国内外发展节水农业经验及其对西北干旱区的启示

发展节水农业是西北干旱区农村可持续发展的重大问题,系统总结国内外已有节水农业的经验,对西北干旱区发展节水农业具有借鉴意义。在概括总结国内外节水农业经验的基础上,提出了已有经验对构建西北干旱区节水农业模式的启示。充分利用雨水资源,发展雨养农业;调整农业产业结构,提高农业水资源的利用率;建立综合节水农业技术体系,加速节水农业技术创新;建立节水农业长效机制,促进农业可持续发展;重视水资源的再生利用,开辟新水源。     

新疆干旱区季节性积雪中黑碳气溶胶研究

利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）遥感数据与2018年1月野外实测的28个雪样,综合分析新疆干旱区季节性积雪中黑碳气溶胶浓度（BC）分布特征与气溶胶光学厚度（AOD）等.利用HYSPLIT-4后向轨迹模式获取釆样点逐日的后向轨迹,分析BC的可能传输路径.结果表明：①北疆地区积雪覆盖率从11月份到次年1月份逐渐增加,冬季积雪覆盖率可达到97.5%,冬季AOD平均值为0.173,高值出现在天山北坡经济带区域与东部区域（0.2~0.35）,低值区域主要在阿勒泰地区（0.06~0.1）.②表层积雪的BC浓度范围为44.08~1949.9ng/g,平均值为536.71ng/g,BC浓度分布特征为：天山北坡经济带BC浓度（913.24ng/g） > 艾比湖东南部区域（816.56ng/g） > 艾比湖北部区域（421.94ng/g） > 艾比湖西部区域（407.97ng/g） > 克拉玛依区域（162.28ng/g） > 古尔班通古特沙漠区域（124.89ng/g） > 阿勒泰地区（98.51ng/g）.随着海拔升高积雪中BC浓度有微弱上升,相关系数R²为0.03,随着纬度增加积雪中BC浓度均呈下降趋势,R²为0.255.③艾比湖流域后向轨迹中以博乐-精河-艾比湖向东北方向输送路径为主,对采样点的BC浓度影响较大;天山北坡经济带区域主要以精河-石河子-乌鲁木齐的天山北坡城市群向东北输送路径为主,局地污染较为严重;阿勒泰地区的后向轨迹以俄罗斯南部-哈萨克斯坦北部-东哈萨克斯坦输送路径为主,局地污染贡献较少;克拉玛依区域主要来自哈萨克斯坦东部和西部向东方向的输送,局地污染不明显;沙漠区域主要以西南方向输送路径为主.     

新疆艾比湖湿地开发及环境效益分析

以新疆典型湖泊湿地艾比湖为主要研究区,并与东部洪泽湖、中部鄱阳湖和西部青海湖在生态系统服务功能、生态经济价值等方面进行了比较。由于气候、资源特点不同,各个湖泊湿地的开发方式和开发力度不同,使湖泊湿地的环境效益不同,产生了一系列生态环境问题,由此提出了湖泊湿地的开发利用建议。     

中亚水热资源匹配特征及敏感性分析

从水热积指数出发,基于1931—2019年Climatic Research Unit（CRU）再分析资料,运用多时序分析方法,从多时间尺度分析中亚水热资源匹配空间特征和时序变化,并进行敏感归因探究。结果表明：（1）空间上中亚水热匹配条件存在相对优劣,优势区多分布于高纬及高山高原地带,水热资源匹配较差区域分布于南部沙漠。优势区多和同期降水高值区、潜在蒸散低值区和气温低值区重合,年际水热积指数变化不明显或呈弱下降趋势;较差区域多为同期潜在蒸散和气温高值区,降水低值区,水热积指数降低且年际变幅较大。（2）中亚水热资源匹配年内存在季节差异,春秋较好、冬季次之、夏季较差;在年际尺度上,1931—1974年,水热匹配条件呈现上升趋势;1974—2000年左右,水热匹配条件波动上升;2000—2019年,水热匹配条件下降,且在1971—1980年、1981—1990年、1990—2000年发生匹配条件突变。春夏秋季水热匹配变化趋势同年际趋势大致相同,冬季波动幅度较小。（3）在春、夏及年尺度上,主导敏感性因子为平均气温因子,在秋冬两季为降水因子;在高纬、高原高山区,水热积指数变化敏感性气候因子多为降水因子;中亚南部水热积指数变化对降水敏感性减弱,平均气温敏感性增加,且北部平均气温敏感性系数绝对值略低于南部;高山高原区域对极端温度变化较为敏感。     

干旱区云凝结核分布及其影响因子的观测研究

利用DMT CCN仪对宁夏盐池、银川地区地面及高空的云凝结核(CCN)进行实时连续观测.大量资料分析结果表明, CCN日变化明显,受人为因素影响,清晨和傍晚出现高值.夜晚温度与CCN浓度呈正相关,白天相反;强降水对CCN具有一定冲刷作用;沙尘气溶胶没有有效增加盐池地区的CCN浓度.与华北地区比较,银川、盐池地区CCN浓度偏低.此外,研究表明,过饱和度越高,活化CCN浓度越大.根据N=CSK拟合活化谱,银川属于典型大陆性核谱.由于云内清除作用,高空CCN浓度下降明显,但逆温层的存在使得该区CCN浓度累积增加.     

盐池柳杨堡人工封育区植被特征研究

封育措施是一种主要的草场恢复和重建的措施。在宁夏自治区盐池县人工封育区采用样方调查法对不同封育年限和不同封育措施下封育区植被的群落结构和生物量进行调查分析。结果表明：封育可以提高生物多样性,使群落的组成趋于稳定。但是长期封育并不利于植被恢复,边缘区和外围区分别在封育后的第五年和第四年生物多样性指数达到最大,边缘区的丰富度指数（R1）和综合多样性指数D、H分别为22、2.26、6.18,外围区的分别达到13、1.67、3.24,然后逐年减小。在不同封育措施下,生物多样性指数核心区最大,说明封育是有效的植被恢复措施。植被盖度和生物量都是外围区最大,说明对草场进行适当的利用是有利于植被恢复的。带状翻耕对植被的恢复作用并不明显,建议进行适当的放牧或刈割。     

干旱区不同种植年限苜蓿人工草地土壤CO2排放的主要影响因素

采用静态箱-气象色谱法对干旱区不同种植年限苜蓿人工草地土壤系统、土壤-植被系统的CO2排放通量进行了测定,并对土壤 CO2排放通量的主要影响因素,包括土壤碳氮质量分数、土壤温度、气温、土壤水分体积分数、生物量进行了测定分析,从而得到了苜蓿生长季内CO2排放通量规律及影响土壤CO2排放的主要因素。结果表明：观测期内各个年限土壤-植被系统与土壤系统的CO2排放趋势基本一致,总体表现为4a〉5a〉8a〉3a〉1a,表现出“夏季高秋季低”的季节变化规律,具有明显的季节变化动态,各样地CO2通量在7月中旬达到最高排放通量;土壤CO2排放通量与0~20 cm土层内土壤有机碳质量分数、活性有机碳质量分数、土壤C：N及土壤全N质量分数都具有正相关关系,并且都达到了显著水平;土壤CO2排放通量与5 cm土壤温度和大气温度都有正相关关系,并且显著水平很高（P＜0.001）;土壤CO2排放通量与0~10 cm土壤水分体积分数之间没有显著的相关性（P〉0.05）;土壤CO2排放通量与地上部分生物量的大小有直接的正相关关系,并且CO2排放通量与地上生物量具有相同的变化趋势。     

塔里木河干流土地利用/覆被变化对土壤有机碳储量的影响

结合遥感影像数据与野外实测数据,对塔里木河干流2000～2010年土地利用/覆被变化及其土壤有机碳含量分布、储量等进行了分析.结果表明：2000～2010年,塔里木河干流区土地利用/覆被面积和结构均发生了变化.其中,耕地、居工用地和灌丛地呈增加趋势,且耕地与灌丛地增幅最为明显,林地、草地、水体和裸地呈减少态势且林地减少幅度最大.在林地、草地、灌丛地和裸地中,除了灌丛地之外,与2000年相比2010年林地、草地和裸地土壤中储存的有机碳量减少,且2010年储存在四种类型土地中的有机碳总量少于2000年的.10年来土地利用/覆被类型的转换导致塔里木河干流地区0～100cm土壤有机碳储量发生改变,其中土壤有机碳储量下降了的转换类型有林-灌、林-草、林-裸、草-灌、草-裸和灌-裸,相反的转换则使土壤有机碳储量增加.     

西北干旱区柴窝堡湖干涸湖底粉尘潜在扩散特征

运用HYSPLIT模型,结合美国环境预报中心(NCEP)和大气研究中心(NCAR)2000~2013年的再分析气象资料,对柴窝堡盆地粉尘潜在扩散的时间和空间特征进行了研究.结果表明:柴窝堡湖干涸湖底粉尘潜在扩散范围具有明显的季节分异.春季粉尘潜在扩散范围和密度最大,覆盖我国大部分地区,最远可达朝鲜半岛部分地区,其次是秋季,夏季粉尘潜在扩散以1000m为界表明出明显的高度差异,冬季粉尘潜在扩散范围和密度均是最小的.随高度增加,不同季节气流可能携带粉尘密度均呈降低趋势.受地形影响,粉尘潜在扩散有两个主要通道,100m以下主要向西南方向扩散,而100m以上主要向东南方向扩散.柴窝堡盆地干涸湖底大量的粉尘在气流携带下可以长时间远距离输送,在近源区沉降,严重影响乌鲁木齐及其周边地区,并可能加速天山山区的雪冰消融.     

营养盐与盐双重胁迫下水体中浮游细菌的响应

为阐释干旱地区内陆湖泊微生物群落对营养盐和盐双重胁迫的响应机制,针对干旱、半干旱地区许多湖泊水体受咸化与富营养化双重影响的特点,通过454高通量测序16S rRNA基因和多元统计分析,研究水体营养盐和盐的添加对细菌群落结构、多样性变化的影响. 结果表明,盐与营养盐的输入引起了水体中细菌群落组成和多样性的显著变化, 具体表现为:①随着盐度(以w计)的升高,α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)的相对丰度显著增加,从对照处理的16.0%±4.6%增至SO(贫营养-盐水)处理的39.8%±18.1%;但会受到水体营养水平的制约. ②富营养水平下,微咸条件(盐度为1.5‰)有利于细菌类群丰富度的增加,BE-30(微咸-富营养处理培养30 d样品)的Shannon-Wiener多样性指数(4.62)显著高于FE-30(淡水-富营养处理培养30 d样品,2.08)和SE-30(高盐-富营养处理培养30 d样品,1.69);③高盐(盐度为3.0‰)条件下,随着水体中营养盐含量的增加,喜营养的嗜盐细菌类群大量繁殖(SE-30中无法分类的Comamonadaceae科的相对丰度达到69.3%),因而降低了水体中细菌群落的多样性. 研究显示,α-变形菌纲和无法分类的Comamonadaceae科对盐与营养盐的变化较为敏感,可作为干旱区湖泊咸化和富营养化过程的参考类群.