1982-2006年新疆山地-绿洲-荒漠系统植被覆盖变化时空特征

植被覆盖变化在新疆山地-绿洲-荒漠系统(MODS)共存、平衡演变机制中扮演着重要角色。基于1982-2006年GIMMS/NDVI数据,提取新疆地区年最大植被覆盖指数(fvc),针对新疆MODS的基本格局,通过先地理分区再因海拔而异讨论,划分出山地、绿洲、荒漠子系统,对比分析不同分区不同子系统下fvc变化趋势、变率、变幅、变异性等时空动态特征。结果表明:新疆植被覆盖总体呈显著上升趋势,可分为1982-1995年的剧烈波动期和1996-2006年的相对平稳期,不同分区和子系统差异显著;在变幅和变异性上,东、南疆地区>北疆、伊犁地区,荒漠>山地>绿洲,植被覆盖度低的地区>植被覆盖度高的地区;显著改善的地区位于绿洲内部、绿洲的周边地区及部分山地,显著退化的地区大多位于东、南疆的荒漠区;不同植被覆盖度下植被覆盖变化具有不同特征,植被覆盖度低的地区,植被退化趋势明显,植被覆盖度高的地区,植被改善趋势明显。     

中国沙区周边山地降水资源及其对绿洲的贡献

我国从东北到西北长约4500km的大部分沙区为山地所环绕,山地阻挡了水汽的输入,大部分降水在山地迎风坡降落,而沙漠中年降水量只有200～300mm,西北沙漠中心地带年降水量只有几十毫米甚至十几毫米。但山地截留的降水又源源不断地输入沙漠而形成片片绿洲。山地成为绿洲主要的水源供给地。水是绿洲的命脉,无水即无农业,而山地可称得上是绿洲的“命根”了。从山地到绿洲之间有一个植被稀少的荒漠地带,成为山地到绿洲之间的缓冲带。从宏观、整体、综合的角度,将山地、沙漠(戈壁)、绿洲看成一个庞大的生态系统,它们是相互依存、相互关联、又相互制约的。必须从宏观的角度,处理好它们之间的关系,才能使这个庞大的生态系统趋向稳定和巩固,走向良性循环,使绿洲农业得以持续发展。     

基于遥感的石河子绿洲冷岛效应时空变化特征及其影响因子分析

论文基于1989、2000和2013年Landsat TM/ETM+和Land 8 TIRS 遥感数据、植被指数（NDVI）、土地利用/土地覆被变化（LUCC）及年均气温等资料分析了石河子绿洲冷岛效应时空变化特征及其影响因子。结果表明：近25 a来,石河子绿洲冷岛效应总体呈先增强后减弱趋势,且市区南部和中东部存在两个高温中心,城市南北向扩展快于东西向。NDVI和地表温度（T_S）负相关性显著（R=-0.912）,且极高温区和高温区植被指数低,反之亦然。1989—2000年极低温区和低温区所占范围扩大,增幅为1.1倍,主要是水域面积增加显著,并由林地、草地、耕地转入,绿洲冷岛效应增强;2000—2013年耕地与草地面积均减小,而极高温区和高温区面积比例从19.64%增加到26.75%,增幅达36.20%,主要是建设用地扩大,致使绿洲冷岛效应减弱,表明T_S与NDVI和LUCC关系密切。此外,城市化指数和气温也是影响绿洲冷岛效应的因子。石河子绿洲气温上升与全球变暖相一致,在未来城市发展中,充分发挥绿洲冷岛效应就显得尤为重要。     

绿洲-荒漠交错带土地利用/覆盖时空变化研究

选择新疆于田县为研究区,从导致区域生态环境问题的主要驱动因素--土地利用/覆盖变化(LUCC)为出发点,以遥感技术为依托,对3个时相的陆地卫星数据及相关统计资料进行了处理,利用得到的土地覆盖差值图像,定量分析评价了该区域1979-2001年的时空变化趋势及其主要驱动机制.结果表明:造成绿洲-荒漠交错带生态环境变化的原因主要是绿洲人口数量的剧增以及过渡樵采等,不合理的水土资源利用导致绿洲荒漠化和交错带地下水位下降.绿洲-荒漠交错带普遍存在植被覆盖度大面积下降现象,原先连续的过渡带已有转化成生态裂谷的趋势,绿洲的屏障作用进一步降低.在绿洲外围风沙前沿地带,地表裸露、松散,在起沙风的作用下,流沙侵入农田,进一步恶化了本已很贫瘠而又脆弱的农业生态环境.因此,现阶段绿洲外围生态环境较为恶劣,整体处于不稳定状况.      

柴达木盆地植被生长时空变化特征及其对气候要素的响应

以2001-2010 年MODIS NDVI 植被数据为基础,并结合该区同期气温和降水量数据,采用线性趋势分析、偏相关分析、Hurst 指数等数理分析方法,研究了近10 a 来柴达木盆地植被时空变化特征、影响因素及未来可能的变化趋势。结果表明：①2001-2010 年柴达木盆地植被生长季NDVI平均值（NDVI）呈显著增加趋势,线性增长率为0.041/10 a。柴达木盆地主要植被类型灌丛、草原、荒漠NDVI 的线性增长率分别为0.043/10 a、0.034/10 a、0.028/10 a;②柴达木盆地植被变化具有阶段性特征,整体呈“S”型增长,具有两次明显的植被快速增长期;③柴达木盆地植被改善面积占研究区总面积的12.43%,并主要分布在布尔汉布达山、祁漫塔格山、鄂拉山、柴达木山、宗务隆山的高山区,冬给措纳湖周边和绿洲核心区。植被退化面积仅占研究区总面积的0.35%,并主要分布在绿洲边缘区,特别是柴达木河绿洲和那陵格勒河绿洲的中下游地区;④植被NDVI 与1-5 月平均气温以及5-8 月可利用降水量呈显著正相关关系,植被生长与温度呈显著正相关的区域主要分布在绿洲核心区及高山区,占植被区面积的8.36%,植被生长与可利用降水量呈显著正相关的区域主要分布在低山区及山地河谷地带,占植被区面积的30.95%;⑤植被生长季延长和生长加速是柴达木盆地植被NDVI 增加的主要原因,气候的暖湿化是促使柴达木盆地植被改善的主要驱动力;⑥柴达木盆地植被改善具有强持续性,未来大部分区域植被将持续改善。     

南京市集雨型绿地冷岛效应影响因素研究

该文通过土地利用类型提取和地表温度反演,以集雨型公园归一化指数和内部景观特征为因素,以27个集雨型公园为研究对象,对集雨型公园的冷岛效应影响因素进行分析。结果表明：(1)进行海绵改造或建设集雨型公园对热岛效应的缓解具有积极的正向作用。(2)归一化指数对集雨型公园的冷岛效应的强度和扩散距离有影响,改进归一化水体指数(MNDWI)表现在冷岛效应强度以及扩散距离上;归一化植被指数(NDVI)则表现在冷岛效应强度上,而归一化建筑指数则对扩散距离,具有较强的负向作用。并且,MNDWI相较于NDVI,具有更强的冷却效果。(3)在内部组分上,随着绿地面积的增加,冷岛效应的强度先急剧增加,后趋于平缓,最终稳定。海绵体面积每增加1 hm²,冷岛效应强度增加0.16℃。当海绵体面积占比<30%时,冷岛效应强度急剧增加,而在30%～50%时,则趋于平缓,当占比>50%的时候,则不再具备明显的正向作用,而是维持现状冷岛效应强度。     

荒漠绿洲土壤抗生素抗性基因分布特征及驱动机制

荒漠绿洲农田生态系统是干旱区环境下人类活动显著的复合生态系统.土壤微生物抗生素抗性与人类健康和生态平衡关系密切.研究荒漠绿洲环境不同土地利用类型模式下土壤抗生素抗性基因的多样性、分布特征和影响因素,对于评估干旱区土壤环境健康风险,促进绿洲农业生态的发展具有重要意义.采用高通量测序和高通量定量PCR技术对荒漠绿洲土壤微生物的群落结构和抗生素抗性基因多样性开展了研究,旨在探究干旱区土壤抗性基因的分布特征及其驱动机制.结果表明,从沙漠边缘到绿洲,荒漠沙生植物土壤、棉花地土壤、玉米地土壤、芦苇地土壤和湖泊沉积物中抗生素抗性的种类和丰度显著增加,与土地利用变化关系密切,农田土壤是抗性基因的重要存储库;荒漠绿洲土壤微生物群落与抗生素抗性基因显著相关,硫杆菌属(Thiobacillus)、沙漠细菌属(Pontibacter)、诺卡氏菌属(Nocardioides)、耐盐微杆菌属(Salinimicrobium)、土壤红杆菌属(Solirubrobacter)和链霉菌属(Streptomyces)等是各类抗性基因重要的潜在携带者;干旱区土壤中重(类)金属元素和可移动基因元件,与微生物群落共同塑造了抗生...     

基于多项植被指数的景观生态类型遥感解译与分类——以额济纳天然绿洲景观为例

基于研究区2001年Landsat7ETM+遥感影像数据,运用遥感与GIS技术手段,在对遥感影像的边界裁定、几何校正、辐射校正等预处理的基础之上,根据绿洲景观生态类型分类体系,通过综合应用非监督分类、植被指数与波段比值指数聚类、监督分类以及类型叠加与图像整合等方法,进行绿洲景观生态类型的遥感解译与分类,生成研究区2001年的景观生态类型图。为尽可能利用到遥感影像的所有原始数据信息,论文选取5种植被指数(NDV I、DV I、RV I、IPV I、SA VI)和9种波段比值指数(Index1I-ndex9)参与到遥感影像的解译与分类当中,结果表明:NDV I、DV I、IPV I、SAV I、R VI、Index5、Index6具有较大的相似性,能够明显地将具有植被信息的类别分离出来,利于划分具有植被信息的景观类型;Index1-Index4具有较好的类别空间分离性,利于不同类别间的聚类与区分;而Index7-Index9的类别分离性则较差,不利于类别聚类与划分。因此,在实际的应用中,选取多项植被指数参与景观分类,不仅能够发现新的信息,而且也会明显提高景观生态类型、尤其是干旱区绿洲景观生态类型的遥感解译与分类能力。     

黑河中游边缘荒漠-绿洲非饱和带土壤质地对土壤氮积累与地下水氮污染的影响

在灌溉农田生态系统,土壤剖面中硝态氮(NO-3-N)的积累、分布、运移及地下水氮污染不仅受灌溉、施肥的影响,也与土壤质地有密切联系.本研究在黑河流域中游临泽平川绿洲设置了黑河河漫滩-老绿洲农田-新垦绿洲农田-绿洲外围固沙带一个监测断面10个观测井,对地下水NO-3-N含量进行连续监测,并对不同景观单元非饱和带土壤质地和NO-3-N含量进行了分析,对不同质地土壤NO-3-N在剖面的运移变化和氮淋溶损失进行监测.结果表明老绿洲农田,0~300 cm土层土壤质地的垂向分布为上层砂壤土,下层为壤土和黏壤土;而新垦沙地农田在土壤剖面中也有洪积黏土层出现,但0~300 cm不同土层砂粒含量均在80%以上;绿洲外围固沙带土壤在160 cm以下出现黏土层分布;土壤NO-3-N含量与黏粉粒含量呈显著相关,显著程度固沙带>新垦绿洲农田>老绿洲农田.土壤黏粉粒含量显著影响氮的淋溶.老绿洲农田区域,地下水NO-3-N含量变动在1.01~5.17 mg·L-1,平均2.65 mg·L-1;新垦沙地农田区域地下水NO-3-N含量变动在6.6~29.5 mg·L-1,平均20.8mg·L-1,2013年5~10月平均含量为26.5 mg·L-1,较2012年同期平均值上升了9.5 mg·L-1;绿洲外围固沙带地下水NO-3-N含量呈明显的增加趋势.地下水浅埋区非饱和带土壤质地是土壤NO-3-N淋溶损失和地下水NO-3-N污染的关键控制因子.边缘绿洲新垦沙地农田是地下水氮污染的脆弱带和高风险区域,实施有效降低地下水氮污染的种植模式及施肥和灌溉管理是区域生态农业需考虑的问题.     

干旱区绿洲新疆石河子垦区地下水生态系统安全评价

为评价干旱区绿洲新疆石河子垦区的地下水生态系统安全状况,基于自然、生态、环境、社会和经济5个属性构建了地下水生态安全评价指标体系,运用主成分分析法和灰色关联分析方法筛选16个指标作为干旱区绿洲地下水生态安全评价指标,制定了适合于干旱区绿洲的地下水生态安全等级与评价标准,基于层次分析法和熵值法进行了指标权重分配,确定了各项评价指标在不同安全等级的隶属函数,应用模糊综合评判法对研究区内5个灌区的地下水生态安全状况进行评价.结果表明:①石河子灌区、金安灌区和玛纳斯灌区对基本安全级别的隶属度最高,分别为32.2%、35.4%和27.5%,3个灌区的地下水生态系统处于基本安全状态,区域面积占垦区总面积的51.8%;②莫索湾灌区地下水生态系统处于危机状态,相应的隶属度为27.2%,区域面积占垦区总面积的16.8%;③下野地灌区地下水生态系统处于不安全状态,相应的隶属度为28.8%,区域面积占垦区总面积的31.4%.研究显示,评价结果与实际情况基本相符,综合反映了该区域人类活动与地下水、生态系统的相互关系,证明了模糊综合评判法在干旱区绿洲地下水生态系统安全评价中具有一定的应用价值.      

黑河流域地域系统的下游绿洲带资源-环境安全

额济纳绿洲是我国西北干旱区中心的一道生态防线。20世纪后半叶绿洲生态系统严重受损,景观结构急剧恶化,黑河的供水量逐年下降,由50年代的12.25×108m3下降到90年代的7.24×108m3。地下水位也相应降低,土地盐化也在加剧。各种禾草草甸严重退化,并多已演替成为苦豆子群落。为了维护我国西北的这一生态屏障,论文认为必须坚持以恢复与保护自然绿洲为主,恢复胡杨林、沙枣林、红柳灌丛与梭梭林的覆盖率;建立人工草地,改善土地覆盖,建设自然-人工复合绿洲。在绿洲建设与保育工程中必须保证供水,保持地下水位的临界高度,调控水盐动态,发挥生物-景观多样性的系统耦合效应,实现绿洲生态系统健康与资源-环境安全。     

石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异

为了了解干旱内陆河流域降水稳定同位素变化过程及其影响因素,基于石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区8个站点2013年7月至2014年7月,497个降水样品氢氧稳定同位素数据及相应气象数据,研究了石羊河流域降水稳定同位素的时空变化、环境效应以及降水水汽来源.结果显示：石羊河流域局地大气水线斜率和截距表现出夏低冬高的变化趋势;降水稳定同位素表现出夏高冬低的变化趋势,从荒漠区、绿洲区到山区,稳定同位素值随海拔升高而降低,海拔效应为-0.22‰/100m,这是温度效应的另一种体现;流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,温度效应为0.43‰/℃,在天气尺度下受季风水汽和降水淋洗过程的影响表现出降水量效应;流域降水来源主要受西风水汽控制,夏季也会会受到季风水汽影响,冬季也受到极地气团影响.     

石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异

为了了解干旱内陆河流域降水稳定同位素变化过程及其影响因素,基于石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区8个站点2013年7月至2014年7月,497个降水样品氢氧稳定同位素数据及相应气象数据,研究了石羊河流域降水稳定同位素的时空变化、环境效应以及降水水汽来源.结果显示：石羊河流域局地大气水线斜率和截距表现出夏低冬高的变化趋势;降水稳定同位素表现出夏高冬低的变化趋势,从荒漠区、绿洲区到山区,稳定同位素值随海拔升高而降低,海拔效应为-0.22‰/100m,这是温度效应的另一种体现;流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,温度效应为0.43‰/℃,在天气尺度下受季风水汽和降水淋洗过程的影响表现出降水量效应;流域降水来源主要受西风水汽控制,夏季也会会受到季风水汽影响,冬季也受到极地气团影响.     

生物炭在新疆棉田的应用效果研究

农业是新疆经济和社会的基础,维系着全疆广大农牧民的生计,也关系到民族团结、边疆稳定和各族人民生活水平。寻求新技术提高绿洲农业生产力是新时期新疆经济和社会发展的要求。我们将小麦秸秆生物炭应用于喀什绿洲的灌淤土,研究了其对土壤pH和土壤水分的影响以及对棉花生长和产量的促进作用。结果显示,10%生物炭施用量可以倍增田间持水量,并提高土壤pH值0.36。但后一作用会随土壤灌溉和淋滤作用的增加而降低;在混合施用方式下,生物炭显著提高棉花产量,5%的施用量提高皮棉产量26%。这种增产效果产生的原因是生物炭的施用增加了土壤的营养成分和供水能力,从而增强了植株的株高、果枝数和单株铃数等。但条施方式对棉花的增产效果不显著,其施用过程会伤及作物根系和/或纯生物炭的高碱性影响植株的生理作用,从而造成棉株的枯萎、迟滞作物的生长。上述结果表明生物炭技术是提高绿洲农业生产力很有潜力的一条途径,但施用方式是一个很重要的影响因素。本研究结果不仅可以直接指导新疆绿洲的棉花生产,还可以为我国北方广大干旱区农业生产和管理提供借鉴。     

绿洲浅层地下水位与水质变化对人为驱动LUCC的响应——以三工河流域为例

以新疆三工河流域绿洲为例,应用遥感、地理信息系统、空间插值和统计分析的方法,初步分析干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对绿洲浅层地下水位水质变化的影响。研究数据包括1978、1987和1998年三期遥感数据和近25年8口常年观测井水位数据及1987和1998年两期20口观测井水质数据。结果表明,绿洲随着城市、工矿用地为主的非农业用地和以耕地为主的农业用地的持续增加,浅层地下水水位与水质发生了显著性的时空变化。冲洪积扇绿洲主要城镇聚居区地下水位以年均45cm的速率下降,冲积平原下部绿洲地下水位以年均7cm的速率呈现缓慢的上升趋势;绿洲地下水水质趋于恶化,矿化度总体呈现上升的态势,且冲积平原绿洲地下水矿化度上升的幅度普遍大于冲洪积扇绿洲,这与地形、水文地质条件、土地资源开发、灌排强度、地表蒸发、化学肥料和农药的使用密切相关。     

渭干河-库车河三角洲绿洲土壤盐渍化现状特征及其与光谱的关系

利用遥感、土壤光谱及土壤盐分数据相结合的方法进行土壤盐渍化监测,选择2组不同特征的变量,对渭干河-库车河三角洲绿洲土壤盐渍化的现状特征进行了探讨,并计算了14个盐分因子与光谱波段(405 nm,410 nm,…,890 nm)的Pearson相关系数.结果发现,除少数光谱波段外,盐分因子与光谱波段之间的相关性并不显著. 在此基础上,利用后向多元线性回归分析,建立了部分盐分因子的预测模型,并对pH模型的精度进行了验证. 最后在野外考察,GPS定点和土壤采样分析的基础上,给出了土壤盐渍化程度及其分布范围.      

西北地区戈壁和绿洲风蚀起沙(尘)的研究

利用敦煌地区戈壁和绿洲的观测资料,分析了两种地表下春季的风蚀起沙(尘)情况.研究表明,在自然状态下,由于地表土壤的粒子尺度分布特征、植被覆盖度及地表土壤水分含量等下垫面特征不同,绿洲地表风蚀起沙的临界摩擦速度要大于戈壁地表,其垂直尘粒通量(风蚀起沙率)比戈壁地表小将近一个数量级;但考虑人为的翻耕作用时,绿洲地表风蚀起沙的临界摩擦速度可能会减小一半以上,其垂直尘粒通量也将增加大约一个数量级,甚至比戈壁地表还要大.     

生态完整性评价的理论和实践

阐述了生态完整性的概念、内涵和评价方法。生态完整性即生态系统结构和功能的完整性,生态完整性评价可从评价区生态系统的生产力和稳定性两个角度进行。然后以原料林基地建设工程为例,进行了生态完整性评价。评价结果表明,工程实施后,评价区生产力明显增加,对雏护生态完整性有利。但大面积种植原料林,降低了生态系统的阻抗稳定性,对生态完整性不利。为此,在整地造林时,必须保护原料林周围的次生林;如果一块原料林面积超过50亩,建议横纵各建一条宽30米的乔灌混生的隔离带,增加植被的异质性,从而增强其阻抗稳定性。