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金沙官方/草学院本科生在国际期刊发表关于新疆干旱区绿洲植被与气候耦合关系的研究成果

“天山南北好牧场,戈壁沙滩变良田”。和田河位于天山南侧,发源于青藏高原北部边缘昆仑山冰川,南北纵横贯穿塔克拉玛干大沙漠,是塔里木河主要源流之一。和田河上游是我国重要生态保护屏障区,降水少、蒸发大,是典型的内陆极端干旱区。昆仑山融雪发源的众河倾泻流进塔克拉玛干沙漠腹地,在上游山前发育形成多个冲积扇,形似河口三角洲,构成了独特的沙海绿洲景观。这些沙漠绿洲具有水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性保护等生态功能,研究区域的绿洲中开垦了大面积农田和牧场。


过去几十年间,和田河上游绿洲的农田、草地和荒漠如何消长变化?生态系统结构与功能如何耦合?通过大学生创新训练项目“新疆和田河上游景观动态与下垫面关键水热因子关系研究”(S202110022170),草业与草原学院多名本科生利用长时间序列卫星遥感观测数据,在生态气候学植被—气候反馈作用框架下,探究了该地景观格局与区域下垫面水热因子的时空动态变化及其关系。近日,该项研究成果以《中国新疆和田河荒漠绿洲景观改变植被与气候耦合关系》(The Landscape Altered the Interaction between Vegetation and Climate in the Desert Oasis of Hotan River Basin, Xinjiang, China)为题,发表于SCI刊物Ecological Modelling 。


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论文研究区域、原理示意图与主要结果


课题组采集了1993至2019年间多期Landsat系列卫星在夏季拍摄的影像数据,对和田河上游植被与气候关键因子进行遥感反演,包括植被指数、地表反照率、地表温度和蒸散发率,分别反映植被质量、下垫面水热环境。利用研究区多年土地利用覆被数据,计算了景观指数斑块密度、蔓延度和分形维数,量化生态系统空间格局的破碎化、连接性和复杂度等不同维度。


研究结果显示,在20世纪90年代至2019年,研究区域内农田增加了17%,灌丛草地等自然植被面积也随之增加,荒漠面积总体上以平均每10年约1.4%的速率缩减,2015年后城镇面积加速扩张。农田给区域气候带来冷湿化的环境效应,2011年之后区域暖干化趋势有所转向朝暖湿化发展。由于人为管理干预,农田在发生干旱年份后较自然生态系统有更强的恢复力。农田斑块密度和蔓延度最高、分形维数最低,反映了农田以高效管理和生产为目的,在分割地块、建设灌溉和输运通路中对绿洲景观产生破碎化和增加连接度的特点,与自然景观中以异速生长资源分配模式形成的高分形维数特征相反,人工植被的景观复杂度相对更低。统计结果证实了这一区域景观格局破碎化和连接性增强会促进区域水热因子之间发生解耦,景观分形维数对水热因子耦合增强则具有促进作用。由于农田景观受种植、灌溉等人为活动控制更强,下垫面水热耦合关系被弱化,天然植被水热因子耦合互作关系更紧密。


上述研究为通过优化农林草地景观调控改造区域干旱区绿洲气候条件提供了新的观测证据和思路,为统筹山水林田湖草沙系统治理、推进人与自然和谐共生目标提供了科学支撑。课题积累的监测数据和技术方案有助于干旱区开展以水定绿和近自然生态修复,维护区域生态系统的稳定与可持续发展。


论文作者包括草学院2019级本科生蔡一萌、吐地·依米提和2021级本科生吴佳昕,草学院李周园为该研究的指导教师和论文通讯作者,杨秀春教授和董世魁教授参与了课题的指导。该研究受到新疆科考项目、青藏科考项目和国家自然基金青年项目共同资助。


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2024.110687