嫩江流域生态干旱影响因素及其时空演变格局

近几十年来,嫩江流域湿地大面积萎缩、土地盐碱化严重,干旱频发,严重威胁生态安全、水环境安全和社会经济可持续发展。为量化嫩江流域干旱对生态系统的影响,利用标准化生态缺水指数(SEWDI),结合旋转经验正交函数、累积和曲线和Pearson相关性分析法分析嫩江流域1980—2017年生态干旱的时空演变规律,并利用游程理论提取生态干旱特征。结果表明:(1)生态干旱与影响因子间的相关系数排序为相对湿度>归一化植被指数>径流>降水>气温,其中生态干旱和相对湿度相关系数最大且大于0.5,呈现显著相关性,其余因子的相关系数均小于0.5,呈现低度相关性;(2)从SEWDI变化曲线上看,1980—1999年干湿交替呈现出一定的周期性,生态干旱以轻旱和中旱为主,总体呈加剧趋势;2000—2017年极端干旱和极端湿润事件频发,生态干旱总体呈缓解趋势。从累积和曲线上看,1980—1995年为嫩江流域生态干湿状态的正常波动时期,1996—2009年为嫩江流域生态干旱期,2012—2017年为生态湿润期;(3)生态干旱的干旱历时和烈度显示流域西南部严重程度较大,长期干旱风险较高,而流域北部干旱强度较大,较易发生单次较为严重的短期干旱。

长江流域六省(市)夏秋季生态干旱综合强度评估

2022年的长江流域大旱对农业、能源、生态等方面产生了严重影响。8月11日,水利部针对干旱影响最为严重的安徽省、江西省、湖北省、湖南省、重庆市和四川省启动了抗旱IV级响应,有关六省(市)生态系统受旱程度的定量评估亟待开展。鉴于此,本研究基于标准化生态缺水指数和改进的归一化差异水体指数,分别评估了干旱对六省(市)陆地和水域生态系统产生的影响,基于干旱事件特征分析研究区夏秋季生态干旱综合强度的年际变化,最后探讨了2022年生态干旱的主要原因。结果表明:(1)6月为生态干旱的起始阶段,7—9月陆地系统生态干旱严重程度和影响范围均不断增加,10—11月随着降雨量增加、植被需水量减小,干旱缓解,水域系统生态干旱不断加重并持续至11月;(2)1982—2022年六省(市)生态干旱综合强度呈波动增加态势,2022年均达到或接近历史同期的最大值,高强度区的面积占比高于历史平均水平的67.4%;(3)2022年降水和地表水偏少导致的低生态供水强度,与高温日数较长导致的高生态需水强度相叠加,引发了1982年以来最为严重的生态干旱。

西北地区生态干旱脆弱性评估

为了解西北地区生态干旱脆弱性的空间分布和演变趋势,从暴露度、敏感性以及影响力三方面提出了生态干旱脆弱性的概念及定量表征方法,利用熵权法构建生态干旱脆弱性指数,采用莫兰指数评估脆弱性指数的空间相关性和脆弱性局部空间聚集情况,分析了西北地区1985—2014年的生态干旱脆弱性区域分布、脆弱性程度及趋势。结果表明:西北地区生态干旱高脆弱区主要分布在天山山脉、青海南部、青海湖附近、甘肃中部、陕北以及陕西中部等地区,其余地区均处于中等及以下脆弱性等级;生态干旱脆弱性指数局部空间分布相对聚集,呈现出“大聚集、小分散”的空间分布格局;生态干旱脆弱性在研究时段呈现先升高后降低的趋势,伊犁盆地、吐鲁番盆地和河西走廊地区脆弱性改善效果明显,但青海南部、陕北等局部地区脆弱性仍有升高趋势,未来需要加强这些地区的生态保护工作。

基于水分利用效率的生态干旱敏感性评估

【目的】准确量化生态系统的干旱敏感性程度,为生态干旱早期预警和减少生态损失提供参考。【方法】以中国西北地区为例,基于生态缺水量构建标准化生态干旱指数(standardized ecological water deficit index,SEWDI),结合植被水分利用效率(water use efficiency,WUE)定义生态干旱敏感性;采用Copula方法探讨生态干旱加剧条件下WUE升高的概率,以此分析生态干旱的敏感性。【结果】塔里木盆地、昆仑山脉、吐鲁番盆地以及柴达木盆地、河西走廊等地植被生态缺水量较高,逐月均值最高达75 mm。在研究区大部分区域SEWDI与WUE相关性较强,其中显著正相关区域占全区的24.2%,主要分布于新疆大部、青海西部、陕西南部等地;显著负相关区域占全区的36.8%,主要分布于黄土高原等地;随着生态干旱的加剧,WUE对生态干旱的敏感性在不同地区并非单调增加。植被生长期内生态干旱的敏感性随着干旱胁迫程度加剧而升高,且草地的生态干旱敏感性高于林地和耕地。5-6月WUE升高概率上升的速率最快,轻旱-中旱、中旱-重旱、重旱-特旱3个干旱变化情况下,WUE升高概率的月平均速率分别为0.09,0.07和0.06。【结论】水分利用效率(WUE)可以很好地反映植被在生长期遭受干旱胁迫时的生态干旱敏感性,可用作表征生态干旱敏感性的因子。

基于模糊隶属度的白洋淀生态干旱评价函数研究

针对白洋淀生态环境日趋恶化、生态系统安全受到威胁的现实,通过构建关于渔业产量和芦苇面积2个指标的生态系统健康评价指标体系,计算生态系统健康相对隶属度,进而对生态系统健康相对隶属度与年均水位进行回归分析,结果表明两者呈指数函数关系,函数形式为f(x)=e1.251x-11.712;以此为基础,确定生态干旱评价函数,结合白洋淀历年水位观测资料,分析白洋淀生态干旱演变趋势及主要成因.分析结果表明:白洋淀生态系统呈持续干旱趋势;入淀水量锐减是造成白洋淀干旱的主要原因,虽然多次实施应急生态补水,但并没有从根本上缓解白洋淀生态系统干旱状态.

黄河流域河流生态干旱指数构建及生态干旱演变规律

近年来,干旱灾害频发,由干旱引发的河流生态问题日益严峻。基于黄河及其支流上的6个水文站逐月径流数据,采用Tennant法、最枯月平均流量法和Qp法分别计算并确定各站的生态流量,参照标准化降水蒸散指数(SPEI)的构建原理,构建标准化河流生态干旱指数(SREDI),并采用Kendall法、Mann-Kendall法和Morlet小波法分析河流生态干旱的演变规律,结果表明:①除黄河上游唐乃亥站变干趋势不显著外,其余5站的年尺度生态干旱程度均呈显著增大趋势,与径流量减小趋势一致;季尺度除花园口站夏季和张家山站春季干旱减弱外,其余各站各季干旱趋势加剧。②年尺度各站生态干旱突变年份在1990年和2000年附近,季尺度各站各季生态干旱突变年份不同。③唐乃亥、享堂、花园口、林家村、张家山和头站年尺度的河流生态干旱指数的第一主周期分别为23、12、13、32、14、14 a,季尺度各站各季主周期不同。

宁夏不同生态功能区2000—2010年生态干旱特征及驱动分析

研究了不同生态功能区植被生态系统对干旱的响应。利用MODIS归一化植被指数和地表温度数据,构建温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI),定量研究宁夏3个不同生态功能区2000—2010年的生态干旱特征,并分析其驱动因素。研究结果表明:近十年来,宁夏北部引黄灌区的生态干旱最弱,中部干旱带最强;生态干旱虽以波动为主,但同时存在一定的内在变化趋势,平均干旱强度在最近几年均有减弱的趋势。灰色关联度分析得出,中部干旱带驱动着宁夏全区的生态干旱状况,3个生态功能区的春旱均决定着其全年生态干旱状态,这一规律与宁夏植被生态格局有关。中部干旱带的生态干旱主要由单一降水因素所驱动,而北部引黄灌区与南部丘陵山区则是多因素复杂驱动,且普遍存在同季降水对生态干旱的影响大于上季降水的作用。本研究可为地方政府制定适宜的抗旱救灾行动提供科学依据。

白洋淀防洪排涝与生态干旱监测数字化研究

白洋淀是华北平原地区重要的湖泊,对调节该地区的防洪排涝具有不可替代的作用.目前,白洋淀面临的2个主要的问题是防洪排涝的科学调度和预防发生生态干旱.本文对白洋淀内366 km2的地形进行了数字化处理,绘制了白洋淀在防洪水位下水域面积的分布情况,并给出了所谓“干淀”及发生生态干旱时,白洋淀具体的水域分布范围,为科学调水及时补充提供更加准确的信息.

生态干旱的概念及研究进展

分析了生态干旱的研究背景及概念框架,系统阐述了生态干旱监测指标、气象要素和地下水对生态干旱的驱动机制以及生态干旱的脆弱性评估方法等研究进展,指出生态干旱研究还处于起步阶段,应进一步开展生态干旱指数构建与评估方法、气象干旱和地下水干旱对生态干旱的联合驱动机制以及生态干旱的脆弱性评估与预测方法等方面的研究,以期推动生态干旱研究的发展,拓展干旱分类和干旱指标研究的理论体系。

呼伦湖湿地生态干旱评价

受气候暖干化和人类不合理利用湿地水资源的影响,呼伦湖湿地及周边地区出现了严重的生态危机,湿地生态环境正在急剧恶化。本文根据呼伦湖湿地水文特征与流域水循环关系,利用湿地水量平衡关系,选取湿地最小生态水位作为干旱指标,建立湿地干旱评价指数对呼伦湖湿地进行干旱评价。结果表明湿地干旱指数能够反映湿地历史最干旱情况,呼伦湖湿地最湿润值出现在1971年8月,表现为极端湿润,最干旱值出现在1982年11月,表现为中等干旱。

近二十年鄂尔多斯气象干旱与生态干旱的空间分布及其传递关系

干旱是鄂尔多斯最严重的自然灾害之一。然而鄂尔多斯气象干旱和生态干旱的空间分布情况及其传递关系尚不明晰。本文采用高分辨率的降水数据与植被总初级生产力数据,全面分析2000-2020年鄂尔多斯四类自然生态系统气象干旱特征和生态干旱特征的空间分布,并进一步量化气象干旱与生态干旱的传递关系。结果显示:鄂尔多斯气象干旱和生态干旱的频率分别为0.26次/年和0.13次/年,干旱传递频率高;两种干旱类型的历时均表现为西低东高,且具有较好相关性;但两者强度相关性较弱。四类生态系统的气象干旱强度相近。其中,森林生态干旱强度最低,高覆盖度草地生态干旱强度最高。该研究可为鄂尔多斯生态环境保护和抗旱管理措施制定提供科学依据。

基于核温度植被干旱指数的内蒙古植被生长季生态干旱监测

生态干旱监测对区域生态系统水资源状况评估和保护十分重要。本研究以内蒙古为研究区,使用核归一化植被指数(kNDVI)改进温度植被干旱指数(TVDI),构建了一种新的生态干旱指数——核温度植被干旱指数(kTVDI),基于此,利用分段线性回归模型、Sen趋势分析(Theil-Sen median)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall)和赫斯特指数(Hurst)等方法分析2000—2022年间内蒙古生态干旱的时空分布特征和未来变化趋势。结果表明:相较于TVDI,kTVDI的生态干旱监测能力更强;2000—2022年间,内蒙古植被生长季kTVDI呈下降趋势,但变化不显著,在2016年发生突变,突变后的湿润趋势更为明显;研究期间,内蒙古23.6%地区的生态干旱呈加剧趋势,46.5%地区的生态干旱缓解;未来,生态干旱在内蒙古东部地区存在加剧、在中西部地区存在缓解的可能。

新疆半干旱生态脆弱区露天煤矿生态成本

露天煤炭资源开采对生态环境脆弱的新疆半干旱地区造成了巨大的环境压力,因此,特定环境下对资源开采产生的生态扰动评估和生态价值损失计算显得尤为重要.针对半干旱生态脆弱区特点和特殊环境下生态系统服务功能,将矿山生态成本分为直接经济价值损失、外生生态价值损失、环境污染治理成本、能耗生态成本和复垦成本,建立半干旱生态脆弱区露天煤矿生态成本模型.将研究成果应用于新疆半干旱生态脆弱区某露天煤矿,得到该矿山生态成本为23.28亿元,占矿山净现值的94.90%,可以看出半干旱生态脆弱区资源开采产生的生态扰动剧烈,生态代价巨大,如果矿山把生态成本考虑到矿山财务统计中,将会大大压缩矿山的利润.

干旱生态环境及水资源对全球气候变暖响应的研究进展

西北地区现代气候变化基本特征是冬暖夏干,采用脆弱度和影响指数方法定量评价了生态环境对全球气候变暖响应,重点阐述了西北现代气候变化对干旱生态环境和水资源这两个领域的影响.结果表明:由于现代气候变干变暖的自然和人为因素的共同作用,导致我国西北地区的黄土高原、黑河流域、石羊河流域、甘南高原和黄河首曲的地域生态环境有不断退化的趋势.气候变干使渭河上游、黄河上游(洮河和大夏河)以及黄土高原中部7条主要河流的径流量呈明显下降趋势,引起水资源短缺.

半干旱农田生态系统地膜覆盖模式和施氮对小麦产量和氮效率的效应

在年降水量 4 15 mm的黄土高原中部黄绵土和年降水量 6 32 mm的黄土高原南部红油土上 ,分别以春小麦和冬小麦为供试作物进行大田试验 ,研究了地膜覆盖 (春小麦设不覆膜、播后覆膜 30 d、覆膜 6 0 d和全程覆膜 ;冬小麦设不覆膜、播后覆膜 75 d、覆膜 15 0 d和全程覆膜等 4个水平 )和施氮 (春小麦设不施氮和每公顷施氮75 kg,冬小麦设不施氮和每公顷施氮 2 2 5 kg2个水平 )对小麦产量和氮效率的影响。试验结果表明 ,覆膜对春小麦产量和吸氮量的效应因底墒、施氮、覆膜进程和生育期降雨量而异。在湿润年份 (1999年 ) ,无论施氮与否 ,在低底墒时 ,各种覆膜处理的籽粒、茎叶和干物质产量较不覆膜处理虽有增加 ,但二者之间的差异并不显著 ;在高底墒时 ,不管是籽粒 ,还是干物质 ,以覆膜 6 0 d最大 ,以不覆膜最低 ,但不覆膜与覆膜 30 d、覆膜 6 0 d和全程覆膜间差异并不显著。氮肥肥效也因底墒和覆膜进程而异 :低底墒不覆膜和覆膜 30 d的氮肥增产效果最显著 ,但随着覆膜进程的进一步延长 ,氮肥效果下降 ;高底墒时以覆膜 30 d氮肥增产效果最高 ,不覆膜最低。在极端干旱年份 (2 0 0 0年 ) ,地膜覆盖显著影响地上部分生物量 :在低底墒不施氮条件下 ,以覆膜 30 d效果最明显 ,覆膜 6 0 d和全程覆膜效果依次递减 ,不覆?

半干旱农田生态系统长期施肥对土壤有机氮组分和微生物体氮的影响

在半干旱农田生态系统红油土上20年的肥料定位试验表明,施用秸秆和厩肥会显著改变耕层土壤有机氮组分和微生物体氮。施肥后酸解性氮的含量及比例明显增加,非酸解性氮含量下降。酸解性氮在不施肥时含量最低(646.3 mgN·kg-1),其次为施用化肥(684.3 mgN·kg-1),同时施用秸秆和化肥居中(794.1～950 mgN·kg-1),施用厩肥和化肥最高(1 103.2 mgN·kg-1)。各处理中,酸解性氮是土壤全氮的主体,占全氮的 73.4%～82.6%,这一比例从仅施化肥、对照、化肥+ 低量秸秆、化肥 +中量秸秆、化肥+ 高量秸秆到化肥+ 厩肥呈增加趋势。休闲处理酸解性氮所占比例(81.0%)较种植处理(74.4%)高。在酸解性氮中,施肥影响最显著的是氨基酸氮,施肥后平均增加148.7 mgN·kg-1;其次是氨态氮,平均增加 45.8 mgN·kg-1。这两类酸解性氮组分在配施秸秆和厩肥后增加幅度较大,并随秸秆用量增加而增加。对不同氨基酸成分,施肥影响程度不同,施肥后中性氨基酸平均增加82.6 mgN·kg-1,碱性氨基酸平均增加 48.2 mgN·kg-1,酸性氨基酸平均增加 16.4 mgN·kg-1。不施肥处理微生物体氮为 102.1 mgN·kg-1,施用化肥为 107.4 mgN·kg-1。在施化肥的基础上,配施有机物料,微生物体氮显著增加:在每年每公顷施 9 375、18 750、37 500 kg 新鲜?

基于移动窗口法的半干旱生态脆弱区景观破碎化及驱动力分析

为探究城镇化过程中半干旱生态脆弱区景观破碎化加剧的问题,以甘肃省广河县2011—2018年2期土地利用数据为基础,运用移动窗口法、样线法、灰色关联法,分析半干旱生态脆弱区的景观破碎化动态变化及其驱动机制。结果表明,2011—2018年耕地是广河县的基质景观,景观利用类型之间结构变化特征较明显。基于样线法确定最佳研究尺度为900 m,从乡镇尺度进行样带分析发现,乡镇集聚效应导致景观破碎化程度趋势表现为越靠近乡镇区域变化程度越大,而距离较远的丘陵山区则变动较小;从空间分布格局变化角度来看,景观破碎化整体上为递增趋势,其变化剧烈区集中于广通河谷与道路沿线周围乡镇,在空间上呈现带状延伸变化;广河县景观破碎化主要驱动力是政策和社会经济因素综合作用。通过灰色关联法分析发现,地区生产总值、人口数量、人均GDP总值、工业总产值和交通运输业产值等5个指标是导致景观破碎化加剧的主要驱动因子,气候因素的影响则低于社会经济因素。研究结果可为半干旱生态脆弱区生态环境保护与可持续发展提供合理依据。

新疆戈壁煤矿露天开采对生态环境扰动定量分析

新疆戈壁矿区生态环境脆弱,极容易受到自然和人为因素的影响,其生态环境也逐渐被广泛关注。选取新疆五彩湾露天矿区为研究对象,利用1990—2020年Landsat影像,在遥感生态指数IRSE基础上,引入煤尘指数、盐度指标、土地退化指数构建干旱煤矿生态指数(IACME),并运用M-K检验与Sen趋势分析法揭示研究区IACME时空演变特征与规律,评价干旱矿区的生态环境质量状况,同时利用多元回归、神经网络、随机森林和支持向量机方法分别建立五彩湾矿区气候因素与IACME的关系模型,预测得到基于气候条件下的I′_(ACME),结合残差分析与双重差模型定量评估采矿活动的影响。结果表明:(1)近30 a来研究区IACME均值为0.28,总体上IACME呈下降趋势,由1990年的0.30下降到2020年的0.22。变化幅度方面,退化区面积占比为62.63%,远高于改善区28.3%,由于采矿活动的影响,显著退化面积占比增加12.96%,主要集中在以矿井为中心向外辐射区域,显著改善面积占比下降17.28%。(2)利用多元回归、神经网络、随机森林、支持向量机4类方法分别建立气候因素与IACME的关系模型,得到基于麻雀搜索算法的随机森林(SSA-RF)精度最高,验证集R^(2)=0.82、均方根误差E_(RMS)=0.109,该模型在所使用的建模方法中可靠性更高,适用性较强;(3)通过SSA-RF预测基于气候条件的I′_(ACME),气候影响下,研究区生态环境以较差(0.2~0.4)和中等(0.4~0.6)为主。假设不存在采矿活动,研究区2006—2020年I′_(ACME)在0.26~0.59,I′_(ACME)平均值为0.40,与同年份实际的IACME空间分布相比,环境显著改善的区域明显增多,主要集中在研究区中部矿井所在区域。(4)利用残差定量分析得知研究区采矿活动对生态环境具有负向效应,平均残差δ为-0.116,通过双重差分模型得出采矿对生态环境的定量影响为-0.112,进一步表明煤炭开采对生态环境存在负面扰动,导致生态环境质量下降;2种方法计算结果相近,表明SSA-RF与双重差分模型均可用于定量分析煤炭开采的影响。(5)采矿活动导致研究区生态环境退化占比为57.52%,改善占比为34.67%;气候条件下导致生态环境退化占比为42.28%,改善占比为65.33%,采矿导致生态环境退化占比超过50%,说明采矿活动是影响生态退化的重要原因之一。综上所述,五彩湾矿区生态系统亟待恢复,必要时应辅以人工干预,来推动五彩湾戈壁矿区整体的环境保护、生态系统修复与综合治理。

干旱生态经济条件下,安哥拉山羊、中卫山羊及F1代羊羊毛纤维中硫元素含量研究

在干旱生态经济条件下，安哥拉山羊、中卫山羊和Ｆ１代山羊的主要饲养地景泰地区，平地含硫量（０．８２８％），高于阴坡地（０．６８５％）和阳坡地（０．６５３％），主要的牧草中硫含量平均为０．２８６％，而羊毛纤维中的硫含量为２．３７７％～４．５１９％，并且不同品种，不同年龄，不同纤维类型中的硫含量不同，而同一品种饲养在不同地区，其含硫量也不同，同时硫的含量也有随着细度的增大而有增高的趋势，尤其在两型毛中表现较突出。

生态系统恢复可持续土地管理措施的成本效益分析——基于中国西部干旱地区数据

文章利用青海和甘肃两省200个样本农户3年的面板数据,在考虑交易成本和固碳效应的前提下,运用生产力变化方法和含有集群标准误的随机效应模型,开展了我国西部干旱地区生态系统恢复可持续土地管理(SLM)措施的成本效益分析。经验性结果显示:退耕还林(草)和太阳灶项目在经济上是可行的,沼气池和压沙田项目未产生显著的经济效益。低廉的碳汇价格和缓慢的森林生长率使SLM产生的固碳经济效益并不明显。