气候变化的敏感性、加速消融机理等差异,是造成两者变化差异性的主要原因。

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黄河包头段冻融期水体中PAHs的生态风险评价

裴国霞, 张琦, 李汗青, 高丽惠, 王晶

2018 (1): 20-26. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.03

摘要 ( 3 )

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选取黄河包头干流段为研究区域,于2012—2014年流凌期、封河期及融冰期采集水体样品,检测该河段水体中美国环保局优先控制的16种多环芳烃的残留含量,并利用实际监测数据对黄河包头段水体冻融过程中可能产生的潜在生态风险进行初步评价。结果表明:水体中共检测出11种PAHs,Σ₁₁PAHs的总量为6.58~222.37 ng·L^-1,平均含量为61.48 ng·L^-1,且冰封期含量最高,开河期含量最低。部分断面苯并〔a〕芘含量超出我国《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定限值。不同时期均以四环为主,其中荧蒽为最主要的污染物。水体中危害相对较高的为蒽、荧蒽及苯并〔a〕芘,其中蒽暴露浓度超过影响5.00%的水生生物的概率为83.92%。水体中Σ₆PAH联合毒性均高出生态风险最大的蒽单独作用的毒性,甚至大于单体ΣPAH重叠面积之和,表现出显著的联合毒性效应。

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黑河流域产业间虚拟水转移及其关联分析

张信信, 刘俊国, 赵旭, 管英杰

2018 (1): 27-34. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.04

摘要 ( 3 )

PDF(1174KB) ( 0 )

以干旱区黑河流域甘临高地区(甘州区、临泽县和高台县)为研究区,采用环境投入产出方法,结合前向和后向联系,分析研究区产业部门间的虚拟水转移及关联效应。结果表明:2012年甘临高地区蓝水直接消耗为5.96×10⁸ m³。第一产业蓝水直接消耗中有57%转移给第二产业和第三产业,而第二产业和第三产业向外转移的比例分别为19.5%和3%。绿水直接消耗为1.29×10⁸ m³,其中有57%用于部门间的虚拟水转移。第一产业是虚拟水转出最大的部门,而“其他制造业”、“食品制造及烟草加工业”、“交通运输、仓储和邮政业”以及“住宿和餐饮业”是对第一产业虚拟水转出拉动效应最大的部门。在水资源约束的情况下,建议对未来甘临高工业、服务业发展所带动的农产品耗水量增加进行控制,并提出遵循“延伸生产者责任原则”;利用虚拟水贸易,增加原材料农产品的蓝、绿虚拟水进口;发展对第一产业虚拟水拉动效应较小的产业等措施。

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基于SWMM模型的西安市清河流域暴雨洪峰流量模拟

刘春春, 刘万青, 张悦, 王涛, 杨波, 余雷

2018 (1): 35-42. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.05

摘要 ( 3 )

PDF(1438KB) ( 0 )

为探讨暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)在暴雨条件下对山区流域洪峰流量模拟的适用性,以西安市清河流域为例,在SWMM模型中分别构建了传统的集总模式和以DEM、流域水系为子流域划分依据的半分布模式。通过2016年几次典型降雨洪峰流量验证两种模式的可靠性,结果表明:集总模式与实测拟合程度较好,相对误差为6％,确定性系数为0.871。为了进一步检验集总模式的适用性,从径流过程角度去模拟,结果也令人满意,两场降雨的相对误差均为11％,两场降雨的确定性系数和纳什系数均高于0.8,表明有较好的模拟效果。由此说明,基于SWMM模型构建的集总水文模式适合于清河流域的径流模拟。最后,模拟了不同重现期下流域的径流过程。流量峰值出现在降雨开始后约1.5 h,10年一遇以下重现期径流变化相对稳定。该模型对当地水利部门评估极端降雨事件等方面具有一定的应用价值。

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梯度扩散薄膜技术在干旱区土壤中原位测定磷素的方法及其应用

哈丽哈什·依巴提, 李青军, 张炎

2018 (1): 43-49. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.06

摘要 ( 3 )

PDF(1015KB) ( 0 )

薄膜扩散梯度技术(diffusive gradients in thin films technique, DGT)是近年来广泛应用于水体、沉积物和土壤中有效态元素生物有效性研究的一种新技术,为确定测定土壤磷素生物有效性的DGT最佳测试条件以及肥料磷在土壤中迁移特性,采用盆栽试验,分析了土壤与DGT作用时间、环境温度、土壤相对含水量对DGT测定的磷素生物有效性影响,并利用DGT测定肥料磷在表面撒施和滴施(4种土壤类型:潮土、灌淤土、灰漠土和草甸土)方式下土壤剖面的迁移规律。结果表明:DGT-P随土壤与DGT作用时间(0~24 h)的增加而增加,在24 h后趋于稳定;DGT-P随土壤相对含水量(20%~100%)的增加而增加,在含水量为80%~100%时最大,当相对含水量增加到120%时,DGT-P则降低;DGT-P随环境温度的增加而增加,在25 ℃后趋于稳定。与表面撒施处理相比,滴施可以增加5~15 cm肥料磷的分布。而滴施处理的磷的移动性也受到土壤类型和质地的影响,在草甸土(71%砂粒)上运移性较大,在潮土(46.65%砂粒)上运移性较小。总之,DGT测定的土壤磷素生物有效性最佳测试条件为土壤与DGT作用时间在24 h,土壤相对含水量为80%~100%,环境温度25 ℃,磷肥滴施优于表面撒施,滴施的磷肥能够迁移到更深的土层。

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青海湖流域高寒湿地光合有效辐射特征

高黎明, 张乐乐, 陈克龙, 毛亚辉

2018 (1): 50-56. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.07 cstr: 32277.14.AZR.20180107

摘要 ( 1901 )

PDF(1115KB) ( 710 )

光合有效辐射(PAR)是生态系统过程中的一个重要参数,本文基于青海湖流域小泊湖和瓦颜山湿地气象站观测的辐射资料,对高寒湿地PAR变化特征进行了分析。结果表明:2个站点的太阳总辐射(Q)和PAR值都存在明显的日变化和季节变化特征,Q和PAR一日之中的最大值出现在13:00左右(北京时间),在一年中,最大值出现在6月,最小值出现在12月。光合有效辐射系数(η_PAR)也存在明显的季节变化特征,最大值出现在7月,主要与这个时期青海湖流域大气水汽含量最多有关。最后,利用瓦颜山数据基于晴空指数(K_t)和太阳总辐射(Q)构建出了一个PAR日值估算模型,并在小泊湖进行了模型的验证,结果表明本研究构建的模型能够满足不同天气条件下青海湖流域PAR的估算要求。

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1971—2011年汾河流域降水时空特征

张晨, 王翠红, 严俊霞, 李洪建, 康娜, 高宗强

2018 (1): 57-67. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.08

摘要 ( 5 )

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基于汾河流域内154个雨量站1971—2010年的逐月降水量数据,利用GIS地统计模块和MK非参数检验方法,对汾河全流域及其上中下游4个空间尺度的降水量在年、四季和汛期的变化特征进行了分析。结果表明:时间上,汾河流域的年、夏季和汛期降水量均呈不显著的递减趋势,春秋冬三季降水量均呈不显著的递增趋势;空间上,由于地形原因,汾河流域上游与其他尺度的年、夏冬季和汛期降水量分布表现相反;汾河流域的年、夏秋季和汛期降水序列在20世纪70年代中后期(1979年居多)发生突变,之后降水基本呈不显著的递减趋势;春季降水量在1973年附近开始突变,80年代呈极显著增加趋势;冬季降水量在1973年附近开始突变,1999年后呈显著减少趋势。

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近54 a中国西北地区气温和降水的时空变化特征

商沙沙, 廉丽姝, 马婷, 张琨, 韩拓

2018 (1): 68-76. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.09 cstr: 32277.14.AZR.20180109

摘要 ( 1259 )

PDF(1800KB) ( 1221 )

利用中国西北地区1961—2014年191个台站的逐月气温和降水资料,通过线性倾向估计、滑动平均、累积距平、IDW(反距离空间插值)等方法,研究了西北地区气温和降水的时空变化特征。结果表明:近54 a西北地区平均气温呈波动上升趋势,其中冬季的增温速率最大,极端最高、最低气温均呈上升趋势。降水量也呈上升趋势,尤其是近几年上升速度较快。降水主要集中在夏季,进入21世纪后冬季降水增加。多年平均气温较高区域集中在南疆地区、祁连山东南部,其中升温较明显区域集中在准噶尔盆地和天山地区西南部分地区。降水量表现出东多西少的特征,降水量较多区域集中在祁连山东南部,降水量较少区域集中在南疆地区,其中降水增加较明显区域集中在北疆地区、塔里木盆地的西部地区。从西北地区近54 a气温和降水的时空变化可以看出,西北地区有向暖湿转变的趋势。

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近20 a云雾山草地生产力对气候变化的响应

罗瑞敏, 郭梁, 程积民

2018 (1): 77-84. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.10 cstr: 32277.14.AZR.20180110

摘要 ( 1185 )

PDF(1482KB) ( 736 )

研究云雾山典型草原生产力与气候变化的关系,制定合理应对措施,是云雾山植被重建和生态环境恢复的重要保障。本文基于1992—2011年气候数据和相应的草地生产力调查资料,分析了云雾山草地生产力、气候生产潜力变化特征及其与温度和降水变化的关系。结果表明:① 近20 a来研究区年平均气温显著升高,冬春季增温高于夏季;年降水量呈下降趋势,但未达显著水平,仅7月降水量显著下降。② 夏季增温及干旱导致云雾山草地生产力及气候生产潜力下降,此外,冬季增温也抑制草地生产力的提高。③ 研究区气候资源利用率为53%,尚有一半的生产潜力有待开发;适度利用、改良草场,增加人工草场培育是进一步提高草地生产力的有效途径。

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1964—2015年阿牙克库木湖时序变化的气候响应

李均力, 白洁, 王亚俊

2018 (1): 85-95. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.11 cstr: 32277.14.AZR.20180111

摘要 ( 1888 )

PDF(6528KB) ( 1238 )

获取长时间序列的高山内陆湖泊变化信息,对研究高山环境变化和气候变化的响应具有重要的意义。以阿尔金山库木库勒盆地的阿牙克库木湖为研究对象,利用Corona、Landsat、HJ1A/1B等形成的长时间序列遥感数据,分析50 a来湖泊的年度和季节性变化特征,并结合降水、气温等数据分析与气候变化的响应。结果表明: 阿牙克库木湖在1964—2015年面积由580.15 km²增加到1 000.70 km²,增长率为8.24 km²·a^-1,并在2014年超越博斯腾湖成为新疆第一大湖。湖泊面积在1964—1995年呈小幅度的萎缩或扩张,面积变幅仅为-0.12 km²·a^-1,在1995年以后湖泊面积呈阶段性的扩张,面积突变点分别在2002年、2006年、2010年和2012年,近20 a湖泊面积增长率为20.9 km²·a^-1。从1998年后的月度变化曲线来看,湖泊面积月度变化曲线逐年上升,且面积的阶跃变化在2002年、2006年和2010年表现显著。降水变化很好地印证了湖泊面积的阶段性变化,其中湖泊月度面积曲线与月度降水曲线的响应延迟时间由1个月转为2~3个月,湖泊面积在冬季的逐年扩张与冬季气温急升具有很好的线性关系。

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1961—2012年我国干旱演变特征

董婷, 孟令奎, 张文

2018 (1): 96-106. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.12

摘要 ( 2 )

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利用气象观测数据、气象干旱指数及Mann-Kendal统计检验方法,研究我国近52 a的旱情特征及旱情变化趋势,基于标准化降水蒸散指数SPEI评估不同区域旱灾发生次数、频率及覆盖面积等。结果表明:当时间尺度较小时,SPI指数与SPEI指数变化频率快,这两种指数都能有效地反映出区域旱情信息,而SPEI指数旱情监测效果更好;全国绝大部分站点降水量呈现下降趋势,但没达到显著水平;绝大部分站点平均气温呈现显著上升趋势,且SPEI值也表现出干旱趋势;全国不同省份发生旱灾的频率差异性大,河北、黑龙江、湖北、贵州和宁夏5省份在2001—2010年遭受的旱灾次数高于其他时期,大部分省份干旱覆盖面积呈现显著增大趋势。

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基于SPH方法的风沙流中沙粒速度分布数值计算

金阿芳, 买买提明·艾尼, 胡国玉, 熊敏, 马小晶

2018 (1): 107-113. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.13

摘要 ( 6 )

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沙粒速度是沙粒传输理论研究中的重要参数,它可以反映风沙两相流运动中微观运动和宏观运动的信息。本文运用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法对风沙流动过程进行建模及数值计算,动态地显示跃移沙粒在整个风沙流过程中的运动状态,得到单个沙粒运动速度大小和方向的变化趋势,通过对单个沙粒的运动物理量进行统计分析,得到了沙粒群体运动行为的动力学特性。SPH方法的基本思想是将计算区域分解成独立的粒子,这些携带着自身质量,具有自身密度等物理特性的计算粒子可以随着控制方程运动,这点与自然界中沙粒的离散特点非常相符。本文针对SPH方法自身的关键因素进行了与风沙流特点相适应的改进和修正,使其在处理风沙流中两相物质的耦合时有它独到的优势。

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气象干旱监测指标在青海高原的适用性分析

李红梅, 李林, 李万志

2018 (1): 114-121. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.14

摘要 ( 6 )

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基于1986—2013年青海高原114个干旱个例和1981—2015年逐月、四季和年SPI指数、PA指数、K指数和MCI指数,通过对比逐年、四季不同等级干旱出现频率和实际干旱的吻合情况,评估不同干旱监测指数对典型干旱发展过程的刻画能力,主要得出以下结论:① SPI指数和K指数对总干旱发生频率的年代际变化具有很好的监测效果,但SPI对不同等级干旱的监测能力最强,K指数次之,PA指数、MCI指数对干旱年代际变化的监测能力较差。② SPI指数和K指数对春旱和夏旱的监测效果很好,对秋、冬季的干旱监测效果不理想,PA指数和MCI指数对四季干旱的监测结果有较大偏差。③ SPI能很好地监测出干旱的发生区域和干旱的程度,K指数和PA指数监测的干旱程度有偏差,而MCI指数对干旱范围和程度均有很大的偏差。④ SPI指数和K指数的监测结果符合干旱发生、发展过程,对干旱发生、发展过程的刻画较为合理,而PA指数和MCI指数基本不能反映干旱的发生发展过程。⑤ 综合来看,SPI指数对春旱和夏季监测效果最优,K指数次之,PA指数和MCI指数最差。

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沙尘对天山积雪消融的影响

杨涛, 郭玲鹏, 黄法融, 李倩, 李兰海

2018 (1): 122-129. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.15

摘要 ( 3 )

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积雪是西北干旱区重要的水资源,春季融雪时期,沙尘天气频繁,沙尘沉降会减少积雪表面反射率,增加雪层的太阳辐射吸收,加速积雪的融化,影响干旱区年内的水资源分布。通过融雪期在天山积雪雪崩研究站开展模拟沙尘沉降试验,观测积雪物理特性参数变化,分析沙尘对积雪消融的影响。本研究设置2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2、自然雪4个处理,3组重复,从3月4日开始,3月11日结束。结果表明:沙尘沉降对积雪消融具有明显影响。在2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2沙尘沉降量下,随着融雪的进行,沙尘沉降量逐渐增大,致使积雪表面粒径增大,积雪反射率降低,雪表层温度差变大,2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2 导致积雪消融速率比自然状态下的快22.36%、46.05% 和76.90%。通过野外试验获得了主要积雪物理参数对沙尘沉降的响应,量化了沙尘沉降对积雪消融的影响,其结果可为西北干旱区水资源管理提供参考。

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荒漠河岸林建群植物的水分利用过程分析

陈亚宁, 李卫红, 陈亚鹏, 周洪华, 郝兴明, 朱成刚

2018 (1): 130-136. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.16 cstr: 32277.14.AZR.20180116

摘要 ( 1145 )

PDF(1812KB) ( 1660 )

荒漠河岸林植物是干旱区生态系统的重要组成部分,研究干旱区荒漠河岸林建群植物水分利用过程,对制定生态保育恢复对策具有重要意义。通过对西北干旱区塔里木河和黑河下游荒漠河岸林植物水分来源、根系水力提升过程的观察和对比分析,解析了不同胁迫环境下胡杨、柽柳等荒漠河岸林主要建群种的水分利用过程。研究结果显示:在塔里木河和黑河下游不同地下水埋深和干旱胁迫环境下,荒漠河岸林植物的水分利用方式和生存策略有较大差别。在水分来源上,胡杨和柽柳主要利用深层土壤水和地下水,但塔里木河下游的植物根系对水资源的利用较黑河下游更加多元化;在水分分配方面,塔里木河下游的胡杨表现出更强的水力提升能力和更显著的水分再分配效应,地下水埋深是造成植物水分利用策略差异的主要原因,地下水位越深(7 m以内),胡杨受干旱胁迫越大,胡杨根系的水力提升能力亦越强。目前黑河下游的生态已处于平衡维持和发展阶段,而塔里木河下游广大地区的荒漠河岸林植物仍处于严重的干旱胁迫中。

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科尔沁沙地典型草地植物功能性状及其相互关系

张晶, 左小安, 吕朋, 岳喜元, 张婧

2018 (1): 137-143. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.17 cstr: 32277.14.AZR.20180117

摘要 ( 1115 )

PDF(1501KB) ( 698 )

以科尔沁沙地长期封育草地的19种植物为对象,分别测定植物高度(Height)、比叶面积(SLA)、叶片干物质含量(LDMC)、碳含量(LNC)、氮含量(LNN)5个植物功能性状,比较不同生活型(一二年生植物、多年生植物)和功能型(C₃植物、C₄植物)植物功能性状的差异性,探讨沙地内典型草地不同植物功能性状的内在联系及其对环境的适应性。结果表明:多年生植物的LDMC极显著大于一二年生植物,且C₃植物的高度显著大于C₄植物;对于一二年生植物而言,C₃植物的LNC显著大于C₄植物;对于C₄植物而言,多年生植物的LDMC和LNC显著大于一二年生植物。植物功能性状相关分析表明,SLA与LDMC极显著负相关,LNC与LNN极显著正相关。科尔沁沙地长期封育草地植物不同生活型、功能型的功能性状存在明显差异,多年生C₄植物具有较强的生态适应能力。

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竞争对辽宁西北部樟子松人工固沙林树高生长的影响

雷泽勇, 周晏平, 赵国军, 张岩松, 于德良

2018 (1): 144-149. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.18

摘要 ( 2 )

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以辽宁省章古台地区樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工固沙林为研究对象,依据立地一致性原则,从未经抚育的樟子松人工固沙幼龄林(10 a)和成熟林(40 a)中各选出4块林分密度不同的标准地〔A代表幼龄林,林分密度分别为975(A1)、1 175(A2)、1 425(A3)、1 625(A4)株·hm^-2;B代表成熟林,林分密度分别为350(B1)、750(B2)、1 200(B3)、2 975(B4)株·hm^-2〕,采用正态分布检验和方差分析法评估竞争对樟子松固沙林树高生长的影响。结果表明:10 a和40 a林龄的樟子松固沙林个体树高均服从正态分布,其中10 a林分林木个体树高分布均为左偏,偏度系数(g₁)为A1<A4<A3<A2<0,峰度系数(g₂)为A4<A2<A3<A1<0,竞争强度为1 425株·hm^-2的林木个体树高和林分平均高达到最大,且与975、1 175株·hm^-2差异显著,但与1 625株·hm^-2无显著差异;40 a林龄的标准地林木个体树高分布的g₁为B1<B2<B3<0<B4,g₂为B3<B4<B2<0<B1,竞争强度为750株·hm^-2的林木个体树高和林分平均高均最大,且与350、1 200株·hm^-2差异显著。因此,章古台樟子松人工固沙林在自疏之前,林分密度保持在1 425株·hm^-2左右比较合适;人工固沙林在成熟阶段时,通过适当疏伐,使密度保持在750株·hm^-2左右,可以使林木个体树高和林分平均高度达到最大。

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未来气候变化对特有物种沙生柽柳分布格局的影响及其保护启示

苏志豪, 潘伯荣, 卓立, 李文军, 刘会良, 姜小龙, 闫德民

2018 (1): 150-155. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.19

摘要 ( 2 )

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为预测未来气候变化对我国特有珍稀植物沙生柽柳(Tamarix taklamakanensis)潜在适宜分布的影响,选用过去气候(1961—1990年)、2050年气候、2070年气候3种情景,利用Maxent模型模拟沙生柽柳潜在分布的动态变化。结果表明:① 沙生柽柳的适宜潜在分布区主要集中在我国塔里木盆地、吐鲁番盆地、库姆塔格沙漠、内蒙古阿拉善荒漠的西北部,最适宜的潜在分布区位于塔里木盆地腹地及盆地东部的库木塔格沙漠地区;② 与过去潜在分布范围相比,未来2050年和2070年气候背景下,沙生柽柳的最适宜潜在分布范围均有萎缩趋势;③ 影响沙生柽柳潜在地理分布的主要气候因子为最干季降水量、年降水量、年平均气温、最暖季降水量。

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新疆野苹果(Malus sieversii)种群年龄结构及其动态特征

马闯, 杨美玲, 张云秀, 阎国荣, 许正

2018 (1): 156-164. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.20

摘要 ( 3 )

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新疆野苹果(Malus sieversii)是我国珍贵的濒危野生植物。通过在伊犁河谷的那孜、大莫合沟、那拉提和交托海4个新疆野苹果分布区建立样地,绘制年龄结构图、编制静态生命表,采用生存分析探明种群的存在状况,应用时间序列分析预测种群发展趋势。结果表明:新疆野苹果年龄结构呈中部膨大,幼龄个体少,中老龄个体多,那孜种群年龄结构偏大,交托海种群偏小;与其他种群相比,大莫合沟V^′_pi最小,随机干扰风险极大值(P_max)接近0,对外界干扰较敏感;那拉提种群的区间寿命、总寿命和期望寿命低,消失率高,种群衰退早;不同种群的存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型, 表明各龄级的死亡率相近;随着龄级增加,种群死亡密度曲线先下降后上升,危险率函数在Ⅳ龄级后增加明显,说明环境压力对野苹果的影响在Ⅳ龄级后表现强烈;受虫害、旅游、放牧干扰影响,时间序列分析预测野苹果种群老龄个体数量增加,中、幼龄个体缺乏补充,呈现不同程度衰退。应采取人工促萌或补植幼苗,调控林地密度,控制虫害蔓延,加强野苹果种质资源保护。

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死亡植株对新疆野苹果种群遗传多样性的影响

李宇秀, 张宏祥

2018 (1): 165-170. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.21

摘要 ( 2 )

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新疆野苹果(Malus sieversii)为国家二级保护植物和重要的野生果树种质资源。选取遭受小吉丁虫等病虫害破坏最为严重的新源县种群为对象,利用微卫星(SSR)标记死亡植株和存活植株的基因型,对比两者间的遗传差异,探究树木死亡对新疆野苹果种群遗传多样性的影响。结果表明:① 死亡植株与存活植株间没有显著的遗传分化,这说明新疆野苹果植株死亡不存在遗传相关性,为随机死亡过程;② 树木死亡对新源县种群的遗传结构未产生重大影响,遗传多样性水平仅轻微减小,但丢失了许多低频度等位基因;③ 未来的监测和评价中,等位基因数(N_a)比遗传多样性指数能更有效地反映新疆野苹果遗传资源变化。

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基于GIS缓冲区功能的塔里木河中游植被指数时空变化分析

刘娇, 黄显峰, 方国华, 陈颖钦

2018 (1): 171-180. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.22

摘要 ( 3 )

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塔里木河中游的输水堤防工程束缚了汛期洪水漫溢,提高了下游输水效率。与此同时,堤防工程的修建也给塔里木河两岸生态带来了一些影响。本文以塔里木河中游输水堤外天然植被为研究对象,借助于遥感处理技术和GIS缓冲区分析功能,对塔里木河中游2000年(建堤前)和2010年、2014年(建堤后)天然植被指数(NDVI)时空变化以及土地利用变化进行了比较分析。结果显示:因河水影响范围限制,天然植被NDVI随着距堤防距离的增大而呈减小趋势。就离堤防2 000 m的范围来看,除了距堤防600~800 m的地区,2000年NDVI值整体上高于2010年;在离堤防20 km的范围内,前10 km左右,2000年的NDVI值比2010年要大,在10 km范围之外,受人类活动的影响,河水的天然影响被弱化,2010年的NDVI反而大于2000年。从土地利用变化上看,2014年研究区耕地面积是2000年的9倍左右,植被面积减少11.22%,较多天然林地转变为耕地。

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新疆阿尔金山真藓属植物蒴齿结构和孢子的形态观察

买买提明·苏来曼, 阿提古丽·毛拉, 古丽尼尕尔·艾依斯热洪, 刘永英

2018 (1): 181-191. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.23

摘要 ( 2 )

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为探讨真藓属植物的蒴齿结构和孢子形态特征的分类学价值,本文通过扫描电子显微镜观察了采自阿尔金山国家级自然保护区18种真藓属植物的成熟孢蒴。结果表明:① 外齿层齿片的形态、齿片外侧表面的纹饰、内齿层齿条的穿孔大小、基膜高低和齿毛发育程度等蒴齿结构特征以及孢子纹饰在真藓属的部分类群间具有较稳定的差异,又是种内相对稳定的性状,在属下类群的划分中具有重要的参考价值。② 真藓属中发育较完全的蒴齿具相对较长的齿片、较高的基膜、较宽的齿条和带节瘤的齿毛,而较简单的蒴齿具较短的齿片、较低的基膜、较狭的齿条和退化的齿毛或无。③ 真藓属在阿尔金山较为丰富的物种多样性与该类群植物适于干燥环境中孢子散布和传播的蒴齿结构及孢子特征有密切关系。

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河西走廊藜麦C、N、P生态化学计量学特征对物候期的响应

刘敏国, 王士嘉, 陆姣云, 杨梅, 杨惠敏

2018 (1): 192-198. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.24

摘要 ( 2 )

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藜麦(Chenopodium quinoa)是南美洲传统作物,具有极高的营养价值和较强的环境适应能力,但其在我国西北干旱区的适应性还有待深入研究。生态化学计量学是对有机体的元素组成(主要是C、N、P)及其关系进行研究的科学,能一定程度地反映有机体的特征及其与环境的关系。在河西走廊大田栽培条件下,本试验研究了藜麦主要物候期的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的变化。结果表明:随物候期的变化,藜麦的有机碳(organic carbon,OC)含量变化不显著,而全氮(total nitrogen,TN)和全磷(total phosphorus,TP)含量则显著降低;各器官间的OC含量较稳定, 而TN和TP含量差异显著且叶和穗较高。藜麦的C∶N、C∶P随物候期的变化呈升高趋势,N∶P则呈先降低后显著升高趋势;根和茎C∶N、C∶P较高而叶N∶P较高。物候期和器官显著影响藜麦的C、N、P含量和计量比,后者与藜麦的生长和物质积累速度显著相关。

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罗布泊地区引种植物生理生化指标的主成分及其聚类分析

高洁, 李从娟, 徐新文, 孙永强

2018 (1): 199-206. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.25

摘要 ( 3 )

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对罗布泊人工生态示范区中20种主要引种植物的叶片生理生化指标进行了测定,运用相关性分析、主成分分析和聚类分析等方法分析其抗旱及耐高温能力。结果表明:① 在罗布泊人工生态示范区的正常灌溉制度下,示范区内引种植物的光合色素和游离脯氨酸含量处于较高水平,且两者之间具有极显著相关性。② 主成分分析将被测指标用4个主成分来表示,分别为反映植物叶片光合作用能力、植物叶片酶活性、植物的耐旱性和植物叶片内有机溶剂含量的综合指标。③ 聚类分析将引种植物分为4类:第Ⅰ类为生长状况一般的罗布麻(Apocynum venetum L.)、沙拐枣(Calligonum mongolicum Turcz.)等植物;第Ⅱ类是生长状况较好的黑果枸杞(Lycium barabrum L.);第Ⅲ类是作为优势物种的滨藜(Atriplex patens Iljin.)和苦马豆(Sphaerophysa salsula DC.);第Ⅳ类是长势优良的沙枣(Elaeagnus angustifolia L.）。

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9种典型荒漠植物生态化学计量学特征分析

刘珮, 马慧, 智颖飙, 崔艳, 孙安安, 郭洋楠, 李强, 高天云, 张荷亮, 刘海英

2018 (1): 207-216. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.26

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化学计量学是研究生态过程中能量平衡和多重化学元素平衡的科学,能够定量化研究活有机体重要组成元素碳(C)、氮(N)、磷(P)之间的关系,有助于解决植物和生态系统养分供应与需求等方面的难题为解决生态系统养分供求与循环问题提供了新思路。化学计量学已成为研究生态系统元素平衡和生物地球化学循环的重要手段之一。为了厘清极端环境条件下荒漠植物在逆境适应与元素循环的反馈能力,对东阿拉善-西鄂尔多斯荒漠生态系统中9种优势植物霸王(Sarcozygium xanthoxylon)、胡杨 (Populus euphratica)、四合木(Tetraena mongolica)、白刺(Nitraria tangutorum)、蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、细枝岩黄芪(Hedysarum scoparium)和沙棘(Hippophae rhamnoides)根、茎、叶的C、N、P含量和生态化学计量学特征进行了分析。结果表明:① 9种荒漠植物根、茎、叶的C、N、P含量的均值分别为:418.96 mg·g^-1、15.07 mg·g^-1、1.10 mg·g^-1,460.88 mg·g^-1、12.99 mg·g^-1、1.03 mg·g^-1,435.07 mg·g^-1、23.40 mg·g^-1、1.18 mg·g^-1。根、茎、叶的C∶N∶P化学计量比分别为381∶14∶1、447∶13∶1和369∶20∶1。表明其C的相对过量和P元素的限制性。② 植物根部的C储备能力较弱,与其处于荒漠生态系统土壤贫瘠,日照强,年降水量较低有关。③ 四合木的N∶P (9.45) 计量学较全球陆生植物 (12.6)、中国陆生植物 (16.3) 中国北方典型荒漠及荒漠化地区植物 (15.8) 显著偏低,表现出我国特有孑遗珍稀植物四合木化学计量学特征的独特性。④ 与已有的荒漠植物化学计量学研究结果相比,9种荒漠植物根、茎、叶N含量均显著偏高,茎和叶P含量显著偏低,根的P含量无显著差异。生物与环境的协同进化,使得荒漠植物在温度逆境、干旱胁迫、营养限制、物质代谢和辐射损伤的条件下,经过长期的进化适应形成了自身独特的生理生态和生态化学计量特征。该研究结果可为我国西北荒漠区植物化学元素循环以及生物多样性保护中限制性营养的判定与维护生态系统元素平衡提供案例借鉴。

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近25 a关中地区土地利用及其景观格局变化

杜金龙, 朱记伟, 解建仓, 马增辉

2018 (1): 217-226. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.27

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近25 a来,受自然环境和人类活动的影响,陕西省关中地区土地利用及景观格局发生了明显变化。以陕西省1990—2015年4期30 m栅格土地利用数据为基础,利用GIS技术和景观生态学方法,对研究区土地利用和景观格局时空变化特征及其驱动力进行分析。结果表明:① 研究区土地利用类型以耕地、林地和草地为主,其中耕地面积最大,1990、2000、2010、2015年分别占46.25%、45.81%、44.73%和43.94%;② 研究期内,耕地、草地面积持续减少,其中耕地减少面积较大,减少了12.79×10⁴ hm²,林地、水域、城乡工矿居民用地面积均呈增加趋势,城乡工矿居民用地面积增加了14.94×10⁴ hm²,增加幅度69.88%,未利用土地减少0.58×10⁴ hm²,减少幅度38.16%;③ 由于人类活动干预,研究区土地利用类型相互转化频繁,主要表现为耕地转为城乡工矿居民用地、草地和林地,草地去向和来源主要为耕地和林地,林地去向和来源主要为耕地和草地等;④ 研究区景观形状指数、香农多样性指数和均匀度指数分别从204.693 4、1.774 6、0.574 1上升到211.805 5、1.851 8、0.599 1,表明景观破碎化程度升高,异质性增加;⑤ 研究区土地利用景观格局变化的驱动因素是社会经济发展及区域政策和农业生产。

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牧区聚落时空特征及其形成机制——以正蓝旗为例

张素丽, 佟宝全, 郝晶晶

2018 (1): 227-234. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.28

摘要 ( 2 )

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牧区聚落作为人地关系相互作用的重要载体与空间分布类型之一,研究其时空特征能很好的表征牧区乃至人类聚落发展的演变规律。基于GIS和Excel统计分析方法,探讨典型草原牧区正蓝旗在2000—2017年聚落的时空分布特征,进一步分析聚落形成与发展的主要影响因素。结果表明:① 2000—2017年,正蓝旗聚落分布时空特征呈现急速增长的态势,聚落分布整体较为聚集,呈“南密北疏”的空间差异;研究区聚落斑块规模相差悬殊,小型聚落占主体。② 区域上,聚落分布格局呈现出明显的区域差异性。在海拔1　196～1 428 m和坡度5°～15°的范围内分布的聚落较多,随着海拔和坡度的变化,聚落斑块数和规模趋于正态分布态势;随着道路和河流的变化,聚落斑块数和规模布局大致呈逐级递减的趋势。③ 水文、交通及地形地貌等地理要素对正蓝旗聚落区位的选择起到很大的限制作用,这三个因素也是决定聚落空间分布的主导因素。总体上,分析该牧区聚落的发展变化与形成机制,可对整个牧区聚落空间布局调整、优化提供重要的借鉴价值。

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基于LUCC的干旱区人为干扰与生态安全分析——以天山北坡经济带绿洲为例

宋文杰, 张清, 刘莎莎, 杨江宁

2018 (1): 235-242. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.29

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基于1965—2015年5期LUCC数据,通过人为干扰度和景观脆弱度构建生态安全度,开展长时间序列、大尺度、高精度的天山北坡经济带绿洲人为干扰和生态安全变化研究。结果表明:① 近50 a,人类对天山北坡经济带绿洲的干扰程度逐年增加,现已达到中度偏强的干扰程度,乌鲁木齐、石河子、奎屯、米泉和昌吉的干扰度高于其他地区。② 近50 a,天山北坡经济带绿洲生态安全度呈先增加后减少的趋势,较不安全和临界等级为主要的生态安全等级,该等级区域逐年增多且向西北方向移动,城市建设、绿洲扩张和过度开垦是生态安全降低的主要因素。③ 结构因素、人类因素、政策因素是天山北坡生态安全变化的驱动因素。从整体来看,天山北坡经济带的生态环境仍存在较大隐患,需要在今后的发展中合理利用土地资源,保证该区域的可持续发展。

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新疆奎屯排碱渠生物膜胞外聚合物与As(Ⅲ)的络合作用

林青华, 张道勇

2018 (1): 243-248. doi: 10.13866/j.azr.2018.01.30

摘要 ( 2 )

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新疆奎屯地区是地质背景高砷区,排碱渠水体砷(As)污染严重,排碱渠中普遍发育的生物膜胞外聚合物(EPS)与As之间的络合会影响砷的迁移扩散,进而影响到砷的生物毒性和生态风险。目前,排碱渠中普遍发育的生物膜EPS对水中As的迁移转化及行为归宿的影响还完全不清楚。本文结合荧光猝灭滴定技术和等温微量热滴定技术研究了该地区普遍发育的藻生物膜EPS与As(Ⅲ)之间的相互作用。荧光猝灭实验表明:排碱渠生物膜EPS有3个荧光峰:峰 A属于含芳环基团的蛋白质Ⅱ; 峰 B 属于溶解性的微生物类蛋白质;峰C属于类腐殖酸。峰A和峰B统称为类蛋白质物质,其中峰B被确定为类色氨酸物质。类蛋白物质与As(Ⅲ)具有较强的结合作用,而类腐殖酸物质与As(Ⅲ)几乎没有结合能力。EPS与As(Ⅲ)荧光淬灭作用属于静态淬灭和动态碰撞淬灭,同时存在的复合淬灭机制。EPS中含芳环基团的蛋白质Ⅱ和类色氨酸物质与As(Ⅲ)的结合常数lgK_b分别为3.82和2.22,说明As(Ⅲ) 与前者的结合强度比后者大一个数量级,前者与As(Ⅲ)形成络合物的稳定性稍微大于后者。As(Ⅲ)可以与含芳环基团的蛋白质Ⅱ的多类位点结合,且在多类结合位点之间存在拮抗竞争作用,而类色氨酸物质中只有一类位点参与As的络合。等温微量热滴定实验结果经过Independent 模型拟合,求得了EPS和As(Ⅲ)络合反应的热动力学参数:ΔH、ΔG、ΔS。负的焓变ΔH和负的吉布斯自由能ΔG证明EPS与As(Ⅲ)间的络合反应是一个自发进行的放热反应。随着络合反应进行,反应体系的无序度增加,反应为熵驱动。排碱渠生物膜EPS中的类蛋白质在As(Ⅲ)的迁移转化及其生态风险中起着重要作用,而EPS中的类腐殖酸物质不会对As(Ⅲ)的环境行为产生显著影响。

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