渭干河绿洲不同土地利用类型土壤盐分的变化特征分析

土壤盐分的动态分析与监测,是实现盐渍化土地科学管理与利用的必要前提。运用GIS技术,结合地统计学方法,分析了渭干河绿洲土壤盐渍化的分布格局,探讨了不同土地利用类型下土壤盐分的变化规律。结果表明:土壤盐分离子含量随土层深度增加而减少,CO_3^(2-)和HCO_3^-变化不明显,整个剖面表现为:Na^++K^+>Ca^(2+)>Mg^(2+),SO_4^(2-)>Cl^->HCO_3^->CO_3^(2-),具有中-强变异性,除了HCO_3^-、CO_3^(2-)和Ca^(2+)外,其他盐分离子变异系数随深度增加而减小。不同土地利用类型的土壤含盐量具有显著差异垂向分布,耕地、荒地和草地、林地分别呈现为平均型、表聚型和底聚型盐分剖面,且各类型表层土壤(0～40 cm)含盐量依次为荒地(38.42 g·kg^(-1))>草地(16.30 g·kg^(-1))>耕地(5.37 g·kg^(-1))>林地(4.62 g·kg^(-1))。渭干河绿洲土壤属于重盐土类型,自然因素(蒸降比和地下水波动等)是土壤盐渍化的形成条件,而人为干扰(土地利用方式、灌排、施肥等)则促进了土壤盐渍化的发展。

干旱区绿洲农田土壤重金属含量高光谱反演

对新疆渭库绿洲土壤样本的As、Hg、Pb、Cr、Zn和Cu共6种重金属含量与高光谱关系进行分析,基于逐步回归方法筛选出特征波段,采用地理加权回归(GWR)和普通最小二乘法回归(OLS)构建土壤重金属的高光谱反演模型.结果显示:1)研究区的6种重金属元素含量存在一定的差异,土壤中的平均重金属含量依次为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Hg,均未超过国家土壤背景值.研究区的Pb平均含量高于当地(新疆)土壤背景值,即研究区表土层中的Pb元素明显富集;2)不同的光谱变换使土壤重金属的光谱特征均得到了增强,但强度有所差异,经过二阶微分变换(SD)和一阶立方根微分变换(CRFD)的土壤光谱相对于原始光谱增强最显著;3)从模型验证来看,在反演6个土壤重金属元素含量时,GWR的R^(2)高于OLS,其中Zn的R^(2)接近0.8,Cu的R^(2)接近0.6,表明模型有一定预测能力,而As、Hg、Pb和Cr的R^(2)均依然低于0.5,模型预测能力并不理想;4)两种模型预测的6种土壤重金属含量的空间分布表现出一定的空间差异性.其中,As元素空间分布差异在这两种预测模型中最大,而其余5种重金属元素Hg、Pb、Cr、Zn和Cu的分布则较为均匀.通过高光谱反射率估算土壤重金属元素含量,实现了干旱区绿洲农田土壤重金属元素含量的高效快速反演,为干旱区绿洲农田土壤重金属元素含量动态监测提供了可靠的技术支撑.

基于遥感影像的新疆渭干河—库车河三角洲土壤水盐与植被覆盖度的关系

基于土壤样本实测数据及遥感影像数据,以典型干旱区新疆渭干河—库车河三角洲绿洲为研究区,采用像元二分模型估算植被覆盖度(Fractional vegetation cover,FVC),利用反距离权重插值及相关、中介效应等统计学分析方法,研究0~50 cm不同深度土壤水盐含量与FVC的关系,可为干旱区优化资源配置和制定生态恢复措施提供理论依据。结果表明:(1)FVC在空间上呈现由西向东逐渐减少的趋势,且随着土壤含水量的减少和含盐量的增加而减少。(2)各土层含水量均呈自上而下逐渐增加的趋势,各土层含盐量均呈自上而下逐渐减少的趋势,且不同深度水盐含量呈中等及以上变异性。(3)仅10~20 cm土壤含水量、FVC和0~10 cm土壤含水量间有中介效应的存在。深层10~20 cm、10~30 cm和30~50 cm土壤含盐量、FVC和0~10 cm表层土壤含盐量间有中介效应,即深层土壤含盐量通过影响表层土壤含盐量而对FVC产生影响。(4)0~10 cm表层土壤含盐量对FVC的影响最大,47.90%以上的FVC空间变异会受到该层土壤含盐量的影响,且不同深度土壤含盐量对FVC的影响效果均大于土壤含水量的影响效果。

新疆渭干河库车河绿洲人口-经济-环境耦合协调发展研究

渭干河-库车河绿洲（渭库绿洲）在我国西北干旱区绿洲中具有一定的代表性。文章在阐述人口、经济与环境相互协调发展的机理上,建立渭库绿洲人口-经济-环境耦合协调发展指标体系,并引入耦合协调度模型对该绿洲1995-2012年人口-经济-环境耦合协调进实证分析。研究结果表明：（1）经济综合得分和人口综合得分呈上升趋势且经济综合得分增长速度远大于人口综合得分增长速度,环境综合得分则呈下降趋势。（2）1995-2007年发展类型为经济滞后型,其中仅1995年、2003年、2005年人口发展超前。2008-2009年人口效益滞后,2010-2012年环境效益滞后。（3）耦合协调度呈持续上升的趋势,低水平耦合水平转为颉颃耦合,耦合协调类型经历了由中度失调衰退类-轻度失调衰退类-濒临失调衰退类的转化历程。虽然协调度和耦合协调度都有所改善,但是耦合协调程度都较低。通过对人口-经济-环境耦合协调的研究以期为提高绿洲发展质量、协调区域经济发展与绿洲生态环境的保护提供参考。

基于景观格局的新疆渭干河-库车河三角洲绿洲的生态风险评价

【目的】评价新疆渭干河-库车河三角洲绿洲生态风险,对绿洲生态环境保护与管理提供参考。【方法】以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,利用1989,2001,2007,2013年4个时期遥感图像作为数据源,将研究区分为耕地、林地、草地、水体、盐碱地、未利用地及其他6种景观类型,计算各类型景观格局指数及生态风险指数,将研究区划分为低、较低、中等、较高、高生态风险区,之后采用地统计学的半方差法对研究区生态风险空间变化特征进行分析。【结果】1989-2013年,耕地和盐碱地面积呈增加趋势,而其他景观类型面积均有所减少。1989年,研究区低、较低、高风险区域面积所占比例较高,分别为20.7%,28.1%,20.7%,而2001,2007,2013年研究区以低、较低风险区面积所占比例较高,二者之和分别为55.3%,49.6%,71.8%。【结论】1989-2013年,渭干河-库车河三角洲绿洲的景观类型没有变化,但各类型景观面积都有变化,绿洲的生态风险程度总体上呈现降低的趋势。

新疆渭干河-库车河绿洲生态安全及演变趋势评价

以新疆渭干河—库车河绿洲(以下简称渭库绿洲)为研究靶区,从自然生态系统、经济生态系统、社会生态系统三个方面建立评价指标体系,运用主成分分析法定量评价1995—2011年17a间渭库绿洲生态安全的相关指标及动态趋势,提取出社会经济发展水平因子、农业发展潜力因子、社会发展潜力因子、水资源因子,得到该流域的生态安全综合评价得分后进行初步探讨。结果表明:1995—2011年间渭库绿洲生态安全由不安全向安全过渡,1995—2001年处于不安全水平;2002—2003年处于临界安全水平;2004—2007年处于较安全水平;2008—2011年处于安全水平。运用BP神经网络预测2012—2016年内该绿洲的生态安全综合评价值分别为:1.477 1,1.519 3,1.604 4,1.657 3,1.692 9。表明在未来5a内,渭库绿洲生态安全均处于安全状态且保持平稳发展。通过生态安全综合评价和预测以期为确保生态安全、协调区域经济发展与绿洲生态环境的保护提供参考。

新疆渭干河-库车河绿洲生态安全及障碍因素分析

对新疆渭干河-库车河绿洲的生态安全水平进行客观评价,为制定和实施干旱区可持续发展措施提供科学依据.基于"经济发展-社会进步-生态保护"协调发展的理念建立生态安全指标体系,采用TOPSIS方法计算生态安全的发展水平,并结合障碍度模型对生态安全发展的障碍因子进行客观评价.结果表明,渭库绿洲的生态安全水平呈稳步增长的趋势,安全等级经历了"不安全-较安全"的演变过程.经济粗放式的快速发展对自然生态系统造成巨大压力,生态系统结构需要进一步调整优化.

基于流域尺度的土壤盐分空间变异特征——以渭干河-库车河流域三角洲绿洲为例

土壤中水溶性盐的分析,是发展研究盐渍土盐分动态监测与预报技术的重要基础工作。针对目前干旱半干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究了渭干河—库车河流域三角洲绿洲盐渍化土壤特征(土壤含盐量)的空间变异性。研究结果表明:渭-库绿洲土壤含盐量的空间变异性为中等变异,且随土壤深度增加而减弱。各层土壤的合理采样数为在95%置信水平,20%误差下的合理采样数目。高斯模型能够较好的拟合>10-30cm及>30-50cm层土壤含盐量的空间结构。各层土壤盐分空间变异性受到结构性与随机性因素共同作用的影响,呈强空间相关性。套合结构模型考虑到0-10cm层土壤盐分空间变异的尺度依赖性,能够更好的拟合0-10cm层土壤含盐量的空间结构。Kriging插值以及空间等值线分布趋势图能够直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。研究为土壤特征变量空间变异分析与评价提供了普适性较强的实现方法,为构建盐渍土定量动态监测模型以及盐渍土的改良利用提供一定的科学依据。

气候和土地利用/覆盖变化对渭干河-库车河三角洲绿洲水资源的影响

气候变化和土地利用变化对流域水循环和水资源的影响已经引起社会的广泛关注。为探究气候和土地利用／覆盖变化对水资源的影响．选取塔里木河流域中游典型生态脆弱区渭干河一库车河三角洲绿洲为研究区域．首先以1998年和2011年的TM影像数据为基础。分析了研究区土地利用／覆盖的时空变化特征．并结合该绿洲历史水资源的利用状况和气候状况分析了气候和土地利用变化对水资源的影响。其次．分析了该绿洲的水资源变化特征。结果表明，1972～2012年渭一库绿洲年平均温度的变化呈上升趋势．温度最高增加了0．9℃／（6年）；年降水量总的变化呈减少趋势，降水量最高减少了21mm／（6年）；年蒸发量总体呈减少趋势．蒸发量最高减少了305mm／（6年）;各种土地利用／覆盖类型在1998～2011年都发生了较大变化，其中林地的缩减最大，其次为沙地，而增加最大的是耕地，其次为其他用地（山地、裸地等）和盐碱地。绿洲耗水量增加．并且地下水位呈现急剧下降趋势。总之，该绿洲土地利用／覆盖的变化使其需水结构在向耗水的方向变化，因此，在目前气候变化的大环境下，改善土地利用方式对提高渭干河流域水资源的利用效率具有重要意义。

渭干河—库车河三角洲绿洲棉田土壤盐分估算及遥感反演

基于研究区的野外采样数据与Landsat 8遥感影像提取的增强型植被指数,构建渭干河—库车河三角洲绿洲棉田土壤盐分估算模型,并对土壤盐分的空间分布格局进行预测。结果表明:(1)由土壤含盐量与增强型归一化植被指数(ENDVI)构建的线性回归模型(y=-56.494x+22.687)拟合效果最好(R2=0. 886,RMSE=0. 907)。(2)通过选取的82个采样点,依据最佳遥感反演模型,预测出研究区土壤含盐量在9.33～26.99 g·kg-1之间变化,平均值为17.42 g·kg-1,标准差为2.30 g·kg-1,预测结果与土壤盐分的实测值较为一致。(3)利用地统计分析方法制作研究区棉田土壤盐分的空间分布图,分析可知土壤盐分从绿洲内部向外围呈逐渐增加的趋势。

基于土地利用变化的渭干河-库车河绿洲生态系统服务价值分析

【目的】选取渭干河-库车河绿洲为研究区,分析与评价该区域生态系统服务功能价值。【方法】采用动态度模型、生态系统服务价值估算模型及生态系统服务价值敏感指数。【结果】1989~2007年间研究区生态系统总服务价值共增加了4.264 7×10^8元,年平均变化率为1.05%。在生态系统服务功能价值结构变化中,气体调节、气候调节、土壤形成与保护、食物生产和原材料的单项服务功能价值比例上升了,水源涵养、废物处理、生物多样性保护和娱乐休闲价值的单项服务功能比例下降。通过敏感性分析表明,生态系统总服务价值对生态系统服务价值系数缺乏弹性,研究结果是可信的。【结论】研究区生态系统服务价值的上升,反映了该地区生态系统为人类提供各种服务功能的能力有所上升,同时说明渭干河-库车河绿洲的土地利用类型的调整从宏观角度来看是基本可持续的。

基于机器学习算法的干旱区绿洲地上生物量估算

植被地上生物量是反映陆地生态系统固碳能力的重要指标,利用遥感技术开展干旱区植被地上生物量估算与空间反演,可为荒漠绿洲生态系统的健康评价与碳储量估算提供重要依据。以野外调查和实地采样数据为基础,利用Landsat 8 OLI多光谱影像提取的7个植被指数和13个波段变量构成4种建模变量组合,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)、极端梯度提升(e Xtreme Gradient Boosting,XGBoost)和随机森林(Random Forest,RF)这4种机器学习算法对新疆渭干河-库车河三角洲绿洲地上生物量进行遥感估算和空间反演。结果表明,(1)由波段变量和随机蛙跳算法优选变量构建的植被地上生物量反演模型,其估测精度明显优于全变量和指数变量,预测能力更为稳定。与SVM和BPNN算法相比,XGBoost和RF算法构建的模型具有更好的估测效果,能更准确地估算研究区植被地上生物量。(2)在构建的估测模型中,波段变量结合RF算法模型的精度最高,稳定性最强,其建模集和验证集的决定系数分别为0.898和0.742,平均绝对误差分别为82.1 g·m^(-2)和79.2 g·m^(-2),均方根误差为110.8 g·m^(-2)和132.1g·m^(-2),相对分析误差均大于1.8,模型拟合效果最佳。(3)研究区植被地上生物量的空间分异较为明显,整体呈现出绿洲区高,荒漠区低,由绿洲内部向绿洲外围逐渐降低的变化趋势。与其他3种机器学习算法相比,随机森林算法构建的估测模型具有良好的估测能力和稳定性,可准确估算干旱区绿洲地上生物量。同时,基于最优变量组合的机器学习算法模型为地上生物量反演提供了科学依据。

1970-2013年南疆渭干河-库车河流域绿洲冰雹时空变化特征和棉花受灾分析

渭干河-库车河绿洲是南疆地区主要棉花生产基地之一,随着气候变化和棉花种植面积的日益扩大,雹灾对棉花生产的危害日趋严重.利用该地区4个气象站44 a逐一地面降雹过程资料和33 a灾情信息,对冰雹时空变化特征、活动规律、强度、受灾面积和影响因素等进行研究.结果表明:降雹空间分布为北部靠山地带多于南部平原地带,受灾面积的空间分布则相反;降雹以周期短、强季节性特征为主,各县中等以上降雹天气占80%以上,降雹趋于高发和强发的态势.降雹频次与气温和降水呈较好的相关性,冰雹多发年气温偏低、降水偏多,冰雹少发年气温偏高、降水偏少.位于南部靠近沙漠的沙雅县受灾最为严重,雹灾与降雹强度、地域、季节和作物面积及类型等有关,该地区棉花受灾机率大.

近50年来渭干河—库车河三角洲绿洲耕地变化及其成因

利用 195 0～ 2 0 0 0年的统计和普查数据 ,对渭干河—库车河三角洲绿洲近 5 0年来耕地数量变化及区域差异进行分析 ,并探讨了影响耕地动态变化的驱动因子。近 5 0年渭干河—库车河三角洲绿洲耕地面积经历了 3个增长期和 2个减少期的变化。经综合分析发现影响渭干河—库车河三角洲绿洲耕地变化的主要驱动因素是 5次大的政策变动 ,耕地需求增加与非农业部门占用 ,导致土壤肥力下降 ,沙化、盐渍化等问题出现。

新疆渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用时空变化特征分析

基于GIS平台,以新疆各县市统计资料及Landsat TM影像解译得到的3期土地利用数据为基础,结合统计分析工作,对渭干河—库车河三角洲绿洲1996-2004年土地利用数量、类型及其变化进行了分析。分析得出,前后2个4年间,渭干河—库车河三角洲绿洲耕地为先增加后减少,园地和林地则是先减少后增加。在8年尺度上土地利用总的动态特征是,耕地、园地、林地、水域及建设用地面积增加,草地和未利用土地面积减少。8年尺度渭干河—库车河三角洲绿洲综合土地利用动态度为0.61。前4年综合土地利用动态度为0.55,耕地及建设用地的年变化率较大,园地和林地的年变化率较低。后4年渭干河—库车河三角洲绿洲综合土地利用动态度为0.38,园地与耕地的年变化率较大,水域和未利用土地的变化率较低,前4年变化程度比后4年明显。最后引入单一土地利用类型相对变化率反映出渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用变化存在明显的区域差异。政策变动、经济发展、城市化水平、市场需求和人口增长是渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用变化的主要原因。

近40年来渭干河-库车河三角洲绿洲气候变化特征分析

利用库车、沙雅、新和气象站1961-2000年日照、气温、降水和蒸发观测资料，分析渭干河-库车河三角洲绿洲近40年来日照、气温、降水和蒸发量年际变化、季节变化及特征。结果显示：近40年来年均日照总体呈减少趋势，减少倾向率为31．64h／10a，减少幅度从大到小依次为冬、夏、秋和春季；近40年来年均气温总体呈增加趋势，增长倾向率约0．17℃／10a，年内冬、秋两季呈上升趋势，春、夏两季呈下降趋势；近40年来年降水量总体呈增长趋势，增长倾向率约10．16mm／10a，年内除秋季外，夏、春、冬季降水均呈增长趋势；近40年来年蒸发量总体呈减少趋势，减少倾向率约149mm／10a，年内蒸发量减少幅度从大到小依次为夏、春、秋和冬季。

新疆渭干河—库车河三角洲绿洲土地覆被变化及驱动力分析

【目的】监测渭库绿洲19892、001和2007年的土地覆被变化情况,进而分析土地覆被变化数量和结构及其驱动力。【方法】选择盐渍化比较严重的渭干河-库车河三角绿洲(简称渭库绿洲)地区为研究区域,从土地覆被/覆被变化的角度出发,结合当地的遥感和地理信息数据,利用遥感技术,对渭库绿洲1989、2001和2007年的土地覆被变化进行了监测。【结果】各土地覆被类型从数量和结构上都发生了较大变化。【结论】近十几年来随着研究区域经济的发展,人口的增加,用地需求量增加使得土地资源大规模开发进而使林地等自然覆被减少,农业用地增加。开垦后由于灌溉不科学,盐渍化加重,因而土地盐渍化成了该地区目前绿洲农业生产发展的最大问题之一[1]。

新疆渭干河——库车河三角洲绿洲天然植被生态需水研究

新疆渭干河—库车河三角洲绿洲深居内陆,属于典型的大陆性干旱气候区,水资源缺乏,生态与环境脆弱,平原非灌区天然植被主要依靠汲取浅层地下水来满足其对水分的需求。本文利用遥感技术、水文地质调查等手段查明了研究区内的浅层地下水埋深和天然植被分布面积,应用GIS技术划定计算单元,利用典型地下水均衡试验场潜水蒸发和蒸腾试验成果确定各计算单元的潜水蒸发系数和植被系数,进而计算出现状条件下研究区域天然植被生态需水量为5.37×108m3,其中林灌地生态需水量为0.95×108m3,占17.71%,草地生态需水量为4.42×108m3,占82.29%。

渭干河——库车河三角洲绿洲的水资源问题与农业节水潜力分析

建立节水型社会是我国的一项基本政策,也是解决渭干河—库车河三角洲绿洲水资源问题可持续利用的战略选择。渭干河—库车河三角洲绿洲水资源开发利用中存在的问题:主要由于社会、经济的发展及不合理的用水导致水资源短缺、水资源过度开发,水资源利用效率低、生态环境恶化等。渭干河—库车河三角洲绿洲是典型的灌溉农业区,农业灌溉大部分仍采用粗放型的宽河大渠输水、田间大水漫灌方式,灌溉定额普遍偏高,农业节水潜力很大。本文重点定量分析了该绿洲农业用水效益、农业节水潜力,建议农业节水的途径及节水灌溉技术应从骨干工程改造节水、中低产田改造节水、降低地下水位节水、改造作物灌溉制度节水、加强管理节水等几个方面进行。最后提出渭干河—库车河三角洲绿洲水资源可持续利用的对策措施。

渭干河-库车河三角洲绿洲种植业需水分析

采用FAO-PM公式,参照毗邻地区的灌溉试验成果和当地群众的灌水经验,结合土壤供水量和不同作物对地下水的利用量,根据渭干河-库车河三角洲绿洲区域2005年的作物种植面积,计算该区农作物的总需水量。结果表明:渭干河-库车河三角洲绿洲农作物需水量总计8.01×108m3,农作物需水量占河道来水量的28.49%。作物总需水中粮食作物需水量占37.22%,经济作物的占59.35%,饲料作物的占3.43%。粮食作物需水定额较经济作物和饲料作物高,就具体作物而言,水稻、蔬菜、冬小麦、棉花、苜蓿、油菜等需水定额较高,玉米、瓜类和薯类等较低。各县单位面积需水量差异不大,平均值为5 890.35 m3/hm2,库车县最高,为6 035.32 m3/hm2,沙雅县最低5 746.37 m3/hm2。农业需水量与作物结构密切相关。农业用水浪费严重,使渭干河-库车河三角洲绿洲农作物实际用水量远高于其需水量的理论计算值。