本文以新疆天山西部伊犁河流域优势树种雪岭云杉为对象,采用树轮指数(TRI)和生长变化百分率(GC)的方法研究不同海拔(1800、2300和2800 m)雪岭云杉的衰退特征,分析不同海拔雪岭云杉生长对干旱事件的响应差异,揭示该地区海拔对树木生长衰退的影响.结果表明:低海拔(1800 m)雪岭云杉呈现多次衰退,但树轮指数法和生长变化百分率法判定的衰退时间存在差异.树轮指数表明,低海拔雪岭云杉在1927-1933、2007-2014年期间出现了 2次的持续大规模衰退;生长变化百分率表明,低海拔雪岭云杉在1891-1893、1924-1926、1973-1975、2004-2009年期间出现了 4次生长衰退.上一年生长季帕尔默干旱指数(PDSI)显著影响不同海拔雪岭云杉径向生长.随着海拔上升,当年生长季PDSI对雪岭云杉径向生长的作用呈现先显著增强再减弱的趋势.在极端干旱年份(1917年),雪岭云杉生长衰退程度随海拔增加呈现增强趋势,低海拔处(1800 m)树轮指数为0.65,比平均水平低35％,而中(2300 m)、高(2800 m)海拔则分别为0.56和0.54,显著低于平均水平40％.1917年的干旱事件对不同海拔雪岭云杉生长均存在2年的遗产效应,1920年树轮指数达到0.9以上,接近正常水平.海拔因素对干旱导致的森林衰退具有重要影响,分布在水热条件相对较差的低海拔处的树木生长更易受到干旱事件的抑制作用,进而引发了次数多、规模大的衰退事件.但在面对极端干旱时,水热条件较好的中、高海拔处的树木也会出现更大程度的衰退事件.

猪毛菜属(Salsola)是新疆干旱区分布最为丰富的被子植物属之一,是盐碱和荒漠区的先锋种和建群种,对西北干旱区植被恢复与建设具有巨大生态价值.基于新疆自然分布的 33 种猪毛菜属物种共 741 个分布数据,整合利用点格局法和物种分布模型法构建了物种丰富度(SR)、加权特有性指数(WE)和校正加权特有性指数(CWE)的分布格局.选取环境能量、水分可获得性、气候季节性、生境异质性、土壤条件和历史气候变化共 6 类 19 种生态因子,利用地理加权回归模型(GWR)探究了环境异质性对猪毛菜属物种丰富度的影响.结果显示:(1)基于现实点位模型和物种分布模型构建的物种丰富度具有一致性,均呈北高南低、西高东低的破碎化分布趋势,但物种分布模型的结果在空间上比点格局法更连续,物种丰富度的高值区主要分布于准噶尔盆地南缘、准噶尔西部山地、天山西端和天山南脉南缘;(2)加权特有性指数和校正加权特有性指数的分布格局与物种丰富度分布格局具有一定差异,其最大值集中分布于准噶尔盆地南缘、伊犁河谷和塔里木盆地西南缘;(3)GWR模型结果表明,海拔变幅、土壤酸碱度和最干月降水量是制约新疆分布的猪毛菜属丰富度和特有性分布的最重要因素.

随着极端气候事件频率和强度的增加,植被物候正在发生深刻的变化.然而,植被枯黄期(EGS)对极端气候的响应机制目前尚未厘清,特别是对于干旱半干旱地区的草地而言.因此,聚焦我国温带草地,基于1982—2015年全球监测与模型研究工作组归一化植被指数(GIMMS NDVI3g)长时间序列数据提取草地物候参数,并分析其时空变化规律;运用随机森林模型等方法探究温带草地EGS对极端气候变化的响应特征.结果表明:(1)全区多年平均EGS主要发生于270—290儒略日(DOY),59.8％的区域呈延迟趋势,其中显著延迟(P<0.05)的区域分布在新疆天山、阿尔泰山一带和准噶尔盆地西部、黄土高原北部、呼伦贝尔高原的西部和东北小兴安岭.(2)EGS与极端气温暖极值(日最低气温的最大值、日最高气温的最大值、暖夜日数、暖昼日数)之间均以广泛的正相关关系为主;相比之下,极端降水事件与EGS之间的关系相对比较复杂,这与各草地类型自身的生理策略和所处环境密切相关.(3)整体而言,持续干旱日数、气温日较差和暖夜日数对全域草地EGS动态变化具有极大的重要性.就不同草地类型而言,温带草甸草原主要受到气温日较差的影响,温带山地草甸和温带沼泽化草甸EGS变化主要受日最高气温的最大值的影响,日最低气温的最大值和暖夜日数分别对温带草丛和温带荒漠草原的影响最大;持续湿润日数和持续干旱日数则分别对生长在水分限制地区的温带盐生草甸和温带典型草原的EGS产生强烈作用.

探明生态系统水源涵养服务格局演变对中国生态系统水源涵养保护和管理具有重要意义.采用水量平衡模型,探明1990-2018年中国生态系统水源涵养分布特征,从全国、分区和栅格3个尺度揭示中国水源涵养演变规律.结果表明:(1)中国生态系统水源涵养时空异质性显著,整体南高北低、东高西低.不同植被水源涵养服务差异显著,以常绿阔叶林最高,草地最低.(2)中国水源涵养服务随高程升高呈阶梯式下降,随坡度变化因坡度梯度而不同,平坡区随坡度升高而升高,缓坡一陡坡区随坡度升高而降低.(3)中国多年平均水源涵养量为1.54× 1012 m3/a,以热带-亚热带季风区为主导,约占总量的77.9％.水源涵养服务演变全国尺度显著下降,分区尺度仅温带大陆气候区显著下降.(4)栅格尺度仅16.0％栅格变化显著,主要为极显著降低和显著降低,约占栅格总数的7.61％和5.30％,主要分布于藏东南、云贵高原西部、冀东北、浑善达克沙地、天山东麓和台湾省等地,它们是中国水源涵养保护与建设的重点区域.

目的 掌握昌吉地区啮齿类动物种类组成、区系分布及其宿主作用.方法 采用鼠夹、鼠笼、挖洞和人工捕获,种类鉴定、文献分析相结合的方法.结果 昌吉地区啮齿类动物现已知8科25属35种;2市5县均有分布,动物地理区别均属西部荒漠区、天山山地亚区;其中灰旱獭为昌吉市、玛纳斯县、呼图壁县山区鼠疫自然疫源地的主要储存宿主;同时也是森林脑炎病毒的保菌宿主.结论 种类和区系分布调查为昌吉地区自然疫源性疾病的预防控制提供了科学依据.

明确区域尺度上外来入侵植物的潜在分布格局及入侵风险区对入侵种的预防和控制具有重要意义.以国家重点管理外来人侵物种黄花刺茄(Solanum rostratum Dunal)为研究对象,以其扩散蔓延的新疆地区为研究区域,基于生物气候、土壤、地形等60个自然环境因子和人类活动强度因子,应用MaxEnt模型和ArcGIS空间分析技术分别构建了现代气候情景及人类活动干扰下的黄花刺茄适宜生境预测模型,分析探讨了人类活动及自然环境因子对黄花刺茄空间分布的影响.结果表明:人类活动干扰下的训练集和测试集的AUC值均大于无人类活动干扰的AUC值,无人类活动干扰下黄花刺茄在新疆的总适生面积为327784.36 km2,人类活动干扰下总适生面积为445619.96 km2;阿勒泰地区北部、塔城中部和南部、博州中部和东部、伊犁州中部、克州西部、五家渠市、阜康市、玛纳斯县、呼图壁县为高危入侵风险区;影响黄花刺茄潜在分布的主导变量为年降雨量、人类活动强度、海拔、下层土沙含量、降雨量的季节性变化和年平均温,黄花刺茄在新疆的扩散与人类活动强度呈正相关;黄花刺茄在新疆的分布未达到饱和且处于逐步扩散态势,呈现以昌吉州和乌鲁木齐市为中心,向天山以北和新疆以西的区域辐射状扩散.

近40年来,中国快速经济发展引发较为严重的大气污染,PM2.5是一种重要的空气污染物,掌握其时空分布规律是对其进行防治的重要前提.基于遥感反演出的PM2.5浓度数据集,研究了中国2000-2015年PM2.5浓度的时空分布特征,并基于界定的1376个城镇城区及对应乡村的边界分析了每年PM2.5浓度值的城乡差异,用线性趋势分析法计算城镇PM2.5浓度的年际变化速率及显著性.结果 表明,研究期内,PM2.5浓度高于35 μg/m3的面积比例由18.58％增加至32.03％,低于15 μg/m3的面积从43.92％减少到25.12％.PM2.5污染最严重的地区分布在塔里木盆地、河北南部、河南北部和山东西部.从2000年到2015年,中国绝大多数城镇PM25浓度显著增加,尤其是在东北平原、太行山以东的河北省西南部、燕山以南的北京天津及河北唐山、鲁中南山地丘陵及周围平原地区、华北平原江苏省北部.PM2.5城乡差异在河北省、山西省两条东北-西南向S形条带区域、浙江省-福建省条带及天山北部绿洲区域较大.研究对PM2.5高浓度区域、PM2.5浓度增长较快区域以及城区PM2.5浓度对乡村影响较大区域进行图示,为中国进一步控制雾霾污染提供一定科学依据.

谱系多样性(PD,Phylogenetic diversity)因包含植物之间的谱系关系和进化历史信息,被广泛用于植物多样性分布格局的研究中.现有研究表明PD变化受到古气候和现代气候等因素的影响,但结果并不统一且忽略了土壤养分对PD变化的影响.基于此,以新疆草地为研究对象,通过对全疆8个区域(阿尔泰山、准噶尔西部山地、准噶尔荒漠、天山北坡、伊犁河谷、天山南坡、塔里木盆地和昆仑山)中310个样地PD的调查,综合分析了古气候、现代气候、土壤养分、草地和土壤类型对PD的影响.结果 显示:(1)样地是影响新疆草地PD变化的最主要因素,其次分别为草地和土壤类型,三者合计解释了新疆草地PD总变异的46.07％-78.80％.其中,PD最高值出现在塔里木盆地、低平地草甸和寒漠土,而最低值则出现在准噶尔荒漠、温性荒漠和风沙土;(2)PD也受到末次冰期以来降水变化(MAPano,Precipitation anomaly since the Last Glacial Maximum)、年均温度(MAT,Mean annual temperature)、季节性降水(PS,Precipitation seasonality)和土壤碳氮比(C∶N,Ratio of soil organic carbon to total nitrogen)单独和交互作用的影响.随MAPano增加,PD在新疆草地总体、准噶尔西部山地、伊犁河谷和昆仑山中呈先增加后降低的单峰型变化趋势.随MAT增加,PD在新疆草地总体中呈先降低后增加的“U”型变化趋势,在准噶尔荒漠则呈线性降低的趋势、而在伊犁河谷和昆仑山呈单峰型变化趋势.沿PS梯度,PD在新疆草地总体、阿尔泰山和伊犁河谷均呈现单峰型变化趋势,而在昆仑山则表现为负相关关系.C∶N仅对北疆部分地区PD有显著影响且呈“U”型变化趋势;(3)与之前新疆草地中物种丰富度变化特征相比,由于群落中物种亲缘关系的变化,PD与环境因子之间关系与物种丰富度呈相反或不同的变化趋势.表明以物种间亲缘关系为视角,不仅有助于我们深入理解植物多样性与环境因子之间的关系,也对未来多样性的保护有重要参考意义.

[目的]研究黑角负泥虫在我国的潜在地理分布及其入侵风险程度.[方法]运用适生性分析软件CLIMEX 4.0对黑角负泥虫在我国的潜在地理分布进行模拟,将模拟结果在地理信息系统软件ArcGIS 10.2下进行插值分析,并绘制黑角负泥虫的潜在地理分布示意图.[结果]黑角负泥虫高度适生区主要集中在我国的华北平原、黄土高原南部及云贵高原北部;中度适生区主要集中在华北平原北部、黄土高原北部及东北平原地区;低度适生区则多分布在中高度适生区的过渡区域及我国新疆天山南北两侧地区.限制黑角负泥虫在我国分布的主要胁迫因素为干胁迫和冷胁迫,且其影响的区域主要分布在我国的西北和东北地区.[结论]黑角负泥虫在我国潜在地理分布范围广,适生程度高.目前,黑角负泥虫已经传播到我国的新疆和内蒙古等省(自治区),但由于地理隔离的存在和自身较弱的扩散条件,并没有传入气候适宜度较高的东部地区.随着东西部经济交流的不断增多,黑角负泥虫随人为因素进一步扩散的可能性将不断增加.因此,建议检疫部门做好检疫工作,严防黑角负泥虫的传播扩散.

雪岭云杉林是新疆天山山脉重要的水源涵养林,精确估算雪岭云杉林生物量及准确表征空间格局特征对其生态系统的生物生产力和生态服务功能的评估具有重要作用.结合Landsat 8 OLI遥感数据和66块天山雪岭云杉林样地调查数据,选择包括各波段灰度值、不同波段灰度值之间的线性和非线性组合(包括5种植被指数)以及环境因子在内的42个自变量,分别采用多元逐步回归分析法、偏最小二乘法和主成分分析法建立天山雪岭云杉林生物量估测模型.结果 表明:多元逐步回归法采用3个自变量所建模型平均拟合精度为69.07％,绝对误差为64.50 t/hm2,平均相对误差为10.89％,样地生物量实测值与预测值相关系数为0.465;偏最小二乘回归法采用11个自变量所建模型平均拟合精度为74.36％,绝对误差为144.94 t/hm2,平均相对误差为28.78％,相关系数为0.717;主成分分析方法提取3个主成分,所建模型平均拟合精度为71.22％,相关系数为0.730;因此偏最小二乘法要优于主成分分析法和多元逐步回归法.天山雪岭云杉林生物量随经纬度的增加而降低,整体呈现西部高,中东部低的趋势;随海拔的升高呈“单峰”型变化;样地生物量主要分布在山脊位置,随坡度的增加呈先降低后升高,然后再下降的趋势;随着阴坡-阳坡的坡向变化,样地生物量逐渐降低.