水保监测与应用技术基于RS和GIS的敦煌市沙漠化动态监测

[目的]研究敦煌市沙漠化动态变化特征,为敦煌市沙漠化防治和文物保护工作提供理论依据.[方法]基于遥感和GIS技术,选取2004和2009年的TM和ETM遥感数据进行调查判读.[结果]敦煌市沙漠化土地面积为1.97×106 hm2,占土地总面积的73.8％;研究期内沙漠化土地总面积减少9 102.59 hm2,年变化率-0.001％;极重度沙漠化向重度、中度和轻度沙漠化转变,沙漠化程度整体减轻.[结论]研究区植被盖度有所好转,沙漠化程度在减缓,但土地沙漠化趋势尚未根本改变,防沙治沙仍是敦煌市的长期任务.     

青海省共和盆地沙漠化驱动机制

[目的]研究青海省共和盆地沙漠化的形成和发展过程,探讨沙漠化形成机制,为共和盆地生态环境治理提供科学依据。[方法]利用Google Earth和ArcGIS分析不同区域的沙漠化分布特征;通过6期遥感卫星影像解译比对,对沙丘移动速度和古沙丘活化速度进行监测;并利用SPSS对共和盆地气温、降水、风速和牲畜数量进行分析;结合野外调查、实验室粒度分析、地层分析,研究沙漠化的形成过程。[结果]共和盆地流动沙片分布广泛,发育有大量雅丹地貌,沙漠化土地呈斑块状、条带状交错分布。地层分析显示,固定沙丘的表层覆盖有厚度不一的粉沙土,其下为松散古风成沙。土地沙漠化的主要形式是固定沙丘活化、河湖相细沙外露、固定沙带及古沙丘活化。[结论]有胶结作用的粉沙土是古风成沙的保护层,而食草动物的践踏是破坏保护层的主要原因。在动物破坏、风沙流及重力侵蚀作用下,粉沙土层崩塌破坏,更多古风成沙暴露,此过程循环往复,造成沙丘活化,形成风蚀坑,是共和县沙漠化形成和发展的主要过程。     

1964-2014年玛曲高原土地沙漠化驱动力定量分析

[目的]对玛曲高原土地沙漠化的驱动因子进行定量分析,为黄河上游地区沙化草地恢复及生态环境治理提供科学依据和理论基础.[方法]以多期玛曲高原遥感数据和近50 a气象及社会经济资料为数据源,采用主成分分析等方法开展研究.[结果] 1964-2014年,玛曲高原沙漠化土地的扩张是综合贡献率高达57.18％的自然因素和人为因素共同作用的结果.在不同时段,玛曲高原沙漠化土地扩张的驱动因素不同;1964-1980年,沙漠化土地的扩张以自然因素为基础,人为因素为主导,它们的贡献率分别为33.95％和47.66％;1981-1997年,玛曲高原沙漠化程度的加剧是受自然因素和人为因素共同作用,综合贡献率为42.75％;1998-2014年,玛曲高原沙漠化土地的逆转以人为因素为主导,其贡献率为44.97％.[结论]玛曲高原沙漠化土地的演化是在高寒脆弱不稳定的大自然背景下,人为因素尤其是人口数量和牲畜数量辗转变化的产物.人为因素在短期内对区域沙漠化的影响更为显著,甚至决定着沙漠化的演变方向.     

沪灞国家生态文明先行示范区生态风险评价与管理

[目的]开展城市生态风险评价研究,揭示景观格局变化对城市生态风险空间变化的影响,以期为西部地区绿色城镇化与城市生态建设提供决策参考.[方法]选取西安市浐灞国家生态文明先行示范区为研究对象,以2004,2009,2014年的遥感数据为基础,开展生态景观格局变化分析,构建研究区生态风险指数,拟合区域生态风险变化,对研究区2014年生态风险和生态服务价值进行空间叠加和优化厘定,在分析生态风险的时空变化规律的同时给出研究区生态发展优化调控对策.[结果]区域景观由原来农田景观控制的绝对状态变成多类型控制的城市景观,区域景观风险指数上升了25％,但区域生态系统服务价值上升了5.5％.[结论]浐灞生态区成立10 a以来生态风险空间分布差异明显,但由于该区坚持生态立区策略,区内多建大型生态项目,虽然该区在短期内呈现出生态风险指数上升的问题,但随着项目完成建设,区域风险会回落到一个新的稳定状态,且区域生态系统服务价值上升,表明其生态策略有利于该区生态系统发展.     

青海省共和盆地光伏发电基地风沙灾害现状、成因及其防治措施

[目的]分析青海省共和盆地塔拉滩光伏发电基地风沙灾害现状,并探讨风沙灾害的成因,提出相应的防治对策。[方法]利用徕卡全站仪对光伏发电基地沙丘移动速率以及典型电站积沙量进行了实地测量,并结合气象资料分析了风沙灾害形成的区域风沙环境特征。[结果]沙丘前移与风沙流遇阻后在太阳能板间形成积沙是该区风沙危害的主要表现形式:该区沙丘类型以新月形沙丘为主,移动速度达12.56m/a;在一面积99hm2、风沙灾害最为严重的光伏园区内,2016年2—4月3个月内上风向光伏板间积沙可达3 090m3;研究区属中能风沙环境,为单峰风况,起沙风以西风和西北西风为主,两组风向占年输沙势的92.1%。[结论]风力强劲、风旱同期等自然特点以及过度放牧导致的土地沙漠化提供沙源是该区风沙灾害的主要成因,亟需建立固沙与阻沙措施相结合的风沙灾害综合防治体系进行风沙灾害防治。     

呼伦贝尔沙地草场沙漠化成因分析

沙漠化作为当今最重要的环境与社会经济问题困扰着世界,威胁着人类的生存与发展.我国是世界上受沙漠化危害最严重的国家之一,对呼伦贝尔沙地的沙漠化的原因进行分析,找出导致沙漠化的的原因是由于在气候环境恶化的情况下人口压力的增大引起的过度砍伐、开垦、放牧、采挖等不合理利用森林和草原资源和生产建设活动从而使固定沙地活化,使该区沙漠化土地扩张.在最后提出尽快恢复退化草地的植被是治理沙漠化的关键.     

沙漠化逆转过程中毛乌素沙地土壤风蚀可蚀性影响因子的变化特征

[目的]揭示毛乌素沙地沙漠化逆转过程对土壤风蚀可蚀性的影响,为该区风蚀防治和生态重建提供科学参考。[方法]选取1986—2021年共8期遥感影像,以ENVI 5.3和ArcGIS 10.7为平台对毛乌素沙地不同时期土地沙漠化进行反演,同时构建研究区2021年沙漠化差值指数(DDI),并按照自然断裂法将毛乌素沙地土地分为非、轻度、中度、重度和极重度5种沙漠化类型代表沙漠化逆转的不同阶段。根据反演结果,应用空间代替时间的方法,对不同沙漠化类型土壤进行样品采集,并对土壤机械组成、土壤有机质含量、土壤结皮、植被因子等土壤风蚀可蚀性影响因子进行测试分析。[结果]毛乌素沙地1986—2021年沙漠化整体呈逆转趋势,沙漠化土地面积由1986年的47 877.81 km²缩减至2021年的45 914.06 km²,以56.11 km²/a的速率逆转。该区土地沙漠化可分为3个时期：1986—2001年为沙漠化发展期,土壤黏粒、粉粒百分含量、有机质含量呈降低趋势,土壤砂粒百分含量、结皮因子和植被因子值呈增加趋势;2001—2011年为沙漠...     

干旱区县域土地覆被变化特征及其生态环境效应——以内蒙古自治区翁牛特旗为例

[目的]研究翁牛特旗的土地利用变化特征及其生态环境效应,为该地区生态环境重建提供支持。[方法]选取2006及2015年8月Landsat卫星影像,通过ENVI 5.1提取出翁牛特旗土地利用数据,进而利用土地利用动态度、土地利用类型的空间转移矩阵,以及生物丰度指数、生态系统服务价值和敏感性指数,分别对翁牛特旗土地利用结构的时空演化特征和生态环境效应进行分析。[结果](1)翁牛特旗主要土地利用类型为耕地、林地、草地和沙地,近10a来该旗的土地利用变化呈现为耕地、草地、建设用地增加,林地、沙地和水体面积减少的态势。(2)10a间生物丰度指数从2006年的43.47下降为2015年的42.69,降低1.79%,表明区域的生物量减少,不利于生物多样性发展;生态系统服务总价值从2006年的102.31亿元下降至2015年的98.47亿元,减少了3.84亿元,下降了3.75%,生态环境基本维持着平衡,总体上呈现出微弱的退化。(3)各种土地利用类型的敏感性指数(CS)均小于1,表明研究区生态系统服务价值对于生态服务价值系数不敏感、缺乏弹性。[结论]研究区林地、水体面积的减少,建设用地面积的增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态系统服务价值和生物丰度的减少,加剧了当地生态环境的脆弱性。     

1990-2014年甘肃省白龙江流域土地利用变化对人类活动响应

[目的]综合分析1990-2014年甘肃省白龙江流域土地利用变化及其对人类活动的响应,以期为该区未来的土地利用优化提供参考.[方法]基于1990年,2002年,2014年3期遥感影像解译获取的土地利用数据,计算土地利用变化速度、土地利用转移矩阵和土地利用程度.[结果] 1990-2014年流域的综合土地利用动态度从10.24％增长到17.59％;1990-2014年流域的土地利用类型变化以草地、耕地和林地的转换为主;1990-2002年流域内各县(区)的土地利用程度综合变化指数介于1.38～6.65,而2002-2014年流域内各县(区)的土地利用程度综合变化指数介于一15.43～0.17.[结论]1990-2014年流域人类活动对土地的利用由简单索取开发型转变为保护与生态建设型,从破坏性、粗放式和低利用效率向保护性、集约式和高利用效率发展.     

1961-2013年新疆博斯腾湖流域风速和日照时数变化特征

[目的]研究新疆博斯腾湖流域风速和日照时数的变化,为该流域工农业生产、生态环境建设等提供科学的气候变化背景.[方法]采用常规统计方法、M-K突变检验以及小波分析等方法,对1961 2013年新疆博斯腾湖流域4个气象站逐日平均风速和日照时数资料进行分析.[结果]近53 a来博斯腾湖流域平均风速呈明显的减小趋势,平均每10 a减小0.092m/s;空间分布上除冬季外,均表现为湖周边平原、盆地地区变化幅度大,北部、西北部山区变化幅度小,冬季恰好相反.该区年均日照时数也呈明显的减少趋势,平均每10 a减少59.11 h,1985/1986年发生突变;流域北部地区变化幅度较大,南部地区变化幅度较小.[结论]该区域风速和日照时数之间相关性较好.     

21世纪初科尔沁沙地沙漠化对区域气候变化的响应

利用2000—2013年生长季MODIS-NDVI时间序列遥感数据和降水、气温、蒸发和风速等气象数据,研究21世纪初科尔沁沙地沙漠化动态变化及其对区域气候变化的响应关系。结果表明:21世纪初,科尔沁沙地沙漠化经历了逆转-发展-逆转的过程,轻度和中度沙漠化土地面积呈显著下降趋势,重度和极重度沙漠化土地面积呈下降趋势但不显著。未沙漠化土地主要分布在研究区西北部,轻度和中度沙漠化土地广泛分布在研究区南部、东部和北部,重度和极重度沙漠化土地主要分布在西南部。2000—2013年,科尔沁沙地降水量呈上升趋势,气温、蒸发量和起沙风日数呈下降趋势,斜率分别为8.34 mm/a、-0.04℃/a、-23.56 mm/a和-1.7 d/a,其中蒸发量和起沙风日数下降趋势较为显著;近14 a来,科尔沁沙地沙漠化主要受水热条件的影响,尤其是在2000—2005年、2009—2013年2个时期,降水增多、蒸发减少,区域气候较湿润,研究区沙漠化2次逆转;此外,沙漠化受气候影响具有地域差异性,受气候影响较大的地区主要集中在研究区东部和东南部地区。研究可为科尔沁沙地沙漠形成机理分析及沙漠化防治工作提供理论依据。     

科尔沁不同沙地土壤饱和导水率比较研究

用Guelph入渗仪对科尔沁沙地不同沙漠化阶段土壤不同层次的土壤饱和导水率(Kfs)进行测定,分析研究了Kfs与沙地类型、土层厚度、沙丘坡位及土壤理化性质的关系.结果表明:(1)草地(潜在沙漠化)、固定沙丘(轻度沙漠化)和流动沙丘(严重沙漠化)的Kfs依次增大,平均值分别为2.15、4.79和5.89 mm min-1,呈现出土壤入渗能力随沙漠化程度的增强而增强的趋势;三种沙地间Kfs差异显著,沙丘不同坡位Kfs也有较大差异,表明科尔沁沙地Kfs具有较高的空间异质性;(2)三种沙地Kfs随深度的变化规律差异较大,草地Kfs随深度呈抛物线状变化,而固定沙丘Kfs随深度呈指数函数变化;(3)通过逐步回归分析发现对Kfs影响较大的土壤理化性质是土壤有机质含量、土壤细砂含量、黏粉粒含量和粗砂粒含量,并且Kfs与前三个因素呈显著的负相关关系,与最后一个因素呈显著的正相关关系.     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分的时空异质性

应用半干旱区科尔沁沙地2006-2010年5-9月份土壤水分定点观测资料,研究农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分的时空变异性。结果表明:2006年5月-2010年9月,(1)农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分都在7月份最高;农田7月份土壤水分与5、6月份的差异显著,沙质草地7月份的与8、9月份的差异显著,而固定沙丘7月份的与生长季其他月份的都有显著差异;(2)3个样地土壤水分随年份有逐渐增加的趋势;(3)农田、沙质草地和固定沙丘0-160cm平均土壤含水量分别为20.69%,7.63%,3.61%,农田土壤水分明显高于沙质草地和固定沙丘,而且3种样地间土壤水分差异显著;(4)3个样地土壤水分随土层厚度增加呈"先增加后减少,最后又增加"的趋势;农田0-20cm土壤水分与20-40cm,40-60cm,120-140cm及140-160cm的差异显著;沙质草地0-20cm土壤水分除与140-160cm有显著差异外,与其他土层均无显著差异;固定沙丘土壤水分只有100-120cm与140-160cm的差异显著;(5)研究区降雨的季节分配极不均匀,主要集中在4-10月的生长季,占全年降雨量的92.58%;0～5mm降雨占全年降雨事件的73.29%,但其降雨量只占全年降雨量的25.1%;降雨间隔期以0～10d为主,占全年无降雨期的37.6%;0～10d降雨间隔期出现的频数最高,占全年间隔期频数的86.9%;(6)当土壤水分较高时,其变异性会随着土壤水分的增加而减小,而当土壤水分较低时,其变异性随土壤水分的增加而增加。     

科尔沁沙丘-草甸相间地区表土饱和导水率的土壤传递函数研究

以科尔沁沙地典型坨-甸相间地区为研究区,野外布设240个采样点,对流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙丘区杨树林、沙丘区耕地、低覆盖度草甸、高覆盖度草甸、草甸区耕地、撂荒地9种地貌类型下的表层土壤进行了采样,测定了其含水率、干容重、有机质、饱和导水率等理化特性,分析了不同地貌类型下表层土壤理化参数差异。选取Campbell、Cosby、Wosten等、Saxton等4种土壤饱和导水率传递函数,对该地区表土饱和导水率进行了预测。结果显示这几种土壤传递函数预测值与实测值偏差较大,相关系数均小于0.3,精度难以满足本地区应用。在此基础上,选取土壤容重、有机质含量、饱和含水率、平均粒径、粒径标准偏差5种土壤特性参数作为输入变量,采用主成分分析与非线性回归分析相结合的方法,重新建立了预测本地区表土饱和导水率的土壤传递函数,结果显示预测值与实测值相关系数为0.661,该传递函数可用于科尔沁沙地表层土壤饱和导水率的预测。     

乌兰布和沙漠风沙运动规律研究

根据在沙漠化程度十分严峻的乌兰布和沙漠实际所测得的有关流动、半固定和固定沙丘风沙运动的相关数据,运用多元统计分析的方法分别建立了3种沙丘的输沙率函数模型,定量地分析了输沙率与风速及高度的相关关系,并对风沙流结构进行了相应研究。这对于指导我国的沙漠化治理工作具有重要的建设性意义。     

中亚热带天然次生常绿阔叶林水文生态效应研究

以科尔沁沙地为研究区域,测定分析了流动沙丘栽植22a的樟子松林和24a的小叶锦鸡儿灌木林对土壤物理组分有机碳分配的影响。结果表明,(1)流动沙丘造林后土壤粗砂、极细砂和黏粉粒含量增加,细砂含量减少,土壤容重降低。(2)流动沙丘栽植樟子松和小叶锦鸡儿林后,全土有机碳储量分别增加357和514g/m2,增幅为729%和1 050%。(3)流动沙丘、樟子松和小叶锦鸡儿林地土壤轻组质量分别为0.08%,1.24%和1.14%,轻组碳储量分别为9.7,182.5和185.9g/m2,占其全土碳储量的比例依次为20%,45%和33%。(4)土壤有机碳在不同粒级土壤中的分配状况为,流动沙丘:细砂>粗砂>极细砂>黏粉粒;樟子松林地:粗砂>细砂>极细砂>黏粉粒;小叶锦鸡儿林地:粗砂>极细砂>细砂>黏粉粒。(5)流动沙丘造林后,轻组有机碳储量的变化比总有机碳的变化更为明显,粗砂组分中非保护性有机质的增加是引起土壤总有机碳变化的主要原因。     

科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位土壤C,N特征

[目的]研究沙丘不同坡位土壤碳氮的分布特征,旨在探索沙丘不同坡位植被演替机制。[方法]选取高于5m的半固定沙丘,沿主要风向于坡底、坡中、坡顶和背风坡设置样点,对土壤容重、土壤总有机碳含量和土壤总氮含量进行测定,并计算碳氮比、碳氮密度和碳氮储量。[结果](1)不同坡位土壤碳含量均随深度增加显著降低,主要变异层发生在0—40cm层。不同坡位土壤碳含量在30—40cm层和60—100cm层存在差异。(2)氮含量与容重在不同坡位和不同深度均不存在显著差异性,碳氮比在坡底和坡顶存在显著的垂直差异性,背风坡60—100cm层土壤碳氮比显著高于其它坡位。(3)各坡位土壤碳密度随深度增加显著下降。30—40cm层土壤碳密度存在显著的坡位差异,而土壤氮密度的垂直差异和坡位间差异均不显著。(4)半固定沙丘土壤碳氮储量分别为716.89和94.14kg/m2,不同坡位差异性不显著;碳储量的构成在4种坡位差异较大,而各坡位不同深度土壤氮储量对总储量的贡献差异较小。[结论]科尔沁沙地半固定沙丘土壤碳氮含量与密度不同坡位的差异较小,同时各坡位的碳氮均存在显著的垂直差异性,尤其在30—40cm层,变异程度较大,这可能与该层植物根系分布有关。     

Processes and mechanisms of desertification in northern China during the last 30 years,with a special reference to the Hunshandake Sandy Land,eastern Inner Mongolia

Desertification has been widely recognized as one of the most serious environmental problems in China, although its concept and causes are still debated in scientific communities. The semi-arid region in northeastern China, located on northern margin of eastern Asian summer monsoon, is ideal for investigating the processes and mechanisms of desertification because of its very sensitive ecosystem. Using the Hunshandake Sandy Land of eastern Inner Mongolia, a former dormant dunes and wetlands environment, we monitored the variation of the desertified land and the wetlands in order to assess the climatic and human impacts on the processes of desertification. The research methods included digital image processing of LANDSAT data and ground checks. The remote sensing data from the last three decades show that the wetlands were larger in 1975 and 1992 than in 1989 and 2001. The variation of the extension of mobile dunes is in inverse proportion to that of wetlands. The main process of desertification is the reactivation of dormant sand dunes. The changes of wetlands and desertified lands correlate considerably well with the variations of local precipitation and temperature, suggesting that climate might be the key factor triggering desertification in the Hunshandake. In other sandy lands of China, however, human activities might be the key factor causing desertification and land degradation.     

半干旱区流沙固定初期不同植被类型的土壤湿度特征

利用科尔沁沙地奈曼生态网络研究站1983～1990年土壤水分定位观测数据,分析了不同类型植被土壤湿度的时间变化特征及其受降水的影响。结果表明:植被建立对沙地土壤湿度影响是显著的,与流动沙丘(多年平均土壤含水量3.56%,变异系数为0.074)相比,生长在沙丘顶和丘间低地的乔木树种小叶杨和樟子松,10～15年后平均土壤含水量分别为2.73%和3.08%,但在较短的时间尺度上变异较大,变异系数分别为0.127和0.347,下降最明显的是生长在沙丘顶部的灌木、半灌木,如小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿 樟子松等植被区,平均土壤含水量均低于2.5%,变异系数分别为0.179和0.262。半干旱土壤湿度除了受植被影响外,降水也是主要控制因子。欠水年,土壤旱化现象严重,在固沙植被区,特别是沙丘顶部会出现暂时性土壤干层,并且不同类型植被区土壤湿度差异显著;丰水年,土壤水分好转,干层消失。     

绿洲——荒漠交错带活化沙丘的植物群落特征分析

以民勤绿洲-荒漠交错带活化沙丘上的植物群落为对象,研究了活化沙丘不同部位的沙地植物群落物种组成、结构和多样性的变化。研究结果表明:从活化沙丘的下部、中部、丘顶,到背风坡的中部、下部,再到丘间低地,每一个生境对应着不同的群落类型。各部位不仅植物种类和数量存在差异,而且群落结构差异明显,其中丘顶为一年生草本植被构成,而丘间低地处只有灌木。群落物种多样性与相似性指数表明,从沙丘下部到丘顶再到丘间地,生态因子的差异对物种的分布格局产生了影响,从而导致了群落结构和功能发生了变化。活化沙丘植被简单,退化严重,需加强保护,防止继续退化。