2005-2020年亚洲中部干旱区生态站月潜在蒸散量数据集

潜在蒸散表征大气蒸发能力,是衡量区域蒸发能力的重要指标,也是评价气候干旱程度变化、水资源供需平衡、植被耗水量等的关键参数。在收集中亚生态系统监测网络12个生态站和中国生态系统研究网络(CERN)11个位于西北干旱区生态站的气象观测数据基础上,经过数据质量控制与插补,采用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,生成了2005-2020年亚洲中部干旱区生态站月潜在蒸散量数据集。本数据集时间序列较长、覆盖多种生态系统类型,可作为亚洲中部干旱问题研究的基础数据、模型输入数据、模拟结果验证数据等,也可为该区域水资源的合理开发与利用、生态环境保护等方面研究提供数据支撑。

不同覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响

[目的]探明覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响,为宁夏回族自治区中部干旱带微量降水及露水有效利用提供科学依据及支撑。[方法]设置了普通聚乙烯膜覆垄(T_(1))、高密度聚乙烯膜覆垄(T_(2))、聚四氟乙烯膜覆垄(T_(3))共3个处理,以裸地(T_(4))为对照,进行集流面坡度优化,对微量降水和露水发生过程中土壤水分变化特征进行研究。[结果](1)研究区多年单次5 mm以下降水总量占年降水量的29.8%,年平均露水量为31.68 mm,占多年平均降水量的13.2%;(2)不同覆垄模式5 cm和15 cm埋深位置土壤体积含水率大小顺序一致,表现为:聚四氟乙烯膜覆垄>普通聚乙烯膜覆垄>高密度聚乙烯膜覆垄>裸地;(3)覆垄汇集微量降水对土壤水分影响深度明显增加,降水量为2 mm时,对土壤水分的影响深度可达15 cm,而裸地条件下仅达到5 cm位置;(4)露水对土壤水分的影响在0—5 cm,当露水量为0.8 mm时,普通聚乙烯膜覆垄、高密度聚乙烯膜覆垄、聚四氟乙烯膜覆垄、裸地的土壤体积含水率分别提高0.6%,1.6%,4%,0.2%。[结论]不同覆膜处理汇集微量降水和露水对土壤水分影响存在显著差异,其中聚四氟乙烯膜覆垄汇集效果最好,垄沟内土壤体积含水率最大。

亚洲中部干旱区植被与土壤碳密度分析

碳密度作为估算陆地生态系统吸收和排放含碳气体数量的关键要素—碳存储能力的重要指标之一,对判定碳源汇、制定缓解全球变化的合理政策措施具有重要意义。干旱半干旱区相关研究的薄弱性与其广大的陆地面积极不相称。通过搜集与中亚五国和新疆生物量或植被碳密度资料有关的文献,整理中亚五国和新疆的土壤剖面数据,对亚洲中部干旱区植被和土壤碳密度开展研究。结果表明:亚洲中部干旱区植被和土壤碳密度因区域和植被类型的不同而呈现一定差异。总体而言,林地的植被与土壤的碳密度最高;草地土壤碳密度高于耕地土壤碳密度,中亚五国草地植被碳密度高于该区农田植被碳密度,而低于新疆农田植被碳密度;裸地作为植被覆盖度最低的类型,植被与土壤的碳密度最低。

1975-2007年中亚干旱区内陆湖泊面积变化遥感分析

中亚干旱区内陆湖泊的湖面变化反映了气候波动和人类活动对流域水文过程的影响.本文以中亚干旱区平原区尾闾湖泊、吞吐湖泊和高山湖泊三类典型内陆湖泊为研究对象,利用1975-2007年Landsat遥感影像,基于归一化水体指数提取湖泊水域边界信息,分析近30年来内陆湖泊湖面变化特征.结果表明,近30年来,研究区内有超过一半的内陆湖泊急剧萎缩,湖泊总面积从1975年的91402.06km2减小到2007年的46049.23km2,减小了49.62%.其中,平原区尾闾湖泊面积减小最为显著;吞吐湖泊主要受出口河流水资源利用方式不同,湖面变化较为复杂,既有扩张也有萎缩;高山湖泊主要受气候波动影响,水面变化相对稳定.在中亚区域气候变暖的背景下,不同类型湖泊面积的变化也反映出干旱区人类活动对区域水资源时空分配的影响.

宁夏50a冰雹气候特征

利用宁夏20个气象站1961～2010年冰雹天气实测资料和宁夏冰雹灾情资料,统计分析了宁夏全区及3大区域(引黄灌区、中部干旱带和南部黄土丘陵区,下同)冰雹天气的时空分布特征,归纳了出现冰雹的极端年、月,以及冰雹与农事关键期的对应关系,列举出冰雹多发期的主要受灾农作物。

中东亚干旱区土地覆盖变化和人类占用强度变化特征

研究中东亚干旱区2001-2013年期间土地覆盖变化特征和人类活动对潜在自然植被的影响程度,对保护生态环境和合理利用土地资源具有重要意义。本研究首先基于气象数据和综合顺序分类法(comprehensive and sequential classification system,CSCS)模型模拟了中东亚干旱区的潜在自然植被分布状况,其次基于2001-2013年的MODIS土地覆盖数据集分析了土地覆盖变化情况,最后在前两者的基础上研究了潜在自然植被的人类占用强度及其变化特征。结果表明,1)潜在自然植被以林地、草地、冻原、荒漠四大类为主;2)中东亚干旱区土地覆盖变化较大,其中中亚灌丛面积波动增加,中国华北干旱区农田面积扩张明显,蒙古国中西部灌丛和草地覆盖面积明显减少;3)研究区人类占用强度增强。其中,2010-2013年增长较为明显,4年间人类占用面积占研究区面积的比例增长了1.45%。潜在草地人类占用比例在2009-2013年间增幅最大,为2.88%;潜在林地人类占用比例在2001-2005年间增幅最大,为6.99%。4)在北哈萨克斯坦三州(北哈萨克斯坦州、阿克莫拉州、库斯塔奈州),人口迁移是潜在自然植被人类占用强度变化的主要因素,2006-2013年间人类占用强度比例增长了11.38%;中国的呼伦贝尔和山西干旱区,农业开发是人类占用强度增大的主要因素,2001-2013年间人类占用强度比例分别增长了6.62%和17.64%。

生态脆弱区土地利用格局变化及其环境效应——以宁夏回族自治区中部干旱带为例

基于遥感、GIS技术、景观生态学及层次分析方法,以宁夏回族自治区中部干旱带为研究区,利用1978年MSS以及1987,1996,2007年的TM/ETM遥感影像为数据源,对该区域近30a来土地利用格局变化及环境效应进行了分析。结果表明,30a来该区耕地和建设用地有不同程度的增加,新增耕地主要来自未利用土地和草地,建设用地面积的增加主要来源于耕地和未利用土地;耕地和未利用土地向林地、草地转化是林地和草地面积增加的主要来源。由于受人类活动的干扰,研究区土地利用景观结构发生了较大变化,土地利用格局变化产生了景观破碎化,景观异质性增加,生态环境退化等生态效应。但20世纪90年代中后期以来,在以还林还草、禁牧及水利等综合治理工程为核心的生态环境治理措施调控下,土地利用结构得以调整,植被覆盖增加,区域生态环境质量逐步得以改善。

宁夏中部干旱带土地利用变化及驱动力分析

利用1978年MSS、1987年、1996年及2007年TM遥感影像,借助遥感和GIS技术及相关分析、主成分分析方法,对宁夏中部干旱带1978-2007年土地利用变化及驱动力进行了分析。结果表明:1978-2007年耕地、城镇用地面积快速增加,沙地面积减少了281 682hm2。草地以年均0.17%的速率不断增加,林地面积减少了近3万hm2。土地利用系统无序化程度增加,土地利用利用结构复杂性和多样性增大。人口、经济、产业结构、农业生产、投入、富裕程度、政策和自然因素是驱动研究区土地利用变化的主要因素,其中,人口作为社会经济活动的主体,对土地利用变化起着推动作用。

宁夏地区中南部干旱区域林草植被生态需水量研究

以宁夏地区中南部干旱区域气象资料、植被分布、水资源状况等为依据,估算了现有林、草地生长季的最小和适宜生态需水量,并对降雨消耗性及径流消耗性林草地生态需水量进行了降水资源平衡分析。研究结果表明：（1）位于南部山区、年均降雨量在350~550mm之间的隆德和泾原县降雨消耗性林、草地最小和适宜生态需水量均能依靠降水得以满足,林草植被生长状况良好。（2）位于南部山区、年均降雨量在350mm左右的彭阳县和原州区,降雨能够满足林、草地最小生态需水量的需求,而适宜生态需水量不能得到满足。因此,该区域要合理考虑林草地种植结构。（3）年均降雨量在175~280mm,位于中部干旱带的海原、盐池和同心县以及南部山区的西吉县降雨消耗性林、草地最小和适宜生态需水量均不能得到满足。该区域不宜于大面积发展林草业。

基于矢量属性的宁夏中部干旱带土地利用变化信息挖掘

[目的]增加对土地利用变化矢量属性的认知,进一步挖掘潜藏于土地利用变化中的特征和规律,丰富土地利用变化研究方法,为区域土地资源调控提供参考依据。[方法]基于土地转移流视角,提出土地转移率和土地转移链概念,采用Landsat MSS/TM/ETM遥感影像数据,对宁夏中部干旱带同心县的土地变化过程进行研究。[结果]1978—2015年同心县耕地和草地比例增大,未利用地减少。区县尺度上土地转移率渐次降低;类型尺度上,耕地转移率先升后降,草地转移率先降后升,未利用地转移率呈"降—升—降"特征。1978—1987年的土地转移流以草地转未利用地为主,1987—1996年则呈现多元特征,1996年表现为退耕还林还草和对未利用地的改造利用。1978—2015年土地利用转移围绕着耕地的流失与保护进行,土地转移单向链以31型(草地转耕地)和61型(未利用地转耕地)为主,往复链以Ⅱa型为主,主要是161型(耕地—未利用地—耕地)和131型(耕地—草地—耕地)。[结论]同心县土地利用变化存在较大份额的"往复链"。在土地资源开发与管理中要重视往复链所揭示的内涵并采取针对性措施。

陇中半干旱区农业生态系统及其综合增产技术对策研究

我省半干旱农业区主要分布在中部18个县,总土地面积为6.96×10~4km^2,占全省面积的15.4%,总人口5.74×10~6人,占全省人口的31.4%。由于地处半湿润易旱和干旱农业(即灌溉农业)区的过渡带,农业生态系统的稳定性异常脆弱,可控程度较差,农业结构单一,生产力低下。如何发掘该区的自然资源生产潜力,改进农业生产技术装备。

气候变化背景下中亚干旱区大气水分循环要素时空演变

基于再分析资料,系统分析了1979—2018年中亚干旱区大气水汽含量、水汽收支、降水量、实际蒸发量等水分循环要素的时空变化特征。结果表明:(1)中亚水分循环要素空间差异明显,降水量和实际蒸发量在天山和帕米尔等山区及周边绿洲区为高值区,荒漠平原地区为低值区,而大气水汽含量相反。(2)1979—2018年中亚水汽含量呈微弱的减少趋势,变化速率区域差异明显,咸海周边区域明显减少,而新疆大部和天山山区明显增加;中亚地区水汽输送以纬向输送为主,经向输送相对较弱,不同区域水汽收支和变化有较大差异,其中西边界和北边界水汽输送减少,东边界和南边界水汽输送增加;水汽收支在中亚西北部、中亚南部、帕米尔高原和天山山区呈增加趋势,而中亚北部和新疆大部有减少趋势。(3)与水汽输送变化的表现不同,1979—2018年中亚降水量有增加趋势,为4.14 mm·(10a)^(-1),且年际波动较大,显著增加趋势分布在中亚北部、新疆大部和天山山区,而在中亚西北部和南部有明显减少趋势。(4)中亚实际蒸发量有微弱的增加趋势,在中亚北部、天山山区和帕米尔高原有明显增加,而在里咸海、中亚南部和新疆南部干旱地区明显减少。从季节来看,各水分循环要素季节变化与年变化时空分布特征基本一致。研究成果有助于进一步了解中亚干旱区大气水分循环演变及机理。

基于熵权-TOPSIS模型筛选陇中旱作区适宜玉米轮作的土壤可持续系统

为探索陇中黄土高原旱作区不同轮作系统对土壤改良的影响,本研究对玉米(Zea mays)与苜蓿(Medicago sativa)、马铃薯(Solanum tuberosum)、大豆(Glycine max)、小麦(Triticum aestivum)4种轮作模式的土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、有机碳、团聚体进行测定分析。结果表明:轮作较连作相比土壤养分有一定程度的提高。轮作下土壤全氮和碱解氮含量分别提高7.08%~20.35%和9.89%~37.52%,土壤磷素和钾素含量提高,土壤有机碳含量提高13.14%~27.52%,土壤团聚体均以大团聚体(≥0.25 mm的土壤团聚体)为主,玉米-大豆轮作土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径的值较高。利用熵权法及TOPSIS模型对各处理的土壤肥力进行综合评价,结果显示玉米-苜蓿轮作对土壤肥力的改良效果最好,合理轮作可实现土壤养分内生状态良质化。

亚洲中部干旱区积雪时空变异遥感分析

亚洲中部干旱区的大尺度遥感积雪信息研究,可在跨界河流水资源分配利用方面提供数据支持,对国家重大战略的生态安全保障有重要作用。采用数据融合方法,将MOD10A2和MYD10A2数据进行融合去云处理,结合气象站点积雪数据评估去云后的积雪识别精度;提取积雪覆盖率(SCP)与积雪日数(SCD)信息,分析SCP与SCD年际、年内变化差异;结合数字高程模型,分析不同高程带下SCP的时空变化规律。结果表明:(1)MOD10A2与MYD10A2融合去云处理,可有效去除云的干扰,准确提取亚洲中部干旱区积雪变化信息。(2)年内SCP最大值范围为55.7%~77.4%,最小值范围为1.6%~2.9%,融雪期SCP下降速率具有明显地域差异,总体SCP呈缓慢增加趋势。(3)总体SCD呈略微下降趋势,32.2%的区域呈下降趋势,30.9%的区域呈增加趋势,36.9%的区域保持稳定不变。(4)海拔1 000 m以下,SCP年内随季节变化呈U型,年际变化显著;1 000~4 000 m区域,SCP年内均随季节的变化呈现出V型,年际变化呈现出稳定性波动;6 000 m以上为永久性积雪,季节、时空变化差异性均不明显。

陇中旱作区不同轮作方式对土壤碳、氮含量及酶活性的影响特征

为探索陇中旱作区不同玉米轮作模式对土壤碳、氮含量及土壤酶活性的影响,本试验对玉米(Zea mays)与苜蓿(Medicago sativa)、马铃薯(Solanum tuberosum)、大豆(Glycine max)、小麦(Triticum aestivum)4种轮作模式的土壤碳、氮含量和酶活性进行测定分析。结果表明:轮作模式下土壤有机碳含量提高13.14%~27.52%,微生物碳含量提高1.78%~18.11%,全氮含量提高18.47%~58.69%,微生物氮含量提高18.31%~40.43%,蔗糖酶活性提高5.20%~17.11%,脲酶提活性高4.25%~26.42%,过氧化氢酶活性提高7.69%~13.46%;土壤碳、氮含量与酶活性呈显著正相关关系(P<0.05);聚类分析表明,玉米与苜蓿、大豆轮作土壤养分状况聚类距离最近,距离值为0.96,相似程度高,综合表现好。从土壤碳、氮含量和酶活性角度考虑,玉米与豆科作物轮作改良土壤肥力效果最好。本研究可为陇中旱作区建立良好的作物轮作制度提供理论依据。

宁夏中部干旱区降水量及可利用降水量多时间尺度变化特征分析

【目的】研究1969—2020年宁夏中部干旱区降水量及可利用降水量在不同时间尺度的变化特征,为当地的水资源利用以及灾害防治提供参考依据。【方法】基于1969—2020年宁夏中部干旱区6个气象站降水量及月平均气温资料,采用高桥浩一郎蒸散发公式、气候趋势法、Mann-Kendall突变检验以及小波周期分析,对宁夏中部干旱区降水量及可利用降水量在不同时间尺度下的分配情况、丰欠演变趋势及周期规律进行研究。【结果】①宁夏中部干旱区西北区与东南区降水资源差异较大,降水量分别为188.0 mm和304.1 mm,可利用降水量分别为17.8 mm和58.9 mm。②宁夏中部干旱区降水主要集中在夏季,占全年57%左右;冬季最少,仅占全年3%,且年内和年际变化平缓;春、冬季可利用降水率低。③宁夏中部干旱区年际间降水资源年际间将由波动期向干旱期变化;东南区的极端降雨现象比西北区更明显,西北区在2013年以前可利用降水资源较为丰富。④趋势分析表明未来东南区年降水量及可利用降水量分别以1.539、0.467 mm/a速率显著增加,西北区降水量以0.647 mm/a显著增加、可利用降水量以0.073 mm/a的降幅减少,但无显著性;突变分析表明2010年为宁夏中部干旱区降水量开始发生突变的年份。⑤宁夏中部降水量及可利用降水量主要以9、12~13、40 a为主周期,对应的振荡周期分别为6、9、25 a。可利用降水变率较大,对农牧生产活动影响较大。【结论】宁夏中部干旱区各降水资源东南区比西北区更丰富;季节年降水量及可利用降水量排序均为夏季>秋季>春季>冬季;未来降水量及可利用降水量有显著上升趋势,降水资源向着大周期尺度演变。

宁夏中部干旱带砂土混合覆盖下土壤蒸发估算

为寻求一种能够有效估算宁夏中部干旱带压砂地土壤蒸发量的方法,通过微型蒸渗仪大田试验,研究了0(S1),20%(S2),40%(S3),60%(S4),80%(S5),100%(S6)6种砂土混合比条件下土水蒸发比与表层土壤含水量的关系,并构建了压砂地土壤蒸发量估算模型。结果表明:土水蒸发比随表层土壤含水量呈分阶段变化,即S2~S6为2个阶段,S1为3个阶段,且S1第2,3阶段与其余处理相比存在一定滞后性,表层土壤含水量临界值可用砂土混合比表示为θ_(si)=0.0030s^(2)_(i)-0.1705s_(i)+14.7340;S1~S6土壤蒸发量在第1,2阶段分别可用E_(s)=E_(0)(a_(i)θ_(i)+b_(i)),E_(s)=E_(0)(a_(i)θ^(2)_(i)+b_(i)θ_(i)+c_(i))进行表示(其中,S1第2,3阶段均为E_(s)=E_(0)(a_(i)θ^(2)_(i)+b_(i)θ_(i)+c_(i))),且整体精度达85%以上;在此基础上进一步综合水面蒸发量、表层土壤含水量及砂土混合比分两阶段构建了二次抛物面模型及多项式模型,模型整体可靠性较高,可为当地水资源管理提供参考。

宁夏中部干旱带覆膜沟灌玉米灌溉制度研究

在宁夏中部干旱带设立试验区，以覆膜沟灌玉米为研究对象，设置不同水分处理进行田间试验，依据作物根区土壤水贮存量、生理指标及产量水平等参数，研究确定合理覆膜玉米沟灌灌溉制度。结果表明：沟灌玉米O～60cm土层土壤水变化幅度最大，20~40cm是主要贮水层，不同水分处理贮水量变幅为3~138．8m3／hm2；光合有效辐射呈抛物线形规律变化，灌水后均有所下降；蒸腾速率呈单峰型，水分处理不同蒸腾速率峰值出现时间不同；高水分处理玉米净光合速率较高，且有明显“午休现象”；灌溉定额3900m3／hm2时产量最高为15300kg／hm2，2700m3／hm2时产量最低为13770kg／hm2，灌溉水量在一定范围内可增产，但超出上限时，产量与灌水不呈正相关关系。宁夏中部干旱带覆膜沟灌玉米合理灌溉制度为：全生育期灌水4次，灌水定额为975m3／hm2，灌溉定额3900m3／hm2。

宁夏中部干旱带玉米畦灌灌溉制度研究

以畦灌玉米为研究对象,利用彭曼公式计算玉米理论需水量,并结合作物根层贮水量、生理指标及产量等确定宁夏中部干旱带玉米畦灌灌溉制度。结果表明,研究区年参考作物腾发量为1 112mm,玉米生育期需水量为596mm,理论灌溉水量为4 132m3/hm2;30~60cm是玉米根区主要贮水层;灌水后各水分处理光合有效辐射均下降,12:00、14:00降幅分别为13.7%~24.6%、1.8%~5.9%。玉米抽雄期光合速率及蒸腾速率日变化趋势一致,均呈单峰曲线,并于10:00—14:00出现峰值。灌溉定额为3 900m3/hm2时,产量最高,为14 860.5kg/hm2;灌溉定额为3 300m3/hm2时,水分利用效率最高,为4.13kg/m3。宁夏中部干旱带畦灌玉米最优灌溉制度为:全生育期灌水4次,灌水定额为975m3/hm2,灌溉定额3 900m3/hm2。

甘肃中部旱作区专用型马铃薯品种筛选与评价

对甘肃省内外20份高产优质马铃薯新品种进行了品种对比试验,比较了不同马铃薯品种生育期、植株表型特征、薯块性状、产量和品质等性状,并对各品种的品质性状进行聚类分析,通过综合分析评价,以期筛选出适宜在甘肃中部旱区推广种植的不同用途专用型品种。结果表明,甘农薯7号、陇薯15号、甘引6号和陇薯14号等4个品种生育期适中,田间长势好,块茎性状好,干物质含量均在22.0 g/100 g以上,淀粉含量均在17.0%以上,还原糖含量均在0.3 g/100 g以下,折合产量均在40 000 kg/hm~2以上,综合表现优异,可作为食品加工型品种在甘肃中部旱区进行示范推广;同薯29号淀粉含量高达18.53%,商品薯率高达93.4%,平均单薯重高达185.2 g,折合产量为34 176.6 kg/hm~2,可作为淀粉加工型品种在甘肃省中部旱作区进行示范推广;晋薯16号、中薯22号、中薯19号、冀张薯14号、V 7和希森6号等6个品种薯形好,块茎整齐度高,薯皮光滑,芽眼浅,干物质含量、淀粉含量和还原糖含量适中,折合产量均在40 000 kg/hm~2以上,品种适应性强、丰产性高,可作为中部旱区鲜食型品种进行示范推广。