甘肃民勤生态状况调查与分析

通过对石羊河流域生态状况的科学考察,特别是民勤绿洲荒漠化历史过程及其生态环境恶化成因的调查研究,客观分析了民勤生态环境治理中存在的水资源、生态植被、风沙危害、经济发展与生态保护的矛盾、生态移民、资金投入等方面存在的主要问题,并对民勤生态环境综合治理提出了对策和建议。     

近30年石羊河流域生态环境变化及驱动力分析

为保护石羊河流域生态环境提供科学依据,笔者以气候变化和人类活动为主要因素,分析了石羊河流域治理前后生态环境的变化趋势。结果表明：1987—2016年石羊河流域气温显著升高,降水略增加,日照时数增加,蒸发量增大。植被覆盖面积增大,2007—2016年与2000—2006年相比,归一化植被指数（NDVI）在0.3～0.5之间的面积增大0.9%。2007年流域治理以来,机井数量和耕地面积较前二十年减少。2000—2016年石羊河年平均流量呈显著增加趋势,尤其蔡旗水文站向下游下泄水量明显增加。2005—2016年石羊河流域中、下游沙丘移动和沙漠边缘进退速度明显减缓,流域地下水位埋深稳步回升。青土湖重现水域以来,水域面积平均每年增加3.59平方公里,地下水位埋深平均每年回升0.12米,流域生态环境明显改善。     

石羊河流域综合治理对主要气象灾害影响分析

为研究石羊河流域生态环境变化对主要气象灾害的影响。利用石羊河流域5个气象站点1987年～2016年历年主要气象灾害的日数,运用时间序列趋势分析和突变检测的多种统计分析方法进行研究[1]。结果表明：石羊河流域综合治理以来,气象灾害均呈明显减少趋势,前10年、中间10年和后10年差异明显,干旱日数前20年增加,后10年减少;冰雹日数和大风日数明显减少;浮尘、扬沙和沙尘暴日数显著减少,特别是对大风和沙尘;大气降尘2010年以后逐年下降;酸雨2011年后再未出现。随着石羊河流域综合治理,地下水埋深度回升,土壤湿度增大,植被覆盖面积增加,生态环境明显改善,气象灾害明显减少。     

民勤绿洲生态环境现状及恢复对策

民勤绿洲属典型的干旱荒漠化地区,生态环境具有脆弱性。由于水资源的缺乏、地下水位的下降等因素,导致了绿洲生态环境的急剧恶化,通过客观分析当前民勤绿洲生态环境的现状和所存在的问题,对民勤的生态环境综合治理和恢复提出了相应的对策。     

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。     

民勤荒漠生态退化动态特征研究

通过设置样方,调查研究了民勤荒漠生态退化的动态特征。结果表明,民勤绿洲区地下水位正在急剧下降,天然植被面积逐年减少,盖度正在明显下降,随着水资源退化和植被退化,沙漠化土地面积正在扩大,沙漠化程度正在增强。荒漠区水资源退化引起植被退化,植被退化进而导致沙漠化过程加强。随着植物的大面积死亡和稀疏化,生态环境越来越恶化。植被退化加之开垦使得极重度、重度沙化土地面积扩大,中轻度沙化土地面积相对减少。目前地下水位下降的主要原因,一是农业灌溉用水量增大,二是上游入境水量逐年减少。实践证明,在干旱沙漠中造林,尤其是打井提取地下水造林,只能加速沙漠化和生态环境退化的过程。     

2000—2014年石羊河流域植被覆盖变化研究

植被覆盖度是衡量地表植被长势和评价区域生态系统健康程度的重要指标,研究石羊河流域植被覆盖度的时空变化,对研究内陆干旱地区陆地生态系统环境变化具有重要意义。利用EOS/MODIS卫星数据,借鉴景观生态空间分布格局分析方法,从植被覆盖度面积变化和类型转换趋势方面分析2000—2014年石羊河流域植被的空间分布变化与格局演变。结果表明,2000—2014年石羊河流域内以低覆盖植被为主,其中极低覆盖植被年际波动最大,中高覆盖植被年际波动最小。在2001年、2004年、2009年和2013年前后,石羊河流域出现了4次植被生态退化过程。4种土地生态类型的植被覆盖度在年际变化中均呈增加趋势,其中耕地植被生态恢复明显,未利用土地生态恢复比较缓慢。15年石羊河流域内生态向恢复的方向发展。前期与后期的各植被覆盖等级的面积转移途径与幅度基本相似,后期的生态变化程度比前期更加剧烈。植被覆盖变化多集中在人类活动较多的区域。植被生态变化以稳定和轻微恢复为主。各土地生态类型中,耕地植被覆盖度空间变化最大。水资源的空间分布和利用不均是导致植被覆盖变化的空间分布不均的主要因素,中游平原区生态恢复较好,下游民勤绿洲在2010年后的生态退化明显。     

石羊河流域负积温的时空演变特征

利用1960—2017年石羊河流域5个气象站逐日平均气温资料,计算各地年负积温,并运用线性趋势系数法、方差分析周期法、累计距平和信噪比法以及相关系数法,分析了石羊河流域负积温的时空分布特征及负积温与气温和冻土的关系。结果表明：受海拔高度、地形地貌、植被覆盖和天气系统的影响,石羊河流域负积温具有明显地域特征,负积温平均和极值为绿洲平原区高于荒漠区,荒漠区高于山区。负积温正常年份最多,概率在60%以上,依次向两端迅速递减。年、年代负积温总体呈升高趋势,古浪升高趋势最明显。年负积温的时间序列存在7~9年的准周期变化,古浪负积温在1986年发生了气候突变,其他各地没有发生气候突变。各地负积温初日、终日、负积温期有一定的差异,最早负积温初日(1972-9-2)和最迟负积温终日(1969-6-9)均出现在天祝,负积温期最长258天（1972年）在天祝,最短100天（2001年）在民勤。石羊河流域年负积温与年气温呈极显著正相关,负积温的升高与年气温上升具有较好的同步性。石羊河流域冻土的变化对负积温的响应敏感,负积温每升高100℃,冻土日数减少约6.2天,平均冻土深度减小约4.5 cm,最大冻土深度减小约6.9 cm。     

1950—2011年石羊河流域中、下游气候和农业水资源变化分析

为揭示石羊河流域中、下游用水矛盾的根源,利用1950—2011年石羊河流域中、下游人类活动、径流量和气象观测资料,比较气候变化过程中流域中、下游绿洲化推进对农业水资源利用与生态环境恶化的内在关系。结果表明:近60年来,石羊河流域8条河流合成年径流量呈下降趋势,中游降水变化倾向率为5.1 mm/10年大于下游2.5 mm/10年,下游年蒸发量却以11.6 mm/10年的速度增加,且流域中、下游气温呈持续上升趋势(P0.001),60年间气温分别升高了1.8和1.9℃,地表可利用农业水资源减少。中游人口以9.95万人/10年(P0.001)快速增长是下游的5.5倍,人均耕地面积减少倾向率中游0.119 hm2/10年(P0.001)大于下游0.036 hm2/10年(P0.01),但保灌面积增加速度下游0.637万hm2/10年(P0.01)大于中游0.451万hm2/10年(P0.01),机井数量增速下游1867.6口/10年(P0.01)大于中游884.3口/10年(P0.001),人类过快开发利用地下水资源直接影响了生态承载力和生态安全。随着气温持续升高、蒸发加剧、降水微弱增加和河流来水减少,保灌面积和机井数量迅速增加,对地下水资源的开发利用加剧,导致研究区出现农业向生态争水,中游向下游争水的恶性局面,这也是人类活动和气候变化同时影响的结果。     

绿洲不同生态区资源变异及水土开发模式研究

水土资源的开发始终是绿洲农业发展的核心问题,通过对冲积洪积扇绿洲、冲积平原绿洲、干三角洲绿洲等绿洲不同生态区水土资源空间组合差异及水土资源的开发特点分析,提出了不同生态区水土开发利用要点,认为在冲积扇及冲积平原区域,通过合理井灌井排、人工种植草场及机械化除盐等技术进行恢复盐渍化弃耕地为主来扩大耕地,避免重新开荒后又弃耕的发生;在流域下游干三角洲及沙漠边缘区域,通过高效节水技术防止地下水位抬升,造成土壤次生盐渍化,为绿洲农业资源的优化配置和农业结构调整提供理论依据。     

民勤绿洲边缘区不同生境沙拐枣种群特征研究

沙拐枣(Calligonum mongolicum)是分布于中国北方干旱荒漠区的一种主要固沙植物,研究沙拐枣种群在沙漠不同生境中的群落特征、空间分布格局及幼苗更新,对绿洲边缘区的生态恢复和重建具有重要的意义。本研究以石羊河流域下游民勤沙井子荒漠绿洲过渡带为研究区域,采用野外调查与室内测定相结合的方法,对3种不同地貌类型（半固定沙丘、流动沙丘、丘间地）和6种微地型（半固定沙丘迎风坡、顶部、背风坡和流动沙丘迎风坡、顶部、背风坡）沙拐枣种群特征、更新苗的数量特征与土壤水分的对应关系及分布格局进行了调查分析。结果表明：（1）沙拐枣种群密度、覆盖度表现为：半固定沙丘＞丘间地＞流动沙丘,半固定沙丘和丘间地与流动沙丘之间存在显著差异(P＜0.05),株高在流动沙丘最大,丘间低地最小,它们之间存在显著差异(P＜0.05);而种群地径、新梢长无显著差异(P＜0.05)。（2）流动沙丘各部位密度、株高、覆盖度差异不显著(P＜0.05),而半固定沙丘则表现为差异性显著(P＜0.05),顶部大于迎风坡和背风坡。（3）不同立地条件下,沙拐枣幼苗数量为流动沙丘＞半固定沙丘＞丘间地,且与5~ 30 cm土壤水分含量大小相对应。（4）在民勤荒漠绿洲过渡带,沙拐枣种群呈聚集分布。     

Ecological Environment Conservation and Restoration and Sustainable Development of Minqin Oasis

Minqin oasis in the lower reaches of the Shiyang River is a main natural barrier for the Wuwei Basin. Due to the combined influence of human activities and natural factors in the past half a century, water quality in the lower reaches of the Shiyang River decreased and ecological environment deteriorated, which influenced sustainable development of this area and surrounding area seriously. This paper analyzed current situation and reasons of the deteriorated ecological environment in the lower reaches of the Shiyang River, and proposed that water environment regulation was the primary task in the eco-environment control of Minqin area, specifically,(a) By using existing policies, accelerating the construction of water-saving agriculture in the middle reaches of the Shiyang River, water quantity in the lower reaches would be guanranted, water shortage for agricultural production and ecological use in Minqin oasis would be relieved;(b) Unreasonable human activities such as overexploitation of underground water should be controlled strictly;(c) Water conservancy project should be developed vigorously to ensure rate of flow. It was expected that the above schemes would contribute to the benign circulation of ecological environment in Minqin oasis.     

石羊河流域日照时数的变化特征及影响因子分析

为了合理调整种植结构、优化农业生产布局、保护生态环境以及提高太阳能的开发利用效率。笔者利用1961—2010年石羊河流域5个气象站逐日日照及年总云量、低云量、降水、相对湿度、沙尘日数和平均风速等观测资料,运用线性系数法系统分析了石羊河流域各县区近50年来日照时数的时空分布及强度特征,然后采用相关系数和多元线性回归中的标准化回归系数分析了影响日照时数的主要气象因子。结果表明：受海拔高度、地形地貌以及天气系统等影响,石羊河流域日照时数低海拔地区大于高海拔地区。除凉州外,各地年、年代日照时数总体呈增加趋势,民勤、永昌的增加趋势尤为显著,年日照时数的时间序列存在5~8年的准周期变化;各季节日照时数变化趋势不太一致,总体上呈增加趋势,春季增加最显著;月日照时数变化也存在差异,除天祝外,6月为1个高峰,9月和12到次年1月为2个低谷。各强度日照时数的日数变率较大,随着日照时数长度的增长,各地日照日数呈先增加后减小。石羊河流域日照时数的主要影响因子是总云量和低云量,其次是相对湿度和沙尘日数,降水和平均风速的影响最弱。日照时数与低云量和平均风速呈正相关,与总云量、降水、相对湿度和沙尘日数呈负相关,影响各地日照时数的主要因子有所不同。     

石羊河流域下游不同年代退耕地风沙流特征研究

不同年代退耕地受水分与植被的影响,地表风沙流输沙量呈规律性变化。以石羊河流域下游民勤治沙站不同年代退耕地为研究对象,用0～100cm的风沙流观测仪测定了不同年代退耕地上的风沙流输沙量,分析了不同退耕年代风沙流年输沙率等特征。研究结果表明：(1)输沙量总体上表现为随退耕时间的增加而呈增加趋势,退耕时间越长,年输沙量越大,同时输沙率受样地周边地貌环境的影响较大;(2)不同年代退耕地输沙量随季节呈规律性变化,而且与风速关系密切,输沙量大小与当地风季发生规律相一致;(3)退耕地风沙流输沙量与退耕年代总体上呈二元线性相关关系,相关系数为0.88;(4)通过聚类分析将10个样地风沙流输沙量分为3类,17年为一类,13年为一类,其余退耕年代的为一类。不同退耕地因退耕时间的不同,受周边地貌,植被的影响,其风沙流输沙量有很大差异,研究结果为退耕地利用与治理提供了科学依据。     

石羊河下游河岸带的景观结构及变化

应用景观生态学和空间对比分析方法,探讨石羊河下游流水和断流河段的河岸带景观,对其绿洲形成、分布及其结构调控和生态环境改善据有参考意义。结果表明：景观要素发生和分布受到河流地貌约束,顺直型河道区域的景观丰富度约为分汊型和漫流型的2倍,在漫流型河道区域以农田为优势斑块。流水和断流河段的景观结构分别呈带状水平结构和镶嵌结构,而斑块丰富度逐渐降低,均匀度增大。地下水位深度达7-8 m引发景观组成和结构变化,距离河床约200 m是河岸带景观发生转变的区域。石羊河下游河岸带景观变化时间与河流改道及水利改造时间相一致,因人类土地利用方式增减景观要素,区域水资源变化促进景观演变。河岸带景观结构是区域绿洲结构的基础。