塔里木盆地荒漠-绿洲过渡带动态变化及其影响因素

荒漠-绿洲过渡带是维系干旱区绿洲生态安全的天然屏障,同时也是受气候变化影响最为敏感的脆弱地带。本文基于1990—2015年Landsat遥感影像、土地利用数据和气象资料,分析了过去25年塔里木盆地荒漠-绿洲过渡带年代际动态变化特征及其驱动机制。结果表明:在过去25年间,塔里木盆地的荒漠-绿洲过渡带面积呈持续萎缩态势,年变化率为1.24%;过渡带内的天然植被指数(NDVI)随着时间推移和过渡带范围的减小而下降,由1990年的0.142下降至2015年的0.127;塔里木盆地耕地面积由1990年的2.45×104km2,增加到2015年的4.01×104km2,不断扩大的耕地面积强烈挤占了荒漠-绿洲过渡带的生态空间;伴随耕地扩张,地下水位下降,加之本区干旱增强,一些浅根系植被死亡而导致植被覆盖度降低,生态屏障功能下降。荒漠-绿洲过渡带对维系绿洲农业生产稳定、保护绿洲生态安全具有天然屏障功能,深入研究这一特殊地带的时空变化及其驱动力,旨在针对性地提出生态保护对策与措施,为国家重大战略实施与西部生态文明建设提供科技支撑。     

基于RS和GIS的塔里木盆地荒漠化动态监测

基于RS和GIS技术,利用MODIS-NDVI遥感数据,计算植被覆盖度作为评价指标,对塔里木盆地2000—2014年的荒漠化空间格局进行了分析,并从气候变化和人类活动的影响探讨了荒漠化的原因。结果表明:(1)塔里木盆地重度荒漠化占比最大(64.63%),中度荒漠化(17.70%)、轻度荒漠化(9.95%)、非荒漠化较少(4.18%),其中重度荒漠化15年间向东北方向迁移21.08 km;(2)不同程度荒漠化土地面积变化不一,重度荒漠化面积近十余年平均变化速率约为-0.0076 km~2·a~(-1),略有减少,而中度荒漠化面积增加迅速,以0.0169 km~2·a~(-1)速率增加,轻度荒漠化面积有小幅上升趋势,非荒漠化面积则有显著上升,分别以0.0093和0.0289 km~2·a~(-1)的速率增加;(3)塔里木盆地荒漠化是由气候和土地利用变化共同作用的结果。年降水量与年均植被覆盖度关系密切,相关系数为0.45;人类活动导致耕地面积不断扩张,近15年耕地面积增加了13.18×103km2,强烈挤占了生态用水,加速了绿洲外围荒漠化过程的发展。     

1975-2020年疏勒河流域绿洲时空变化研究

掌握内陆河流域绿洲时空动态是内陆河流域实现水资源优化配置和动态管理的基本前提。基于Landsat系列数据,结合面向对象随机森林和目视解译方法,分析了1975-2020年疏勒河流域绿洲的时空格局、结构变化及其成因,并探讨了人工/天然绿洲比例变化对生态环境的影响。结果表明：（1）2020年疏勒河流域绿洲面积为5790.24km²,占流域面积比例的4.65%,其中人工绿洲、自然绿洲和过渡带分别占绿洲总面积比例为45.29%、51.07%和3.64%;（2）疏勒河流域绿洲分布模式主要为内陆河沙漠区模式和干流模式;（3）1975-2020年疏勒河流域绿洲面积整体上呈扩张趋势,且绿洲变化以人工绿洲扩张、天然绿洲和荒漠-绿洲过渡带减少为主要特征,土地类型的主要变化为草地和荒漠被开垦,绿洲变化可分为1975-2000年缓慢扩张和2000-2020年迅速扩张2个阶段,主要原因为流域径流量增加和外来移民输入;（4）随着人工与天然绿洲面积之比由3：7（1975年）增加到5：5（2020年）,流域绿洲生态环境质量呈现先上升后下降趋势,2005年达到最高。研究可为疏勒河流域绿洲生态系统稳定发展提供数据支撑和科学依据。     

不同荒漠化阶段植被生态特征对土壤环境因子的响应——以民勤荒漠绿洲过渡带为例

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域。利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系。结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子。其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段。     

1995—2018年石羊河流域下游荒漠化动态变化

以石羊河流域下游甘肃省民勤县为研究区,选取1995、2000、2005、2010、2015、2018年6期遥感影像作为数据源,利用RS和GIS理论和方法,基于归一化植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)建立Albedo-NDVI特征空间,构建荒漠化差值指数,对民勤县荒漠化动态变化进行分析。结果表明: 石羊河流域下游地区荒漠化面积占民勤县总面积的90%以上,绿洲零星分布在大面积荒漠化土地中,以中度荒漠化为主,占全县总面积的70%以上;1995—2018年间,民勤县荒漠化面积整体呈减少趋势,年均减少面积为22.06 km²,年均减少0.1%。研究期间,该县各类荒漠化面积减少与扩张并存,重度、中度、轻度、微度荒漠化面积的动态度分别为-1.5%、0.2%、-0.9%、3.8%,说明荒漠化严重程度降低;研究区荒漠化总体处于稳定状态,未发生大面积并且趋势较为明显的荒漠化过程,荒漠化治理工作取得了阶段性的成果;研究区荒漠化波动下降的面积占15.2%,而波动上升的面积只占3.9%,无规律波动变化区主要分布在荒漠绿洲过渡区和绿洲边缘地区,面积达到总面积的17.7%,说明在绿洲和荒漠区交错地带,荒漠化反复变化较为活跃,是将来重点治理和修复地区之一。     

乡镇尺度金塔绿洲时空格局变化

基于遥感、GIS技术和1990、1999、2006和2009年4期Landsat TM/ETM+遥感影像等,利用绿洲变化幅度、动态度模型、绿洲变化趋势指数模型及绿洲化荒漠化转移矩阵,开展乡镇尺度上金塔绿洲时空变化及分异研究.结果表明:1990-2009年间,金塔绿洲不断扩张,荒漠面积呈现减少趋势,绿洲净增长面积达199.49 km2.金塔绿洲整体处于非平衡状态,不同乡镇绿洲变化程度不同,乡镇绿洲规模变化强弱顺序为羊井子湾乡＞场站机关辖区＞东坝镇＞三合乡＞古城乡＞金塔镇＞中东镇＞大庄子乡＞西坝乡.金塔绿洲聚集度增加,景观破碎化程度减少,荒漠基质优势度降低.绿洲扩张区主要有羊井子湾乡、场站机关管辖区、东坝镇、金塔镇、古城乡和三合乡等.近20年来,金塔绿洲变化主要受人文与社会因素的影响,水资源的开发利用是绿洲扩张的前提条件,人口(含移民迁入)、经济发展、政策和科技进步是主要的驱动因素.     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

基于NDVI绿洲-荒漠过渡带宽度识别——以河西走廊中部荒漠绿洲为例

绿洲-荒漠过渡带是荒漠与绿洲之间的生态缓冲区,在维持绿洲能量流动、物质循环和景观稳定方面具有重要作用。过渡带宽度和属性直接影响到了其在整个绿洲系统中的功能发挥。以河西走廊中部张掖绿洲的Landsat(OLI)NDVI(归一化植被指数,Normalized Difference Vegetation Index)数据为基础,结合野外调查将过渡带类型划分为绿洲与石质裸山、砾质荒漠、沙质荒漠和人工固沙区4类。采用缓冲分析、分段线性趋势分析和尺度分别为30 m、90 m、210 m、330 m焦点分析等方法研究了不同类型过渡带宽度和尺度依赖特征。结果表明,在不同尺度上绿洲外缘NDVI变化存在二种线性回归趋势,趋势线交点至绿洲边界距离可确定为过渡带宽度。不同尺度分析表明,绿洲-石质裸山过渡带宽度为165—220 m,在其内NDVI线性变化趋势显著(P0.05)。绿洲-砾质荒漠过渡带宽度保持在330 m,在其内NDVI变化趋势极显著(P0.001)。绿洲-沙质荒漠过渡带宽度变化在230—290 m,NDVI变化趋势也为极显著(P0.001)。绿洲-人工固沙区过渡带宽度变化在570—580 m,与其它类型不同地是在过渡带内存在二种变化趋势,在210—240 m范围内变化趋势极显著(P0.001),超出此范围线性回归趋势不显著(P0.05)。     

荒漠-绿洲过渡带不同生境植被生产力格局对降雨的响应

景观格局分析是理解生态过程发生、发展的重要方法。为了探讨干旱区不同生境植被生产力格局对偶发降雨事件的响应,本研究以荒漠-绿洲过渡带砾质荒漠和沙质荒漠生境为对象(样区面积分别为1650 hm~2),利用2017年6月22日—6月29日MODIS系列日数据,对一次降雨事件后不同生境生产力格局变化过程进行了分析。结果表明:两种生境景观变化不同,砾质荒漠生境植被生产力(NDVI)未增加面积大于沙质荒漠生境,砾质荒漠生境的植被生产力变化主要集中在0～0.01,景观面积波动范围为612.5～1200 hm~2;沙质荒漠生境植被生产力增加范围集中在大于0.01,景观面积波动范围为150～1587.5 hm~2;在干旱区降雨事件发生后,随时间推移砾质荒漠生境景观趋于破碎化,沙质荒漠生境景观中简单斑块成为景观格局主体。     

乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带植被地上生物量估算

干旱区荒漠植被地上生物量是植被生长状况评价与荒漠化监测的重要指标。在乌兰布和沙漠东北缘的荒漠-绿洲过渡带选取典型区,基于地面调查数据构建主要植物种的异速生长方程,对样方内的植被地上生物量进行估算;基于样方调查数据和Quick Bird影像数据,分别建立植被指数与人工固沙林和荒漠植被地上生物量的回归模型,并对研究区植被地上生物量进行估算。结果表明:植冠体积V是较好的预测变量,所得荒漠植物异速生长方程精度较高,能够满足样方内荒漠植被地上生物量估算需要;采用RVI对数模型估算人工固沙林地上生物量的效果最好(R~2=0.72,RMSEP=56.15),采用RVI线性模型估算荒漠植被地上生物量的效果最好(R~2=0.82,RMSEP=15.07);研究区内荒漠植被和人工固沙林的单位面积地上生物量分别为90.73g/m~2和105.28g/m~2。该研究可以为荒漠化监测和荒漠植被遥感信息提取提供参考。     

绿洲景观空间邻接特征与生态安全分析

以金塔绿洲为例,运用Arc View3．0a计算了绿洲景观类型与沙地和盐碱沼泽地的空问邻接长度和数目比例,利用地理缓冲区分析方法计算了沙地和盐碱沼泽地对绿洲景观面积的影响,提出了绿洲生态安全受胁程度的计算方法结果表明,绿洲景观类型与沙地和盐碱沼泽地的空间邻接边长和数目的差异较大;受沙地和盐碱沼泽地影响的面积在景观类型中也存在差异;草地和耕地与沙地的邻接边长和数目较大,受沙漠化的威胁比较重,而林地和耕地受盐渍化的威胁比较严重;基于景观类型空间邻接的生态安全评价分析可以初步反映绿洲景观受沙漠化和盐渍化的威胁程度     

干旱区内陆河流域生态脆弱性评价——以新疆塔里木河流域为例

生态脆弱性是景观或生态系统在特定时空尺度上相对于干扰而具有的敏感反应和恢复状态 ,它是生态系统固有属性在干扰作用下的表现[6] 。关于生态脆弱性的研究 ,可追溯到 2 0世纪初 ,美国生态学家 Clements提出了生态过渡带 ,自 80年代以来 ,该领域成为生态学研究的一个热点。干旱内陆河流域气候条件 ,尤其是水热条件和地貌特征 ,是植被生态、土壤环境及水环境形成与分异最主要的控制性因素 ,几大环境要素之间相互联系 ,相互制约 ,形成内陆河流域生态环境空间分布规律和生态系统功能在空间不同地带上的差异性 [2 ] ,并表现出不同程度的脆弱性…     

青海省芨芨草草原的群落特征及其分布规律

芨芨草(Achnatherum splendens)是一种旱生植物,广泛分布于欧亚草原和荒漠地区。它是一种生态可塑性很强的植物,可分布于草原、荒漠草原等植被带内。以其为优势种可以形成盐生草甸、草原、荒漠草原等多种植被类型。青海省共和盆地、青海湖盆地和柴达木盆地东部等地大面积分布有芨芨草群落,并和本区分布的其他草原类型形成基带植被。无论是其生境条件、生物生态学特性、群落的组成及分布规律均具有草原性质,应划归草原植被类型较为合适。     

呼伦贝尔沙地45年来气候变化及其对生态环境的影响

采用数理统计和对比分析方法,对近45年呼伦贝尔沙地气象观测资料和草场沙化、退化面积、植被状况等资料进行了分析。结果表明:呼伦贝尔沙地总体气候暖干化趋势显著;气温逐年升高、降水量减少、蒸发量增加和极端气候事件增多,使流动沙地面积不断增加,植被盖度下降。卫星遥感监测和全国沙漠化普查结果进一步表明,呼伦贝尔沙地的沙漠化正在扩展,生态环境正在恶化。逐年减少的大风日数和沙尘暴日数有利于该地区生态的保护与建设。20世纪80年代以来,沙区各级政府加大了对沙化的治理力度,沙地局部植被恢复较快。     

呼伦贝尔沙地45年来气候变化及其对生态环境的影响水

采用数理统计和对比分析方法,对近45年呼伦贝尔沙地气象观测资料和草场沙化、退化面积、植被状况等资料进行了分析。结果表明：呼伦贝尔沙地总体气候暖干化趋势显著;气温逐年升高、降水量减少、蒸发量增加和极端气候事件增多,使流动沙地面积不断增加,植被盖度下降。卫星遥感监测和全国沙漠化普查结果进一步表明,呼伦贝尔沙地的沙漠化正在扩展,生态环境正在恶化。逐年减少的大风日数和沙尘暴日数有利于该地区生态的保护与建设。20世纪80年代以来,沙区各级政府加大了对沙化的治理力度,沙地局部植被恢复较快。     

绿洲-荒漠交错带环境特征初步研究

以甘肃省石羊河下游的民勤绿洲为例,对其绿洲外围与荒漠交错地带的植被和植被关系密切的灌丛沙包特征进行了系统研究,结果表明,由于生态交错带边缘效应的存在,植被盖度的变化呈现绿洲附近与交错带外围靠近流沙的地方较低,而位于流沙和绿洲之间的部分相应较高,植被盖度较高的部位主要集中于自流动沙丘至绿洲外600m处,而非紧靠近绿洲、这与地下水自沙漠向绿洲方向运移有关,在绿洲外缘300～600m的范围内植被盖度出现下降,原因可能与绿洲荒漠交错带界外区的形成有关,说明研究区绿洲0～600m范围即是该区域绿洲界外区的存在区域,灌丛沙包上的裸沙率以绿洲界外区为最大,大量沙包裸露,可致沙子的活动性增强,因此该地带是对绿洲土地造成沙质荒漠化的最大流沙来源。     

基于遥感总初级生产力的天山-塔里木绿洲地区生态系统脆弱性研究

生态系统的脆弱性是全球气候变化与可持续发展研究的核心问题，测定与评价脆弱性对认识生态系统的结构与功能至关重要。天山-塔里木绿洲地区包含着山地、荒漠和绿洲等多种类型的生态系统，存在着多个不同生态类型的交界过渡区。为定量评价该地区生态脆弱性，以植被总初级生产力这一生态系统重要的功能性指标为基础，对该地区生态系统脆弱性进行了计算和分级（不脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和极度脆弱），并对研究区生态系统脆弱性的空间分布特征及其与环境因子的关系进行了分析与讨论。结果表明：（1）研究区生态系统脆弱性总体上表现出明显的空间分化格局，以中度和重度脆弱为主，极度脆弱的地区主要分布在南部的塔里木绿洲。（2）生态系统脆弱等级大体上随着区域内多年平均温度的升高而升高。受地表水灌溉的影响，生态系统脆弱性与降水量间并无明显趋势性规律。（3）研究区的生态系统脆弱等级随着区域内的平均海拔以及平均坡度的升高都呈现下降的趋势。受自然条件恶劣、过度放牧以及农田过度开垦的影响，目前该地区总体呈现脆弱性严重的状态。研究表明该地区应积极开展生态治理工作，合理规划生态功能关键区，保护好现有草原和湿地等易开垦地区，划定绿洲开发范围的"红线"，限制农田的开垦，协调好塔里木河流域的水资源分配。研究为使用卫星遥感数据研究生态系统脆弱性提供了方法上的参考，为可持续发展和生态治理提供了科学依据。     

西北干旱荒漠区生态系统可持续管理理念与模式

结合对西北干旱区水资源短缺、资源开发中的生态与经济矛盾突出、气候变暖可能加剧干旱区荒漠化以及生态水权与长效保障机制缺失等问题的分析诊断,探讨了荒漠区生态系统可持续管理面临的问题与难点,分析提出了荒漠生态系统植被保育的生态水位与生态阈值,阐述了荒漠-绿洲过渡带生态融合以及绿洲生态系统安全的生态防护梯度等干旱区生态系统管理理念;结合干旱区极端环境自然条件,在多年现场试验基础上,研发集成了退化群落改造与生态多样性构建技术、植物群落结构优化配置、组装与生态融合技术、生态系统恢复水分利用与生态自维持技术以及胡杨萌蘖更新技术等多种适宜荒漠植被恢复与重建的技术模式,并进行了成功实践和试验示范,为干旱荒漠区生态系统可持续管理提供了重要科技支撑。