考虑生态耗水的干旱区绿洲灌溉用水效率评价指标与方法

针对现行干旱区绿洲尺度灌溉用水效率评价对生态服务效益考虑不足的问题,提出了在绿洲尺度上考虑生态耗水的灌溉用水效率评价指标和方法,并应用于宁夏引黄灌溉绿洲。结果表明:宁夏引黄灌溉绿洲农田蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达74.7%,生态系统蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达39.8%,灌溉水对生态系统的支撑作用显著;考虑生态耗水前后的灌溉用水效率差为0.052~0.074,占未考虑生态耗水灌溉用水效率的13.9%~16.1%,灌溉水的生态服务效益明显;提出的评价指标与方法合理可行,能客观反映干旱区灌溉用水的综合效益。

基于标准化降水指数(SPI)的宁夏中部干旱带旱灾危险性时空演变特征

[目的]揭示宁夏中部干旱带旱灾危险性的时空特征,为宁夏中部干旱带农业生产、农业灾害防治、种植结构调整和农业灌溉指导提供科学依据。[方法]收集宁夏中部干旱带的沙坡头区、中宁县、同心县、盐池县、海原县5个气象站点的气象观测资料,采用标准化降水指数(SPI)分析了近39年(1981—2019年)干旱等级的时空变化,并结合GIS技术评价其旱灾危险性时空演变特征。[结果]SPI 12结果表明代际干旱趋势呈波动中加剧趋势(趋势线斜率范围为-0.004~0.003)。SPI 3结果表明季尺度旱灾危险性时空分布异质性明显,空间上呈现出南低北高的特征,而时间上则表现为连旱特征突出。春冬两季旱灾发生频率高于45%;夏、秋两季干旱现象不显著,干旱发生频率处于10.26%~43.59%之间;旱灾危险性时空演变特征评价结果表明代际旱灾危险性呈现先下降后上升的变化趋势。季尺度旱灾危险性时空差异明显,空间上表现为旱灾危险性由南向北升高,时间上表现为春冬两季旱灾危险性较高,而夏、秋两季旱灾危险性较低。[结论]宁夏中部干旱带季尺度旱灾危险性时空异质性明显,沙坡头区、中宁县旱灾危险性高,未来应加强春、秋、冬三季的旱灾防治。

不同覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响

[目的]探明覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响,为宁夏回族自治区中部干旱带微量降水及露水有效利用提供科学依据及支撑。[方法]设置了普通聚乙烯膜覆垄(T_(1))、高密度聚乙烯膜覆垄(T_(2))、聚四氟乙烯膜覆垄(T_(3))共3个处理,以裸地(T_(4))为对照,进行集流面坡度优化,对微量降水和露水发生过程中土壤水分变化特征进行研究。[结果](1)研究区多年单次5 mm以下降水总量占年降水量的29.8%,年平均露水量为31.68 mm,占多年平均降水量的13.2%;(2)不同覆垄模式5 cm和15 cm埋深位置土壤体积含水率大小顺序一致,表现为:聚四氟乙烯膜覆垄>普通聚乙烯膜覆垄>高密度聚乙烯膜覆垄>裸地;(3)覆垄汇集微量降水对土壤水分影响深度明显增加,降水量为2 mm时,对土壤水分的影响深度可达15 cm,而裸地条件下仅达到5 cm位置;(4)露水对土壤水分的影响在0—5 cm,当露水量为0.8 mm时,普通聚乙烯膜覆垄、高密度聚乙烯膜覆垄、聚四氟乙烯膜覆垄、裸地的土壤体积含水率分别提高0.6%,1.6%,4%,0.2%。[结论]不同覆膜处理汇集微量降水和露水对土壤水分影响存在显著差异,其中聚四氟乙烯膜覆垄汇集效果最好,垄沟内土壤体积含水率最大。

基于GIS的人居环境适宜性时空演化及优化分析——以宁夏回族自治区为例

人居环境是人类生存和发展的基础,科学评价人居环境自然适宜性,是了解地区环境承载力的前提,更是实现人与自然和谐共生基本方略的基础性工作。借助GIS软件,以30 m×30 m栅格为基本单元,选取自然限制性因子包括DEM、植被、气象、水文等构建人居环境指数模型,定量评估2010年、2020年宁夏回族自治区人居环境适宜性,并对人居环境适宜性分区进行空间可视化,进而探究宁夏回族自治区人居环境适宜性时空演化特征及空间优化路径。研究表明:(1)宁夏回族自治区2010年的人居环境指数为22.54%~67.31%;2020年的人居环境指数为23.96%~72.62%,宁夏回族自治区10年间整体人居环境指数提高了近9.9%,但近一半地区人居环境指数为32%~42%,表明10年间人居环境适宜性整体有了一定幅度提升,相对于其他地区来说,整体人居环境不佳。(2)从人居环境适宜性空间分布来看,宁夏回族自治区人居环境适宜性具有明显的空间分异,北部银川平原及南部山区整体上适宜性较高,中部荒漠带整体适宜性较低,中部地区人居环境改善空间较大。(3)自然限制性指标中,水文是该地区影响人居环境最大的指标因子,其次是地被、温湿、地形指标。采取相关手段改善该区用水、灌溉条件是提高人居环境最主要和快捷的方式,其次应当坚持防沙治沙工作开展,合理开垦及放牧,注重生态建设。

干旱风沙区典型退耕还林地集沙监测与评价——以宁夏回族自治区盐池县为例

文中以集沙池(集沙槽)法分别对干旱风沙区宁夏回族自治区盐池县典型退耕还林柠条灌木林地、樟子松乔木林地、旱作农田、放牧草地的近地表集沙量进行监测与评价。研究表明:旱作农田的年均总集沙量最大,为319288.43 g,分别是樟子松乔木林地、退耕还林柠条灌木林地、放牧草地的241.43、351.88、1.96倍;旱作农田及放牧草地均是当地主要沙尘源,而退耕还林柠条灌木林地防风固沙效果最为明显。研究结果可为科学评价退耕还林还草工程生态效益提供技术支撑,对干旱风沙区生态修复有指导意义。

宁夏中部干旱带主要植物叶性状变异特征研究

以宁夏中部干旱带35种植物9种叶性状为研究对象,分析其变异特征、相关性以及不同科、功能类群间的关系,探讨该地区植物对环境的适应性,为该地区生态系统植被的恢复和重建提供理论依据。结果表明,叶性状特征存在种间差异,按照变异系数,可划分为3类:高变异系数(叶片厚度和叶片单位面积吸水量)、中变异系数(叶片含水量增加率、叶组织密度、叶片肉质化程度和比叶面积)和低变异系数(叶绿素含量、叶片干物质含量和叶片水分饱和亏)。一年生植物叶组织密度、叶绿素含量和叶片干物质含量的平均值极显著低于多年生植物,而比叶面积则极显著的高于多年生植物。叶组织密度、叶片厚度、叶片肉质化程度、叶片干物质含量和叶片单位面积吸水量在不同科类群之间存在极显著差异,而比叶面积、叶片水分饱和亏、叶绿素含量和叶片含水量增加率之间则差异不显著。因此,可以将叶组织密度、叶片厚度、叶片肉质化程度、叶片干物质含量和叶片单位面积吸水量用作不同科类群植物间相比较的研究因子。

宁夏中部干旱带天然草地气候生产潜力研究

依据宁夏中部干旱带同心县、盐池县等10个代表性气象台站36年(1975-2010年)逐旬气温、降水资料,基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型对宁夏中部干旱带1975-2006年间草地生产潜力作估算,并分析其变化规律,旨在为改良草地、植被恢复提供理论依据。结果表明:宁夏中部干旱带气候具有向"暖干化"变化的趋势,草地气候生产潜力年际变化范围为2668.56～7499.53kg.hm-2·a-1,气候生产潜力较大。当最高温度每升高或降低1℃,草地气候生产潜力增加或降低58.68kg.hm-2·a-1;年降水量每增加或降低1mm,草地气候生产潜力增加或降低18.64kg.hm-2·a-1。宁夏中部干旱带各区域年降水量与气候生产潜力相关系数为0.984～0.997,成极显著线性相关,而年均气温与气候生产潜力无显著相关性。在进行天然草地补种植物时,应考虑该地的自然承受力,即天然草地气候生产潜力。

不同草田轮作模式对土壤养分动态的影响

在宁南旱区10年生苜蓿草地上进行了为期3a的27种不同草田轮作模式试验,研究了土壤有机质、氮、磷的动态变化特征。结果表明,与保持生长的对照苜蓿草地相比,苜蓿草地实行草田轮作后,有机质持续下降,轮作第1,3a的马铃薯,第2a的春小麦对土壤有机质有明显影响,马铃薯连作模式使土壤有机质降幅最大;不同轮作模式的土壤全氮变化有较大差异,谷子和春小麦等禾本科作物单一连作模式对土壤氮素造成偏耗;不同轮作模式碱解氮总体上呈下降趋势,轮作作物产量水平直接影响土壤碱解氮含量的高低。全磷呈先降后升又降趋势。作物轮作能够提高苜蓿草地土壤氮、磷有效性。为了高效、协调和可持续地利用水肥,应选择合理的草田轮作模式。

基于SPI指数的宁夏中部干旱带1960—2012年干旱特征研究

研究宁夏中部干旱带的干旱特征可为区域农牧业发展和防灾减灾提供科学决策依据。利用1960—2012年的各站点气象观测资料,计算标准化降水指数(SPI),并借助集合经验模态分解、功率谱分析和重新标度极差分析等方法,对近50年来的干旱特征和变化趋势进行了研究。研究结果表明,宁夏中部干旱带在1960—2012年间发生中旱以上的干旱事件达到了总干旱次数的30%以上;干旱波动周期的多尺度分解显示,该区域存在着0.5 a尺度的轻旱,1 a尺度的中旱,3 a尺度的重旱和10 a尺度的特旱;平均干旱强度的年际波动周期特征中,有平均超过65%的贡献来自于3.25-4 a左右的干旱周期波动,而平均超过14%的贡献来自于5.78-6.5 a左右的干旱周期波动;总体来看,宁夏中部干旱带的干旱趋势处于增强态势,且具有长程依赖性,即未来还将持续干旱,但不同季节的干旱趋势特征又表现出一定的差异。

生态脆弱区土地利用格局变化及其环境效应——以宁夏回族自治区中部干旱带为例

基于遥感、GIS技术、景观生态学及层次分析方法,以宁夏回族自治区中部干旱带为研究区,利用1978年MSS以及1987,1996,2007年的TM/ETM遥感影像为数据源,对该区域近30a来土地利用格局变化及环境效应进行了分析。结果表明,30a来该区耕地和建设用地有不同程度的增加,新增耕地主要来自未利用土地和草地,建设用地面积的增加主要来源于耕地和未利用土地;耕地和未利用土地向林地、草地转化是林地和草地面积增加的主要来源。由于受人类活动的干扰,研究区土地利用景观结构发生了较大变化,土地利用格局变化产生了景观破碎化,景观异质性增加,生态环境退化等生态效应。但20世纪90年代中后期以来,在以还林还草、禁牧及水利等综合治理工程为核心的生态环境治理措施调控下,土地利用结构得以调整,植被覆盖增加,区域生态环境质量逐步得以改善。

压砂地持续利用对土壤的影响

以宁夏中部干旱区压砂地为研究对象,分析压砂地持续利用对土壤质量的影响。结果表明,随着压砂地利用年限的增加土壤肥力呈逐年下降的趋势,持续压砂利用15a后,土壤有机质、全氮、碱解氮质量分数分别比对照下降57.43%、46.56%、48.89%。压砂地土壤微生物量碳、氮随着压砂利用年限的延长整体呈下降趋势,土壤微生物生物量碳/氮值低于对照;持续压砂利用后,土壤微生物群落中细菌、真菌、放线菌的数量均显著降低,压砂改变了土壤微生物群落结构组成。Biolog ECO板的平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的增加呈上升趋势。压砂初期土壤微生物的碳源利用能力和微生物的功能多样性显著增加,但持续利用后期与对照无明显差异。压砂地不同土层土壤微生物类群对土壤碳源基质利用类型和利用能力存在差异,0~20cm土壤微生物群落对羧酸类化合物利用能力较强,20~40cm土壤微生物群落以碳水化合物利用类群为主。持续压砂影响土壤微生物的结构与功能,限制土壤养分的有效供给,可能是压砂地难以持续利用的主要因素。

宁夏中部干旱带农业景观格局变化研究

选择宁夏中部干旱带为研究区域,基于RS和GIS技术,运用人机交互目视解译方法对1987年、1996年、2005年和2011年的遥感影像进行解译分类,获得宁夏中部干旱带1987—2011年的农业景观解译分类专题图,采用Fragstats软件栅格版进行研究区农业景观格局指数的计算,在此基础上分析了研究区农业景观格局的变化特征。结果表明:研究区各类农业景观变化较明显,1987—1996年间,各景观类型斑块数增加,平均斑块面积减小,斑块密度变大,破碎化明显,而在2005年之后,朝着改善的方向发展。景观聚集度整体持续下降,表明景观中各种类型的斑块在空间的分布出现了均衡化,多样性和均匀性指数整体平稳增加,反映出研究区不同类型的农业景观的分配相对均匀,景观的异质性增加。

宁夏限制开发区县域生态经济位比较研究

随着国家和省级层面主体功能区划的开展，限制开发区的可持续发展问题逐渐成为学术界关注和研究的焦点。基于生态经济位理论，运用生态经济位模型，从社会、经济、环境3个生态位维中选取24个指标建立评价体系，对2005年和2010年宁夏限制开发区县域生态经济位进行定量分析与评价。结果显示：12个县区生态经济位由2005年的0．062I～0．1034变为2010年的0．063O～0．1175，其中盐池等5县为增长状态，海原等7县出现了下降，仍表现出混沌无序状态，且整体偏低、相差不大。表明宁夏限制开发区县域生态经济系统都非常不健康，对周同资源的利用范围很窄，辐射影响有限，普遍存在发展的瓶颈，并对其限制因素进行了分析，为各县区生态经济系统的健康协调发展提出了建议。

农牧交错带县域农牧系统对气候波动的响应机制

农牧系统过程对气候波动的响应机制既是建立农牧耦合系统的主要科学问题又是农牧交错带可持续发展的关键问题之一。以盐池县1954—2013年气候和农牧系统过程为例,运用变异系数、逐步回归方法和经验模态分解法,分析了气候、农业、牧业系统12个指标的波动周期、振幅和方差贡献率,据此研究了它们之间的波动关系。结果表明:1)农牧系统受气候影响具有较大波动性。波动由强到弱依次为气候、农业、牧业,呈逐级传递的特性。三者的高频波动分量的方差贡献率依次减小,而中低频波动分量的方差依次增大。2)近60年农牧系统过程主要受经济系统驱动发生趋势性变化,同时受气候的驱动发生波动。农业在突变前受气候影响较大而突变后明显减小;同样牧业在突变前受农业影响大,突变后也明显减小。经济对农牧系统过程的影响逐渐增强。它在提高和稳定粮食总产量同时导致家畜数量特别是羊只总数的剧增,使得牧业波动加剧。3)农牧系统的波动差异、相互关联以及对气候的响应的分析表明,农牧耦合系统具有减少内部要素波动性的功能。因此,依据生态和经济规律设计具有健全正负反馈机制的农牧耦合系统是实现农牧交错带农牧业可持续发展的重要途径。

基于GIS和RS的宁夏中部干旱带近30年土地利用动态变化分析

基于GIS和RS技术,以宁夏中部干旱带6期遥感影像作为基本数据源,将解译结果在ArcView中进行统计计算,在ArcGIS中分别将相邻两期进行叠加,生成不同时期的土地利用类型的空间转移矩阵,进而进行单一和综合土地利用类型变化动态度和土地利用程度的计算.结果表明,研究时段内,研究区各种土地利用类型面积变化速度最快的是城乡居民工矿用地,其次是林地、耕地、未利用地、草地和水域;研究区的综合土地利用类型变化动态度在研究初期略低,转换方向为单向的不均衡转换,其余阶段都较高,双向转换频繁,呈现均衡转换状态;研究区的土地利用程度指数虽然在研究时段内呈增加状态,但整体而言程度不高.

宁夏中部干旱带草地生态农业体系建设研究

针对宁夏中部干旱带生态系统脆弱和农业生产低而不稳的现状,开展了"土地—植物—动物—社会产品"四位一体的草地生态农业生产模式研究。结果表明,改良退化天然草地、实施草地科学放牧、优化植物生产系统种植结构、发展节水高效农业、建立草畜转化与优化饲养体系等措施可实现生态和农业的协调发展。建立和发展草地生态农业体系是宁夏中部干旱带农牧业生产持续发展的有效途径。

宁夏中部干旱带土地利用变化及驱动力分析

利用1978年MSS、1987年、1996年及2007年TM遥感影像,借助遥感和GIS技术及相关分析、主成分分析方法,对宁夏中部干旱带1978-2007年土地利用变化及驱动力进行了分析。结果表明:1978-2007年耕地、城镇用地面积快速增加,沙地面积减少了281 682hm2。草地以年均0.17%的速率不断增加,林地面积减少了近3万hm2。土地利用系统无序化程度增加,土地利用利用结构复杂性和多样性增大。人口、经济、产业结构、农业生产、投入、富裕程度、政策和自然因素是驱动研究区土地利用变化的主要因素,其中,人口作为社会经济活动的主体,对土地利用变化起着推动作用。

宁夏中部生态脆弱区生态城镇化发展模式研究

通过分析宁夏中部地区生态环境问题以及地区城镇化发展的基本趋势,认为这一地区城镇发展不应延续我国许多地区“先发展,后治理”的老路,提出了地区应该在城镇化发展的初期,利用各种城镇发展有利时机和宁夏生态移民的过程中走一条“生态城镇化”的发展道路,并初步探讨了宁夏中部地区生态城镇化的发展模式。

宁夏地区中南部干旱区域林草植被生态需水量研究

以宁夏地区中南部干旱区域气象资料、植被分布、水资源状况等为依据,估算了现有林、草地生长季的最小和适宜生态需水量,并对降雨消耗性及径流消耗性林草地生态需水量进行了降水资源平衡分析。研究结果表明：（1）位于南部山区、年均降雨量在350~550mm之间的隆德和泾原县降雨消耗性林、草地最小和适宜生态需水量均能依靠降水得以满足,林草植被生长状况良好。（2）位于南部山区、年均降雨量在350mm左右的彭阳县和原州区,降雨能够满足林、草地最小生态需水量的需求,而适宜生态需水量不能得到满足。因此,该区域要合理考虑林草地种植结构。（3）年均降雨量在175~280mm,位于中部干旱带的海原、盐池和同心县以及南部山区的西吉县降雨消耗性林、草地最小和适宜生态需水量均不能得到满足。该区域不宜于大面积发展林草业。

宁夏沿黄经济区生态地质环境质量评价

宁夏沿黄经济区是我国西北地区重要的工农业生产基地,同时又是带动宁夏回族自治区及周边地区国民经济发展的重要核心地区。本文利用层次分析法建立了区域生态地质环境质量评价指标体系;基于ArcGIS平台,将GIS技术应用于研究区基础资料的数字化处理,建立了生态地质环境质量信息数据库及基本图层;并针对宁夏沿黄经济区的实际特征建立了相应的分级标准,对该区的生态地质环境质量进行了评价与分区。评价结果表明:宁夏沿黄经济区生态地质环境质量分为优、良、中、差四个等级,其中优区面积约为370km2,占全区总面积的4.5%;良区面积为2 307km2,占全区总面积的28%;中区面积为2 959km2,占全区总面积的35.9%;差区面积为2 606km2,占全区总面积的31.6%。该研究结果对治理改善该地区的生态地质环境具有重要的指导意义。