京津风沙源区NPP时空变化及其对治理工程实施的响应

利用遥感大数据对生态治理工程区域的净初级生产力和固碳能力进行长期动态监测可以实现对治理工程的实施效果的评价,同时为区域“碳中和”目标的实现及可持续发展提供有力支撑。利用Google Earth Engine(GEE)云计算平台,基于改进的CASA模型对京津风沙源治理工程区域的NPP进行计算。运用Sen斜率分析和MK趋势分析方法对2001—2020年间的NPP进行时空变化分析,并分析NPP对京津风沙源治理工程实施的响应。结果表明:1)在京津风沙源工程治理期间,京津风沙源区NPP总体呈波动上升趋势,平均增速为2.21 gC m^(-2)a^(-1),其中极显著增加区域占38.03%,说明京津风沙源治理工程对我国“碳中和”任务起到了积极作用,增加了区域的固碳能力;2)空间尺度上,京津风沙源区NPP和固碳量空间异质性较大,空间分布上主要呈现东部高,西部低的特点,其中,暖温带落叶阔叶林区域最高,温带荒漠区域最低;3)治理工程的实施所带来的NPP增长的速度在不同的区域并不一致,2001—2020年的NPP增速京津冀地区(4.74 gC m^(-2)a^(-1))>山西地区(4.52 gC m^(-2)a^(-1))>陕西地区(3.53 gC m^(-2)a^(-1))>内蒙古地区(1.55 gC m^(-2)a^(-1));4)生态工程实施所带来的生态环境的改善总体呈现先慢后快的特点,绝大部分区域后十年间的变化速率都显著大于前十年,而在生态环境较为恶劣、荒漠区域广布的内蒙古地区,生态环境的改善则具有一定的滞后性,2001—2010年NPP增速仅为0.04 gC m^(-2)a^(-1),直到2011年,NPP才开始有较为明显的增长,2011—2020年NPP增速为1.67 gC m^(-2)a^(-1)。风沙源治理工程需要长期坚持,才能取得更明显的成效。

京津风沙源治理工程区土地利用/覆盖变化对生态系统水源涵养服务的影响

【目的】水源涵养服务是与人类关系最为密切的生态系统服务之一,也是评估区域生态环境效益的重要指标。本研究以水源涵养量为指标,探究京津风沙源治理工程实施的生态效益。【方法】采用区域土地利用/覆盖和气象数据,量化了2000−2018年土地利用/覆盖变化和同期水源涵养量动态,进而评估了土地利用/覆盖变化对水源涵养服务的影响。【结果】(1)京津风沙源治理工程区自西北向东南依次以草地、耕地、林地覆盖为主,水源涵养量自西北向东南递增;(2)2000−2018年,林地总体增加了14.22%,区域水源涵养量总体也呈现增加趋势,晋北山地丘陵区、燕山丘陵山地水源保护区、科尔沁沙地、鄂尔多斯高原和大兴安岭南部区等增幅相对较大;(3)区域生态系统水源涵养服务随不同时期、亚区分布和地类转换而存在差异,林地水源涵养服务量最高,且在各亚区均占主导地位;(4)2000−2010年,全区内草地向林地转移对水源涵养量增加的贡献最大,达49.32×10^(8) m^(3),大面积草地转为林地使大兴安岭南部区水源涵养量增加最为显著,达16.11×10^(8) m^(3);(5)2010−2018年,全区内仍是草地向林地转移对水源涵养量增加的贡献最大,达3.87×10^(8) m^(3),荒地开垦、造林、种草对涵养水源的贡献集中作用于鄂尔多斯高原南部区,增加了1.31×10^(8) m^(3),退耕还林和草地向林地转移对燕山丘陵山地水源保护区贡献最大,达1.84×10^(8) m^(3)。【结论】京津风沙源治理工程实施以来,退耕还林、荒地造林、草地治理等措施使研究区水源涵养服务有效提高,引起水源涵养量增加的土地利用/覆盖转移类型主要为未利用土地向林、草地转移和草、耕地向林地转移,地类转移对水源涵养量增加贡献最大的区域主要为大兴安岭南部区、燕山丘陵山地水源保护区和晋北山地丘陵区等东南部区域。区域土地利用/覆盖格局有待进一步优化,下一阶段的工程实施应当根据各区生态特点分区施策,因地制宜,对耕地水源涵养服务能力较弱区域实施退耕还林还草工程,对有必要保留的耕地改进水土保持耕作栽培措施,未利用土地面积较大区域根据水资源承载能力科学实施封沙育林育草或进行人工造林,并加强管护,使研究区高生态效益区持续稳步发展,低生态效益区重点治理,高效发展。

小叶锦鸡儿灌丛地植被对沙源供给的响应

以阴山北麓东段附近的小叶锦鸡儿灌丛地为研究区,在坡积残积地(内源型供给)、洪积扇下风向和农耕地下风向(外源型供给)3个沙源供给有差异的样地,每个样地布设3个样区,每个样区设置3个样方(3个样地共计27个样方),调查样方内小叶锦鸡儿沙堆和堆间地的植被,分析沙源量和沙物质差异供给下的小叶锦鸡儿灌丛地植物群落特征。结果表明:1)三类沙源供给的小叶锦鸡儿灌丛沙堆上群丛类型基本相同,均为小叶锦鸡儿-羊草群丛;2)三类沙源地的灌丛沙堆上物种数均高于堆间地,其中沙源量最大的洪积扇下风向物种数最多;样地间的物种相似度以洪积扇和农耕地下风向间的最高(38%~42%),样地内灌丛沙堆和堆间地上的物种相似度以坡积残积地的最高(80%);3)在三类沙源供给地的灌丛沙堆和堆间地上均出现的植物有6种,即克氏针茅、羊草、糙隐子草、冷蒿、细叶韭、刺沙蓬;4)顺风向随着沙源供给量的增加(坡积残积地)或减少(洪积扇和农耕地下风向),三类样地的堆间地上物种数沿风向均呈现先增加后减少的趋势,灌丛沙丘上则是农耕地和洪积扇下风向靠近沙源区的物种数高于坡积残积地,随沙源量减少其物种数逐渐与坡积残积地的相近。综上,沙源供给量及供给方式对小叶锦鸡儿灌丛地的物种多样性影响较大,而群丛类型几乎不受影响。

基于晋北高原风沙源新农村绿地景观营建的乡土植物应用调查及评析

以晋北高原风沙源区大同的9个县区典型新农村绿地植物景观为研究背景,以其乡土植物资源应用为调查对象,在把握乡土植物概念与习性的前提下,从植物资源种类、植物景观特色及植物生长情况3方面进行分析评价,提出当前乡村植物景观营建存在的关键性问题并给出优化建议,以期为今后晋北高原风沙源区乡土植物推广应用于新农村绿地植物景观营建提供新的思路和方法。

筑牢京津绿色屏障——包头市京津风沙源治理工程草原建设项目20年综述

京津风沙源治理工程是2000年党中央、国务院为改善和优化京津周边地区生态环境状况、减轻风沙危害,紧急启动实施的一项具有重大战略意义的生态工程。京津风沙源治理工程草原建设项目是以遇制草原沙化扩展、改善北京及周边地区生态状况为根本目标而提出的。自2001年项目启动以来,包头市先后进行了人工饲草基地、草种基地、青贮窖、暖棚、贮草棚及封育围栏等项目建设,在增加饲草料供给率、改善牲畜饲养条件前提下,重点加强现有草原植被生态保护和修复,积极促进包头市生态状况良性发展。2020年,包头市草原综合植被盖度达到36.58%,沙尘天气的发生频率大幅下降,空气质量明显改善,形成了强有力的阻挡风源、抑制沙化的绿色屏障。

2000—2012年京津风沙源治理区植被覆盖时空演变特征

植被是陆地生态系统的主体,分析长时期植被覆盖变化,有助于揭示陆地生态环境的演变规律。研究以京津风沙源重点治理区的MODIS02B产品为数据源,通过数据处理获得2000—2012年的NDVI(Normalized difference vegetation index)时序数据集,采用线性趋势分析、标准差、Hurst指数和相关系数等方法,分析京津风沙源重点治理区植被覆盖的时空变化特征及影响因子。结果显示:(1)近13年来,治理区植被覆盖总体呈上升趋势(R2=0.70),2012年NDVI值达最大值0.324,比2000年增加了135.62%。但增加速率和幅度各异:北部干旱区(Bbghq)增加速度最快,浑善达克区(Hsdkq)次之,农牧交错区(Nmjcq)植被变化相对稳定。(2)工程区地表植被覆盖改善区域的面积明显大于退化区域,其中得到改善且通过显著性检验(P=0.10)的区域约占总面积的94.31%;Hurst指数分析表明,工程区植被变化整体呈中强持续性特征,面积合计约占64.48%;综合分析表明,工程区植被变化以良性发展为主,特别是强持续性的退化区和弱持续性的改善区值得关注,二者合计占35.27%。(3)人类活动是京津风沙地区植被覆盖上升的重要驱动因素;自然因素中,降水是控制工程区植被生长的主要因子,温度的影响相对较弱。

京津风沙源工程区沙漠化防治区划与治理对策研究

对京津风沙源工程区沙漠化影响因素和沙漠化土地分布进行分析,提出制定沙漠化防治区划的原则,并对该地区进行沙漠化防治分区,提出不同区域的沙漠化防治战略对策。根据气候分区、植被和土壤的分布、地貌类型以及沙漠化土地分布情况,将京津风沙源工程区划分为6个治理区,即乌兰察布高原退化草原治理区、锡林郭勒高原北部退化草原治理区、浑善达克沙地沙化治理区、科尔沁沙地西缘沙化治理区、坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区和燕山山地水蚀治理区。

京蒙沙源区水库大气氮沉降变化特征及源解析

以京蒙沙源区大河口水库为研究对象,于2017年1月~12月对水库周围布设的12个大气沉降监测站点收集样品144个,测定大气干、湿沉降物中TN浓度,计算大气总氮干、湿沉降通量,分析大气TN干、湿沉降污染特征及季节性变化特征.另选取水库周边不同典型地块,布设14个采样点采集样品76个,测定土壤δ^(15)N-TN含量水平,解析水库大气氮沉降主要来源,并借助HYSPLIT4气团后向轨迹模型分析各季节不同类型气团输移营养盐对大河口水库的影响.结果表明:水库全年大气TN干沉降通量变化范围为122.44~425.64kg/(km^(2)·month),平均值为200.83kg/(km^(2)·month);湿沉降通量变化范围1.23~188.89kg/(km^(2)·month),平均值为66.33kg/(km^(2)·month).大气总氮年沉降通量为3205.9kg/(km^(2)·a),约为全国氮沉降平均水平(790kg/(km^(2)·a))的4.06倍.从沉降类型上来看,大气沉降主要以干沉降为主,占沉降总量的75.17%,湿沉降占总沉降通量的24.83%.大气氮干沉降通量表现为春、秋季节明显高于夏、冬季节,湿沉降通量春、夏季明显高于秋、冬季节的季节性变化规律.通过对典型地块δ^(15)N-TN同位素数据分析,表明夏季有71.4%的大气沉降样品来源于不可分辨的混合源输入,春、秋、冬季大河口水库超过45%的样品来源于沙地,另一大污染源为研究区周围的耕地.运用HYSPLIT4后向轨迹模型证明,从蒙古国入境的气团对研究区污染物大气输移影响较大,冬季采暖期间的大气污染和春季频繁发生的沙尘暴是造成北方沙区水体春季水环境变差的因素之一.

典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征研究

为研究典型沙源区水库大气氮干、湿沉降污染特征及其对水域氮素污染的贡献,以京蒙沙源区大河口水库库区为研究区,于2014年沿水库岸边布设12个大气氮沉降监测站点,采集干、湿沉降样本,测定干、湿沉降TN质量浓度,计算全年各月大气TN干、湿沉降通量和年入库TN污染负荷量。结果表明,研究区大气干、湿沉降季节差异显著(P<0.05):全年各月TN干沉降通量变化范围为116.31~382.02 kg·km^(-2),主要集中在春季4月和秋季10月,最大TN干沉降通量出现在春季风沙最为严重的4月,其值为382.02 kg·km^(-2);湿沉降通量变化范围为0.73~195.53 kg·km^(-2),主要集中在夏季(6—8月),最大TN湿沉降通量出现在降水量最大的8月,其值为195.53 kg·km^(-2)。大气氮沉降以干沉降为主,全年月平均TN干沉降通量是湿沉降通量的2.9倍,且TN湿沉降通量与降水量变化呈显著正相关(R^2=0.961 3)。同入库河流径流TN污染负荷对比,2014年大气TN沉降入库污染负荷量为7.15 t,占同年滦河和吐力根河两条河流入库TN污染负荷的19.91%。

全球主要沙源区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系

利用TOMS AI气溶胶指数和天文辐射资料对全球主要沙漠区沙尘气溶胶含量与太阳辐射的关系进行验证.结果表明,无论是北半球的沙漠还是南半球的沙漠,其沙尘气溶胶指数和太阳辐射都有非常高的相关性.事实和理论均表明太阳辐射是影响沙漠地区沙尘气溶胶含量主要的因子之一.

雅鲁藏布江江当宽谷地区沙源物质与现代沙漠化过程

对雅鲁藏布江江当宽谷附近地表堆积物的粒度和矿物分析结果表明，沙丘沙的平均粒径、分选性、主粒组构成以及矿物成分与附近沙源物质具有一致性和继承性。河流冲积物是最主要的沙源，其次是洪积物和基岩风化物。河谷沙漠化从根本上就是沙源物质“就地起沙”导致的土地退化过程。同时。

京津风沙源区2000—2015年植被覆盖状况的区域差异研究

植被覆盖状况是监测与表征区域生态建设成效的重要指标。以往研究注重区域植被覆盖状况的整体变化分析,对长时期区域内部植被覆盖变化及其差异研究较少。文中基于京津风沙源区遥感影像数据,采用GIS空间分析技术,重点评估了2000—2015年植被覆盖度的年际变化及其区域差异。研究结果表明,2000—2015年京津风沙源区植被覆盖度变化为35%~45%,且随年份变化呈波动增加趋势,年均增速为0.4%(P<0.05),生态治理取得明显植被恢复成效。8个治理分区植被覆盖均有所增加,但区域差异明显,晋北山地丘陵亚区和燕山丘陵山地水源保护亚区植被覆盖度年均增速超过0.6%,浑善达克沙地亚区与荒漠草原亚区植被覆盖度年均增速不及0.2%,这与区域地表组成和气候背景有关。从地市来看,北京、天津和承德植被覆盖度较高,但朔州和张家口植被覆盖度增速明显,而乌兰察布和包头植被覆盖度年均增速低于0.1%。相比2000年,2015年京津风沙源区有51%的区域植被覆盖度增加,49%区域植被覆盖度未变或降低,主要集中在京津风沙源区的中部和西部县市(旗),未来生态治理过程中应加以重点关注。

沙源供给条件对机械沙障固沙作用的影响

对布设于不同沙源供给条件下麦草方格沙障、塑料网方格沙障和粘土行列式沙障的输沙量、风沙流结构、沙面形态变化及障体耐蚀积能力时空异质性进行研究。结果表明：（1）沙面形态进入稳定期后,3种沙障内0-20cm输沙量在流动沙丘集中分布区比半固定半流动沙丘分布区分别增加了78.6%,118.8%和40.2%,同时,风沙流结构和输沙量峰值的出现高度发生变化;（2）沙源供给丰富度可通过对原始沙面蚀积速率的影响,改变稳定沙面形态的形成时间和形态特征;（3）风沙流在流动沙丘集中分布区对麦草沙障和塑料网沙障造成的破坏率分别是半固定半流动沙丘分布区的1.45,1.27倍,对粘土沙障的破坏不明显,均在2%以下。沙埋、倒伏、解体均主要发生在沙障边缘区。

京蒙沙源区水库大气磷干、湿沉降污染特征

为阐明典型沙源区水库大气磷干、湿沉降的污染特征及其对水域磷素污染的贡献,为水库富营养化治理提供科学依据,以京蒙沙源区大河口水库库区为研究区,于2014年沿水库岸边布设12个大气沉降监测站点,采集干、湿沉降样品,测定干、湿沉降中总磷(TP)浓度,计算全年各月大气TP干、湿沉降通量和年入库TP污染负荷量.结果表明:研究区大气干、湿沉降季节差异显著,全年各月TP干沉降通量变化范围为4.89~35.76 kg/(km^2·月),主要集中在春季4月和秋季10月.最大TP干沉降通量出现在春季风沙最为严重的4月;湿沉降主要集中在夏季(6—8月),最大TP湿沉降通量出现在降雨量最大的8月,为28.88 kg/(km^2·月),且TP湿沉降通量与降雨量呈显著正相关.2014年大气TP沉降入库污染负荷量为0.719 t,占同期滦河和吐力根河两条河流入库TP污染负荷比率为51.17%,成为影响和限制大河口水库磷营养盐水平的重要源项之一.

不同沙源供给条件下柽柳灌丛与沙堆形态的互馈关系--以策勒绿洲沙漠过渡带为例

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲—沙漠过渡带为研究区域,根据沙源供给丰富程度的明显差异,在固定沙地、半固定沙地、半流动沙地和流动沙地随机选择100个相对独立的柽柳灌丛沙堆,对每个沙堆形态进行测量,并对沙堆上的柽柳灌丛进行调查,分析研究不同沙源供给条件下柽柳灌丛形态特征和沙堆形态变化及其相互关系。结果表明:(1)在4种沙源供给条件下,柽柳灌丛高度相对稳定,灌丛长度、宽度、树冠投影面积、总枝条数、新枝率、基部新枝率和生物量随着沙源供给丰富度的增加而相应增加。(2)随沙源供给丰富度的增加沙堆尺度显著增大,外形向着沿风向拉长的不对称圆丘状发展,风影沙尾轮廓逐渐清晰。沙堆形态参数间存在良好的相关性,其中长度与宽度协同增长,回归曲线在流动沙地为二次函数关系,在其它3种沙地呈线性相关;底面积与高度表现为良好的二次函数关系;底面积与体积间存在显著的线性关系。(3)柽柳灌丛形态参数与沙堆形态参数间存在良好的相关性。其中树冠面积与沙堆体积间为显著线性关系,而树冠大小又与总枝条数以及新枝率密切相关,柽柳灌丛沙堆的适应机理应归于不断增加的沙源供给而产生的风积沙埋对柽柳灌丛生长的促进作用及灌丛与沙堆间的互馈效应。该区域柽柳沙包的形成以一定灌幅的存在为前提,可以判定是土地退化的产物,其中半流动沙地生境相对于其他沙地正处于急速退化中。

大气氮磷湿沉降特征及对沙源区水库水环境的影响

研究典型沙源区水库大气氮、磷湿沉降时空分布特征及水环境污染效应对水生态环境的治理与修复具有重要意义。以往的研究多集中在沿海地区、长江流域及南方地区,而对于干旱少雨、多大风天气、蒸发量远远大于降水量的沙源区水库则鲜有报道。以京蒙沙源区大河口水库为研究对象,于2014年3月—2016年2月在水库周围5个不同区域湿沉降采样点收集样品80个,测定TN、各形态氮和TP浓度,分析湿沉降中N、P营养盐的沉降特征,估算大气氮、磷湿沉降率及湿沉降对水库富营养化的贡献,探讨氮、磷湿沉降对水库水环境所产生的影响。结果表明,大河口水库湿沉降中N沉降所占比例最大,总氮质量浓度年均值为0.50 mg?L^(-1),其中NH_4^+-N高于NO_3^--N,两者共占约70%;P沉降较少,总磷质量浓度年均值为0.08 mg?L^(-1)。湿沉降中氮、磷营养盐主要来源于畜禽养殖,农业化肥施用及秸秆和牛粪焚烧等。大气氮、磷湿沉降率呈明显的季节性变化特征,表现为夏季最大,夏、秋两季TN、TP的湿沉降率分别占全年的75%和80%。水库周围各区域湿沉降呈现西北库区各季节沉降率较东南库区高的特征。通过大气湿沉降进入大河口水库的TN年负荷量为1.89 t?a^(-1),TP年负荷量为0.10 t?a^(-1),分别为同期河流入库负荷的5.27%和7.14%,这主要与北方沙源区多风少雨的典型气候特征和当地环境条件有关。尽管大河口水库大气氮、磷沉降仍以干沉降为主,但湿沉降对地处生态环境极其脆弱的沙源区水库水环境的影响及可能带来的水生态环境问题不容小视。

前期降雨与不同沙源条件小流域产沙关系的对比研究

为了解不同沙源条件下前期降雨对小流域产沙的贡献和作用 ,本文利用不同沙源条件下 2个典型小流域(云南蒋家沟流域和四川遂宁玉丰小流域 )以及一组篱笆减少侵蚀试验的降雨和产沙资料 ,选取前期降雨、过程降雨、产沙历时以及雨强因子 ,运用主成分分析法 ,进行对比研究 ,并分析了其机理 .结果表明 ,前期降雨在玉丰小流域渐变型产沙中 ,首属第 1主成分 ;但在蒋家沟突变型产沙中首属第 1主成分。

京津风沙源治理工程区植被恢复效果调查

"京津风沙源治理工程"区植被恢复效果是研究该区生态环境建设的重点。利用传统生态学方法对整个"京津风沙源治理工程"区的植物多样性进行调查研究,并利用像元二分法对工程第1阶段实施前后的植被盖度进行对比。结果显示:整个京津风沙源区植被平均覆盖度上升,植被盖度低的土地面积逐渐减少,盖度高的土地面积逐渐增加,区内土地具有良好的植被恢复潜力与趋势。证明经过5年的努力,京津风沙源治理工程植被恢复已取得一定治理效果。调查结果可为"京津风沙源治理工程"第2阶段提供基础数据及有益参考。

基于MODIS NDVI的京津风沙源工程治理区荒漠化动态监测

以MODIS植被指数产品为数据源,利用归一化植被指数(NDVI)进行京津风沙源工程治理区荒漠化程度划分,得出2000年、2004年、2008年荒漠化等级分布图,在此基础上对研究区不同等级荒漠化进行对比分析。结果表明:京津风沙源工程治理区荒漠化程度总体上呈现减少趋势;荒漠化转移方向主要为严重荒漠化→重度荒漠化→中度荒漠化→轻度荒漠化→非荒漠化。

拉萨河下游河谷风沙源分布特征及其成因

根据IKONOS和Qu ick B ird影像解译和实地调查,对拉萨河下游河谷区风沙源分布特征、沙源粒度特征、植被特征以及人类活动的作用进行了探讨。结果表明,受大中小尺度风场的影响,风沙源地沿河谷两侧呈小面积零星分布在多个地貌部位;河流冲积物是最主要的沙源,沙源粒径90%以上分布在0.25 mm以下,以细沙、极细沙和粘粒成分为主,平均含量占60.69%,易于发生风沙活动;风沙活动是影响沙生植被的主导因素,植物种类和盖度能很好反映沙源地的稳定程度;特别在流动沙地和半流动沙地上,植被演替朝着有利于风沙活动发展的方向进行,是风沙活动的主要驱动因素之一,也是风沙活动不断加剧的产物。尽管自然因素是该区域风沙活动的主要成因,人类活动对其发展起到了强化作用。