Early warning research on salt-alkalization desertification in western Songnen Plain

Desertification is an environmental issue in the world. The salt-alkalization desertification land area formed by both primary and secondary salt-alkalization has extended in a large scale, which has become a significant eco-environmental problem. Based on the characteristics of eco-environment and the situation ofdesertification in western Songnen plain, this paper reports the analyzes of its formation in background and cause. An early warning system on the salt-alkalization desertification is established and the GIS technology is used to abstract the information of desertification evaluation index. Supported by the integrated technology of the GIS and ANN, the orientation and quantitative result of desertification are gained, which is helpful to the eco-environment protection and resource development in western Songnen Plain.

基于MODIS数据的松嫩平原西部芦苇湿地地上生物量遥感估算

芦苇作为湿地生态系统中重要的群落类型,其地上生物量是衡量湿地生态系统质量的关键指标。应用面向对象的土地覆盖分类技术,基于多季相Landsat8 OLI遥感数据,提取松嫩平原西部芦苇湿地分布信息;依托野外实测芦苇地上生物量数据(AGB)和同期MODIS数据源的NDVI、EVI、RVI、MSAVI和WDVI 5种光谱植被指数,探讨不同光谱植被指数对芦苇AGB的敏感性,进而构建松嫩平原西部芦苇AGB遥感估算最优模型,并进行芦苇AGB遥感反演及空间格局分析。结果表明:2014年松嫩平原西部地区芦苇总面积为1653 km^2,其中扎龙湿地自然保护区内芦苇分布面积最大(1178km^2),占区域芦苇总面积的71.3%;所选取的5种植被指数均与芦苇AGB呈极显著正相关(P<0.01),基于EVI构建的指数曲线模型为松嫩平原西部芦苇AGB反演的最优模型(R2=0.55)。研究区芦苇平均AGB为372.1g/m^2,AGB总量为6.14×105t,其中扎龙湿地自然保护区内芦苇AGB总量为4.38×105t;各保护区芦苇平均AGB由大到小依次为:向海保护区(469.7 g/m^2)>大布苏保护区(454.1 g/m^2)>莫莫格保护区(373.0 g/m^2)>扎龙保护区(372.4 g/m^2)>查干湖保护区(369.8 g/m^2);松嫩平原西部芦苇AGB总体呈现南高北低的分布格局,将为湿地生态系统管理与保护及芦苇资源的合理利用提供科学依据。

松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘动态变化及驱动因素分析

松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘是保障区域农牧业经济发展和生态安全的重要条件。为掌握松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘在1990-2013年间的变化信息,为区域生态环境建设及防洪减灾提供数据库支撑,该文基于Landsat TM(Thematic Mapper)、ETM+(Enhanced Thematic Mapper Plus)、OLI(Operational Land Imager)和中国环境资源卫星(HJ,Huanjing)多时相遥感影像,利用e Cognition软件采用面向对象分类方法提取1990年、2000年和2013年湖泊和水库/坑塘分布信息,探讨1990-2013年间松嫩平原西部湖泊和水库/坑塘蓄水面积和数量的变化及驱动因素。结果显示:研究区范围内实际蓄水面积大于20 km2的湖泊有20个,黑龙江和吉林两省分别有17和3个;面积大于20 km2的水库有9个,其中7个位于黑龙江。松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘主要分布于沿嫩江和松花江两侧,最大湖泊为查干湖、最大水库为月亮泡水库。研究区内1990年、2000年和2013年的湖泊面积分别为3 633.2、3 016.3和2 534.0 km2,水库/坑塘的面积分别为885.9、797.1、1 433.2 km2。气候变化叠加人类活动影响的背景下,1990-2013年间湖泊数量呈现明显减少而水库/坑塘呈现明显增加的趋势。湖泊蓄水总面积呈现明显下降趋势,共减少1 099.2 km2,2013年总面积为2 534.0 km2;而水库/坑塘蓄水总面积呈现先降低后增加的趋势,1990-2000年减少88.8 km2,2013年又增至1 433.2 km2,23 a共增加547.3 km2。气候因素是变化的重要原因,尤其对于水库/坑塘,气温和降水在不同时间段的变化趋势与之变化非常吻合。而对于湖泊的变化,明显增加的耕地和运河/沟渠、避免洪灾采取的相关措施等人为因素的影响更明显。由此可见,气候因子变化和农业活动及相关的水利工程与调控措施是影响松嫩平原西部湖泊和水库/坑塘蓄水面积与数量的重要因素。该文对湖泊与水库/坑塘水资源的长时间序列统计和分析结果,可为松嫩平原西部生态保护与修复提供数据支撑,为区域可持续发展提供科学依据。

松嫩平原西部参考作物蒸散量变化过程

采用松嫩平原西部34个气象站1951￣2000年5个气象要素资料,运用FAO Penman-Monteith方程计算参考作物蒸散量,建立了各站与区域蒸散量序列。运用气候数理统计方法对蒸散量序列时空变化特征进行诊断分析,并以点、面相结合的方式揭示气候突变规律。结果表明,蒸散量基本上以西南部沙地为高值中心向东北呈带状递减;近50年区域蒸散量略呈增加趋势,研究区北部的蒸散量增加贡献最大;区域蒸散量以1962和1982年为转折点,呈明显的阶段性变化;在50年的演变过程中,区域蒸散量被检测到2次增加突变和1次减少突变,典型站突变发生时间与区域突变基本相符,但突变性质存在明显的地域差异。

松嫩平原西部典型农田需水规律研究

采用联合国粮农组织最新推荐的模型方法 (FAO5 6 ) ,利用近 10年的日气象资料对松嫩平原西部玉米、大豆、高粱等作物近 10年的农田逐日需水量进行了系统研究。得出了本区不同作物的需水规律 ,并根据当地的有效降雨量 ,获得了不同作物不同时段的水分亏缺规律 ,为节水灌溉和提高作物产量提供科学依据。

松嫩平原西部农田径流中有机氯农药的分布特征

松嫩平原西部水田回归水、旱田地表径流中BHC、DDT主要异构体或代谢物的可溶态、颗粒吸附态的分析表明 ,回归水中BHC、DDT的含量均较低 ,BHC以 β BHC为主 ,占 73 5 %～ 99 5 %,呈 β >α >γ >δ规律 ;DDT中仅检出 p ,p′ DDT BHC(β BHC除外 )、DDT以溶解态为主 ,悬浮颗粒物的粒径大小是影响回归水中农药含量的重要因素 ;悬浮物中DDT的生态风险很低 。

松嫩平原西部稻田回归水中污染物的输出规律

对松嫩平原西部稻田回归水中盐分及N、P的可溶态、颗粒吸附态进行了分析。结果表明,洗盐水中主要污染物浓度相比灌溉水均明显增加,特别是Na+、HCO_3^(-)等;随洗盐次数增加,洗盐排水中盐分等污染物浓度呈降低趋势,第2次洗盐排水中盐分、NO_3^(-)-N、TP、PO_4^(3-)-P浓度相比第1次分别降低了4％～50％、72％～92％、80％～98％、9％～84％;洗盐水中盐分以可溶态为主,P以悬浮态为主,N的规律不明显,且N、P的形态变化受洗盐水中悬浮颗粒物及胶体多少的影响很大;洗盐回归水中污染物含量主要取决于土壤中的含盐量,耕作历史对其影响不明显,河水灌区回归水中Na+、HCO_3^(-)一般低于井水灌区;生长季稻田回归水中污染物浓度受降雨、施肥等影响变化较大,但生长季回归水中可溶盐离子含量均明显低于泡田期。

松嫩平原西部草地净初级生产力遥感估算与验证

在CASA模型基础上,根据松嫩平原西部自身特点对模型参数获取方法进行改进。以MODIS NDVI数据和气象数据为主要数据源,估算2000～2009年松嫩平原西部草地净初级生产力,并通过多种方法对估算结果进行精度验证。结果表明:利用气候经验模型估算的太阳总辐射及改进后的水分胁迫因子计算结果精度较高,所作改进在保留原始CASA模型生理生态学基础上简化了模型输入参数,对本研究区是可行的。通过与实测数据(实测值与估算值之间R2=0.64,P<0.05)、通量观测数据(估算精度为72%;相关系数R=0.9,P<0.05)、MODIS NPP产品(总体精度为81.41%)及他人估算结果对比发现,本研究估算的松嫩西部草地NPP结果精度较高。2000～2009年松嫩平原西部草地年NPP总量介于8.46～11.22Tg C之间,平均值为9.92Tg C。空间上,各年NPP均呈南低北高的分布格局;受气候因素和土壤条件影响,松嫩平原西部黑龙江省部分的草地NPP高于吉林省部分。过去10年间,松嫩西部草地NPP按降序排列依次为:2008>2005>2002>2007>2003>2004>2006>2009>2000>2001。

松嫩平原西部草地净初级生产力时空格局

基于改进CASA模型估算得到的草地NPP,分析了2000～2009年松嫩平原西部草地NPP时空分布特征及变化趋势。结果表明:2000～2009年松嫩平原西部草地NPP总量在8.46～11.22Tg C之间,平均值为9.92Tg C,呈波动上升趋势;受气温、降水及太阳辐射季节变化的影响,NPP存在明显的季节变化,积累期主要集中在水热条件搭配较好的4～10月,占年度NPP总量的99.60%;2000～2009年,春、夏、秋、冬四季草地NPP平均值分别为6.82gC.m-2.a-1、79.68gC.m-2.a-1、13.57gC.m-2.a-1、0.09gC.m-2.a-1,即夏季>秋季>春季>冬季。空间上,松嫩平原西部草地NPP由南向北呈明显增加趋势,最低值分布在吉林省境内的中部地区;2000～2009年,黑龙江省各年草地NPP均高于吉林省,说明在松嫩平原西部黑龙江省草地长势优于吉林省;基于像元的NPP年际变化趋势分析表明,占研究区总面积3/4的草地NPP表现为增加趋势,NPP显著增加的草地面积是显著降低面积的7.6倍,说明2000～2009年间松嫩平原西部草地长势呈明显好转趋势。

松嫩平原西部湖泡水环境问题、成因与对策

本文利用气象数据和湖泡水化学实验数据从宏观至微观分析了松嫩平原西部存在的主要水环境问题 ,即旱涝灾害并存、氟污染严重、水生环境退化、盐沼化加剧、富营养化明显。针对问题剖析了产生这些问题的成因 ,最后提出了保护与改善湖泡水环境的主要治理对策 ,即保护湖泡漫滩湿地、加强生态建设与管理。

松嫩平原西部盐渍荒漠化机理研究

选择松嫩平原西部盐碱化程度最高的大安市叉干镇明乐村,研究碱斑地的蒸散过程、土壤水分入渗过程,以及盐分运移和水盐平衡规律,进一步探讨该地区盐渍荒漠化的形成机理。结果表明:碱斑地没有植被覆盖,蒸散过程以土壤蒸发为主,水分运动带动盐分大量向土表积累;碱斑地土壤水分入渗率低,下行盐分远远小于上行盐分。土壤表层盐分累积的结果,使得该地区的草地景观退化,碱斑地面积增加,导致盐渍荒漠化程度加剧。

松嫩平原西部盐碱地农业生物治理原理与开发对策

针对松嫩平原西部地区的生态环境背景和现状,结合该区农业生产地处农牧交错带的特点,论述了生态环境恢复与经济发展之间的关系;阐述了生态环境恢复与重建的指导思想和原则;提出了遵循生态学原理,以发展效益农业为中心的产业化开发对策。

投影寻踪技术在松嫩平原西部水资源可持续利用中的应用

根据松嫩平原西部水资源复合系统的特征和水资源条件,建立了区域水资源可持续利用评价指标体系。应用投影寻踪技术,采用实码遗传算法优化投影指标函数,将方案多维评价指标值综合为一维投影值,根据投影值的大小实现方案的优选。研究表明,投影寻踪技术可以有效地解决权重的人为干扰,通过优化排序实现对评价结果的定量化表征。

松嫩平原西部土地盐碱化与农业可持续发展

松嫩平原西部土地盐碱化是我国土地盐碱化的重要地区。近几十年来由于受自然因素和人为因素控制 ,盐碱化土地面积已达 32 0× 10 4 hm2 ,平均年递增 2× 10 4 hm2 ,而且盐碱化程度逐渐加剧 ,生态环境逐渐恶化。通过生态工程措施、农艺措施、水利工程措施、以及发展小化工厂等的治理措施 ,盐碱化土地可得到改良 ,区域环境向良性发展。

松嫩平原西部水体环境盐化机制的同位素证据

利用环境同位素D与18O示踪的方法,分析了松嫩平原西部典型代表区—洮儿河流域水体的δD和δ18O组成分布特征,绝大部分水样点在全球大气降水线(LMWL)上或附近,反映其具有统一的补给来源,均来源大气降水或经过轻微蒸发的地表水。少数水样点明显地偏离当地大气降水线,且分布在其下方,反映该水体受到了强烈的蒸发作用,使其δD和δ18O同位素产生了显著的分馏而富集。本文重点研究了地下水的D盈余值"d"与TDS以及δ18O与TDS关系,揭示了地下水的盐化作用过程,不仅与蒸发作用有关,更主要取决于水-土相互作用。证明了地表水对盐渍土的溶滤作用,是该区潜水盐化的重要机制。

洮儿河流域土地利用变化对地表蒸散量的影响

在全球变化以及人类活动的双重影响下,流域水文循环具有明显的二元结构特征。地表蒸散作为流域水文循环的重要环节,体现了流域内物质、能量和信息体系的变化,与土地利用/覆被变化息息相关。本文研究中从洮儿河流域土地利用/覆被变化的时空动态入手,借助于Penman-Monteith模型计算获取了洮儿河流域的生长季蒸散量,在分析流域内蒸散量变化时空动态规律及其特点的基础之上,以生态干扰度指数将土地利用方式的变迁对地表蒸散量影响程度展现出来。结果表明从3个时段的蒸散量来看均较前期均呈增加趋势,空间上流域蒸散发呈分散增加趋势,中下游地区尤为明显;生态干扰度指数反映出土地利用方式的变迁引起土地覆被格局变化对参考作物蒸散量的调节能力降低,甚至起到了一定的放大作用,局地蒸发旺盛,造成次生盐渍化等生态环境问题在洮儿河流域凸现。

松嫩平原西部草地退化研究

基于RS与GIS技术,利用1986、1995、2000年3期遥感影像,解译提取松嫩平原西部草地空间信息,分析其时空动态变化及草地退化的自然及人文因素。结果表明,14a来,草地面积减少24.70%,草地退化严重;高覆盖度草地减少迅速,对该区草地资源减少率的贡献较大,低覆盖度草地发展速度最快;草地主要转化为林地、耕地、未利用地和盐碱地;研究区草地退化是自然因素与人为因素共同作用的结果,气温升高、降水减少等自然因素是草地退化形成的基本条件,而人口增加、过度放牧等人类活动干扰则是决定因素。图4,表2,参17。

松嫩平原西部水资源安全研究

松嫩平原西部地处生态环境脆弱带,水资源保障条件较差,随人类开发强度的增大,对水土资源的需求不断加大,生态环境恶化,严重制约了社会经济可持续发展。文中探讨了松嫩平原西部水资源安全指标体系的建立、评价模型及安全基准的确定,对水资源安全研究进行了展望。

吉林省西部新增灌区水田非点源污染负荷估算

吉林省西部实施土地整理和引水工程新增水田1.53×105ha,同时暴露了以T-N、T-P和总盐量为特征污染物的严重的农田非点源污染问题。应用美国通用土壤流失量方程(USLE)和美国农业非点源管理与化学径流模型(CREAMS),结合典型流域单元试验农田连续监测,估算了吉林省西部地区盐碱地改水田新增非点源污染物TN、TP和总盐量年输出负荷。研究表明:吉林省西部新增水田非点源污染物输出总负荷:氮素4 029.561 t/a(26.337 kg/ha),磷素1 407.982 5 t/a(9.242 5 kg/ha),总盐分851 537.871 t/a(5 565.607kg/ha)。按照驱动作用力分析,降雨径流与农田排水共同驱动水田氮素流失,降雨径流是磷流失主要驱动力,田间排水是总盐分流失主要驱动力。

松嫩平原西部自然灾害及防治对策

松嫩平原西部由于特有的地质、地理演化过程和气候、水文条件制约，集旱、涝、盐碱、风沙等自然灾害为一体，并伴随该区人口的增加，较长时期只顾开发，忽视治理和保护，从而加剧了各种自然灾害发生。该区灾害的防治应以协调人地关系为原则，水利控制与生物工程相结合，开发与治理和保护并举。