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。     

分水后黑河干流中游地区景观动态变化及驱动力

综合利用GIS、RS技术和景观生态学方法,分析了黑河干流中游地区1985～2005年,尤其是黑河干流水量统一调度实施后(即2000年以后)的景观动态变化及驱动机制.结果表明:(1)研究区景观发生了较大变化,1985～2000年,耕地、林地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、水域、未利用土地不断减少;2000～2005年耕地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、林地、水域、未利用土地不断减少.(2)在类型水平上,分水后,耕地和城乡工矿居民用地呈连片趋势发展,破碎度降低,形状更为规则,空间连接性增强;林地、草地、水域和未利用土地破碎度增加,分布更为分散,连通性和优势度降低.(3)在景观水平上,分水后,研究区景观多样性水平提高,异质性在增加,破碎化程度越来越大,景观中斑块空间连接性下降,优势度在减少,斑块类型在景观中趋于均匀分布,土地利用向着多样化和均匀化方向发展.(4)研究区景观变化的驱动力主要包括人口增长、经济社会发展,2000年以后,可利用水量的约束直接影响着研究区的景观变化.     

荒漠景观破碎化条件下啮齿动物群落beta 多样性变化特征

2002 ～2010 年,采用夹日法对内蒙古阿拉善荒漠区禁牧、轮牧、过牧和开垦4 种不同人为干扰生境中啮齿动物群落β 多样性进行了研究,同时分析不同生境的灌木植物群落特征来探讨人为干扰下的景观破碎化。依据人为干扰下景观破碎的情况将研究区域内生境梯度的变化按照:禁牧到轮牧、轮牧到过牧、过牧到开垦、禁牧到过牧、禁牧到开垦、轮牧到开垦进行划分,分别利用Jaccard 指数、Sorenson 指数和Cody 指数分析景观破碎化条件下啮齿动物群落β 多样性变化特征。结果表明,不同生境梯度间3 种β 多样性指数差异均显著(P <0. 05),禁牧到过牧梯度β 多样性差异最大。不同干扰生境间的灌木植物群落特征差异极显著(P < 0. 01),Shannon-Wiener 指数、Simpson 指数和物种数均表现为轮牧区> 过牧区> 禁牧区> 开垦区。环境变化程度与β 多样性变化的程度一致。人为干扰是该区域景观破碎化的主要原因,特别是放牧活动,导致环境异质性显著增加。在荒漠区,这种随环境梯度造成异质性加大而增加的β 多样性,并不是由物种增加较大导致,而是由啮齿动物群落物种组成差异和变化增大所致.     

阿拉山口啮齿动物群落结构及其变化

阿拉山口啮齿动物群落结构及其变化ＴＨＥＣＯＭＭＵＮＩＴＹＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＩＴＳＣＨＡＮＧＥＯＦＲＯＤＥＮＴＳＩＮＡＬＡＴＡＷＰＡＳＳ鼠类的群落结构是生态环境特征及其变化规律的重要标志之一,在新疆内陆干旱荒漠区,阿布里米提等曾论及阜康生态站的...     

黑河中游荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间变异

荒漠绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定具有重要作用。过渡带土壤湿度和植被之间的相互关系是了解荒漠绿洲过渡带的重要科学问题,从而开始受到重视。研究是在黑河中游荒漠绿洲过渡带,选择一条1700m×200m的样带（包括3条平行样线）,在对土壤湿度、植被高度、盖度等调查的基础上,应用统计分析和地统计的方法,研究了荒漠绿洲过渡带土壤水分和植被的空间变异性特征。结果表明：在荒漠绿洲过渡带上,0～200cm土层中土壤平均湿度介于1．45％～3．85％,变异系数在27．7％～83．2％;植被盖度介于9％～80％,变异系数为80％。植被盖度、冠幅与0～20、20～40cm两层土壤湿度显著负相关（p〈0．05）,与120～140、140～160cm两层土壤湿度显著正相关（p〈0．01）。土壤水分和植被空间分布在样带上存在明显的空间异质性,表现在小于100m的尺度上随机分布,而在100～3110m的尺度上呈聚集分布格局。     

莫索湾垦区啮齿动物群落结构与物种多样性分析

2004年6～8月对莫索湾垦区啮齿动物调查,按不同生境共抽取18个样地,采用铗日法进行鼠类密度调查,共置10400个铗日,捕获啮齿动物446只,分属3科9属11种。经聚类分析,该垦区鼠类群落可划分为6种群落类型：（1）以大沙鼠（Rhombomys opimus）＋子午沙鼠（Meriones meridianus）为主的荒漠型;（2）以红尾沙鼠（Meriones erythrourus）＋小五趾跳鼠（Allactaga elater）为主的半荒漠灌丛型;（3）以柽柳沙鼠（Meriones tamariscinus）＋小林姬鼠（Apodemus sylvaticus）为主的林地型;（4）以小家鼠（Mus musculus）＋小林姬鼠为主的农田型;（5）以灰仓鼠（Cricetulus migratorius）＋子午沙鼠为主的弃耕地型;（6）以褐家鼠（Rattus norvegicus）为主的城镇型。从原始荒漠到城镇居民区的环境梯度变化中,鼠类群落多样性指数呈上升趋势（1．1053～1．2744）,到农田达到最大,农田到居民区则略有下降;均匀性随各群落生境类型不同,变化无规律性（0．6423≤J≤0．9207）;优势度则呈下降趋势（0．4176～0．3368）。生境差异、植被盖度和人为干扰强度对鼠类群落多样性均有一定影响。     

开垦对阿拉善荒漠啮齿动物群落功能多样性的影响

开垦会导致荒漠化的加剧,并对动物群落产生严重的影响。而功能多样性恰恰能体现环境或干扰胁迫导致的群落结构差异。但有关啮齿动物群落功能多样性的研究并不多见,为此,我们在2018至2020年的4月、7月和10月利用铗日法对开垦区和未开垦区的啮齿动物群落进行调查,选择并量化了与其营养、生活史、生理、形态及活动节律等相关的5个功能性状,以探讨开垦对啮齿动物群落组成的影响,以及性状组成和功能多样性变化。研究结果表明：(1)开垦区群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均低于未开垦区,开垦改变了啮齿动物群落性状组成;(2)阿拉善荒漠啮齿动物群落组成与蛰眠、繁殖周期和食性等功能性状显著相关;(3)开垦区春、秋季群落功能丰富度和功能均匀度高于未开垦区,各季节群落功能离散度显著高于未开垦区;而未开垦区夏季群落功能丰富度高于开垦区,秋季群落功能均匀度高于开垦区;(4)开垦区和未开垦区群落功能丰富度最高值均出现在夏季,二者在不同季节间差异较大;开垦区群落功能均匀度最高值出现在春季、功能离散度最高值出现在秋季,二者在季节间差异均较小;未开垦群落功能均匀度最高值出现在秋季、功能离散度最高值出现在夏季,二者在季节间差异均较大。上述结果说明,阿拉善荒漠区啮齿动物群落功能多样性变化与土地开垦和季节相关联,开垦会从啮齿动物群落的生态空间利用程度、资源利用、种间竞争及生态位等方面影响群落功能多样性。     

阿拉善荒漠啮齿动物集合群落实证研究

当生态学家探求在破碎化的栖息地中,群落物种的共存机制、多样性、局域尺度的性质和过程被放到更广阔的时空框架内时,就出现了"集合群落"这一概念。Leibold提出了集合群落概念,他们将一个集合群落定义为局域群落集,这些群落由各个潜在的相互作用的物种的扩散连接在一起。集合群落理论描述了那些发生在集合群落尺度上的过程,并且提出思考关于物种相互作用的新方法。集合群落概念为群落生态学提供了一个新的革命性的范式,集合群落研究的最基本问题是同一系统中多物种共存的机理、多样性的形成原因与维持机制。该范式强调区域范围内群落中的综合变异,强调环境特证和栖息地之间通过扩散调节的生物相互作用和空间变化。Leibold等提出了解释集合群落结果理论上的4个生态范式,即(1)中性理论;(2)斑块动态理论;(3)物种分配理论;(4)集团效应理论。之后有大量有关检验这4种生态理论的研究,但是有关陆地脊椎动物系统的集合群落的研究较少。2010—2012年,通过在内蒙古阿拉善荒漠景观中的8个固定样地中,对啮齿动物、栖息地环境因子进行调查。利用冗余分析和偏冗余分析,评估环境特征和空间特征对物种组成的影响。结果表明,环境特征独自解释72.8%的啮齿动物物种组成变化,空间特征独自解释33.8%的物种组成变化,环境特征和空间特征共同解释86.5%的啮齿动物物种组成变化,结果显著(P=0.032);去除环境特征之后,空间特征解释13.7%的变化(P=0.246),结果不显著;去除空间特征之后,栖息地变化解释52.7%的变化(P=0.016);环境特征和空间特征的交互作用解释20.1%的物种组成的变化,该区域啮齿动物群落构成集合群落,物种共存中环境特征起着主导作用,由物种分配理论解释该集合群落结构。     

黑河中游湿地典型植物群落特征与物种多样性

运用植物学及植物地理学方法,结合野外实地调查,对黑河中游湿地植物区系组成、地理成分、生态特征和物种多样性进行了分析.结果表明:黑河中游湿地共有84种植物,隶属于32科70属,其中,菊科、禾本科的种类最多,占所有植物种类的29.8％;植物区系地理成分多样,温带分布型是主要组成部分;黑河中游湿地草本植物占数量优势,以多年生为主.双向指示种分析法(TWINSPAN)将42个湿地样方划分为10个群落,不同植物群落类型的物种多样性指数均较低,且存在较大差异;以重要值计算的Margalef丰富度指数(Rm)介于0.344 ～1.202,Simpson多样性指数(D)介于0～0.840,Shannon多样性指数(H)介于0 ～1.999,Pielou均匀度指数(J)在0.712 ～1.0,表明了黑河中游湿地植物群落的结构简单、组织水平低.     

黑河中游地区植被生态需水量估算

以水量平衡关系为理论基础,引用195 6～2 0 0 0年黑河中游地区各县的气象资料和2 0 0 2年4月～2 0 0 3年10月不同类型植被区的土壤水分动态监测数据,并采用GIS技术进行生态分区的基础上估算该地区的植被生态需水量,分析生态需水量的时空变化以及缺水量。结果表明:黑河中游地区每年最适生态需水量在9.4 8×10 8～11.5 8×10 8m3之间,除去相应植被区域上的有效降水量4 .74×10 8m3,还需要从径流中补给4 .74×10 8～6 .84×10 8m3。除山丹和民乐县外,其它各县的降水量均不能满足临界生态需水量。若以最适生态需水量为标准,山丹县的缺水量最大,占整个中游地区缺水量的4 0 .9%。另外,在水资源配置方案中,不仅要考虑空间上的差异,而且更要注意生态需水量在时间上的变化。分析表明,黑河中游地区的生态需水量的亏缺主要发生在4～6月份     

黑河中游主要农作物灌溉制度优化

科学的灌溉制度是干旱半干旱地区农业生产的重要保障。黑河位于西北干旱区,是我国第二大内陆河,且当地中游农业灌溉和下游生态需水矛盾十分突出。利用DSSAT （Decision Support for Agro-technology Transfer）模型模拟了黑河中游地区玉米、小麦、油菜、马铃薯的生长情况,对比分析了四种作物生育期内需水量变化与当地降水条件、现行灌溉制度之间的差异。通过设置灌溉组合探究了四种作物最适宜的灌溉制度,并计算了优化灌溉制度下的节水潜力。结果表明：DSSAT模型通过参数校正与验证后,对四种作物生长过程模拟性能较好,产量标准化均方根误差（nRMSE）均低于15.0%,决定系数（R²）均达到0.65以上。缺水量模拟结果表明,四种作物生长季平均水分亏缺介于122.5-367.0 mm。通过调整灌溉制度,可使玉米、小麦、油菜、马铃薯的水分利用效率分别提高54.8%、25.0%、18.3%和51.3%,且产量变幅均低于5.0%,实现了高产节水的目的。在研究区实施最优灌溉制度,中游农业灌区每年可以节省8.1×10⁸ m³的水资源量,用于支持下游生态保护。     

基于压力-状态-响应模型的黑河中游张掖市生态安全评价

生态系统服务的状态与生态是否安全密切相关,生态系统服务的正常发挥是实现生态安全的前提。近年来,中国西北荒漠-绿洲扩张速度加快,改变了生态系统服务的供给与传输,进而影响了区域生态安全。以典型荒漠-绿洲区域黑河中游的张掖市为例,基于压力-状态-响应模型,耦合生态系统服务理论,构建了黑河中游生态安全评价指标体系,评估了2001-2015年黑河中游生态安全演变趋势。研究结果表明黑河中游生态系统面临的资源消耗和环境污染压力越来越大,压力指数有所降低;部分地区出现植被退化、破碎化增加等现象,状态指数略有降低;在实施节水灌溉、产业转移、湿地保护等举措后,响应指数显著增加。总体来看,2001-2015年黑河中游生态安全水平呈现波动增长趋势,生态安全综合指数由0.3748增至0.5888,生态安全等级由"较不安全"达到"临界安全"状态,其中高效节水灌溉面积、生态用水量、地下水开采率等水资源相关要素是影响绿洲生态安全水平的主要因子。基于以上研究,提出了坚持生态保护优先、调整种植和产业结构、发展高效节水灌溉技术、提高公众生态保护意识等提高生态安全水平的相关对策与建议,以期为促进区域生态经济可持续发展提供支撑。     

黑河中游春小麦需水量空间分布

合理估计春小麦的需水量(ET_c)是进行干旱区水资源配置的有效方法,利用黑河中游14个气象站1970-2009年的逐日气象资料,应用Penman-Monteith公式估算各站点的参考作物蒸散量,并根据春小麦生长期的作物系数,在地理信息系统(GIS)技术支持下得出黑河中游春小麦需水量的空间分布及变化趋势。结果表明:1970-2009年黑河中游春小麦作物需水量整体分布具有从南向北递增的趋势,全生长期需水量在573-781 mm之间;高台、张掖、临泽、民乐、山丹、酒泉的春小麦需水量分别为731.26、686.88、598.24、728.89、719.77、713.59 mm,其中生长中期需水量最大,分别占全生长期的51.67%、51.11%、50.96%、51.24%、50.83%和50.77%;日平均气温、日照时数、风速、降水量、最小相对湿度和各因子的影响力由大到小分别占总影响力的57.29%、26.92%、15.15%、1.41%和0.78%。     

黑河中游生态用地景观连接性动态变化及距离阈值

景观连接度描述了景观组分在景观格局、过程和功能上的有机联系.本文利用1986、2000和2011年土地覆被数据,基于图论方法,研究了黑河中游生态用地(林地、草地、湿地)景观连接性动态变化,并通过分析不同阈值下景观连接度值的变化揭示了研究区景观的适宜阈值.结果表明: 黑河中游1986—2011年对景观连接度产生重要作用的生态斑块面积呈减少趋势.湿地斑块面积2000—2011年减少幅度较大;草地斑块数量先减少后增加,面积变化不大,但是有斑块破碎化的趋势.不同阈值下景观连接度值的变化验证了距离阈值的正向作用.400～800 m是研究黑河中游物种扩散和生态流运行的适宜距离阈值.选择600 m作为距离阈值时,大型斑块对区域总体景观连接水平影响最为显著,是区域生态系统稳定和健康的关键组成;小型生态斑块虽然占生态斑块总面积的比例不大,但对区域的生态安全格局的维持和改善有较大影响,亦需加强保护与管理.研究结果对干旱区生态系统管理具有重要的借鉴意义.     

不同生态保护地植物特征和土壤性质的对比研究——以黑河中游湿地为例

选择黑河中游张掖国家湿地公园和张掖黑河湿地国家级自然保护区为研究对象,对比分析了植物组成、物种多样性、植物生长状态、土壤养分、土壤理化性质及植物土壤间关系。结果显示:湿地公园的植物高度和土壤养分含量(有机碳、全氮、速效氮、全磷、速效钾)显著高于自然保护区,土壤理化性质含量(容重、pH)显著低于自然保护区,表明湿地公园有利于植物生长发育、土壤养分固存、改善土壤质地;自然保护区的植物科属种、多度、物种多样性(多样性指数、丰富度指数、均匀度指数)显著高于湿地公园,表明自然保护区有利于维持植物多样性;两种保护地中影响植物多样性的土壤因子不同,湿地公园物种多样性与土壤全磷和速效磷显著正相关,而自然保护区物种多样性与土壤盐分显著负相关。     

金沙江上中段大型底栖无脊椎动物群落结构特征和多样性分析

研究将2010—2019年的大型底栖无脊椎动物观测资料进行了系统整理分析,旨在为金沙江上中段大型底栖无脊椎动物的多样性评估以及高海拔地区河流的生物多样性研究和保护提供较为全面的基础资料。研究结果显示,金沙江上中段大型底栖无脊椎动物种类组成上水生昆虫占据绝对优势地位,主要由双翅目、蜉蝣目、毛翅目和襀翅目组成,软体动物占比较低,且以基眼目为主。就科级水平而言,四节蜉科、摇蚊科、扁蜉科和石蝇科为整个研究区域的常见分类单元,其中摇蚊科和四节蜉科在干支流和丰枯期均较为常见。干流和支流大型底栖无脊椎动物的群落结构显著不同,不受丰水期和枯水期的影响。丰水期和枯水期大型底栖无脊椎动物的群落结构差异显著,不受干流和支流的局限。四节蜉(四节蜉属Baetis、二翼蜉Cloeon dipterum、花翅蜉属Baetiella和四节蜉科Baetidae)和石蝇(纯石蝇属Paragnetina和石蝇科Perlidae)以及纹石蛾(纹石蛾属Hydropsyche)是造成不同群组群落结构差异的关键分类单元。整个研究区域大型底栖无脊椎动物呈现较高的嵌套度,且嵌套度枯水期高于丰水期,支流高于干流。底栖物种丰富度和现存量枯...     

基于生态系统服务的黑河中游退耕还林生态补偿研究

退耕还林工程是迄今为止世界上最大的生态建设工程,对我国生态恢复发挥了重要作用,而生态补偿机制构建则是保障该工程顺利实施的关键。以黑河中游为研究区,评估了区域水源涵养、土壤保持和气体调节等生态系统服务及其退耕还林增量;利用最小数据法耦合机会成本和服务增量,推导退耕还林补偿曲线;通过政策目标设定3种情景,比较不同情境下的补偿标准、退耕比例和范围以及生态系统服务增量。结果表明:①退耕还林有助于提高生态系统服务的能力,单位面积水源涵养、土壤保持和固碳三种生态系统服增量分别为8.87 mm/m~2、105.67 kg/m~2和43.16 g/m~2;②如不实施生态补偿,仅有1.42%的耕地愿意实施退耕还林;当补偿标准达到4381.35元/hm~2时,可实现5.17%耕地退耕,且全部属于高度适宜和适宜还林的耕地;而当补偿金额达到7500元/hm~2时,可实现退耕比例13.98%,且多数属于宜林的地块;当补偿标准为2803.06元/hm~2时,退耕比例仅为2.55%,但全部适宜林地生长;③最小数据法可求得理论上相对高效和经济的补偿标准,目前实施的7500元/hm~2的政策标准在合理的补偿范围内。研究结果为完善黑河中游生态补偿机制、提高生态补偿效率提供科学指导。     

塔里木河中下游地区湿地景观格局变化

在RS和GIS技术的支持下,结合塔里木河中下游的区域特点,确定了塔里木河中下游湿地景观分类系统.通过采用景观多样性指数、优势度、景观破碎化指数、分布质心和平均斑块形状指数等景观的空间格局指数,较系统地分析了1980～2000年塔里木河中下游湿地景观空间格局变化.结果表明：塔里木河中下游湿地的分布面积呈显著下降趋势.1980～1990年湿地面积减少,斑块数量和密度增加.1990～2000年湿地面积有所增加,斑块数量和密度持续增加;随着人类干扰强度增加,景观多样性增加,优势度降低,湿地的破碎化程度越来越大;湿地景观要素中,河渠湿地、水库坑塘湿地面积有所增加,而湖泊、滩地、沼泽面积均在不断减少,其中沼泽湿地面积减少幅度最大.