Digital regionalization of geomorphology in Xinjiang

National Natural Science Foundation of China [40871177]; Project of State Key Lab of Resources and Environmental Information System [088RA304SA]; CAS Knowledge Innovation Project

A methodology of characterizing status and trend of land changes in oases: A case study of Sangong River watershed, Xinjiang, China

National Natural Science Foundation of China [40471134]; program of Lights of the West China by the Chinese Academy of Science

Alteration mineral mapping using masking and Crosta technique for mineral exploration in mid-vegetated areas: a case study in Areletuobie, Xinjiang (China)

Thematic Mapper (TM) and Enhanced Thematic Mapper (ETM)+ data have been successfully employed in the field of mineral exploration to identify key minerals over arid and semi-arid terrains. However, redundant vegetation and cloud may seriously interfere with the discrimination of the minerals with diagnostic features. Therefore, in this study, we use masking technique to eliminate the negative influence of vegetation and cloud and Crosta technique to identify the diagnostic features of hydroxyl-minerals, carbonate-minerals and iron oxides. Then the anomalies were endowed with special colours and overlapped with the remote-sensing and geochemical data, overlaying images as remote-sensing anomalies. The mineral exploration work was carried through by synthetic analysis of the remote-sensing images, geochemical data and structures. Finally, areas with high correlation between the occurrence of hydrothermal alteration and presence of main faults and geochemical anomalies were considered as mineral exploration targets worthy of further detailed exploration programmes.

Studies on terrestrial interface processes in arid areas, China

In the present paper, we have elucidated the importance of energy and water cycling in arid areas to investigate global climate and local economics. Then, we were concerned with the physical arguments as how to stratify the soil, and the stability of the numerical scheme in the mathematical model for predicting temperature variation and water motion. Furthermore, we discuss the methods to estimate evaporation in arid areas. Numerical simulation of energy and water cycling at the Acsu Observatory, CAS, Xinjiang province and Shapuotou Observatory, CAS, Ningxia Province are conducted as case studies. The results show that the laws of terrestrial processes are rather typical in these arid areas. Planting drought-endurable trees can alleviate unfavourable conditions to a certain extent. (C) 1997 Academic Press Limited.

Origin of Chinese ancient glasses;study on the earliest Chinese ancient glasses

The earliest Chinese ancient glasses before the West Han Dynasty (200 BC) from different regions are studied. The glass samples were unearthed from Hunan, Hubei, Yunnan, Sichuan, Guizhou, Guangdong and Xinjiang of China. The chemical composition of these glasses samples is analyzed by proton induced X-ray emission (PIXE) technique, energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) method and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). It is shown that the glass chemical compositions belong to barium-lead silicate BaO-PbO-SiO2, potash soda lime silicate K2O (Na2O)-CaO-SiO2 (K2O/Na2O > 1), soda potash lime silicate Na2O (K2O)-CaO-SiO2 (K2O/Na2O < 1) and potash silicate K2O-SiO2 glass systems, respectively. The origins of the earliest Chinese ancient glasses are discussed from the archaeological and historical points of view. These four types of Chinese ancient glasses were all made in Chinese territory using local raw materials. The glass preparation technology was related to the Chinese ancient bronze metallurgy and proto-porcelain glaze technology. The glass technology relationship between the East and the West is analyzed at the same time.

几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析

利用质子激发X射线荧光（PIXE）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及激光拉曼光谱（LRS）技术对几个来自中国新疆、俄罗斯、加拿大和新西兰等地的软玉样品的进行了岩石矿物学特征分析,从成分组成和微观织构方面比较了各地软玉的不同特征.实验结果显示了软玉作为透闪石质玉石,随着Fe2O3含量的增加,逐步向阳起石过渡.中国和田玉以其特有的毛毡状纤维交织结构,形成了均匀细腻、油脂光泽的表面特征.无破损成分分析方法为研究贵重的古玉样品提供了技术支持.

新疆（吐鲁番）若干重要遗址植物考古学研究

植物考古学（Archaeobotany）是植物学与考古学的交叉生长点，主要借助植物学的研究理念和方法来研究与先民相生相伴的植物遗存，探讨古代先民的生活方式，解释人类文明的发展过程。新疆的许多重要遗址处于环境干燥的荒漠戈壁地区。大量植物遗存在特殊的气候环境中保存完好，为我们考证当地先民对植物的认识和利用历程提供了宝贵的材料。 本研究对对吐鲁番洋海墓地以及和田山普拉墓地出土的部份植物遗存进行了细致深入的研究。研究内容主要如下： 1）对吐鲁番洋海墓地出土的2300年前的葡萄藤进行了解剖学验证，并证明了该葡萄藤应属于栽培葡萄（Vitis vinifera L.）。研究结果改写了农学及史学界传统认为我国葡萄栽培始于张骞出使西域之后的说法，并将我国最早栽培葡萄的时间向前提了200年左右。 2）对吐鲁番洋海墓地出土的大量刺山柑（Capparis spinosa L.）种子进行了形态学及解剖学研究。刺山柑种子与大麻果实、小枝条及破碎的叶片贮存于陶罐中，二者均有药用价值。根据物以类聚的原则，我们认为2800年前的古洋海人已经认识并利用刺山柑的药用价值。这是在我国，也是中亚地区东部首次发现的刺山柑植物遗存。 3）新疆洛甫山普拉墓地有三串薏苡总苞制成的项链出土。我们对出土的薏苡遗存进行了形态学研究，发现其来自于薏苡的原变种（Coix lacryma-jobi var. lacryma-jobi L.）。上述现象说明，古代山普拉先民已经认识并使用薏苡的装饰价值。并且，当地的薏苡文化可能伴随佛教文化从印度传入中国。 我们对上述重要遗址中的植物遗存进行了精细研究，并从植物学的角度证明了新疆自古就是东西方文明的交汇点，为考古学及历史学研究提供了佐证;充分认识了古代先民对植物的认识和利用方式，发扬了我国源远流长的民族文化;积极发挥植物学研究的优势，充份利用了植物形态学，解剖学及分类学的理念和方法来研究植物遗存，推动了我国植物考古学的发展。

新疆天山中段北坡地区现代孢粉学研究

新疆中部地区位于西北内陆干旱一半干旱区，是欧亚大陆的地理中心，是中纬度内陆干旱区代表性区域，也是全球变化敏感区域之一，基本特点是气候干旱、水资源匮乏、植被稀少、荒漠广布，生态系统脆弱。在研究区域内，天山山脉海拔高度差异5 000 m左右，随海拔梯度下降依次出现高山冰雪带、高山亚高山草甸带、森林带、草原带、荒漠带、沙漠带等明显完整的植被垂直带，是开展现代孢粉学和植被变化研究的理想地点。本报告在立足于该区前人工作的基础上，从表土花粉、空气花粉和现代植被之间的关系入手开展现代孢粉学研究，探讨了花粉与植被的关系。 在研究区内，选择新疆阜康市和吉木萨尔县为研究地点，设计了一条从天山博格达峰附近雪线开始直至古尔班通古特沙漠长约100 km、宽约20 km的样带。沿样带，从高山座垫植被和草甸带开始，经过中海拔地带的云杉林，置到低海拔的荒漠，在山地海拔每下降20～100 m采集一个表土花粉样品，平原每间隔10～20 km采集一个表土花粉样品，同时做现代植被调查，共采集80个表土花粉样品和调查了86个现代植被样方;在天山乌鲁木齐河河源区的大西沟，从一号冰川前缘开始，沿山谷向下直到谷口，按海拔100 m间隔采集了14个表土样品，对表土花粉与植被之间的关系进行了探讨。为了弄清空气花粉传播、散布与气象因子和植被的关系，沿样带从高山到沙漠分别在天池气象站、中国科学院阜康荒漠生态系统定位研究站和北沙窝草炭试验地设置了三个风标式空气花粉收集器，从2001年7月至2002年7月连续收集空气花粉雨，收集了跨2个年度1周年的1 14个空气花粉样品，依据分析结果研究了空气花粉的传播和散布规律以及与表土花粉和植被之间的关系，这在新疆地区乃至全国尚属首次。 根据表土花粉分析结果和现代植被样方资料的分析以及天山中段主要植物种类沿海拔高度的分布特征，天山中段北坡垂直植被带谱为：高山座垫植被(>3 400 m)、高山亚高山草甸(3 400-2 700 m)、山地云杉林(2 700-1 720 m)、森林草原过渡带(1 720-1 300 m)、蒿类荒漠(1 300-700 m)和典型荒漠(<700 m)。表土花粉谱基本上反映了相同海拔高度的现代植被带，特别是在云杉林带，表土中雪岭云杉(Picea schrenkiana)花粉占优势;在蒿类荒漠植被带表土中蒿属（Artemisia）植物花粉非常丰富;在典型荒漠植被带的表土中藜科(Chenopodiaceae)植物花粉占绝对优势，因此可依据这些建群种植物花粉含量峰值的位置划分植物群落。 空气花粉样品分析结果表明：空气中花粉主要是现生植物当年生长产出的花粉，盛花期的花粉数量能较好地反映当地的植被状况。空气中的乔木植物花粉主要有云杉(Picea)，其次是柳属（Salix）;灌木草本植物花粉主要是藜科和蒿属，其次是菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、柽柳科(Tamaricaceae)和麻黄属(Ephedra);空气中的花粉数量与植物的花期相对应，云杉等乔木植物盛花期在夏季5月末至7月初，灌木草本植物盛花期在夏秋季节。气温、降水、风速和风向等气象条件对空气中花粉数量有很大影响，其中风速和风向影响最大。从空气花粉和表土花粉的分析结果与现生植被对比，新疆中部地区的山谷上升气流是导致花粉“爬坡”现象的主要动力，在一定条件下，上升气流搬运花粉的数量和能力是十分可观的。 空气中的花粉是现生植物当年生长产出的花粉，表土中的花粉是多年花粉落地沉积的积累，植物盖度大，该植物的花粉在空气中和表土中数量相对就大。在新疆中部地区，空气花粉能反映当地和附近周边方圆约50 km的植被状况，其花粉组合特征与表土花粉和当地现生植被分布的对比研究，可以较好地寻找花粉与植被的关系。本研究报告的研究成果不仅为新疆地区的孢粉学研究增添新的内容，而且将有助于合理解释新疆地层中、尤其是第四纪以来的地层孢粉，较客观地恢复过去的植被景观，同时可为本地区的大气环境检测提供有重要价值的参考资料。

全球气候变化条件下新疆天山云杉林生长的分析与模拟

气候变化对人类赖以生存的陆地生态系统尤其是森林会产生很大的影响。本论文选择新疆天山东部的伊吾、中部的天池和小渠子、西部的昭苏四个代表性样点，利用BIOME-BGC模型和树木年轮分析方法探讨1961 ~ 2000年间气候变化和大气CO2浓度增高对天山北坡地带性植被天山云杉林（Picea schrenkiana）生长的影响，并利用BIOME-BGC模型预测未来气候变化条件下天山云杉林生产力的可能变化。 利用BIOME-BGC模型模拟了当前气候和CO2浓度条件下四个研究样点净初级生产力（NPP）特征。比较BIOME-BGC模型模拟值与实测NPP、树木年轮指数，结果表明该模型适用于天山北坡天山云杉林的模拟研究。 以BIOME-BGC模型模拟的NPP和树木年轮宽度指数作为生长指标，分析了天山云杉林过去40年的生长特点和趋势。结果表明近40年来天山云杉林生长总体上呈现上升趋势，尤其是自1987年以后，变化幅度更大。天山云杉林的生长对气候变化的反应很敏感，年降水量与当年的NPP呈现显著正相关关系（R=0.774 ~ 0.882，P < 0.001）。年降水量与树木年轮宽度指数也呈现出相似的相关关系，但相关系数相对较小（0.305 ~ 0.544），其中只有昭苏和小渠子样点达到显著水平。在昭苏和伊吾，年平均温度与对应年份的NPP相关关系微弱，相关系数仅分别为0.036和0.159。而天山中部的小渠子和天池年平均温度与对应年份的NPP呈显著负相关关系（相关系数分别为-0.324和-0.322;P <0.05）,这可能是由于温度的升高加剧水分胁迫，导致NPP下降。年平均温度与树木年轮宽度指数的相关关系与NPP的基本一致。同时，年平均温度也表现出比较强的滞后效应,尤其是滞后两年的效应，这可能是由于温度的升高，加速养分循环产生施肥效应，从而间接促进天山云杉林的生长。近40年来，大气CO2浓度的增高对天山云杉林生长具有一定促进作用，NPP升高的幅度为1.85 ~ 4.51%,根据树木年轮估算大气CO2施肥效应β相对比较小,仅为0.133。进一步分析表明大气 CO2浓度主要是通过提高水分利用效率的途径促进天山云杉林生长。 利用RegCM2区域气候模式模拟的大气CO2倍增时（大约2070年）的气候变化情形作为输入参数，应用BIOME-BGC模型预测了在未来气候状况发生改变，而大气CO2浓度没有变化的情况下（C0T1P1），天山云杉林的NPP增长幅度为13.33 ~ 29.11%,其中对东部伊吾NPP的促进作用最大，其次是中部的小渠子和天池，而对西部昭苏NPP的影响最小;结合当前气候条件和大气CO2浓度加倍情形（C1T0P0），模拟结果表明NPP在比较温暖的天山中部和西部将会有所增加，增加幅度为1.17 ~ 8.62%，而在寒冷的东部伊吾，NPP则会下降2.50%, CO2的施肥效应表现出很大的温度依赖性;结合气候变化和大气CO2浓度加倍情形（C1T1P1），模拟结果表明NPP的增加幅度将会上升为26.43 ~ 37.24%，温度、降水和大气CO2浓度对NPP的影响存在较强的交互作用。 研究表明树木年轮真实记录了树木在自然条件下长期的生长特征，是验证生态系统模型比较理想的材料之一。生态系统模型可以从机理上对生态系统的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟。本研究利用生态系统模型与树木年轮方法相结合很好地揭示天山云杉林的生长与全球气候变化之间的相互关系。同时，研究表明未来气候变化有利于天山云杉林的生长，天山云杉林可能会成为一个重要的碳汇而在碳循环研究中倍受关注。

新疆三种盐生植物种子萌发和幼苗早期生长对环境的适应对策

肉质小半灌木盐节木（Halocnemum strobilaceum）、里海盐爪爪（Kalidium capsicum）和盐爪爪（Kalidium foliatum）是中国西北盐生荒漠中分布的重要优势种植物。本文对生长在新疆盐漠环境中的三种植物种子的萌发生态学进行了研究。研究内容包括：（1）光照、温度对种子萌发的影响;（2）NaCl盐度对种子萌发和恢复、幼苗生长和恢复的影响;以及（3）低温层积处理对三种盐生植物种子休眠打破和耐盐性影响。 新成熟的盐节木、里海盐爪爪和盐爪爪种子都具有非深度生理休眠，它们分别需要经过4，4和8周的低温层积处理打破休眠。打破休眠的种子萌发的最适光温条件分别是25-30°C和光照（盐节木）;15-30°C，光照或黑暗（里海盐爪爪）;25°C和黑暗（盐爪爪）。 三种盐生植物的种子萌发对NaCl盐度胁迫有相似的响应，即低浓度不抑制萌发，高于一定浓度后，种子萌发随盐度的升高而逐渐降低，直至种子萌发被完全抑制。但是，开始抑制和完全抑制三种植物种子萌发的NaCl盐度是不同的。三种植物种子萌发受到抑制的起始浓度和种子萌发完全被抑制的盐度分别是：0.4和2.0 M（盐节木），0.2和0.6 M（里海盐爪爪），0.2和1.0 M（盐爪爪）。将未萌发的种子转入用蒸馏水饱和的滤纸上继续萌发，三种盐生植物的种子均有可恢复萌发的能力，经4.0 M NaCl处理后的种子，萌发恢复率都高于80%。三种植物的种子在蒸馏水中的总萌发率（在初始盐溶液中萌发的种子数与在蒸馏水中恢复萌发的种子数之和占所有供试种子数的百分率）高于各盐度条件下的种子总萌发率（在初始盐溶液中萌发的种子数与在蒸馏水中恢复萌发的种子数之和占所有供试种子数的百分率）。 盐节木和里海盐爪爪的种子萌发出的幼苗的早期生长对NaCl盐度胁迫有相似的响应，即随着盐度的升高，胚根的伸长逐渐降低;但是低盐度（≤0.4 M）不影响、甚至促进盐节木胚根的伸长，而各个盐度的NaCl均抑制里海盐爪爪的胚根伸长。盐节木的胚根生长较慢，在蒸馏水中培养24 h 后的根长< 1mm。低盐（0.2 M）促进胚根的伸长，但随盐度的继续升高（≥ 0.6 M），胚根伸长逐渐受到抑制，当盐度 ≥ 2.0 M NaCl时，盐节木胚根伸长完全停止。里海盐爪爪的胚根伸长快速，在蒸馏水中培养12 h后的平均根长为5 cm。低盐并不促进里海盐爪爪胚根的伸长，随盐度升高，胚根伸长逐渐受抑制。当盐度 ≥ 1.0 M NaCl时，里海盐爪爪的胚根伸长完全停止。但当转入蒸馏水中时，两种植物的胚根都可以继续伸长，伸长的能力随预处理盐溶液浓度的升高而降低，经 ≥ 4.0 M NaCl 预处理的盐节木胚根完全丧失继续伸长的能力;经0.6 M NaCl 预处理的里海盐爪爪胚根无法继续伸长。 低温层积处理对三种盐生植物的种子在NaCl溶液中的萌发均有显著促进作用。低温层积后，种子萌发可以发生的盐度范围提高;相同浓度NaCl溶液中，低温层积后的种子的萌发率和萌发速率都显著高于未经低温层积处理的种子。 实验结果表明三种盐生植物在种子萌发和早期幼苗生长阶段对盐生生境具有适应性。种子和幼苗早期在高盐分胁迫下保持的萌发恢复能力和胚根伸长生长的恢复能力是对盐生环境的特殊适应对策。这种适应对策有助于这三种植物在新疆的盐漠环境中得以成功的生存和繁衍。