基于遥感的新疆人工绿洲扩张中植被净初级生产力动态变化

人类活动对全球碳循环过程的影响是全球气候变化研究中争论的主要焦点问题之一。不同区域、不同自然和人为因素对碳循环的作用机制十分复杂且差异很大,通过探讨人类开垦活动对干旱区绿洲生态系统净初级生产力(net primary productivity,NPP)分布格局的影响,将有助于增加人类活动对干旱区陆地生态系统及碳循环影响的认识和理解。该文基于长时间序列的Landsat遥感数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了1976年6月-2016年6月新疆奇台新人工绿洲扩张过程中NPP的变化情况,结果表明:1)1976年研究区主要是荒漠草原景观,农田仅有5 150 hm^2,占研究区面积的3.25%,到2016年,农田面积扩大到64 675 hm^2,增加11倍以上;2)人工绿洲扩张的同时,泉水溢出带消失,水库干涸,灌丛面积从17 871 hm^2下降到5 202 hm^2;3)土壤盐碱化发育进程中断,裸碱地面积减少近70%,并且开始向新生草地演替;4)2016年6月,研究区NPP总量达到了90 602 t,是1976年6月的2.2倍,农田对NPP增量的贡献超过93%,同期,灌丛则净损失了8 265 t NPP,沼泽净损失3 319 t;5)1976年的NPP主要由天然草地和灌丛构成,分别占56.68%和26.61%,2016年的NPP主要由农田和新生草地构成,分别占65.23%和31.85%。

塔里木盆地南缘2000-2013年人工绿洲扩张特点

利用2000、2005、2011、2013年4期MODIS13Q1、Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,基于RS、GIS技术,分别提取土地利用/覆被类型信息,探讨塔里木盆地南缘人工绿洲扩张特点。结果表明:塔里木盆地南缘人工绿洲在2000-2013年不断扩张,各时段扩增来源中,天然绿洲比重不断减小,绿洲-沙漠过渡带比重逐步上升,荒漠比重快速增加。各流域人工绿洲扩张的阶段性与区域性差异明显,且扩增来源结构由于扩张的相对区位不同而异。人口增长、政策引导使人工绿洲不断扩张,并具有阶段性与区域差异性特点。人工绿洲扩张过程中,天然绿洲和绿洲-沙漠过渡带有明显退化现象,使其生态屏障功能下降,威胁到绿洲安全和经济社会的可持续发展。

近60年来甘肃省民乐县农业绿洲扩张的人文驱动机制

近60年民乐县农业绿洲在波动中不断扩张.基于实地访谈和统计数据,借助遥感资料,定性分析了民乐县农业绿洲扩张的人文驱动机制.研究认为人文因素是农业绿洲扩张的主要驱动力,而在不同历史阶段和社会经济背景下,农业绿洲扩张的主导人文驱动机制不同.1949-1980年人口增长主导扩张,1981-2003年家庭联产承包责任制和人口增长共同主导扩张,而2004年以来是经济利益主导扩张.

天山北麓新人工绿洲扩张过程中的碳库格局变化与碳库迁移

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25%增加到40%以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70%,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7%,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2%,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4%,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50%,总碳储量与1996年相比微降1.2%,土壤碳库重新趋于稳定。其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应。

天山北麓绿洲扩张与区域水资源变化时空关联性研究

绿洲的发展与水资源条件息息相关。研究西北干旱区绿洲与水资源生态制约的时空关系,对科学合理制定绿洲规划和开发方案具有重要意义。以天山北麓绿洲为例,在分析1976—2017年间绿洲扩张与水资源变化趋势的基础上,深入探究绿洲扩张与区域水资源时空关联性。结果表明:(1)1976—2017年,研究区绿洲面积增加52.33%,各时期扩张率为0.53%、7.25%、11.75%、26.44%,其中城乡建设用地和耕地面积分别增加610.33%和79.75%;(2)绿洲与降水量、河流径流量、地表水呈显著性相关,灰色关联度分别为0.9390、0.9065、0.9282;(3)河流水系的位置与走向决定了绿洲孕育位置与扩张方向,且绿洲重心与水域重心迁移路线相似;(4)绿洲面积占比与其距河流水域的距离成反比;(5)新垦绿洲的发展与地下水资源具有显著相关性。

新疆玛纳斯河流域绿洲耕地扩张差异与驱动力研究

新疆现代绿洲是两种不同经营模式(兵团农场耕作和地方家庭承包)下团镇绿洲耕地长期扩张的真实写照。本文以玛纳斯河流域石河子垦区144团与玛纳斯县兰州湾镇为例,首先基于1958—2018年的6期影像数据,采用土地利用动态变化度,分析了团镇耕地的扩张过程;进而采用多元逐步回归等方法,分析了兵团与地方绿洲扩张的驱动力;最后从全流域绿洲扩张的角度出发,结合绿洲扩张模型,测算了绿洲耕地的适宜规模。结果表明:144团与兰州湾镇的耕地面积均大幅增加,扩张的耕地主是由草地、林地转化而来;兵团耕地扩张的核心驱动因子为节水灌溉面积、水资源径流量、农牧业平均收入;地方则为人均GDP、农牧业平均收入、农业生产总值。流域的耕地面积远超适宜规模,生态安全隐患已经凸显。建议流域的各级政府遵循“山水林田湖草生命共同体”的理念和建设要求,统筹推进流域的综合开发;加快构建现代土地资源管理制度体系,科学划定生态红线,严格限定绿洲的扩张规模,促进兵团与地方的土地利用结构优化;坚持最严格水资源管理制度,“以水定地”,实现水资源高效利用,防控沙漠化对绿洲的威胁;推行土壤退化治理与土地整治相结合,提高土地利用效率和潜力,从而实现绿洲耕地的数量、质量、生态三位一体保护。

分析现代绿洲扩张驱动力与绿洲生态风险管理研究——以新疆焉耆绿洲为例

西北干旱区是我国国土安全的重要生态屏障,必须妥善处理好西北干旱区绿洲化过程中农业生产和生态风险管理之间的关系。科学认识现代绿洲扩张的驱动力,有助于深刻理解绿洲土地利用变化的机理,为绿洲生态风险管理提供科学参考。本文运用Bio-economic模型,模拟了新疆绿洲核心区和绿洲荒漠过渡带在用水量增加、引进高效节水灌溉技术、强化水资源和土地资源管理三种情景下农户的土地利用行为决策,据此探讨现代绿洲扩张的驱动力。研究发现:正是由于水资源管理不严格,在农户追求利益最大化的利益驱动下,丰水年上游来水量的增加以及不断增加的地下水开采量,特别是高效灌溉技术推广后节约的灌溉水量,为绿洲过渡带开垦新的耕地提供了水源保障,致使绿洲耕地面积不断扩张,造成绿洲生态风险增大。因此,绿洲生态风险管理应当高度重视水土资源管理。

干旱区绿洲扩张方式对土壤生物优势类群及功能的影响

内陆干旱区人口数量急剧增加驱动了绿洲快速扩张,扩张方式主要包括:灌木地、林地和农地扩张,尚缺乏绿洲扩张方式对土壤生物多样性和生态系统服务功能影响的研究。本文以河西走廊黑河中游张掖绿洲为研究区域,选择绿洲边缘天然草地及其转变的人工梭梭(Haloxylonammodendron)灌木地(无灌溉)、人工杨树(Populusgansuensis)林地(灌溉)、玉米(Zeamays)地(灌溉+施肥)为研究对象,测定了4种生境土壤食物网中9种优势功能类群的密度以及反映土壤生态系统功能特征的有机碳储量、氮储量、磷储量与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性。主要结果如下:(1)灌木地扩张显著降低了甲螨、植食性昆虫密度,增加了跳虫、捕食性螨密度和真菌的OTUs,对其余类群无显著影响;林地扩张增加了捕食性节肢动物、植食性昆虫、捕食性螨、跳虫、甲螨的密度及细菌和真菌OTUs,对其余类群无显著影响;农地扩张增加了蚓类、捕食性节肢动物、捕食性螨、跳虫、甲螨的密度及细菌和真菌的OTUs,对其余类群无显著影响。(2)林地和灌木地扩张显著提高了土壤有机碳储量和氮储量,而农地扩张显著提高了土壤有机碳储量、氮储量和磷储量。(3)3种扩张方式显著提高了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性,玉米地和杨树林地土壤酶活性的增幅高于灌木地。人工绿洲扩张方式显著和有差异地改变了土壤食物网结构及其生态功能水平,该结果对建立基于土地利用结构优化调控的人工绿洲生物多样性保护管理新方法具有重要意义,并为人工绿洲生态系统功能稳定性评价研究提供了基础资料。

荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程

干旱区绿洲扩张主要发生在荒漠绿洲交错区(边缘区),绿洲空间变化对地表主要水文过程有直接影响。为了更好地了解这一变化机制,以绿洲与沙漠、荒漠、石质裸山交错分布的张掖绿洲边缘区为对象,采用F显著性检查和Mann-Kandell趋势分析对1987年以来绿洲与不同生态系统之间转化特点与趋势进行了研究,同时分析了绿洲扩张与主要水文过程关系。结果表明:1987-2017年来荒漠绿洲交错区不同生态系统空间变化主要发生在绿洲与沙漠和荒漠3种生态系统之间。转化以绿洲扩张为主要特点,累积扩张了1 696.86 hm^2,平均每年56.56 hm^2。其中,沙漠和荒漠分别转化了31.73 hm^2·a^-1和24.83 hm^2·a^-1。黑河中游干流用水量在研究时段内无显著性突变,多年平均为7.68×108 m^3,对绿洲面积扩张无显著性影响。但是地下水埋深在1998年发生显著性突变,突变周期发生在1997-2000年。总体来看,绿洲面积每增加520 hm^2,地下水埋深下降1 m。地下水位埋深对绿洲扩张有显著性影响,是绿洲扩张最敏感的水文过程要素。

新疆绿洲变化与资源配置协调性分析

绿洲是干旱区最重要的人地关系地域系统,绿洲面积的扩张给资源配置的协调性带来了巨大的挑战。以新疆各绿洲为研究单元,运用GIS技术和数理统计方法对新疆1990-2015年绿洲面积变化的时序特征和空间差异进行分析,通过计算研究区水资源负载指数、单位面积耕地水资源弹性指数、人口弹性指数和经济弹性指数,探讨新疆绿洲变化的资源配置协调性。结果表明:(1)新疆绿洲面积呈扩大趋势,扩张速度呈现出明显的波动性和阶段性特征。(2)绿洲面积扩张与单位面积耕地水资源变化的协调关系以绿洲扩张为主,各地区单位面积耕地水资源占有量不断减少。(3)新疆绿洲面积扩张与人口增长的协调性指数都小于1,各地区人口增长速度大于绿洲面积扩张速度,绿洲面积扩张与人口增长的协调性较低。(4)新疆4个研究区各个时期的经济弹性指数均大于1,说明新疆经济发展速度高于绿洲面积扩张速度,其中,天山北坡对新疆经济发展贡献最大。

基于气候变化与人类活动双重作用的南疆水资源供需关系分析

全球变暖致使南疆周边冰川大幅退缩,冰川融水增加,南疆水资源因此增加.人类社会的发展带动生产和生活用水大幅增加.这打破了区域水资源供需平衡,水资源风险愈加突出.根据干旱地区水资源利用特点,考虑气候变化导致的降水、冰川融水和径流的变化趋势,以及南疆人口和经济的发展,结合度日模型、定额需水法、彭曼公式、潜水蒸发法和水压力指数法对南疆三地区水资源压力现状及未来潜在变化进行了评估.研究结果表明:2000~2020年,南疆三地区的可利用水量呈增加趋势;总需水量变化存在地区差异,阿克苏地区和喀什地区显著增加,和田地区则有所减少;南疆三地区水压力均处于较高水平状态,水压力变化趋势与总需水量的变化趋势一致.21世纪30年代和70年代南疆三地区的可利用水量将持续增加;需水量和水压力的变化趋势与历史时期一致.人类取水活动在未来水压力的变化中起主导作用.该研究揭示了区域内水资源失衡的时空分异性,以期为南疆地区的水资源管理和合理利用提供科学参考.