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...     

毛乌素沙地近30年沙漠化土地时空动态演变格局

应用1990—2017年7期遥感影像作为数据源,通过计算沙漠化指数和沙漠化重心迁移等指标,对毛乌素沙地近30年沙漠化时空动态演变格局进行了研究。结果表明:(1) 1990—2017年沙漠化程度处于逆转趋势,沙漠化土地面积共减少1 684.09 km~2,平均62.37 km~2/a的沙漠化土地得到有效的治理。(2)阶段性平均沙漠化指数1990—2000年(快速发展)为2.45,2000—2010年(快速逆转)为2.30;2010—2017年(稳定逆转)为2.01,沙漠化程度明显减轻。(3) 1990—2017年,极重度沙漠化土地重心向西迁移3.42 km;重度沙漠化土地重心向西北方向迁移8.80 km;中度沙漠化土地重心向西北偏移5.42 km;轻度沙漠化土地重心向东南方向延伸9.90 km。沙漠化土地重心由西向东依次为极重度沙漠化、重度沙漠化、中度沙漠化、轻度沙漠化,在沙漠化治理与防治过程中,应根据不同沙漠化土地类型而采取不同的治理对策,做到因地制宜,合理有效地改善沙区环境。     

1970—2019年济南市极端降水事件时空变化特征

为了研究济南市极端降水事件时空变化特征,采用线性趋势、Mann-Kendall突变分析、小波分析等方法,基于济南市1970—2019年49个雨量站50 a的逐日降水资料,选用12个极端降水指数进行研究。结果表明:年降水量(PRCRTOT)呈显著增加趋势(p<0.05),增加速率为31.04 mm/10 a; 连续干旱日数(CDD)呈大幅下降趋势(p<0.05),下降速率为16.51 d/10 a,雨日日数(RD)、极端降水日数(R95)、极端降水总量(R95P)呈明显上升趋势(p<0.05),年降水强度呈下降趋势(p<0.05),其余指数呈不显著增加趋势; 研究区雨日日数、极端降水日数、极端降水总量、连续干旱日数及年降水量发生明显突变,其他指数突变不明显; 在周期变化上,多数指数存在22～27 a,17～17 a,7～10 a,4～5 a的主振荡周期; 从空间分布看,极端降水指数的空间差异明显,大雨日数、1日最大降雨量、5日最大降雨量及年降水量高值区基本集中在原济南市中心城区、东南部山区和莱芜附近,低值区集中在北部郊区。总体而言,济南市极端降水事件频发,应重视城市排水,减少内涝风险。     

毛乌素沙地暖湿化特征分析及其对植被变化的影响

气候暖湿化对植被生长及覆盖率乃至土地合理开发利用、生态环境保护均有重要的现实意义。以毛乌素沙地为研究区,基于1959—2019年的气象数据(气温、降水量及蒸发量),运用气候趋势变化、M-K突变和小波周期分析特征变化,并结合生长季归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)值探究其与研究区气象因子间的响应关系。结果表明:(1)研究区内毛乌素沙地年平均气温、年平均降水量、年平均蒸发量分别升高1.7 ℃、11.19 mm和33.82 mm,并呈显著上升趋势。(2)70年代是气象因子突变始发时间,且在70—90年代间进行了气温由冷变暖、降水由少变多、气候由干变湿的突变。(3)沙地年平均气温、降水及蒸发在时间序列上以20~30年的周期振荡最明显,且在28年处达峰,为毛乌素沙地气象因子变化的第1主周期。(4)1998—2019年NDVI总体呈现波动增加趋势,与蒸发和降水呈正相关的响应关系,蒸发显著性大于降水。研究结果可为当前气候变化下有效保护和管理生态系统提供科学依据。     

呼伦贝尔沙地2000-2020年土地利用变化及生态服务价值

[目的] 研究呼伦贝尔沙地土地利用动态以及生态系统服务功能演变情况,为该区优化土地利用结构以及改善生态服务功能提供理论支撑。[方法] 以呼伦贝尔沙地2000,2005,2010,2015和2020年5期遥感影像为数据源,在ENVI 5.3和ArcGIS 10.2的支持下,运用土地动态度空间分析模型、变化强度分析土地利用变化特征,采用中国沙地生态服务价值表的计算方法对呼伦贝尔沙地土地利用数据进行分析,计算呼伦贝尔沙地的生态服务价值以及敏感性指数。[结果] ①研究区沙漠化呈逆转趋势,各沙漠化土地面积均减少,极重度沙漠化土地面积共减少627.3 km²,林草地面积不断增加,生态环境得到了有效的改善;从土地利用类型变化来看,主要以沙漠化逐级转移为主,其他转换类型的转化比重相对较小;②从变化速率来看,林草地的变化幅度最大,以年变化率9.3%的速度增加;从变化强度的绝对值来看,轻度沙漠化的变化强度最大,20 a间面积减少70%;③呼伦贝尔沙地的生态服务价值总体呈现增长趋势,其中林草地生态服务价值最高,极重度沙漠化的生态服务价值最低;生态服务价值的敏感性指数均<1,说明沙地的生态服务价值相对较稳定。[结论] 研究区应扩大林草地面积,合理治理沙漠区域,提升区域生态系统服务价值。     

毛乌素沙地降水和气温变化特征及其与植被因子的关系

为了研究毛乌素沙地土地利用/覆被变化(LUCC)对气候变化的影响,采用观测资料减去再分析法(OMR)和土地利用转移矩阵等方法,分析毛乌素沙地沙漠化逆转期前后(1980—1999年和2000—2016年)两个时期LUCC对气候变化的影响,讨论该时期LUCC引起区域气候效应的驱动机制。结果表明:(1)沙漠化逆转后期与前期相比,气温和降水变化特征存在差异。沙地和非沙地气候变化无明显差异,下垫面物质组成对气候变化影响不显著;(2)降水量变化主要受到地面蒸散发的影响。气温变化是LUCC引起蒸散发、反射率、净辐射量等变化的综合效应,LUCC对气温的影响更明显;(3)相比平均气温,最高气温和最低气温对于LUCC的响应更敏感。因此,植被恢复显著改变了毛乌素沙地降水和温度的变化特征,而且这种变化与下垫面物质组成无关。     

渠江流域降水时空分布特征

基于1961-2020年渠江流域13个气象站点降水数据,运用累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging插值等方法研究分析了流域降水量及暴雨事件的时空分布特征。结果表明:渠江流域60年年均降水量1 126.17 mm,年降水量整体呈缓慢上升趋势,降水倾向率为6.9 mm/10 a。年降水量波动剧烈,存在27年、15年的周期性变化。年均降水量呈现由西部向东北部递增的趋势,降水量高值区位于流域东北部万源地区,低值区位于西部巴中地区。年降水量倾向率呈现由西北部向东南部递增的趋势,东部及南部降水倾向率为10~15 mm/10 a。渠江流域降水呈季节性变化,春季、秋季降水量呈下降趋势,夏季、冬季降水量呈上升趋势。5年滑动平均数据表明,夏季降水倾向率为16.9 mm/10 a,秋季降水倾向率为-7.7 mm/10 a。季节降水量波动明显,突变点较多,春、夏、秋季突变点主要集中于1961-1980年和2010-2020年间,冬季突变点集中于1985-2005年间。渠江流域春、夏、秋、冬四季降水倾向率最高值分别位于流域南部、东北部、东南部和西部。渠江流域汛期暴雨年均日数为4.28日,暴雨日数整体呈上升趋势,60年内暴雨日数以0.21 d/10 a的速率增加。汛期暴雨日数年际波动明显,1965年、1983年、1984年呈显著增加趋势。汛期暴雨日数存在14年、21年的周期性变化。渠江流域多年平均暴雨日数呈现由西南部向东北部递增的趋势,流域南部达川地区的上升趋势最快,较流域整体上升趋势高0.15 d/10 a。     

1961-2013年东北地区夏季降水变化趋势分析

选取东北地区84个气象站1961—2013年逐日降水资料,利用Mann-Kendall统计检验方法、线性回归、气候倾向率和变异系数方法分析了近50年东北地区夏季降水日数、降水量和降水强度的时空变化特征,讨论了夏季不同等级降水日数和降水强度变化趋势和变异场特征。结果表明:近53年,东北地区夏季降水日数呈显著的下降趋势,其变化总体呈现出60年代 > 70年代≈80年代 > 90年代 > 21世纪前13年（2001—2013年）的特征,而降水量和降水强度的升降变化并不显著。东北地区夏季小雨雨日总体呈下降趋势,其中,东北地区东南部降幅最大,平均为-2.5～-1 d/10 a;中雨雨日倾向率也以下降为主;大雨、暴雨雨日倾向率的下降区域位于黑龙江中部、吉林西北部和辽东半岛,而在辽宁中部、黑龙江西部和内蒙东北部为大雨和暴雨雨日上升区。东北地区夏季小雨雨强倾向率在东北地区东南部以上升为主,升幅为0～0.1 mm/10 a,而西北部主要以下降为主,降幅为-0.1～0 mm/10 a;东北地区夏季大雨和暴雨日数波动较大,尤以暴雨日数的波动最为显著,相比于大雨和暴雨,小雨、中雨雨日和雨强的变化都要更稳定。     

青海三江源同德地区1961-2000年蒸发量变化特征及原因分析

利用青海省同德县1961-2000年小型蒸发皿蒸发量资料,采用气候倾向率和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析了同德蒸发量的变化趋势及引起蒸发量变化的因子。结果表明：同德1961-2000年40 a平均蒸发量呈显著增加趋势,气候倾向率为34.5 mm/10 a,四季蒸发量均呈增加趋势,但仅秋季蒸发量增加趋势显著。影响蒸发皿蒸发量的主要气候因子日照时数、平均气温呈现显著的上升趋势,平均相对湿度、降水量表现为下降趋势,平均风速变化微弱,平均日最低气温的升温速率（0.23℃/10 a）明显比平均日最高气温的升温速率（0.14℃/10 a）大,导致气温日较差减少（-0.10℃/10 a）。因此,同德地区平均气温、日照时数的显著上升,以及年平均相对湿度和降水量的明显下降,可能是年蒸发量显著上升的主要原因。     

山西省春季气候变化及其对农业生产的影响

对山西省1961-2008年春季气候变化特征进行分析得出,山西省春季平均气温变化呈上升趋势,增温速率为0.32/10a,春季平均气温变化趋势具有北多南少,山区多于山谷的特征;近48 a中春季降水量呈"上升—下降—上升—下降"的波动变化特征,其中太原以北多地区降水呈增加趋势、以南呈下降趋势,而且越向南降水下降趋势越明显。春季平均气温升高对正常开展春播极为有利,减少了作物生长期早霜冻危害,但降水的不稳定、土壤蒸发量增大加剧了春旱灾害的频发发生,对适时春播和冬小麦增产不利。     

LANDSAT IMAGES REVEAL TRENDS IN THE AEOLIAN DESERTIFICATION IN A SOURCE AREA FOR SAND AND DUST STORMS IN CHINA'S ALASHAN PLATEAU (1975–2007)

The development and reversal of aeolian desertification have been widely recognised as the dominant causes of changes in the source areas of dust storms. The Alashan Plateau, which is near China's Hexi Corridor, is one of the major dust storm source regions in northern China. To investigate the relationship between climatic and anthropogenic factors and the development of aeolian desertification, we reconstructed the temporal and spatial evolution of aeolian desertification and the underlying processes from 1975 to 2007 using Landsat images and analysed the driving forces. The results show that aeolian desertified land in the study area covered 32 847·79 km² in 2007, amounting to 11·3 per cent of the total area, with an initial period of desertification expansion from 1975 to 2000 and a reversal of desertification from 2000 to 2007. On the basis of the analysis of effects of climate changes and human activities in the region, aeolian desertification was principally driven by human activities in this area; climatic variations had little effect on the area of severe desertification. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

青海省共和县土地沙化与土地覆盖变化遥感监测研究

以Landsat-TM、ETM＋遥感数据为信息源，对青海省共和县1987年至2002年的土地沙化和土地覆盖变化进行了监测．研究结果表明．应用TM、ETM＋等中分辨率遥感影像，对以县为单位的区域性土地沙化和土地覆盖变化进行监测是适宜的．监测精度可达90％以上；监测期内．研究区的沙化土地面积不断增加，沙化程度也迅速加深，说明沙化土地治理的效果不明显；由于草地围封面积的扩大，一、二类草地的面积显著增加，草场质量显著改善，但由于未封育草地的过牧仍很普遍，三类草地沙化仍很严重；国营农场的撤离和国家退耕还草工程的实施是农田和居民地面积减少的主要原因。     

近15年来共和盆地土地沙质荒漠化动态变化及原因分析

在野外调查和前人研究的基础上,建立了青海共和盆地沙漠化土地遥感分类分级的指标系统,并在地理信息系统支持下,对该区1990年和2005年的TM影像进行了目视解译,分析了该区近15 a来土地沙漠化时空变化规律和原因。结果表明:①研究区沙质荒漠化依然严重,共有各类沙化土地7 419.62 km²,占研究区总面积的62.84%,以轻度和中度为主;②较为严重的沙质荒漠化主要发生在中部和南部气温较高的地区;③沙质荒漠化总体趋势为整体面积缩小,恶化和逆转并存,程度略有加强;④气候变化导致的蒸发量增加对研究区土地沙质荒漠化有一定的促进作用,而20世纪90年代后期以来耕地面积和农牧业人口急剧减少是研究区土地沙质荒漠化面积略有减少的主要原因;⑤研究区沙质荒漠化趋势虽然得到一定程度的控制,但沙质荒漠化形势仍然相当严峻,控制人口密度,调整土地利用结构,控制超载过牧,加强土地管理和生态环境建设势在必行。     

陕北农牧交错带土地荒漠化景观格局动态监测研究

利用1986年、1993年及2000年3期Landsat TM遥感影像，借助地理信息系统技术，分析了陕北农牧交错带19862000年土地荒漠化景观格局的演变。结果显示，该区近15年来荒漠化的范围逐渐扩大，景观结构上斑块数量增加，破碎化程度加剧。但荒漠化程度明显下降，严重荒漠化土地面积减少了121474．5hm^2，荒漠化的主导类型已由严重荒漠化转变为中度荒漠化。1986～2000年荒漠化景观整体上向西南和东北方向扩展，严重威胁着西南和东北部黄土丘陵区的生态安全。     

科尔沁沙地植被覆盖变化及其与气候因子的关系研究

干旱半干旱地区生态系统脆弱,植被覆盖变异性大,明晰荒漠化地区植被覆盖变化,进一步确定其时空变异性和气候因子之间的关系,可为荒漠化防治提供理论依据。以我国北部荒漠化典型地区科尔沁沙地为研究区,利用中分辨率成像光谱辐射计(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)地表反射率产品数据,提取土壤调节植被指数(SAVI),结合信息熵理论,分析了研究区SAVI时空变异性,进一步通过相关分析明确研究区植被覆盖变化和气候因子的关系。整体上,研究区植被生长状况东部好于西部,南部好于北部。植被覆盖时空变异性在时间上以2000年最大,2005年最小;空间上以研究区西部南缘最大,东部南缘最小。降雨量、气温均与SAVI呈正相关,其中降雨对于SAVI的影响较大。     

人工防护林作用下风沙土成土过程的研究进展

人工防护林是防风固沙,有效防治沙漠化的重要措施之一。在沙漠地区建立人工防护林,可以有效防止土壤侵蚀,促进土壤有机质及粘粒积累,促使地表结皮形成,不仅对流沙起到了固定作用,而且促进了风沙土的成土过程。本文结合植物－土壤相互作用理论,分别从植物地上部分对养分的阻滞和聚集,以及减少土壤表面蒸发;地下部分的固沙和物质的分解与营养补给等方面综述了生物防护林在风沙土成土过程中的作用。同时,从以往的研究发现,在风沙土成土过程中,土壤机械组成变细,比重和容重减小;土壤剖面结构分异显著,分层增加;土壤含水量和养分显著聚集;土壤微生物数量和种类增加,活性增强,酶活性也大幅度提高。总之,随着沙漠生物防护林的建造,林下风沙土性质发生了明显的改良作用,逐渐发展成固定风沙土。这说明人工防护林和风沙土的成土过程是协同发展的,这不仅有利于沙漠防护林的可持续管护,也有利于沙漠化的防治和退化生态系统的恢复与重建。     

1957-2014年翁牛特旗气候要素和沙丘活化指数的变化

[目的]研究位于科尔沁沙地的内蒙古自治区翁牛特旗沙丘活化指数变化,为该区的沙漠化防治提供依据.[方法]根据翁牛特旗1957-2014年的气候资料,分析近60 a来该旗影响沙丘活化和沙漠化发展的主要因子特征,计算多年沙丘活化指数的变化.[结果]该旗气候呈现降水减少,气温升高,风速降低的趋势,且1998年以来变化更为剧烈;多年沙丘活化指数M值持续减小,1998年以来相对1997年以前减小了34％,其中春、秋、冬季分别下降了28％,32％和38％,夏季M值上升了7％以上,但绝对值仅为13,影响不显著.[结论]沙丘活化指数的变化表明该区气候有利于沙丘在自然条件下的固定和沙漠化的逆转,但仍然远高于沙丘固定的阈值,满足沙丘完全活化的条件,气候暖干化也将进一步加剧水资源短缺的矛盾,需要人为的沙漠化防治工程的合理干预,才能实现沙区治理的目标.     

毛乌素沙地生物土壤结皮与沙化土地的关系研究

生物土壤结皮在荒漠地区广泛分布,是固沙和促进沙地生态恢复的重要生物因子。利用1989,2002和2006年的Landsat遥感影像,分别通过生物土壤结皮指数和NDVI阈值法,提取了毛乌素沙地生物土壤结皮和沙化土地的空间分布,并分析了二者之间联系。结果表明:(1)研究区1989,2002和2006年结皮面积所占比例分别为54.77%,55.72%和64.29%,表现为持续增加趋势,结皮斑块间连接度在增强,结皮的稳定性进一步巩固。(2)1989—2006年区内沙化土地的程度逐渐减弱,沙化程度综合指数由1989年的3.24下降到2006年的2.65。(3)1989—2006年,中度和重度沙化土地结皮分布范围最为广泛,均在70%以上;极重度沙化土地内的结皮面积表现为持续下降,1989,2002和2006年分别为19.40%,5.76%和2.80%。(4)以1989年沙化土地的格局为基础,1989,2002和2006年极重度沙化土地内生物结皮的数量比例分别为19.40%,33.18%和45.21%,处于上升趋势。     

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的] 评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应,以指导工程二期的实施。[方法] 选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果] 京津风沙源区以草地为主,其次为林地和农田;工程实施以来,多年平均土壤风蚀量为7.87×10⁸ t,以微度和轻度侵蚀为主;一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势,二期工程实施以来,风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重,尤其是沙化草原亚区,该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/（hm²·a）;就防风固沙服务功能保有率而言,整个风沙源区均值达到了0.82,低值区主要分布于沙化草原亚区（0.743）和晋北山地丘陵亚区（0.752）;二期工程实施以来,大部分区域保有率均显著提升,这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论] 京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。