博斯腾湖流域草地植被覆盖度时空格局变化及影响因素

草地植被是博斯腾湖流域生态系统的主体,在水生态修复和环境保护中扮演着重要角色,研究草地植被变化规律有助于生态环境保护和草地资源的可持续利用。本研究以博斯腾湖流域草地植被为研究对象,基于Landsat系列卫星1985-2020年8个不同时期的遥感影像数据、数字高程模型和气象数据,采用像元二分模型、一元线性回归趋势分析法和偏相关性分析法对植被覆盖度(FVC)时空格局变化及影响因素进行分析。结果表明:1)博斯腾湖流域草地FVC呈山区高盆地低的地带性分布规律,多年均值约为0.50,整体呈增加的变化趋势,在盆地FVC增加趋势更明显。2)各时期FVC值较高的草地主要分布在海拔2000~3500 m的区域,随着坡度的增加草地植被覆盖面积逐渐减少,在半阳坡和半阴坡FVC大于0.3的草地具有优势分布。3)1985-2020年博斯腾湖流域年平均气温和降水量均有上升趋势,两者与FVC均呈现不显著正相关关系,其中FVC与年平均气温正相关的区域面积占64.72%,主要分布在西部高海拔区域,在东部的焉耆盆地和黄水沟FVC与降水量呈正相关关系,面积在空间上相对集中,占68.70%。该研究可为博斯腾湖流域草地生态环境保护提供参考。

博斯腾湖环境与资源的保护和可持续利用

通过实地调查和对监测资料的分析 ,从水域面积和水环境质量变化 ,湖滨湿地萎缩和芦苇资源衰退以及湖泊水环境的恶化导致生物多样性受损等方面探讨了新疆博斯腾湖生态与水环境问题及其成因。提出建立博斯腾湖保护区 ,加大管理检查和执法力度 ,加强对农田排污水的控制 ,强化重点排污口和重点城镇生活污水的排污管理 ,并通过湖滨湿地生态恢复工程、增源节水工程、加速湖水循环工程等措施 ,解决博斯腾湖水污染问题 。

博斯腾湖湖水污染现状分析

作为全国最大的内陆淡水湖—博斯腾湖是新疆南疆地区的焉耆盆地、库尔勒市和尉犁县的工农业生产及人民生活的主要的水源 ,同时也是塔里木河下游生态应急输水的直接水源。近四十年来 ,随着人类社会经济活动强度的不断加大 ,博斯腾湖正在受到绿洲中高矿化度农田排水和工矿企业污水的污染 ,湖水水质正在不断恶化 ,并由此带来了严重的环境问题 ,突出表现在土地盐渍化、湿地退化、芦苇长势和水产减产。通过一年多对博斯腾湖的动态监测 ,我们发现博斯腾湖的污染物入湖量远大于出湖量 ,目前湖水仍然处在一个污染物的积累过程中 ,从污染物的含量看 ,工业和生活污染物含量相对较低 ,湖水污染主要是农田洗盐后的高矿化度污水 ;从污染区域看 ,污染最严重的水域在黄水区 ,该区接纳了全湖总入湖污染物近八成的污染物。为了今后新疆南疆地区实现社会经济的可持续发展 ,必须高度重视博斯腾湖的水污染问题。

博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤呼吸动态变化规律及其影响因素

为研究干旱区淡水湖泊湿地土壤呼吸作用的动态变化及其影响因素,以博斯腾湖人工和天然芦苇(Phragmites australis)湿地为样地,于2014年11月—2015年9月,利用LI-840A土壤碳通量自动测定仪对土壤呼吸的日变化和季节动态进行了监测。结果表明:人工、天然芦苇湿地土壤呼吸速率的日变化表现为明显的单峰曲线,且呈现出一定的波动性;两种芦苇湿地土壤呼吸速率均具有明显的季节变化特征,生长旺盛期(7—8月)的土壤呼吸作用最强,越冬期(11月)土壤呼吸作用最弱;博斯腾湖芦苇湿地土壤呼吸速率为正值,且人工芦苇湿地土壤呼吸速率高于天然芦苇湿地;5 cm深土壤温度、近地表温度和空气相对湿度是土壤呼吸速率的主要影响因素;人工、天然芦苇湿地土壤呼吸速率均与土壤p H和盐分呈负相关,而与土壤有机碳呈正相关。

博斯腾湖流域积雪变化及影响因素

积雪是西北干旱地区河流的主要补给源,是绿洲的生命线.积雪的时空变化是全球变化的区域响应敏感因子之一,同时也是影响西北干旱地区地表水资源变化的主要因子之一.本研究利用MODIS雪盖产品、地表温度、SSM/I雪深、DEM等数据,通过GIS空间分析及地统计分析功能,系统分析了博斯腾湖流域雪盖、雪深的时空变化规律及其与影响因素之间的关系.研究表明,研究区雪深和雪盖多年月平均值从8月份到1月份达到最大值,到7月份降到最低值.但月最大雪深却出现在3月份.雪盖、雪深与地温相关系数分别达到-0.878、-0.853,与分布高程均值相关系数分别达到-0.626和-0.791.雪深最大值受海拔影响有明显的陡坎效应.从12月到8月份随着时间的推移雪的深度在降低,陡坎向高海拔方向移动.9-11月份雪深在加深,陡坎向低海拔方向移动.同一高程段雪深的变幅反应坡向对雪深的影响,变幅越宽坡向影响越大.并且变幅也有先从低海拔到高海拔移动,然后再回到低海拔的特点.本研究对了解该研究区积雪特性的研究有很大作用,可为在该地区开展融雪径流模拟等研究提供重要的参考信息.

基于SWAT流域划分的博斯腾湖流域景观格局动态分析

为探讨博斯腾湖流域景观格局动态变化,对流域1990、2000、2005和2010年8月份4期TM影像应用监督分类解译进行土地利用分类和SWAT流域划分,结合对应去趋势分析(DCA排序),在FRASTATS软件的支持下,利用景观格局指标分别从类型水平上和景观水平上分析了博斯腾湖流域各个子流域的景观格局现状和动态变化。结果表明:1)博斯腾湖流域土地利用类型以草地和未利用地为主,近20年耕地面积和城乡建设用地面积在不断的增加,增长接近一倍;水域面积不断减少,减少面积高达1001.57 km2。2)近20年博斯腾湖流域斑块数量减少,减少幅度在50%以上,斑块形状整体趋于简单,景观的异质性程度降低;景观破碎化程度减低;景观中的草地和水域两种景观类型具有较高的团聚程度和延展趋势,形成了良好的连接性;景观类型优势度升高;景观邻接度升高。3)博斯腾湖流域各子流域景观格局差异明显,其中后博斯腾湖区、清水河区、开都河下游区和环博斯腾湖区景观破碎,斑块形状相对复杂、景观呈聚集分布的特点,且景观多样性较高;开都河中下游区、开都河上游区、黄水沟河区及开都河中游区,景观相对完整,斑块形状简单,聚集度相对大,景观多样性较高。

博斯腾湖水质评价的属性识别模型

根据博斯腾湖水质资料,应用属性识别模型进行博斯腾湖的水质评价,结果表明博斯腾湖水质基本良好,影响湖泊水质的主要原因是农田排水,有排水口的区域水质较差,没有排水口的湖区水质均为良好。

博斯腾湖流域气候变化及其对径流的影响

利用博斯腾湖流域开都河、黄水沟和清水河的出山口水文站月径流量和气象站月平均数据,开展气候水文变化特征分析和径流变化对气候因子的响应研究。结果表明,博斯腾湖流域年际气候变化以气温上升为主,降水量增加趋势不显著;域内主要河流径流量持续上升。突变检验发现,三条入湖河流20世纪90年代之前径流量增加主要是域内降水量增加的结果,随后受气温上升导致冰雪消融加快也对径流量的增加有贡献。相关分析结果显示,博斯腾湖三条入湖河流年径流量变化主要受4、7月降水因子影响。此外,开都河的径流变化还表现出对8月气温和降水的显著响应,同时开都河流域集水区冰川的面积和占比均大于黄水沟和清水河流域,这表明冰川融水补给对开都河径流的影响大于黄水沟和清水河。所建立的气候因子—径流量多元线性回归模型,能够很好地模拟开都河、黄水沟和清水河的径流变化过程,证明了博斯腾湖流域水文变化受气候因子的显著影响。

基于生态系统服务价值的博斯腾湖小湖湿地生态需水核算

湖泊湿地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,适宜的水文条件保障着湖泊湿地生态系统的健康。以博斯腾湖小湖湿地为例,依据能值理论系统计算湖泊湿地各项生态系统服务价值量,并运用相关分析、层次聚类分析等方法,结合生态系统服务计算结果与4项关键水文参数,综合确定研究区适宜的生态需水范围。结果表明,博斯腾湖小湖湿地生态系统服务价值总量由2013年以前的上下波动(年均增幅-0.2%,其中有7年为负增长)转变为2013年后的持续增加状态(连续6年增加,年均增幅6%);区域来水量则经历了2000-2003年的丰水期、2005-2013年的枯水期以及2013年以来的水量持续增加共3个阶段;生态需水核算结果建议博斯腾湖小湖湿地应保证年度日均流量低于8.3 m^3/s的时间不超过72 d,而一年之中日均流量超过20.8 m^3/s的时间不低于80 d,湿地生态需水量在(8.0~8.7)×10^8m^3/a,最适宜生态水位为1 047.4~1 047.6 m。利用生态系统服务价值核算湖泊湿地生态需水,可为区域水资源调控提供决策依据。

不同盐度水对芦苇固碳释氧和增湿降温的影响

文章研究博斯腾湖流域湿地芦苇叶片在不同盐度水环境下的固碳释氧和增湿降温能力,以阐明博斯腾湖流域湿地不同矿化度水环境下芦苇叶片固碳释氧和增湿降温的变化规律。通过在博斯腾湖湖滨湿地设置半控制实验,设置5组盐水处理,分别为C1(1.4 g/L)、C2(6.4 g/L)、C3(11.4 g/L)、C4(16.4 g/L)、C5(21.4 g/L),测定芦苇叶片在各处理下的光合参数,并计算不同盐度下芦苇叶片的固碳释氧量和增湿降温量。结果表明:(1)芦苇叶片日固碳释氧量与净光合速率日均值的变化规律一致,各梯度盐处理下差异显著,C2的芦苇叶片净光合速率和固碳释氧量最大,其次由大到小依次为C1、C3、C4、C5;(2)不同梯度盐处理下芦苇日增湿降温量与蒸腾速率日均值的变化趋势一致,且达到显著水平,芦苇叶片蒸腾速率和增湿降温量由大到小依次为C2、C1、C4、C3、C5;(3)多元回归分析表明,在所有梯度盐处理下,气孔导度(G_s)都是影响芦苇叶片光合和蒸腾的最主要因素,且G_s在矿化度6.4 g/L处理下达到最大值。博斯腾湖流域湿地芦苇在矿化度为6.4 g/L时固碳释氧和增湿降温能力最强。

博斯腾湖流域景观生态风险评价与时空变化

以博斯腾湖流域为研究区,利用eCognition软件对博斯腾湖流域1990年、2000年、2010年和2015年4期Landsat遥感影像分类。基于土地利用类型的生态脆弱度和景观干扰度指数构建景观生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展博斯腾湖流域景观生态风险评价的时空变化研究。结果表明:(1)1990-2015年,博斯腾湖流域景观格局变化明显,主要特征为水域景观面积减少了64.33%,景观优势度降低;林地、耕地和城镇用地增幅显著,三者分别增加了47.96%、44.77%和85.15%;草地仍是流域主导景观类型。流域整体斑块数量减少,景观破碎化程度减弱。(2)低风险区和较低风险区主要分布在流域北部,土地利用以草地为主;高风险区主要分布在流域东南部,土地利用以未利用地为主;较高风险区主要围绕高风险区分布;中等风险区分布比较零散。(3)1990-2015年间,高风险区面积增加了386 263 hm2,低风险区面积减少了217 216 hm2,研究区总体生态风险等级增加,博斯腾湖流域生态质量存在进一步退化的趋势。

基于CLUE-S模型的博斯腾湖流域土地利用变化情景模拟

区域土地利用演变是一个复杂的多因素综合作用下的非线性变化过程,通过土地利用变化模型去深入理解这种演变过程、特点以及未来变化趋势是一种有效的技术手段。以典型干旱区绿洲--博斯腾湖流域为研究区,运用CLUE-S模型,并结合Logistic回归分析、情景分析等方法,模拟了博斯腾湖流域2030年不同情景方案下的土地利用空间分布格局。结果表明:(1)以2010年土地利用数据为基准模拟的2015年土地利用格局,模拟正确比例为91.05%,Kappa指数为0.895,模拟效果良好,表明CLUE-S模型在博斯腾湖流域具有良好的土地利用变化模拟能力。(2)在不同模拟情景方案下,城建用地和耕地面积都将持续增长,新增城建用地和耕地主要是在现有基础上向外延伸;草地面积也有一定程度的增加,但增速明显放缓;林地和水域面积将继续萎缩。3种情景方案下的研究区土地利用空间分布格局存在较大差异。该研究可为博斯腾湖流域土地资源合理配置及生态保护提供理论参考。

基于最小累计阻力面模型的博斯腾湖流域景观格局的分析与优化

景观格局优化是维持区域生态系统功能稳定的重要手段。以博斯腾湖流域为研究区,在RS和GIS的支持下对遥感影像进行解译判读,获得土地利用图,分析了景观格局演变特征,并运用最小累积阻力面模型对流域景观进行风险评价,提出相应的优化措施。结果表明:(1)草地仍是最主要的土地利用类型,水域面积减少67.85%,未利用地、城镇用地和耕地大幅增加,林地增幅不明显;(2)流域整体景观破碎化程度下降,景观斑块趋于规则化;(3)流域景观安全水平以较低安全等级为主,中等安全等级分布比较零散,较高安全等级主要分布在环博斯腾湖附近,高安全等级主要分布在流域西南部和博斯腾湖附近。

博斯腾湖流域归一化植被指数变化及其对气候变化的响应

利用2003-2012年MODIS-NDVI数据,结合23个气象站同期气温和降水数据,分析10年间博斯腾湖流域NDVI变化趋势及其对气温和降水变化的响应机制。结果表明:10年间,博斯腾湖流域NDVI呈波浪式上升态势,NDVI显著增加和极显著增加区主要分布在巴音布鲁克草原和博斯腾湖附近的核心绿洲区,NDVI变化不显著区占研究区总面积的87.35%;近10年博斯腾湖流域的降水和气温都呈下降趋势,气温增温率自流域西北部向东南部递增,增温中心位于库尔勒和焉耆附近的核心绿洲区,降水倾向率自流域西北部向东南部递减,研究区中部降水减少最明显;年际水平上,10年间博斯腾湖流域NDVI总体与气温呈负相关,与降水量呈正相关。与降水量极显著正相关的区域主要分布在巴伦台和巴音布鲁克附近,月际水平上,4-10月博斯腾湖流域NDVI与同时期降水和气温呈现很强的正相关,滞后现象不明显。

基于多源遥感数据和GEE平台的博斯腾湖面积变化及影响因素分析

作为典型的干旱区内陆湖泊,博斯腾湖的面积变化趋势与当地自然和人文环境的变迁密不可分。本文结合GIS与RS技术,利用Landsat影像和MODIS数据共2289景及JRC GSW水体掩膜产品,基于Google Earth Engine(GEE)平台采用指数法得出2000—2019年博斯腾湖面积年际和年内变化趋势,并采用2019年Sentinel-2影像进行结果对比分析,同时通过2000—2018年焉耆、库尔勒和巴音布鲁克气象站日值数据和人类活动分析其变化原因。得出如下结论:(1)本结果中基于海量遥感数据提取面积的结果表明,GEE可以充分应用高时间分辨率遥感数据进行湖泊年际尤其是年内面积变化分析。相比于Landsat-5/7/8影像与MOD09GQ数据,由于Sentinel-2影像的时空分辨率优势,基于其所得的湖岸线可显示出较多细节。(2)2000—2013年博斯腾湖面积共减少181.66 km^(2),变化速率为13.98 km/a;2013—2019年,湖泊共增加133.13 km^(2),变化速率为22.19 km^(2)/a;(3)博斯腾湖面积一般在每年的3—6月呈上升趋势,且在当年6—9月保持峰值,面积在10—12月减小;(4)博斯腾湖面积年际变化与其流域内焉耆、库尔勒、巴音布鲁克气象站的降水、蒸发及积温因素变化的相关性未达到显著水平,而年内变化与上述气候要素相关性较高。