基于生态保护目标的疏勒河中游绿洲生态环境需水研究

以疏勒河中游绿洲为研究对象,基于RS和GIS技术,选择1990年、2000年和2013年Landsat TM/ETM影像解译成果作为中游绿洲生态演变研究的基础资料,并确定了中游绿洲2020年和2030年生态保护目标。根据疏勒河中游绿洲生态环境需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,并估算了现状和保护目标下流域中游绿洲生态需水量,从而为区域水资源合理配置和生态系统的协调发展提供参考依据。通过计算得出了疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发、湿地生态和防治耕地盐碱化生态环境需水量。同时得出疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲最大、最小和最适生态环境需水量分别为7.42×10~8、7.09×10~8、7.29×10~8,8.24×10~8、7.91×10~8、8.11×10~8m~3和9.12×10~8、8.79×10~8、8.99×10~8m~3。2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲生态环境需水量年内变化主要集中于5—8月,累积生态环境需水量占全年的比例分别为58.01%、58.08%和58.13%;疏勒河中游绿洲生态环境需水量瓜州所占比例相对较大,玉门相对最小,敦煌介于二者之间。     

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。     

黑河流域酒泉绿洲景观生态安全格局分析

以1986年和2000年的酒泉市遥感数据为基础资料,利用GIS软件生成研究区的景观类型图,计算各景观斑块的面积、数目、形状等空间特征和基于景观空间邻接的绿洲生态安全指标,进而在空间格局方面对绿洲的生态安全进行评价,以了解在人类活动影响下酒泉绿洲的生态安全状况,为该地区生态环境保护提供科学依据。结果表明：（1）从1986年到2000年,绿洲不断扩张,各绿洲斑块类型面积呈增加趋势,同时强烈的人类活动也造成了沙地和裸土面积的增加;（2）从1986年到2000年,受沙化威胁程度最大的斑块类型由耕地变成了草地,而城乡居民用地始终是受胁程度最小的斑块类型;除了城乡居民用地,各绿洲斑块类型受沙化的潜在威胁程度是增加的,人类有目的性的干扰活动改变了干旱区有限水资源的分布与分配,社会经济发展的同时导致了生态环境的退化;（3）与1986年相比,2000年各绿洲斑块类型受盐碱化威胁呈减弱趋势,表明注水洗盐改良土壤使得局部地区生态系统向良性方向演替。干旱区绿洲生态环境有脆弱性和易变性的特点,加强区域景观生态建设和生态安全控制有利于将景观演化导入良性循环。     

疏勒河流域土地利用变化对净初级生产力的影响

研究区域土地利用变化对植被净初级生产力(NPP)的影响, 对厘清植被的生长状况及其和土地利用变化的关系, 以及维持区域生态环境可持续发展具有重要意义。以中国西北干旱区疏勒河流域为例, 基于土地利用数据和CASA模型计算的2001—2015年植被NPP数据, 分析了疏勒河流域NPP的时空变化特征, 探讨土地利用变化对植被NPP的影响。结果如下: 2001—2015年, 疏勒河流域NPP年总值整体上呈上升的趋势。NPP增加的区域占总面积的84.29%,上游山区和中下游绿洲区增加的最显著。NPP减少的区域占总面积的15.71%,主要分布于北部的肃北、敦煌的西部和南部及中下游绿洲的南北两侧。15年间土地利用的面积变化对NPP贡献率空间差异显著, 但总体上对NPP总量增加起到促进作用, 且耕地面积的变化对NPP总量的贡献率最大。     

近50年甘肃省张掖市甘州区绿洲时空变化过程

人类活动对绿洲自然环境的干预引起了一系列生态环境问题。本文以1963—2009年13个样本年的遥感影像数据为数据源,结合实地调查验证,提取了近50年甘州区绿洲分布情况。计算绿洲单一动态度、双向动态度,对各期绿洲矢量数据做叠置分析和绿洲景观特征指数分析,研究甘州区绿洲在时间序列和空间分布上的变化情况。结果表明:近50年甘州区绿洲总体呈扩张态势,以1986年为界,绿洲变化呈现出前期波动扩张和后期稳定扩张的特点;绿洲变化以主体稳定、外围扩张为主,内部局部退缩、零星波动为辅;稳定绿洲主要集中分布在黑河沿岸以及甘州区各乡镇驻地周围,绿洲的波动、退缩现象主要出现在绿洲边缘。     

1994-2016年和田绿洲植被覆盖时空变化分析

监测植被变化对评价区域生态环境质量及生态过程具有重要意义。基于Landsat数据影像,运用归一化植被指数、像元二分模型、重心迁移模型等方法分析和田绿洲植被覆盖时空变化。结果表明：（1）和田绿洲植被分布总体以玉龙喀什河和喀拉喀什河为轴线,从高到低向外展布,高覆被以大面积片状集中于绿洲中部,低、中覆被相对零散围绕高覆被分布;（2）过去23年,和田绿洲植被覆盖面积和植被覆盖度均呈升高趋势。2016年相比1994年,绿洲植被覆盖面积增加553 km²,增长了19.6%;（3）和田绿洲覆被变化存在阶段性和区域性差异。时段上,2000-2005年覆被面积增加最明显;区域上,西部覆被增加最显著;（4）气候变化对和田绿洲覆被变化存在一定影响,但人类活动影响最直接。其中耕地开垦、作物种植是和田绿洲覆被增加的最主要因素,而城市基建是引起绿洲覆被减少的最主要因素。同时,因农耕区水耗增加挤占天然覆被生态用水,引起天然覆被退化,威胁绿洲未来发展;（5）过去23年,绿洲覆被重心整体西移。     

1960—2005年民勤典型绿洲-荒漠过渡带景观格局与动态

利用ERDAS、GIS等技术,系统分析了1960—2005年间民勤典型绿洲 荒漠过渡带的景观格局与动态.结果表明：林地和耕地是影响过渡带景观变化的主导因素;研究期间,绿洲向外围扩张了2～3 km,且过渡带向荒漠位移,过渡带宽度由1960年的4 km增至1987年的约9 km,之后又迅速变窄;1978—1987年间,研究区景观变化强度达到历史最高水平,1998年后,景观格局相对稳定;整个过渡带景观破碎程度较大的时期出现在景观类型转化最快的1978—1987年,景观较破碎的区域出现在距绿洲边界2 km处和造林区.1960—2005年间,研究区乔木林趋于消失;灌木林在1987年前大面积增加,之后急剧减少;耕地开垦强度在1960—1998年间持续增加,1998年之后有所降低,但研究期间的弃耕率则呈直线增加趋势.     

1980-2015年珠三角城市群城市扩张的时空特征分析

以珠三角城市群9座城市为研究对象,基于1980-2015年3期遥感影像提取的土地利用数据,通过扩张强度、扩张速率以及景观格局指数定量分析珠三角城市群尺度上城市扩张的时空变化特征。结果表明：（1）城市群扩张数量特征：1980-2015年珠三角城市群建设用地面积扩张约3倍,1980-2000和2000-2015期间分别扩张1513.1、3043.8 km²;扩张强度不断增强,扩张速率明显加快。（2）城市群扩张空间特征：珠三角城市群中扩张迅速的城市主要分布在研究区中部的城镇密集带及沿海地区;扩张较慢的城市主要分布在靠内陆的周边地带。（3）基于时间尺度发现珠三角城市群结构的演变呈现出由单核模式（广州,1980年）-双核模式（广州、深圳,2000年）-多中心、网络化模式演化的特征（东莞、中山等相邻城市,2015年）。（4）基于景观格局特征,珠三角区域扩张快速的城市形状复杂,结构趋于分散;扩张较慢的城市形状更规则,分布更聚集。（5）天然的人文联系与优越的地理位置、社会经济、政府政策以及基础设施的建设等因素共同驱动珠三角城市群的发展。该研究对提高城市群规划管理水平具有参考价值。     

玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境遥感监测研究

土壤盐渍化已成为全球性问题,给生态环境及农业生产带来严重的威胁。为了快速、准确评价土壤盐渍化给区域生态坏境带来的影响,该文提出了新的完全基于遥感数据的遥感生态指数(SSEI,Soil Salinization Ecology Index)来监测玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境变化。该指数利用主成分分析的方法耦合与土壤盐渍化相关的土壤盐度、地表反照率、植被覆盖度和土壤湿度四大地表参数,指数构建是数据本身性质所决定,不同于以往遥感与非遥感指数加权叠加易受人为影响。研究结果表明:耦合与盐渍化信息相关的各遥感指数得到的生态指数,能够对土壤盐渍化影响区域的生态环境进行快速、定量、客观的监测。将该指数应用到新疆玛纳斯河流域灌区,结果表明在近26年优和良等级生态环境面积增加了12.89%,这说明灌区生态环境有所改善。该研究对土壤盐渍化监测与评价具有一定参考意义。     

气候变化与人类活动对内蒙古东部草地净初级生产力的影响

内蒙古东部草地是该区域的主体生态系统类型,属于脆弱的生态系统,对气候和人类活动反应敏感。基于土地覆被数据和改进CACS模型,估算得到的草地NPP,分析2000-2015年内蒙古东部草地和NPP时空格局与年际动态。进而,定义相对退化指数（RDI）,确定草地生产力变化过程中人类活动因素的贡献率,分析内蒙古东部地区2000-2015年RDI空间格局与年际动态。同时,分析16年间NPP和气候因子相关关系。结果表明：1）2000-2015年间,损失草地面积4743.80 km²,新增草地面积2705.57 km²。2）2000-2015年内蒙古东部地区草地植被平均NPP位于166.56-248.14 gC m^-2 a^-1之间,NPP在波动中呈现明显的上升趋势（3.65 gC m^-2 a^-1/a,R²=0.47）。3）2000-2015年RDI在16.64%-30.54%之间波动,RDI值呈缓慢下降趋势,表明人类活动对草地植被净初级生产力的干扰程度在下降。4）草地NPP变化主要是因为草地本身生产力下降。整体来看相关草地保护工作取得了阶段性进展,草地生境质量得到有效缓解,草地生态环境得到转变。     

Comparison of Freshwater Diatom Assemblages from a High Arctic Oasis to Nearby Polar Desert Sites and Their Application to Environmental Inference Models

Arctic oases are regions of atypical warmth and relatively high biological production and diversity. They are small in area (<5 km²) and uncommon in occurrence, yet they are relatively well studied due to the abundance of plant and animal life contained within them. A notable exception is the lack of research on freshwater ecosystems within polar oases. Here, we aim to increase our understanding of freshwater diatom ecology in polar oases. Diatoms were identified and enumerated from modern sediments collected in 23 lakes and ponds contained within the Lake Hazen oasis on Ellesmere Island, and compared with diatom assemblages from 29 sites located outside of the oasis across the northern portion of the island. There were significant differences in water chemistry variables between oasis and northern sites, with oasis sites having higher conductivity and greater concentrations of nutrients and related variables such as dissolved organic carbon (DOC). Taxa across all sites were typical of those recorded in Arctic freshwaters, with species from the genera Achnanthes sensu lato, Fragilaria sensu lato, and Nitzschia dominating the assemblages. A correspondence analysis (CA) ordination showed that oasis sites generally plotted separately from the northern sites, although the sites also appear to plot separately based on whether they were lakes or ponds. Canonical correspondence analysis (CCA) identified specific conductivity, DOC, and SiO₂ as explaining significant (P < 0.05) and additional amounts of variation in the diatom data set. The most robust diatom‐based inference model was generated for DOC, which will provide useful reconstructions on long‐term changes in paleo‐optics of high Arctic lakes.     

内陆河流域中、下游绿洲耕地变化及其驱动因素——以石羊河流域中游凉州区和下游民勤绿洲为例

以野外实际调查资料以及社会经济统计资料,结合研究区1986年和2000年的TM影像数据,分析了石羊河流域中游凉州区和下游民勤绿洲近20a来的耕地变化及其驱动因子,结果表明：（1）两个绿洲的耕地面积都呈增加趋势,且民勤绿洲耕地增加速度更为显著;在空间上新增耕地主要集中在荒漠和绿洲的交错地带,耕地的增加凉州区以沙地作为主要来源,而民勤则以牺牲林草地为代价.（2）从耕地变化驱动力来看,人口增加是直接动因,同时农业科技进步和社会经济的发展为耕地面积的扩大提供了前提条件;此外,耕地面积的变化在凉州区与地表水量关系密切;而在民勤则与大风、沙尘暴天气等生态环境问题以及绿洲内的降水、蒸发等气象因素有显著关系.充分表明石羊河流域中游绿洲经济的繁荣发展以下游民勤绿洲的急剧衰退为代价.     

Effect of Land Use History and Pattern on Soil Carbon Storage in Arid Region of Central Asia

The purpose of this study is to investigate variations in soil organic carbon (SOC) in arid areas due to differences in the cultivation history, land use, and soil salinization. The study area is the lower Sangong River basin on the piedmont of the northern TianShan mountains, which experiences heavy land-use activities. In 1982 and 2005,127(152) and 74 (161) samples in old (new) oasis were collected from each site at the surface soil (i.e., 0–20 cm). The data reveal that the mean value of the surface soil organic carbon content of the old oasis was higher than that of the new oasis by 4.01 g/kg in 1982 and 3.79 g/kg in 2005. Additionally, the soil organic carbon content decreased more rapidly in the newly reclaimed oasis than in the old oasis from 1982 to 2005. The spatial pattern of the SOC content was correlated with the exploitation time in the new oasis, the agricultural land use history, and the SOC content. The decreasing trend is clearer in the high SOC content area than in the low SOC content area. Farmland is the largest carbon pool in both the new and old oases. The carbon density of the old oasis was higher than that of the new oasis by 4.01 and 3.79 g/kg in 1982 and 2005 respectively. The loss of SOC in the agricultural watershed of the arid region in NW China is obvious. Improvements of land management practices, such as no tillage, straw returning to soil, and balanced fertilization techniques, should be adopted to increase the SOC content.     

The Occurrence,Sources and Spatial Characteristics of Soil Salt and Assessment of Soil Salinization Risk in Yanqi Basin,Northwest China

In order to evaluate the soil salinization risk of the oases in arid land of northwest China, we chose a typical oasis-the Yanqi basin as the research area. Then, we collected soil samples from the area and made comprehensive assessment for soil salinization risk in this area. The result showed that: (1) In all soil samples, high variation was found for the amount of Ca²⁺ and K⁺, while the other soil salt properties had moderate levels of variation. (2) The land use types and the soil parent material had a significant influence on the amount of salt ions within the soil. (3) Principle component (PC) analysis determined that all the salt ion values, potential of hydrogen (pHs) and ECs fell into four PCs. Among them, PC1 (C1^-, Na⁺, SO₄ ^2-, EC, and pH) and PC2 (Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺and total amount of salts) are considered to be mainly influenced by artificial sources, while PC3 and PC4 (CO₃ ^- and HCO₃ ^2-) are mainly influenced by natural sources. (4) From a geo-statistical point of view, it was ascertained that the pH and soil salt ions, such as Ca²⁺, Mg²⁺ and HCO₃ ^-, had a strong spatial dependency. Meanwhile, Na⁺ and Cl^- had only a weak spatial dependency in the soil. (5) Soil salinization indicators suggested that the entire area had a low risk of soil salinization, where the risk was mainly due to anthropogenic activities and climate variation. This study can be considered an early warning of soil salinization and alkalization in the Yanqi basin. It can also provide a reference for environmental protection policies and rational utilization of land resources in the arid region of Xinjiang, northwest China, as well as for other oases of arid regions in the world.     

基于生境质量的绿洲城镇空间扩展模拟研究——以黑河中游地区为例

绿洲是生态环境极为脆弱的区域。实现绿洲城镇化与生态安全的双赢,是干旱区面临的重大问题。传统城镇空间扩展模拟研究,只是单向考虑了城镇发展趋势,而较少兼顾区域生境质量的约束。利用1992、2000、2008、2015年四期Landsat TM、ETM+、OLI遥感影像数据,以黑河中游地区为例。从城镇空间扩展与生态环境协调发展的角度出发,通过InVEST模型与SLEUTH模型的结合,将生境质量的评估结果融入到城镇扩展模型中,对研究区2015—2030年城镇扩展的土地利用变化格局进行模拟。研究表明:①生境质量整体较低,质量阶序和退化程度分异明显。高、中等级生境质量区域主要分布在黑河干流沿线和绿洲核心区,分别占5.69%、32.77%,生境退化程度高;低等级生境质量区域主要分布在戈壁荒漠区和城镇建设区,占61.54%,生境退化程度低。②生境质量对城镇空间扩展的约束作用显著。相比较无生境质量约束,2030年城镇建设用地面积和占用生态用地面积分别减少了27.08%、63.61%,并且,城镇斑块间连接性较好、集聚程度高,以"填充式"扩展为主。③城镇空间扩展总体体现了生境质量的要求。2030年新增城镇建设用地主要占用中、低等级生境质量区域,分别为34.88%、63.36%。绿洲平原区和山前洪积扇区生境质量约束较强,较2015年仅增长了51.53%、48.31%;绿洲边缘区生境质量约束性低,较2015年增长了110.18%,是未来城镇发展的潜力区。研究结果为绿洲城镇与生态环境协调发展提供科学依据。     

天山北麓新人工绿洲扩张过程中的碳库格局变化与碳库迁移

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25%增加到40%以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70%,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7%,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2%,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4%,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50%,总碳储量与1996年相比微降1.2%,土壤碳库重新趋于稳定。其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应。     

Response of carbon fluxes to drought in a coastal plain loblolly pine forest

Full accounting of ecosystem carbon (C) pools and fluxes in coastal plain ecosystems remains less studied compared with upland systems, even though the C stocks in these systems may be up to an order of magnitude higher, making them a potentially important component in regional C cycle. Here, we report C pools and CO₂ exchange rates during three hydrologically contrasting years (i.e. 2005–2007) in a coastal plain loblolly pine plantation in North Carolina, USA. The daily temperatures were similar among the study years and to the long‐term (1971–2000) average, whereas the amount and timing of precipitation differed significantly. Precipitation was the largest in 2005 (147 mm above normal), intermediate in 2006 (48 mm below) and lowest in 2007 (486 mm below normal). The forest was a strong C sink during all years, sequestering 361 ± 67 (2005), 835 ± 55 (2006) and 724 ± 55 (2007) g C m^?2 yr^?1 according to eddy covariance measurements of net ecosystem CO₂ exchange (NEE). The interannual differences in NEE were traced to drought‐induced declines in canopy and whole tree hydraulic conductances, which declined with growing precipitation deficit and decreasing soil volumetric water content (VWC). In contrast, the interannual differences were small in gross ecosystem productivity (GEP) and ecosystem respiration (ER), both seemingly insensitive to drought. However, the drought sensitivity of GEP was masked by higher leaf area index and higher photosynthetically active radiation during the dry year. Normalizing GEP by these factors enhanced interannual differences, but there were no signs of suppressed GEP at low VWC during any given year. Although ER was very consistent across the 3 years, and not suppressed by low VWC, the total respiratory cost as a fraction of net primary production increased with annual precipitation and the contribution of heterotrophic respiration (R_h) was significantly higher during the wettest year, exceeding new litter inputs by 58%. Although the difference was smaller during the other 2 years (R_h : litterfall ratio was 1.05 in 2006 and 1.10 in 2007), the soils lost about 109 g C m^?2 yr^?1, outlining their potential vulnerability to decomposition, and pointing to potential management considerations to protect existing soil C stocks.