荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一，受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据，分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明：额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降，非生长季上升的变化特征；在植物生长季内，地下水位具有白天下降，夜间上升的日周期变化特征，且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源，在分水过程中，距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大，分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小，分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失，从2013—2015年6次分水事件结束后，地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。     

黑河下游绿洲NDVI对地下水位变化的响应研究

本研究选取黑河下游核心绿洲区作为研究区域,通过对绿洲区植被变化和地下水位的长期监测,分析黑河下游绿洲植被与地下水位的关系;通过表面分析以及空间分析方法,探讨地下水位变化对绿洲植被的分布格局的影响,揭示绿洲植被变化对地下水位的响应。结果表明：额济纳地区2001年归一化植被指数(NDVI)值整体上小于1990年NDVI值,植被生长状况较1990年差;2009年河道附近绿洲区局部NDVI值增加,但大部分NDVI值仍小于1990年。相较2001年,2009年西河中上段河道附近植被有明显改善,西河下段植被仍呈现退化趋势,这主要与东西河分水措施有直接关系;东河上段河道附近绿洲呈现明显好转,东河中段变化不大,而东河下段植被面积略微增加,东居延海周围植被明显好于2001年。通过比较1990年、2001年和2009年地下水位与NDVI值的关系发现,地下水较为适宜的水位仍保持在2~4 m之间,地下水位下降与植被退化或者植被盖度降低有直接关系。     

黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量

黑河流域中生态最为脆弱、植被退化最为严重而对全流域生态治理目标的实现极为关键的地区在下游额济纳绿洲。黑河分水方案主要控制年总量,由来水过程确定分水时机,采用“全线闭口、集中下泄” 的分水方式,这容易导致分水与下游绿洲需水的时间错位。要实现黑河分水对下游天然绿洲的作用和意义,不仅要充分保证分水量,更要选择适宜的分水时间,如果分水错过了下游绿洲生态需水的关键期,将会直接影响绿洲植被的正常生长。要维持黑河下游额济纳绿洲健康、稳定和持续发展,确定生态需水的关键期是首当其冲的问题。本文通过对黑河下游额济纳绿洲地下水位时空动态变化过程、天然植被耗水过程和绿洲生态过程及水文过程的关系研究,确定了黑河下游额济纳绿洲生态需水的关键期。建议在生态关键期保障输送必需的水量,合理调节水库出水量与河道径流量,保障4月和8月关键期的需水量,其中4月至少要保证0.80亿m3的输水量,8月至少要保证1.08亿m3的输水量,确保下游绿洲植被的生理需水,同时考虑到前期缺水和随后的月份水量消耗,尽可能增加关键月的配水量。     

基于LiDAR数据的额济纳绿洲胡杨(Populus euphratica)河岸林植被覆盖分类与植被结构参数提取

黑河下游额济纳旗气候极端干旱,生态环境十分脆弱,该区域胡杨(Populus euphratica)河岸林植被覆盖分类与植被结构参数提取是生态环境评价、植被变化分析、区域生态水文过程研究的基础。利用机载LiDAR数据,综合多种处理方法,进行植被覆盖分类与植被结构参数提取,分析了胡杨河岸林的分布和生长状况。结果表明,植被覆盖分类总体精度和Kappa系数分别为95.86%和0.91,整体分类精度高,能够有效区分额济纳绿洲中胡杨、柽柳、建筑物等,对胡杨树高、冠幅、胸径和叶面积指数等植被结构参数提取精度总体较高,能够为多尺度生态耗水研究等提供有效参数。     

1987-2008年额济纳绿洲土地覆被变化及其驱动机制

采用1987、1999年和2008年3期TM卫星数据, 对额济纳绿洲2000年黑河分水前后土地覆被变化进行了研究, 并分析了额济纳绿洲土地覆被变化的驱动因素。结果表明:(1)从不同覆盖等级的面积变化来看, 额济纳绿洲的主体是中植被覆盖区。1987-1999年额济纳绿洲的植被呈退化趋势。2000年黑河分水后至2008年, 额济纳绿洲植被退化的趋势已得到缓解。(2)从不同土地利用类型的面积变化来看, 额济纳绿洲的主体是戈壁。1987-1999年额济纳绿洲植被退化, 荒漠化趋势明显。2000年黑河分水后至2008年, 植被有所恢复, 退化趋势得到了遏制。(3)影响土地覆被变化的主要有3类因素。第一主成分与人为因素密切相关, 说明过去的十几年额济纳绿洲的土地覆被变化主要受到人类活动影响。第二主成分与地表径流量、年降水量、年均风速有较大的相关, 第三主成分与地下水埋深有较大的正相关, 表明气候因素对额济纳绿洲的土地覆被变化也有一定程度的影响。根据以上结果, 提出应对策略:(1)保证来自中上游的地表径流供给;(2)合理利用地下水资源;(3)增加技术支持, 实现宏观调控。     

黑河流域水资源开发对额济纳绿洲的影响及对策

位于黑河下游的额济纳绿洲, 是我国北方的一道天然屏障, 更是黑河中上游的重要绿色生态屏障。近年来黑河流域水资源的开发已严重影响到额济纳绿洲的可持续发展, 生态环境急剧恶化, 经济增长缓慢, 社会发展停滞不前。作者通过分析黑河流域水资源利用现状及对额济纳绿洲生态环境、社会、经济发展的影响, 提出合理分配水资源, 严禁开荒, 退耕还林(草), 调整产业结构, 开展节水农业等可持续发展对策。     

河道断流对胡杨(Populus euphratica)径向生长量的影响

以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)为研究对象,基于树木年轮学的方法,借助小波分析法与Mann-Kendall、Mann-Whitney检验方法,将不断流条件下的树木年轮径向生长量作为对照,分析了塔里木河下游河道长期断流条件下胡杨径向生长量的变化特征,并进行了趋势检验及突变检验.结果表明:(1)塔里木河下游生态输水使树木年轮生长发生了良性转变;(2)1972年塔里木河下游断流以来,1970-1999年期间,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面的胡杨径向生长量的变化呈缓慢变化的趋势,整个变化是长期的、缓慢的过程,而不是迅速的、突变性的;(3)生态输水对树木年轮生长的影响是人为作用下的短期的突变过程;(4)与长期断流相比,在不断流条件下,从1970年到2009年,胡杨径向生长量呈有规律的升降交替的变化趋势;在长时期序列(1962-2008年)下,胡杨径向生长量以25年周期变化,大周期(25年)内又包含着小周期(11年与5年).     

不同胸径胡杨径向生长的合理生态水位研究

借助树木年轮水文学的方法,分析不同胸径胡杨在不同地下水埋深条件下其径向生长量的变化特点和规律。研究结果表明:随着地下水埋深的增加,不同胸径胡杨径向生长量均呈现明显降低趋势,其对地下水埋深变化响应的灵敏度降低幅度呈现先增加,后减少的趋势。3个胸径等级的胡杨径向生长灵敏度最大值对应的地下水埋深为分别是3.3、7.4、7.9m。说明,不同生长阶段的胡杨径向生长量变化对地下水埋深变化响应的敏感性存在差异。可以认为这3个地下水埋深是不同胸径等级胡杨径向生长水分胁迫的合理生态水位。     

胡杨(Populus euphratica)与柽柳(Tamarix ramosissima)径向生长特征对比

基于对额济纳旗胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)生长季树干的径向生长变化监测,以及气温、空气相对湿度和地下水位等环境因子的同步监测,利用突变检验和相关分析方法,对两树种日-季节尺度径向生长时间节点、阶段等特征及其环境因子响应模式进行了对比研究。结果显示:在两树种径向生长变化特征方面,日尺度上,胡杨每日径向生长最大值点出现和结束时间均比柽柳早3h左右;季节尺度上,胡杨进入快速生长阶段的时间迟于柽柳,并且比柽柳结束要早,持续时间短于柽柳。在环境响应机制方面,胡杨日收缩极值(eMDV)、日膨胀极值(iMDV)和日净生长量(ΔR)阶段变化平均值为柽柳的3倍以上,变化幅度也相对较大;两树种上述径向生长参数与气温和地下水埋深等因子日-季节尺度的响应模式基本一致,快速生长期的地下水位变化影响更为显著,尤其对于柽柳。研究结果对于荒漠河岸林可持续发展及内陆河流域水资源管理具有重要意义。     

塔里木河下游胡杨径向生长量对生态输水的响应

 以塔里木河下游的胡杨径向生长量为研究对象,借鉴树木年轮水文学的方法,采用单因素方差分析方法,从数理统计学的角度分析了胡杨径向生长量对生态输水的响应过程。结果表明: ①距离河道300 m范围内,生态输水前后及输水期间各年份之间,胡杨的径向生长量在0.001的水平上差异极显著,胡杨对生态输水的响应非常积极; ②距离河道300 m范围外,胡杨的径向生长量在0.05的水平上差异不显著,胡杨对生态输水的响应不积极; ③线性的生态输水只是缓解了河道附近植被的衰退,改善了局部生态环境,却无法从根本上缓解整个塔里木河下游生态环境的恶化,塔里木河下游的生态环境呈现出局部改善、整体恶化的趋势。     

树木年轮对塔里木河生态环境变迁的印证

树木年轮是全球变化研究中获取过去气候环境演变数据的重要载体,具有定年准确、连续性好、分辨率及重建精度高等优势。通过单调趋势检验塔里木河上中游径流量与胡杨年轮的趋势变化情况,将树木年轮与历史文献记载相结合,分析塔里木河下游树木年轮对水分供给的响应情况,印证胡杨年轮对河道改道事件响应的准确性。结果表明：（1）1957—2010年,塔里木河上中游胡杨径向生长量在时间序列上逐渐下降,与径流有着相同的变化趋势,且下降趋势显著;（2）下游年轮标本显示1913-2000年胡杨径向生长量整体下降,1973-2001年更加明显而达到近100年最低水平,拉依河的形成、改道、重归故道等与历史文献记载相同;（3）生态输水工程的开展改善了下游生态环境,这从下游胡杨年轮上得到了验证,但近15年的生态输水远未使下游胡杨年轮生长量达到1920年以前的水平,说明目前的生态输水对荒漠河岸林的恢复能力也是有限的;（4）在胡杨年轮对水资源的响应分析中,小波分析方法与历史文献记载得出了相同的结论。     

额济纳绿洲生长季参考作物蒸散发敏感性分析

敏感性分析是预测气象变量扰动引起的参考作物蒸散发变化的重要途径。以额济纳绿洲为研究区,运用FAO56 Penman-Monteith模型计算了额济纳绿洲1988—2007年生长季参考作物的日平均蒸散发,并计算其对气温、风速、太阳辐射和相对湿度的敏感系数。结果表明,额济纳绿洲生长季参考作物日平均蒸散发的敏感性系数波动较大;其中,参考作物蒸散发对太阳辐射最为敏感,其次是气温,最后是风速和相对湿度。利用敏感性系数能较好的预测参考作物蒸散发对太阳辐射、气温、风速和相对湿度扰动产生的响应。     

黑河下游额济纳绿洲现代荒漠化过程及其驱动机制

额济纳绿洲是发育在黑河下游内陆河三角洲上著名的天然绿洲。20世纪50年代以来,额济纳绿洲现代荒漠化过程加剧,绿洲萎缩,生态恶化。绿洲现代荒漠化过程是由水环境恶化过程、土壤干燥化过程、植被退化与生物多样性衰减过程、土地沙漠化过程和土壤盐碱化过程构成的地表动力学过程。导致额济纳绿洲荒漠化的驱动力是区域气候暖干化、强盛的风蚀侵蚀力、上中游过度开发水土资源的人为活动和额济纳绿洲内的“三滥”活动等。荒漠化驱动力的第一主成分与第二主成分的贡献率分别为59．276％和28．083％,反映出绿洲荒漠化驱动因子的多面性和综合性,绿洲内外过度的人为活动是其主导驱动因素。内在、外在驱动力在时间与空间上的耦合性是绿洲荒漠化的区域机制,驱动力因子团的互动-激发作用形成荒漠化的动力机制,驱动力与荒漠化土地间的响应形成正反馈机制,三种作用机制组合成绿洲现代荒漠化过程的复杂的驱动机制。     

一个新的荒漠河岸林需水量估算方法及其在塔里木河下游的应用

通过检验一个使用气象数据和植被参数实现逐日计算不同植物种需水量,并能反映其空间变化的荒漠河岸林需水量估算模型,并基于2013年的气象和遥感数据,分析了塔里木河下游荒漠河岸林需水量的时空动态特征。结果表明:在现有植被分布和盖度下,塔里木河下游河岸林年总需水量为1.035×10~8m~3,其中柽柳群落需水4.499×10~7m~3,胡杨群落需水5.855×10~7m~3;单位面积河岸林平均需水量为139.6 mm,胡杨群落需水量比柽柳群落多63.0 mm;河岸林展叶期和落叶期需水量较少,而生长盛期每天大约需水75×10~4m~3。模型强调植被空间分布对需水量的影响,能够动态描述需水量的时空变化,为内陆河水资源管理提供更丰富的信息和准确的结果。     

荒漠河岸林胡杨养分状况研究

对荒漠河岸林胡杨叶片有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)和全钾(K)等化学组分在生长季不同月份和不同微生境间的变化以及它们彼此间的相关性进行了研究。结果表明,胡杨叶片C,N,P和K的变化范围分别为39.08%～46.16%,0.28%～2.81%,0.05%～0.18%和0.35%～2.03%,平均值依次为43.51%,1.49%,0.102%和1.17%。叶片C/N,C/P和N/P的变化范围分别为16.26～146.61,258.08～908.67和2.89～26.67,平均值依次是37.24,466.27和15.14。叶片平均N含量显著低于全国落叶树平均N含量,P含量与全国落叶树的平均P含量较为接近。胡杨叶片C/N明显高于全球陆生植物的C/N比值;N/P比值说明胡杨生长受到氮和磷元素的共同限制。在生长季,胡杨叶片C、N、P和K含量总体表现为下降趋势,最高值出现在5月,最低值出现在9月;微生境间,C,N,K含量和N/P比值从河岸低地,河岸平地,河岸沙堆,戈壁到沙丘间逐渐升高;C/N趋势恰好相反,P含量没有太明显的变化。叶片C含量与N、K含量均呈极显著正相关,与P含量呈弱正相关,N-K和P-K均呈显著正相关。     

塔里木河上游胡杨群落及种群特征分析

基于样地调查方法对塔里木河上游阿拉尔、新其满、英巴扎断面河岸胡杨群落特征及胡杨种群结构与侧枝生长量进行了研究和分析。结果表明:①塔里木河上游河岸胡杨群落物种组成较简单,共有16种植物,分属10科16属,其中乔木1种、灌木和草本分别为6种和9种。3个断面发现的物种种数分别为6种、8种和12种,共有种为胡杨(Populus euphratica)、多枝柽柳(Tamarix ramosissma)和铃铛刺(Halimodendron halodendron)。②各断面胡杨群落物种多样性指数较低,物种丰富度指数、Simpson指数和Shannon-Winner指数大小顺序为英巴扎,新其满,阿拉尔。③胡杨种群主要以幼龄个体为主,种群树高、胸径为底宽上窄增长型结构。④1998—2002年各断面胡杨枝轮生长量波动较大,2003—2007年生长量呈下降趋势。     

额济纳胡杨种群年龄结构与树干空心分布特征

在黑河下游额济纳胡杨林自然保护区内的核心区与缓冲区分别设置了3个50 m×50 m的样地,对样地内每株胡杨进行调查获取野外数据,分析了核心区与缓冲区胡杨的种群结构、树干空心出现概率、发生规律及其与种群年龄结构的内在联系.结果表明:缓冲区胡杨径级主要集中于5 ～15级,以成熟和过熟林为主,种群处于衰退状态;核心区胡杨径级...     

边疆生态旅游地游客空间感知与地方想象研究——以内蒙古额济纳绿洲为例

旅游地感知是旅游地理学重要的研究领域之一,“一带一路”倡议背景下,游客空间感知与地方想象研究对推动边疆生态旅游地品牌化建设,促进边疆“去边缘化”和旅游发展具有重要的理论和现实意义。以额济纳绿洲为例,综合集成内容分析法、社会网络分析法、文本分析法与社会访谈法,探讨了边疆生态旅游地游客空间感知意象特征与地方想象建构过程。结果表明：（1） 绿洲景观生态与自然风貌是生态旅游地空间感知中最主要的部分,其中,胡杨林在游客空间感知意象网络中居于核心位置,胡杨符号成为游客审美和消费偏好。（2） K-核分析发现,胡杨要素贯穿所有凝聚子群层次变化过程,胡杨景观及其延伸的社会文化意义是游客重点关注的内容。随着K-核级数增加,游客由着重关注绿洲胡杨森林景观向绿洲森林、地貌、水体等综合自然景观过渡,绿洲人文景观除黑城遗址和策克口岸外,其他较少受到游客青睐。（3） 基于边疆独特的景观符号、典型的地域符号和层累的文化符号,借助真实空间的具身体验和想象空间的文化建构,游客对额济纳绿洲展开丰富的生命想象、边塞想象与秘境想象,塑造出绿洲鲜明的地方意象。     

额济纳绿洲地表辐射和热量特征研究

通过利用2003年9月5日～9月29日黑河下游额济纳地区的微气象观测资料,分析了额济纳绿洲在晴天、阴天和降水天气条件下的地表辐射、热量平衡和土壤温度等微气象特征。结果表明：在不同天气条件下近地层微气象特征变化有很大差别,晴天时地表微气象特征日变化规律明显,阴天和降水天时变化规律不明显。观测期间平均气象特征与晴天较接近,平均总辐射、净辐射和感热通量与晴天比值基本大于0．8。晴天的日变化特征基本上代表了绿洲区的气候特征,阴天和降水天时的变化表示了在晴天基础上的扰动大小。晴天时地面热量交换以感热通量为主,日间绿洲内平均Bowen比为1．5左右；阴天地面热量交换以潜热通量为主,平均Bowen比在0．5左右。     

塔里木河流域荒漠河岸林胡杨群落的空间格局研究

 以塔里木河流域荒漠河岸林胡杨群落为研究对象,研究优势种胡杨与灰胡杨种群径级结构、空间分布格局与空间关联性。结果表明,胡杨和灰胡杨种群径级结构均呈倒金字塔型,属衰退型种群。胡杨种群在1～25 m尺度内呈聚集分布,灰胡杨种群在2～23 m尺度内呈聚集分布,胡杨种群聚集强度大于灰胡杨。随种群生长发育,胡杨和灰胡杨聚集尺度范围及聚集规模逐渐减弱,大树趋于随机分布。灰胡杨不同生长阶段在0～25 m空间尺度上相互独立,胡杨小树与中树在5～10 m空间尺度上相互依存。胡杨中树与灰胡杨中树在大尺度空间(＞23 m)上相互排斥; 胡杨与灰胡杨种群在小尺度空间(2～3 m)上相互依存,中尺度空间上相互独立。