民勤绿洲边缘地下水埋深对柽柳灌丛生长及物种多样性的影响

采用空间替代时间方法,以柽柳灌丛为研究对象,研究了民勤绿洲边缘地下水深对柽柳灌丛的生长、演变及物种多样性的影响。结果表明:随着地下水位的不断下降,柽柳灌丛逐渐衰退,以白刺、红沙为主的荒漠植物逐步发展为优势种群。柽柳生长的最适生态水位2~3 m,生态警戒水位4 m,死亡临界地下水位10 m。当地下水位10 m,降水和地下水共同作用导致组成柽柳灌丛的物种数最多。当地下水位下降到10 m以下,生长在固定沙丘上的柽柳衰退速度快于半固定沙丘。     

绿洲膜下滴灌调亏马铃薯水分生产函数及灌溉制度优化

通过田间试验研究了绿洲膜下滴灌调亏马铃薯各生育期耗水规律及其影响因素,建立了以Jensen模型为基础的水分生产函数并对马铃薯灌溉制度进行了优化。结果表明:块茎膨大期马铃薯水分敏感指数最大,块茎形成期次之,苗期和淀粉积累期较小;块茎形成期轻度调亏对马铃薯产量无显著影响(P0.05),而块茎形成期中度调亏、块茎膨大期轻度和中度调亏对其产量均有显著影响(P0.05);块茎形成期轻度调亏的水分利用效率比块茎形成期中度调亏、块茎膨大期轻度调亏和全生育期充分灌水分别提高了6.2%、8.3%和6.7%;膜下滴灌调亏马铃薯产量随耗水量增加而增加,水分利用效率随之降低,全生育期充分灌水比块茎膨大期中度水分调亏耗水量增加22.4%,产量增加20.4%,水分利用效率降低14.0%。采用遗传算法并结合水分生产函数进行灌溉制度优化,结果表明:河西绿洲区膜下滴灌马铃薯全生育期灌溉定额为225 mm时,产量最高,为43.86 t·hm-2,灌溉水利用效率为19.5 kg·m-2;灌溉制度为苗期灌水20~30 mm,块茎形成期灌水70~75 mm,块茎膨大期灌水100~115mm,淀粉积累期灌水20~25 mm,灌水间隔为7 d。因此,膜下滴灌调亏在降低马铃薯耗水量的同时,提高了水分利用效率,在块茎形成期轻度水分调亏不影响产量,可达到节水增产的目的。     

开都河下游绿洲农田土壤微量元素污染及潜在健康风险评价

从新疆开都河下游绿洲农田土壤采集98个土壤样品,测定其中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量,利用地累积指数(I_(geo))评价农田土壤污染水平,采用US EPA健康风险评价模型,对农田土壤微量元素污染的潜在健康风险进行评估。结果表明,研究区农田土壤中Zn呈现轻度污染,Cd与Pb呈现轻微污染,As、Cr、Cu与Ni呈现无污染态势。研究区农田土壤中7种微量元素在3种暴露途径下成人和儿童的潜在非致癌风险商(HQ)从大到小依次为HQ_(Pb)HQ_(As)HQ_(Cr)HQ_(Cd)HQ_(Cu)HQ_(Ni)HQ_(Zn);HQ与潜在非致癌风险指数(HI)均小于1,属于可接受风险水平,微量元素对儿童的HI略小于成人。As和Cd在3种暴露途径下成人和儿童的单项致癌风险指数CR_(As)大于CR_(Cd)。CR与总致癌风险指数(TCR)均小于10-4,属于可接受风险水平;微量元素对儿童的潜在致癌风险略高于成人。研究区农田土壤中As、Cr与Pb是最主要的潜在非致癌风险因子,As是最主要的潜在致癌风险因子。     

黑河中游植被覆盖率变化趋势及其驱动因子分析

利用2002~2011年的黑河干流中游归一化值被指数数据获得植被覆盖率变化趋势,选取合适的NDVI阈值将整个区域划分为"绿洲区"和"荒漠区",并分别探讨了地下水埋深、中游耗水量及累积降水量对两种区域面积和植被覆盖率变化的影响。结果表明:黑河干流中游植被覆盖率整体呈增长趋势,由2002年的32%增长到了2011年的36%,对植被覆盖率增长贡献最大的因素为绿洲区扩张,10年间绿洲区面积占比增长了10%;影响绿洲扩张的主要因素为地下水位埋深和中游耗水量,绿洲区植被覆盖率变化较小,可忽略其影响。荒漠区植被覆盖率的变化主要受累积降水量影响。利用地下水位埋深、中游耗水量、累积降水量可预测区域植被覆盖率的变化趋势,区分人类活动和气候变化对区域植被覆盖率的影响是可行的。     

基于两阶段随机规划方法的绿洲水资源优化配置

选取塔里木盆地南缘和田地区策勒绿洲作为典型研究区,以当前绿洲种植的核桃、红枣及石榴经济林种为重点研究对象,针对绿洲水资源灌溉系统中的不确定性和复杂性,引入概率密度函数和离散区间方法,构建区间两阶段模糊随机规划模型,对各经济林种在各灌季的配水目标进行优化,模拟分析不同林种在不同灌季的最优配置水量。结果表明:灌溉主要集中在夏季与秋季;在策勒河来水量不确定时,春季依然需要少部分水量进行灌溉,应优先灌溉红枣和石榴;夏秋时,主要对红枣与核桃灌溉,同时对石榴的灌溉面积进行动态调节,获得种植业最大收益,系统收益区间为[0.67×10~8,1.32×10~8]元。通过典型案例运用分析,显示该模型不仅充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,风险进行权衡并以区间形式给出优化结果从而获得较为科学的决策方案。     

基于CWT-RF模型估算博斯腾湖湖滨绿洲土壤有机碳含量

为实现博斯腾湖湖滨绿洲土壤有机碳含量的快速估算，结合实测的土壤高光谱数据与土壤有机碳数据，通过连续小波变换(CWT)进行土壤光谱数据预处理，利用相关系数法(CC)、连续投影算法(SPA)、竞争自适应重加权采样(CARS)、遗传算法(GA)筛选的特征波段作为建模输入量，构建随机森林(RF)模型。结果表明：研究区土壤有机碳含量平均值随土层深度增加由12.36 g/kg降低至10.49 g/kg,变异系数平均值为69.62%,空间异质性较强；CWT变换可以有效提高不同土层深度土壤有机碳含量与光谱反射率间的相关性，不同土层深度相关系数均值平均提升约22.41%;光谱数据经过CWT变换构建的模型精度明显提升，RF模型验证集R²与RPD分别平均提高7.09%、10.06%。CC、CARS、SPA、GA方法能消除光谱信息冗余，有效降低CWT-RF模型的输入量与RMSE值，土层深度0～20、20～40、40～60和60～80 cm筛选的特征波段平均压缩至全波段数目分别为8.51%、5.38%、2.21%和3.67%;RMSE值分别平均降低111.67%、135.61%、12.25...     

林农间作模式下和田绿洲特色林果结构遥感信息提取

实时准确地获取林农间作模式下的果树结构信息对推进新疆特色林果业的提质增效，增加农民收入，稳定脱贫攻坚成果，实现乡村振兴具有重要意义。该研究以新疆和田绿洲林农间作区为研究对象，提出一种综合高分遥感数据的纹理和光谱特征以及中分遥感数据的时序物候特征的果树提取方法。基于GF-2遥感数据利用面向对象方法提取高分辨率的林田地块空间信息；基于多时相Sentinel-2遥感数据构建植被归一化指数（Normalized Difference Vegetable Index，NDVI）时间序列产品，并依据果树物候特征建立决策树模型，提取间作核桃、纯核桃、枣树和葡萄4种类型；最后将多时相的分类结果与高分的林田地块叠加，获取和田绿洲特色林果作物分布信息。该方法对2020年和田绿洲核桃、枣树和葡萄提取结果的用户精度和总体分类精度均在90%以上，Kappa系数为0.95，能够满足县市级尺度的林果遥感监测精度需求。基于遥感提取的和田绿洲主要林果作物面积为4.28×105 hm2，以核桃（间作和纯核桃）为主，间作核桃面积占比63.80%，其次为枣树（19.38%）和葡萄（3.30%）。该方法可为林农间作立体种植模式下的果树类型和面积精确信息提取研究提供参考和借鉴。     

民勤荒漠绿洲干旱影响因子及驱动机制研究

探究荒漠绿洲系统中气象、水文、农业、社会经济及综合干旱形成的原因,可为干旱环境与水循环研究以及生态系统的恢复与建设提供理论依据。基于主成分分析法,选取21个指标,对甘肃民勤荒漠绿洲的干旱驱动机制进行多层面和多角度解析。结果表明,研究期内蒸发量和平均温度是引起气象干旱的主要因素,累计方差贡献率为86.853%;水文干旱受制于民调水量和出库水量,累计方差贡献率为92.190%;农业干旱主要是由耕地面积与有效灌溉面积增大所致,累计方差贡献率为86.179%;工业用水与万元工业增加值用水量成为社会经济干旱的驱动要素,累计方差贡献率为87.582%。综合干旱层面提取4个主成分,其累计方差贡献率为98.255%,准确反映干旱环境的形成原因,年蒸发量、平均湿度、地表供水量、地下水开采量、地下水位、出库水量、民调水量、上游来水量、水利财政支出等因素是民勤荒漠绿洲干旱的主要驱动力来源,其对干旱的影响程度排序为:地下水开采量出库水量地表供水量民调水量年蒸发量平均湿度上游来水量地下水位水利财政支出。     

地膜残留量对河西绿洲灌区玉米田土壤理化性状的影响

为探究残留地膜对土壤理化性状的影响，以玉米品种沈单16为指示品种，在半膜覆盖平作栽培条件下，于2015年4月至2020年10月在河西绿洲灌区模拟设置5个地膜残留量水平(0、110、220、440、660 kg/hm2)，测定不同残膜水平下土壤容重、土壤紧实度、土壤水分、土壤养分含量等指标。结果表明，随地膜残留量增加，0～30 cm土层土壤容重呈逐渐增加趋势，且玉米拔节前0～10 cm土层土壤温度提高0.14、0.25、0.28、0.43 ℃。残膜的存在能够减少土壤表层水分蒸发，提高播前土壤含水量，但在玉米苗期由于残膜阻碍水分的下渗，导致30～40 cm土层土壤含水量分别比地膜残留量为0 kg/hm2降低0.11%、1.89%、6.07%、5.93%。当地膜残留量为660 kg/hm2时，土壤有机质、全氮、矿质氮、Olsen-P养分含量显均著低于地膜残留量为0 g/hm2，降幅分别为15.57%、10.53%、18.89%、36.32%。长期残膜作用使土壤容重增加、通透性降低，并会降低土壤有机质、全氮、矿质氮及Olsen-P含量，引起土壤质量退化。     

民勤荒漠绿洲植被覆盖对地下水和降水变化的响应

荒漠植被的生长受制于地下水和大气降水。民勤绿洲地下水位持续下降,现大部分区域植被已无法利用地下水,降水量逐年呈略增趋势,降水逐渐成为植被生长的主要来源。研究民勤荒漠绿洲地下水位、降水量变化对植被的影响,对绿洲保护具有重大意义。本文利用2000—2018年的地下水观测数据、年降水数据结合遥感反演的NDVI数据,探究民勤绿洲年降水和地下水对植被覆盖的影响。研究结果表明：民勤绿洲地下水主要在15~30 m之间;影响绿洲植被覆盖的地下水埋深主要在1~10 m;随着地下水位下降,对植被覆盖影响降低;NDVI和年降水变化趋势一致,均呈现增加趋势,并且降水显著影响绿洲地表植被覆盖。