黑河中游土地利用变化对生态系统服务的影响

土地利用变化直接改变生态系统结构、功能和过程,是生态系统服务变化的重要驱动力之一。基于黑河中游2000年和2014年土地利用/覆被数据和相关地理信息数据,利用InVEST模型模拟了黑河中游2000年和2014年生境质量、土壤保持量、水源涵养和气体调节4种生态系统服务的价值及空间分布特征,并通过划分5 km×5 km的格网计算其与土地利用强度的Pearson相关系数,定量分析土地利用变化对生态系统服务的影响。结果表明:12014年,黑河中游生境质量一般,土壤保持总量6.92×10~8t,产水量3.93×10~8m~3,固碳4.55×10~7t;2从2000—2014年,生境质量、水源涵养和气体调节能力大幅下降,东南部表现最为显著,土壤保持功能基本稳定;3土地利用强度与土壤保持不存在显著相关性,与生境质量、水源涵养和气体调节服务均呈正相关关系,表明土地利用强度的增加在一定程度上有利于生态系统服务价值的提高。研究结果可为黑河中游生态系统管理提供借鉴。     

黑河干流中游地区季平均地下水位变化分析

黑河流域水 -生态 -经济矛盾极为突出 ,干流中游荒漠绿洲农业与下游生态用水分配问题是诸多矛盾的焦点。国务院黑河分水方案实施两年多来 ,下游生态环境恶化得到了初步的遏制 ,相应中游地区的可用水资源量减少。本文应用 53个长期地下水观测井资料 ,对中游地区近 2 0 a来各季节地下水埋深变化趋势进行了分析 ,并计算了分水实施前后地下水位的变化幅度。结果表明 ,近 2 0 a来张掖甘州区地下水位降低趋势最明显 ,其次是临泽县和高台县 ;分水后以甘州区地下水降幅最大 ,其次是高台县 ,临泽县地下水降幅最小。分水后以夏秋季节变化最大 ,冬春季节相对较小。     

近35年黑河中游临泽县荒漠化时空分异及景观格局变化

以黑河中游临泽县近35年Landsat遥感影像为数据源,基于3S技术、土地利用变化模型和景观格局研究方法,开展研究区荒漠化时空演变及景观格局动态研究.结果表明:研究区荒漠化土地面积总体减小,轻度荒漠化土地面积减少的幅度、空间位移和景观格局变化最大,中度和重度荒漠化土地面积及景观格局相对波动且逐渐向绿洲内部移动,极重度荒漠化土地移动距离最小且主体和景观格局相对稳定;在绿洲开发受限,荒漠化以重度和极重度为主的背景下,应以防治土地沙漠化和盐碱化扩张为主,合理调控绿洲开发活动,实现黑河中游绿洲的可持续发展.     

黑河中游沙质荒漠地面节肢动物群落组成及多样性季节变异

地面节肢动物是荒漠生态系统的重要组分之一,在维持荒漠生态系统的结构与功能方面起着关键作用.但至今尚缺乏对黑河中游沙质荒漠地面节肢动物群落组成及多样性季节变异规律的研究.文中以黑河中游沙质荒漠生态系统为研究对象,在5月上旬、7月和9月中旬三个典型时期采用陷阱法对地面节肢动物群落进行了系统调查,并利用多元方差分析和群落排序等方法定量研究了沙质荒漠地面节肢动物群落的季节变异规律.主要结果如下:(1)黑河中游沙质荒漠生态系统主要的地面节肢动物群落存在明显的季节变异,7月和9月地面节肢动物群落较为相似.(2)从5月到9月,地面节忮动物群落活动密度逐渐降低,而均匀度指数逐渐增加;地面节肢动物类群丰富度和多样性指数变化规律接近,7月和9月显著高于5月,优势度指数变化规律刚好相反.(3)不同地面节肢动物类群的季节变异规律不同.如从5月到9月拟步甲科活动密度逐渐降低,蚁科活动密度在7月显著高于9月,而9月蚁科的活动密度又显著高于5月.     

黑河中游河岸带柽柳水分来源的~(18)O同位素示踪研究

运用18O稳定同位素,示踪了黑河中游河岸柽柳林2009年6月与8月两个时期的水分来源,分析了其水分利用模式。结果表明:柽柳茎干水两期的δ18O值分别为-8.32‰、-10.41‰,具有明显的差异,6月柽柳主要利用40~60cm土壤水分,而在8月则主要利用60cm以下深层土壤水或地下水;两个时期柽柳的水分初始来源均主要为地下水,不直接利用当地夏季降雨与河水,河岸柽柳之所以形成这种水分利用策略,与研究区气候干旱且存在强烈的河水-地下水相互作用密切相关。     

黑河中游甘州区地下水埋深变化的时空分异

根据黑河中游甘州区地下水位埋深时间变化的相似性和差异性,选择了4个典型站点,分析其地下水埋深随时间的变化趋势及产生的原因。继而基于测井埋深时间序列变化的相似性、测井位置的临近性以及地下水补给的一致性,将整个研究区分成了4个分区。第Ⅰ分区地下水总体呈下降趋势,但波动性很大,且2001年以后地下水出现上升的迹象;第Ⅱ分区地下水位呈持续下降趋势;第Ⅲ分区地下水位在分水措施实施前缓慢下降,分水后地下水位显著下降;第Ⅳ分区地下水位呈先上升后下降的趋势。并对每个分区地下水位的变化从地下水的补给和利用等方面进行了阐述。     

黑河流域中游灌区灌溉引水量与引水结构的变化分析

基于1986-2009年张掖市灌溉引水统计资料,对黑河中游各灌区逐年灌溉引水总量和引水结构进行了系统分析。结果表明:1)在灌溉引水总量方面,黑河灌区有明显下降趋势,梨园河灌区呈现轻微上升趋势,而沿山灌区的引水总量与降水量的丰枯变化密切相关。2)黑河、梨园河与沿山灌区不同水平年的灌溉引水强度(m3/亩)在2000年后均有所下降,年均下降幅度分别为20.9%,32.6%,8.3%。3)就灌溉引水结构而言,黑河灌区受分水制度的影响最大,2000年后地下水年均引水比例上升了15%;梨园河灌区的地下水引水比例轻微上升;沿山灌区则基本无变化。     

黑河中游绿洲农田土壤微量元素含量的空间分布特征

采用地统计学与GIS相结合的方法,对黑河中游绿洲农田土壤中Cu、Zn、Ni、Fe、Mn和Co含量的空间变异特征、分布规律进行了研究。结果表明:研究区土壤Zn、Fe、Mn的含量平均值低于全国平均值,而Cu、Ni、Co的平均值高于全国平均值,6种微量元素均具有中等程度变异,且各微量元素样本均符合正态分布;土壤Cu、Ni含量的最佳半方差拟合模型为高斯模型,Zn、Fe和Mn为球状模型,Co为指数模型;土壤Cu、Zn、Ni、Fe、Co具有中等程度的空间相关性,土壤Mn具有强烈的空间相关性;6种微量元素含量的变程大小顺序为Cu、Zn、Mn>Fe>Co>Ni;土壤Cu、Zn、Fe、Mn含量的空间分布特征相似,即总体上为由东南向西北降低,Ni、Co含量呈现斑块状分布。研究区土壤中微量元素含量除Mn主要受自然因素影响外,其它各微量元素均受到自然因素和人为因素的双重影响。     

绿洲化-荒漠化土地时空格局变化对比研究——以黑河中游临泽县为例

利用临泽县近35 a共5期Landsat影像,得到该区绿洲-荒漠土地变化数据,结合自然景观特征和绿洲初始范围进行分区,开展土地利用变化指数和时空变化指数对比研究,结果表明:1绿洲化-荒漠化土地从整体到局部的变化特点为绿洲扩张而荒漠退缩,但自北向南空间上表现出整体有序到离散无序的变化以及土地变化的热点区域随时间迁移的现象。2绿洲化-荒漠化土地变化的主导因素是人文,制度政策成为阶段性变化的根本原因,个人意愿与响应是变化的直接原因,导致区域差异的主要原因是自然条件和移民。3临泽县绿洲-荒漠土地变化可分为生计驱动、经济驱动和生态-经济驱动3个阶段,在生态资源压力增大的背景下,未来的绿洲开发更需因地制宜,以防治土地沙漠化逆转和盐碱化扩张。     

黑河中游典型绿洲土地利用/覆盖变化及生态环境效应——以甘州、临泽、高台绿洲为例

以2000和2007年两期TM遥感影像为数据源,通过动态度、转移矩阵、生态环境质量指数等数学方法定量分析黑河中游典型绿洲土地利用时空变化特征及生态环境效应。研究结果表明:1)2000-2007年间黑河中游典型绿洲土地利用变化显著,耕地、建设用地增加幅度明显,未利用地、草地、水域、林地不断减少,开垦未利用地是耕地增加的主要来源;2)土地利用变化引起了区域生态环境的响应,生态环境质量整体好转,EV值从2000年的0.1191上升到2007年的0.1207,同时具有明显的空间差异性,甘州区和临泽县环境有所改善,高台县环境质量下降;3)生态环境质量表现出总体改善和局部恶化的情况,大面积未利用地的转出和草地的恢复对生态环境改善贡献度最大,草地和沼泽的退化是局部地区生态环境恶化的主要原因。     

黑河下游灌丛沙丘的地球化学特征及对近代气候变化的指示意义

选择位于黑河下游地区的灌丛沙丘为研究对象,利用HC测年初步建立风沙沉积的年代序列,分析了风沙沉积物地球化学元素和粒度作为环境代用指标的气候意义,通过综合分析和区域对比,初步探讨该区域近300年来的气候环境变化.结果表明:常量元素的含量除SiO2外其他元素含量偏低.灌丛沙丘沉积至少记录了3次相对干旱期和3次相对湿润期.其中,1823年前、1905 ～ 1929年、1958 ～ 1973年期间,处于相对干旱期;而1824 ～ 1904年、1930～1957年、1974年至今,处于相对湿润期.黑河下游灌丛沙丘的气候变化对周边及全球气候变化有较好的响应,是研究近代气候变化的理想场所.     

黑河中游张掖地区近48a气候变化及径流的响应

将现代气候统计诊断与预测技术和地理信息系统(GIS)的地学统计方法中的Kriging插值结合,分析了位于黑河中游张掖地区6个气象站的近48a的气温和降水的时空变化,并且空间显示了各季节的气温和降水变化。结果表明:张掖地区6站的年均气温在3.97-8.04℃之间,变暖最快的是山丹站气温倾向率为0.47℃/10a,变暖最缓慢的是高台站气温倾向率为0.19℃/10a。年均气温最低出现在1956年,为2.5℃,最高值出现在1998年,为9.06℃;降水地域分布不均衡,地区降水差值可达200mm以上。夏季张掖地区的降水变化范围为67.11-193.30mm,冬季降水是4.69-10.48mm,表明降水季节分配不均,且冬、夏降水变化幅度大;张掖地区气温在1991年开始发生突变,气温增加趋势明显。西支流地区和整个张掖地区气温突变时间一致,东支流气温突变是在1993年和整个张掖地区相比推迟了2年。整个张掖地区包括西支流和东支流在降水的时间的变化上没有发生突变。张掖地区年水变化周期现象明显,第一主周期为15年第二主周期为7年,但年均气温变化周期现象不明显;平原地区气温不是影响径流最根本的决定因素,但对河流径流的影响是正向的。降水和径流虽然在时间上拟合,径流总体的变化趋势在减少,但径流的降幅比降水要大。     

黑河流域中部土壤微量元素有效态含量的空间变异及丰缺评价

基于G IS技术,通过地统计学方法对张掖临泽、山丹、民乐县和甘州区农田表层土壤有效Fe、Cu、Zn、Mn、N i和Co含量的空间变异、丰缺状况及影响因素进行了研究。结果表明:有效Fe含量的最适模型为球状模型,Cu、Zn和N i为指数模型,Mn和Co为高斯模型;有效N i和Mn具有强烈空间相关性,有效Fe、Cu、Zn和Co具有中等空间相关性;各微量元素有效态含量均具有各向异性。研究区域有效Fe、Cu、Zn和N i含量在甘州区最高,有效Mn和Co含量由东南到西北逐渐减小;有效Cu和N i含量大部分面积处于中等及丰富水平,而有效Fe、Zn和Mn含量为中等及偏低水平。土壤有机质与六种微量元素有效态含量均呈显著或极显著正相关;pH与有效Fe、Cu、Zn和N i含量呈显著或极显著负相关。     

清代时期汾河中游地区洪涝灾害研究

通过对历史文献资料的搜集、整理和分析,对清代汾河中游地区洪涝灾害的时空变化与形成原因进行了研究。结果表明:在清代268年间,汾河中游发生洪涝灾害104次,平均每2.58年发生一次。清代早期和晚期是洪涝灾害多发期,中期是洪涝灾害较少发生时期。该段流域洪涝灾害的发生主要集中在汾河中上游段支流上的汾阳、文水、介休、清徐、交城5县市。根据涝灾的等级序列得出,清代该段流域2级涝灾发生次数最多,1级涝灾和3级涝灾次之,4级涝灾发生次数较少。最后对洪涝灾害形成原因分析表明,气候变化是汾河中游洪涝灾害发生的重要原因,而人为因素则加剧了洪涝灾害的发生,这为了解汾河中游洪涝灾害长尺度变化规律研究具有重要的现实意义。     

明清时期汾河中游洪涝灾害研究

通过对历史文献资料的搜集、整理和分析,对明清时期汾河中游地区洪涝灾害的时空特征和形成原因进行了研究。结果表明:明清时期的544年间,汾河中游发生洪涝灾害218次,平均每2.5年发生一次。明代晚期、清代初期和晚期是洪涝灾害的多发期,而明代中前期和清代中期洪涝灾害发生次数较少。该段流域洪涝灾害的发生主要集中在中部盆地汾河干支流附近的太原、介休、平遥、汾阳、孝义、文水等县。根据洪涝灾害的等级序列得出清代该段流域2级涝灾发生次数最多,1级和3级涝灾发生次数大致相当,4级涝灾发生次数最少。最后对洪涝灾害原因的分析表明:自然地理环境中的气候、地形、水系分布等是明清汾河中游洪涝灾害发生的重要原因,尤其是气候的变迁,是自然地理环境中对洪涝灾害影响最为主要的因素,而社会经济因素中的人口急剧增长所带来的土地大规模开垦和植被遭到严重破坏则加剧了洪涝灾害的发生。     

黄河中上游部分地区土地覆盖动态变化研究

作为美国国家科学基金项目"中国生态恢复综合影响评价"的部分研究结果,对项目选定的四个评价区之一的黄河中上游地区的研究区域进行土地利用和覆盖变化研究,并以此评价退耕还林效果。利用覆盖研究区域的卫星遥感图像进行解译,以便获取研究区域土地利用和土地覆盖变化(LUCC)的历史数据,特别是大于25度坡度的LUCC以及退耕前后的LUCC数据,通过这些解译数据评价研究区域的退耕还林效果。解译后的数据显示退耕还林效果良好。选定24景跨20年(1978年至2007年)的Landsat遥感卫星图像数据,通过解译追踪研究区域LUCC历史演变,来判断退耕还林的执行效果。     

Assessment of wetland fragmentation in the middle reaches of the Heihe River by the type change tracker model

The quantitative research of wetland landscape fragmentation in the middle reaches of the Heihe River is important for the wetland and oasis sustainable development in the Hexi Corridor. Based on the data of remote sensing and GIS, we constructed the type change tracker model with sliding window technique and spatially morphological rule. The suitable scale and optimum scale of the fragmentation model of wetland landscape in the middle reaches of the Heihe River were determined by the area frequency statistics method, Chi-square distribution normalized scale variance, fractal dimension and diversity index. By integrating type change tracker model and the optimum scale with GIS spatial analysis, the spatial distribution characteristics of wetland landscape fragmentation in different periods and the related spatial-temporal change process were clarified. The results showed that(1) the type change tracker model, which analyzes the spatial pattern of wetland fragmentation on the pixel level, is better than the traditional wetland fragmentation analysis on the landscape and patch levels;(2) The suitable scale for the wetland fragmentation ranged from 150 m×150 m to 450 m×450 m and the optimum scale was 250 m×250 m in the middle reaches of the Heihe River; and(3) In the past 35 years, the total wetland area decreased by 23.2% and the fragmentation of wetland markedly increased in the middle reaches of the Heihe River. The areas of core wetlands reduced by 12.8% and the areas of perforated, edge and patch wetlands increased by 0.8%, 3.1% and 8.9%, respectively. The process of wetland fragmentation in the research region showed the order of core wetland, perforated or edge wetland, patch wetland or non-wetland. The results of this study would provide a reference for the protection, utilization and restoration of limited wetland resources and for the sustainable development of the regional eco-environment in the Heihe River Basin.     

黑河中游荒漠绿洲人工梭梭土壤养分特征

人工梭梭是干旱区荒漠绿洲过渡带典型的防风固沙植被,其土壤养分水平影响着人工绿洲生态系统的稳定性和可持续性。以黑河中游荒漠绿洲不同林龄人工梭梭为研究对象,野外调查取样和室内测试分析结合,分析人工梭梭土壤养分特征。结果表明:1)人工梭梭根部、冠幅边缘、株间空地之间土壤养分存在显著差异,总体表现为根部>冠幅边缘>株间空地,即人工梭梭土壤"肥岛"效应明显;2)不同林龄人工梭梭之间土壤养分含量及其富集率存在显著差异,大致表现为30年梭梭>20年梭梭>10年梭梭>5年梭梭,且不同林龄人工梭梭土壤养分富集率与梭梭植株形态特征具有较显著相关性,即人工梭梭土壤"肥岛"效应与其生长发展间存在正反馈机制。因此,加强荒漠绿洲区人工梭梭的建植和管护,发挥其对土壤养分的改良作用,提高其对干旱区土地荒漠化防治的能力,是荒漠绿洲区生态屏障建设的一项长期任务。     

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。