京津风沙源区防风固沙功能的时空变化及其区域差异

防风固沙功能是京津风沙源治理成效的关键监测指标。以往研究注重局地防风固沙功能的评估,对全区防风固沙功能的时空变化与内部差异揭示不足。基于京津风沙源区多期遥感数据,采用修正风蚀方程与GIS空间统计技术,评估分析了2000-2015年防风固沙功能的整体变化及其区域差异。结果表明:(1)京津风沙源区年均防风固沙量为28.98亿t,防风固沙能力为68.24 t/hm~2,且均随年份变化波动增加,年均增速分别为1.10%和0.71%;(2)京津风沙源区防风固沙能力呈西北高、东南低趋势,有49.06%的区域防风固沙能力高于70 t/hm~2,评估期内有54%的区域防风固沙能力明显提高;(3)浑善达克沙地亚区、典型草原亚区和荒漠草原亚区的防风固沙量累计为全区防风固沙总量的88%,燕山丘陵山地水源保护亚区和晋北山地丘陵亚区的防风固沙能力提升最显著;(4)锡林郭勒盟、赤峰市和乌兰察布市的防风固沙量合计占全区防风固沙量的77%,朔州市与包头市防风固沙能力较高,北京市与天津市防风固沙能力增速较高。因此,未来应重视分区施策治理与西部和北部防风固沙功能提升。     

鄂尔多斯市防风固沙功能时空变化及驱动因素分析

鄂尔多斯市是京津风沙源治理的重点区域,其防风固沙功能提升对于筑牢北方生态屏障和维护环京津地区的环境安全具有重要意义. 本文基于长时间序列卫星遥感影像以及气象、植被、土壤等数据资料,采用修正的风蚀模型(RWEQ),评估了鄂尔多斯市防风固沙功能,揭示了防风固沙功能时空变化规律及驱动因素. 结果表明:①2018年鄂尔多斯市防风固沙量为95.07×108 t,单位面积防风固沙量为10.95×104 t/km2,高值区主要位于东部和北部,整体上呈现自东向西递减的趋势. ②2000—2018年,鄂尔多斯市防风固沙功能呈增加趋势,年均增长率为26.96%;空间上,其防风固沙功能明显提升区域主要位于准格尔旗和乌审旗的东南部,面积占比为54.89%;稳定区域位于杭锦旗、鄂托克旗、伊金霍洛旗的部分区域,面积占比为29.76%;降低区域位于杭锦旗北部和鄂托克旗西部,面积占比为15.33%. ③鄂尔多斯市防风固沙功能变化与降雨量和土地利用类型的面积占比均呈显著相关. 研究显示,长期生态保护修复显著提升了鄂尔多斯市防风固沙功能,但由于气候变化和人类活动影响仍存在功能退化区域,未来科学实施生态修复是筑牢鄂尔多斯市生态屏障的主要方向.      

黑河下游重要生态功能区植被防风固沙功能及其价值初步评估

在遥感和地理信息系统支持下,利用风蚀输沙率模型,对1986-2006年期间黑河下游重要生态功能区植被的防风固沙功能及其价值进行了估算。结果表明: 1986、1996和2006年研究区植被防风固沙量分别为9 056×10⁴ t、4 972×10⁴ t和6 296×10⁴ t;不同植被覆盖的土地类型中,有林地防风固沙能力最强,其次为灌木林,低覆盖度草地最小;1986-2006年,区域植被生态系统的防风固沙功能呈现出先减弱后增强的趋势;植被防风固沙功能的空间分布差异性明显,防风固沙能力较高的区域主要零散分布在河流、湖泊沿岸等植被覆盖状况较好的区域;研究区域植被生态系统的防风固沙功能价值较大,2006年达到53.1×10⁸元,明显高于当年研究区的GDP。     

呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性主要影响因子时空变化特征

以呼伦贝尔草原生态功能区为研究对象,选择了植被覆盖度、地形因子、土壤可蚀性、大风日数和湿润指数作为防风固沙功能重要性的评价指标,综合采用构建专家判断矩阵和层次分析法建立了评价指标体系。利用ETM影像数据和地理信息系统技术对呼伦贝尔草原生态功能区三期(2000—2003年、2004—2007年和2008—2011年)的防风固沙功能重要性进行了评价,并分析了各单因子重要性和综合重要性的动态变化和空间分布格局。结果表明,植被覆盖度是影响防风固沙功能重要性的关键因子。2000—2011年,呼伦贝尔草原生态功能区的防风固沙功能重要性呈先升高后降低的趋势;空间分布由东向西逐渐升高,沙带地区防风固沙功能重要性较高,温性草甸草原区和温性草原区防风固沙功能重要性较低。     

黑河流域中游地区生态环境变化特征及驱动力

多角度分析黑河流域中游地区植被覆盖度时空变化特征,并建立基于演变过程的生态系统灰色关联度模型,分析生态环境变化的驱动因子.研究表明:1)1999~2008年,平原旱地、低覆盖草地、有林地年最大归一化差异植被指数(NDVI)增幅较大,达0.1~0.2,疏林地2004年后保持高速增长,年最大NDVI增幅0.208,增长了77.6%;2)张临高盆地年最大植被覆盖度线性拟合年均增幅0.0063,生长季节平均植被覆盖度在小幅波动中呈现稳定增长趋势,拟合优度达0.74;甘州区生态治理成效最显著,年增长幅度集中在0.03~0.3;临泽县和高台县以增长为主,但局部过渡带地区下降幅度达0.1~0.3;3)植被7~10月覆盖度呈现明显增长趋势,峰值从6~7月延迟到7~8月,2007年达0.39;植被覆盖度分级结构呈现优化趋势,极低覆盖度植被逐渐转化为低覆盖度植被,2007年相比2000年降低25%以上,高覆盖度植被1998~2008年间增长约16%;4)根据3种植被覆盖度变化与各驱动因子关联分析,气象水文因子主要包括降雨量、蒸发量、径流量,最大关联度分别为0.91、-0.83、0.76,社会经济因子主要包括农作物播种面积、第一产业产值、农业科技水平,最大关联度分别为-0.81、0.78、0.81.     

黑河流域中游地区生态环境变化特征及驱动力

多角度分析黑河流域中游地区植被覆盖度时空变化特征,并建立基于演变过程的生态系统灰色关联度模型,分析生态环境变化的驱动因子.研究表明:1)1999~2008年,平原旱地、低覆盖草地、有林地年最大归一化差异植被指数(NDVI)增幅较大,达0.1~0.2,疏林地2004年后保持高速增长,年最大NDVI增幅0.208,增长了77.6%; 2)张临高盆地年最大植被覆盖度线性拟合年均增幅0.0063,生长季节平均植被覆盖度在小幅波动中呈现稳定增长趋势,拟合优度达0.74;甘州区生态治理成效最显著,年增长幅度集中在0.03~0.3;临泽县和高台县以增长为主,但局部过渡带地区下降幅度达0.1~0.3; 3)植被7~10月覆盖度呈现明显增长趋势,峰值从6~7月延迟到7~8月,2007年达0.39;植被覆盖度分级结构呈现优化趋势,极低覆盖度植被逐渐转化为低覆盖度植被,2007年相比2000年降低25%以上,高覆盖度植被1998~2008年间增长约16%; 4)根据3种植被覆盖度变化与各驱动因子关联分析,气象水文因子主要包括降雨量、蒸发量、径流量,最大关联度分别为0.91、-0.83、0.76,社会经济因子主要包括农作物播种面积、第一产业产值、农业科技水平,最大关联度分别为-0.81、0.78、0.81.     

三江源植被保持土壤能力的时空变化

为深入了解三江源区植被保持土壤的能力,以RS和GIS为技术支撑,在对三江源区植被覆盖度动态变化特征分析的基础上,利用SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》推荐的中国土壤侵蚀模型CSLE(Chinese soil loss equation)估算了2000—2010年三江源区植被的土壤保持能力,并分析其时空动态变化特征. 结果表明:①2000—2010年三江源区年均植被覆盖度为43%~50%;植被平均土壤保持量为849~955 t/km2,并且空间差异很大,总体上呈自西北向东南增加的空间分布格局. ②2000—2010年植被的土壤保持能力呈逐渐增加趋势,其中2000—2005年各流域的土壤保持能力平均增加了约29 t/km2,并以大夏河与洮河流域土壤保持能力的增幅(约700 t/km2)最大,其次为玛曲至龙羊峡(约300 t/km2),羌塘高原区植被的土壤保持能力增幅(仅2.08 t/km2)最小;2005—2010年各流域的土壤保持能力呈现轻微增长,平均增加了约9 t/km2,其中增幅较大的是柴达木盆地东和直门达至石鼓流域(约16 t/km2),增幅最小的是羌塘高原区(仅3.90 t/km2). ③三江源植被土壤保持能力随植被覆盖度的增加呈非线性增长,可通过指数或幂函数形式表达. 研究显示,增加植被覆盖度有助于提高三江源区的土壤保持能力、控制区域土壤侵蚀.      

陕西省甲醛柱浓度时空变化及影响因子分析

基于Aura-OMI传感器L2-V003甲醛日产品数据,分析陕西省2010～2018年对流层的甲醛柱浓度时空分布特征,并结合自然和人为因素等进行探讨,结果表明:研究区9年间甲醛柱浓度年际均值呈波动上升趋势,空间分布上关中地区向南北两侧递减.最小值出现在2017年,为9.45×10¹⁵molec/cm²;最高值出现在2018年,为17.40×10¹⁵molec/cm²,年均值为12.82×10¹⁵molec/cm²,季节均值水平为:夏季﹥冬季﹥秋季﹥春季,其中秋季波动性最大,春季最小.月均值幅度较大,呈周期性现象.甲醛浓度稳定性沿秦岭山脉向南北两侧递减;风向、气温和降水等自然因素均对甲醛空间分布产生重要影响,以汉中市为主,植被覆盖度与甲醛呈正相关区域,房屋建筑竣工面积、工业废气排放量、汽车保有量及大气传输等也是引起甲醛浓度变化的重要因素,针对不同区域时空分布特征结合自然、社会因素的相关性分析,提出合理性建议.     

黑河流域中游地下水时空变异性分析及其对土地利用变化的响应

应用遥感、地理信息系统和地统计学方法,分析黑河流域中游土地利用变化对地下水位时空变异性的响应。首先,通过半变异函数模型分析黑河中游地下水的变异特征,进而利用克里格插值拟合黑河流域中游1985年和2005年地下水位时空分布。其次,结合遥感解译生成的1985年和2005年两期土地利用类型分类图,叠加分析地下水位变化与土地利用类型转移之间的关系。结果表明：①1985~2005年间,整个黑河中游地下水位变化表现为冲洪积扇中上部荒漠区地下水位下降显著,而河谷盆地中部和下游河谷绿洲区地下水位相对稳定,随机（人为）因素对地下水的影响所占的比重增大,整个黑河流域地下水的连通性和脆弱性增加;②土地利用变化表现出区域面积上的自然植被退化,人工灌溉耕地的扩张变化;③地下水位和土地利用的时空变化具有密切的相关性,地下水位急剧变化的区域均是自然植被变化加剧的区域,主要表现为草地退化,戈壁增加。进一步分析得出冲积扇下部和河流细土平原耕地扩张的土地利用方式是导致冲积扇中上部地下水位下降和植被退化的主要因素,这种趋势将影响整个黑河中游地下水系统的补排关系,对地下水资源时空变异性产生深远的影响。     

深水型水库藻类功能组时空演替及生境变化的影响

藻类功能分组是近年来生态学藻类研究的重要理论和方法.为了探明西安某深水型水源水库藻类功能组时空演替及生境变化的影响,于2011年8月起开展实验研究.研究采用现场在线监测和实验室分析相结合的方法.结果表明,水库藻类可分为10个功能组类别:B、D、P、X1、X3、F、G、J、LM、MP.其中,功能组B、P、F、X1、MP、D、J在水库中较为常见,X3、G、LM出现几率较低,功能组B、D、P、X1、X3的藻类数量占优.通过分析环境因子的变化对功能组时空演替的影响,发现水温为最主要的影响因子.水库藻类生长策略为:春季R/CR策略藻种→春末夏初CR/C策略藻种→夏末秋初C/CR/R/CS/S策略藻种→秋末及冬季CR/R策略藻种.此研究可为深水型水库安全取水提供理论支持.     

陕北无定河流域土壤侵蚀时空演变

为了深入认识陕北无定河流域土壤侵蚀时空演变过程及其与降雨和植被NDVI变化的关系,采用基于RUSLE(修正通用土壤流失方程)的土壤侵蚀评估方法,开展流域土壤侵蚀时空分布及其与降雨、植被NDVI的关系研究.结果表明:① 2000—2014年无定河流域多年均土壤侵蚀模数为457.90 t/(km2·a),呈波动增加过程.流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,占流域总面积的88.35%,其他土壤侵蚀等级面积比例随等级升高而减少.研究时段内除微度侵蚀面积比例减少外,其他土壤侵蚀等级面积比例均呈增加过程,并且侵蚀面积年变化速率也由微度侵蚀的0.52%降至剧烈侵蚀的0.01%. ② 无定河流域西北部土壤侵蚀程度最低,西南部其次,东南部最高,与其地貌类型及降水量沿东南—西北方向递减有关,但均反映出流域2000—2014年土壤侵蚀的增加过程.研究时段内流域不同土壤侵蚀等级间面积及比例转移主要由低等级土壤侵蚀类型转为相邻高等级土壤侵蚀类型. ③ 无定河流域土壤侵蚀与降水量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力呈显著正相关(P < 0.01),相关系数分别为0.90、0.95和0.98,而与植被NDVI的关系不显著.研究显示,降雨变化尤其是侵蚀性降雨(≥12 mm/d)增加是陕北无定河流域土壤侵蚀增强的主要原因.      

黑河流域生态环境恶化状况与治理建议

运用野外调查和地理信息系统相结合的方法,系统调查了黑河流域生态环境恶化的现状,分析其影响的原因,提出治理建议。指出,黑河水资源合理利用、土地资源适度开发,必要的水利工程和科学的上、中、下游分水方案是治理黑河流域生态环境恶化所必须采取的措施。      

黑河流域参考蒸散量的时空变化特征及影响因素的定量分析

利用黑河流域及周边地区14个气象站的1960—2009年逐日气象资料,基于FAO推荐的 Penman-Monteith模型分析了黑河流域近50 a来潜在年、 季参考蒸散量ET₀的时空分布特征,同时利用敏感分析计算了流域内不同区域典型气象站ET₀对各气候要素的敏感系数,并结合各气候要素的多年相对变化定量探讨了导致ET₀变化的主导因素。结果表明:黑河流域年ET₀表现出明显的南北差异,亦即从南到北呈增大趋势,上游祁连山区年ET₀约568~700 mm,中游走廊平原约800~900 mm,下游的金塔、 鼎新一带约1 000 mm,额济纳地区则高达1 150 mm以上。各季节ET₀亦呈北多南少特征,且ET₀的年内分布以夏季最多,春季次之,秋冬最少。近50 a来,黑河流域年、 季平均ET₀整体呈减小趋势,但亦存在区域差异,其中上游ET₀略有增加,而中下游以减小趋势为主。就年平均敏感系数而言,上游的托勒站和中游的高台站皆对相对湿度敏感性最强,而下游的额济纳旗对平均风速最为敏感。不同站点各季节/月ET₀对气候要素的敏感性有所差异。风速是引起ET₀变化的主导因素,相对湿度和日照时数的贡献则较小。     

黑河下游地下水位变化特征及其原因

论文选取分布于黑河下游段额济纳东河、 西河沿岸具有代表性的6眼长期观测井,根据其地下水位旬观测数据(1990-2009年),应用统计特征分析以及Mann-Kendall和Mann-Whitney趋势检验法分析黑河下游地下水位动态变化特征。研究发现:1990-2009年期间,东、 西河地下水位平均埋深存在上中部浅、 下部深的空间分布特征;下部地下水位埋深呈显著增加、 上中部呈非显著性减少态势。各井地下水位埋深在2000年后不同年份出现了变化趋势转折。分析表明:2000年实施的生态输水是研究区地下水位得以逐渐恢复的根本原因,但输水量不足、 抽取地下水灌溉是导致下部地下水持续下降的主要原因。研究结果可为黑河下游生态输水的效果评估和输水管理工作提供参考。     

沱江流域污染负荷时空变化特征研究

选取沱江流域为研究区域,采用排污系数法对2007、2017年沱江流域28个区县的总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH₃-N）和化学需氧量（COD）的污染负荷进行估算,并使用相关分析、主成分分析、聚类分析和空间分析法揭示流域污染负荷时空变化与社会经济因素及土地利用方式的相互作用关系.结果表明：①4种污染负荷在时间尺度上呈整体增加趋势,空间尺度上呈高度异质性.其中,COD污染负荷增长量和增长率最大,分别为87556.54 t、24.16%.上游龙泉驿区COD、NH₃-N污染负荷增加量最大,分别为7988.15、469.83 t,而TN和TP增加量最大的区域出现在下游的龙马潭区和泸县,分别为1556.08、181.93 t.②污染负荷与农业经济社会指标相关性较强,COD、NH₃-N、TN和TP污染负荷与非农业人口数量的相关系数分别由2007年的0.460、0.218、0.226和0.184变为2017年的0.953、0.938、0.881和0.871,且农业用地和建设用地大面积分布的地区污染更加严重.③4种污染负荷的污染源聚类结果均发生变化,这与其他污染源类型向城镇污染源类型转变相关,发生转变的区县多数集中在农业用地和建设用地大面积分布的区域,且这些区域城镇化率或二、三产业占生产总值比的变化量均较大,如中游的乐至县、雁江区、东兴区等.聚类未发生变化的区县对应的土地利用类型主要为林地和草地,其城镇化率或二、三产业占生产总值比的变化量均较小,如下游的自流井区和中游的内江市市中区等.对沱江流域污染负荷时空变化特征的探讨可为该流域污染物总量调控和环境健康发展提供理论依据和数据支撑.     

Relationship between catchment characteristics and forms of nitrogen in Cao-E River Basin, Eastern China

The distribution of different nitrogen forms and their spatial and temporal variations in different pollution types of tributaries or reaches were investigated. Based on the catchments characteristics the tributaries or reaches can be classified into 4 types including headwater in mountainous areas (type I), agricultural non-point source (NPS) pollution in rural areas (type II), municipal and industrial pollution in urban areas (type III), and combined pollution in the main stream (type IV). Water samples were collected monthly from July 2003 to June 2006 in the Cao-E River basin in Zhejiang, Eastern China. The concentrations of NO3-N, NH4+-N, and total nitrogen (TN) were measured. The mean concentrations of NO3-N were in the order type IV > type II> type III > type I, whereas, NH4+-N, total organic nitrogen (TON), and TN were in the order type III > type IV > type II> type I. In headwater and rural reaches, CNO3-N was much higher than CNH4+-N. In urban reaches, TON and NH4+-N were the main forms, accounting for 54.7% and 32.1% of TN, respectively. In the whole river system, CNH4+-N decrease with increasing distance from cities, and CNO3-N increased with the increasing area of farmland in the catchments. With increased river flow, the CNO3-N increased and the CNH4+-N decreased in all types of reaches, while the variations of CTON and CTN were different. For TN, the concentration may be decreased with the increase of river flow, but the export load always increased.     

基于CLUE-S模型的黑河中游土地利用情景模拟研究 ——以张掖市甘州区为例

由于传统的土地利用空间统计分析问题中存在固有的空间自相关效应,进而影响到不同土地利用类型空间分布概率模拟的精度.研究在CLUE-S模型中传统的二值Logistics回归的基础之上引入了空间自相关因子形成Autologistic回归模型,并将其用于区域土地利用情景模拟.结果表明:(1)考虑了土地利用类型空间自相关性的Autologistic回归模型在模拟土地利用空间格局时能更好地反映真实土地利用分布格局.耕地、林地、草地、水域及未利用地的空间格局拟合优度ROC值分别从0.914、0.820、0.697、0.635和0.798提高到0.924、0.892、0.766、0.716和0.835;(2)基于Autologistic回归分析的建模对CLUE-S模型的模拟精度有一定的提高.Autologistic回归分析下模拟结果的Kappa指数0.935 4大于Logistic回归模拟结果0.888 0;(3)通过模拟2020年研究区5种情景方案下土地利用格局,表明在不同情景方案下的土地利用/覆被格局存在显著的空间差异:①自然增长情景方案下,耕地的增加对于保障粮食安全有重要意义,而建设用地的扩张则会促进研究区经济建设的快速发展,但林地和草地转化为未利用地会加剧土地的退化和生态环境的恶化;②在3种水资源约束情景方案下,水资源对干旱区土地利用/覆被变化的制约非常明显,提高水资源利用率是改善干旱区生态环境的一个重要措施;③土地结构优化情景方案下土地利用比较全面地考虑到了流域粮食安全、生态保护以及经济发展等需要,具有较强的合理性;④经济发展情景方案下建设用地快速扩张,大量侵占周边耕地和草地,粮食安全会受到较大的威胁;⑤生态保护情景方案下林地、草地和水域等生态保护用地面积呈显著扩张,区域生态环境质量明显改善.