黑河下游额济纳绿洲近二十年生态输水的生态水文恢复效应

为了解黑河流域输水工程的生态水文效应,以额济纳绿洲为例,利用长期监测数据和遥感数据,采用空间分析、趋势分析、回归分析和结构方程模型等方法,识别了生态输水工程实施以来(2000—2020年)额济纳绿洲地下水埋深、地表水体及NDVI时空变化,分析了绿洲水文-生态指标对生态输水量的响应,明晰了绿洲植被恢复驱动因素的结构与强度。结果表明：2000—2020年,狼心山径流量呈显著增加趋势,年均增加2.7×10⁷ m³,额济纳绿洲平均地下水埋深上升了0.41 m,地表水体面积增加了130.62 km²;NDVI显著增加,增加区域占42.34%,主要集中在西河中游和东河下游;西河地区NDVI对径流量的响应较东河地区更敏感;当狼心山年径流量>6×10⁸ m³、平均地下水埋深<2.8 m时,绿洲植被面积及NDVI维持在较高水平;径流量、地下水埋深及耕地面积等因素对绿洲植被有着不同程度的直接和间接影响;黑河下游径流量保证与地下水稳定是额济纳绿洲恢复与可持续发展的关键。     

黑河下游河岸绿洲区包气带土壤水分与植被生长状况的研究

黑河下游荒漠平原区近年来由于河水流入量的持续减小,致使依赖河水补给来源的地下水呈减少趋势,造成区域性地下水位下降,从而引起一系列生态环境问题。通过研究黑河下游河岸绿洲区非饱和带的含水量、地下潜水埋深、土壤类型结构等与河岸绿洲植被生长状况之间的关系,发现土壤结构、地下水位埋深和土壤盐分是决定研究区植被生长状况的3个主要因素,而土壤结构是不可改变的,土壤盐分又与地下水关系密切,因此,地下水是极端干旱区植被生长状况的决定因素。     

草原露天煤矿区植被对地下水位埋深变化的响应

草原采矿活动疏排地下水导致区域地下水位下降,植被退化严重。明确草原采矿活动影响区域地下水位埋深的强度和范围,确定影响植被生长的地下水位埋深阈值,对草原矿区生态环境保护有着重要意义。以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为例,利用遥感方法,建立采矿前后区域地下水埋深变化与NDVI的定量响应关系;通过样方调查,确定研究区植被群落随地下水位埋深变化的演替模式,分析草原矿区地下水位变化对草原植被类型、物种丰富度、植被覆盖度、地上生物量和综合优势比的影响;结合两种方法,确定维持研究区植被正常生长的地下水位埋深阈值。其结果如下：从柴达敏诺尔湖至采坑边缘,地下水位埋深从0 m逐渐下降至60 m,植被群落演替为盐化草地→典型草原→退化典型草原→退化草甸草原→盐化草甸草原;研究区最适宜植被生长的地下水位埋深约为1 m;1-30 m为维持研究区植被正常生长的阈值地下水位埋深。最后根据以上结论,将研究区划分为地下水开发的一级敏感区、二级敏感区和三级敏感区,针对不同敏感区提出了不同的地下水开发政策,以防止采矿活动疏排地下水引起草原退化。     

鄱阳湖湿地地下水埋深及其与典型植被群落分布的关系

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替.本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014-2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系.结果表明:年内...     

黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应

以黑河中游荒漠绿洲过渡带主要建群种多枝柽柳成年体为研究对象,对野外不同地下水埋深处柽柳叶片生理生态特性进行观测和分析,评价分析多枝柽柳对地下水埋深差异和地下水位季节变化的响应过程和适应机制.结果显示:在相似大气环境条件下,不同地下水埋深之间,多枝柽柳叶片的生理生态指标没有明显差异,但对于地下水位的季节波动,则表现出较为明显的变化和响应;柽柳通过气孔的调节,在更深地下水埋深下,水分条件更差时,保持了稳定的气孔导度和较高的叶片胞间二氧化碳浓度,从而维持相对稳定的碳同化能力及较高水分利用效率,表现出较好的适应能力;在不同地下水埋深下,叶片生理生态指标随地下水位下降的响应特征呈现出明显差异,这种差异暗示了黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳的适宜地下水位在3 m左右.     

疏勒河流域气候变化和人类活动对植被NPP的相对影响评价

气候变化和人类活动是对陆地生态系统碳循环产生重要影响的两个因素,定量评估气候变化与人类活动对植被净初级生产力(NPP)的相对影响,对深入理解其驱动机制和控制荒漠化发展具有重要意义。以疏勒河流域为研究区,利用遥感和气象数据计算潜在NPP(PNPP)及其与实际NPP(ANPP)之间的差值,分别衡量了气候变化和人类活动对流域NPP的相对影响。研究结果表明:(1)2001—2015年疏勒河流域年ANPP整体呈缓慢增加趋势,与全国和西北地区相比,普遍较低,流域植被整体生产力水平不高。流域年ANPP空间分布呈现上游祁连山区和中下游绿洲区ANPP较高,而中下游荒漠戈壁区ANPP较低的分布格局。(2)2001—2015年流域年PNPP的变化趋势表明,降水量的变化是导致疏勒河流域植被退化加剧或缓解的主要气候驱动因素,但气温的变化对植被的影响较为复杂。(3)2001—2015年流域大部分地区植被退化系人类活动造成的,但人类活动的负向影响力在减弱。(4)气候变化和人类活动对植被NPP的相对影响均表现出明显的空间异质性,其中人类活动是疏勒河流域植被变化的主要驱动因素。     

荒漠绿洲区芦苇种群构件生物量与地下水埋深关系

在野外调查的基础上 ,利用 Pearson关联分析法研究了河西荒漠绿洲区不同生境中芦苇种群构件生物量与地下水埋深的关系 ,结果表明 :地下水埋深对芦苇种群的影响明显 ,主要体现在 :在湿地和地下水埋深小于 0 .5 m的生境中 ,芦苇种群表现为高的种群密度、低的种群高度、低的地上生物量和高的地下生物量 ;在地下水埋深为 1 .5 m左右的生境中 ,芦苇种群地上生物量最高 ,生长最旺盛。随着地下水埋深的增加 ,垂直根茎生物量对芦苇种群地上生物量的影响加强 ,而水平根茎生物量对芦苇种群生物量的影响呈随机型 ,这可能是造成芦苇种群呈不连续、斑块状分布的主要原因。在地下水埋深 1 .5 m左右的生境中 ,芦苇的垂直根茎对种群生物量影响十分显著 ( P<0 .0 1 ) ;在地下水埋深 1 .5～ 4.0 m的生境中 ,影响显著 ( P<0 .0 5 ) ,但在地下水埋深 4m以上的生境中影响不显著 ,这表明在河西荒漠绿洲区 ,芦苇垂直根茎的最大水力提升高度 4m左右     

克里雅河尾闾绿洲胡杨种群年龄结构对地下水埋深的响应

为阐明沙漠腹地绿洲胡杨种群的生存状况与发展动态,探讨地下水埋深差异对胡杨年龄结构组成与种群更新演替的影响。该研究以塔克拉玛干沙漠腹地克里雅河尾闾达里雅布依绿洲胡杨林为研究对象,通过划分胡杨龄级与地下水埋深梯度等级,量化个体竞争能力等主要手段,对胡杨种群年龄结构特征进行了分析,并对时间序列上的更新动态进行了预测。结果表明:(1)达里雅布依绿洲胡杨林的年龄结构在整体上存在微弱的增长趋势,但不同生境之间的差异较大,多数区域的胡杨种群更新乏力。(2)胡杨个体的竞争能力与龄级之间存在幂函数关系,同时随着地下水埋深的增加,所能维持的竞争关系愈发简单,而竞争能力较低的幼龄林比例也随之降低。(3)当地下水埋深小于6 m的情况下能够保障胡杨种群正常的更新演替,而大于6 m后的地下水埋深则会使胡杨种群丧失幼龄林这一组分,呈现出明显的衰退趋势。     

民勤湖区地下水资源时空变化对灌区景观生态安全的影响研究

以生态安全面临着严重威胁的我国干旱区民勤绿洲湖区灌区景观为例,研究地下水资源的时空变化对灌区生态安全的影响．利用GIS进行地下水的空间插值得到地下水埋深与地下水矿化度的时空变化．结果表明,地下水埋深在14年间持续下降,且灌区中心地带的地下水埋深的下降速率较边缘地带快。导致地下水降落漏斗不断加深,并逐渐由灌区中心向边缘扩展．大于3m的地下水埋深面积比例逐年增加,由1987年占湖区总面积的81．2％上升到2001年的97．4％．地下水埋深的持续下降导致土壤含水量降低是除人为破坏而引起林木自然衰败、死亡,并引起灌区自然生态安全水平降低的主要原因．当地下水埋深超过8m,地下2m处土壤含水率达到12％以下,大部分乔木林枯梢率达到90％以上,而灌木林枯梢率也达到50％以上．受地下水位下降的影响,14年间有林地、灌木林地与疏林地的斑块面积分别减少了67％、54％与31％,斑块数量减少35、42与50块．地下水矿化度的上升导致作物的安全生长格局发生显著变化,导致农业经济效益降低、种植业结构调整受到严重制约,构成对灌区经济生态安全的严重影响．合理分配流域中、下游水资源量,限制人类不合理的土地利用方式,减少灌区耕地面积,构建安全的景观格局．逐渐恢复地下水采、补平衡,阻止地下水位的进一步下降与地下水矿化度的上升是提高灌区生态安全水平的重要途径．     

基于机器学习模型的沙漠腹地地下水含盐量变化过程及模拟研究

为了研究塔克拉玛干沙漠腹地的地下水盐分变化规律,模拟地下水盐分变化过程,评价适合该区域的地下水变化规律的模型。通过对研究区蒸发量、降水量、气温、气压、地下水位、地下水电导率数据的统计分析,揭示了地下水含盐量及其影响因素的特征;使用GP模型、GPLVM模型和BP人工神经网络模型以及综合模型,模拟了气候变化和人类活动双重影响下的地下水含盐量变化过程,并评价了模型的模拟结果。研究结果表明:(1)研究区地下水流动系统主要受气候变化和人类活动的影响,地下水位在局部地区随开采过程呈现波动变化。地下水位变化过程与气压的变化规律相一致;而气温和蒸发量的季节变化规律相一致。地下水盐分含量呈上升趋势。(2)GP模型对于地下水含盐量的预测效果最好;GPLVM模型对于已知地下水含盐量条件下,与其他环境因素进行多元回归分析的拟合效果最好。而GP、GPLVM和BP人工神经网络模型的综合模型,对于包括模型训练和模型预测的全体数据集的拟合和预测效果最好。     

黄河三角洲植被空间分布特征及其环境解释

为了解黄河三角洲地区植被空间分布与环境因子之间的关系,通过局地植被样方调查、区域遥感影像提取归一化植被指数(NDVI)及地形高度、地下水位埋深、表层土壤Cl~-含量等环境数据采集,综合样地植被与环境数据进行了除趋势对应分析(DCA)和除趋势典范对应分析(DCCA),并对区域NDVI与主要环境变量进行了单因子相关性分析和多元逐步回归分析。结果显示:DCA排序可将黄河三角洲植被分为翅碱蓬、柽柳-翅碱蓬、芦苇-柽柳、芦苇4个主要群落类型(群丛),DCCA与DCA排序图总体相似,但DCCA更清晰地表明其第一轴主要代表的是潜水Cl~-浓度等关键水盐因子,且随着水土环境系统盐分含量的减小,群落由翅碱蓬逐渐向芦苇演变。区域典型植被群落和NDVI分布格局与变化趋势受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度2个环境因素影响较大(NDVI与2个环境变量间建立的二元回归方程R~2=0.57),而土壤Cl~-含量的植被效应实际上受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度的影响。在区域地下水普遍浅埋条件下,地下水成为影响植被生长与分布的生态环境最敏感要素,而地下水位埋深和潜水Cl~-浓度是这一要素中的2个关键因子,尤其是后者梯度变化对天然植被分布格局起重要的控制作用。     

塔克拉玛干沙漠腹地柽柳年轮宽度对地下水埋深的响应

【目的】柽柳作为干旱荒漠生态系统的典型物种,研究其年轮宽度对地下水响应的保护有重要价值。【方法】研究基于沙漠腹地达理雅博依绿洲地下水埋深资料,利用年轮测定方法分析不同地下水埋深状况下柽柳年轮宽度的变化,探讨其与地下水埋深变化的关系。【结果】样地一地下水埋深随时间逐年增加,埋深范围是1.2～2.6 m,柽柳的年轮宽度在2001-2020年呈显著增加趋势,变化范围为0.98～5.80 mm,年轮宽度年际间差异显著;样地二地下水埋深随时间增长呈现先增加后减小的趋势,埋深范围是2.7～4.5 m,柽柳年轮宽度在1977-2020年整体呈正弦函数变化,范围为1.46～4.41 mm,年轮宽度年际间差异性不显著;样地一柽柳标准年表振幅范围是0.502～1.641,大于样地二柽柳标准年表振幅范围为0.577～1.331。【结论】样地一地下水埋深向着柽柳生长适宜的范围增加时,有利于柽柳的生长,表现为年轮宽度增加,样地二的柽柳年轮宽度变化和地下水埋深之间无显著相关性。     

干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述

在干旱半干旱生态脆弱区,地下水是限制植物种类组成、数量和生长发育的关键因素之一。近年来由于气候变化与土地利用强度的增加,我国北方普遍出现以极端气候变化、地表水体萎缩和地下水位下降为特征的生态过程,对区域生态系统安全和可持续发展构成严重威胁。而有关干旱半干旱区地下水埋深变化驱动退化植被恢复和稳定性维持方面的系统研究尚存不足。系统总结了地下水埋深变化分别对植物、土壤产生的影响及其三者间相互作用关系,比较分析了前人的研究成果,归纳总结了地下水埋深变化的驱动作用和影响因素,以及干旱半干旱区地下水埋深变化对植物土壤系统影响的预测模型研究,以期为今后应对地下水埋深变化制定生态保护策略提供理论指导依据。对本研究做了展望。     

输水前后塔里木河下游物种多样性与水因子的关系

为检验连续7a的输水对塔里木河下游生态系统稳定性的影响,根据2006年与2010年塔里木河下游地下水埋深、地下水质以及植被调查资料,分析了2006到2010年间物种多样性、地下水位和水质变化状况,利用非参数相关和RDA排序对输水间歇物种多样性与地下水位、水质关系变化作了探讨,结果发现:塔里木河下游输水停止后地下水位不断下降,地下水矿化度也有小幅度增加;物种多样性Shannon-Weiner指数、Simpson指数、Margalef指数、Patrick指数以及Cody指数都以下降为主,表明塔里木河下游受损生态系统尚不具备自维持能力;物种多样性与地下水埋深和地下水矿化度的关系为,地下水平均埋深为5 m左右时,物种多样性主要受地下水质状况的影响,而当地下水平均埋深大于6.5m时,物种多样性的制约因子则为地下水位.因此,从物种多样性角度看,塔里木河下游的合理水位应在5 m左右,大于6.5m则是物种多样性的胁迫水位.     

基于GWR模型的于田绿洲土壤表层盐分空间分异及其影响因子

以于田绿洲为研究靶区,利用24个采样点的土壤表层盐分数据,选取9个与土壤表层盐分密切相关的影响因子,结合空间自相关、传统回归分析和地理加权回归模型,分析表土盐分的空间分布特征及其影响因子的空间分异.结果表明:于田绿洲表土盐分在空间上并非随机分布,而是存在较强的空间依赖关系,空间自相关指数为0.479.地下水矿化度、地下水埋深、高程和温度是影响干旱区平原绿洲表土积盐的主要因子,这些因子具有空间异质性,选取的9个环境变量中除土壤pH值外,其他变量对表土盐分的影响强度均存在显著的空间分异.GWR模型对存在空间非平稳性数据的解释能力和估计精度都优于OLS模型,而且在模型估计参数的可视化上具有明显优势.     

塔里木河下游荒漠植被保护酶活性与地下水位变化的关系

在塔里木河下游的不同断面,随着距离河道由近及远、地下水埋深的不断增大,柽柳叶片的MDA含量、SOD活性随着地下水位的下降而逐渐增加,与地下水位呈显著正相关．相关系数分别为0．7464和0．5531;POD活性却随着地下水埋深的不断增大而呈下降趋势,与地下水位呈显著负相关．相关系数为0．5518。根据不同地下水位条件下柽柳叶片的MDA含量和SOD活性所反映出的适宜其生存的合理生态水位、(严重)胁迫水位并将其进行综合比较与分析,初步推断出：在塔里木河下游地下水埋深超过3．12m时．柽柳的生长即开始受到抑制,5m左右的地下水位即对柽柳造成严重胁迫,≥8．83m的地下水位则会危及柽柳的生存。     

塔里木河下游地下水埋深对草本植物地上特征的影响

根据2014年在塔里木河下游5个断面30个植物样地的调查,获取了草本植物群落的特征资料,并记录了相应的地下水埋深数据。根据所收集的相关资料,对研究区内草本植物地上生态特征与地下水埋深间的关系进行了探讨。结果表明:1)随着离河道距离的加大,地下水位逐渐降低,草本植物群落生物多样性逐渐减小,盖度降低,结构趋于简单,地下水位6~7 m时草本分布十分稀少;2)地下水埋深与草本植物地上生物量以及地上含水率具有显著的相关性,随着地下水埋深的增加,草本植物的地上生物量逐渐减少,地上含水率也呈减少的趋势,但地上净初级生产力与地下水埋深的关系不明显;3)生态输水使距河道一定范围内地下水位升高明显,在纵向和横向上都表现出一定的规律,生态输水的影响范围逐渐加大,植被的响应也很显著,长势出现明显好转,多样性与盖度均有所增加。     

商丘市浅层地下水位下降对区域气候的影响

地下水包括浅层地下水和深层地下水,是陆地水循环的重要组成部分,其中浅层地下水受气候条件和植被地形及人类活动的影响大。浅层地下水埋深对气候变化的响应研究是气候变化影响研究的前沿和热点之一,对于水资源管理及其相关研究与应用具有重要意义。商丘市所在的黄淮平原是我国第一大地下水富集区,由于气候变化和人类活动的影响,地下水资源量与1984年相比下降了20%以上。地下水作为黄淮平原重要的水资源,研究气候变化和人类活动的影响与地下水的相应关系有着重要的现实意义。以几个典型城市的气温与地下水位的变化情况为基础,全面分析讨论了商丘市浅层地下水对水温、蒸发量和气温的影响关系,为商丘市以及黄淮平原地下水资源变化提供科学的依据。     

盐城滨海冲积平原孔隙承压地下水埋深对水质的影响

含水层(组)的空间结构不仅决定了地下水的空间分布格局,对地下水水质状况也有一定程度的影响。基于盐城滨海平原水文地质分区内部水文地质钻孔数据及2005—2014年水质因子监测数据,综合运用GIS及ANOVA等方法,研究了实验样区第III承压含水层孔隙地下水的水质在时空维度上对含水层顶板埋深变化的响应特征,分析了地下水质动态演变规律,并对研究区地下水管理与保护提出了建议。研究结果表明:该区第III承压含水层埋深大多位于-118.9—-85.45m之间;由于不同埋深的地下水所处的水文地质条件及开采利用状态差异,地下水典型水质因子含量与含水层埋深因素之间呈现出一定相关性:矿化度、总碱度和细菌总数3种因子与埋深的关联强度最高(相关度分别为69.67%、75.76%和58.09%),总硬度因子的关联强度处于中等水平(49.18%);高锰酸钾指数受埋深影响较小(35.27%);同时还发现,在不同埋深分级区间各因子与埋深的关联强度差异明显,表现出不同的动态演变特征。     

黑河下游地下水波动带地下水与植被动态耦合模拟

采用对数正态分布模型,基于2006年黑河下游的野外实测数据,建立了研究区胡杨和柽柳植被盖度与地下水埋深的模型,并模拟了研究区的潜在植被.结果表明：黑河下游胡杨的最适宜地下水位和平均地下水位分别为2.6和3.6 m,柽柳则分别为2.0和3.0 m;胡杨的高盖度分布区主要集中在河道两侧的区域,而柽柳则可以在研究区的大部分区域以较高的盖度生存,对于研究区当前的地下水埋深而言,柽柳应该是最适宜生存的物种之一;研究区胡杨和柽柳的潜在植被空间分布与现状分布的相似性分别为43.4%和55.6%,导致相似程度不高的主要原因为土壤中存在的石膏盐盘层阻碍了土壤水分的垂直运动.