选择博斯腾湖北岸优势种塔干柽柳为研究对象,对不同地下水埋深处其光合特性进行对比研究,探究塔干柽柳对不同地下水埋深的响应和适应机制.在垂直湖岸线的方向上,选取地下水埋深为0 m,1.25 m和2.25 m的样地,选择健康的3—5龄塔干柽柳作为测量对象,用Li-6400光合作用仪测定其光响应过程.结果如下:(1)当PAR>800μmol·m–2·s–1时,对应相同的光合有效辐射,不同地下水埋深处塔干柽柳的净光合速率(Pn)的值的表现为:Pn地下水埋深2.25m>Pn地下水埋深1.25m>Pn地下水埋深0m;(2)地下水埋深2.25 m处,塔干柽柳的净光合速率定积分值最高,由非直角双曲线拟合得到的饱和净光合速率值最大,暗呼吸速率最大,光饱和点最高,光补偿点最低;(3)当PAR>1000μmol·m–2·s–1时,地下水埋深2.25 m处,塔干柽柳的胞间浓度CO2(Ci)和蒸腾速率(Tr)随光合有效辐射的增加而增加,地下水埋深0 m和1.25 m处呈平稳的变化趋势;(4)当PAR<800μmol·m–2·s–1,水分利用效率(WUE)光响应三条曲线整体值大致表现为:地下水埋深2.25 m>地下水埋深1.25 m>地下水埋深0 m.得出如下结论:地下水埋深2.25 m处塔干柽柳的光合特征参数以及水分利用效率等各项生理指标均表现最佳,博斯腾湖北岸水埋深约2.25 m处适宜塔干柽柳生长.

为研究干旱区淡水湖泊人工、天然芦苇湿地土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱-气相色谱法,于2015年1月-12月对博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O通量进行全年观测.结果表明,人工芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O排放通量变化范同分别为:10.1-588.4mg m-2h-1、2.9-82.4μg m-2 h-1和1.32-29.7μg m-2h-1,天然芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O排放通量变化范围分别为10.3-469.6rng m-2h-1、3.1-64.8μg m-2 h-1和1.9-14.3μg m-2 h-1.人工和天然芦苇湿地夏季土壤CO2排放通量均明显高于其他季节,而土壤CH4和N2O排放通量较大值多集中在春末夏初.全年观测期间,人工芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O排放通量高于天然芦苇湿地(P＞0.05);温度是影响人工、天然芦苇湿地土壤CO2和N2O排放通量的关键因素,近地面温度和5cm土壤温度与CO2和N2O排放通量呈现极显著的正相关关系(P＜0.01).土壤CH4排放通量是温度和水分二者共同影响的,由近地表温度、5cm土壤温度和土壤含水量共同拟合的方程可以分别解释人工、天然芦苇湿地土壤CH4排放通量的71％、74.5％;土壤有机碳、pH、盐分、NH4+-N、NO3--N也是人工、天然芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O排放通量的影响因素;人工和天然芦苇湿地土壤均是CO2、CH4和N2O的“源”.基于100年尺度,由3种温室气体计算全球增温潜势得出,人工芦苇湿地全球增温潜势大于天然芦苇湿地(15150.18kg/hm2＞ 12484.21 kg/hm2).

以博斯腾湖流域为研究对象,利用MODIS的MCD12Q2和LST产品、GHCN_CAMS气温观测/再分析资料与气象数据,采取趋势分析与相关性分析法探求了博斯腾湖流域2001-2014年植被物候的时空变化及其影响因素的相对作用,对博斯腾湖流域植被物候分区不同的驱动区域.结果表明:①在研究期内,整个研究区植被物候始期在第76-168天,末期在第172-295天;物候始期自南向北逐渐推迟、而末期逐渐提前,物候的空间分布特征与该区海拔高度的分布保持了较好的一致性;②2001-2014年植被始期和末期有明显提前趋势(提前3-6d),主要分布在流域的盆地和平原绿洲区,表示研究区植被物候受到人类活动的影响.③植被物候始期与末期变化受气候因子驱动影响的区域占比分别为57.10％和51.30％,主要分布在黄水沟流域,清水河流域,孔雀河流域,大尤路都斯盆地和小尤路都斯盆地周围地区;而非气候因子占42.90％和48.70％,主要位于博斯腾湖周围绿洲和库尔勒绿洲等地势较低的区域.④由植被生长季物候与降水、气温的偏相关性关系和复相关性关系可以得出,多年物候始期和末期与气温有关;而且随海拔升高,气温的敏感幅度越高.博斯腾湖流域植被物候的时空变化不仅是受气候变化的影响,还主要受人类活动和海拔高度差异等影响因素的共同作用.

人类开发活动导致湖泊生态功能严重退化,研究湖泊生态水位对于维持湖泊生态系统健康意义重大.针对博斯腾湖化学需氧量(COD)浓度较高的水环境现状,分析博斯腾湖水位和COD浓度关系,研究提出基于水质管理目标的生态水位,以期为博斯腾湖水资源、水环境管理提供参考.结果表明,博斯腾湖水位与水体COD浓度显著负相关,但由于COD浓度空间差异较大以及影响因素不唯一,水位与COD浓度两者之间曲线估计结果不理想.为实现博斯腾湖COD浓度小于20 mg/L的水质管理目标,引入累计水位概念进行统计分析得到两个特征水位:所有COD浓度大于等于20 mg/L的数据对应水位的平均值为1046.02 m,该水位在历史丰水期水位的频率为60.83％,可作为最小生态水位;所有COD浓度小于等于20 mg/L的数据对应水位的平均值为1046.4 m,该水位在历史丰水期水位的频率为44.70％,可作为适宜生态水位.适宜生态水位1046.4 m与已有研究成果基本相符,博斯腾湖在1046.4 m时既有利于水质管理,也可保障湖泊整体生态系统健康.

新疆是我国西部生态环境问题比较突出的区域,开展生态状况调查评估、及时掌握生态质量状况及其变化特征是环境保护的一个研究重点.以遥感数据为基础,根据构建垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI)的思想,改变土壤基线所经过的原点,提出表征土壤湿度的垂直湿度指数(Perpendicular Moisture Index,PMI).基于代表绿度的垂直植被指数(Perpendicular Vegetation Index,PVI)、代表湿度的垂直湿度指数PMI和代表热度的地表温度(Land Surface Temperature,LST),利用空间几何原理创建了植被-湿度-温度生态指数(Vegetation-Moisture-Temperature Ecological Index,VMTEI).利用MODIS数据计算了新疆2000-2018年的VMTEI,并进行趋势分析.结果 表明:VMTEI集成了植被、湿度和热度的信息,能很好地反映新疆生态质量的空间分布和时间变化趋势.新疆生态质量状况总体空间分布格局变化不大,与植被分布特征比较一致,呈现出纬向伸展的变化,不同生态系统VMTEI均值差异明显,湿地生态系统生态质量状态最好,VMTEI均值为0.43左右,其次为森林生态系统;最差的是荒漠生态系统,VMTEI仅为0.28.近20年来,新疆生态状况总体上得到改善,其中,生态状况明显改善的区域占2.332％,主要集中在塔里木河干流、伊犁河、额敏河和天山北坡绿洲经济带,以农田、聚落生态系统为主,主要原因为三北防护林建设、风沙治理、城市绿地面积增加造成的生态质量状况改善;生态状况严重退化的区域占0.430％,主要集中在塔克拉玛干沙漠外围、博斯腾湖、艾比湖以及零星分布于新疆的不同地区,以湿地生态系统为主,主要由于人为因素和气候变化造成平原湖泊以及部分水库的生态退化.

探讨土地利用变化及其对生态服务功能价值影响,是促进流域生态环境保护和资源合理配置的重要理论依据和决策支持.采用改进的生态系统服务价值评估、热点分析等方法探究了博斯腾湖流域1995-2018年土地利用变化与生态系统服务价值时空(ESV)演变.结果表明:(1)流域旱地、建设用地面积持续增加;荒漠、草甸、湿地、水域、灌木面积呈现波动增长趋势;裸地、草原、冰川积雪、阔叶、针叶面积呈现波动下降趋势.(2)流域23年间ESV呈减小—增大—减小—增大的波动增大趋势,调节服务和支持服务构成流域ESV主体.水域、草甸和草原是流域ESV变化主要的贡献因子和敏感因子,其中水域和草甸为正向贡献因子;草原为负向贡献因子.(3)流域ESV总体空间分布呈"北偏高,南偏低",唯一高值集聚区(博斯腾湖)点缀在低值区的格局,ESV南北空间差异明显;研究区年平均湿地和水域面积之和仅占总面积的3.61％,主导着整个流域生态系统服务价值的变化,是流域环境保护和生态建设的重心.(4)流域生态系统服务价值热点区域变化不大,冷点区域面积大且呈缩减趋势.流域北部的ESV空间演变较为显著,其原因是荒漠和裸地、草原和草甸等自然生态系统转换频繁.研究区南部的绿洲区的扩张使得局部冷点区转为次冷点区.

研究生物多样性对季节的响应对于维持生态系统稳定、保护生物多样性、解析群落构建机制具有重要意义.本文以博斯腾湖湖滨湿地为研究对象,探究不同季节植物群落的物种多样性与功能多样性的变化规律.结果显示:(1)物种多样性指数随季节变化没有显著改变;功能多样性指数中,功能丰富度由春季到夏季逐渐减小,功能离散度逐渐增大;不同季节的功能均匀度差异性不显著;(2)植物功能性状在不同季节间差异显著;春季叶绿素含量显著低于夏季;夏季比叶面积和叶干物质含量显著高于秋季;叶片含水量和厚度由春季到秋季呈递增趋势;(3)影响Pielou指数和功能丰富度的主要环境因子分别为土壤铵态氮和速效磷;影响Shannon-Wie-ner指数、Simpson指数和功能均匀度的主要环境因子为土壤有机质;影响功能离散度的主要环境因子为土壤含水量;(4)影响最大株高的主要环境因子为土壤pH值;影响叶干物质含量的主要环境因子为土壤速效钾;影响叶片厚度和比叶面积的主要环境因子为土壤总磷;而影响叶片含水量的主要环境因子为土壤硝态氮;叶绿素含量与土壤因子无显著相关关系.

湖滨湿地植物叶片功能性状和叶片生态化学计量特征的分析对掌握植物的生长速率及植物对土壤养分的吸收和利用效率具有重要意义.为探讨不同水盐环境对植物功能性状及其生态化学计量特征的影响,该研究以博斯腾湖西岸湖滨带湿地为研究区,以该地区优势植物及土壤环境因子为研究对象,阐明该地区植物适应环境的策略.设置18个样地进行植物多样性的调查,共调查到植物24种,其中灌木8种,草本16种.采用冗余分析法对植物叶片功能性状与土壤环境因子间的关系进行分析,通过分析植物功能性状在不同水盐环境下的变化特征及其对植物功能性状的影响,发现:随着水盐含量的增加,不同植物叶片功能性状变化较大,其中叶绿素含量(SPAD)、叶片厚度(LT)和比叶面积(SLA)在低水低盐环境下最大;叶片含水量(LWC)、叶干物质含量(LDMC)和叶干质量(LDM)在中水中盐、高水高盐环境下较大;植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比变化较大,C:N范围为9.35-26.51,C:P的范围为50.13-228.95,N:P的范围为2.31-11.99,其中C:P的变化范围最大;叶片C含量与LT、LDMC、LDM均显著正相关,叶片N含量与SPAD、LT显著正相关,叶片P含量与LWC显著正相关,C:N、C:P均与LDMC显著正相关,而N:P与叶片功能性状指标均不相关,SLA与叶片生态化学计量特征均不相关;对环境因子与优势植物叶片功能性状的相关性分析发现,影响种间植物功能性状的环境因子不同且各有差异.