植被NPP时空变化及其对气候变化的响应——以黄河内蒙古段为例

研究黄河内蒙古段植被净初级生产力(NPP)时空变化特征及其对气候变化的响应,为黄河流域环境保护、生态修复等提供科学依据。基于MOD17A3和气象站点资料,运用趋势分析、偏差分析、变异系数、相关分析、残差分析等方法,探讨2002—2021年植被NPP时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被NPP呈波动增加趋势,2011年以前以负偏离为主,2012年以后以正偏离为主。(2)植被NPP平均值为169.15 gC·(m~2·a)^(-1),自西向东递增,101~250 gC·(m~2·a)^(-1)区域占总面积的77.0%,裸地﹤灌木﹤其他﹤草地﹤农田﹤林地。69.1%的区域植被NPP变异系数Cv≤0.2,整体稳定性较好。(3)植被NPP与气温平均偏相关系数为0.31,仅有6.7%的区域通过了0.01的显著性检验;与降水量平均偏相关系数为0.62,有81.1%的区域通过了0.01的显著性检验。说明降水量是影响研究区植被NPP显著增加的主要气候因子。(4)气候变化与人类活动共同导致植被NPP的变化。

关于黄河与河套古湖河湖关系演变的假说性分析——兼论对黄河内蒙古段生态治理的启示

黄河曾经在流经河套盆地过程中形成吉兰泰、乌兰布和、巴彦淖尔、呼包4个古湖,且在高湖面时期连成统一的“河套古大湖”,其后4湖分离并分别演绎了自己的河湖关系。在研习前人相关成果基础上,通过建立整体假说性解释框架,试图按照历史顺序与逻辑顺序统一的要求对该河段河湖关系的演变过程进行重建,并为与之相关的生态系统的治理提供借鉴。研究认为:主河道构建是黄河主动实施填湖、建堤、造槽并“甩湖”的过程与结果;冲积扇是黄河填湖的主要模式,而冲积扇顶附近凸起则是湖口淤塞、移动并最终筑成黄河自然堤的主要原因;巴彦木仁与磴口两地控制点对形成鄂尔多斯一侧黄河主河道起到了关键性作用;黄河西派在高湖面期间从巴彦木仁湖口注入吉兰泰-乌兰布和古湖,与从北面入湖的黄河水共同促成贺日木西尼古砂嘴及其延伸砂脊生长,并在低湖面期将这两个湖分离。基于对所述黄河历史过往的认识,须尽可能立足高效集成利用有限水资源这一观念,将减灾与适度重造沿河湖泊和绿洲结合,营建可持续的内蒙古段黄河生态体系。

流凌封河预报指标法及其在黄河内蒙古河段的应用

把流凌封河累积负气温作为黄河内蒙古河段封河预报关键指标,明确累积负气温与封河流量、降温强度、河槽形态等的关系,确定现有河槽形态以及海勃湾水库运用影响下不同流量和降温强度封河所需的累积负气温,并建立了流凌封河累积负气温预估公式。指标法可以在很大程度上提高黄河内蒙古河段封河预报的预见期与精度。

宁蒙河套引黄灌区节水与生态安全十点认识与判断

宁蒙河套引黄灌区是我国西北地区重要的生态安全屏障,也是区域绿色屏障建设和高质量发展的核心区,由于降水稀少,引黄水一直是支撑灌区经济社会发展和生态安全的“生命之水”。对宁蒙河套引黄灌区的用水量、灌溉用水效率、生态演变、地下水变化、地下水埋深阈值、秋浇冬灌、水稻种植规模、水盐平衡、节水潜力等方面进行分析,提出:过去20多年,宁蒙河套引黄灌区是农业用水水平提升幅度最大的区域之一,用水效率评价需综合考虑区域干旱缺水条件以及引黄灌溉的生态功能;持续高强度节水大幅度降低了引黄取水量,区域地下水补给量同步降低,导致地下水水位呈现大面积、持续性下降,深刻影响灌区生态安全,湖泊湿地水循环已经由自然补给转变为以人工补给为主,自然植被生态向人工生态转变趋势显著,研究认为维持生态健康的地下水平均适宜埋深为2.5~3.0 m;灌区地表盐渍化整体呈减轻趋势,但仍处于持续积盐状态;秋浇冬灌定额存在一定优化空间,但不可高估其节水潜力;水稻种植兼具经济与生态功效,大规模压减及适宜种植规模仍需结合实际情况综合论证;考虑经济技术可行和生态健康,宁夏引黄灌区、内蒙古河套引黄灌区的耗水节水潜力分别为0.6亿m3、2.2亿m3,再进一步节水会对灌区生态产生显著影响。提出“四水四定”原则下宁蒙河套引黄灌区深度节水路径与节水管控行动策略。

黄河文化在内蒙古地区的当代价值

黄河文化在内蒙古地区的当代价值是多方面的,它既承载着历史记忆和文化认同,又为当地的经济、社会和生态发展提供了新的动力。当代,内蒙古地区在发扬黄河文化方面做出了积极的贡献,通过科学谋划、加强文化的保护和研究、强化黄河文化展示利用工作以及打造文化旅游品牌等多种方式,不断推进黄河文化的传承和弘扬。未来黄河文化在内蒙古的发展趋势体现在社会普及、创新发展、数字化发展、绿色转型、国际化合作与交流、文旅融合六个方面。这些趋势将有助于深入挖掘和传承黄河文化的当代价值,推动其在国际上的知名度与影响力。

内蒙古黄河流域“水—能源—产业”协同推进机制和实现路径

协同推进“水—能源—产业”发展是实现内蒙古黄河流域经济高质量发展的必由之路,是筑牢我国北方生态安全屏障的内在要求。“水—能源—产业”是一个相互影响、相互制约的错综复杂的生态系统,产业发展与节水节能、降碳减污存在着一定的矛盾冲突,需要多方合力才能实现三者之间的最优关联性。为此,建立了互动机制、供求机制、整体机制“三制一体”的推进机制,探索实现“水—能源—产业”协同推进的新路径。

黄河内蒙古河段水文情势变化及生态效应初探

选择月均流量、日均流量变幅、极端流量和脉冲延时4个水文情势指标,采用IHA-RVA(水文情势变化指标-变化范围法)分析黄河干流内蒙古河段水文情势的时空变化特征,辨析黄河鱼类生态习性与径流组分的响应关系,探讨内蒙古河段流量过程、极端流量变化的生态效应。黄河干流上游河段水利工程运行后,内蒙古河段的水文情势明显改变,进而改变该河段的生态水文联系过程。黄河内蒙古河段枯水期月均流量增加(1、2月份月均流量增幅超过70%)、最小日均流量增加(石嘴山断面最小日流量增幅超过50%),保障了河道流水栖息生境,有利于鱼类越冬。该河段日均流量变幅降低,有利于粘性卵孵化。但是内蒙古河段汛期月均流量减小(7-10月份月均流量降幅接近50%),大、小洪水持续时间缩短,不利于扩展横向栖息地;最大流量出现时间在上游河段延迟超过2个月、在中下游河段提前约1个月,洪水脉冲刺激时间紊乱可能影响鱼类繁殖行为。研究可为黄河内蒙古河段鱼类栖息地保护以及上游水库生态调度提供技术支持。

黄河内蒙段开河期细菌群落结构特征研究

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析.结果显示:河漫滩土样细菌群落结构的分布较水样更为分散,且土样中细菌群落丰富度、均匀度及多样性均高于水体,二者多样性存在显著的组间差异;在菌门水平上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等是构成水-土样品的优势细菌门类,其中变形菌门在河水中相对丰度均值约为36.57%,在土样中则下降到25.39%,而酸杆菌门主要存在土样中,相对丰度约为14.17%;在菌属水平上, hgcI_clade(6.19%~12.75%)、CL500-29_marine_group(2.97%~5.05%)和Acinetobacter(0.74%~12.24%)是水体中的优势菌属,而norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96(1.95%~4.91%)、 norank_f__norank_o__Vicinamibacterales(2.35%~4.67%)和norank_f__Gemmatimonadaceae (2.20%~4.73%)是土样中的优势菌属;不同菌属对水-土细菌群落结构的响应并不一致,其中分别归属于酸杆菌门和芽单胞菌门的norank_f__norank_o__Vicinamibacterales及norank_f__Gemmatimonadaceae等是联系水-土细菌群落的主要菌属,而归属于放线菌门的hgcI_clade和CL500-29_marine_group等是造成水、土优势菌门存在差异的主要菌属;虽然土样较水样拥有更大的生态网络结构,且Delftia、Candidatus_Methylopumilus、Arthrobacter和Rb41等是维持黄河内蒙段水、土介质生态网络结构的关键菌属,但相较于土样网络结构,水体网络结构中不同模块关键菌门及菌属间的生态功能较为一致.

内蒙古黄河流域1990—2020年生境质量评估

内蒙古黄河流域是中国重要的生态区域,探究其生境质量变化能够为区域生态环境保护提供重要基础信息。本研究基于1990—2020年土地利用/覆盖数据,采用InVEST模型和地理探测器分析方法,揭示内蒙古黄河流域生境质量时空格局及其驱动力。结果表明:(1)内蒙古黄河流域生境质量总体呈现北低南高的空间分布格局,具有显著的空间聚集性。生境质量等级为低的区域面积占比为23.50%,主要分布在库布齐沙漠以及研究区东南部;(2)1990—2020年,研究区生境质量呈现先降低后小幅回升的变化趋势。生境质量退化的区域面积占比为11.97%,主要集中在研究区北部和黄河两岸附近,是耕地扩张和沙地分布区域;(3)地形、植被和土壤类型等自然因子是生境质量空间分异特征的主要驱动因子,任意两种进行交互探测的因子对生境质量空间分异的解释力都要大于其单一因子的解释力。建议未来生态治理和恢复工作应重点关注研究区北部生境质量发生退化的区域,研究结果可为区域生物多样性的保护和生态环境的恢复提供借鉴和参考。

变化环境下黄河流域内蒙古段植被与水文要素的时空协同演变

为了探明我国干旱和半干旱区植被和水的时空演变规律,通过集成多源卫星遥感观测数据、再分析数据集与模型模拟数据,得到了黄河流域内蒙古段的降水、蒸散发、径流、表层土壤含水率、陆地总水储量变化信息,解析了2003—2018年不同土地利用类型区植被与水资源的时空演变特征,探讨了植被与各水文要素之间的相互作用规律。结果表明:黄河流域内蒙古段东部森林植被覆盖度的提升促使蒸散发增加,年均蒸散发量和径流量之和较降水量高16.5 mm,导致土壤水和地下水储量下降;农田年平均净灌溉耗水量为101.3~108.9 mm,并因农田植被覆盖度逐年增大而增加;虽然草地区域年均蒸散发和径流量之和低于降水量,但草地植被覆盖度的持续增大导致水分盈余量显著降低,草地的耗水正接近其生态水文阈值;陆地总水储量等效水高以(7.5±1.9)mm/a的速率下降,区域地下水呈现亏缺趋势;降水的年际波动对植被覆盖度和蒸散发的影响逐渐减弱,对森林表层土壤含水率变化的影响也逐渐减弱。

黄河内蒙古河段凌汛期首封影响参数辨识和预报模型研究

黄河上游河道首封时间和地点准确预报是制定科学防凌预案的关键。本研究在总结黄河内蒙古河段首次封冻地点基础上,总结了首封河段同河道弯曲、束窄、桥梁及河心滩等河道特征的关系,定量总结了易发生首封河道的地形特征为:河段处弯曲系数大于1.5、束窄系数在0.25~0.60范围内,为首封地点分析预测提供依据。在总结首封日期影响因子特征基础上,分别基于随机森林和BP-DEMATEL模型构建首封日期分析模型,得到影响首封日期的主要因子权重,并应用到首封日期预报中。通过因子选择和模型比较两方面对比,随机森林模型选取出的关键因子得到的预报结果与实测值吻合率100%,其在首封分析中的应用效果最优。

内蒙古黄河干流行业间水权转让效果及对经济社会的影响

为定量评价内蒙古黄河干流行业间水权转让对经济社会的影响,从水权转让对农业的影响以及对全部受让工业企业的用水情况、生产经营情况、年度收益情况、民生及经济的影响等方面进行分析。结果表明:2019—2021年,内蒙古黄河干流行业间水权转让拉动工业项目总投资5995.80亿元,实现新增就业122145人,地区生产总值447.09亿元,工业增加值2388.21亿元,税收194.70亿元,新增铺设道路面积1316.17万m^(2),新增绿化面积3099.5万m^(2),明显提升了农业产值和农民收入,有助于解决地方民生问题,促进了沿黄地区生态保护和经济社会的协调发展。内蒙古黄河干流行业间水权转让缓解了沿黄工业企业水资源瓶颈制约,实现了农民增产、经济增效、生态修复的多赢,为黄河流域生态保护和高质量发展提供了有力支持。

内蒙古黄河流域耕地非粮种植空间分异格局及影响因素

随着区域城镇化工业化进程和农村耕地利用方式的变化,耕地“非粮化”问题日趋严重。内蒙古黄河流域是国家重要的粮食基地之一,利用2021年截面数据,采用ArcGIS空间分析和计量数学模型方法,从作物种植角度出发,研究40个旗县区耕地“非粮种植”空间分异特征及其影响因素。研究结果显示:(1)以“非粮种植”率和“非粮种植”面积为表征值的“非粮种植”水平均以黄河“几字弯”北侧偏高;“非粮种植”主导类型中,油料为最主要的“非粮种植”类型;“非粮种植”率和“非粮种植”面积在空间上均呈显著的正自相关,二者皆在空间上形成了三种集聚类型。(2)经筛选得到的6个影响因素中,耕地丰度指数、复种指数对“非粮种植”面积为正影响,全体居民人均可支配收入则对“非粮种植”面积为负影响,其余不显著。(3)自然资源禀赋优势有助于形成多元化的种植结构;居民生活水平的高低一定程度上会对投资行为和种植方向产生影响;各地区的“非粮种植”水平在空间上存在溢出效应。

长江口和东海内陆架黏土矿物与黏土粒级碎屑矿物构成及物源指示意义

黏土矿物以及黏土粒级碎屑矿物颗粒细小、搬运距离远,是进行长江口及浙闽内陆架泥质区多物源示踪的良好指标。本研究利用改进的黏土矿物XRD(X射线衍射分析)预处理方法,制作了供多面XRD衍射分析的方形样品,实现了部分黏土矿物种的鉴定,结合黏土粒级中碎屑矿物鉴定,探讨了长江口及内陆架沉积物来源。研究表明:长江口及内陆架表层沉积物中的黏土矿物种属包括伊利石(含2M1、2M2两个多型)、高岭石、珍珠陶土、斜绿泥石以及弹性绿泥石,非黏土矿物主要有石英、钾长石、斜长石、白云石、铁白云石、方解石以及硬石膏。依据黏土矿物、黏土粒级碎屑矿物空间分布差异把长江口及东海内陆架划分为两个物源区:长江口及内陆架北部物源区、内陆架南部物源区,前者受废黄河物质影响,后者受浙闽中小河流物质影响。本研究表明来自苏北废黄河的沉积物不仅跨过了长江冲淡水进入长江水下三角洲,而且一直向南达到浙闽泥质区的北部。

盐度-温度对内蒙古砒砂岩断裂行为耦合作用机理

低温、矿化流体耦合下砒砂岩断裂力学特征对于内蒙古黄河岸坡岩体稳定性具有关键影响。利用半圆盘三点弯曲加载(semi-circular bending,SCB)对内蒙古准格尔旗砒砂岩在常温、低温条件下断裂行为进行试验研究,研究表明:相同盐度下液氮制冷后砒砂岩试样断裂载荷和断裂韧度显著下降,同等温度下试样断裂载荷和断裂韧度随浸泡流体盐度增大线性升高;液氮制冷后砒砂岩试样断裂全程能耗显著低于常温条件下试样,随浸泡流体盐度增加砒砂岩试样断裂能耗呈指数上升;液氮制冷后砒砂岩试样断裂速率远高于常温试样,随盐度增加砒砂岩断裂速率呈现出对数下降趋势;砒砂岩试样断裂韧度、断裂功及断裂速率损伤变量随盐度增大趋近于零,盐度对本区砒砂岩断裂行为影响显著。结合试样断口分析认为常温下砒砂岩内部盐度增大形成结晶(盐敏)效应提升了岩石在外载下的断裂效率,而低温环境砒砂岩内部含盐度增加反而削弱了冰劈效应。

黄河内蒙古段甲烷通量变化特征及甲烷功能菌群落对通量的影响

内陆水体被认为是甲烷(CH_(4))排放的一个重要来源,占全球CH_(4)排放总量的25%。为研究黄河内蒙古段水⁃气界面CH_(4)通量变化特征及甲烷功能菌群落对甲烷排放的影响,于2023年3月—11月采集样品,采用静态箱⁃气相色谱法探讨了黄河内蒙古段水⁃气界面CH_(4)气体通量时空变化特征并分析了其主要影响因素,利用16S rRNA基因高通量测序技术,对甲烷功能菌群落与甲烷排放通量间的关系进行了研究。研究发现:黄河内蒙古段在研究期间总体表现为大气CH_(4)的排放源,春季、夏季、秋季CH_(4)排放通量分别为(5.92±4.54)mg m^(-2)d^(-1)、(13.42±18.83)mg m^(-2)d^(-1)和(1.40±3.81)mg m^(-2)d^(-1),存在明显的季节变化,且不同采样点排放通量存在显著空间差异性。CH_(4)气体通量受多种环境因子的影响,与溶解氧(DO)呈显著负相关(P<0.05),与溶解有机碳(DOC)和铵态氮(NH_(4)^(+)⁃N)呈显著正相关(P<0.01和P=0.05)。研究区产甲烷菌优势菌群为Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanobacterium(甲烷杆菌属),甲烷氧化菌优势菌群为Methylocystis(甲基孢囊菌属)和Methylobacter(甲基杆菌属);不同样本中甲烷功能菌群落多样性和丰富度存在显著差异,对产甲烷菌影响最大的环境因子是总碳(TC)(r=0.8792),对甲烷氧化菌影响最大的环境因子是NH_(4)^(+)⁃N(r=0.7190);在产甲烷菌群落中,Methanobacterium(甲烷杆菌属)和未分类菌属unclassified_k_norank_d_Archaea对CH_(4)排放影响最大,这类细菌会促进甲烷排放;在甲烷氧化菌群落中,未识别的甲烷氧化菌norank_d_Bacteria对CH_(4)氧化影响最大,这类细菌会促进甲烷氧化,从而减少水⁃气界面甲烷排放。本研究可为我国河流温室气体排放量的估算以及排放机制提供数据支持。

内蒙古地区鲤鱼鳞片胶原的提取及其结构性能的研究

内蒙古黄河鲤鱼资源丰富,生长环境温度低,黄河鲤鱼鳞片的胶原具有独特的结构性能。该文探索了内蒙古鲤鱼鳞片胶原的提取工艺并对其结构性能进行了研究。采用醋酸和胃蛋白酶联合作用,提取内蒙古黄河鲤鱼鳞片中的胶原。通过单因素和正交试验考察了醋酸浓度、酶用量、提取时间等实验条件对胶原提取量的影响。通过过氧化氢法测定胶原的羟脯氨酸含量、采用傅里叶红外光谱、圆二色谱、示差扫描量热仪、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳、扫描电镜对胶原的结构和性能进行观察和分析。结果表明,内蒙古黄河鲤鱼鳞片在0.75 mol/L的醋酸溶液中,添加鱼鳞干重质量15%的胃蛋白酶,提取48 h能够获得收率为4.2%的胶原。对胶原结构和性能分析发现,胶原中羟脯氨酸的含量为7.31%,胶原分子结构完整,保留了原有的螺旋结构和卷曲折叠等高级构象。鱼鳞胶原的变性温度低于牛胶原蛋白,分子质量约为420 kDa,微观形貌较牛胶原更加光滑平整。研究开发的内蒙古地区鲤鱼鳞片胶原的提取工艺对温度敏感和均匀度要求较高的胶原基材料应用领域具有重要的参考价值,为内蒙古地区黄河流域渔业资源的利用和发展提供了新思路。

基于InVEST-PLUS模型的黄河流域内蒙古段生态系统碳储量评价及预测

陆地生态系统碳储量对减缓全球气候变暖有重要意义,评估黄河流域内蒙古段土地利用变化对碳储量变化的影响,可以为“双碳”目标的实现提供助力。本研究运用InVEST模型对黄河流域内蒙古段过去20 a的碳储量进行评估,运用PLUS模型预测了2040年3种不同发展情景下的土地利用格局,并耦合InVEST-PLUS对黄河流域内蒙古段未来20 a的碳储量进行估算,探讨土地利用变化和碳储量之间的响应关系。结果表明:2000—2020年黄河流域内蒙古段草地是主要土地利用类型和最重要的碳库。草地面积增加是黄河流域内蒙古段碳储量上升的主要原因,碳储量累计上升4.08×10^(7)t。在生态保护情景下,最有利于2040年黄河流域内蒙古段碳储量的增加,可使碳储量累计增加4.50×10^(7)t。年均降水是解释度最高的单因子影响因素,随着社会经济的发展,社会经济因子对碳储量时空分异特征的解释度增加。双因子交互影响的解释度普遍远高于单因子对于碳储量时空分异特征的解释度。本研究以期为区域用地规划提供建议,为我国更好的实现碳中和目标提供服务。

内蒙古教来河奈曼旗段堤防建设工程地质研究

【目的】为了加强内蒙古教来河奈曼旗段堤防整体防洪安全,提升教来河河道的泄洪防洪能力,保证两岸城镇、村庄及耕地的安全,需要对教来河奈曼旗段的堤防建设工程地质进行研究。【方法】采用地质调查、钻探、现场试验和室内试验、定性分析与定量分析等方法,对内蒙古教来河奈曼旗段工程地质条件进行研究。【结果】研究结果表明,工程区内地势整体呈西高东低、南高北低,地貌单元主要为河漫滩,堤基土主要由冲洪积粉砂及粉质黏土组成。堤防工程区地下水为浅层地下水,且埋深大,地表水对混凝土无腐蚀性,地下水对钢筋混凝土中钢筋及钢结构具有弱腐蚀性。【结论】堤防工程建设要注意解决原有堤防堤身质量和抗滑稳定性差、堤基及堤身的抗冲稳定性差、堤基渗透变形、堤基土具有冻胀性等工程地质问题。研究成果对类似河流堤防工程的设计和建设工作具有一定的参考价值。

不良地质条件下顶管始发井逆作法施工技术研究

以内蒙古引绰济辽工程为例,阐述了该工程顶管始发井在不良地质条件下采用的逆作法施工工艺,辅以超前灌浆、井点降水、监控量测以及信息反馈等施工手段成功解决不良地质条件下始发井逆作法开挖支护及混凝土施工带来的一系列质量与安全问题,有效地避免了采用传统竖井基坑施工存在的各种风险,总结出不良地质条件下逆作法施工工艺和关键工序以及控制要点,所取得的经验可为今后类似工程参考。