气候与土地利用变化对于田绿洲农业耗水特征的影响

[目的]分析西北干旱区农业耗水的变化情况以及对其产生的影响,以期为于田绿洲未来发展提供指导。[方法]利用新疆维吾尔自治区于田县1980—2018年的气象数据及1990和2018年土地利用/覆盖数据,分析得出于田绿洲的耗水特征。[结果]①研究区的气候变化总体呈现出明显暖湿的趋势;土地利用/覆盖变化主要表现在绿洲耕地面积的增加,而水域面积则呈现减少趋势;②于田绿洲克里雅河径流量呈现显著上升趋势,年平均经流较之前增加了6.00×10~8 m~3,绿洲农业绿水耗水量也呈现增加趋势,较2000年增加了1.78×10~9 m~3。[结论]气温的增加造成绿洲作物蒸散增多,耕地面积的增加更是加剧了耗水情况,这使得于田绿洲的绿水耗水总量表现出逐年增加的趋势。     

且末绿洲适宜规模研究

干旱区平原绿洲,应以水为中心确定绿洲规模,防止水资源不足情况下土地过度开发造成的荒漠化和沙漠化。应用基于生态水热平衡的适宜绿洲规模数学模型,对且末绿洲现状年的绿洲适宜发展规模进行了研究。结果表明：（1）且末绿洲稳定性指数为0.535 8,绿洲处于亚稳定状态,生态系统呈开始退化趋势,绿洲需要较高的投入才能保持稳定。（2）且末绿洲适宜规模为609.22～812.29km2,且末绿洲适宜耕地面积为92.66～123.55km2。通过资料可知,且末绿洲现有规模为992.16km2,超出适宜规模0.2～0.6倍;现有耕地面积为150.88km2,也超出了适宜耕地面积的0.2～0.6倍。从生态可持续角度出发,绿洲面积不宜再扩大。     

塔里木河流域人工与天然绿洲转化过程与适宜比例初探

在我国内陆河流域,社会经济的迅速发展导致人工绿洲急剧扩大,天然绿洲日益萎缩,确定人工与天然绿洲适宜的面积比例对绿洲可持续发展具有重要意义。本文以塔里木河流域为研究对象,利用遥感影像数据将流域各子流域划分为不同绿洲分布模式,选取克里雅河流域、渭-库河流域和叶尔羌河流域为各模式典型流域,分析各流域近20年人工与天然绿洲的转化过程,利用生态环境状况指数法评价各流域过去20年的生态环境状况,确定各模式下人工与天然绿洲适宜面积适宜比例。结果表明:(1)塔里木河流域各子流域划分为内陆河沙漠区模式、冲洪积扇形模式和干流模式;(2)典型流域绿洲总面积近20年变化不明显,人工与天然绿洲面积比例呈增加趋势,人工绿洲侵占天然绿洲,人口增长、耕地扩张和社会经济发展成为研究区绿洲变化的主要驱动力;(3)三种模式人工与天然绿洲面积适宜比例分别为3:7~4:6、4:6~5:5和≤4:6。本研究不仅为研究区绿洲规模规划提供科学依据,也为相似内陆河流域人工与天然绿洲面积比例的确定提供借鉴。     

基于模糊优选模型的区域可持续发展研究

根据且末绿洲实地考察、历年统计资料及绿洲水资源一生态环境一经济社会耦合系统互动关系的分析和对该耦合系统可持续发展模式的探讨,利用模糊优选模型将多个评价指标转化为单一指标,采用描述复杂水资源系统可持续发展水平的评价方法,并结合且末绿洲水资源开发与利用的实际情况,研究且末Ⅸ域水资源可持续利用与经济社会协调发展的关系.综合对且末绿洲2003-2007年的水资源系统的量化分析,结果表明:且末绿洲水资源利用可持续发展水平有上升的趋势,2007年且末绿洲水资源系统可持续度0.239 5为5 a最高,但整体水资源可持续度还比较低,且水资源丰富尚有较大的开发潜力和提升空间.研究成果可为且末绿洲水资源可持续利用及其管理提供定量的决策依据.     

基于数字遥感图像的艾比湖绿洲近30年动态变化研究

艾比湖绿洲位于新疆北部古尔班通古特沙漠西缘,天山北坡绿洲带(新疆最重要的经济带)上游,是新疆重要的农业区和棉花基地。采用1972年MSS,1990和2001年TM和ETM遥感影像为数据源,对其进行目视判读,以人机交互方式进行分类得出其分类图和土地利用转移矩阵,并分析了艾比湖绿洲近30a绿洲动态变化情况。结果表明,1972—2001年的近30a期间,艾比湖绿洲在外观特征和分布上均有显著变化,面积也有明显扩张。尤其是1990—2001年的11a间,绿洲变化更为显著。同时,艾比湖绿洲面积扩大的同时面临着原有的自然生态平衡被打破,荒漠化和绿洲化的冲突加剧等一系列生态环境问题。     

石羊河流域中下游绿洲地区耕地利用变化研究(英)

基于1995和2000年Landsat TM影像的土地利用空间数据(1:100000),运用GIS空间分析方法研究了1995～2000年甘肃省石羊河流域中下游地区武威绿洲和民勤绿洲耕地利用现状、耕地扩展与流失的空间分布特征、变化幅度.结果表明:1)耕地是武威绿洲和民勤绿洲最主要土地利用类型之一.耕地与其他土地利用类型之间的相互转化空间分布广泛;2)中下游耕地均处于快速增长状态.1995～2000年下游民勤绿洲耕地年变化率为0.3282,年平均增长率达到2.18%;3)中游武威绿洲耕地扩展来源于草地和未利用地,二者占耕地增长面积的90.83%;耕地流失主要为农村居民用地扩展和耕地退化;4)下游民勤绿洲耕地扩展突出为草地转耕地,占耕地扩展总面积的54.58%.耕地流失最主要是耕地退化为未利用地和荒草地;5)缓冲空间分析表明,石羊河流域中游耕地扩展面积与下游耕地流失面积呈现显著正相关,相关系数为0.8856.中游武威绿洲耕地每增加1 hm2,将导致下游民勤绿洲3 hm2左右耕地减少.     

新疆干旱区于田绿洲生态安全评价及影响因子研究

以新疆克里雅河流域于田绿洲为研究靶区,运用压力—状态—响应(PSR)模型,从时间尺度上对1999—2010年绿洲生态安全状况进行评价并进行影响因子分析。结果表明:于田绿洲生态安全综合指数大致上呈现递增趋势,1999—2005年处于不安全状态、2006—2010年由临界安全状态向较安全状态转变。限制性因子分析表明:影响于田绿洲生态安全的主要限制因子是第三产业占GDP比重、单位耕地农业总产值、人均粮食产量、境内公路里程、农牧民人均纯收入、城镇化程度、耕地面积比重。研究表明于田绿洲生态安全现状良好,评价结果将为维持及进一步改善生态状况提供科学依据。     

基于3S技术的土地利用时空变化分析——以迪那河绿洲为例

介于干旱区绿洲内部人口相对密集,人类活动直接反映绿洲土地利用时空动态变化,这为本文对土地利用动态变化进行可行性、科学性分析具备了前提。在3S技术的支持下,运用1992年MSS,2000年ETM影像以及2006年、2011年两个时期TM影像,利用监督分类方法,同时结合研究区2008年1∶50 000土地利用现状图和实地考察资料,对迪那河绿洲土地利用时空变化进行了分析。研究表明:（1）1992—2011年研究区的土地类型发生了较大的变化:耕地、建筑用地呈持续增加态势,而林地、草地面积持续减少。草地面积呈先减少再增加后减少的变化趋势,但总体面积呈现下降趋势;未利用地面积呈现先增加后减小而总体下降趋势;（2）土地利用速度变化分析表明,研究区土地利用变化速度经历了直线型变化势态;（3）迪那河绿洲20 a间土地利用综合指数上升到50.49,此反映研究区土地利用正处于中等发展阶段,这与该研究区的自然地理环境和经济社会发展状况相吻合。     

近40年克里雅绿洲人口时空变化对土地利用/覆盖变化的影响

研究绿洲区域土地利用与覆盖变化及人类活动对土地利用与覆盖变化的驱动作用,对全球变化科学具有重要意义。该文通过精确空间化的1975年和2015年人口数据与土地利用与覆盖(land use and land cover,LULC)数据,运用网格单元法、线性相关、空间自相关、空间回归模型等方法,兼从全局与局部定量分析克里雅绿洲40a的人口变化与LULC变化的时空动态关系,探讨人口空间变化对LULC变化的驱动作用。结果表明:1)40 a来,克里雅绿洲的扩张表现在:人口显著增加,坤长14.277 7万人并向县、乡、镇中心集聚,建设用地与耕地向南部扩张明显,林地增加但趋于破碎化,草地与水域锐减。2)人口的空间变化是克里雅LULC变化及绿洲扩张的直接驱动力,直接表现为建设用地与耕地向南扩张,间接表现为林地变化、草地变化、水域变化。人口的空间变化对绿洲扩张的内部驱动作用,与绿洲北部恶劣的自然环境、克里雅河自南向北的流向共同作用,导致绿洲向南部扩张。3)地理加权回归模型能够反映更多的异质特征。在总体相关结果下,局部区域可能出现方向相反或大小不等的相关结果。研究可为当地政策制定提供依据。     

于田绿洲土壤盐分特征分析

于田绿洲土壤盐渍化日趋严重,直接影响当地农业发展和生态环境建设.本文选取于田绿洲中不同土地类型的土壤垂直剖面,对土壤盐分、可溶性离子及其相应地下水各个离子、矿化度进行测定;运用统计特征值、趋势面等方法进行分析.结果表明,于田地区盐渍化程度较为严重,可用耕地较少.农田盐渍化程度远低于其它土地类型区.盐渍化区土壤盐分垂直剖面上表现为漏斗型,表聚现象明显;农田、交错带盐分垂直剖面上表现为上下剖面盐分含量大,中部含量小,表明这片区域排碱能力较好.并且盐渍地相对于农田,含盐量及一些主要离子的空间变异性远远超出农田变异,并且不同土壤的盐分特征明显不同.上述研究为于田绿洲生态环境改善提供了一定的理论基础.     

主成分融合在干旱区盐渍地信息提取中的应用研究

土壤盐渍化严重威胁着干旱区绿洲的稳定与可持续发展,因此借助遥感手段快速提取盐渍地信息并掌握其空间分布有着重要的现实意义。本文以渭干河-库车河三角洲绿洲为例,探讨了基于主成分融合的干旱区盐渍地信息的提取方法。由于Landsat-7 ETM+的全色波段与多光谱波段有相同的太阳高度角和其他环境条件,影像获取时间一致,两种不同分辨率的数据可以不经配准而实现高精度融合。首先,对2001年的遥感影像数据(ETM影像)进行几何校正;再利用主成分融合技术,将多波段的ETM+影像与对应的全色波段影像进行主成分融合,在此基础上进行盐渍地信息的提取。实验表明,该方法的结果分类精度较高,与实地调查结果基本相符,是监测干旱区盐渍地变化的有效手段。结果表明:盐渍地主要分布在绿洲的和沙漠之间的交错带,盐渍地的分布在绿洲内部呈条形状分布,而在绿洲外部呈片状分布,且绿洲外部重度盐渍地交错分布在中轻度盐渍地中。研究结果对于干旱区绿洲盐渍地的合理开发和可持续发展有着重要现实意义。     

基于3S技术的绿洲土地覆盖变化研究--以香日德绿洲为例

选择干旱区典型绿洲香日德地区为研究区,以1987年和1999年两期不同时相的Landsat TM遥感影像为数据源,结合实地调查所获得的大量数据,利用遥感、全球定位系统以及地理信息系统技术（3S技术）对图像进行综合技术处理,获取该地区土地覆盖变化的动态信息。分析总结了香日德绿州土地利用时空变化的规律性和驱动因子,为合理开发绿洲,可持续发展绿洲资源以及改善生态环境等提供了新的研究方法和科学依据。     

基于SI-Albedo特征空间的干旱区盐渍化土壤信息提取研究——以克里雅河流域绿洲为例

选取塔里木南缘克里雅河流域绿洲为研究靶区,利用Landsat-ETM+卫星图像数据和野外调查数据分析盐渍化土壤与地表反照率(Albedo)、土壤盐分指数(SI)之间的关系。回归分析发现,盐渍化土壤在SI-Albedo特征空间分布具有显著规律,即非盐渍化土壤呈团状分布;轻、中度盐渍化土壤具有线性分布特征;非盐渍化土壤与轻度盐渍化土壤分异明显。结合分异规律,编制分类算法模型,得到研究区盐渍化土壤信息提取结果,并与传统监督最大似然分类法结果进行对比分析。结果表明,在SI-Albedo特征空间中定量快速提取盐渍化土壤信息的总体效果较好,对准确且自动提取干旱区盐渍化土壤信息以及区域尺度盐渍化遥感监测研究具有重要意义。     

基于多源卫星数据的黑河中游绿洲区土地利用分类与作物类型提取及其时空变化分析

研究土地利用与作物种植结构变化是分析农业生产活动和生态环境变化的重要手段。黑河中游绿洲是我国西北地区最重要的绿洲之一,也是甘肃省主要的商品粮基地。为准确研究黑河中游绿洲的时空变化情况,本文利用2001—2015年MODIS卫星数据,提取分析了近15年黑河中游绿洲范围的时空变化特征;基于2001—2016年的Landsat/TM,利用支持向量机分类法获得该绿洲区土地利用分类;基于2011—2016年的HJ1A/CCD数据,利用HANTS滤波后的NDVI时间序列曲线,获得作物种植面积的精细分类。经验证,该土地利用分类精度高于88.46%,kappa系数为0.81;小麦和玉米与实地验证点对比的分类精度高于90.8%。结果表明:1)黑河中游绿洲面积总体为增加趋势,仅2014年、2015年略有减少,绿洲面积从2001年的2 701 km2增加到2015年的2 936 km2。2)2001—2016年间,裸地面积减少436.7 km2,耕地面积增加91.3 km2,草地、林地面积增加289.6 km2。3)2011—2016年,小麦、玉米种植面积均有减少,小麦共计减少195.77 km2,玉米减少144.37 km2。研究结果可为当地农业种植结构的调整和作物估产及绿洲生态保护提供一定依据和参考。     

基于国产高分一号卫星数据的区域土壤盐渍化信息提取与建模

土壤盐渍化是干旱半干旱地区土地退化的主要原因之一,给当地生态系统和社会经济的可持续发展带来了严重的威胁,而对盐渍化空间分布信息的提取是治理盐渍化的基础。因此,选取生态脆弱区渭—库绿洲为研究区,利用2014年7月19日GF-1多光谱影像数据,提取光谱指数及波段信息,结合实际采样点的土壤表层电导率数据(0~10 cm),采用偏最小二乘回归模型(partial least squares regression,PLSR)对土壤盐渍化进行模拟,并对研究区盐渍化分布进行模拟和评估。结果表明:实测土壤表层电导率与光谱指数相关性较好;利用PLSR对渭—库绿洲土壤表层盐渍信息建模,对土壤盐渍化信息提取效果较好,精度较高;充分利用了GF-1影像包含的信息,提高了高分辨率遥感影像盐渍化信息提取的精度;非盐渍化和轻度盐渍化面积分别占总面积的42.88%和17.16%,绿洲中部偏东及东南区域,盐渍化现象稍弱,可成为今后绿洲扩张的重点方向;而中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占总面积的29.51%、8.57%和1.88%,绿洲北部/西部及西南方向的重度盐渍化区域紧挨绿洲区域,已严重威胁了绿洲经济的健康发展,亟待治理。     

渭-库绿洲多尺度景观格局与盐度关系

中国盐渍化土壤面积大,分布广,对区域农业发展构成了严重的威胁。探索土壤景观格局与盐度的关系将有助于盐渍化监测和评估。该研究选择渭-库绿洲GF-1影像为数据源,结合研究区同期38个样点不同剖面土壤盐度数据,对样点缓冲区景观格局与土壤盐度做Pearson相关分析和逐步回归分析,揭示土壤盐度空间分布格局,探讨景观格局与盐度的定量关系。结果表明:1)水平方向上,土壤盐分高值区主要集中分布在绿洲东部荒漠地带和绿洲西部农牧交错区;垂直方向上,渭-库绿洲表层土壤盐渍化现象最为严重,其他各层土壤盐渍化情况相对较轻,盐渍化程度随着深度下降呈降低趋势;2)绿洲区域易受人类活动影响,景观破碎化程度高,而同一区域不同梯度下,随着缓冲距离的增加,区域景观类型增多、均质性降低、多样性增强;3)耕地利用数量指标能较好指示土壤盐度状况,而水体面积、盐渍地面积、其他用地面积、最大斑块指数(largest patch index,LPI)、蔓延度(contagion index,CONTAG)和分维数(perimeter-area fractal dimension,PAFRAC)对盐度影响相对较弱;4)除0~10 cm层外,自10~20 cm至80~100 cm层逐步回归方程的自变量中,耕地面积、水体面积和最大斑块指数LPI为负效应,而盐渍地面积、其他用地面积、CONTAG和PAFRAC为正效应,最优回归方程决定系数为0.537。该研究确定了渭-库绿洲土壤盐度的分异规律,以及不同盐度对绿洲景观格局的影响程度。研究结果可为西北干旱区绿洲土壤盐度预警提供理论依据,同时为干旱区景观格局研究提供一定的参考价值。     

基于国产高分一号卫星数据的区域土壤盐渍化信息提取与建模

土壤盐渍化是干旱半旱地区土地退化的主要原因之一,给当地生态系统和社会经济的可持续发展带来了严重的威胁,而对盐渍化空间分布信息的提取是治理盐渍化的基础。因此,选取生态脆弱区渭—库绿洲为研究区,利用2014年7月19日GF-1 多光谱影像数据,提取光谱指数及波段信息,结合实际采样点的土壤表层电导率数据（0～10 cm）,采用偏最小二乘回归模型（Partial least squares regression,PLSR）对土壤盐渍化进行模拟,并对研究区盐渍化分布进行模拟和评估。结果表明：实测土壤表层电导率与光谱指数相关性较好;利用PLSR对渭—库绿洲土壤表层盐渍信息建模,对土壤盐渍化信息提取效果较好,精度较高;充分利用了GF-1影像包含的信息,提高了高分辨率遥感影像盐渍化信息提取的精度;非盐渍化和轻度盐渍化面积分别占总面积的42.88%和17.16%,绿洲中部偏东及东南区域,盐渍化现象稍弱,可成为今后绿洲扩张的重点方向;而中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占总面积的29.51%、8.57%和1.88%,绿洲北部/西部及西南方向的重度盐渍化区域紧挨绿洲区域,已严重威胁到了绿洲经济的健康发展,亟待治理。     

水稻种植面积遥感估算的不确定性研究

利用研究区地物类别亚米级GPS详查数据及TM影像光谱数据,模拟生成1m分辨率的遥感模拟影像。用3种非参数分类法(最临近法KNN、误差后向传播神经网络BPN,模糊自适应网络FUZZY ARTMAP)和一种参数分类法(最大似然法MLC)对研究区TM影像进行硬分类估算水稻面积;还采用BPN全模糊分类、BPN和KNN模糊分类、抽象级结合和测量级结合的多分类器结合方法对遥感影像进行分类估算水稻面积;采用最多数法则的尺度扩展算法,实现由3m空间分辨率参考图提取30m空间分辨率影像像元纯度信息,讨论混合像元问题对遥感影像分类精度的影响。结果表明:非参数分类法精度均高于参数分类法,3种非参数分类法之间的差异较小,用最大似然法估算水稻面积的用户精度最高,用K最临近值分类法估算水稻面积的生产者精度最高;水稻类全模糊分类法的面积和真实面积最为接近,水稻类像元内的面积估测和真实面积无极显著差异;多分类器结合的分类法无论采用投票法还是测量级方法都能提高分类的总精度,能够提高水稻类面积提取的精度;研究区在30m空间分辨率的情况下,各类别分类总精度、Kappa系数随像元纯度升高而升高,4种硬分类方法没有对混合像元的分类表现出特别强的能力。本研究最终制作出分类影像像元的分类结果图、分类最大概率值、熵值图和水稻类概率值等4张图层,构成了对研究区分类结果不确定性的空间分布图不确定性图层,为采取进一步降低不确定性的措施提供了线索。