干旱区绿洲生态景观信息图谱的研究与应用

利用2000年Landsat TM及2005年CBERS-2/CCD影像数据作为主要信息源,综合各种属性数据和统计资料,在GIS软件平台上,进行模式识别、专题分类、图谱表达,利用GIS的空间分析功能建立鄯善绿洲景观要素类型变化信息图谱,并创立属性数据库,从地学图谱的角度来分析干旱区绿洲景观要素在时间和空间上的特征变化,进行景观要素量化指标的统计,分析复杂的生态景观时空变化。     

中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征——以中国新疆北部和东哈萨克斯坦为例

在中亚干旱区,发育着大量的山地-绿洲-荒漠系统,其中中国新疆北部以及哈萨克斯坦东部是中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的典型区,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌,本文对新疆北部和东哈萨克斯坦山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合典型区近40年气候变化的特点和规律,来探讨中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征。     

黑河中游绿洲边缘三种景观类型土壤水分动态特征及影响因素

土壤水分对干旱区旱生植物的生长发育必不可少,决定了旱生植物群落的演替动态和方向。探究黑河中游绿洲边缘不同景观类型的土壤水分动态特征,制定切实有效、科学合理的防风固沙措施,对于阻止荒漠化进程显得尤为重要。本文以黑河中游绿洲边缘的防护林、荒漠-绿洲过渡带和荒漠三种景观类型为研究对象,采用HYDRUS-2D模型模拟、LSD分析法、Pearson相关性分析等方法,研究三种不同景观类型土壤水分动态特征及影响因素。结果表明：(1)土壤体积含水量的RMSE为0.002～0.006 cm³·cm^-3,MRE为4.22%～5.20%,R²为0.725～0.967,模拟结果与实测数据具有较高的吻合度,HYDRUS-2D模型可用于本研究区土壤水分动态的模拟研究。(2)防护林和荒漠-绿洲过渡带景观的土壤体积含水量随土层深度增加呈现出先增大后减小的变化趋势,荒漠景观则呈现出先减小后增大的变化趋势。(3)有效降水对土壤体积含水量动态变化起决定性作用,9.5 mm以上的降水量可以在短期内显著提高土壤水分含量和入渗深度,荒漠景观降水后的各时段土壤水分入...     

山地、绿洲、荒漠系统的特征分析

在干旱区山地、绿洲及荒漠系统 ( MODS)中 ,三大系统具有各自的固有特征和密切的耦合关系。山地系统是干旱区水资源的形成区 ,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库 ,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心 ,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架 ,水文特征决定耦合类型的空间格局 ,植被类型反映耦合类型的外貌 ,土壤状况影响耦合类型的功能 ,人为活动制约耦合类型的演变过程。维护 MODS的生态安全是干旱区生态建设和经济发展的重要基础。     

干旱区山地生态格局与可持续发展

我国干旱区以山地-绿洲-荒漠组成的独立的内陆自然体系为重要特征。在这个体系中,山地为绿洲区提供了几乎所有的水资源;山地是干旱区最主要的林业及牧业基地;山地是干旱区绝大部分矿产、旅游资源所在地;山地是干旱区生物多样性、文化多样性集中地。没有山区的生态稳定,就没有干旱区的可持续发展。但是,多年来干旱区山地遭受森林破坏、草地退化、污染等影响,正侵蚀着干旱区可持续发展的根基。特别是干旱区在研究和政策上,重绿洲轻山地,使山区没有受到应有的重视。本文概括出干旱区山地的四种生态格局：基本格局、草原-草甸优势格局、草原-荒漠优势格局及内部湿地中心格局。简要论述了干旱区山地森林稀有资源管理的“奥依塔克模式”、山地保护与发展相协调的“巴音布鲁克模式”、中国西部山地发展的一般模式,并首次提出了中山带发展战略,使干旱区形成绿洲-中山立体双带发展模式。     

干旱区景观生态研究的方法与案例分析

干旱区景观生态学中的景观结构、功能、变化以及尺度、过程、管理等方面的研究,需要理论与方法的支撑。生态景观制图的类型划分、表达方式、数据采集、数据分析等过程,综合性地体现了景观生态的一般方法和途径,对于生态景观信息认知、信息识别、信息挖掘与信息分析具有重要提升作用。通过获取遥感信息源,应用图象图形学以及遥感图象模式识别与解译的原理和方法,进行特定尺度和精度条件下的景观分类,编制生态景观图;并通过相应的GIS软件,实现景观专题要素特征属性的量化统计,求算景观生态指数值;并以塔里木河干流及英巴扎典型区为例,应用NOAA/AVHRR以及CBERS-1/CCD等信息源,结合区域自然、社会和人文、历史等特征,系统分析其数量特征、变化规律以及相互关系,提出干旱区生态景观建设的原则与途径。     

中国绿洲地域系统研究

本文论述了中国干旱区山地的自然特征及其在向荒漠平原盆地提供细粒土状物质 ,输送地表水及浅层地下水 ,建构荒漠背景下的特殊生境 ,从而导致局地绿洲化等方面的重要作用 ,并对绿洲系统、盆地地域系统、山地—盆地地域系统进行初步探讨。认为正是绿洲系统对荒漠盆地平原地域系统和山地—盆地地域系统的从属性 ,决定了绿洲面积的有限性和保护山地—盆地地域系统的必要性。     

基于景观结构和3S技术的干旱区绿洲生态风险分析——以高台县为例

以干旱区绿洲的典型区域-张掖市高台县为研究对象,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建区域生态风险指数,并利用空间分析方法对生态风险指数进行变量空间化。通过对生态风险指数采样结果进行半变异函数分析和空间插值,绘制了研究区域2000和2010年生态风险分布图,并对区域生态风险结构分布变化和空间分布变化进行分析。结果表明:生态风险强度为0.1-0.3的区域主要分布在水域、建设用地与耕地集中的人工绿洲区;生态风险强度为0.3-0.4的区域主要分布在人工绿洲外围的过渡带;以盐碱地、戈壁及沙地景观为主的各种荒漠景观类型所在区域的生态风险强度在0.4-0.65之间。     

干旱区绿洲、山地、荒漠系统耦合效应及其功能定位——以玛纳斯河流域为例

山地、绿洲、荒漠是干旱区三大地理景观,三者通过生态资源耦合层、生态经济系统耦合层、农业产业系统耦合层及生态地理耦合层的叠加作用,最终可使绿洲系统功能放大.提出了山地,绿洲,沙漠各子系统应给予重新定位,才能合理高效发挥山盆系统的整体功能.进一步确定山盆系统不同生态-经济分区的功能定位:即山地-基础资源的维持保护功能(突出...     

河西走廊典型绿洲景观格局比较研究--以张掖、临泽、高台、酒泉为例

以地处河西走廊的张掖、临泽、高台和酒泉等县 /市级行政区为景观单元 ,利用LandsetTM影像资料的目视解译 ,在ArcView 3.1和景观格局分析软件FRAGSTATS的支持下 ,计算各绿洲景观格局指标。结果表明 :荒漠类型在四个绿洲景观组分中占绝对优势 ,其次为水浇地 ,但不同绿洲水浇地所占比例相差较大 ,酒泉最高 ,张掖其次 ,高台最低 ;斑块数、斑块密度、边缘密度和平均斑块面积的差异表明 ,张掖绿洲景观类型最多且斑块粒径小 ,而高台则完全相反 ,体现出单调而粒径粗大的荒漠绿洲特征。     

塔里木河上游景观破碎化的时空动态变化分析

本文以遥感影像资料为基础信息源,以GIS及Fragstats景观格局分析软件为数据处理和破碎化指数计算的工具,在分析了塔里木河上游2000年和2005年景观格局变化的总体特征的基础上,选择景观斑块密度指数、景观斑块数量破碎化指数、景观斑块形状破碎化指数、景观分离度指数等指标,对塔里木河上游2000年和2005年景观破碎化程度进行了不同角度的分析。结果表明:就整个景观而言,斑块数量减少而平均斑块面积扩大,景观分布趋于连片,景观破碎化指数趋于稳定和减小;同时由于绿洲内部城镇化,农田水利设施的发展及绿洲外围的不断扩张,局部地区景观破碎化现象亦存在。     

干旱区农田排水系统演变的生态效应研究进展

在干旱区流域绿洲形成与发展过程中，普遍存在土壤次生盐渍化和不断改进的盐渍化治理过程，这导致在绿洲下部与临近荒漠区广泛形成农田排水系统景观，但其产生的生态效应还不清楚，限制了全面认识人工绿洲生态系统的环境变化过程。利用航片和遥感影像数据，基于图论网络分析和景观连通性模型，分析农田排水系统形成与演变的过程与格局；采用缓冲区分析、空间地统计模型、GIS相关性分析和群落多样性测度等方法，研究农田排水系统演变对廊道效应、土壤性状、土地利用和物种多样性的影响；利用经过改进的生物地球化学模型，研究农田排水系统演变对区域碳、水循环的影响，探讨农田排水系统与陆地生态系统的相互作用机制。深化对干旱区人类活动的生态效应的认识，并丰富绿洲生态学的研究内容，对绿洲农业可持续发展具有重要科学意义。     

新疆玛纳斯河流域绿洲景观生态脆弱性时空分异

以2000年、2005年和2014年3期Landsat TM影像为基础数据,运用景观敏感度和景观适应度指数构建景观生态脆弱度评价模型,采用空间分析方法和统计学方法研究其时空分异特征以及空间关联格局,结果表明:(1)2000—2014年,耕地、建设用地和未利用地增加、林地减少较快,水域和草地缓慢减少,流域景观生态脆弱性呈上升趋势。其中,2005年以后脆弱性上升明显,结构性因素对景观格局变化的影响逐渐增大,但非结构性因素始终居于主要地位。(2)流域景观生态脆弱性具有高度的空间自相关性,表现为明显的空间关联性和空间依赖性,呈高-高集聚和低-低集聚、趋同空间正相关格局。(3)脆弱性空间分异较为显著。2000年以较低和中等脆弱区为主,两者所占面积比例为57.36%,较高和高脆弱区分布在西北部;2005年大部分地区处于较低和中等脆弱区,流域中下游较高脆弱区向东部延伸;2014年脆弱度水平明显增大,高脆弱区所占面积比例为10.9%,较高和高脆弱区向中游以及中上游扩张,城市空间扩张和建设用地扩大是导致脆弱度增大的主要动因。(4)中上游脆弱性空间扩张强度、方向、趋势与中下游脆弱性变化密切相关,说明人工绿洲建设进入高强度集聚规模和大规模生态外部性的空间发展阶段,应加强全流域统筹、全要素规划、全过程管理的生态建设与重构。     

中国干旱区绿洲稳定性研究

绿洲是干旱区特有的生态景观之一,也是干旱区人类生产和生活的主要空间。绿洲的稳定事关干旱区人类的生存、社会经济的发展。因此,绿洲稳定性成为近年干旱区研究的热点。从生态系统、景观、流域3个层次综述绿洲稳定性研究现状,提出在未来应建立高效节水绿洲的同时,还应加强田块、灌区和绿洲不同尺度水效益及其对绿洲水文循环影响的评价研究;加强以流域为单元,开展绿洲稳定性研究;加强人工绿洲建设与天然绿洲稳定的关系、流域内绿洲空间布局、结构与绿洲稳定性关系、绿洲生态用水和生产用水比例与绿洲稳定性的研究。     

25年来额济纳天然绿洲LUCC及景观格局时空变化

在3S技术的支持下,利用额济纳天然绿洲80年代、1990年和2009年3期Landsat-TM影像,对额济纳天然绿洲植被类型进行判读,结合实地调查,采用景观生态空间分布格局分析方法,确定植被类型,将研究区可以分为林地、灌木、草地、水体、耕地、居民地、荒漠7个类型。使用GIS分析工具,从各类土地分布面积变化和类型转移趋向...     

艾比湖地区绿洲化与荒漠化过程时空特征分析

以1990、2001和2005年的遥感数据作为数据源,进行景观分类与制图,利用ArcGIS提取了艾比湖地区的绿洲和荒漠景观,使用占补平衡原理和变化检测对比分析了绿洲退缩区和扩张区的数量特征和空间格局,并利用重心迁移模型得出绿洲和荒漠重心的变化趋势。结果表明:1)1990-2005年15年间,研究区绿洲面积不断增加,荒漠面积呈减少趋势,绿洲退缩区的面积为64.28km2,而绿洲扩张区的面积达到了383.63km2。其中,1990-2001年间,绿洲的年平均增长速度最大,为0.93%;2)研究时段内,绿洲的空间变化较大,其扩张区多位于研究区西部以耕地为主的区域和艾比湖湖区周围,绿洲退缩区主要位于研究区的东南部;3)绿洲的重心向西南方向迁移了0.8751km,同时,荒漠先向东南再向东北迁移,迁移距离共为2.0999 km。     

1986-2015年干旱区敦煌绿洲景观的时空演变过程

基于遥感影像的绿洲景观定义及其特征,以敦煌绿洲为例,利用TM(Thermatic Mapper)遥感数据,提取了1986-2015年7期的绿洲分布影像.利用数理统计及景观分析模型,分析敦煌绿洲景观的面积变化、扩展的方向性、时空演变及景观格局特征.结果表明:近30 a敦煌绿洲面积增加了60.68％,扩张速度最快的时段为1995-2010年,主要表现为人工绿洲的扩张.绿洲景观主要向东北、正北及东方向扩展,外缘发生在天然绿洲及绿洲-荒漠交错带,内部主要分布在古河道的荒滩或复杂绿洲斑块之间,绿洲景观边界逐渐趋于规则.研究结果表明,研究时段内绿洲扩张建立在人工绿洲增加,天然绿洲萎缩的基础上,绿洲面积增加的同时也发生着严重的环境退化问题.     

基于Sentinel-2数据的干旱区典型绿洲植被叶绿素含量估算

以渭干河-库车河绿洲(渭-库绿洲)为研究区,采用在机器学习方面具有明显优势的随机森林回归算法,对绿洲内的4种典型植被(棉花、芦苇、杨树、大枣)叶片的叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development,SPAD)考。进行估算和验证。首先基于"红边"处光谱信息丰富的哨兵2号(Sentinel-2)影像和由其衍生的一阶微分、二阶微分影像各提取23种对叶绿素敏感的宽波段光谱指数,加入3种影响植物生长的土壤参量(土壤含水量,土壤有机质,土壤电导率)作为影响叶片SPAD的特征变量,再根据以上特征变量对每种植被叶片各建立3种方案的SPAD估算模型,从而实现对绿洲内植被叶绿素的监测。结果表明:①影像经一阶微分再提取的植被指数相比原位光谱植被指数,在SPAD估测模型中起到了更重要的作用,在随机森林算法的重要性排序中位居前列;②4种植被叶片的SPAD估测模型都取得了不错的效果,芦苇叶片尤为显著,确定系数(R^2)达到了0.926;③分析对比3种方案下模型预测能力,方案3(包含土壤参量)的预测能力卓越〔2.143<相对百分比偏差(RPD)<2.692〕,其预测能力排序为:方案3>方案1>方案2,土壤属性和模型预测结果有较强的非线性相关。Sentinel-2数据具有理想的估算绿洲植被叶绿素含量的潜力,提供了一种高效、低成本、潜在高精度的方案来估算叶绿素含量,可为干旱区绿洲农业、生态系统实现更有效的保护和管理提供参考。