天山北坡玛纳斯河流域人工排渠-尾闾湿地演变的生态环境效应研究

在干旱区流域绿洲形成与发展过程中，普遍存在土壤次生盐渍化和不断改进的盐渍化治理过程，这导致在绿洲下游与临近荒漠区广泛形成人工排渠-尾闾湿地景观，但其产生的生态效应还不清楚，限制了全面认识人工绿洲生态环境变化过程。本项目拟以天山北坡玛纳斯河流域为研究区，分析其下游人工排渠-尾闾湿地形成与演变及其生态环境效应，包括利用绿洲下游航片和Landsat MSS、TM/ETM及SPOT影像数据，基于图论网络分析和景观连通性模型分析近50年人工排渠-尾闾湿地形成与演变的过程与格局；采用缓冲区分析、空间地统计模型、GIS相关性分析和群落多样性测度等方法，研究人工排渠-尾闾湿地演变对廊道效应、土壤性状、土地利用和物种多样性的影响；利用改进的Biome-BGC模型阐明人工排渠-尾闾湿地演变对区域碳、水循环的影响，探讨其微观生态环境效应。本项目将深化干旱区生态环境变化研究，对绿洲农业可持续发展具有重要科学意义。

在干旱区流域绿洲形成与发展过程中，大规模水土开发改变了水资源的时空分布，形成了蓬勃发展的绿洲农业，同时不完善的灌排体系导致流域下游农田地下水位显著上升，引发了广泛的土壤次生盐渍化现象。在不断改进的盐渍化治理过程中，在绿洲下游与临近荒漠区广泛形成人工排渠-尾闾湿地景观，但其产生的生态效应还不清楚。本项目选择天山北坡玛纳斯河流域为研究区，分析其下游人工排渠-尾闾湿地形成与演变及其生态环境效应。研究结果显示：1.玛纳斯河流域生态系统服务总价值由1976年的17362.2 ×106元下降到2008年的16975.0×106元，32年间共减少387.2×106元，主要是由草地大量减少所致；2.研究区土地利用程度稳定上升，生态安全指数由5.009上升到5.063，土地利用总体处于发展时期，玛纳斯河流域生态安全状况整体有所好转；3.采用Bookkeeping模型计算土地利用类型转换对区域碳净变化的影响显示，1962-2008年间土地覆被变化导致土壤碳储量增加5.65×106 t，植被碳储量增加0.35×106 t，总碳储量增加6.0×106 t。玛纳斯河流域碳收支与土地覆被类型变化密切相关，特别是荒漠草地和未利用地转变为耕地导致的碳吸收占研究区碳净变化量比例较高，土地覆被变化对玛纳斯河流域中下游碳收支具有支配性作用；4.基于Biome-BGC模型模拟1962-2008年间玛纳斯河流域绿洲NPP由0.98×106 t增加到3.58×106 t，46年间NPP净增2.6×106 t。情景模拟显示，气候条件不变、农业管理措施影响下的绿洲NPP变化量占自然状况下NPP净增总量的40.63%，结果表明灌溉和施肥是引起玛纳斯河流域绿洲NPP变化的主要原因。本项目将深化干旱区生态环境变化研究，对认识干旱区绿洲生态环境变化与人类活动的相互作用机制具有重要科学意义，对绿洲农业可持续发展具有重要现实意义，将促进干旱区生态环境变化研究，并推动绿洲生态学的发展。