分水后黑河干流中游地区景观动态变化及驱动力

综合利用GIS、RS技术和景观生态学方法,分析了黑河干流中游地区1985～2005年,尤其是黑河干流水量统一调度实施后(即2000年以后)的景观动态变化及驱动机制.结果表明:(1)研究区景观发生了较大变化,1985～2000年,耕地、林地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、水域、未利用土地不断减少;2000～2005年耕地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、林地、水域、未利用土地不断减少.(2)在类型水平上,分水后,耕地和城乡工矿居民用地呈连片趋势发展,破碎度降低,形状更为规则,空间连接性增强;林地、草地、水域和未利用土地破碎度增加,分布更为分散,连通性和优势度降低.(3)在景观水平上,分水后,研究区景观多样性水平提高,异质性在增加,破碎化程度越来越大,景观中斑块空间连接性下降,优势度在减少,斑块类型在景观中趋于均匀分布,土地利用向着多样化和均匀化方向发展.(4)研究区景观变化的驱动力主要包括人口增长、经济社会发展,2000年以后,可利用水量的约束直接影响着研究区的景观变化.     

天津滨海新区湿地景观连接度距离阈值研究

在应用景观连接度研究景观格局变化时,选择适宜的距离阈值是关键。适宜的距离阈值有利于识别景观中的关键斑块并及时发现连接脆弱的区域,对景观格局动态分析、生态恢复研究等均具有重要意义。以天津市滨海新区湿地生态系统为研究对象,将研究区域划分为不同的焦点景观,焦点景观是依据研究区域栖息候鸟的生境面积而划分的面积大小相同的区域,并通过ArcGIS中的泰森多边形分析实现,焦点景观分析可为面积更大、结构更加复杂的景观分析提供新的思路。文章选取斑块间链接数（NL）、组分数（NC）、等效连接面积指数（ECA）、景观巧合概率指数（LCP）来表征景观连接度,设定100、200、400、600、800、1000、1500、2000、3000、5000、8000 m共11个距离阈值,探讨不同距离阈值下各指数的变化规律,对比分析研究区域整体景观斑块和焦点景观内各斑块的连接度指数随距离阈值变化的异同,最终确定研究区域最佳距离阈值。结果表明：（1）各焦点景观内斑块的景观连接度指数随距离阈值的变化趋势与研究区域整体景观斑块相似且对应的最佳距离阈值相同;（2）天津市滨海新区湿地景观连接度距离阈值的适宜范围是400-800 m,该区间内进行景观格局分析研究能够较为真实的反映出研究区域实际景观状况;（3）通过进一步研究,最终确定400 m为天津滨海新区湿地景观连接度最佳距离阈值。研究结果可为天津市滨海新区湿地景观研究提供参考,在实际研究中距离阈值的选择可根据具体研究目标、研究层次需求等进行适当调整。     

黑河中游地区植被生态需水量估算

以水量平衡关系为理论基础,引用195 6～2 0 0 0年黑河中游地区各县的气象资料和2 0 0 2年4月～2 0 0 3年10月不同类型植被区的土壤水分动态监测数据,并采用GIS技术进行生态分区的基础上估算该地区的植被生态需水量,分析生态需水量的时空变化以及缺水量。结果表明:黑河中游地区每年最适生态需水量在9.4 8×10 8～11.5 8×10 8m3之间,除去相应植被区域上的有效降水量4 .74×10 8m3,还需要从径流中补给4 .74×10 8～6 .84×10 8m3。除山丹和民乐县外,其它各县的降水量均不能满足临界生态需水量。若以最适生态需水量为标准,山丹县的缺水量最大,占整个中游地区缺水量的4 0 .9%。另外,在水资源配置方案中,不仅要考虑空间上的差异,而且更要注意生态需水量在时间上的变化。分析表明,黑河中游地区的生态需水量的亏缺主要发生在4～6月份     

黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观的破碎化过程,并结合灰色关联分析、主成分分析等方法,探讨了影响研究区湿地景观破碎化过程的各驱动因子.结果表明:近35年来,研究区湿地景观破碎化主要表现为斑块平均面积的萎缩,斑块密度的上升以及斑块形状破碎化指数的增大.整个研究时段内,研究区湿地斑块平均面积减少了48.95hm2,斑块密度的上升0.006个/hm2;导致黑河中游湿地景观破碎化发生和发展的驱动力包含自然和人文两个方面.自然因子对湿地景观破碎化进程的影响则主要体现在气温和降水上,而且气温对湿地景观破碎化进程的影响程度明显大于降水.但在1975-2010年间的这一较小时间尺度上,人类活动对湿地景观破碎化的贡献率明显高于自然因子,人类活动能力的增强以及影响范围的不断扩大是引发黑河中游湿地景观破碎化的主因.     

黑河中游土地利用转型过程及其对区域生态质量的影响

干旱区土地利用转型作为影响区域生态系统变化的主要因素,直接关系人类福祉.本文以生态脆弱的黑河中游地区为研究对象,基于1987、2001、2016年的遥感影像数据,采用土地利用转型检测评估模型、生态响应模型系统研究了1987—2016年黑河中游地区土地利用转型的过程及其区域生态质量响应规律.结果表明: 1987—2016年,研究区土地利用转型变化显著,总变化量呈增加趋势,耕地和建设用地持续增加;在随机新增和减少状态下,未利用地向其他地类转型的倾向性不强,草地向耕地转型具有很强的倾向性;研究区生态质量总体呈下降趋势,生态用地呈缩减态势,净减少2.8%,对于生态环境退化影响最大的土地利用转型类型是草地向耕地和未利用地的转型.为促进区域土地资源的可持续利用以及改善区域生态质量状况,需根据区域水资源状况合理分配区域生产用地和生态用地的比例.     

深圳市生态用地景观连通性动态评价

生态用地是快速城市化地区敏感的土地利用类型,景观连通性是研究景观结构和景观功能互馈关系的重要途径.利用1996-2008年深圳市土地利用数据和基于图论的整体连通性指数、可能连通性指数和斑块重要值,对深圳市生态用地的景观连通性进行动态评价,试图从空间上识别出维持整体景观连通性的重要斑块,并结合深圳市基本生态控制线,评价生态控制线内外生态用地景观连通性的变化.结果表明:1996-2008年,深圳市生态用地全局连通性基本呈下降趋势,维持连通性的重要斑块的重要程度及其分布均发生变化;基本生态控制线对维持线内生态用地的景观连通性发挥了一定作用.     

沈阳城市森林景观连接度距离阈值选择

利用2006年沈阳市QuickBird遥感影像城市森林解译数据,借助地理信息系统,以沈阳市三环以内区域城市森林景观斑块为研究对象,基于生境可利用性和动植物的扩散能力,选取50、100、200、400、600、800、1000、1200 m 8个距离阈值,采用整体连通性指数、可能连通性指数和景观中各斑块的重要性对研究区城市森林景观连接度的距离阈值进行了分析和筛选.结果表明：2006年沈阳城市森林景观连接度的适宜距离阈值范围在100～400 m,以200 m尤为适宜.距离阈值的选择可因城市森林景观连通性的可执行性和不同层次需求而适当增大或减小.     

基于生态系统服务的黑河中游退耕还林生态补偿研究

退耕还林工程是迄今为止世界上最大的生态建设工程,对我国生态恢复发挥了重要作用,而生态补偿机制构建则是保障该工程顺利实施的关键。以黑河中游为研究区,评估了区域水源涵养、土壤保持和气体调节等生态系统服务及其退耕还林增量;利用最小数据法耦合机会成本和服务增量,推导退耕还林补偿曲线;通过政策目标设定3种情景,比较不同情境下的补偿标准、退耕比例和范围以及生态系统服务增量。结果表明:①退耕还林有助于提高生态系统服务的能力,单位面积水源涵养、土壤保持和固碳三种生态系统服增量分别为8.87 mm/m~2、105.67 kg/m~2和43.16 g/m~2;②如不实施生态补偿,仅有1.42%的耕地愿意实施退耕还林;当补偿标准达到4381.35元/hm~2时,可实现5.17%耕地退耕,且全部属于高度适宜和适宜还林的耕地;而当补偿金额达到7500元/hm~2时,可实现退耕比例13.98%,且多数属于宜林的地块;当补偿标准为2803.06元/hm~2时,退耕比例仅为2.55%,但全部适宜林地生长;③最小数据法可求得理论上相对高效和经济的补偿标准,目前实施的7500元/hm~2的政策标准在合理的补偿范围内。研究结果为完善黑河中游生态补偿机制、提高生态补偿效率提供科学指导。     

基于景观安全格局的香格里拉县生态用地规划

通过构建不同水平的景观安全格局,可以为区域的生态用地规划提供相应对策。香格里拉县近年来随着经济的发展生态安全问题已经提到日程。选择研究区内的5个自然保护区和风景名胜区为"源",以生物多样性保护为目标,选择地表景观类型、坡度两个因子及相应的阻力因子系数进行分析。采用GIS中的空间分析工具,计算建立了地表景观类型、坡度两个单因子的最小累积阻力面,在此基础上,利用加权叠加方法构建了两个因子的最小累积阻力面。根据最小累积阻力阈值,建立了"源"间生态廊道及"源"与外部联系的辐射道,确定了关键的战略点,最终完成景观安全格局的构建。基于生物多样性目标得到了低、中、高3个不同安全水平的生态用地分别占研究区总面积的12.81%、44.1%和80.3%。为制定研究区生态安全策略提供了重要参考。     

黑河中游湿地景观破碎化与气候变化的关系

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像和气象数据资料,结合小波分析、趋势面模拟与空间插值法,选取斑块密度(PD)、斑块平均面积(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS)等景观指数,分析了黑河中游的气候空间分布和变化特征,以及该区域湿地的景观破碎化;通过相关分析和多元逐步回归分析,探讨了黑河中游湿地景观破碎化与气候变化的关系.结果表明:1975-2010年,研究区降水量和气温的整体分布格局为高气温区低降水量、低气温区高降水量,且干转湿和冷转暖为其主要变化特征;内陆干旱地区气温对湿地动态变化的影响大于降水,降水对湿地的生态作用甚微;研究区湿地景观破碎化主要表现为MPS减小、PD上升以及FS增大,研究期间,湿地MPS减少48.95 hm2,PD上升0.006个·hm-2.     

黑河流域中游地区荒漠-绿洲景观区啮齿动物群落结构

2005年4–5月和9月对黑河流域中游地区荒漠-绿洲景观区不同生境中啮齿动物群落结构进行了研究。在甘肃省张掖市高台县黑泉乡选择流动沙丘、含砾沙漠、固定沙地、荒漠灌丛、防护林带、灌耕草地、灌耕农田和河岸草地等8种代表性生境,采用活捕法(4,800铗日)共捕获啮齿动物254只,隶属于3科8属9种。利用捕获记录计算了群落结构特征指数,进一步利用Pearson相关系数考察了不同生境啮齿动物群落的相似性,并在此基础上对不同生境的啮齿动物群落作了聚类分析。群落结构特征指数表明,啮齿动物物种多样性(用Shannon-Wiener指数测度)在灌耕草地中最低(0.6859),在固定沙地中最高(1.7036);物种均匀度(用Pielou均匀度指数测度)在流动沙丘中最低(0.6531),在河岸草地中最高(1.0000)。聚类分析结果显示,研究区啮齿动物群落可以分成荒漠型群落和绿洲型群落两大类。三趾跳鼠(Dipussagitta)在荒漠型生境中密度较高,总体上具有优势地位,尤其是在流动沙丘生境中占据绝对优势;黑线仓鼠(Cricetulusbarabensis)在植被较好的绿洲型生境中占据优势地位,但在流动沙丘外的其他荒漠型生境中也有发现。除五趾跳鼠(Allactagasibirica)外,其他种类的跳鼠只在荒漠型生境中发现。本次调查没有在防护林内部生境中捕获啮齿动物,但在林缘区域仍有捕获记录。啮齿动物群落物种多样性指数与捕获率间无显著关联(r=0.240,P=0.566)。本研究提示人为干扰可能对维持研究区域的啮齿动物多样性有积极意义。     

基于压力-状态-响应模型的黑河中游张掖市生态安全评价

生态系统服务的状态与生态是否安全密切相关,生态系统服务的正常发挥是实现生态安全的前提。近年来,中国西北荒漠-绿洲扩张速度加快,改变了生态系统服务的供给与传输,进而影响了区域生态安全。以典型荒漠-绿洲区域黑河中游的张掖市为例,基于压力-状态-响应模型,耦合生态系统服务理论,构建了黑河中游生态安全评价指标体系,评估了2001-2015年黑河中游生态安全演变趋势。研究结果表明黑河中游生态系统面临的资源消耗和环境污染压力越来越大,压力指数有所降低;部分地区出现植被退化、破碎化增加等现象,状态指数略有降低;在实施节水灌溉、产业转移、湿地保护等举措后,响应指数显著增加。总体来看,2001-2015年黑河中游生态安全水平呈现波动增长趋势,生态安全综合指数由0.3748增至0.5888,生态安全等级由"较不安全"达到"临界安全"状态,其中高效节水灌溉面积、生态用水量、地下水开采率等水资源相关要素是影响绿洲生态安全水平的主要因子。基于以上研究,提出了坚持生态保护优先、调整种植和产业结构、发展高效节水灌溉技术、提高公众生态保护意识等提高生态安全水平的相关对策与建议,以期为促进区域生态经济可持续发展提供支撑。     

疏勒河中游土地利用与景观格局动态

利用1976年Landsat MSS、1989年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2010年TM遥感影像,运用GIS和景观生态学方法,分析了1976-2010年疏勒河中游玉门市土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:1976-2010年间,玉门市土地利用类型转移的主要方向是草地和戈壁转化为耕地、耕地转化为建设用地、草地转化为戈壁;土地利用变化经历了“缓慢变化-急剧变化-显著变化”的过程,景观密度持续增大,最大斑块指数先增大后减小,面积加权形状指数增大,形状趋于不规则;斑块间的最邻近距离减小,景观逐渐向具有多种要素的密集格局演变,更加破碎;不同斑块间的分离度减小;景观的多样性和均匀度先减小后增加.农业人口增长和经济发展是研究区土地利用/覆被变化的最直接驱动力,气候和政策因素也是重要的影响因素.     

不同生态保护地植物特征和土壤性质的对比研究——以黑河中游湿地为例

选择黑河中游张掖国家湿地公园和张掖黑河湿地国家级自然保护区为研究对象,对比分析了植物组成、物种多样性、植物生长状态、土壤养分、土壤理化性质及植物土壤间关系。结果显示:湿地公园的植物高度和土壤养分含量(有机碳、全氮、速效氮、全磷、速效钾)显著高于自然保护区,土壤理化性质含量(容重、pH)显著低于自然保护区,表明湿地公园有利于植物生长发育、土壤养分固存、改善土壤质地;自然保护区的植物科属种、多度、物种多样性(多样性指数、丰富度指数、均匀度指数)显著高于湿地公园,表明自然保护区有利于维持植物多样性;两种保护地中影响植物多样性的土壤因子不同,湿地公园物种多样性与土壤全磷和速效磷显著正相关,而自然保护区物种多样性与土壤盐分显著负相关。     

黑河中游主要农作物灌溉制度优化

科学的灌溉制度是干旱半干旱地区农业生产的重要保障。黑河位于西北干旱区,是我国第二大内陆河,且当地中游农业灌溉和下游生态需水矛盾十分突出。利用DSSAT （Decision Support for Agro-technology Transfer）模型模拟了黑河中游地区玉米、小麦、油菜、马铃薯的生长情况,对比分析了四种作物生育期内需水量变化与当地降水条件、现行灌溉制度之间的差异。通过设置灌溉组合探究了四种作物最适宜的灌溉制度,并计算了优化灌溉制度下的节水潜力。结果表明：DSSAT模型通过参数校正与验证后,对四种作物生长过程模拟性能较好,产量标准化均方根误差（nRMSE）均低于15.0%,决定系数（R²）均达到0.65以上。缺水量模拟结果表明,四种作物生长季平均水分亏缺介于122.5-367.0 mm。通过调整灌溉制度,可使玉米、小麦、油菜、马铃薯的水分利用效率分别提高54.8%、25.0%、18.3%和51.3%,且产量变幅均低于5.0%,实现了高产节水的目的。在研究区实施最优灌溉制度,中游农业灌区每年可以节省8.1×10⁸ m³的水资源量,用于支持下游生态保护。     

黑河中游春小麦需水量空间分布

合理估计春小麦的需水量(ET_c)是进行干旱区水资源配置的有效方法,利用黑河中游14个气象站1970-2009年的逐日气象资料,应用Penman-Monteith公式估算各站点的参考作物蒸散量,并根据春小麦生长期的作物系数,在地理信息系统(GIS)技术支持下得出黑河中游春小麦需水量的空间分布及变化趋势。结果表明:1970-2009年黑河中游春小麦作物需水量整体分布具有从南向北递增的趋势,全生长期需水量在573-781 mm之间;高台、张掖、临泽、民乐、山丹、酒泉的春小麦需水量分别为731.26、686.88、598.24、728.89、719.77、713.59 mm,其中生长中期需水量最大,分别占全生长期的51.67%、51.11%、50.96%、51.24%、50.83%和50.77%;日平均气温、日照时数、风速、降水量、最小相对湿度和各因子的影响力由大到小分别占总影响力的57.29%、26.92%、15.15%、1.41%和0.78%。