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。

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。

民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面条件的土壤风蚀特征

为了研究不同下垫面对土壤风蚀特征的影响,根据2009年4月19日、4月22-23日及4月30日3次沙尘事件的实际观测数据,对民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面土壤风蚀特征进行了试验研究。试验结果表明,民勤荒漠绿洲过渡带各地表挟沙气流中输沙量沿垂线分布呈上段符合传统的指数递减分布规律,而近床面区35cm以下的输沙量较对应的指数分布函数预测值偏大;流沙地表90%以上的输沙量集中在近地表15cm以内,白刺灌丛沙包地带、草方格固沙带及草方格前沿芦苇荒漠带输沙量的80%左右集中在距表35cm高度范围内;不同下垫面条件对风蚀物颗粒大小分布规律的影响主要集中在近地表气流层15cm范围内,而对35～125cm高度范围内风蚀物颗粒粒径大小的影响主要在各粒径颗粒的体积分数上。风在草方格固沙带的搬运能力最弱,白刺灌丛沙包带其次,再次为芦苇荒漠带,在沙丘顶部的搬运能力最强,输沙量最大。

荒漠-绿洲过渡带斑块植被表层土壤颗粒的空间异质性

以河西走廊荒漠-绿洲过渡带为研究区域,采用土壤分析筛和地统计学的方法,对研究区典型样地斑块植被表层土壤颗粒的组成特征及其空间异质性进行了研究,结果表明:1)不同粒径范围的土壤颗粒质量含量不同,其中细砂(0.25~0.075mm)占总土粒质量的75.135 9%,中砂(0.5~0.25mm)占13.273 0%,而粗砂(d>0.5mm)和粉砂(d<0.075mm)的含量相对较少,分别只占5.189 5%和6.401 6%;2)不同粒径范围的土壤颗粒空间异质性不同,其中粒径1mm≥d>0.1mm的土壤颗粒空间异质性的99.6%~88.8%是由空间自相关因素引起的,随机因素起的作用较小,其它粒径范围的土壤颗粒空间异质性的95.1%~100%是由随机因素引起的,而空间自相关因素的作用很小;3)粒径1mm≥d>0.1mm的土壤颗粒含量的最优拟合理论模型为曲线模型,空间异质性尺度在24~36.3m之间,其它粒径范围的土壤颗粒含量的最优拟合模型为线状模型或块金模型,空间异质性尺度较大,均为146.36m.研究结果为进一步探讨荒漠-绿洲过渡带土壤空间异质性与植被空间格局的关系提供依据.

塔里木河下游荒漠-绿洲过渡带植物群落分布及其环境解释

为探讨生境对荒漠-绿洲过渡带植物群落分布格局的影响，在对塔里木河下游铁干里克绿洲边缘至英苏荒漠-绿洲过渡带进行典型植物群落样地调查的基础上，选取19个环境指标刻画植物群落的土壤、水分和空间位置特征，采用双向指示种分析（wm姻PAN）划分植物群落类型，利用除趋势典范对应分析（OCCA）分析不同植物群落分布格局与环境的关系，并对环境空间变量进行定量分离。结果表明：（1）塔里木河下游荒漠-绿洲过渡带植物群落可以划分为4个类型：（2）0—180cm的土层是与植被群落分布相关紧密的土壤层次。为开展植被群落格局与环境因子关系研究的关键层次；（3）过渡带以水盐耦合为主导的环境梯度对植物群落分布格局起主导作用，其中影响显著的环境因子是以电导率、Cl-为代表的土壤盐分因子和土壤养分中的速效K；（4）环境因子总共解释了塔里木河下游荒漠-绿洲过渡带植被分布格局变异的52．08％，其中土壤盐分因子、土壤养分因子、水分因子、空间因子和四者的交互作用分别解释了16．589％、11．104％、9．940％、7．148％和7．247％。在对过渡带的恢复与重建过程中，应采取分区治理，重点考虑土壤盐分因子，保持水盐动态平衡，防止土壤盐渍化的发生。

民勤荒漠-绿洲过渡带不同沙障的阻沙粒度分析

对民勤沙井子地区荒漠-绿洲过渡带的尼龙网格沙障、白刺沙障和沙拐枣沙障阻截的沙物质进行采样,运用沉积物的粒度分析方法,以流动沙丘和丘间地沉积物为参照,对比分析了研究区内不同沙障所拦截的沙物质的粒度组分及参数特征.结果表明：两种植物沙障拦截的沙物质粒度特征较为相似,拦截的沙物质均以细砂和极细砂为主,对容易形成风沙危害的粒径区间（1.32～4Φ）的拦截量均可达90%以上,而尼龙网格沙障拦截的沙物质相对较粗,对1.32～4Φ区间的拦截量为70%.从阻沙粒度特征上看,植物沙障的阻沙效果明显要好于尼龙网格沙障.此外,在〉2Φ的粒径范围内,两种植物沙障拦截的沙物质主要来源于丘间地,尼龙网格沙障拦截的沙物质主要来源于流动沙丘.

黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区土壤水分变异特征分析

土壤水分是荒漠-绿洲过渡带斑块状植被生长发育和维持稳定的主要环境因子.基于甘肃临泽县荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区2014年雨季前、雨季后72个采样点0～100cm土壤层含水量的实测数据,并结合中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站的野外气象观测资料,利用经典统计学和变异函数理论,分析了荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区土壤水分的时空变异特征.研究表明：1）雨季前、雨季后土壤水分在垂直分布上随着土层深度的增加而增大,而对于同一土层的土壤含水量均值,雨季后分别小于雨季前;2）雨季前、雨季后0～20cm土壤水分的变异分别为强变异、中等变异,而其余各层土壤水分的变异均为强变异;3）雨季前、雨季后土壤水分的变异函数理论模型为球状或指数模型,虽然雨季前、后同一土层的土壤水分模型大多不一致,但是其模型都能较好地反映土壤水分的空间结构特征;4）雨季前、雨季后由随机因素引起土壤水分的空间变异较小,而土壤质地、植被斑块格局等结构性因素是引起土壤水分空间变异的主要因素.其中,雨季前,在64.2～145.3m尺度范围内,土壤水分75.6%～99.7%的空间变异由空间自相关引起;雨季后,在79.9～154.2m的尺度范围内,土壤水分76.9%～92.9%的空间变异也由空间自相关引起.

荒漠-绿洲过渡带固沙植被土壤剖面水分特征

以黑河中游荒漠-绿洲过渡带固沙植被为例,采用烘干法测定沙拐枣、泡泡刺和梭梭0~120 cm土壤剖面的土壤含水量.结果表明:1)雨季前,沙拐枣、泡泡刺和梭梭土壤含水量随深度增加而增大,值变化范围分别为0.83%~2.17%、0.82%~2.60%、0.79%~1.52%.在0~40 cm,沙拐枣和泡泡刺土壤含水量无显著差异,在40~120 cm,土壤含水量为泡泡刺>沙拐枣>梭梭.2)雨季后,沙拐枣、泡泡刺和梭梭土壤含水量呈增大-减小-趋于稳定的变化趋势,值变化范围分别为1.77%~3.19%、1.43%~2.97%、1.42%~3.41%.在0~60 cm,沙拐枣和泡泡刺土壤含水量无显著差异,在60~120 cm,沙拐枣土壤含水量显著大于泡泡刺和梭梭.3)沙拐枣土壤水分不稳定层深约60 cm,梭梭土壤水分不稳定层深约40 cm,泡泡刺土壤水分在0~120 cm土层内变化不稳定.三种植被的抗旱性强弱为梭梭>沙拐枣>泡泡刺.

新疆荒漠-绿洲过渡带的成因、研究热点、对策与方向

荒漠——绿洲过渡带的生态系统稳定性直接影响着过渡带的演化方向,对于荒漠化防治具有重要意义。本文通过文献搜集的方法,指明了新疆荒漠化产生的原因,从过渡带植物多样性特征、群落结构分布格局、土壤、水文条件等方面对新疆荒漠-绿洲过渡带的研究热点进行了梳理和分析,并总结了防治经验,指出以后的研究方向应该是系统研究荒漠-绿洲过渡带生态系统的动态变化过程,揭示了维持生态系统稳定性的机制,研发水土高效利用、地下水联合利用、荒漠植被与人工植被融合及过渡带生态保育等关键技术体系,研发绿洲生态产业技术,构建绿洲生态安全保障体系。

荒漠-绿洲过渡带风况及输沙势分析--以策勒县为例

以中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外观测研究站2005-2006年的气象资料为依据,分析了塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带的风况特征和输沙势变化情况。结果表明：①研究区风向以W风为主,频率占62.43%~76.25%,WNW风次之,频率占17.75%;②该区起沙风主要发生在春夏两季,其频率占全年的11.93%~61.84%,6月出现频率最高,且春夏两季起沙风平均风速较大,最大达7.90 m/s;③在风沙活动期内,研究区风向变率指数（RDP/DP）为0.94,属于单风风况,合成输沙势（RDP）及合成输沙方向（RDD）分别为27.98VU和92.10°（ESE）,属于低风能环境。输沙势的季节变化幅度较大,主要集中在春夏两季。

策勒西部荒漠-绿洲过渡带地下水特征及生态影响分析

荒漠-绿洲过渡带属于典型的干旱区生态环境脆弱带,在这交错带上植被的生长与分布受地下水环境状况（地下水埋深、水质）制约,显示出地下水重要的生态调控作用。通过对过渡带的观测井数据资料进行分析,结果表明：地下水埋深的年内变化趋势与地表径流变化联系紧密,埋深最高一般发生在1-3月,埋深最低一般发生7-9月,最大变幅在0.23-2.25m之间;地下水中对矿化度起主要作用的阳离子是（Na^＋ ＋K^＋）,Mg^2＋次之,Ca^2＋最小,阴离子是C l^-、SO42^-,HCO3^-次之,CO3^2-在其中的比重最小,几乎为零;矿化度小于5g/L,植被生长不会受到抑制,植被生长与分布主要取决地下水埋深。

黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区风沙蚀积强度特征

荒漠-绿洲过渡带对风沙防治具有重要作用。对黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区2012—2015年风沙蚀积状况进行了连续观测,并选用风沙蚀积强度Re为评价指标对风沙蚀积状况进行了半变异函数及空间格局分析。结果表明：观测期间,风沙活动由风蚀向风积方向转变,但具体日期不能仅由风沙蚀积强度Re的频率和平均值做出判断。风沙蚀积强度Re的半变异函数理论拟合模型均为Linear模型,块金系数0.8508-0.9616,为强变异,变异主要由风、降水、动物活动、人为扰动等随机性因素引起。风沙蚀积强度Re的空间分布格局显示研究区以轻度和微度风蚀风积为主,且风蚀面积下降而风积面积增加,风沙蚀积强度的空间格局变化与区域地形、植被盖度、气象因素等有关。

气象因子对黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区风沙活动的影响

气候变化对荒漠-绿洲过渡带斑块植被区的风沙活动影响巨大,对该区植被的演化趋势有着重要作用。利用2012—2013年的气象资料,结合植被区255个样点的风蚀积沙量野外观测资料,分析了甘肃临泽县荒漠-绿洲过渡带气候变化特征及其对地表风沙活动的影响。结果表明:(1)2012年和2013年平均气温、积温(≥10℃)变化均呈单峰型,平均温度影响近地面空气对流运动,积温(≥10℃)影响植被的生长,两者间接地影响风沙运动;(2)2012年和2013年降水差异显著,空气相对湿度呈双谷型变化,降水和空气湿度对地表下垫面的影响十分复杂,对风沙活动的影响较为复杂;(3)2012年和2013年起沙风频率变化呈三峰型,全年输沙势分别为412.21VU、375.41VU,分别属于高风能环境、中风能环境,方向变率指数0.31~0.78,以中变率为主;(4)2012年和2013年输沙率同输沙势或合成输沙势均呈非线性相关且强弱不同,2012年在小变率条件下输沙率受输沙势的影响较大,受合成输沙势的影响较小;2013年在中变率条件下输沙率受合成输沙势的影响较小,受输沙势的影响较大。

荒漠-绿洲过渡带斑块植被区起沙风对风蚀积沙量的影响

以黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区的风蚀积沙观测资料为基础,结合中国生态系统研究网络(CERN)临泽内陆河流域研究站的风况资料,应用地统计学方法对2012—2013年风蚀季(3—8月)的风蚀积沙过程进行分类,并分析起沙风对风蚀积沙量的影响。结果表明:(1)2012—2013年风蚀季风蚀积沙量的空间变异过程分为随机性变异过程(2012年4—7月)和结构性变异过程(2012年8月及2013年3—7月)。(2)在随机性变异过程中,风蚀积沙量与起沙风的风速、风向、风频率依次相关;在结构性变异过程中,风蚀积沙量与起沙风的风向、风速、风频率依次相关。3输沙势(DP)与风蚀积沙量的相关性大小为随机性变异过程>结构性变异过程;在随机性变异过程中,合成输沙势(RDP)与风蚀积沙量无明显相关关系(R2=0.0745);而在结构性变异过程中,合成输沙势(RDP)与风蚀积沙量的相关系数较高(R2=0.9343)。4在随机性变异过程中,各月风蚀积沙量呈不规则的片状分布;在结构性变异过程中,各月积沙量呈明显的带状分布。

黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区积沙量的空间异质性分析

基于2012-2013年黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区的野外观测资料,并结合临泽内陆河流域综合野外气象观测站资料,利用空间异质性方法对积沙量进行分析。分析结果表明:1)2012年和2013年各月积沙量均存在着明显的空间异质性,2012年各月(除8月外)的积沙量变异主要为随机变异(83.00%-93.04%),起沙风速、起沙风频率的增加或RDP/DP的减小,有利于积沙量的增加,而降雨及降雨过程对积沙量具有消减作用;2012年8月2013年各月的积沙量变异为结构性变异(88.38%-94.85%),变异主要受到表层土壤干湿状况,植被分布和走向、微地形变化的影响。2)2012年和2013年积沙量分布各有特点,2012年积沙量空间分布呈片状分布,从西北向东南递减;而2013年各月积沙量呈带状分布,临近样地中央的两条样带积沙量较高,与植被和微地形走向较为一致。3)积沙量的变异类型与模型类型具有一致性,2012年各月(除8月外)变异类型为随机变异,变异模型为Linear型;2012年8月2013年各月变异类型为结构性变异,变异模型为Exponential型。这种一致性与积沙过程相关,尤其与风蚀积沙的积累效应(经数月的风沙物质积累,在春季得到放大)有关。

荒漠-绿洲过渡带土壤温度变化分析

根据中国科学院临泽内陆河流域站2004-2014年的土壤温度与气象要素数据,分析了河西走廊中部荒漠-绿洲过渡带土壤温度年内和年际变化规律及主要影响因素。结果表明:土壤温度日变化与月变化大致呈正弦曲线,各层土壤最高、最低温度出现的时间随着土壤深度的增加逐渐推迟;年均土壤温度总体上随着土壤深度的加深先减小后增加;气温是与土壤温度变化相关性最强的气象要素;同时,明确了该区3个特征差异明显的土壤温度层次:020cm土壤温度活跃层,40cm土壤温度过渡层和60100cm土壤温度稳定层,与其他地区结果有所差异。最后,利用相关性分析、多元逐步线性回归方法建立了气象指标与各层土壤温度之间经验预报方程。

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 。

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。

干旱区绿洲-荒漠过渡带灌丛土壤属性研究

以天山北坡绿洲-荒漠过渡带为研究区,选择3种类型的灌丛并采集不同位置和深度的灌丛土壤样品进行分析,研究灌丛土壤资源的聚集效应.结果表明,干旱区绿洲-荒漠过渡带不同类型灌丛对土壤粒度分布的影响不显著,土壤以砂和粉砂为主,红柳+裸地灌丛土壤粒度分布的聚集效应明显;灌丛土壤有机质、全氮和速效钾含量在冠幅下最高,其次为灌丛间低矮植物下,灌丛间裸地最低,呈现出明显的“肥岛”现象;不同灌丛类型和采样位置对土壤盐分离子和总盐含量的变化影响显著,且不同灌丛土壤资源的聚集效应各异;导致不同类型灌丛土壤资源富集率不同的原因有气候因素、灌木分布的土壤环境、灌丛高度和冠幅、灌丛间有无低矮植物等.

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。