从景观格局分析人为驱动的绿洲时空变化——以天山北坡三工河流域绿洲为例

根据三工河流域1978、1987年航片和1998年TM影像,利用GIS、RS和景观生态的研究方法,主要从绿洲景观格局分析了人为驱动的绿洲变化,包括景观多样性与人类活动的复杂多样性、景观斑块形状与绿洲扩张、斑块破碎化程度与人类活动的强度等。结果表明:(1)绿洲景观多样性总体呈现下降趋势,区域差异性较为明显。人类活动可以显著地改变绿洲景观的多样性。(2)绿洲景观斑块形状总体趋向不规则性和复杂性,但趋势减弱。人类一方面尽力在扩张绿洲外围,增加外围斑快形状的不规则性和复杂性,增加分维数,另一方面也在尽量规划绿洲内部,又使斑块形状趋向规则,降低其复杂性;但近20a,绿洲总体上以外围扩张为主。(3)人类活动强度和支配程度较大的绿洲区域,其景观的破碎化程度总体较高,绿洲中部人类活动强度最大,其景观破碎化程度总体高于人类活动强度较弱的绿洲下部和上部;绿洲斑块密度和景观破碎化程度随时间总体呈下降的趋势;人为引入斑块的破碎化程度普遍高于环境资源斑块的破碎化程度。     

新疆三工河流域尾闾绿洲地下水变化与土壤积盐的响应

研究地下水动态和土壤积盐过程有助于了解地下水抬升对土壤积盐的作用规律,合理利用水资源,防止土壤盐渍化。根据1985年、2000年和2005年的地下水等值线图资料,结合研究区1983~2005年水资源利用和0~20cm土壤层总盐数据以及土地利用数据,利用GIS技术和地统计学方法,分析了近23a来地下水动态,以及地下水抬升与地表积盐的关系。结果表明:区域输水灌溉是地下水水位抬升的直接动因。年均地下水水位抬升0.09m,地下水位每抬升1m,造成区域地表积盐区增加144.45hm2,地下水位的抬升对区域灌溉景观的积盐面积的扩张作用要强于非灌溉景观,在灌溉景观中耕地积盐速率最快,达0.43t.hm-.2a-1,23a间,单位面积的积盐量增加了40.04%,在非灌溉景观中,盐碱地的积盐作用较强,积盐速率达0.68.thm-.2a-1。     

新疆三工河流域农业绿洲近30年景观格局变化及其驱动力

干旱区绿洲水土资源的不平衡利用导致了荒漠化问题日益严重.本文以新疆三工河流域农业绿洲区为例,利用1978、1987、1998和2009年4期影像数据,综合应用景观格局分析方法、GIS、RS和统计等手段,分析了流域尺度土地利用景观演变及其驱动要素.结果表明:人为土地开发作用的加强,增加了景观的多样性,同时加剧了景观破碎化,区域景观斑块由自然景观类型中的草地景观类型为主导,转变为人工景观中的耕地景观类型.由于区域耕地的增加,引发对水资源需求加大,造成人为水利建设作用加强,推动了流域景观的演变,同时人类经济活动也加速了区域景观格局的演化过程.     

干旱区绿洲廊道景观研究——以金塔绿洲为例

干旱区绿洲内主要廊道景观类型包括河流、水渠、田间防护林和公路等 .以金塔绿洲为例 ,介绍廊道景观在绿洲的形成与发展过程中传输物质和能量、阻隔荒漠景观扩展和入侵的基本生态功效 .利用GIS方法分析试验区内的廊道分布状况以及与各类景观之间的空间关系 .在近 10年景观格局的动态变化监测的基础上 ,分析廊道的驱动作用 .结果表明 ,用长度和宽度、周长和面积比、密度和非均匀度来表示廊道的各种特性 ;金塔绿洲廊道总长为 1838.5km ,密度为 2 .1km·km-2 ,以渠道和公路为主 ;水浇地、林地和城镇居民地廊道密度最大 ,受影响程度最高 ;绿洲内沟渠廊道质量的改进是影响水浇地等景观变化的重要驱动力之一 .     

地表反照率不同计算方法对干旱区流域蒸散反演结果的影响——以新疆三工河流域为例

地表蒸散是维持地球表面水量平衡和热量平衡的重要环节,SEBAL模型作为一种快速且有效的反演地表蒸散的遥感物理模型方法,在地表蒸散研究中得到广泛应用。地表反照率作为影响地表能量平衡的重要因素,同时也是SEBAL模型的重要输入参数,因此不同的地表反照率计算方法对SEBAL模型的反演结果有重要影响。以新疆三工河流域为研究区,利用Landsat8 OLI/TIRS数据,以应用最为广泛的Smith地表反照率计算法和Liang地表反照率计算法两种方法计算地表反照率,并输入SEBAL模型中反演日蒸散量,比较分析两种地表反照率计算方法对蒸散反演结果的影响,得出以下结论:(1)两种地表反照率计算方法下经SEBAL模型得到的日蒸散量与实测值拟合程度均较高,不同年份下线性拟合决定系数大于0.75,但是使用Smith方法计算出的地表反照率结合SEBAL模型得到的日蒸散量与实测值拟合程度更高;(2)通过RMSE等精度指标比较两种地表反照率计算方法下基于SEBAL模型反演的日蒸散量,结果显示,Smith地表反照率计算方法下反演的日蒸散量精度略高;(3)Smith地表反照率计算方法下最终得到的区域日均蒸散量高于使用Liang地表反照率计算方法最终得到的区域日均蒸散量,夏季差异最大,差异为0.64 mm/d,其他季节差异较小,差异约为0.2 mm/d。(4)进一步比较研究日内两种地表反照率计算方法得到的地表反照率,结果显示,Smith地表反照率计算法得到的地表反照率均值均小于同时期Liang地表反照率计算法得到的地表反照率均值。     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

干旱区绿洲城市树木健康评估及影响因素——以乌鲁木齐市为例

树木作为城市绿色基础设施重要组分,其健康直接影响城市生态系统服务及人居环境质量。城市化进程加快导致生态土地缺失,同时缺乏合理养护加之极端自然条件干扰对树木健康造成严重威胁。为揭示城市树木健康风险及影响因素,对乌鲁木齐市核心城区117个样地绿化树木进行健康评估,从4个维度12个指标构建树木健康分级体系,基于样地调查结果,分析树木组成、结构、关联性、健康状况及影响因素,揭示乌鲁木齐市不同功能区树木健康差异。旨在为研究区树木健康保护、城市绿地可持续经营及城市生态文明建设提供理论依据和数据支撑。结果表明：（1）乌鲁木齐市城市园林树木乔灌比为8.3 ： 1,树木多样性与种间关联程度较低。榆树占比高达43.87%,其中白榆占比22.62%,是主要优势树种;（2）不同树种健康程度呈现差异性,榆树类健康状况呈现圆冠榆 > 大叶榆 > 白榆 > 垂枝榆特征;（3）城市不同功能区树木健康也呈现异质性;以公园和居住小区树木健康分值较高,而行道树和学校庭院树木健康分值相对较低,且冗余分析进一步揭示地面铺装、林木配置结构、生长空间和胸径对树木健康影响程度最为显著。未来优化城市树木生境条件、提升物种丰富度、加强古树名木保育和提高园林绿化管理水平是维护和提升绿洲城市树木健康的重要举措。     

三工河流域琵琶柴群落凋落物对土壤有机碳固定的影响

土壤有机碳是土壤碳库的重要组成部分,对生态系统生产力和全球碳循环有着重要作用。采用凋落物收集器和DIRT法(添加和去除凋落物法)研究三工河流域两处不同琵琶柴群落凋落物的产量、现存量、凋落物处理对土壤有机碳的影响。结果表明:群落1和群落2的凋落物产量季节变化趋势相同,均呈"N"型变化,在10月份达到最大值,7月或8月份达到次大值。凋落物现存量随季节均呈现"W"型变化,在10月份达到最大值,最大值分别为30.65 g/m~2和57.87 g/m~2。土壤有机碳随土壤深度的增加均逐渐降低,群落1和群落2分别下降了61.73%—62.39%和18.24%—25.84%。与对照处理相比,去除凋落物处理(NL)的群落1和群落2土壤有机碳分别降低了6.97%和18.38%;添加凋落物处理(DL)的土壤有机碳分别增加了19.64%和13.66%;去除凋落物处理(NL)的群落1和群落2土壤有机碳储量分别为1007.36 kg/hm~2和709.30 kg/hm~2,添加凋落物处理(DL)的土壤有机碳储量分别为1197.88 kg/hm~2和1010.78 kg/hm~2。双因素方差分析表明群落1的土层深度和三种处理对土壤有机碳的交互作用不显著,群落2的交互作用显著。回归分析显示:土壤水分、电导率、pH、容重和温度是导致两琵琶柴群落土壤有机碳不同的主要生态因子。相对较高的土壤pH和盐分含量抑制了凋落物的分解,导致凋落物现存量较高、土壤有机碳含量低;相对较高的土壤含水量和较小的容重,有利于土壤生物的活性和土壤有机碳的矿化,导致土壤有机碳含量降低。     

河西走廊绿洲农田防护林对玉米光合特性及产量的影响

农田防护林是甘肃河西走廊绿洲农田生态系统的重要组成部分,对维持农业生产和生态平衡具有重要作用.本文对防护林保护下的玉米灌浆期光合生理生态特性及产量变化进行了研究.结果表明：防护林东西相等距离处,东面玉米所截获的光合有效辐射量（PAR）始终高于西面;西面20 m以内玉米受林带（防护林高度为10 m）遮光较为严重,其净光合速率（P_n）较低;林带东面15 m范围内的玉米P_n高于西面.总体上,防护林造成的玉米减产发生在林带东面10 m及西面15～20 m范围内,其他位置的玉米产量不受影响或增产.     

干旱区绿洲城镇景观生态风险时空变化分析——以张掖绿洲乡镇为例

科学评估与分析干旱区绿洲乡镇景观生态风险,对优化绿洲土地资源管控和维护干旱区绿洲生态系统稳定性具有重要现实意义。以张掖市绿洲乡镇为对象,基于土地利用数据和景观格局指数,结合ArcGIS空间分析功能,研究其景观生态风险时空特征及影响因素。结果表明：1987—2018年,耕地和建设用地变化明显,分别增加429.03 km~2和236.26 km~2;整体景观生态风险呈下降趋势,并呈“南北高、中间低”格局特征;各乡镇风险水平在空间上正向聚集,位于绿洲边缘地区的乡镇风险变化明显;人为活动干扰是近年风险水平变化的主要因素。研究成果可为西北干旱区绿洲生态保护与治理提供决策参考。     

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 .     

基于流域尺度的土壤盐分空间变异特征——以渭干河-库车河流域三角洲绿洲为例

土壤中水溶性盐的分析,是发展研究盐渍土盐分动态监测与预报技术的重要基础工作。针对目前干旱半干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究了渭干河—库车河流域三角洲绿洲盐渍化土壤特征(土壤含盐量)的空间变异性。研究结果表明:渭-库绿洲土壤含盐量的空间变异性为中等变异,且随土壤深度增加而减弱。各层土壤的合理采样数为在95%置信水平,20%误差下的合理采样数目。高斯模型能够较好的拟合10-30cm及30-50cm层土壤含盐量的空间结构。各层土壤盐分空间变异性受到结构性与随机性因素共同作用的影响,呈强空间相关性。套合结构模型考虑到0-10cm层土壤盐分空间变异的尺度依赖性,能够更好的拟合0-10cm层土壤含盐量的空间结构。Kriging插值以及空间等值线分布趋势图能够直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。研究为土壤特征变量空间变异分析与评价提供了普适性较强的实现方法,为构建盐渍土定量动态监测模型以及盐渍土的改良利用提供一定的科学依据。     

干旱区绿洲城市群地表温度时空变化及其影响因素——以天山北坡城市群为例

基于2005—2019年的MYD11A2时间序列LST遥感数据,首先采用均值标准差法对LST进行分级,分析了天山北坡城市群的LST空间分布格局;其次利用Sen′s斜率分析法、Mann-Kendal趋势检验法和Hurst指数揭示了天山北坡城市群LST在2005—2019年和未来的变化趋势;最后借助地理探测器模型并综合考虑地表覆盖、气候、社会经济和地形因素分析了多空间尺度下LST的主要影响因素。结果表明：(1)天山北坡城市群的吐鲁番市是高温(HT)和极高温(EHT)的主要集聚地;白天和夜间的LST格局差异大,在绿洲区域表现为典型的“昼冷岛,夜热岛”特征。(2)LST在白天和夜间的变化率分别为0.04℃/a和0.03℃/a,白天的升温幅度强于夜间;在乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、石河子市和五家渠市LST表现出显著的升高趋势,且在未来也具有相同的趋势。(3)在不同的空间尺度上,LST的主要影响因素不同;从整个天山北坡城市群来看气候因素和地形因素是LST的主要影响因素,而在在石河子市、五家渠市和奎屯市LST的主要影响因素是社会经济因素。     

干旱区水域生态系统的水盐耦合关系——以新疆塔里木河流域为例

塔里木河流域水域生态系统的水污染 ,是在自然及人为因素共同作用下形成的 ,地表径流的时空变化是水盐耦合关系发生变化的主要原因 .2 0世纪 5 0年代末 ,塔里木河河水由上游至进入台特马湖以前 ,矿化度均小于 1 0g·L-1.目前 ,上游阿拉尔河水矿化度除 7、8月和 10月份小于 1 0g·L-1外 ,其余各月矿化度超过了 3 0 g·L-1.下游卡拉除了 3月份河水矿化度小于 1 0 g·L-1外 ,其余各月河水矿化度均超过了 1 0 g·L-1,7月和 12月河水矿化度达到 5 0 g·L-1左右 .水质评价表明 ,阿拉尔、新渠满和英巴扎全年平均为 5级重污染水 ,卡拉全年为 4级中污染水 .塔里木河河水水质的状况及水化学的构成是水盐耦合关系的最明显标志 .     

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…     

垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响

土壤有机碳是土壤质量变化的重要指标,土壤活性有机碳组分在土壤质量变化方面发挥重要作用。采用有机碳分组技术,研究了干旱荒漠区自然土壤开垦对绿洲农田土壤有机碳活性组分及团聚体稳定性的影响。结果表明:低有机碳含量的自然土壤垦殖后,有利于干旱荒漠区绿洲棉田土壤有机碳的积累,且垦殖(0-5a)增加显著,年均增加在0.65gkg-1以上,上升幅度为76%-286%,5a后维持在相对平衡的水平;土壤活性有机碳、轻组有机碳在垦殖0-5a显著增加,平均增加72%和99%,5a后下降;颗粒有机碳则表现出垦殖0-10a明显增加,增加在275%以上,10a后下降;土壤水稳性团聚体含量随垦殖年限的延长显著增加,0-20a内较自然土壤提高了75%。垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇的重要影响因素;但随垦殖年限延长,土壤有机碳活性组分下降,土壤质量又存在一定的退化风险。     

近50a土地利用变化对干旱区典型流域景观格局的影响——以新疆玛纳斯河流域为例

土地利用变化与景观格局间的相互作用机制是全球环境变化的研究焦点。大规模土地开发导致的土地利用变化及其对景观格局影响的定量评估对区域土地资源可持续利用具有重要意义。评价长时间尺度土地利用变化对干旱区典型流域景观格局的影响,以期为经济发展与生态环境保护政策的制定提供有益信息。选择的研究区新疆玛纳斯河流域是中国西北干旱区水土开发的典型代表区域。以1962年地形图,1976、1989、1999和2008年遥感影像为基础数据源,利用数学模型和景观格局指数重建土地利用和景观格局变化过程,并探讨了土地利用变化对流域景观格局的影响。结果表明:(1)近50a玛纳斯河流域土地利用变化剧烈,耕地和建设用地涨势显著,未利用地和林地落势较明显,草地和水域先涨后落,土地利用变化整体处于不平衡态,单向转换频繁。(2)研究区景观破碎度和多样性增加,优势度减小,各景观类型间差异缩小,异质性程度和景观结构复杂性加大。(3)土地利用变化改变了流域景观格局,导致景观结构趋于多样化、均匀化和破碎化。最后,提出通过发展大规模集约化农业降低土地利用变化引起景观格局负面生态效应的观点。     

黄土高原半干旱区气候变化对春小麦生长发育的影响——以甘肃定西为例

利用黄土高原半干旱区春小麦生长发育定位观测资料、加密观测和对应平行气象观测资料,分析气候变化对春小麦生长发育的影响,以及春小麦穗干重生长与气象条件的关系。结果表明,研究区域降水量年际变化呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为-15.796 mm/10a。降水量存在3 a、6 a的年际周期变化。气温年际变化呈上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率为0.362℃/10a。作物生长季干燥指数呈显著上升趋势,干燥指数变化曲线线性拟合倾向率为0.12/10a,20世纪90年代初至2009年明显趋于干旱化。春小麦播种到成熟约需110-130 d,期间≥0 ℃积温为1500-2000 ℃,降水量为150-200 mm,日照时数为800-1300 h。春小麦在播种后38 d开始,穗干重由缓慢生长转为迅速生长阶段;在播种后50 d,穗干重生长速度最大;播种后63 d开始,穗干重生长从迅速生长又转为缓慢生长。对春小麦生长发育全生育期而言,受气候变暖的影响,乳熟-成熟期每10 a缩短2-3 d、全生育期每10 a缩短4-5 d。气温对春小麦产量形成除出苗期和成熟期外,其余为负效应,孕穗期对气温变化十分敏感;降水量的影响函数同热量的影响函数呈反相位分布,除出苗期和成熟期降水量为负效应外,其余时段降水量对春小麦产量形成均为正效应,春小麦拔节-抽穗期对降水量变化十分敏感。     

森林景观变化的地理环境因素整合分析——以伊洛河流域洛宁县为例

运用景观生态学的基本原理,借助于地理信息系统技术,整合分析了地理环境因素对伊洛河流域洛宁县森林景观动态变化的影响。结果显示,应用地理环境因素影响指数可以很好地从整体上分析地理环境因素,如高程、坡度、距离居民点中心的距离、与森林边缘距离等地理环境因子对区域森林景观动态变化的影响。1983和1999年,伊洛河流域洛宁县森林景观在地理环境因素影响指数上的优势分布区间(Pie1)分别为1230和1030,即在中高地理环境因素影响指数分布区间内,且有向低地理环境因素影响指数分布区间略为移动的趋势。森林景观类型保持不变部分、森林景观转化为非森林景观类型部分和非森林景观转化为森林景观类型部分所对应的在地理环境因素影响指数上的优势分布区间(Pie1)分别为1130、18和613。通过建立森林景观动态变化与地理环境因素影响指数的相互关系,表明森林景观动态变化与地理环境因素影响指数(特别是在地理环境因素影响指数的优势分布区间内)有显著相关关系。     

不同管理模式对农田生态系统服务的影响模拟研究——以太湖流域为例

高强度的农业生产给生态环境带来诸多负面影响,如何权衡农田生态系统服务是农业可持续发展面临的重要问题之一。本文以太湖流域稻麦轮作农田生态系统为研究对象,利用基于0—10cm土壤温度、10—20cm土壤温度、水稻生物量和小麦生物量等为目标函数的PEST软件校准APSIM模型,遴选三类重要生态系统服务——粮食供给(粮食产量)、水质调节(氮流失)和气候调节(N_2O排放、固碳-土壤有机碳),针对不同秸秆还田(无秸秆还田、稻秆还田麦秆不还田、麦秆还田稻秆不还田、稻麦秆全还田)和施肥模式(0、-5%,-10%,-20%)等设定16种情景模拟1986—2015年太湖流域生态系统服务变化趋势,利用自组织映射法(SOM)分析其权衡协同关系变化,以期为农田生态系统管理提供科学依据。结果表明:(1)相对秸秆还田,粮食产量、N_2O排放、氮流失和土壤有机碳受施肥影响更为显著,均随施肥量减少而下降;(2)不同管理模式对固碳影响较弱,对N_2O排放和水质调节影响明显,稻麦秆全还田且减量施肥5%、10%或20%情景对N_2O排放抑制最为有效,减排量均超过30%,氮流失量减量大于7%;(3)粮食供给与固碳、N_2O排放均存在显著的协同关系,粮食供给与水质调节、固碳与水质调节、水质调节与N_2O排放呈显著权衡关系,固碳与N_2O排放呈弱权衡关系;(4)基于N_2O排放量和氮流失量均低于基准模拟且粮食单位产量减少低于5%的情景下,无秸秆还田且减量施肥5%(S0_F1)和稻麦秆全还田且减量施肥5%(S3_F1)两种模式相对有利于整体提升太湖流域农田生态生态系统服务。此外,APSIM模型有待更多的野外监测数据进一步校准改进以提高模型率定精度,同时需扩展不同模式影响下太湖流域农田生态系统服务综合效应评估,以获取更加科学、合理的优化模式与途径。