干旱区典型山地-绿洲-荒漠系统中绿洲土地利用/覆盖变化对生态系统服务价值的影响

研究土地利用/覆盖变化对区域生态系统服务价值的影响具有重要意义。对处于干旱区典型MODS(Mountain-Oasis-Desert System)系统中的新疆南部且末绿洲1989年Landsat TM影像及2004年的CBERS遥感影像进行处理,分析且末绿洲15a来的土地利用/覆盖变化。在此基础上,采用中国陆地生态系统服务价值的测算方法,评估且末绿洲土地利用/覆盖变化引起的生态系统服务价值的变化。结果表明,1989-2004年,且末绿洲减少的土地面积有林地、戈壁沙地和盐碱地,增加的土地面积有水域、建筑用地和耕地。林地减少了41.73%,耕地增加了58.04%。1989年且末绿洲生态系统服务价值总额为184 349.88万元,2004年为176 970.72万元,15a间,生态系统服务价值损失了7 379.16万元。林地面积的减少是生态系统服务价值减少的主要原因。保护区域生态环境,恢复和提高区域生态系统服务功能是该区域生态环境建设的重要任务。

中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征——以中国新疆北部和东哈萨克斯坦为例

在中亚干旱区,发育着大量的山地-绿洲-荒漠系统,其中中国新疆北部以及哈萨克斯坦东部是中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的典型区,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌,本文对新疆北部和东哈萨克斯坦山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合典型区近40年气候变化的特点和规律,来探讨中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征。

新疆山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征

在位于中国西北内陆干旱区的新疆,发育着大量的山地-绿洲-荒漠系统,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌。通过对新疆山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合新疆近40年气候变化的特点和规律,来探讨中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征。

荒漠-绿洲过渡带NDVI演变及影响因子相关性分析

荒漠-绿洲过渡带是绿洲与荒漠相互转化过程中表现最活跃的地区,具有防止荒漠扩张、维持绿洲生态安全等重要的生态功能。本研究以民勤县为研究区域,根据绿洲外围归一化差异植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)的变化规律,确定民勤荒漠-绿洲过渡带的范围;利用2000—2020年内最大NDVI数据及降水、温度、日照时数、土壤水分影响因子,在像元尺度采用偏相关及多元相关分析方法,研究过渡带NDVI变化趋势及影响因子相关性分析。结果表明,绿洲边界外5000 m范围为民勤荒漠-绿洲过渡带范围,其中绿洲外0~300 m为过渡带核心区,300~2000 m为过渡带交错区,2000~5000 m范围为过渡带缓冲区。自2000年以来,过渡带区域NDVI整体呈增加趋势,其中,明显改善和稳定不变的面积占比较高,分别为47.8%和42.2%,其他占比较小,严重退化区域主要在靠近绿洲的过渡带核心区。降水增加对过渡带南部地带性植被的改善起主导作用,温度的上升对过渡带东部及西北部NDVI改善的促进作用更明显,日照时数的增加对过渡带西部及东南部NDVI改善的促进作用更大,土壤水分的增加对过渡带整体NDVI的改善均具有促进作用。土壤水分和降水是促进过渡带NDVI改善的主要因子。

1982-2006年新疆山地-绿洲-荒漠系统植被覆盖变化时空特征

植被覆盖变化在新疆山地-绿洲-荒漠系统(MODS)共存、平衡演变机制中扮演着重要角色。基于1982—2006年G IMMS/NDVI数据,提取新疆地区年最大植被覆盖指数(fvc),针对新疆MODS的基本格局,通过先地理分区再因海拔而异讨论,划分出山地、绿洲、荒漠子系统,对比分析不同分区不同子系统下fvc变化趋势、变率、变幅、变异性等时空动态特征。结果表明:新疆植被覆盖总体呈显著上升趋势,可分为1982—1995年的剧烈波动期和1996—2006年的相对平稳期,不同分区和子系统差异显著;在变幅和变异性上,东、南疆地区>北疆、伊犁地区,荒漠>山地>绿洲,植被覆盖度低的地区>植被覆盖度高的地区;显著改善的地区位于绿洲内部、绿洲的周边地区及部分山地,显著退化的地区大多位于东、南疆的荒漠区;不同植被覆盖度下植被覆盖变化具有不同特征,植被覆盖度低的地区,植被退化趋势明显,植被覆盖度高的地区,植被改善趋势明显。

黑河中游荒漠-绿洲过渡带固沙植物根区土壤颗粒组成及分形特征

探究荒漠-绿洲过渡带固沙植物根区土壤颗粒分布及分形特征,可对区域生态植被建设和荒漠化防治提供一定理论依据。选取黑河中游的荒漠-绿洲过渡带内3种固沙植物作为研究对象,采集固沙植物根区0~120 cm土层的土壤样品,测定了土壤粒度组成,并计算了土壤颗粒分形维数D。结果显示:3种固沙植物根区土壤的颗粒以中砂粒(0.25~0.5 mm)和细砂粒(0.1~0.25 mm)为主,占比75%以上,除中砂粒和细砂粒外,不同粒级土壤颗粒质量分数由高到低为极细砂粒>粗砂粒>粉粒>黏粒;3种固沙植物根区的土壤颗粒组成存在显著差异(P<0.05),沙拐枣根区土壤细砂粒和极细砂粒质量分数显著高于泡泡刺和梭梭,泡泡刺根区土壤中粉粒和黏粒质量分数显著高于梭梭和沙拐枣;3种固沙植物根区土壤颗粒分形维数D也存在显著差异(P<0.05),泡泡刺(2.00)>梭梭(1.94)>沙拐枣(1.91),且浅层(0~60 cm)土壤易受外界因素干扰,土壤颗粒分形维数D变化幅度较大;土壤颗粒分形维数D与土壤颗粒中的黏粒和粉粒质量分数呈极显著的正相关关系,与土壤中颗粒的砂粒质量分数呈极显著负相关关系,土壤颗粒分形维数D能较好地体现研究区固沙植物根区的土壤颗粒组成。提高固沙植物数量和覆盖率对于沙化土壤固定,改善土壤质量,防止风蚀的发生均具有重要意义。

山地-绿洲-荒漠系统耦合关系研究的新进展

依托西部干旱区自然地理背景,提出了山地-绿洲-荒漠系统(MODS)耦合关系的概念及原理,分析了典型MODS的时空特征与动态变化,以及三者之间的物质循环、能量转化和信息传递的过程,阐述了MODS相互作用及协调共生机制。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反映耦合类型的外貌,土壤状况制约耦合类型的功能,人为活动影响耦合类型的演变过程。MODS界面过程与水分、土壤、空气等介质密切相关,而水是自然界物质循环和能量转化以及信息传递的主要媒介。以水为核心的水盐、水热以及水土关系的紊乱,制约了水域生态系统的稳定性。

河西走廊山地-绿洲-荒漠复合系统耦合的景观生态学机制

系统耦合的基础为非生物环境的空间异质性 ,基本条件为具有类型相同并且相互连通的廊道 .系统耦合的景观生态学机制为非生物环境的空间分异和各种干扰导致的景观异质化 ,各种干扰是系统耦合的介质 .系统耦合从本质上可以被看作尺度变大过程中景观组分的融合与性质转换的过程 .系统耦合根据干扰的性质可以分为自然耦合和人为耦合 2类 .自然耦合是人为耦合的基础 。

河西走廊山地-荒漠-绿洲复合生态系统的景观要素及其成因类型

利用GIS技术分析了河西走廊山地-荒漠-绿洲复合景观生态系统的景观要素及其成因类型。研究结果表明:1)复合景观生态系统、山地景观生态系统、绿洲景观生态系统、荒漠景观生态系统分别由5、10、10和4种景观组分组成;荒漠景观、山地草原、耕地、砾漠分别为基质;水系和道路起廊道的作用;其余景观要素均为斑块。2)景观要素的成因类型包括引入型、环境资源型、残留型、干扰型。与草原类型、植被类型的高级单位相比,景观生态系统类型具有最高的概括性;每一级景观生态系统类型中相互区别的异质性区域不是景观生态系统类型,而是景观生态系统的结构组分,根据形状、面积大小和连通程度的不同,分别充当基质、斑块或廊道的角色。

山地-绿洲-荒漠的系统耦合是祁连山水资源保护的关键措施

祁连山发育的水系,是河西走廊山地、绿洲、荒漠复合生态系统赖以生存的基础,却由于生产的压力和全球气候变化处于危机之中。林、草、苔藓、灌木结合是保护祁连山水源的关键,既能够维持水源的数量,还能保护水源地的环境。河西走廊的山地、绿洲、荒漠是一个整体,任何一个子系统出问题,都会造成整个复合农业系统的灾难,根据草地农业生态系统4个生产层的理论,调整复合农业系统的生产结构,是发展山地-绿洲-荒漠系统耦合的捷径,将构筑祁连山水源保护的农业系统基础。这种模式在我国西北内陆,乃至世界干旱地区具有示范意义。

天山北部山地-绿洲-过渡带-荒漠系统的生态建设与可持续农业范式

天山北部的山盆系统由山地植被垂直带系统和荒漠盆地的同心环形 (地质 地貌 )植被地带所构成。该系统包括 :山地、山前倾斜平原和古老冲积平原 3个“圈”和其下的高山带、山地森林 草原带、低山荒漠带、砾石戈壁荒漠带、农业绿洲带、扇缘灌草带、冲积平原带、沙漠带和湖泊等 9个“带”。这些地带是干旱区最本质和弥足珍贵的自然资源的存在和作用方式 ,也是指导干旱区生态保育和土地利用的、不可违抗的大自然规律的宏观展现。在此基础上所提出的“山地 绿洲 过渡带 荒漠生态 生产范式”以山地和荒漠盆地的植被地带为框架 ,以贯穿和联系着这一系列环带的生物地球化学循环、生物地球物理过程和生物地球社会经济关系为驱动因素 ,建立起以可持续农业与生态保育为目的的。

新疆山地-绿洲-荒漠藕合系统的一般特征

在位于中国西北内陆干旱区的新疆,孕育着大量的山地——绿洲——荒漠系统,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌,作者通过对新疆山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能的分析,此探讨了中亚干旱区山地——绿洲——荒漠系统的特征。

干旱区绿洲-城镇-荒漠景观演变及生态环境效应

绿洲、城镇和荒漠是干旱区内陆河流域重要的景观类型,随着流域社会经济发展,干旱区生态环境问题日益凸显。本研究选取我国西北干旱区第二大内陆河——黑河流域内绿洲-城镇-荒漠的景观组合作为研究对象,利用景观转型核密度与景观结构指数分析2000—2020年期间黑河流域绿洲-城镇-荒漠的时空格局与转型特征,借助多元回归树(MRT)模型探究三类景观转型之间的权衡-协同关系,基于遥感生态指数(RSEI)与景观转型生态贡献率揭示绿洲-城镇-荒漠景观转型的生态环境效应。结果显示:(1)黑河流域荒漠广布,绿洲仅在中下游河道沿岸集中分布,城镇面积占比最小,其空间分布和规模结构与绿洲有紧密关联;(2)黑河流域绿洲-城镇-荒漠景观转型可概括为:农业活动主导期(2000—2005年)、产业快速发展期(2005—2015年)和发展转型协调期(2015—2020年);(3)气温、GDP、海拔、降水量是影响绿洲-城镇-荒漠景观转型之间权衡-协同关系的主要因素;(4)2000—2020年期间流域景观转型以正的生态环境效应为主,耕地扩张是正效应的主导因素;耕地退化、水域减少与草地退化则是带来负效应的主要因素。研究结果可为干旱区内陆河流域实施生态保护与高质量发展提供理论指导。

绿洲-荒漠过渡带芨芨草地SPAC系统蒸散与①多环境因子关系分析

利用波文比能量平衡法对天山北麓绿洲荒漠过渡带芨芨草地的夏季蒸散量进行测定,采用通径分析与相关分析相结合的方法探讨了蒸散与主要环境因子之间的关系,建立了适合该地区的蒸散预测模型。结果表明:(1)各种环境因子对蒸散影响的大小排序为:净辐射(R n)>土壤热通量(G)>空气温度(T气)>空气相对湿度(RH)>5 cm土壤温度(T土-5 cm)>实际水汽压(e a)>风速(Vwind)>5 cm土壤含水率(S土-5 cm);(2)各因子通过R n对蒸散产生的间接作用都大于其自身直接作用,反映出净辐射是制约蒸散大小的主导因子,是决定干旱区蒸散量的关键;(3)土壤热通量对蒸散的直接负效应远小于通过其他因子的间接正效应,出现其直接负效应与综合效应相反的结果;(4)建立并经过检验的蒸散预测模型表明:与温暖湿润区蒸散依靠水、热并重情况不同的是,极端干旱区主要依靠热量因子强度的增加,才能有较大的蒸散量。

天山北坡内陆河流域山地-平原绿洲和荒漠气候变化差异分析——以三工河流域为例

对中国天山北坡三工河流域山地、绿洲、荒漠不同下垫面区域1961-2007年气象资料序列进行了分析,结果表明:近50a平原绿洲区平均温度以0.3℃.(10a)-1趋势上升;流域山区增温趋势较慢,平均每10a以0.17℃的趋势增温,但本世纪初增温速率加快,绿洲区和山区分别增加0.7℃和0.5℃.流域CO2浓度和CH4浓度持续上升,且高于全球平均水平.原绿洲区1987-2007年比1961-1986年平均降水量偏多35%;山区降水量平均每10a增加速率和绿洲区基本一致,但波动较大,20世纪80年代降水增加较显著,90年代降水量减少到70年代水平,本世纪初降水量显著增加.气候变化序列用Mann-Kendall方法检验认为,山区温度和降水没有达到突变水平,平原绿洲区降水在1984年发生了由低向高的突变,温度在1995年发生了由低向高的突变.夏季荒漠空气相对湿度、太阳辐射量均小于绿洲,但温度却始终高于绿洲,绿洲"湿岛效应"和"冷岛效应"特征明显.荒漠-绿洲温差有3h、20h的主要周期,温差突变一般发生在凌晨.

玛纳斯河流域绿洲-荒漠互馈作用的系统动力学模拟

以玛纳斯河流域为例,在分析流域内人类活动、经济发展与生态环境耦合关系,以及绿洲与荒漠系统之间相互影响的基础上,建立系统动力学模型模拟了绿洲-荒漠系统互馈关系,重点考察了水资源变化、经济发展和生态环境环境之间的变化关系.以现状数据作为模型输入,模拟了2000—2020年社会经济发展和水资源的需求状况.结果表明,在水资源量50%保证率下,水资源可供量越来越小于经济发展的需水量,到2020年保证率将降到50%以下;总体上荒漠和山地生态环境将恶化.在调整投资比例、实行退耕还草和提高工农业的用水效率的情况下,模型模拟表明,在经济增长速度不放慢的同时,荒漠生态环境会有所改善.

绿洲-荒漠交错带GSVAC水热传输可视化模拟系统的开发

以天山北麓三工河流域绿洲-荒漠交错带为研究对象，以可视化开发语言VisualBasic6．0作为主要开发工具，结合Access数据库，在传统SPAC系统原理的基础上开发了绿洲-荒漠交错带水热传输可视化模拟系统。该系统具备系统管理、数据输入、数据处理、信息查询、模型计算、地下水预测、图形绘制、结果输出等功能。充分考虑到实时预测的实际工作要求，在系统开发的过程中，力求将本项目所研制的各种预测方案集成为一个可实时业务化运行的软件系统。通过该模拟系统可预测绿洲-荒漠交错带植被蒸腾量、地表蒸发量和植被的根系吸水速率以及土壤水热动态传输过程，为绿洲-荒漠交错带地下潜水-土壤-植被-大气连续体中数据的管理、地下水的预测和GSVAC水热传输动态的计算机模拟提供了强大的软件环境。

绿洲-荒漠过渡带景观的植被与土壤特征要素的空间异质性分析

采用变异函数的理论和方法 ,通过空间异质性特征比较 ,研究了阜康绿洲 荒漠过渡带景观中的植被盖度和土壤环境因子的空间异质性、空间格局及其关系 .在此基础上 ,应用Kriging局部块段插值法 ,以三维图形显示出各个要素的空间分布格局 .结果表明 ,除土壤全盐量空间相关性较弱外 ,其他各要素具有中等程度以上的空间相关性 ,且空间变异主要发生在较小尺度上 .其中 ,植被盖度的空间异质性程度较高 ,在 3km的尺度内具有明显的空间格局 .从空间分布格局看 ,植被盖度、土壤表层含水量和土壤 pH值沿样带相邻点差异对比明显 ,高值区和低值区交错 .草本盖度与土壤表层含水量、土壤 pH间有相关关系 ,灌木平均盖度主要依靠深层次地下水维系 .灌木和草本盖度的块金值具有明显差异 ,可能因为二者要求不同的生态条件 。

克里雅河流域荒漠-绿洲交错带3种不同生活型植物的光合特性

利用LI-6400光合仪测定新疆克里雅河流域荒漠-绿洲交错带自然生长的芦苇、柽柳、胡杨叶片的气体交换参数及环境影响因子,通过对比3种植物光合特性的差异及其与环境因子间的关系,探讨3种植物对荒漠环境的适应特性和机制。结果表明:(1)3种植物叶片Pn日变化均呈不对称的双峰曲线,"午休"现象明显,Pn日均值的大小依次为胡杨>芦苇>柽柳,种间差异不显著。(2)Tr、PAR和Gs与3种植物Pn的日变化存在极显著或显著的相关关系,其中影响芦苇Pn的主要因子是Tr、PAR和Gs,作用效应为Tr>Gs>PAR;影响柽柳Pn的主要因子是Tr、Gs,作用效应为Tr>Gs;影响胡杨Pn的主要因子是Tr。(3)3种植物的光合作用对光强和CO2的响应特征可用二次方程描述;光补偿点和饱和点均为柽柳>胡杨>芦苇;CO2补偿点为胡杨>柽柳>芦苇,饱和点为胡杨>芦苇>柽柳。(4)3种植物的表观量子效率在0.0341—0.0411 mol/mol之间,羧化效率在0.0480—0.0546 mol m-2s-1之间。综合比较表明,3种干旱区植物在自然条件下日均净光合速率、光能利用率和CO2同化能力差异不显著,气孔限制是光合"午休"现象产生的主要原因;影响3种植物光合作用的主导因子各不相同,但Tr与Pn间的关系较其它因子更为密切。

绿洲-荒漠过渡带四种植物光合及生理特征的研究

绿洲-荒漠过渡带植被的恢复和更新在过渡带生态环境建设中具有重要意义。通过对多枝柽柳,梭梭,头状沙拐枣和沙枣的光合特性、水势(ψ)以及生理指标的研究,结果表明,1)4种植物光响应曲线变化趋势基本一致,均表现为净光合速率(A)随着光合有效辐射(PAR)的增大迅速增大,当PAR达到了植物的光饱和点之后,A出现下降的趋势;作为C4植物的头状沙拐枣和梭梭都具有较高的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP),体现出了C4植物特有的高光合的优势,而其他一些光合参数K,Amax,Rday的变化规律并不完全一致;2)4种植物中,梭梭具有较低的清晨和正午水势,说明梭梭主要依靠夜间水分恢复能力来应对干旱环境;清晨水势除头状沙拐枣和沙枣之间差异不显著外,其他植物种之间的差异均达到了极显著水平(P<0.01),正午水势除多枝柽柳和沙枣之间差异不显著,其他植物种之间的差异也都达到了极显著水平(P<0.01);3)4种植物中脯氨酸和可溶性糖的变化较为一致,头状沙拐枣均显著高于其他3种植物(P<0.05);而丙二醛含量最高的是沙枣,最低的为头状沙拐枣和梭梭,除头状沙拐枣和梭梭之间差异不显著之外,其他植物种之间的差异均达到显著水平(P<0.05);4)在相关分析的基础上运用平均隶属函数法对这4种植物进行抗旱性排序,结果表明,4种植物的抗旱性强弱顺序依次是梭梭>多枝柽柳>沙枣>头状沙拐枣。