干旱区受损植被生态恢复需水量——以新疆哈巴河县平原区为例

[目的]分析干旱区受损植被恢复过程中生态需水量,为生态恢复不同阶段所需水资源量及水资源优化配置提供科学依据。[方法]基于1990,2000,2010,2015,2020年Landsat系列影像,采用遥感技术,结合改进的彭曼公式法,对新疆哈巴河县平原区植被耗水量时空演变特征及生态恢复需水量进行了定量研究。[结果]①1990—2020年天然植被平均耗水量为7.55×10^(8)m^(3),以3.60×10^(7)m^(3)/5 a的速率减小,与之对应的是天然植被面积以17.36 km 2/a的速率减小,植被覆盖度从高植被覆盖度向中植被覆盖度转化,生态受损严重。②区域内植被耗水量时空分布均存在较大差异:空间上高值主要分布于哈巴河流域,别列则克河流域植被耗水量整体偏低;时间上年际变化以2000年植被耗水量为最高,年内植被耗水量则主要集中在生长中期。③绿洲区生态恢复需水量如下:维持现状(2020年)生态需水量为4.62×10^(8)m^(3),恢复到1990—2020年生态平均水平生态需水量为6.65×10^(8)m^(3),达到1990—2020年生态最佳水平(2000年)生态需水量为9.55×10^(8)m^(3)。[结论]在人为与自然二元作用下,灌区1990—2020年生态环境整体呈现退化趋势,生态耗水空间分配失衡,受损植被生态恢复需水量时空配置应根据耗水时空分布进行优化完善。

不同利用方式对高寒草地土壤团聚体稳定性及其有机碳含量分布的影响

[目的]分析不同利用方式下新疆巴音布鲁克高寒草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布差异,为评价该区域土壤团聚体有机碳等生态功能提供理论基础。[方法]选取巴音布鲁克高寒草地开垦、弃耕还牧、放牧3种处理,以10 cm为一个梯度,采集0—40 cm土层土壤,采用干筛和湿筛两种方法筛分土壤团聚体,测算土壤团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、土壤团聚体破坏率(PDA)和土壤有机碳(SOC)含量,明确不同利用方式下高寒草地土壤团聚体稳定性及团聚体有机碳含量的差异。[结果]①3种利用方式下,高寒草地土壤团聚体均以大团聚体(≥0.25 mm粒径)为主。亚表层(10—20 cm)土壤,弃耕还牧处理的PDA显著低于放牧处理(p<0.05),与开垦处理无显著差异(p>0.05);而除亚表层(10—20 cm)外,弃耕还牧处理其余土层土壤PDA显著高于开垦处理和放牧处理(p<0.05)。表层(0—10 cm)土壤,开垦处理与放牧处理PDA无显著差异(p>0.05);而除表层(0—10 cm)外,开垦处理其余土层土壤PDA显著高于放牧处理。②弃耕还牧处理的SOC含量、土壤团聚体有机碳含量及贡献率均显著低于其他处理(p<0.05)。在表层(0—10 cm)土壤中,放牧处理≥5 mm粒径土壤团聚体有机碳含量及其贡献率显著高于开垦处理(27.89 g/kg,6.34%)和弃耕还牧处理(36.96 g/kg,14.3%)。而亚表层(10—20 cm)、下层(20—30 cm)、深层(30—40 cm),弃耕还牧处理≥5 mm粒径的土壤团聚体有机碳含量及其贡献率显著低于开垦处理和放牧处理(p<0.05)。③土壤团聚体质量百分比及其稳定性与SOC含量呈显著相关(p<0.05);≥2 mm土壤团聚体质量百分比、土壤团聚体MWD和GMD与SOC含量呈显著正相关(p<0.05),其中≥5 mm呈极显著正相关(p<0.01);<2 mm土壤团聚体质量百分比、土壤团聚体稳定性与SOC含量呈显著负相关(p<0.05),其中<1 mm呈极显著负相关(p<0.01)。[结论]草地开垦活动会降低土壤团聚体稳定性及其SOC含量,其中弃耕还牧处理土壤团聚体稳定性最差,SOC含量最低。建议草地弃耕后应进行适度恢复(施肥、播种等),再进行放牧利用。

不同坡面微集雨措施对红花生长的影响

[目的]利用微集雨技术在伊犁河谷温性荒漠类草地坡面种植红花,为红花旱作种植和草地水蚀荒漠化防治提供技术支撑。[方法] 2021年4—9月在新疆伊宁市铁厂沟观测场布设了对照、凹坑、水平阶、方片埂、等高垄5个处理,使用径流小区自然降雨观测法监测了降雨量,各处理的径流量、土壤流失量,以及红花生长等数据,用TDR监测了0—10 cm土层含水量,用FAO Penman-Monteith模型估算了红花潜在蒸散发量。[结果]观测期总降雨量为53.1 mm,红花潜在蒸散发量呈“先增加,后减少”的趋势。5种措施中,对照处理的径流量最大,为6.50×10^(-2) mm,该处理红花未出苗;方片埂处理的土壤流失量最大,为0.684 t/km^(2)。5种处理表层土壤含水量在6月最低,平均值为1.50%。未观测到径流的凹坑处理开花期红花存活16株,株高25.3 cm,生长最好。[结论]开花期5种微集雨小区红花长势的顺序为:凹坑>水平阶、方片埂、等高垄>对照。观测小区总径流量越少,越有利于红花的存活和生长。

新疆典型绿洲阜康地区土地利用/覆被及景观格局变化分析

利用1977,1990和2006年的3期遥感影像,将GIS及景观生态学的分析方法相结合,对新疆阜康地区1977—2006年土地利用/覆被和景观格局变化进行了分析。结果表明:(1)研究区土地利用/覆被变化显著,耕地和建设用地持续增加,林地、草地、水域、盐碱和未利用土地逐步减少,且有明显加快的趋势;耕地增加主要来源于草地和盐碱地,建设用地主要来源于耕地、草地及未利用土地。(2)在类型水平上,耕地、建设用地和未利用土地连通性增强,优势度增加;林地、水域和盐碱地斑块趋于均匀而分离,破碎度增加,连通性降低;草地形状趋于规则,破碎度增加,但连通性变化不大;沙地几乎没有变化。在景观水平上,景观整体异质性增强,表现出多样化和均匀化的发展趋势。(3)驱动力分析表明,气温对水域,降水对草地影响较大,但人为因素是主要驱动因素,其中人口增加是直接动力,政策环境的改善及产业结构的调整加快了土地利用的变化速度。

新疆策勒县沙漠-绿洲过渡带风沙流结构及输沙粒度特征

[目的]为了分析3个不同下垫面近地表风沙流结构差异及输沙粒度特征,为输沙模型的建立提供理论依据。[方法]对策勒绿洲—沙漠过渡带风速梯度和输沙率进行野外观测,采用拟合函数回归方法分析。[结果]在0—200cm高度范围内,流沙地近地表输沙率或输沙通量与高度服从指数函数或对数函数关系,且拟合程度较高;半固定沙地近地表输沙率或输沙通量随高度服从指数函数关系,拟合程度中上等,稍差于流沙地;固定沙地输沙率随高度变化服从多项式函数关系,拟合程度中等—差。[结论]平均风速较大时,流沙地、半固定沙地地表输沙率或输沙通量随高度变化多服从指数关系,且拟合程度好于平均风速较小的输沙阶段;近地表跃移、蠕移沙粒无论在垂向还是在水平方向上,离地表越高或离绿洲越近其各高度输沙率和沙粒平均粒径都有变小和变细趋势,在水平方向上流沙地输沙沙粒分选性依次好于半固定沙地、固定沙地,分选性多属于中等或中等偏上;所有输沙沙粒的偏度值分布在-0.06~0.05之间,越靠近绿洲输沙沙粒越细;所有跃移、蠕移沙粒峰态值分布在0.92~1.05之间,属于中等峰态。

新疆水土保持与可持续发展研究

新疆维吾尔自治区作为我国最大及地理位置重要的西北边陲省份 ,随着人口的增长和区域开发进程的进一步加快 ,水土流失问题日趋严重 ,水土保持和可持续发展已成为其生态环境建设的重要课题。分析了新疆水土流失的现状、特点和成因以及存在的问题 。

土地利用变化的人文驱动因子对新疆生态系统服务价值的影响

应用谢高地等人的生态系统服务价值系数,结合敏感度分析,探讨了1996—2008年新疆维吾尔自治区土地利用变化所引起的生态系统服务价值的变化,并进一步分析了土地利用变化的人文驱动因子对生态系统服务价值的影响。结果表明,该区域1996—2008年生态系统服务价值从7 062.167 1亿元增加到7 168.987亿元,共增加106.813 9亿元,表明该区域生态系统服务价值总体呈现持续增加趋势;在该区域生态系统服务价值中,废物处理价值最高,水源涵养价值次之,原材料价值最低,13a间各服务类型的价值总体上均呈增加趋势;新疆在13a间人均生态系统服务价值损失0.82万元,减幅达19.52%。这表明新疆地区由于人口的增长,环境压力呈持续增大趋势。影响新疆生态系统服务价值变化的人文因子可归纳为经济、人口和城市化水平因子,其中经济因子与生态系统服务价值呈正相关,而人口和城市化水平因子与生态系统服务价值呈负相关。

新疆干旱区水环境主要问题与形成原因分析

采用2001—2006年新疆主要水体检测数据和相关的经济数据,运用序相关系数法等定量和定性研究方法,分析了新疆主要水体存在的问题和发展趋势以及产生问题的主要原因。结果发现,新疆河流水质属于轻度污染,污染程度南疆小于北疆,远离城市河流小于穿城而过河流。河流水质发展趋势稳定;湖库水体属于中度污染,湖泊小于水库污染,湖库水质发展趋势稳定;饮用水源地水体总体良好,水质发展趋势稳定。乌鲁木齐地下水在Ⅳ—Ⅴ间,发展趋势稳定。新疆工业结构重型化,经济快速发展,城市基础设施薄弱,农村面污染严重和水源地保护不力是产生水环境问题的主要原因。

基于FloodArea模型的新疆尼勒克县暴雨山洪临界雨量的确定

[目的]对尼勒克县科蒙乡吉林台苏河流域2016年6月17日发生的特大山洪过程进行模拟并结合实地考察淹没水深对模拟结果进行验证,进而确定其山洪致灾临界雨量。[方法]以新疆尼勒克县典型山洪沟为研究对象,基于FloodArea淹没模型,利用流域内气象站降水资料、高程数据及相关基础地理信息数据,选取山洪预警点并分析预警点处不同累计时效的面雨量与模拟洪水过程线的相关关系。[结果]该流域洪水的淹没水深与对应累计9h面雨量相关性最高,确定了预警点处累计9h的4级风险等级对应的致灾临界值分别为12.80mm(4级),25.78mm(3级),45.24mm(2级),64.71mm(1级)。[结论]淹没模型FloodArea能够较为准确地模拟出研究区暴雨山洪个例淹没过程,根据其模拟结果能够反演出不同风险等级条件下该流域的山洪致灾临界面雨量。

基于土地集约化利用的城镇可持续发展研究

对城镇土地集约利用程度进行科学合理评价,是提升城镇土地管理水平,提高土地集约利用效率,确保可持续发展的重要手段。从土地利用投入水平、土地利用效率、人类对土地资源的可持续利用能力3个维度,构建了基于土地集约化利用的城镇可持续发展模型。将土地集约化利用的可持续发展的程度分为可持续发展型、趋近可持续发展型、趋近不可持续发展型、不可持续发展型4个类型。通过对新疆北疆铁路沿线15个城镇土地利用特点和现状数据为基础进行实证分析,得出研究区城镇土地利用目前处于可持续发展阶段的结论。从土地利用集约化利用角度提出了城镇可持续发展措施:即健全完善包括经济、行政、法律、技术等手段在内的土地保护机制;调整优化产业结构,合理引导城镇扩张;节约集约利用城镇土地资源,优化城镇用地结构布局;防治并举促进土地利用与生态环境良性互动。

新疆策勒县新开垦农田地表蚀积变化

用插钎法结合气象数据对新疆维吾尔自治区策勒县开垦年限分别为2和1a农田地表进行风蚀风积观测,结果表明,沿主风向,防护林带前后0—3H(树高)内表现为风积,林前风积量明显大于林后风积量,防护林带之间中部主要以风蚀为主。红枣幼苗旁种植的冬小麦在一定程度上能有效地抵御红枣根部风蚀。未开垦的植被盖度3个不同的下垫面内,植被盖度和高度越大,其阻沙积沙能力越强。由于新开垦未种植裸荒地地表疏松无植被覆盖,表现出同阶段内最大的地表风蚀量。新开垦农田地表蚀积变化不仅与植被覆盖度、防护林结构、风速大小与风向紧密相关外,还与地表的微地形有关。

新疆天池自然保护区草地坡地土壤侵蚀规律研究

通过对天山天池自然保护区径流小区的定位观测试验,采用数据统计分析的方法,对天山天池自然保护区草地坡地土壤侵蚀规律进行了研究。结果表明,(1)径流深随降雨量、降雨强度、坡度的增加而增大,而侵蚀量与降雨强度的关系比较明显;(2)植被显著地影响着坡地产沙量;(3)坡面径流深与降雨量、降雨强度、坡度之间的关系可以用多元线性回归函数很好地描述;(4)侵蚀量与土壤容重、径流深、降雨量、降雨强度之间的关系也可以用多元线性回归函数很好地描述。

新疆北疆棉花苗期冻伤对产量的影响

对新疆北疆苗期遭受不同程度冻害的棉花生长进行了全生育期跟踪调查,结果表明棉花苗期冻伤程度不同,对产量及生育期进程的影响也不同。当冻伤程度为10%时,棉花可以通过后期空间优势,使最终产量得到补偿,因此对产量的影响不大;当冻伤程度达到15%时,棉花的生育期延迟,棉花的产量明显低于对照。

基于SPOT-VGT数据的新疆1998-2007年植被覆盖变化监测

利用1998—2007年1 km×1 km的SPOT—VGT数据,采用MVC法和差值法分析了新疆植被覆盖随时间的变化特征。通过一元线性回归法模拟了新疆维吾尔自治区年最大化NDVI的变化趋势。结果表明,过去10 a间,全疆年均最大化NDVI值略有下降;春季NDVI呈增加趋势,秋季减势显著;7月为年内植被最丰盛期,10 a间NDVI累积增长主要发生在3,4,6月份,9月份累积减量最大。模拟结果显示,全疆植被改善区域面积小于退化区域面积,植被覆盖整体上呈退化趋势;植被改善幅度较大的主要为绿洲农业区,退化趋势明显的主要为森林、草场分布的山区。

基于遥感生态指数的新疆干旱区博乐市生态变化分析

[目的]结合遥感方法分析新疆维吾尔自治区博乐市生态变化,为该区生态保护提供理论依据。[方法]以博乐市1997年、2007年和2016年3期Landsat系列影像为数据源,提取绿度、湿度、干度和热度4个指数,通过主成分分析耦合出遥感生态指数(RSEI),对博乐市生态环境质量进行了监测和评价。[结果]研究区属于MODS(山地—绿洲—荒漠)系统,总体RSEI指数较低,由差和较差主导;1997—2016年博乐市的生态环境质量呈明显改善趋势,遥感生态指数RSEI从0.250提高到0.422,等级为优和良的比例从11.24%上升到26.20%;改善的区域面积明显大于变差的面积,改善的区域主要分布在北部山地、中部绿洲和南部天山西部北麓荒漠区域。生态环境恶化的区域主要集中在中部绿洲的耕地和城镇建设用地区域。[结论]荒漠生态建设和扩大绿洲面积对生态环境的改善有积极影响,同时也要合理配置资源和土地利用。