中国科学院阜康荒漠生态系统观测试验站

依托单位：新疆生物土壤沙漠研究所。地理位置及区域代表性：（１）该站研究对象地处欧亚大陆腹地,是世界上距海洋最远的一个极其独特的干旱内陆荒漠区。区内荒漠－绿洲生态系统在我国干旱区具有典型的代表性,在研究范围内有高山冰川和森林、草原,有广阔的荒漠和古老的绿洲,是开展荒漠绿洲生态系统综合研究的理想基地。（２）沙漠边缘农牧交错区是进行沙漠地区持续农业发展模式研究的理想区域。（３）新疆荒漠区生产潜力大,面临着大规模开发前景。主要研究方向与内容：主要研究方向：研究荒漠－绿洲生态系统的结构、功能、演变规律和有…     

山地-绿洲-荒漠系统耦合关系研究的新进展

依托西部干旱区自然地理背景，提出了山地-绿洲-荒漠系统（MODS）耦合关系的概念及原理，分析了典型MODS的时空特征与动态变化，以及三者之间的物质循环、能量转化和信息传递的过程，阐述了MODS相互作用及协调共生机制。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架，水文特征决定耦合类型的空间格局，植被类型反映耦合类型的外貌，土壤状况制约耦合类型的功能，人为活动影响耦合类型的演变过程。MODS界面过程与水分、土壤、空气等介质密切相关，而水是自然界物质循环和能量转化以及信息传递的主要媒介。以水为核心的水盐、水热以及水土关系的紊乱，制约了水域生态系统的稳定性。     

新疆阜康绿洲生态系统生物量遥感估算分析

利用阜康绿洲地区2003年8月野外实测53个样方的生物量干重数据和同期的陆地卫星MODIS的1通道,2通道250m遥感图像数据,分析了植被指数NDVI与绿洲植被生物量的相关关系,进而建立该遥感植被指数与绿洲生物量的一元线性和非线性回归模型,并对不同回归模型进行分析比较.研究表明:植被指数NDVI与绿洲生态系统植被生物量之间存在较好的相关性;所建遥感植被指数与绿洲植被生物量的回归模型中,三次方程得到的非线性回归模型(y=-5 593.3NDVI3 7 509.7NDVI2-1 268.9NDVI 191),是最适合用于监测阜康绿洲生态系统植被生物量的监测;利用该模型进行反演同年4月～9月研究区的生物量,并分析得出阜康绿洲生态系统内不同植被生物量在同一时期的空间分布特征;阜康绿洲生态系统内不同植被生物量在不同时期生物量的独特时空分布特征.     

中国典型沙漠区主要优势植被的稳定修复途径与可持续经营技术

通过对中国典型沙漠区(塔里木盆地、准噶尔盆地、科尔沁沙地、浑善达克沙地)主要优势植被的系统研究和综合分析,揭示了优势植被的逆境适应特征和稳定修复途径,提出了植被可持续管理技术。研究结果表明:(1)植物根系与地下潜水或土壤毛管水保持连通。保持合理的生态用水和维持稳定的地下水位对于区域优势木本植物的修复和保育具有重要意义。(2)地下水、融雪、降雨形成的浅层土壤水是梭梭的主要水源。充分利用好降水季节变化和梭梭更新的自然规律,形成科学合理的种植技术措施,对梭梭的修复和保育具有重要意义。(3)封育保护对于沙漠(地)优势植被的稳定恢复具有十分重要的作用。该研究将为干旱区荒漠-绿洲过渡带优势植被修复和优化管理提供科学依据和技术支撑。     

绿洲区土地利用对地下水影响的数值模拟分析

绿洲荒漠化的根本原因是水土资源利用不平衡的矛盾引起的，定量化的研究二者的互相作用将有助于绿洲区荒漠化防治模式的建立和该区水土资源的持续利用。文章针对民勤绿洲区水土资源利用的现状，把GIS与专业计算地下水流的FEFLOW软件结合，利用AreNiew GIS处理区域土地利用变化的空间数据与所建立的区域地下水流动的模型相联系，模拟了绿洲区土地利用对地下水位的影响。结果表明，本文所建立的定量化评价方法能很好的模拟土地利用对区域地下水位变化的作用，如保持民勤绿洲内水土资源利用的现状模式，则民勤绿洲内部的地下水埋深呈进一步下降的趋势，这将导致绿洲荒漠化问题进一步加剧。     

黄河上游荒漠绿洲生态系统服务对三生用地变化的响应——以银川市为例

【目的】探究荒漠绿洲三生用地变化及其生态效应,可为黄河流域生态保护和高质量发展提供决策参考。【方法】本文以1990—2020年黄河上游荒漠绿洲区——银川市为例,提出了生态系统服务价值（ESV）当量因子的系数修订方法,建立了银川市与全国ESV当量因子的系数关系,分析了ESV对三生用地时空变化的响应特征。【结果】结果表明：①生态用地在银川市三生用地中比例最高,但研究时段内有所降低,由1990年的69.49%下降为2020年的57.68%,同期,生产用地稳中有增,由28.54%提升为32.52%,生活用地扩张迅速,由2.37%提升为9.81%;生活用地动态度变化剧烈,生产用地与生态用地动态度渐趋平缓。②1990—2020年ESV总量增加了38423.65万元,生态用地质量提升对ESV的增加效应大于生产用地和生活用地扩张导致的ESV降低效应;结构上,调节服务对ESV的贡献最大且持续提升,比例从1990年的82.29%增为2020年的83.76%,其他服务比例均有所降低。③城市扩张、能源基地建设、移民迁入等因素是导致ESV下降的重要原因,导致城区、宁东能源基地和重点移民迁入区ESV降低;生态建设是ESV的提升主因,白芨滩自然保护区、黄河生态带核心区以及贺兰山东麓葡萄长廊等区域的ESV增加明显。【结论】今后发展中,需要提升生活用地和生产用地的效率以降低其扩张速率,以降低挤占生态用地的压力,同时,需要持续改善生态用地质量,以促进荒漠绿洲生态系统健康可持续发展。     

地下水-农田生态系统关键过程综合试验模拟装置（禹城地下水农田模拟装置）

黄河下游引黄灌区是我国重要的粮食保障基地。该地区当前面临严重的缺水和水资源分配不足问题,从而导致地下水位快速下降。由此对未来农业及生态环境的影响存在诸多未知和不确定性,已成为当前农田生态系统研究的热点。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院禹城综合试验站(以下简称"禹城站")/山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站2016—2020年建成了16个地下水位可调控的封底样地群构成的地下水-农田生态系统关键过程综合试验模拟装置(以下简称"禹城GAS")。禹城GAS集成了大型封底样地子系统、地下水位自动调控子系统、土壤温度-湿度-盐分监测子系统、土壤水采集子系统、根系生长监测子系统、地下水水量-水质动态监测子系统、关键带动态监测子系统、农田生态系统水碳氮交互作用研究子系统、近地面无人机作物长势-多光谱监测子系统等9个子系统;通过多方法定位监测、多要素分层解析、多尺度立体监测组成的综合监测体系,禹城GAS可支撑开展地下水动态变化情景下农田生态系统碳氮水养分循环、粮食安全、生态安全和环境安全相关的基础试验研究和国际前沿探索。     

浅水湖泊物理-生态过程模拟平台（湖泊模拟平台）

湖泊是我国地表水资源库和山水林田湖草生命共同体的重要组成。湖泊生态系统相对封闭,结构与功能较为清晰,生物与环境相互作用紧密,是开展生态学理论与实践研究的优良场地。湖泊生态学研究的主要方法有野外观测、受控实验及数值模拟。而浅水湖泊环境容量小,湖泊生态系统对环境变化敏感。比如,风浪等物理过程能显著引起湖泊沉积物悬浮和内源营养盐释放,影响上覆水光环境,进而影响浮游植物生长乃至整个湖泊生态系统结构与功能。受制于野外受控实验系统的条件限制,目前我国湖沼学实验大多停留在数立方米体积的水池试验和条件较难控制的湖体中试,大尺度受控模拟试验装置缺乏,重要湖沼学过程和关键条件参数获取困难。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院太湖湖泊生态系统研究站在我国第三大淡水湖——太湖建成了浅水湖泊物理-生态过程模拟平台,以高仿真湖泊物理模型实验平台为核心,配套大型生态实验平台与数值模拟平台,可以开展波浪、湖流、河道脉冲式输入等湖泊物理过程影响下的湖体污染物迁移转化过程、生物生理与生态系统响应过程,以及水体鱼类、高等水生植物、浮游藻类、底栖生物等生态系统模拟试验。利用模拟平台开展了重要水体生态过程研究、工程技术参数确定,极大增加了野外站受控实验能力和数值模型参数精度,提升了支撑国家生态修复与管理需求、国际湖沼学理论前沿探索的能力。     

焉耆盆地库鲁克绿洲扩展时空格局动态分析

绿洲是西部干旱区人类生存发展的基础,绿洲的形成、发展和演变一直是干旱区生态与地理研究的核心内容.本研究以位于新疆焉耆盆地库鲁克塔格山北麓、博斯腾湖南畔的库鲁克绿洲为案例,利用4期1973年～2005年期间的遥感影像数据,在斑块水平和景观水平上完整回溯了库鲁克绿洲早期形成、发展和演变的时空格局动态过程.通过空间分析表明,库鲁克绿洲发展演变过程和格局呈现出景观镶嵌斑块的"散布、扩展和融合"循环往复的节律性动态过程特征,不同斑块的规模由子斑块扩散速率、边缘扩展、斑块边界接触和融合过程决定.斑块镶嵌格局的时空节律变化导致了聚集斑块的等级镶嵌结构和动态格局.研究结果可为今后干旱区绿洲形成、发展和演变过程的时空动态预测模拟、管理规划与环境保护等提供了基本理论依据.     

焉耆盆地绿洲灌区生态安全下的地下水埋深合理界定

在西北干旱地区,地下水埋深与生态环境的关系十分密切。焉耆盆地是新疆重要的绿洲农业区,但该区生态环境脆弱,生态环境对地下水的依赖作用十分显著,同时该区又担负着向塔里木河下游输水的重任,如何实现该地区地下资源可持续开发模式,是一个急需探讨的现实问题。本文基于大量的野外调查和综合分析的基础上,通过对焉耆盆地的地下水埋深与土壤盐碱化、植被生长与潜水蒸发的相互关系的研究,从确保绿洲灌区生态安全角度提出了地下水生态埋深的概念,并阐述了其内涵,确定绿洲灌区适宜生态埋深为3.0～4.0m,即适合林地生长的适宜深度与极限潜水蒸发深度的区间。地下水生态埋深的确定,对于估算生态用水、防治土地盐渍化和沙漠化提供了科学依据,也为焉耆盆地地下水合理开采与水盐调控提供理论支撑。     

中国北方沙区水量平衡自动模拟监测系统（沙坡头蒸渗仪群）

水量平衡始终是我国北方沙区植被建设所面临的核心科学问题,决定着植被-土壤系统的可持续性和稳定性。蒸发渗漏仪(以下简称"蒸渗仪")是研究水量平衡的最可靠手段,但其目前存在研究站点单一、系统不匹配、精度不一致等问题,从而制约了沙区生态水文学研究的理论创新。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院沙坡头沙漠研究试验站于2019年建成了目前规模最大的中国北方沙区水量平衡自动模拟监测系统——沙坡头蒸渗仪群。该平台以36台大型称重式蒸渗仪为主体,集成了降水和地下水模拟、根系动态测量和土壤溶液提取等系统,配置了不同生物气候带沙区的土壤和典型固沙灌木,开发了数据管理信息系统。该平台可模拟降水和地下水,连续精确监测土壤水动态、蒸散发、植物生长等过程,实现不同生物气候带沙区水量平衡的自动监测-模拟-量化-集成研究,是科学认知、客观解析沙区植被-土壤系统生态水文互馈机制,探索植物固沙模式及沙区生态恢复与重建理论的重要研究平台。该平台显著提升了我国野外站的科学研究能力和解决国家重大科技需求的能力。     

祁连山草地植被NDVI变化及其对气温降水的旬响应特征

本文利用SPOT VGT-NDVI数据和旬气温、降水数据,分析了祁连山草地植被NDVI时空变化趋势及其 对气温、降水的旬响应特征。结果表明：①1999年-2007年祁连山草地植被NDVI呈缓慢增加趋势。典型草原和平 原草地植被年均NDVI和生长季NDVI增加速率高于高寒草甸草地和沙漠草地。祁连山草地植被NDVI增加和减少 的面积分别为6 9776km²和1 5928km²,植被NDVI增加的区域分布在冷龙岭、拉脊山、大通山、达坂山、青海南山、走 廊南山、托来山、托来南山等地区,减少的区域分布在乌鞘岭、大通河、石羊河、黑河、北大河、疏勒河等河流河谷以 及青海湖周边地区;②祁连山草地植被NDVI年内月和旬变化曲线均呈单峰型;③祁连山地区气温变化对草地植被 NDVI的影响强于降水,气温、降水与草地植被NDVI的最大相关性滞后期都为2旬左右。春季和秋季NDVI对气温 和降水响应的滞后期较短,而夏季响应滞后期较长;④气温是影响典型草原生长的主要因素,夏季降水是影响植被 生长期内植被生长的重要因子。温度是高寒草甸草地生长的限制因子,而降水量则是沙漠草地、平原草地的生长 限制因子。     

渭干河-库车河三角洲绿洲形成演变和可持续发展研究

多年以来渭干河-库车河三角洲绿洲经历了古绿洲、旧绿洲、新绿洲的变迁,本文利用统计及图文对比方法分析了渭干河-库车河三角洲绿洲的形成、分布及其在时空分布的演变过程,并进一步探讨了渭干河-库车河三角洲绿洲演变的原因,指出20世纪以前绿洲的演变主要由风沙活跃、盐碱化加重、气候变化及河流改道等自然因素形成,而20世纪以后的绿洲沙漠化和环境退化则主要由人类不合理利用水土及植被资源、人口数量增加等活动引起.为防止本区现有绿洲进一步沙漠化导致环境退化,文中提出以保护天然绿洲为前提,以改土培肥为基础,以水利建设为中心,以控制人口增长、提高人口素质为根本,对渭干河-库车河三角洲绿洲一带的可持续发展进行了研究及分析.     

基于粗糙集与灰色理论的额济纳绿洲稳定性综合评价

争取绿洲向稳定、有序化方向发展是干旱区人类生存和发展所追求的基础目标。本研究以额济纳绿洲为研究对象,将绿洲系统分为自然资源环境子系统、社会经济子系统及自然灾害子系统,应用粗糙集与灰色理论,建立绿洲稳定性评价指标体系,对1990年-2008年的绿洲稳定性做了综合评价,结果发现：①研究时段内,影响额济纳绿洲稳定性的最重要的3个指标依次为地下水水位埋深、年降水量与狼心山径流量;②研究时段内,若以理论划分2004年为界,1990年-2004年绿洲稳定性呈明显的波动趋势,2005年-2008年绿洲稳定性呈平稳略上升趋势;若以黑河分水2000年为界,1990年-2000年绿洲稳定性指数值呈递减趋势,2001年-2008年却呈明显增加趋势;③绿洲稳定性是一个多因素综合体,单个指标的好坏只能在某方面影响绿洲的稳定性。     

长期生态学研究引领中国沙区的生态重建与恢复

长期生态学研究揭示了干旱沙区土壤水循环的植被调控机理,解决了降水小于200 mm沙区植被建设的关键技术,提出了生态恢复的技术体系及其应用模式;引领了荒漠生物土壤结皮的研究,探明了人工植被稳定性维持的机理,拓展了荒漠系统生态恢复的生态水文学理论基础,推动了干旱逆境生理生态学的研究,在国内外产生了重要影响,为我国风沙危害治理和沙区生态重建与恢复提供了基础理论和技术支撑。     

鄂尔多斯沙漠高原湖淖群的形成演化及生态功能探讨

湖淖群是鄂尔多斯沙漠高原的重要组成部分，有维持湖滨的植物群落生长、缓和湖泊流域的气候变化、维持生物多样性等作用，具有重要的生态功能。本文从湖淖的形成和补给来源出发，分析了湖淖的特点。从新构造运动、气候变化和人类活动等方面研究了区内湖淖群的演化。研究表明，近年来受气候干旱和人类活动的影响，区内地下水位下降，湖淖补给量减小，是湖淖水域萎缩、生态功能减退的主要原因。这为进一步研究鄂尔多斯高原湖淖群的作用及保护生态环境提供了科学依据。     

河西走廊绿洲生态建设和农业发展的若干思考与建议

绿洲化是干旱区绿洲时空演变的外在表现,区域水资源承载力是制约绿洲农业与干旱区生态保护的关键。河西走廊既是我国东联西出的重要通道,也是区域发展的重要载体;既是我国西北重要的生态屏障,又是西北地区典型灌溉农业区。经过70多年的建设,河西走廊在社会进步、交通条件、生态建设和农业发展等方面取得了非常显著的成就,但水资源越来越成为制约区域可持续发展的因子。文章在分析河西走廊绿洲生态建设和农业发展存在问题的基础上,提出应以水量确定绿洲规模,并将20%—30%的水资源作为生态用水。建议在目前的水资源供给条件下,合理配置水土资源,提升绿洲质量、控制绿洲规模;适当建立低耗水的荒漠河岸植被带和环沙漠边缘的雨养防沙体系;加强荒漠植被原真性和完整性保护,尽量减少对荒漠植被的干扰,以保护河西走廊生态屏障的安全稳定和绿洲农业可持续发展。