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。

宁夏中部干旱带主要植物叶性状变异特征研究

以宁夏中部干旱带35种植物9种叶性状为研究对象,分析其变异特征、相关性以及不同科、功能类群间的关系,探讨该地区植物对环境的适应性,为该地区生态系统植被的恢复和重建提供理论依据。结果表明,叶性状特征存在种间差异,按照变异系数,可划分为3类:高变异系数(叶片厚度和叶片单位面积吸水量)、中变异系数(叶片含水量增加率、叶组织密度、叶片肉质化程度和比叶面积)和低变异系数(叶绿素含量、叶片干物质含量和叶片水分饱和亏)。一年生植物叶组织密度、叶绿素含量和叶片干物质含量的平均值极显著低于多年生植物,而比叶面积则极显著的高于多年生植物。叶组织密度、叶片厚度、叶片肉质化程度、叶片干物质含量和叶片单位面积吸水量在不同科类群之间存在极显著差异,而比叶面积、叶片水分饱和亏、叶绿素含量和叶片含水量增加率之间则差异不显著。因此,可以将叶组织密度、叶片厚度、叶片肉质化程度、叶片干物质含量和叶片单位面积吸水量用作不同科类群植物间相比较的研究因子。

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。

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。

3种干旱指数在宁夏中部干旱带的适用性分析

利用宁夏中部干旱带盐池、中宁、同心、海原4个站点1960—2015年共56年的气候资料月值数据,计算了各个站点春、夏、秋、冬及作物生长季的标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和K干旱指数,并比较了3种干旱指数的评估结果。结果表明:(1)除冬季外,3种干旱指数在其他时间尺度上相关性均较好,SPI和SPEI,SPEI和K指数在冬季的相关性较差。(2)春、夏及作物生长季,SPEI和K指数判别的干旱情况较接近,SPI判别的干旱程度略轻;秋冬两季,K指数判别的干旱程度最高,SPEI判别的干旱程度最轻。(3)4个站点春、夏、秋、冬及作物生长季的SPI、SPEI和K指数序列M-K法趋势分析结果相似,均能表示出宁夏中部干旱带干旱的变化趋势。(4)结合历史旱情资料,发现K指数相比于SPI、SPEI更能有效反映宁夏中部干旱带的干旱情况,其评估结果基本与历史干旱事实相符。

宁夏中部干旱带几类土壤可蚀性对比研究

对比分析了旱作免耕农田、传统翻耕农田、冬小麦地、退耕草地(苜蓿地)和柠条林地地表粗糙度、风蚀量及其与地表附着物相关性等土壤可蚀性差异。结果表明:旱作传统翻耕农田就地起沙量最大,土壤可蚀性最小,是当地沙尘的主要来源之一;免耕、退耕草地和柠条林地都能有效减少地表风蚀,土壤可蚀性明显较强;传统翻耕农田、冬小麦地风蚀颗粒主要集中在近地表,为就地起沙;提高"杂草频度"即植被覆盖率,对有效防治就地起沙、提高土壤可蚀性效果明显。

宁夏中部干旱带农业景观格局变化研究

选择宁夏中部干旱带为研究区域,基于RS和GIS技术,运用人机交互目视解译方法对1987年、1996年、2005年和2011年的遥感影像进行解译分类,获得宁夏中部干旱带1987—2011年的农业景观解译分类专题图,采用Fragstats软件栅格版进行研究区农业景观格局指数的计算,在此基础上分析了研究区农业景观格局的变化特征。结果表明:研究区各类农业景观变化较明显,1987—1996年间,各景观类型斑块数增加,平均斑块面积减小,斑块密度变大,破碎化明显,而在2005年之后,朝着改善的方向发展。景观聚集度整体持续下降,表明景观中各种类型的斑块在空间的分布出现了均衡化,多样性和均匀性指数整体平稳增加,反映出研究区不同类型的农业景观的分配相对均匀,景观的异质性增加。

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。

基于GIS和RS的宁夏中部干旱带近30年土地利用动态变化分析

基于GIS和RS技术,以宁夏中部干旱带6期遥感影像作为基本数据源,将解译结果在ArcView中进行统计计算,在ArcGIS中分别将相邻两期进行叠加,生成不同时期的土地利用类型的空间转移矩阵,进而进行单一和综合土地利用类型变化动态度和土地利用程度的计算.结果表明,研究时段内,研究区各种土地利用类型面积变化速度最快的是城乡居民工矿用地,其次是林地、耕地、未利用地、草地和水域;研究区的综合土地利用类型变化动态度在研究初期略低,转换方向为单向的不均衡转换,其余阶段都较高,双向转换频繁,呈现均衡转换状态;研究区的土地利用程度指数虽然在研究时段内呈增加状态,但整体而言程度不高.

宁夏中部干旱带草地生态农业体系建设研究

针对宁夏中部干旱带生态系统脆弱和农业生产低而不稳的现状,开展了"土地—植物—动物—社会产品"四位一体的草地生态农业生产模式研究。结果表明,改良退化天然草地、实施草地科学放牧、优化植物生产系统种植结构、发展节水高效农业、建立草畜转化与优化饲养体系等措施可实现生态和农业的协调发展。建立和发展草地生态农业体系是宁夏中部干旱带农牧业生产持续发展的有效途径。

生态脆弱区土地利用时空格局变化分析——以宁夏中部干旱带为例

利用1978年MSS及1987、1996和2007年Landsat TM/ETM遥感影像,借助GIS技术,对宁夏中部干旱带土地利用时空演变格局进行了分析.结果表明,1978～2007年,城镇用地增加最显著.变化率达58.03%;耕地面积变化率为1.61%,林地、草地、水域、未利用土地和沙地总体上呈减少趋势,变化率分别为-1.08%,-0.06%,-0.52%,-0.76%.,-1.34%.近30 a间,在自然与人类活动的共同作用下,各土地利用类型重心在空间上均有所迁移.总体上耕地、草地、城镇用地和水域重心向西南方向迁移;林地、未利用地基本向西北方向迁移;而沙地重心趋于向东南方向迁移.土地利用呈现衰退迹象.

气候变化对宁夏中部干旱带玉米生产影响的模拟研究

近几十年来,气候变化成了当今社会关注的焦点,而受气候变化影响最大的便是农业生产,尤其是干旱区的农业生产。我国西北大部分地区位于干旱、半干旱地带,日照充足,年降水量少,但蒸发量大,生态环境脆弱,对于气候变化的响应更加敏感。宁夏回族自治区是典型的西部干旱、半干旱气候区,部分干旱带有着非常显著的西部气候特征,本文主要针对气候变化对于宁夏干旱带玉米生产的变化进行模拟预测研究。

宁夏中部干旱带生态环境现状与发展策略研究

在实地考察调研的基础上,结合宁夏中部干旱带生态现状,阐述了其人口分布特征、人口素质对乡村农业、经济结构的影响,对不同影响因素的作用进行了分析.结果表明,相关因素对退耕还林工程生态环境效益的发挥有很大作用.应进一步改善区域生态环境,加强环境保护,加快培养特色林业产业,有效促进农民增收,在建立生态效益补偿机制的基础上加快发展劳务产业,促进退耕工程理智进行和生态环境效益的长期发挥.

水泵泡沫增压钻探新技术在宁夏中南部干旱带的应用研究

宁夏中南部干旱带水资源贫乏,局部地区人畜饮水极端困难,在抗旱打井钻探过程中由于施工用水严重缺乏而无法施工.水泵泡沫增压钻探技术是一项全新的、用于针对特殊的自然地理条件以及复杂的地质条件的钻井技术,它利用均匀、稳定的泡沫流体作为钻井时的循环介质,利用其泡沫增压后,孔内上返泡沫形成循环,井内水与泡沫喷出井口以达到洗井目的.适用于在严重干旱缺水地区断层、裂隙发育、岩石较破碎的基岩地层施工,可以减少孔内不良事故的发生,解决钻进漏失的问题,增加单井出水量,减少施工用水量,提高了钻进效率,降低了成本.在极度缺水的宁夏南部干旱带钻井施工中,解决了使用常规钻进方法难以解决的问题。

宁夏中部干旱带草地气候-土壤生产潜力分析

利用宁夏中部干旱带海原、盐池、同心三个县1961年-2008年48年的气象资料,采用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型计算了研究区草地气候生产潜力,用土壤修正系数对气候生产潜力做修正,研究了该区域气候-土壤生产潜力的时空演变特征,旨在探索影响宁夏中部干旱带草地生产力的主要限制因素,为当地的草地生产提供参考。结果表明:研究区气候呈暖干型发展趋势,温度呈显著增加趋势而降水呈波动中递减趋势;研究区气候生产力呈波动中递减趋势。与温度相比,降水是影响研究区气候生产潜力的制约因子;由于土壤肥力存在空间分异,研究区草地气候-土壤生产潜力的大小排序依次为海原县3 025kg·hm^(-2)·a^(-1)>盐池县2 993kg·hm^(-2)·a^(-1)>同心县2 051kg·hm^(-2)·a^(-1)。

TOPSIS法综合评价宁夏中部干旱带五种风蚀环境抗风蚀性能

针对宁夏中部干旱带土壤风蚀严重、沙尘暴频发等生态问题,分别选择典型压砂农田、沙质旱作传统翻耕农田、人工灌木林地、封育草场和流动沙地5种风蚀环境为研究对象,利用TOPSIS法综合评价不同风蚀环境抗风蚀性能。结果表明:灌木林地的抗风蚀性能最强,其Ci值为0.674257,其次为压砂农田、封育草场;抗风蚀性能最弱的是翻耕农田、流动沙地,Ci值分别为0.087007和0.003552。可见翻耕农田和流动沙地是当地主要沙尘来源。

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。

宁夏中部干旱带相对资源承载力研究

选取宁夏中部干旱带盐池县、同心县、红寺堡区、海原县为研究区,以宁夏为参照区,运用相对资源承载力理论测算中部干旱带研究区各县、各乡镇的相对资源承载力。研究表明:以宁夏为标准,宁夏中南部地区和研究区的综合承载力都处于超载状态,而且研究区超载更严重;就各单项资源的承载力来看,耕地资源承载力>经济资源承载力>水资源承载力;就各县区来说,同心县和海原县均处于超载状态,海原县超载更严重,盐池和红寺堡区处于基本平衡状态;就各乡镇来说,处于富裕状态的乡镇面积占所有乡镇面积的50.05%,基本平衡的乡镇面积只占8.75%,处于不同程度的超载状态的乡镇面积占41.20%;超载的乡镇主要分布在区域北部边缘的防沙治沙区、东部边缘的水土流失治理区、西南边缘的山区林草保护生态区。

土地生态安全综合评价案例分析——以宁夏中部干旱带硒砂瓜工程为例

目前针对硒砂瓜工程土地生态安全尚缺乏系统研究。以国内相关研究成果为基础,依据硒砂瓜地生态环境特点,采用"压力-状态-响应"(PSR)框架模型,建立了由23个原始指标或生成指标构成的土地生态安全评价指标体系。经研究,在13个安全趋向性为正的指标中,土壤有机质含量(C10)、植被覆盖率(C12)、水域面积比重(C16)、草地面积比重(C15)和抗灾率(C11)值较小,说明硒砂瓜工程的实施,在一定程度上导致土壤有机质、植被覆盖、水域、草地等的生态风险增大,进一步导致该地区抗灾能力减弱。在10个安全趋向性为负的指标中,耕地压力指数(C6)、人口增长率(C1)、水土流失面积比重(C23)和城镇化率(C8)值较大,这是因为,随着硒砂瓜种植面积的剧增,耕地面积骤降,覆被等变化引起水土流失风险增加。同时,由于种植硒砂瓜短期经济效益的显著提高,导致人口城镇化速度放缓,农村人口的增加进一步导致人口增长率提高。总体来说,硒砂瓜工程土地生态安全综合得分为0.6139,处于预警状态(敏感状态)。