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.     

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。     

水分梯度下黑河流域荒漠植物群落多样性特征

物种多样性对大尺度环境条件的响应是植物生态学的热点问题,干旱区内陆河流域的特殊环境条件如何影响物种多样性仍存在较大的不确定性。以黑河流域荒漠植物群落为对象,探讨了荒漠植物群落α多样性和β多样性对不同水分梯度的响应。结果表明:(1)荒漠植物群落随水分条件不同而变化,在区域降水梯度上,依次分布有梭梭[Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge]、西伯利亚白刺(Nitraria sibirica Pall.)、毛瓣白刺(Nitraria praevisa Bobr.)、沙蒿(Artemisia desertorum Spreng.)、细枝盐爪爪(Kalidium gracile Fenzl)、珍珠猪毛菜(Salsola passerina Bunge)和尖叶盐爪爪[Kalidium cuspidatum(Ung.Sternb.)Grub.]群落;随距黑河河道距离增加,主要分布有胡杨(Populus euphratica Oliv.)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Lebed.)、花花柴[Karelinia caspia(Pall.)Less.]和红砂[Reaumuria songarica(Pall.)Maxim.]群落。(2)荒漠植物群落物种多样性指数偏低,Margalef指数、Shannon-Weiner指数和Simpson指数最大值仅为0.985、1.641、0.596,群落结构简单,物种组成单一,单寡种优势群落现象极为明显,群落相对稳定。(3)在区域降水梯度上,α多样性指数大致呈先增加后降低的变化趋势,在珍珠猪毛菜群落(190 mm)达到峰值后迅速下降,Srensen相似指数在细枝盐爪爪群落(166 mm)与珍珠猪毛菜群落(190 mm)之间达到最大值,Cody指数相对较小,表明珍珠猪毛菜群落(190 mm)物种丰富度最高,细枝盐爪爪群落(166 mm)与珍珠猪毛菜群落(190 mm)之间β多样性最小,物种更替速率最慢,群落处于较稳定阶段。(4)随距黑河河道距离增加,α多样性指数大体呈"M"型变化,在多枝柽柳群落(1 km)和多枝柽柳群落(4.1 km)存在两个峰值,此处物种多样性相对较高,Srensen指数在1—1.5 km和4.1—4.8 km之间出现两个较小值,Cody指数出现两个峰值,两者之间β多样性最大,为物种更替速率相对较快的过渡地带。对荒漠植被,以重要值为指标计测多样性指数较为可行,荒漠植物群落的物种多样性并不是随水分的增加而直线增加,这对维持和管理荒漠植物群落的多样性具有重要意义。     

黑河中上游地区2000-2010年土地利用变化及水土保持服务功能

基于遥感影像数据,分析了黑河中上游地区2000年到2010年土地利用变化,在此基础上,从上游、中游以及整个区域的角度综合评价了该区域的水源涵养和土壤保持生态系统服务功能物质量变化。研究结果表明:1研究区60%以上为未利用地,2000—2010年,耕地、林地和未利用地面积大量增加,草地和水域面积减少。2耕地增加以荒漠和草地转入为主;林地转入表现为草地和荒漠造林,转出主要为林地荒漠化;草地转出主要去向为造林和荒漠化,而增加主要来源于冰雪覆盖地和荒漠;未利用地增加主要来源于草地的退化。3研究区土地利用程度较低,由东南向西北递减,2000—2010年,上游土地利用程度有所降低,中游大部分地区呈上升趋势。4由于上游山区林地面积的增加,植被覆盖下土壤的水源涵养量显著增加,土壤贮水量增加了0.764×108t。5土壤保持量由1.860×108t增加到1.899×108t,主要原因为草地转化为林地。在气候变化背景下,黑河流域应控制上游地区人工林面积,减少林地蒸腾量,以增加下游可用水量;适当控制中游地区耕地面积的扩张趋势,保证湿地、草地等自然生态系统生态用水量,维持流域山地-绿洲-荒漠系统的稳定,进而持续发挥生态系统土壤保持等功能。     

干旱内陆流域河道外生态需水量评价——以黑河流域为例

河道外生态系统需水量的合理评价是干旱区水资源合理配置与管理、生态环境保护与建设中最为关键的科学问题。基于不同植被蒸散发潜力估算模型,依据不同生态系统及同一生态系统在不同气候与地理区域具有不同生态需水规律的特点,提出了可模拟和评价不同时期生态系统需水量的方法,不仅能体现生态系统需水量的年际变化,也能反映年内不同时间段(月、季节甚至每日)的需水量变化,并提出干旱区生态适宜需水量在不同时期是一个区间。以黑河流域中下游地区为研究区域分析其生态需水量,结果表明:黑河中游地区年平均生态需水量(11.16±2.67)×108m3,其中绿洲生态系统需水(9.13±2.29)×108m3;下游地区生态需水量(16.16±4.04)×108m3,现状绿洲生态体系需水(11.06±2.77)×108m3,现阶段实施的下游分水9.7亿m3/年的方案,可以促使现有绿洲生态系统有一个良好的结构与功能,并给出了不同典型年不同月份的生态需水量及其变化。     

黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系

生态输水作为一项改善黑河下游生态环境的人工输水工程,研究土壤水盐与地表植被对输水的响应对于下游植被的恢复与重建具有重要的理论和实践意义。以2001年和2010年野外土壤和植物样方调查资料为基础,探讨了黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系,结果表明:(1)输水后不同深度土壤含水率的增加幅度依次为:胡杨林＞柽柳林＞草地;(2)不同群落土壤含盐量的增加幅度依次为:苦豆子＞柽柳＞梭梭＞胡杨;同时,土壤盐分主要以HCO₃^-和Na⁺为主的轻度盐化土向以SO₄^2-、Cl^-及Ca²⁺等为主的中度和强度盐化土转化;(3)以胡杨为例,土壤含水率小于6%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正相关,但大于6%时,冠幅和密度分别介于40-70 m²和0.5-5株/100m²之间;同样,土壤水溶性盐含量小于1%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正相关,但大于1%时,密度在0.5-5株/100m²之间,造成上述结果的原因更多是群落的一种"自然稀疏"现象。     

黑河中游湿地不同恢复方式对土壤和植被的影响——以张掖国家湿地公园为例

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类社会赖以生存和发展的环境之一,对维护生态系统功能和区域生态安全有着重要意义。为阐明不同湿地恢复方式对土壤和植被的影响,以黑河中游地区张掖国家湿地公园为研究对象,比较了自然恢复方式、恢复利用方式和恢复保护方式下植物多样性、植物生长状态、土壤pH、盐分、容重、水分含量、有机碳、全氮、全磷、速效氮、速效磷的变化特征,研究结果表明:在自然恢复方式下,湿地各层土壤全磷、土壤速效磷、土壤速效氮、物种多样性值最高,反映出自然恢复方式可能成为干旱区土壤磷固存的有效手段,适当干扰可能成为干旱区提高物种多样性的有效方法;恢复保护方式下,湿地植物多度最高165.67±25,表明恢复保护方式有助于植被的生长繁殖;恢复利用方式下,湿地各层土壤含水量、土壤有机碳、土壤全氮、植被盖度值最高,土壤盐分含量、土壤pH值最低,湿地物种多样性较高。表明恢复利用方式可以有效降低湿地土壤盐分,提高土壤碳、氮含量的潜力,适当人为管理可能成为干旱区湿地恢复过程中提高湿地物种多样性的有效管理方法。该研究结果对于干旱区湿地恢复、保护与重建的效应评估和恢复方式的选择提供一定的理论支持和决策参考。     

黑河38号大豆品种的选育和遗传组成

利用遗传基础丰富的优良中间材料为亲本,配制杂交组合,选育出早熟、高产、适应性广的大豆新品种黑河38号,审定2年种植面积即达20万hm2。分析了黑河38号的遗传组成,核基因来源于十胜长叶、阿姆索等4份国外品种,盖家屯四粒荚、金元等5份农家品种以及1份育成品种和1份当地野生大豆,细胞质来源于克山白眉。     

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。     

黑河流域张掖地区生态系统服务恢复的条件价值评估

以当前国际上流行的衡量环境物品经济价值的重要方法——条件价值评估法 ( CVM) ,针对黑河流域张掖地区生态系统恶化的现状 ,以支付卡的方法设计了 70 0份调查问卷 ,调查了黑河流域居民对恢复张掖地区生态系统服务的支付意愿 ( WTP)。结果表明 ,黑河流域 96 .6 %的居民家庭对恢复张掖地区生态系统服务存在支付意愿。对支付卡数据的非参数估计结果表明 ,黑河流域居民家庭对恢复张掖地区生态系统服务的平均最大支付意愿每户每年在 4 5 .9～ 6 8.3元之间。支付卡数据的参数估计分析表明 ,黑河流域居民家庭对恢复张掖地区生态系统服务的平均最大支付意愿每户每年为5 3.35元。按黑河流域现有家庭数量计算 ,恢复张掖地区生态系统服务的经济效益每年至少在 2 2 4 6 .2 8× 1 0 4 元以上。由于恢复张掖地区生态系统服务具有巨大的正外部效应 ,因此 ,仅就黑河流域居民家庭数量估计的恢复张掖地区生态系统服务的经济价值 ,只是对恢复张掖地区生态系统服务的经济价值的最低估价