基于标准化降水指数(SPI)的宁夏中部干旱带旱灾危险性时空演变特征

[目的]揭示宁夏中部干旱带旱灾危险性的时空特征,为宁夏中部干旱带农业生产、农业灾害防治、种植结构调整和农业灌溉指导提供科学依据。[方法]收集宁夏中部干旱带的沙坡头区、中宁县、同心县、盐池县、海原县5个气象站点的气象观测资料,采用标准化降水指数(SPI)分析了近39年(1981—2019年)干旱等级的时空变化,并结合GIS技术评价其旱灾危险性时空演变特征。[结果]SPI 12结果表明代际干旱趋势呈波动中加剧趋势(趋势线斜率范围为-0.004~0.003)。SPI 3结果表明季尺度旱灾危险性时空分布异质性明显,空间上呈现出南低北高的特征,而时间上则表现为连旱特征突出。春冬两季旱灾发生频率高于45%;夏、秋两季干旱现象不显著,干旱发生频率处于10.26%~43.59%之间;旱灾危险性时空演变特征评价结果表明代际旱灾危险性呈现先下降后上升的变化趋势。季尺度旱灾危险性时空差异明显,空间上表现为旱灾危险性由南向北升高,时间上表现为春冬两季旱灾危险性较高,而夏、秋两季旱灾危险性较低。[结论]宁夏中部干旱带季尺度旱灾危险性时空异质性明显,沙坡头区、中宁县旱灾危险性高,未来应加强春、秋、冬三季的旱灾防治。

宁夏干旱区3种典型植物群落根系和土壤水分的空间特征

以宁夏回族自治区平罗县西大滩的草本型、灌草型和乔草型3种植物群落为研究对象，测定了各群落中不同微生境区位（冠盖区、过渡区和空旷区）的表层土壤稳渗率，土壤密度、植物根系生物量密度和土壤含水率的垂直分布（0～10、10～30、30～60、60～100和100～150cm梯度层）：结果表明：表层土壤稳渗率在各群落中从空旷区向冠盖区不断增大，植物生长能显著提高土壤稳渗率；各群落中相应区位表层土壤稳渗率也存在差异，其中，受植物生长影响较小的空旷区的稳渗率在乔草型群落最大，草本型群落次之，灌草型群落最小，但未达到显著水平；各群落内有较好荫蔽条件的冠盖区0～10cm土壤表浅层中细根密度最高，但过渡区与空旷区细根密度最高的土层埋深下移；采样期间，各群落冠盖区下层土壤均出现不同程度的逆含水率梯度，草本型群落最明显，乔草型群落最弱。

宁夏中部干旱带天然草地气候生产潜力研究

依据宁夏中部干旱带同心县、盐池县等10个代表性气象台站36年(1975-2010年)逐旬气温、降水资料,基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型对宁夏中部干旱带1975-2006年间草地生产潜力作估算,并分析其变化规律,旨在为改良草地、植被恢复提供理论依据。结果表明:宁夏中部干旱带气候具有向"暖干化"变化的趋势,草地气候生产潜力年际变化范围为2668.56～7499.53kg.hm-2·a-1,气候生产潜力较大。当最高温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力增加或降低58.68kg.hm-2·a-1;年降水量每增加或降低1mm,草地气候生产潜力增加或降低18.64kg.hm-2·a-1。宁夏中部干旱带各区域年降水量与气候生产潜力相关系数为0.984～0.997,成极显著线性相关,而年均气温与气候生产潜力无显著相关性。在进行天然草地补种植物时,应考虑该地的自然承受力,即天然草地气候生产潜力。

基于GIS的宁夏中部干旱带土地利用生态安全动态评价

土地利用生态安全评价是区域可持续发展关注的重要内容之一。以宁夏中部干旱带为例,针对研究区实际生态问题,基于RS和GIS技术,构建"隐患—状态—免疫"生态安全评价指标体系,采用熵权法与综合指数模型,实现了30m×30m栅格水平可视化的土地利用生态安全综合评价。结果表明:2004—2014年,研究区土地利用变化和区域政策的实施结果一致。草地、林地面积急剧扩大,旱地和未利用地面积持续下降,建设用地和水域面积变化不大,水浇地面积呈缓慢增加趋势。结合已有研究成果与研究区实际,采用聚类法,将研究区土地利用安全分为5个等级:生态安全区(Ⅰ)、生态较安全区(Ⅱ)、生态临界安全区(Ⅲ)、生态不安全区(Ⅳ)和生态极不安全区(Ⅴ)。研究区土地利用生态安全指数从2004年的-0.12上升为2014年的0.03,整体状态呈变好趋势,但ESI指数仍小于0.1,处于临界安全状态。具体表现为:Ⅰ级乡镇从4个增加为5个、Ⅱ级区从10个增至11个、Ⅲ级乡镇从13个减少为12个、Ⅳ级乡镇从5个减少为4个、Ⅴ级乡镇从8个减少为7个,针对评价结果分析其动态演变机制。通过对宁夏中部干旱带土地利用生态安全动态评价,以期为宁夏境内生态移民区选址和生态环境保护提供数据支撑。

宁夏不同种植年限下硒砂瓜土壤干燥化效应研究

通过对压砂地不同种植年限下土壤干燥化效应进行研究,为宁夏中部旱区压砂地可持续发展提供理论依据。在观测压砂3,8,12,16,25a的土壤含水量的基础上,分析比较不同种植年限下土壤含水量、水分过耗量、干燥化指数、干层厚度等土壤干燥化指标。结果表明:不同年限下0—600cm的土壤含水量、贮水量和有效贮水量的均值分别为11.24%,936.00mm和506.27mm;随种植年限的增加,0—600cm土层平均土壤含水量、贮水量呈递减趋势,水分过耗量逐渐增大;不同种植年限下土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先减小后增大最后逐渐平稳的趋势;压砂地土壤干燥化系数为68.29%～162.36%,平均干层厚度为283.33cm,以中度和轻度干燥化强度为主;典型相关性分析发现,经纬度、种植年限、粉粒及砂粒含量等环境因子是影响土壤干燥化指数和土壤干层厚度的重要因素。

基于SPI指数的宁夏中部干旱带1960—2012年干旱特征研究

研究宁夏中部干旱带的干旱特征可为区域农牧业发展和防灾减灾提供科学决策依据。利用1960—2012年的各站点气象观测资料,计算标准化降水指数(SPI),并借助集合经验模态分解、功率谱分析和重新标度极差分析等方法,对近50年来的干旱特征和变化趋势进行了研究。研究结果表明,宁夏中部干旱带在1960—2012年间发生中旱以上的干旱事件达到了总干旱次数的30%以上;干旱波动周期的多尺度分解显示,该区域存在着0.5 a尺度的轻旱,1 a尺度的中旱,3 a尺度的重旱和10 a尺度的特旱;平均干旱强度的年际波动周期特征中,有平均超过65%的贡献来自于3.25-4 a左右的干旱周期波动,而平均超过14%的贡献来自于5.78-6.5 a左右的干旱周期波动;总体来看,宁夏中部干旱带的干旱趋势处于增强态势,且具有长程依赖性,即未来还将持续干旱,但不同季节的干旱趋势特征又表现出一定的差异。

宁夏压砂地不同植被类型土壤干燥化特征

该研究在观测压砂地沙枣、柠条、西瓜、枸杞及草地土壤含水量的基础上,分析比较不同植被类型的土壤含水量、水分过耗量、干燥化指数、干层厚度等土壤干燥化特征,以揭示压砂地不同植被类型的土壤干燥化效应,为宁夏中部旱区压砂地可持续发展提供理论依据。结果表明:(1)不同植被类型下0～600cm土壤含水量、贮水量和有效贮水量均值分别为7.163%、591.978mm和187.088mm,土壤水分过耗量均值为274.942mm。(2)不同植被类型的土壤剖面含水量随深度增加呈先减小后增大的趋势;除西瓜地外,其余植被类型的土壤剖面含水量明显低于当地土壤稳定湿度。(3)不同植被类型的土壤平均干燥化系数介于2.152%～85.026%,干燥化系数均值为37.674%,属严重干燥化强度,其中柠条地和沙枣地均达到强烈干燥化强度;土壤平均干层厚度达到或超过500cm,干燥化程度由强到弱依次为柠条地>沙枣地>枸杞地>草地>西瓜地。(4)典型相关分析发现,经纬度、高程、植被类型、粉粒及砂粒含量等环境因子是影响土壤干燥化指数、干层内平均含水量等干燥化指标的重要因素。

不同水肥组合滴灌对黄花菜产量及土壤水分的影响

[目的]研究不同水肥处理对宁夏中部干旱带土壤水分及黄花菜产量的影响,探索适合该地区的黄花菜灌溉制度。[方法]试验选用甘肃大乌嘴为材料,采用正交试验设计方法设置了低水(W 1)2250 m^(3)/hm^(2)、中水(W_(2))3000 m^(3)/hm^(2)、高水(W 3)3750 m^(3)/hm^(2),低肥(F 1)450 kg/hm^(2)、中肥(F_(2))675 kg/hm^(2)、高肥(F 3)900 kg/hm^(2),以当地农户滴灌种植方式为对照(CK),共10个组合处理。[结果]农户滴灌种植方式与不同滴灌水肥一体化灌溉处理间土壤含水率均在各次灌水后发生显著变化,随着灌水量的增大,各层土壤含水率相应增大,20~40 cm土层土壤含水率最大,为5.54%~28.29%;处理组黄花菜产量总体上高于对照组,黄花菜产量随着灌水量与施肥量的增加呈现先增大后减小的变化趋势。[结论]黄花菜在丰水年下滴灌水肥一体化灌溉最优的是W_(2)F_(2)处理,该处理下黄花菜产量为15417 kg/hm^(2)。

宁夏中部干旱带槽式温室礼品西瓜早春栽培技术

槽式温室是宁夏中部干旱带发展的设施新类型,经过2年的试验研究得出适于该温室类型的栽培模式——礼品西瓜早春茬栽培,并总结归纳该栽培技术。

基于“省公顷”生态足迹的宁夏中部干旱带承载力研究

人口承载力是区域可持续发展的重要因素。选取宁夏中部干旱带盐池县、红寺堡区、同心县、海原县为研究区,运用"省公顷"生态足迹模型测算研究区各县(区)的人口承载力,即在生态承载标准下研究区所能容纳的人口数量。研究表明:盐池县处于生态盈余状态,有4.1万生态人口承载空间。红寺堡区、同心县、海原县均处于不同程度的生态超载状态。其中海原县生态超载最严重,超载人口达5.1万人,同心县次之,超载人口3.84万人,红寺堡区的生态超载最小,超载人口仅2.12万。从生态人口承载力来看,在该区域人口数量保持不变的情况下,影响研究区域生态人口承载力的因素主要为人均的消费水平和耕地的生产能力,在当前的科学技术水平下,耕地的生产能力主要受水资源的限制。因此,在水资源有限的条件下,要缓解该区域的生态压力,只能从改进生产技术,减少区域人口数量方面进行。

宁夏中部干旱带药用植物资源现状与保护利用对策

分析了宁夏中部干旱带药用植物资源保护利用存在的问题,提出了有效保护宁夏中部干旱带中药植物资源与可持续利用对策,为深入研究与保护当地药用植物资源提供技术支撑。

宁夏中部干旱带不同自然地貌风蚀沙粒粒径特征研究

以宁夏中部干旱带不同自然地貌作为试验样地,应用诱捕法收集风蚀沙粒,通过激光粒度分析仪分析沙粒粒径后,判断各试验点的土壤组成,分析评价沙粒粒径与地表风蚀相关性。结果表明,半固定沙地、流动沙地以及沙柳林地风蚀沙粒以细沙粒为主,占比95%左右,粗砂粒占比5%左右,无粉粒,风蚀沙源主要以就地起沙为主;花棒林、沙蒿林和农田防护林带内风蚀沙粒有8%~12%粉粒,天然草地粉粒占比29.04%,放牧草地粉粒占比69.38%,细沙粒含量较少,植被固沙效果明显,风蚀强度呈下降趋势,沙源以就地起沙为主,但有部分沙源属于外来沉降,土壤状况逐步改善;柠条退耕地、废弃村庄以及封育草地的固沙效果较好,风蚀沙粒主要以粉粒为主,占比90%,风蚀沙源多外来沉积,风蚀强度降低;耕作农田中黄绵土粉粒比例一般高于风沙土,抗风蚀能力较强。

宁夏中部干旱带压砂地耕作方式的生态功能

压砂地利用方式在宁夏已有近百年的历史,近几年在政府有效地组织和引导下得到了迅猛发展。压砂地利用方式经济效益显著,然而传统的利用方式随着利用年限的延伸会使砂地老化甚至逐渐失去压砂地的生态功能,对农田生态系统产生不利影响。通过深入分析砂田对农田蓄水能力的影响,砂田减少土壤蒸发量的作用,砂田的增温和减尘效果,砂田的抑盐作用,砂田对生态恢复的影响等生态功能及不同利用年限砂田水分,养分变化规律。提出了必须重视砂田生态系统的养分管理,创造条件改善砂田生态系统的水分循环,注重砂田微生态系统环境的改善,加快砂田传统耕作方式的现代化改造等加强砂田生态系统管理的措施及建议。

限制开发生态区土地利用景观格局变化环境效应研究

选取宁夏限制开发生态区中部干旱带为研究区,利用1989、1999、2006和2016年4期Landsat TM影像数据,以土地利用变化数据为基础数据源,采用土地利用/覆被变化幅度、土地利用转移矩阵、景观格局变化、生态环境质量指数,定量分析研究区土地利用变化方向与速度、土地利用转型特征、景观格局时空特征、生态环境综合指数大小及空间分布格局与生态环境效应.结果表明:①水浇地、建设用地面积呈现稳步增长趋势;旱地面积呈现先增长后下降的倒“V”型趋势;林、草地面积呈现先下降后增长的“U”型趋势;水域面积变化呈先增长后下降再增长的“N”型趋势;未利用地面积持续减少.三个阶段中,促使土地利用类型发生变化的驱动力分别是:对粮食的基本需求,对经济发展的需求和对生态环境限制开发的需求.②景观格局空间异质性在减小,景观形状不断复杂化,破碎度加深.③生态环境质量指数在各期有波动,但整体呈增长趋势,表明退耕还林(草)与生态移民政策得到了很好的响应.

宁夏中部干旱带农村居民点空间分布研究

文章借助GIS空间分析技术和数据统计方法,分析了宁夏中部干旱带农村居民点空间分布特征及其与环境的关系。研究表明,研究区农村居民点的空间分布形态主要表现为团状、串珠状、环状、树枝状、星点状等形式。研究区农村居民点具有"整体分散,相对集中"的空间结构特征。移民点是研究区农村居民点的重要组成部分,其空间分布差异明显:平原灌区及山区库井灌区移民点规模最大,而山区、丘陵及台地移民点规模较小。研究区农村居民点空间分布与区域环境关系密切,地形地貌、交通条件、水资源、经济发展水平等是影响农村居民点空间分布格局的主要因素。研究结果对宁夏中部干旱带农村土地利用规划及生态移民工程的顺利进展提供一定的依据和参考。

宁夏中部干旱带和南部山区粮食生产分析

通过对近10年宁夏中部干旱带和南部山区粮食生产变化的分析,总结了粮食生产良好发展的主要措施,并提出了下一步发展粮食生产的主要对策。

基于标准化降水蒸散指数的宁夏中部干旱带干旱趋势分析

基于标准化降水蒸散指数(SPEI),选取1960~2012年宁夏中部干旱带的海原、同心、麻黄山、兴仁、盐池五个气象站的降水和平均气温资料作为代表,计算各站SPEI序列,研究宁夏中部干旱带在不同时间尺度、不同季节尺度下的干湿演变趋势、干旱发生强度和频次变化以及干旱发生范围变化。结果表明:①SPEI中起决定性作用的因素是降水;②SPEI值的变化对不同时间尺度的敏感性不同,时间尺度越小,干湿变化趋势越明显,甚至是正负波动振荡;③宁夏中部干旱带干湿变化明显,不同季节均呈湿润化趋势,且以轻度干旱和中度干旱为主,干旱发生范围和干旱发生强度总体呈缩小趋势。

国内外风蚀研究现状及其对宁夏中部干旱带风蚀防治的启示

从宁夏中部干旱带严峻的风蚀现状出发,结合已有研究基础,回顾和分析了国内外风蚀研究历史、现状、发展动态等。分析指出对沙尘源探讨、工程干预对风蚀防治效果、风蚀机理等理论与基础性研究仍是今后风蚀研究的主导方向。同时,因地制宜地提出农田压砂、放牧与风蚀防治相关性、主辅结合的固沙灌木林网布设等问题和建议,为科学指导当地风蚀防治提供理论支撑。

宁夏中部干旱带红枣裂果防治试验

为研究防治红枣裂果的技术,寻找防治红枣裂果的途径,在宁夏中部干旱带开展了红枣裂果防治试验。结果表明,增施有机肥、补充钙肥和喷施抗旱保水剂均可预防红枣成熟期裂果的发生,降低红枣的裂果率,且以喷施抗旱保水剂的效果最好。

宁夏半干旱区玉米滴灌灌溉制度试验研究

为了促进宁夏半干旱区节水灌溉技术的推广应用,本文针对宁夏扬黄灌区规模推广玉米大田滴灌缺乏相关滴灌灌溉制度的突出问题,采用大田小区对比试验与示范区技术应用监测相结合的方法,开展了玉米裸地滴灌灌溉制度试验研究。在综合分析玉米生育期灌溉定额、土壤含水率变化、耗水量、作物产量、水分生产效率的基础上,研究提出了玉米生育期滴灌11~12次、灌水定额300~450 m3/hm^2,灌溉定额4 200~4 425 m3/hm^2的滴灌灌溉制度。研究结果表明:玉米大田滴灌目标产量15 000 kg/hm^2,水分生产效率达到3.0 kg/m3,玉米滴灌较大田畦灌可提高经济效益3 735元/hm^2,同时节水1 800 m3/hm^2、节水30%以上。