基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005-2020年0-100 cm 土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素.研究结果表明,2005-2020年0-100 cm 土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m2)＞阜康站(4.20 kg/m2)＞策勒站(2.96 kg/m2).0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm 土层的 SOC 分别约占 0-100 cm 土层储量的 27.3％—35.3％、23.1％—24.6％和15.8％—17.5％.在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量.总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0-40 cm 土层的SOC储量呈负相关关系.在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0-40 cm 土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0-60 cm 土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40-100 cm 土层的SOC储量呈负相关关系.总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量.不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量.

胡杨作为我国西北干旱区重要的树种资源,对气候环境变化较为敏感,然而西北干旱区近期出现"暖湿化"现象,将对胡杨生长及发展态势带来何种影响尚未明确.本研究以塔里木盆地南缘策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林为对象,利用树木年轮技术手段,采集年轮材料,分析了该地区胡杨在1984-2021年间的径向生长对主要气候要素及其变化的响应.结果表明:胡杨年轮宽度指数与当年2月、5月和上一年9月温度呈显著负相关,而与当年3月、5月和上一年9月降水量呈显著正相关,与当年2月、5月标准化降水蒸散指数(SPEI)具有显著正相关关系.年轮宽度指数与组合月份气候要素的关系更为明显.滑动相关分析表明,年轮宽度指数与生长季温度的相关性整体趋于增强,而与降水量、SPEI之间的相关性整体趋于下降或保持平稳.与单月气候要素相比,组合月份气候要素与年轮宽度指数之间相关性的动态变化趋势更为明显.当前区域暖湿化特征有利于策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林的生长发展及其生态防护功能的提升.

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET0)是生态水文过程中的关键因子,研究ET0在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义.以宁夏沿黄绿洲为例,基于 1960-2019 年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET0,利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60a的ET0演变特征及其归因进行研究.结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET0年内呈单峰形态,ET0在5-7月间较高,累积ET0占年总ET0的43.6%;近60a的ET0年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P＜0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在 1988 年突变之前,ET0无显著变化趋势,而突变之后则以每 10a左右的周期显著增加或降低.(2)年ET0主要以 20-40 a和 50-60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET0规律,而冬、春季振荡幅度较弱.(3)虽然ET0与 6 种气象因子均存在显著相关性,但ET0对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为 11.58%和 8.40%.(4)宁夏沿黄绿洲ET0与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET0上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET0突变的原因.

[目的]前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义.[方法]以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力.[结果](1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,P、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,'中亚沙棘'、'新棘5号'、'新棘1号'和山杏次之,而'新棘4号'、'新棘3号'、文冠果和'新棘2号'较弱.[结论]Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植.

基于整体保护与系统治理思维识别西北干旱区国土空间生态修复优先区,是筑牢国家生态安全屏障、推进国土空间生态文明建设的重要举措.本研究以典型西北干旱区城市——张掖市为例,采用生态服务功能重要性、电路理论、生态敏感性及生态退化评估等方法从生态网络内部缺陷和外部威胁两方面构建"生态网络-生态敏感性-生态退化"研究框架,识别西北干旱区国土空间生态修复优先区,并提出修复策略.结果表明:张掖市生态修复优先区集中在生态脆弱且人类活动干扰强烈的河流沿岸人工防护林带及平原-荒漠-绿洲过渡带.研究区生态网络包括39个生态源地和99条生态廊道,高度敏感区和退化区面积分别为1595.40和6.65 km2.基于生态网络内部缺陷和外部威胁识别国土空间生态修复优先区31个生态夹点、7个障碍点及753.56 km2生态源地,这些区域向内关乎生态网络的连通,向外维持着生态系统稳定,是未来着重修复的区域.本研究遵循国土空间整体保护、系统修复理念,提出了综合生态网络内部缺陷和外部威胁的国土空间生态修复思路,可为张掖市生态系统综合管理及国土空间优化提供科学基础和决策依据.

在城市的喧嚣中,口袋广场作为独特的"绿洲",为市民提供了休憩与亲近自然的场所.而植物景观作为口袋广场的核心要素,其艺术设计不仅关乎口袋广场的生态效益,更直接影响着口袋广场的文化氛围与艺术品质.通过巧妙运用植物的色彩、形态与季相变化,可以营造出富有层次感和动态美的植物景观,使口袋广场成为市民心目中的艺术空间.因此,在当前的城市口袋广场规划中,植物景观的艺术设计愈发受到重视,成为了提升城市品质与生态价值的关键环节.

加强生态网络建设是改善城市生态环境和保护生物多样性的重要举措.以宁夏灵武市为例,基于遥感及社会经济数据,采用形态学空间格局分析法、Linkage Mapper以及改进的重力模型方法,分析了生态网络与社会经济景观"双网"格局及相互关系.结果表明:2000-2020年,灵武市的土地利用/覆被发生了剧烈变化,沙地、草地面积锐减,林地、建设用地面积增加,工业区快速扩张;"双网"在连通性和稳定性方面均有所提升.人类活动密集区分布于城市区、绿洲农业区以及宁东能源工业区,生态源地及生态廊道主要分布于自然保护区中部,部分延伸到其他功能区;交通廊道呈现在农业区和宁东能源工业区密集分布、在两区之间贯通的"H"型格局,"双网"均以各自功能区空间为核心且存在交织分布;"双网"呈现从冲突走向协同发展的态势,空间上存在明显分区及交互情况,农业区和宁东能源工业区的生态均存在初期破坏、后期改善的情况.今后,需加强生态保护与社会经济发展的相互协调,可通过生态源地与廊道质量提升、生态节点建设与生态干扰点修复等组合措施提升生态质量.

基于2000、2010和2018年3期Landsat遥感影像,借助建设用地扩张年增量和年增长率,明确了干旱区绿洲城市乌鲁木齐城市建设用地扩张强度和速度,并分析了飞地式、边缘式和填充式三种扩张模式特征及其带来的热力环境影响.研究结果能为绿洲城市未来土地利用结构优化和生态效益提高,预防土地利用冲突的发生,促进区域和谐稳定、建设人与自然和谐共生提供例证和科学支撑.结果表明:(1)2000-2018年间城市建设用地面积持续地增长,其扩张速度呈先增后减趋势,城市扩张方向主要是东北、南和西南;(2)2000-2018年城市扩张模式是以填充式和飞地式为主,18a间三种扩张模式均是以草地和耕地转入为主;(3)在建设用地扩张背景下,2000-2018年热力场环境分布与建设用地在空间上具有一致性,热力现象在此期间局部有所下降但总体呈上升趋势.

防护林是干旱沙区绿洲的生态屏障,能够有效防治风沙灾害.单木作为构成防护林的基础单元,其结构特征是影响防护效益的关键因素.本研究以乌兰布和沙漠绿洲无叶期典型树种新疆杨、箭杆杨、小美旱杨为研究对象,借助地面激光雷达,通过计算机数值模拟,在建立单木真实三维模型的基础上,充分探究单木结构及其周围空气动力学特征,并建立单木结构参数与风场指标间的关系.结果表明:结合AdQSM与MeshLab构建树木模型的方法精度高.单木周围风场大致分为6个区域,包括植株迎风面的衰减区、植株顶端的加速区、植株背风面的涡旋区、平静区、过渡区、恢复区.单木周围压力场呈现迎风面压力大、背风面压力小的梯度变化.水平方向上,在相对风速降低20％-50％的范围内,新疆杨、箭杆杨、小美旱杨的有效防护距离分别为0.21H-1.51H、0.20H-0.91H、0.25H-1.64H(H为对应树高),对应的有效防护面积分别为18-294、15～227、18～261 m2.垂直方向上,新疆杨和小美旱杨在0.3H高度处的风速衰减率最大,箭杆杨则体现在0.5H高度.综合单木结构参数与风场指标相关性和逐步回归分析,明确透光疏透度和体积孔隙度对防护效应的影响占主导地位.风场指标中,基于胸径、树木表面积、透光疏透度建立的透风系数回归模型最优;各等级有效防护距离和有效防护面积中,筛选的回归变量不尽相同.

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25％增加到40％以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70％,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7％,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2％,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4％,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50％,总碳储量与1996年相比微降1.2％,土壤碳库重新趋于稳定.其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应.