额济纳天然绿洲景观健康评

在景观尺度上开展健康评价研究,不但可提供一个将自然生态过程与社会经济价值进行综合研究的基础,而且景观健康概念本身蕴含着在针对资源与环境问题开展研究时更为合适的时间和空间尺度.额济纳天然绿洲位于我国西北干旱内陆河黑河流域下游.近年来,随着黑河中、上游地区下泄地表径流量的减少,绿洲景观退化严重.基于研究区近十几年来的景观演变特征,分别从景观变化指标、生物物理指标、生态环境指标以及社会经济指标4个方面发展并构建了景观健康评价指标体系,制定了评价标准,并分别赋予了各指标相应的权重值,运用综合评判方法,得到了具有动态性、定量性的绿洲景观健康评价结果.结果表明, 研究区景观近10多年来总体的景观健康指数为0.3042,健康等级紧邻“濒危的”级别.该结果较为客观、真实地反映了当前额济纳天然绿洲景观的健康状况,说明近10多年来研究区的景观健康状况与较早时期相比趋于恶化, 发展态势表现出严重的不可持续性.     

干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析

以黑河流域下游额济纳荒漠绿洲为研究对象,分析了景观生态的基本特点和景观嵌块体类型,通过景观空间格局及其变化分析与景观生态功效的评价,利用８０年代和９０年代两期有关景观生态的资料,论述了水资源条件变化对研究区景观格局的影响,指出河流廓道是干旱区荒漠绿洲的主要生态流,河流廓道的变化是导致荒漠绿洲景观格局变化的驱动力。     

黑河流域中游地区景观变化研究

使用GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS,分析了黑河流域中游地区近20年间景观结构的变化。结果表明,该地区的各类景观元素在近20年间发生了十分复杂的结构变化和相互转换,但整体景观仍保持荒漠化与绿洲景观强烈分异的鲜明格局。人类有目的性的干扰活动改变了干旱区有限的水资源的分布与分配,加剧了本地区荒化进程与绿洲化进程的对立斗争,而绿洲与荒漠的交错地带是斗争的最敏感部位,香农多样性指数和香农均度指数的下降,充分证明人类对本地区景观改造程度的不断加强,其结果一方面显著提高了本地区的社会和经济效益,另一方面也导致了局部地区生态环境效益的下降,对本论文的研究方法和技术也进行了讨论。     

黑河流域景观结构分析

在黑河流域土地利用分类的基础上,利用地理信息系统进行流域景观制图,划分出6个景观区。利用景观结构分析软件FRAGSTATS在流域尺度上计算了各景观区的多种景观结构指标。结果表明：山区的景观结构特征突出表现为连通性强,拼块形状复杂。绿洲－荒漠区的景观结构特征表现为,绿洲主要沿河流和渠道分布,是镶嵌在荒漠基质上的景观异质体。绿洲是干旱区景观结构最复杂,类型最丰富,景观多样性最高的地区,但不同景观区的绿洲其景观结构有显著的差异。荒漠和绿注的过渡地带的过渡生态类型丰富,其共同的景观结构特征是拼块破碎、呈团聚状分布,在极端干旱的北部阿拉善高平原,裸露戈壁是景观模地,占据绝对优势,蔓延度极高,其它类型是面积相对很小的异质镶嵌体。文章最后指出,在使用FRAGSTATS的栅格版本时要特别注意尺度的影响。     

干旱区受水资源胁迫的下游绿洲动态变化趋势分析——以黑河流域额济纳绿洲为例

干旱内陆流域下游绿洲的形成与演变对流域地表径流变化响应强烈 .采用绿洲生态斑块动态模拟、植被与水盐状态相关分析、生态需水量估算等方法 ,分别对黑河流域下游额济纳绿洲在不同分水方案与水资源利用情景下的变化趋势进行了研究 .结果表明 ,维持现状绿洲面积不再萎缩 ,在考虑水资源利用合理化的前提下 ,其最低净需水量为 5 .7× 10 8m3 ,如果考虑下游地区人畜生活用水及工业用水 ,同时考虑水量在输送过程中的散失损耗 ,为在近期 (2 0 15年以前 )维持现状绿洲面积 ,狼心山断面入境流量需达到6 .0× 10 8m3 ;而要使绿洲面积恢复到 2 0世纪 80年代初的水平 ,狼心山断面过水量应不低于 8.9× 10 8m3 ,正义峡断面下泄水量要求达到 10 .9× 10 8～ 13.1× 10 8m3 .     

气候变化和人类活动对黑河上中游径流量变化的贡献率

利用1960-2008年气象和水文资料,采用线性趋势法、Mann-Kendall非参数检验、累积距平法、年累积量法、累积量斜率变化率法,分析了黑河上中游径流量和气候变化特征及趋势,并计算了气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率.结果表明:黑河上游年径流量、年降水量和年蒸发量呈上升趋势,且年径流量和年蒸发量变化显著;中游径流量与蒸发量为下降趋势,降水量为上升趋势,但变化趋势都不是那么明显.上游和中游径流量变化的突变年份分别为1979年和1984年.以径流突变年份分割时间序列为上游(1960-1979、1980-2008)和中游(1960-1984、1985-2008),得到累积径流量、累积降水量及累积蒸发量与年份线性关系式.上游以气候变化为主,人类活动的影响较小,二者对径流量增大的贡献率分别为59.71％和40.29％;中游气候变化影响较小,以人类活动为主导,二者对径流量减小的贡献率分别为25.23％和74.77％.研究结果对黑河流域未来水资源的开发利用有一定的指导意义.     

景观格局视角下晋西三川河流域径流变化归因分析

黄土高原大规模人类活动造成下垫面剧烈变化,流域景观格局改变,影响产汇流过程。学科融合视角下,基于Budyko水热耦合方程、景观指数计算以及回归分析等多学科方法,以晋西黄土丘陵沟壑区三川河流域为例,分析不同尺度景观格局变化造成流域径流量变化的原因,判别地理景观空间对产汇流过程的影响。结果表明：(1)1980年至今是研究区径流锐减阶段,其中下垫面变化对径流贡献率为60.81%;(2)1980年至今的下垫面变化造成流域景观斑块破碎、形状趋于规整,景观格局分割度、蔓延度提高;(3)利用逐步线性回归模型可将径流减少的景观格局变化定位到具体地理空间,流域东部、北部主要支流上游与两条支流汇流处的林地核心斑块面积减少以及城市建设区域对于水体连通性的破坏。通过跨学科方法探究景观格局与径流变化之间的潜在空间关联,揭示径流对景观格局变化的响应,可为黄土高原水资源管理与生态规划提供决策依据。     

晋西黄土区不同植被覆盖流域的水文响应

为了研究不同植被覆盖对流域径流的影响,以晋西黄土区蔡家川流域内的天然次生林流域和人工林流域为对象进行了对比分析。结果表明,天然次生林流域的年径流量、雨季径流量均小于人工林流域,天然次生林流域的年总径流量、雨季径流量分别是人工林流域的58.57%、48.04%,年地表径流量、雨季地表径流量分别比人工林流域减少了82.95%、81.12%;人工林流域的基流量为零;在短历时高雨强的降雨形式下天然次生林流域的削洪效应显著,其单位面积洪峰流量比人工林流域减少了83.41%;不同植被覆盖下径流对不同雨型的响应不同,人工林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的10.08倍、3.35倍,天然次生林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的6.79倍、1.64倍。     

1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化

干旱区内陆河流域下游的土地利用、景观格局对水资源调配具有重要意义.本文基于1930、1961、1990、2000、2010年土地利用数据,分析黑河流域下游额济纳三角洲土地利用和景观格局的变化.结果表明: 2010年,研究区沙漠化土地面积占总面积的73.4%,其次是草地,占20.8%.1930—2010年,土地利用变化最明显的特征是草地、农田和建设用地增加;各土地类型间转化突出表现为农田和建设用地的转入;土地利用景观破碎度和多样性增加,优势度降低,且具有明显水源依赖性和地域性差异;土地利用变化使景观趋于均匀、多样、破碎.基于其驱动因素及生态环境效应的探讨,针对人-水-生态协调问题,提出“有计划生态移民、限制农田面积、发展集约式精准农业、增加生态用水比例”的建议.     

1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化

干旱区内陆河流域下游的土地利用、景观格局对水资源调配具有重要意义.本文基于1930、1961、1990、2000、2010年土地利用数据,分析黑河流域下游额济纳三角洲土地利用和景观格局的变化.结果表明:2010年,研究区沙漠化土地面积占总面积的73.4%,其次是草地,占20.8%.1930—2010年,土地利用变化最明显的特征是草地、农田和建设用地增加;各土地类型间转化突出表现为农田和建设用地的转入;土地利用景观破碎度和多样性增加,优势度降低,且具有明显水源依赖性和地域性差异;土地利用变化使景观趋于均匀、多样、破碎.基于其驱动因素及生态环境效应的探讨,针对人-水-生态协调问题,提出"有计划生态移民、限制农田面积、发展集约式精准农业、增加生态用水比例"的建议.     

黑河中下游绿洲生态安全评价

生态安全包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全 ,尤指自然和半自然生态系统的安全 ,即生态系统完整性和健康的整体水平反映。生态安全是维护地区或国家乃至全球的生态环境不受威胁的状态 ,能为整个生态经济系统的持续发展提供生态保障。从水安全、土地安全、经济社会安全出发 ,选取水资源量供需比、地表水质量、地下水埋深和地下水矿化度 4种水安全评价指标 ;土地人口承载度、林地覆盖率、草地载畜度、绿洲面积变化率、绿洲土地沙化率、绿洲土地盐碱化率和抗灾度等 7种土地安全评价指标 ;人均 GDP产值、单位面积农业生产总值、农民人均纯收入、绿洲人口密度、城市化率和文明度等经济社会安全评价指标 ;共计 17项 ,建立了绿洲生态安全评价综合指标体系。然后 ,应用综合评价法、层次分析法和 GIS等多种方法与手段 ,在绿洲尺度上对黑河干流中下游地区的张掖、临泽、高台、鼎新和额济纳 5个绿洲进行绿洲生态安全综合评价。评价结果显示 :自黑河中游至下游 ,各个绿洲的生态安全状况依次降低 ,最下游的额济纳绿洲生态安全仅为 4级的差状态。其中 ,水安全是关键 ,土地安全是载体 ,经济社会安全是保障 ,以上几方面相互关联 ,共同作用导致绿洲的生态安全综合水平。     

Water allocation and climate-impacted riparian forest dynamics in the Ejina Oasis,Northwest China

Riparian forests in natural desert oases are extremely vulnerable to water shortages; of late these shortages have been associated with climate change and with increased human-led water allocation. This study covers a hundred-year history (1876–2017) of riparian forest growth at the Ejina Oasis, which is located in the lower reaches of the Heihe River basin of northwestern China. We collected tree cores from Populus euphratica, which is the major tree species found in the Ejina riparian forests. These samples allowed us to chart variations in riparian forest growth and to examine correlations between tree growth and local precipitation, temperature, drought indices, groundwater depth, and runoff volume from the middle reaches of the river. We found that groundwater depth (groundwater being mainly recharged by runoff) is the major factor limiting tree-stem radial growth. We compared runoff reconstruction series from upper reaches and P. euphratica radial growth in the lower reaches. We found a period of greatly decreased growth (1942–1951); which seems to have been due to human water diversion. We note that mountain runoff increased after 2000, but that riparian forest growth didn’t increase in tandem; the water that would otherwise have supported the forests had been diverted. Our study provides a warning for future water resource planning and suggests the desirability of policies that will balance the needs of natural ecosystems (riparian forests) with the requirements of artificial ecosystems (croplands).     

基于地下水恢复的塔里木河下游生态需水量估算

为探明生态输水后地下水响应带范围及地下水恢复下生态需水量,以塔里木河下游大西海子水库至台特玛湖段为研究区,基于2000—2010年生态输水和地下水埋深分布特征,分析了塔里木河下游生态输水后两岸地下水位恢复状况,并借助遥感和地理信息系统技术对研究区生态需水量进行了研究。结果表明:塔河下游地下水位的抬升幅度与输水量的大小呈一定的正相关关系,并存在一定的时效性。2004—2010年地下水处于长期的负均衡状态,多年下降幅度明显。塔河下游英苏、喀尔达依、阿拉干和依干不及麻断面地下水响应幅度分别为1195、1050、2281 m和1000 m。历经11a输水后,塔里木河下游地下水总恢复需水量为7.06×108m3,其中,齐文阔尔河段为4.98×108m3,老塔里木河段为2.09×108m3,地下水恢复至生态水位4.5m需要5—8a的时间。保护塔里木河下游大西海子以下所有天然植被面积(96114.09 hm2)的生态需水量为0.587×108m3,保护下游地下水响应带天然植被面积(41439.85 hm2)的生态需水量为0.21×108m3。     

间歇性生态输水塔里木河下游断面地下水位变化模拟

地下水作为干旱区生态系统的重要组成部分,对植物生长具有重要作用。以塔里木河下游英苏断面2011—2015年逐月地下水埋深变化为研究内容,基于非稳定流理论,以河道附近水位边界条件作为初始求解条件,以余误差函数erfc(x)为求解函数,综合考虑地下水变化时间滞后效应及潜水蒸发作用,旨在构建间歇性输水河道地下水埋深变化模型。结果表明:(1)生态输水期间,在短期内,临近河道地下水埋深波动较大,而远离河道地下水埋深波动并未受到较大的影响,生态输水作用影响河岸附近地下水埋深变化存在一定时段的滞后期,且随着距离河道的增加,滞后期增长。(2)以河道为基点的地下水非稳定流运动及潜水蒸发作用是影响沿岸地下水变化的诸多环境因子中最敏感的因子。(3)模拟结果表明基于非稳定流理论对塔里木河下游地下水变化模拟效果较好,达到了地下水模拟精度的要求,对塔里木河下游断面尺度上地下水恢复状况研究及后期生态恢复评价具有重要的理论意义与参考价值。