“山地-绿洲-荒漠”复合系统土地利用变化的生态系统服务权衡与协同效应——以张掖市为例

开展复合生态系统土地利用变化的生态服务效应研究可为优化国土空间格局和强化生态系统管理提供重要的基础依据。以干旱区"山地-绿洲-荒漠"复合系统的典型区域张掖市为例，基于1987年、2000年和2018年3期土地利用数据，以乡级行政区为基本单元，引入相对优势度指数划分山地、绿洲、荒漠子系统，研究复合系统的土地利用变化特征及生态系统服务权衡/协同效应。结果表明：（1）张掖市复合系统呈现地域分异特征，由南部山地系统，中部绿洲系统和北部荒漠系统构成；山地系统以林地和草地为主，绿洲系统以耕地和建设用地为主，荒漠系统以未利用地为主。（2）从时间上看，2000-2018年各系统的土地利用变化更强烈，其中，绿洲系统的耕地面积增加量最大，为363.08km²，荒漠系统的建设用地面积增加幅度最大，为78.23%。各系统土地利用转移模式为：山地系统以草地转耕地为主，绿洲系统和荒漠系统以未利用地转耕地为主。（3）张掖市复合系统的生态服务价值呈增加趋势，其中，荒漠系统生态服务价值量的增幅最大，各子系统的价值量之间的关系表现为山地系统 > 绿洲系统 > 荒漠系统，耕地对各系统生态服务价值贡献量最大。（4）张掖市土地利用变化的协同效应大于权衡效应，其中荒漠系统的生态服务之间均为协同关系，山地系统中供给服务与其他服务呈现权衡关系，占比32.73%，绿洲系统中调节服务与其他服务呈现权衡关系，占比18.18%。     

怀来山盆系统优化生态-生产范式

山盆系统是由山地和盆地组合而成的一种典型地貌组合。以河北怀来县为例,通过对区域生态经济系统的评价分析,以及对系统产业结构调整和土地利用结构优化的探讨,以生态环境恢复重建和农业可持续发展为目标,构建了怀来山盆系统“山间盆地．低山丘陵-中山山地”生态．生产范式。怀来山盆范式的功能带包括3“圈”5“带”：（1）山间盆地：①官厅水库,②环库水源保护带,③河谷平原高效农业经济带;（2）低山丘陵：④低山丘陵舍饲养畜和人工林（果园）灌草带;（3）中山山地：⑤中山山地林灌草生态保育带。     

绿洲-荒漠交错带环境特征初步研究

以甘肃省石羊河下游的民勤绿洲为例,对其绿洲外围与荒漠交错地带的植被和植被关系密切的灌丛沙包特征进行了系统研究,结果表明,由于生态交错带边缘效应的存在,植被盖度的变化呈现绿洲附近与交错带外围靠近流沙的地方较低,而位于流沙和绿洲之间的部分相应较高,植被盖度较高的部位主要集中于自流动沙丘至绿洲外600m处,而非紧靠近绿洲、这与地下水自沙漠向绿洲方向运移有关,在绿洲外缘300～600m的范围内植被盖度出现下降,原因可能与绿洲荒漠交错带界外区的形成有关,说明研究区绿洲0～600m范围即是该区域绿洲界外区的存在区域,灌丛沙包上的裸沙率以绿洲界外区为最大,大量沙包裸露,可致沙子的活动性增强,因此该地带是对绿洲土地造成沙质荒漠化的最大流沙来源。     

西北干旱区山地-绿洲-荒漠系统生态恢复综合效益评估

西北干旱区目前已实施众多生态恢复举措试图修复和重建受损的生态系统,截至目前恢复效果如何我们不得而知,但生态恢复效益评估却能够检测其结果,并为未来的生态工程提供参考。在前人研究的基础上,以地面观测的气象资料、土壤调查数据、多源遥感数据和陆面模型模拟数据作为输入,对基于像元二分法的植被覆盖度估算方法、修正的风力土壤侵蚀模型、修正的通用土壤流失方程和基于光能利用率的净初级生产力模型中的参数进行本地化,更为准确的估算了西北干旱区生态恢复效益评价体系中的关键指标,并集成生态恢复效益指标,评估了1990—2015年西北干旱区14个山地-绿洲-荒漠子系统的生态恢复效益。研究发现:(1)山地-绿洲-荒漠子系统的生态系统结构、生态系统质量和生态系统功能时空分异明显:全区山地系统的生态系统结构有所改善,北疆和伊犁地区的山地-绿洲-荒漠子系统生态系统质量上升,荒漠生态系统的生态系统功能下降;(2)1990—2015年西北干旱区的荒漠子系统生态恢复效益在下降,而绿洲和山地的生态恢复效益在上升。基于多指标的生态恢复效益定量评估有助于客观认识西北干旱区的生态恢复现状和动态,评估结果可为未来生态工程提供具体的空间位置,也为我国其他生态脆弱区的生态恢复效益评价提供参考。     

青海省柴达木盆地及其周围山地植被

 柴达木盆地位于青藏高原东北部,其植被分布规律较复杂。东部为半干旱荒漠草原地带,地带性植被为荒漠化草原;中部为干旱荒漠地带,地带性植被为灌木和矮半灌木砾漠;西部为极端干旱裸露荒漠地带,在砾石戈壁和低山基本上无植被。本区盆地底部随着地貌、土壤和地下水的变化,出现了植被环带状分布规律。从盆地边缘向中心依次发育着洪积平原灌木、矮半灌木砾漠带,冲积平原灌木沙漠带,冲积—湖积平原灌木盐漠带,湖积平原盐生草甸带,最后为裸露盐壳和盐湖。本区山地的植被垂直带自东而西明显不同。荒漠草原地带的带谱为：山地草原—山地常绿针叶林—亚高山灌丛—高寒草甸—高山稀疏植被;荒漠地带为：矮半灌木山地石漠—高寒草原—高寒草甸—高山稀疏植被;极端荒漠地带为：裸露低山石漠—矮半灌木山地石漠,高寒草原—高山稀疏植被.     

西北干旱荒漠区生态系统可持续管理理念与模式

结合对西北干旱区水资源短缺、资源开发中的生态与经济矛盾突出、气候变暖可能加剧干旱区荒漠化以及生态水权与长效保障机制缺失等问题的分析诊断,探讨了荒漠区生态系统可持续管理面临的问题与难点,分析提出了荒漠生态系统植被保育的生态水位与生态阈值,阐述了荒漠-绿洲过渡带生态融合以及绿洲生态系统安全的生态防护梯度等干旱区生态系统管理理念;结合干旱区极端环境自然条件,在多年现场试验基础上,研发集成了退化群落改造与生态多样性构建技术、植物群落结构优化配置、组装与生态融合技术、生态系统恢复水分利用与生态自维持技术以及胡杨萌蘖更新技术等多种适宜荒漠植被恢复与重建的技术模式,并进行了成功实践和试验示范,为干旱荒漠区生态系统可持续管理提供了重要科技支撑。     

干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析

以黑河流域下游额济纳荒漠绿洲为研究对象,分析了景观生态的基本特点和景观嵌块体类型,通过景观空间格局及其变化分析与景观生态功效的评价,利用８０年代和９０年代两期有关景观生态的资料,论述了水资源条件变化对研究区景观格局的影响,指出河流廓道是干旱区荒漠绿洲的主要生态流,河流廓道的变化是导致荒漠绿洲景观格局变化的驱动力。     

塔里木盆地荒漠-绿洲过渡带动态变化及其影响因素

荒漠-绿洲过渡带是维系干旱区绿洲生态安全的天然屏障,同时也是受气候变化影响最为敏感的脆弱地带。本文基于1990—2015年Landsat遥感影像、土地利用数据和气象资料,分析了过去25年塔里木盆地荒漠-绿洲过渡带年代际动态变化特征及其驱动机制。结果表明:在过去25年间,塔里木盆地的荒漠-绿洲过渡带面积呈持续萎缩态势,年变化率为1.24%;过渡带内的天然植被指数(NDVI)随着时间推移和过渡带范围的减小而下降,由1990年的0.142下降至2015年的0.127;塔里木盆地耕地面积由1990年的2.45×104km2,增加到2015年的4.01×104km2,不断扩大的耕地面积强烈挤占了荒漠-绿洲过渡带的生态空间;伴随耕地扩张,地下水位下降,加之本区干旱增强,一些浅根系植被死亡而导致植被覆盖度降低,生态屏障功能下降。荒漠-绿洲过渡带对维系绿洲农业生产稳定、保护绿洲生态安全具有天然屏障功能,深入研究这一特殊地带的时空变化及其驱动力,旨在针对性地提出生态保护对策与措施,为国家重大战略实施与西部生态文明建设提供科技支撑。     

基于NDVI的塔里木盆地北缘绿洲-荒漠过渡带时空演变分析

基于2001、2007、2013和2017年的ETM/OLI遥感影像,使用复合植被指数构建的植被覆盖度模型与目视解译相结合提取塔里木盆地北缘绿洲-荒漠过渡带,并对其时空演变过程进行分析,为推动干旱区绿洲经济的可持续发展,土地荒漠化防治以及区域生态环境改善提供依据。结果表明:(1)2001—2017年间研究区绿洲面积呈扩增趋势,荒漠面积呈下降趋势;过渡带面积先减少后趋于稳定,年均扩增速率为-0.264%。(2)近16年来绿洲面积沿其边缘向外有不同程度的扩增,过渡带扩张面积主要由荒漠变化而来,缩小面积主要变化为绿洲,未变化面积趋于稳定,年均变化面积为-0.058×10^4 hm^2;(3)研究时段内受人为因素影响,绿洲面积迅速扩张,过渡带内侧的荒漠植被被开垦为耕地;位于区域东部和南部的地带,由于受地形和水文等自然因素的影响,过渡带面积扩增,荒漠面积缩减。近16年来塔里木盆地北缘加快了绿洲化进程,较为有效的控制了荒漠化;但过渡带空间变动较大,绿洲扩张过快且普遍存在环境恶化现象,该区域的生态环境还需进一步改善。     

绿洲荒漠过渡带风况对波文比和蒸散发的影响

波文比-能量平衡法是目前蒸散发研究常用的方法之一。在利用波文比-能量平衡法对荒漠地区,尤其对绿洲荒漠过渡带的蒸散发进行研究时,发现有波文比波动大、蒸散发结果准确性不高等问题。如何提高波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带的准确性成为荒漠干旱区精确研究水分收支急需解决的问题。在以前的研究基础上,发现绿洲荒漠过渡带的不同风况对波文比有不同影响,这可能是造成波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带精度不高的主要原因。为了证明这个假设,于2010—2012年在西北民勤绿洲荒漠过渡带进行了野外连续观测,观测了不同风况条件下波文比、不同高度的温度差、湿度差以及蒸散发的变化规律,分析了它们的特征及其影响因素。结果表明,研究区观测期内波文比值在-17.3—16.2范围内变化,波动较大,呈"U"型变化,生长季中期波文比值低于初期和末期;在无风天气,绿洲荒漠过渡带温度、湿度梯度不受水平气流的影响,波文比波动小,异常值少,波文比方法测算出的蒸散量较为准确,能够代表实际蒸散量,所测得民勤绿洲荒漠过渡带波文比日均值为0.07,日蒸散量为1.6mm/d;在绿洲风和荒漠风天气,绿洲荒漠过渡带空气温度、湿度结构发生明显改变,波文比波动大,不同风况使得大气处于逆温或逆湿的状态,波文比-能量平衡法所测得的蒸散量负值增多,适用性降低。因而在应用波文比-能量平衡法估算绿洲荒漠过渡带的蒸散发时应该选择合适的天气和观测点,避开风况对观测结果的影响。     

Ecological Restoration and Sustainable Agricultural Paradigm of Mountain-Oasis-Ecotone-Desert System in the North of the Tianshan Mountains

The mountain-basin system(MBS) in the north of the Tianshan Mountains consists of mountain vegetation vertical belt system and concentric circular vegetation (geologic and geomorphic) system of desert basin. The MBS contains three “circles”: montane, piedmont fan and alluvial plain, including nine belts, viz. alpine belt, montane forest-grassland belt, low-mountain desert belt, gravel gobi desert belt, agricultural oasis, marginal belt of diluvial fan, alluvial desert plain, sandy desert belt, and lake. The above-mentioned zonation is the most essential existence and functional pattern of those precious natural resources. It is the representation of an irresistible rule of the nature and, also, the guidance system of ecological conservation and land use. Basing on this foundation, a “mountain-oasis-oasis/desert ecotone-desert eco-productive paradigm”is proposed. The MBS is its basic frame. Its driving forces are the biogeochemical cycles, biogeophysic process, and biogeosocial interaction, which run through the whole system. Thus, the establishment of a sustainable agricultural system and an optimized land use and land cover structure and pattern, which aimed at ecological conservation, may be possible.     

新疆阜康荒漠绿洲景观格局动态及其影响因子分析

阜康荒漠绿洲土地利用景观格局受自然分异和水土资源开发利用程度的制约,通过划分景观样带和选取景观空间格局指标,重点揭示了该区域景观格局的变化及其影响因子．结果表明,1987～1998年间阜康土地利用景观格局变化主要表现为耕地面积在洪积扇上增加,在冲积平原上下降;荒地则刚好相反,林地面积在低山丘陵带和洪积扇带下降,在冲积平原上没有变化．牧草地面积在低山丘陵带上升,其它各带均下降城镇面积在各样带上都有所增加,水域各带基本不变．低山丘陵带和洪积扇带景观多样性和均匀度下降,优势度上升;而冲积平原则多样性和均匀度上升,优势度下降,景观破碎度有增加的趋势,表明了人为影响的不断增强,阜康荒漠绿洲景观格局的变化,集中体现在位于洪积扇与冲积平原的耕地和荒地面积变动上,关键影响因子是水土资源利用下的水盐动态变化,地形和土地利用是影响地下水位变化的关键因素,而地下水位的连续变化又影响了土壤水盐在空间的分布。     

天山南麓中段戈壁区膜果麻黄种群空间分异特征

在天山南麓中段戈壁区洪积扇顶部、中部和底部区域设置样地,以植株高度和冠幅为指标,采用地统计学方法,研究戈壁区膜果麻黄种群的空间分异特征,旨在掌握区域膜果麻黄种群空间分异规律,为戈壁区植被保护和生态修复提供科学依据。结果表明: 在洪积扇顶部,膜果麻黄种群呈斑块状分布;在洪积扇中部和底部,种群呈带状分布,中部带状宽度大于底部。从洪积扇顶部到底部,膜果麻黄植株高度和冠幅均呈先减少后增加的趋势,洪积扇顶部、中部和底部植株高度分别为40.34、21.07、36.96 cm,植株冠幅分别为1.09、0.80、1.43 m²。在洪积扇顶部、中部和底部,膜果麻黄植株高度的最佳拟合模型分别为指数模型、指数模型和线性模型,而冠幅的最佳拟合模型分别为指数模型、球状模型和线性模型。从洪积扇顶部到底部,植株高度和冠幅分形维数在1.909～1.989,表明膜果麻黄种群空间格局简单,同质度高。从洪积扇顶部到底部,膜果麻黄植株高度和冠幅各向异性出现的空间距离逐渐变短,在顶部、中部和底部,植株高度和冠幅表现出各向异性的空间距离分别为>60、42～46和23～27 m。     

天山北坡经济带关键性生态空间评价

关键性生态空间在生态系统中所发挥的基础性和保障性功能尤为重要,其范围辨识及评价研究对于国土安全和区域可持续发展具有重要意义。以天山北坡经济带为研究区,构建适于西北寒旱区脆弱敏感环境的关键性生态空间评价体系,借助GIS和RS技术,从生态系统服务功能重要性和敏感性两方面对其空间范围进行辨识和分级评价,并进行土地利用生态安全冲突分析。研究结果表明:(1)底线型和危机型生态空间作为研究区的关键性生态空间,面积为45318km²,占比53%,主要分布于南部山区、农垦区西部及北部沙漠/荒漠区;(2)生态系统服务功能与植被显著相关,较重要、重要和极重要区域共占约20.9%,集中在南部山前草原及中部农垦区,生态系统服务功能整体较弱,主导因子为水源涵养和生物多样性保护功能;(3)研究区生态系统敏感性等级主要以中度敏感为主,敏感和极敏感区域面积占比37.7%,分布于高山区、荒漠戈壁区和低山与绿洲过渡区,主要体现为土地沙化和土地盐渍化。(4)全区土地利用生态安全冲突等级较高,有45%的城建用地与56.5%的耕地占用关键性生态空间。本研究可为区域国土空间布局和生态格局优化提供参考,并对相关理论和实证研究起到补充和借鉴作用。     

煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响

我国西北干旱荒漠区生态环境脆弱,煤炭开采活动严重地破坏植被和影响生态环境,而煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响尚不明确。以灵武市为例,采用遥感技术和野外实地调查相结合的方法,分析2000-2019年间煤炭井工开采对植被动态变化的影响。结果表明：灵武市的植被主要以沙蒿（Artemisia salsoloides）、柠条（Caragana korshinskii）和芨芨草（Achnatherum splendens）等荒漠植物为主;2000-2019年间,植被覆盖度（FVC）和绿度变化率（GRC）表明灵武市植被整体呈现改善趋势;归一化植被指数（NDVI）与年降水量（P）和年平均风速（S）等气象因子显著相关,表明气候因子对区域植被动态变化起主要作用;煤炭开采区侵占草地和灌丛面积,使得土地利用类型发生变化,生态环保政策的实施对于区域土地利用类型的变化和植被改善具有重要作用。实地调查分析表明煤炭开采改变了矿区植物群落结构,植被盖度和物种多样性指数均在煤炭开采后1-4a呈下降趋势,5-9a为上升趋势,10a自然恢复后与对照区的变化趋势一致,说明在自然条件下煤炭开采区植被恢复经历了退化期、改善期和初步恢复期等过程。这些研究结果为西北干旱荒漠区煤炭井工开采矿区植被恢复和生态环境建设提供了理论基础。     

新疆呼图壁种牛场天然草地类型数量分析研究

 呼图壁种牛场位于天山北麓冲积扇缘和古冲积平原,具有地带性的荒漠草地类型和隐域性的低地草甸草地类型。由于地形、潜水和土壤盐渍化的作用,影响了草地类型的形成和分布。本文采用二歧指示种分析(TWINSPAN)和多元等级聚合分类法划分出16个草地型;通过无偏对应分析(DCA)揭示了研究区域草地类型的生态梯度,并用多元回归分析对其做了定量环境解释,结果表明该地区草地类型形成及其分布与土壤水分、盐分和质地密切相关.     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

基于生境质量的绿洲城镇空间扩展模拟研究——以黑河中游地区为例

绿洲是生态环境极为脆弱的区域。实现绿洲城镇化与生态安全的双赢,是干旱区面临的重大问题。传统城镇空间扩展模拟研究,只是单向考虑了城镇发展趋势,而较少兼顾区域生境质量的约束。利用1992、2000、2008、2015年四期Landsat TM、ETM+、OLI遥感影像数据,以黑河中游地区为例。从城镇空间扩展与生态环境协调发展的角度出发,通过InVEST模型与SLEUTH模型的结合,将生境质量的评估结果融入到城镇扩展模型中,对研究区2015—2030年城镇扩展的土地利用变化格局进行模拟。研究表明:①生境质量整体较低,质量阶序和退化程度分异明显。高、中等级生境质量区域主要分布在黑河干流沿线和绿洲核心区,分别占5.69%、32.77%,生境退化程度高;低等级生境质量区域主要分布在戈壁荒漠区和城镇建设区,占61.54%,生境退化程度低。②生境质量对城镇空间扩展的约束作用显著。相比较无生境质量约束,2030年城镇建设用地面积和占用生态用地面积分别减少了27.08%、63.61%,并且,城镇斑块间连接性较好、集聚程度高,以"填充式"扩展为主。③城镇空间扩展总体体现了生境质量的要求。2030年新增城镇建设用地主要占用中、低等级生境质量区域,分别为34.88%、63.36%。绿洲平原区和山前洪积扇区生境质量约束较强,较2015年仅增长了51.53%、48.31%;绿洲边缘区生境质量约束性低,较2015年增长了110.18%,是未来城镇发展的潜力区。研究结果为绿洲城镇与生态环境协调发展提供科学依据。