沙漠腹地绿洲植被覆盖度提取及植被指数优选

[目的] 对沙漠腹地绿洲植被覆盖度提取及植被指数优选进行分析和研究，为该区选取最优植被指数反演极端干旱区绿洲植被覆盖状况提供科学依据。 [方法] 选取塔克拉玛干沙漠腹地达里雅布依绿洲天然植被作为研究对象，以无人机航拍样地影像获取的植被覆盖度为基准，采用Sentinel-2B卫星影像提取多种典型植被指数，运用回归统计方法建立植被指数-植被覆盖度统计模型，在卫星像元尺度上确定反演干旱绿洲覆盖度的最优植被指数。 [结果] ①利用Image J软件提取样方植被覆盖度精度较高，总体精度可达88.67%。 ②土壤调节型植被指数(SAVI，MSAVI)在标准回归系数、确定系数评价指标中表现良好，指示极端干旱区天然植被覆盖变化有较好的适用性。 [结论] 在极端干旱区，Image J提取稀疏植被效果较好，SAVI，MSAVI更适合绿洲植被覆盖变化研究。     

塔里木盆地西南缘不同下垫面的摩阻风速和空气动力学粗糙度

[目的]分析各下垫面摩阻风速和地表空气动力学粗糙度变化特征,揭示不同下垫面的风蚀潜力大小。[方法]通过2010—2012年野外气象观测,尝试计算由流动沙漠到绿洲4个连续下垫面的摩阻风速和空气动力学粗糙度的变化并分析其变化原因,评价摩阻风速和空气动力学粗糙度其对风蚀敏感性的影响。[结果]流动沙地和半流动沙地摩阻风速(u*)和空气动力学粗糙度(z0)的年内变化不明显,固定沙地和绿洲的摩阻风速和空气动力学粗糙度年内变化呈现单调递增变化规律。摩阻风速在流动沙地、半流动沙地、固定沙地和绿洲4个下垫面分别为0.33,0.44,0.61,和0.81m/s。空气动力学粗糙度在流动沙地、半流动沙地、固定沙地和绿洲4个下垫面分别为0.39,13.58,39.51和310.8mm。[结论]流动沙地风蚀发生的潜力最大而绿洲风蚀发生的潜力最小。     

新疆策勒县固定沙地骆驼刺带状平茬对地表蚀积变化的影响

[目的]在对新疆策勒绿洲—沙漠过渡带绿洲边缘的固定沙地风蚀风积变化研究基础上,结合地表风速变化分析,探讨骆驼刺带状平茬和地形等对地表蚀积变化影响及其规律。[方法]采用插钎法、地形测量法、风速野外观测等方法。[结果]春季骆驼刺平茬初期,由于地表植被覆盖度大量减少,平茬带和保留带内地表主要以风蚀为主。夏季随着植被覆盖度的增加,地表主要以风积为主,地势较低、植被稀疏地表以轻微风蚀为主,秋季地表植被盖度基本保持最大和稳定,同时风力的减弱明显地减少了地表的风蚀量和风积量,地表主要以风积为主。[结论]春季骆驼刺带状平茬4m保留3m宽度利用方式不能有效地抵御地表风蚀危害,而夏秋季具有较好的防护效益。     

准噶尔盆地南缘绿洲——荒漠过渡带梭梭“肥岛”效应特征

通过野外调查取样和室内分析的方法研究了绿洲-荒漠过渡带典型灌木梭梭的灌丛下,灌丛间不同层次土壤养分、盐分的差异,旨在揭示干旱荒漠区灌丛的"肥岛"效应特征。结果表明:(1)灌丛下土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾都明显高于灌丛间的,其中表层(0～10cm)土壤分别比灌丛间的高83.1%、113.5%、44.6%、111.8%,土壤电导率提高了167.7%,土壤养分在灌丛下聚集,并且表层含量最高,形成灌丛的"肥岛效应",从而使灌丛植被所覆盖土壤的肥力性状明显区别于未受灌丛影响的土壤。(2)沙漠腹地的土壤养分富集率大于沙漠边缘,其"肥岛"效应也明显大于沙漠边缘的,灌丛土壤全氮和速效磷的富集率较沙漠分别高了25.3%和15.1%。沙漠腹地灌丛下土壤养分的富集程度高可能是荒漠植被适应逆境的一种机制,有利于荒漠植被的生长繁殖和干旱区绿洲生态屏障的形成。     

敦煌沙漠-绿洲过渡带近地表风沙动力环境

[目的]探究沙漠绿洲过渡带起沙风况、输沙势、风沙通量和近地表粒度特征,为阐明沙漠绿洲过渡带风沙动力过程提供理论依据。[方法]利用同步风况、输沙通量和近地表断面粒度资料,分析了沙漠、绿洲及其过渡带输沙势时空分布特征。[结果]由于沙漠和绿洲内部物质组成、空间结构和水热状况不同,沙漠—绿洲过渡风速梯度和起沙风累计作用时间差异显著;受沙漠和绿洲的交互作用,沙漠—绿洲过渡带存在两组主导风向。从近地表粒度特征沿程分布来看,自沙漠至绿洲方向,粗沙含量逐渐降低,粉沙和黏粒含量相对增加。沙漠—绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定意义重大。[结论]针对绿洲风沙危害防治,应从局地环流角度出发,充分考虑沙漠—绿洲过渡带的调节和缓冲作用。     

乌兰布和沙漠东北部不同下垫面的小气候变化特征

研究沙区不同下垫面小气候特征对充分利用气候资源及保证林业和农业的正常发展具有实践意义。该研究基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站2018年1-12月监测的荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内部的气温、相对湿度、风速和风向等气象资料,研究了3种下垫面的小气候特征并探讨了产生差异的原因。结果表明:1)荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内均为白天气温差异较小,夜间相差较大;由于近地层(0～50m)具有明显的逆温现象,使得植被在气温较高季节发挥降温增湿作用,而冬季发挥保温作用;2)绿洲使年均相对湿度增加1.31～2.57个百分点;就季节而言,夏、秋季,绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别高4.04～6.17和0.93～1.94个百分点,春、冬季,由于近地层(0～50 m)存在明显的逆湿现象,因此绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别低0.37～1.41和6.55～8.71个百分点;3)荒漠区、过渡带和绿洲内风向年变化特征均为以偏西风(W,WSW,SW,SSW)为主,荒漠区和过渡带的风向多变,绿洲内风向相对较为集中,绿洲能够使年均风速降低32.99%～37.05%。乌兰布和沙漠东北部过渡带植被和绿洲防护林体系对小气候具有很好的调节作用(降温、增湿、削减风速),研究区局地小气候主要体现在风速和夏秋季湿度上,而气温和冬春季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。     

1960-2017年黄土高原地区风速时空变化特征

[目的]揭示黄土高原地区风速时空变化特征,为区域防灾减灾提供参考。[方法]基于黄土高原59个气象站1960—2017年逐月风速实测数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法,对黄土高原地区历年及四季风速的时空变化趋势进行了研究。[结果](1) 1960—2017年黄土高原年均风速以-0.007 5 m/(s·a)速率显著下降,春季降幅最大,其次为冬、秋季,夏季降幅最小;年内月平均风速先升后降,4月风速下降最快,7月下降最慢。(2)黄土高原历年及夏、秋、冬季风速均在1980s突变减少,春季平均风速未发生突变,冬季风速突变后较突变前降幅最大,秋季最小。(3)黄土高原历年均风速、历年及四季风速变率均表现出西北高、东南低的特征,站点呈下降趋势的春季最多,夏季最少。(4) AO指数的上升、气候变暖及地表植被覆盖增加等,可能不同程度地造成黄土高原风速长期下降趋势。[结论]黄土高原区应将春季作为防风御风重点时段,将西北部地区作为重点防御地区,增强防灾减灾能力建设。     

绿洲不同覆被下环境CO2浓度及小气候的变化

为了探讨局地CO2浓度时空变化特点和绿洲不同覆被的环境效应,在甘肃省河西走廊中段临泽绿洲北部,分别于春、夏、秋、冬季利用LI-6400便携式光合作用测定系统,研究了绿洲内樟子松林、杨树林、玉米地的环境CO2浓度和空气温度、湿度、光照强度等的变化,并与沙漠区进行了比较.结果表明,临泽绿洲北部近地层(≤10 m)大气CO2浓度年平均为372 μmol · mol-1,夏季玉米叶片分布层1 m高处CO2浓度可降到320 μmol · mol-1.绿洲区气温一年四季总体低于沙漠区,但不同植被类型效应不同,樟子松林和杨树林在夏季近地层气温低于沙漠区4.1 ℃,而玉米地则高于沙漠区2.3 ℃;空气相对湿度绿洲内明显高于沙漠区,年平均高出11.4%.说明绿洲森林植被具有明显的冷湿效应,特别是在夏季玉米农田气温高于沙漠的情况下,森林的冷效应更加明显.保护绿洲农田防护林网的完整和适宜的绿洲片林,具有维持绿洲冷湿效应的重要作用.     

黄土高原人工植被对局地小气候影响的效应研究

研究人工植被对局地小气候影响的效应,是评价人工林草工程生态效应的主要表征之一.利用定点观测的方法,对安塞县退耕地上建立的人工植被和撂荒形成的自然植被群落进行了大气温湿状况、土壤水热状况等小气候特征的观测分析,并以裸露农地为对照,比较人工植被和撂荒植被对小气候的影响效应.结果表明:退耕还林营造人工林后,下垫面的变化引起局地水热循环的变化,具体表现为降温效应、增湿效应、改土效应和阻风效应,尤其是在植被生长旺盛的夏季,人工植被区近地层1.0 m处日均气温明显下降,低于撂荒植被区2.2℃;日均相对空气湿度增大,高于撂荒植被区1.97%;日平均风速降低,日均减风效益高于撂荒植被区28%,同时,土壤导热性能提高,土壤物理性质得到改良.局地小气候环境的改善,说明人工林草工程这一措施对脆弱生态的恢复改造有明显的效果.     

极端干旱区夏季不同土地类型的小气候特征差异研究

通过对新疆于田县5种不同土地类型的小气候因子进行观测,探讨了不同土地类型气温、地温、相对湿度、风速、蒸发等小气候因子在特征值、逐日变化幅度、垂直变化上的差异性特征.结果表明:①沙漠、戈壁、棉花地、玉米地在气温、地温、风速、蒸发及其逐日变化幅度上依次递减,而相对湿度依次递增.②总体来看,各土地类型(下垫面)风速均随高度的增加而下降,地温则随土层深度的增加而减小,其变化幅度差异明显.除玉米地外,各下垫面越向上,气温越高,相对湿度越大.③5个下垫面的夜间蒸发量较白天迅速减少,尤以绿洲减少比例最大,达到86％.④具有过渡性质的交错带无论是因子特征值,还是垂直变化趋势、幅度均与沙漠、戈壁相似.甚至由于戈壁的海拔相对较高,交错带的特征值和变化幅度高于戈壁,而介于沙漠和棉花地之间.⑤由于自身水份与植被覆盖条件的不同,戈壁、沙漠的气温与相对湿度两因子的相关性较差,而玉米地、棉花地居中,交错带最好.     

论毛乌素沙地基本农田建设的条件与发展前景

半于旱地区的沙漠地带，大气降水基本全部入渗。由于风沙土缺乏土壤毛细管，干沙层可有效防止水分的蒸发，故风沙区的大气降水作为浅层地下水被储存起来，并以海子、湖泊、沼泽、草句和河川基流的形式出露。风沙区的浅层地下水资源，不仅是影响沙丘形态、植被状况、治理难易的关键因子，更是沙漠绿洲形成的主导因素。毛乌素沙地基本农田的发展途径，一是利用河川引水拉沙，缩河造田；二是在支毛沟修筑沙坝，拦蓄径流，下游缩河造田，目流灌溉，并利用提灌，就近在固定或半固定沙地形成沙漠绿洲；三是利用天然海子或沙井，治理固定或半固定沙地，形成小多成群的绿洲农业。     

敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物粒度特征及沉积环境

[目的]探究敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物粒度特征及沉积环境,为敦煌沙漠绿洲过渡带的生态恢复以及有效控制风沙灾害提供必要的理论依据。[方法]运用对角线法对敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物进行采样,采用矩值法计算粒度参数,分析其粒度空间分布特征以及沉积环境。[结果](1)研究区地表沉积物粒级极粗砂和极细砂含量较少,沙漠和绿洲分别以粗砂和细砂为主,过渡带以中砂为主,沉积物粒径自沙漠到绿洲呈现明显减小的趋势;(2)3条样带的分选性都较好,相比而言,沙漠的分选性最好,过渡带次之,绿洲最差;(3)偏态除绿洲属于正偏外,沙漠和过渡带都属于近对称分布,频率曲线峰型都是平顶峰,说明不同沉积物粒级对风力作用响应的差异性。[结论]敦煌绿洲的沙以风成环境为主,鸣沙山主要为河湖沙或河流冲积沙,过渡带混合有风成沙和河湖或河流冲积沙。     

2007-2017年夏冬季上海市内外圈层土地覆盖与地表温度的定量关系

[目的]探究超大型城市地表温度对不同土地利用类型的响应特征,为城市建设和规划设计提供科学参考.[方法]以上海市为例,运用2007,2013,2017年夏冬季共6期Landsat系列多光谱及热红外影像数据,解译土地利用类型并反演地表温度,基于900m×900m网格分析了夏季和冬季上海市外环内外土地利用类型对地表温度影响特...     

科尔沁沙坨地-草甸地冻融期地温与最大冻结深度的变化规律

[目的]探究科尔沁沙坨地—草甸地土壤温度与冻结深度的变化规律,为合理指导该区农工生产和建设提供支持。[方法]基于2007—2015年冻融期人工观测数据,对比分析科尔沁沙坨地与草甸地冻融期多年土壤温度与最大冻结深度变化规律。[结果]研究区100cm处沙坨地与草甸地多年土壤温度的标准差变化规律基本一致,草甸地要小于沙坨地,但融解后期由于草甸地融解期历时较长,其标准差大于沙坨地;同时考虑土壤温度和土壤水分对最大冻结深度的影响时,沙坨地在200cm处和草甸地在140cm处的R2分别为0.959和0.788。[结论]研究区内沙坨地先冻结与先融解,沙坨地最大冻结深度较草甸地深,同时考虑土壤温度与土壤水分的最大冻结深度的拟合优度最好,沙坨地与草甸地中最大冻结深度与土壤温度和土壤水分均呈负相关关系。     

腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层含水量

[目的]研究腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层含水量、水分来源、水分存在形式、水分平衡等问题,为沙漠地区水分合理利用、沙漠化防治、沙地改良以及沙地农业生产提供科学依据。[方法]利用轻型人力钻打孔取样,进行水分测定。[结果]腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层平均含水量为1%~3%,一般具有分为3层的特点;沙层含水量存在明显的空间差异,洼地平均含水量最大,平坦高地和半固定沙丘中部含水量较低,流动沙丘中上部含水量最低;旱季时期沙层水分以薄膜水形式存在;研究区旱季沙层水分仍为正平衡,主要是由沙层的高入渗率和受蒸发影响深度小决定的;研究区有植被发育之处,在根系的吸水作用下沙层剖面中下部的含水量比无植被的剖面含水量低。[结论]研究区旱季沙层含水量低,空间差异较大,沙层水分仍保持正平衡状态。     

荷兰Groasis保水节水造林技术在民勤荒漠区的应用

[目的]研究荷兰Groasis(水盒子)在民勤荒漠区保水节水造林的初步应用,为荒漠区困难立地条件下进行大规模的节水造林和农业推广提供参考数据。[方法]选择了11种荒漠植物造林树种,在民勤沙区的退耕地、丘间地、引种圃3种类型的田间进行试验,测定成活率、土壤水分等。[结果](1)11种抗风沙树种在退耕地的土壤含水率的高低顺序为:沙拐枣花棒毛条柽柳沙地云杉樟子松胡杨蒙古扁桃沙棘榆树沙枣。(2)各种抗风沙树种在典型的3种土壤类型中,利用水盒子栽培的土壤含水率明显高于普通栽培的土壤,要高出2~5倍。(3)不同抗风沙树种和蔬菜利用水盒子在3种典型土壤类型中成活率比对照不同程度提高25%~70%左右。[结论]利用水盒子可以有效地提高抗风沙树种的成活率。     

近25 a来渭-库绿洲土地利用/覆被变化及其影响因素

[目的]对渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用/覆被变化特征及其驱动因素进行研究,为维护绿洲生态系统健康、稳定提供依据。[方法]利用研究区1989,2001,2013年Landsat TM/ETM+的影像数据,采用动态度模型及转移矩阵等方法,深入分析该绿州土地利用/覆被变化特征,并结合气候因子、人口与经济要素分析其变化原因。[结果](1)近25a来该绿洲土地利用/覆被类型没有发生变化,但各类型的面积及所占比例都发生了较大变化。(2)研究期内,各地类面积呈二增四减趋势:耕地面积净增114.52%,主要是由草地及其他地类转化而来;盐碱地面积增加66.11%,林地、草地、水体与其他地类的面积均有所减少。[结论]近25a来,该绿洲土地利用/覆被变化明显,其中,林地、草地、水体及盐碱地受自然因素主导,而耕地与其他地类则受人口和经济因素影响。     

人工与自然恢复方式对流动沙地土壤与植被特征的影响

[目的]分析不同固沙措施对土壤—植被系统恢复的生态效应,为该地区沙化草地选取合理的固沙措施、草场管理与利用以及沙漠化治理提供依据。[方法]以宁夏地区盐池沙地围封自然恢复草地和灌丛人工固沙林地为研究对象,以周围流动沙地为对照,对不同处理措施样地土壤性质和地表植被特征进行调查。[结果](1)两种恢复措施均能够显著增加土壤黏粉粒含量、土壤有机碳和全氮含量(p0.001),降低土壤温度、容重和含水量(p0.05),并显著提高草本植物丰富度、个体数和平均高度(p0.05)。(2)自然围封草地土壤黏粉粒含量、草本植物个体数和丰度分别是人工灌丛林地的2.1,2.8,1.4倍;而其土壤含水量下降幅度是人工灌丛固沙林地的1.7倍。人工灌丛固沙林地土壤有机碳、全氮含量以及草本植物平均高度分别是自然恢复草地的2.1,2.0,2.2倍;而其土壤容重下降幅度是自然恢复草地的2.5倍。(3)随着流动沙地固定和草本植被恢复,植物群落以一年生草本植物为特征逐渐演替到以一年生草本植物为主且伴生有多年生植物的草地生态系统。但一年生和多年生植物个体数和物种数自然恢复草地均明显高于人工灌丛固沙林地。[结论]围封自然恢复对于宁夏地区盐池沙地土壤质地与植被系统稳定性的恢复质量优于灌丛人工恢复措施,人工灌丛固沙因其能够有效改良土壤营养条件亦可作为重要辅助恢复手段。     

直压立式纱网沙障不同取样季节输沙量变化特征

[目的] 对不同规格纱网沙障春季、夏秋季的输沙量变化特征进行定位连续测定,为进一步评价纱网沙障的固沙效果提供科学依据。[方法] 采用野外定位、定期观测方法,研究不同季节纱网沙障的输沙量变化特征。[结果] 无论是春季,还是夏秋季,设置2 m×2 m,3 m×3 m,3 m×4 m和4 m×4 m的纱网沙障对风沙流的拦截效果随着网格变小而增加,且输沙量随高度变化趋势线均呈现指数关系。来自西北风方向的输沙量大于东南风方向的输沙量,且春季输沙量大于夏秋季输沙量。和对照相比,春季3 m×4 m纱网沙障0—60 cm高度拦截的净输沙量降低了85.98%,而夏秋季降低了79.56%。[结论] 纱网沙障输沙量主要集中在地表20 cm及以下高度范围,并随着纱网沙障规格增加其降低输沙量能力减少。设置纱网沙障能有效减少风沙流危害。     

农牧交错带土地利用类型对土壤风蚀的影响

[目的]研究农牧交错带不同土地利用类型对土壤风蚀的影响,为干旱沙区土地资源的合理利用及经营耕作提供科学依据。[方法]通过气象资料和野外风蚀试验,分析该区不同土地利用方式下的土壤风蚀状况。[结果]不同土地利用类型对土壤风蚀的影响显著,在不同利用类型的人工草地中羊草地较苜蓿地减蚀效果显著,天然草地中滨草地减蚀效果优于蒿草地,人工草地较天然草地显著降低土壤风蚀量。农田用地中耕翻地土壤风蚀量最高,未留茬免耕玉米地较耕翻地风蚀量减少46.7%~48.6%;作物留茬地土壤减蚀效果显著,且留茬作物不同,减蚀效果差异明显,玉米留茬较耕翻地风蚀量减少了58.1%~63.5%,荞麦留茬较耕翻地减蚀率为50.5%~54.6%。在不同地形坡地中迎风坡风蚀量高于背风坡3.12~3.73倍。[结论]应在该地区适宜增加人工草地种植面积,减少冬春季节耕翻地面积,减少迎风坡土地的开垦利用,在冬春季节采取地表覆盖或者作物收获后留茬的保护措施,以降低土壤风蚀程度。