新疆奇台绿洲不同耕作年限荒漠灰钙土无机碳变化及其影响因素

荒漠灰钙土是天山北麓地带性土壤,富含碳酸盐和硫酸钙,是优质土地后备资源。本研究采用野外调查取样与室内实验相结合的方法,对新疆奇台绿洲不同耕作年限(<3 a、10 a、20 a、30 a、>40 a)荒漠灰钙土无机碳变化及其影响因素进行分析,探讨了土壤无机碳与土壤理化参数间的关系,特别是石膏对土壤无机碳的增汇作用。结果表明:①耕作层和犁底层的无机碳,对人类活动十分敏感。土壤无机碳随耕作年限先降低后升高,在耕作后的前10 a迅速下降表现为碳源,而后逐渐上升超过初始含量重新转为碳汇,耕作>40 a后土壤无机碳含量较耕作<3 a增加超过10 g·kg^(-1);②土壤无机碳的稳定性同位素δ^(13)C随着耕作年限的增加持续负向偏移,表现出具有截存现代大气CO_(2)的潜力;③荒漠灰钙土中含有极易风化且储量可观的石膏,为次生碳酸盐淀积提供了大量的钙源,这些Ca2+含量决定了研究区土壤无机碳库最终的储量大小。综上说明,富含石膏的荒漠灰钙土耕作后,具有较强的土壤无机碳增汇潜力,重视和准确估算这部分碳增汇潜力有助于我国“双碳”目标的实现。

耦合MOP-PLUS模型的库车市LUCC趋势与景观生态安全评价

探究干旱区典型绿洲城市景观生态安全时空演变,设置经济、生态、景观生态安全、可持续(MOP)4种情景,预测土地利用/覆被变化(LUCC)趋势,评价2030年景观生态安全,以期缓解城市建设开发与生态环境保护的矛盾。基于1990-2020年的土地利用数据,采用遥感、地理信息系统(GIS)网格等方法构建景观生态安全评价模型,以揭示库车市近30 a景观生态安全空间分布特征与变化趋势,并通过耦合MOP-PLUS模型预测库车市2030年景观生态安全时空演变规律。结果表明:1990-2020年,研究区耕地、林地、建设用地面积总体呈增加趋势,草地、水域面积总体呈现减少趋势,地类转换主要集中于耕地、草地与未利用地;景观生态安全值(ESI)空间集聚状态明显,但集聚程度有所下降,景观生态安全等级以中等、较高、高生态安全为主,占研究区总面积60.15%~64.87%;相较于2020年,2030年4种情景下的ESI变化幅度较大,主要集中于南部人口聚集地。

基于Google earth engine渭-库绿洲果园遥感提取

针对干旱区果园大面积遥感提取困难、识别精度低等问题,本研究基于GEE(Google earth engine)平台,综合应用Sentinel-1/Sentinel-2影像构建特征集。通过对比原始特征组合、Jeffries-Matusita(J-M)距离、属性重要度3种优化方式,结合随机森林(Random forest,RF)分类方法,对比得到最佳优化方式,探索果园最优分类特征集。结果表明:识别效果最好的方案为G17 JM,总体精度为91.25%,kappa系数为0.89,面积精度为82.55%。最优特征集为B8_asm、B8_ent、B8_idm、NDVI re3、B6、B7、a、e、b、EVI、B11、B8A、B8、VV。使用J-M距离进行特征集优化,有效降低数据量、提高计算效率,更有利于精确遥感识别果园种植面积。表明GEE快速、准确获取果园种植面积的可行性,为获取果园动态变化提供强有力的基础。

新疆平原地区森林生态系统服务功能间接经济价值比较

本文利用多种生态经济学方法,估算了新疆各地州平原人工林和胡杨林的生态系统服务功能的间接经济价值,比较了这两类林地的生态系统服务功能的经济价值差异,并分析了同种森林生态系统中不同服务功能的经济价值特征。通过这些比较和分析,为生态系统的保护重点及生态规划提供了依据。

新疆水资源生态足迹核算与预测

根据水资源生态足迹的基本原理和计算模型,引入水资源负载指数,对新疆2005—2014年水资源生态足迹、水资源生态承载力进行计算,并运用灰色预测模型GM(1,1)对2015—2025年的生态赤字/盈余趋势进行预测。结果表明:(1)新疆历年水资源生态足迹大于水资源承载力,处于生态赤字状态,从2005年的-7.83×10~7hm^2下降至2013年的-9.06×10~7hm^2,水资源开发率很低;(2)2005—2014年新疆水资源生态足迹和承载力均呈上升趋势,人均生态足迹和人均承载力呈上下波动状态,生产用水生态足迹在三个水资源账户中比例最大,远远超出其它两部分,占总水资源足迹的95.86%;(3)水资源负载指数总体呈上升趋势,表明水资源的利用程度逐渐加强,2005—2012年负载指数在2~5之间,表明新疆水资源利用程度中等;2013—2014年负载指数在5~10之间,表明新疆水资源利用程度高,开发条件困难;(4)新疆水资源存在分布不均匀的状态,南疆、北疆、东疆差异较大,南疆、北疆水资源生态足迹、水资源承载力均大于东疆,而南、北疆万元GDP水资源生态足迹则小于东疆;(5)对2015—2025年水资源进行预测,新疆水资源一直处于生态赤字状态,而且水资源生态赤字呈逐年减小的趋势,水资源生态赤字越来越严重,今后的形势越来越严峻,在利用中提高节水意识。

新疆伊犁州农业生态效率时空差异探究——基于超效率非期望SBM模型和Malmquist指数

以新疆伊犁哈萨克自治州24个县市为研究区,运用超效率非期望SBM模型和Malmquist指数探讨2004—2017年伊犁州农业生态效率时空差异.结果表明,伊犁州农业生态效率总体在时间上呈波动平缓下降趋势;24县市农业生态效率在空间上呈现出明显的异质性,2004—2017年效率低值区向伊犁州东北和西南方向扩张,逐渐演化为高值区零星分布,低值区聚集于伊犁州中部和东北部.各县市农业生态效率水平较低,仅伊宁市、伊宁县、霍城县、新源县、昭苏县、沙湾县农业生态效率平均水平达到有效;伊犁州农业生态效率在2005—2010年、2011—2017年分别受纯技术效率和规模效率影响.伊犁州全要素生产率指数整体呈正增长;全要素生产率指数增长幅度较高的县市有和布克赛尔县、伊宁市、沙湾县、吉木乃县,增长幅度较低的县市有哈巴河县、福海县、奎屯市、尼勒克县;技术进步指数推进伊犁州全要素生产率增长,而综合技术效率指数抑制其增长,主要原因是伊犁州规模效率指数增长较低.

基于GIS的干旱区绿洲县域土地利用生态风险分析及预测

[目的]研究干旱区绿洲县域土地利用生态风险评价及预测。[方法]以新疆拜城县为例,ArcMap 10.3为技术支持,2009和2016年的遥感影像为信息源,构建了拜城县的综合性生态风险指数(ERI)并借助GIS进行空间插值,由此分析了拜城县土地利用生态风险动态演变以及不同等级的生态风险的空间分布特征。并通过马尔科夫预测模型预测拜城县2020年的土地利用结构变化,揭示土地利用结构的变化对新疆典型干旱区绿洲县域生态风险的影响。[结果]2009—2016年拜城县耕地和建设用地面积增加,林地、草地、水域和其他用地面积明显下降。通过预测所得,与2016年相比,2020年建设用地和其他用地面积明显增加,耕地、林地、草地和水域面积明显减少。2009年拜城县ERI为0.024,2016年增长为0.026,随着生态环境的持续恶化,2020年增长至0.031。[结论]在未来土地利用结构调整过程中,人们应加强保护环境的意识,在拜城县构建良好的生态用地格局,提高全县生态系统服务功能,降低人类活动对环境造成的不良影响。

基于光学和雷达多源遥感的于田绿洲土壤盐渍化时空分析

目前土壤盐渍化是全球重要的环境问题,探明于田绿洲土壤盐渍化的时空变化规律,挖掘雷达遥感探测土壤盐分的优势,对干旱区绿洲的土壤盐渍化时空变化进行监测评估。以于田绿洲为研究区,基于PALSAR-2、Sentinel-1极化合成孔径雷达数据和Landsat 8 OLI等多源数据集,筛选雷达影像的最优后向散射特征与主成分分析后的光学影像组合,最后利用随机森林方法进行图像分类,定量提取于田绿洲土壤盐渍化信息,对土壤盐渍化时空变化进行分析。结果表明:(1)在同时使用随机森林分类方法下,各年的光学影像总体精度平均为80.36%,Kappa系数平均为0.77;光学影像结合雷达影像的分类精度比光学影像分类精度高,总体精度平均为85.62%,Kappa系数平均为0.82。(2)2015—2021年于田绿洲产生土壤盐渍化的区域主要分布于研究区北部的绿洲边缘和荒漠交错带。(3)2015—2021年盐渍地面积年均变化量为-1120.55 hm^(2)·a^(-1),变化率为-10.67%。于田绿洲盐渍化程度总体呈下降趋势,盐渍化以轻中度盐渍地为主。

新疆绿洲系统自组织演化与机理

应用自组织理论为指导思想,从绿洲的系统性、整体性、复杂性角度出发,以新疆为例进行实证分析,深入研究绿洲系统的发展特征与演化机制。分析结果表明:①自组织理论在解释绿洲复杂系统的发生、发展、演化过程方面是一种非常强大而有效的理论依据;②绿洲系统的发展是由干旱环境背景下的特殊自然地理要素的自发演化所构成的自组织与由人为进行的规划与干预所构成的他组织的复合发展过程;③)绿洲系统具有开放性、非平衡性、非线性、涨落等明显的自组织特征,有着从非组织到组织、从组织程度低到组织程度高、复杂度不断增长等自组织演化过程;④)绿洲系统中自组织与他组织的相互影响机制决定着绿洲系统运行态势及其特征。新疆绿洲系统发展的特征分析充分揭示并验证了绿洲系统的自组织与他组织特征与演化过程,充实了绿洲研究的理论体系及其内容,为提高我们对绿洲发展规律的认识、科学实施他组织、有效长期的组织绿洲,为正确引导绿洲系统发展过程与方向提供了科学的理论依据。

新疆植被动态格局及其对气候的时滞效应

为明确新疆不同植被类型对水热变化响应的滞后时间,对新疆植被活动及其与气候变化的响应进行分析,研究基于1982—2015年的新疆GIMMS NDVI(normalized difference vegetation index)数据集、CRU降水与气温数据集,采用Sen+Mann-Kendall趋势分析、时滞偏相关分析、GIS空间分析和数理统计等方法,给出了34 a新疆植被格局动态变化特征,以及植被NDVI与气候响应的关系,探讨不同植被类型对气候响应的时滞效应。结果表明:1)新疆地区植被分布呈现北疆高于南疆、西部高于东部的空间格局,34 a来,研究区植被整体上呈现“变绿”趋势,在环塔里木盆地绿洲和天山山脉北段NDVI显著增加,伊犁地区呈现退化趋势;2)在月尺度时间分辨率下,新疆有72%植被区域对降水的响应存在滞后性,平均滞后时间为1.1个月,有70%的植被区域对气温的响应存在滞后性,平均滞后时长1.4个月,植被与气候要素时滞偏相关系数越高的区域,响应速度越快,总体上看,新疆地区植被对降水更为敏感;3)不同类型植被与降水和气温的响应程度不同,在新疆地区降水是草甸、灌丛和针叶林的主要促进因子,气温对阔叶林的影响最强,不同植被与降水的时滞偏相关系数均高于气温,不同植被对气温的响应时间均长于降水。总体上看,新疆地区植被与降水的相关性更高,植被对降水的响应比气温更迅速。

基于多源环境变量的渭-库绿洲土壤颗粒含量预测研究

本文以渭干河–库车河绿洲(简称渭–库绿洲)土壤颗粒为研究对象,采集了绿洲内50个典型表层(0~10 cm)土壤样本,通过相关软件,提取到遥感指数变量、地形和气候等环境变量,经过相关性分析确定环境变量和预测目标间的关系,使用R语言构建了预测土壤颗粒含量的随机森林(random forest,RF)模型和极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)模型。研究结果表明:XGBoost模型的预测结果整体好于RF模型,其中相关系数介于0.39~0.78;土壤pH、高程及衍生变量、光谱变换变量均是两个模型预测土壤颗粒含量的重要因子;将模型预测结果、实测数据和世界土壤数据库(HWSD)中的3种土壤颗粒数据作对比分析,结果表现出模型预测数据的误差小于HWSD与实测数据的误差。综上所述,通过筛选环境变量建立的XGBoost模型,是预测渭–库绿洲土壤颗粒含量的有效方法。

塔里木河下游胡杨林生态效益评价及其保护对策

胡杨是塔里木河流域唯一的成林树种,也是世界上古老而珍贵的植物。通过不同角度对塔里木河下游胡杨林的生态效益进行了研究分析,结果表明:塔里木河下游胡杨林具有防风固沙、保持水土、调节气候的作用,甚至在人类和社会的健康及可持续发展中也发挥着巨大功能。但是由于近50年来人类活动的干扰,塔里木河下游胡杨林面积日益减少,处于濒危状态,因此,应该适时生态输水、退耕还林并制定相应的政策和法规来保护下游日益萎缩的胡杨林,保持下游绿色走廊生态系统的可持续性。

塔里木河上游土地利用变化中的生态价值损益分析

利用1990和2000年2期TM影像,对塔里木河上游典型绿洲的土地利用面积变化进行了研究,在土地利用变化背景下,通过货币化生态服务功能,揭示塔里木河上游典型绿洲生态价值的变化。研究表明,1990~2000年研究区土地利用变化显著。农田、居民点、盐碱地大面积增加,草地、林地、水域、湿地都有不同程度的减少;10年间研究区生态价值为负增长,减少了1.055×109元,由于土地利用变化而造成的生态价值损失巨大,而国民生产总值增加了3.652×109元。不顾生态环境的损失,盲目追求经济的增长,最终无法实现经济与社会的最大效益。评估区域生态价值,并将其纳入区域环境与经济综合核算体系意义重大。

新疆天山北坡常见盐生植物端元尺度光谱特征及识别

通过野外定点光谱采样,从端元尺度对天山北坡四种常见的盐生植物芨芨草、苦豆子、樟味藜、骆驼刺进行了光谱特征分析和种类识别。结果表明:从CARI和SIPI两个常用的叶绿素高光谱指数来看,骆驼刺的叶绿素含量和类胡萝卜素含量均较高,苦豆子虽然生长旺盛,由于受到光谱中花的因素影响,这两个指数值较低。苦豆子株冠郁闭度较高,其NDVI值高于其他三种植物。苦豆子和樟味藜的光谱位置参数较稳定,而芨芨草和骆驼刺则既存在BEP"红移",也存在REP"蓝移",红边和蓝边变化幅度较大。生长旺季中不同植物端元光谱曲线之间差异较小,存在明显的混合光谱现象,利用遥感常用的红/近红外特征空间难以准确区分樟味藜和骆驼刺。采用逐步多元判别分析,筛选出Rn,REP,Rg,MSAVI和CARI作为判别指标构建判别方程,芨芨草和樟味藜可以100%被识别,四种植物的判别总精度达92%以上。

新疆化肥投入量与粮食增产潜力的研究

随着新疆人口不断增长，对粮食的消费也在不断增加，根据新疆1980-2004年化肥施用量和作物产量，以粮食作物为主要研究对象，从不同年份单位播种面积的粮食产量和肥料施用量变化，求出相应的单位播种面积可能达到的粮食生产潜力，并以此为基础计算出新疆单位播种面积的粮食增产潜力。并为保证新疆的粮食安全提出了相应的对策。研究表明：新疆粮食单产与单位面积施肥量之间呈现显著的相关关系，粮食单产还有一定的增产潜力，增施化肥的增产效率也较高。

新疆艾比湖流域水资源供需分析与调控对策研究

艾比湖流域严重的生态环境问题,使得流域水资源可持续利用随着经济社会的发展倍受关注.在考虑生态效应的前提下,以艾比湖流域为研究对象,分析了流域现状用水及其存在的问题,通过供需分析进一步揭示其未来面临的水资源供需矛盾和水环境压力,并就其资源环境的约束问题,提出了水资源合理利用的调控措施.结果表明:研究区面临水资源短缺和水浪费双重压力,必须进行水供需控制.通过植被调节、节约用水、科学用水、流域间调水等有效手段实现潜在水资源的最大转化,其中,外流域水资源的调入对恢复改善艾比湖流域生态环境,具有重大的现实意义.运用的理念和调控对策可供同类地区参考.

基于遥感生态指数的吐哈地区生态环境变化研究

以吐鲁番市和哈密市(简称吐哈地区)为研究对象,基于MODIS多光谱传感器2000、2006、2012年和2018年的遥感数据,采用4个表征湿度、干度、热度和绿度的指数,建立和绘制吐哈地区多个时期的遥感生态指数(Remote sensingecologyindex,RSEI),并对该地区的生态环境质量及土地利用转换情况进行了定量分析。结果表明:近20 a来,吐哈地区的绿度指数平均增加0.0244,热度指数平均降低0.0241,而湿度和干度指数整体的变化接近于0;其中,热度指数与RSEI具有负相关性。总体而言,2000—2018年吐哈地区的生态环境质量表现为略微下降的趋势;其中,吐鲁番市的鄯善县RSEI变化幅度最大,环境质量表征数据在区域下降幅度中排列首位,哈密市的巴里坤哈萨克自治县环境质量减少的幅度最小。近20 a来,吐哈地区的草地面积有明显增加,但需控制草地开垦及过度放牧,防止区域生态环境恶化。

新疆有效灌溉面积动态变化

有效灌溉面积是衡量区域粮食安全的重要指标。研究表明：新疆有效灌溉面积1999-2000年有一个大下滑，之后增幅很小，且有效灌溉面积占总耕地面积的比值有下降趋势，并处于较低水平。有效灌溉面积减少的情势不容乐观，从1998-2004年年均有效灌溉面积减少量达2.167万hm^2，其中粮食主产区面积减少占45％。新疆大部分地区粮食是自给自足，有效灌溉面积的减少势必会影响当地粮食安全，进而影响当地人民的安居乐业。图6，表1，参13。

基于因子分析的新疆土地利用经济效益分析

运用经济学理论、因子分析方法,从选定的多个指标体系中提取少量具有代表性的指标,通过这些指标对新疆维吾尔自治区15个地州(市)土地利用经济效益状况进行分析;研究了各地州(市)土地利用的现状和特点,以及这些地区土地利用模式所带来的经济效益。从而探究新疆不同地区提高土地利用经济效益的对策,在此基础上提出了新疆提高土地利用经济效益的一些可行措施,以及进一步提高工业化程度、大力发展循环经济的对策。通过研究土地利用的经济效益,为确定合理的土地利用方式、结构及布局提供基础和依据,从而实现土地资源的可持续利用。充分体现出推动区域协调发展,优化国土开发格局;缩小区域发展差距;严格保护耕地,增加农业投入,促进农业科技进步,增强农业综合生产能力。

北疆地区城市化发展与生态环境的灰色关联性分析

以2002—2011年间指标数据为基础,采用主成分分析法、层次分析法、灰色关联性分析和相关性分析等方法对北疆地区城市化与生态环境之间的关系进行分析,计算得出两系统各指标间属于较高关联或高度关联,表明北疆地区城市化与生态环境之间的关系密切.