基于遥感的民勤绿洲植被覆盖变化定量监测

基于混合像元条件下的TM影像植被覆盖度遥感反演,定量研究了甘肃省民勤绿洲1987年至2001年植被覆盖时空变化的规律与特点。结果表明,15年中,民勤绿洲的植被覆盖发生了很大的变化,农田植被(耕地)面积增加了53.11%,而中、高盖度植被的面积却减少了25.21%,这对民勤绿洲的长久生态安全构成了严重的威胁。民勤绿洲植被覆盖变化的空间转化过程复杂,但总体属于开垦—植被退化型。15年中因开垦和植被退化而损失的中、高盖度植被达42204.81hm2,占原面积的81.73%,而且损失的主要是绿洲边缘的防风固沙植被,其中因开垦损失的面积为18776.08hm2,占损失面积的44.5%。超采地下水引起的地下水位快速下降是导致绿洲边缘天然和人工灌丛植被退化的主要原因。控制开垦并培育相对稳定的灌丛型植被,应该是研究区生态环境建设的重点。     

民勤沙井子地区40a来荒漠植被变迁初探

随着地下水位下降,民勤沙井子地区荒漠植物种类和植被类型趋于旱化,湿生和中生植物相继退化,白刺已成为主要建群种,40 a来荒漠植被变迁巨大。     

基于GEE的1987—2019年民勤绿洲NDVI变化特征及趋势分析

Google Earth Engine（GEE）是目前最先进的地理大数据分析和可视化平台,使遥感监测地表植被突破了数据获取难、本地存储量大、处理效率低的限制。基于GEE云平台计算Landsat系列卫星影像,研究了1987—2019年民勤绿洲NDVI的时空变化,并通过一元线性趋势分析、稳定性分析、Hurst指数对变化趋势进行了分析和预测。结果表明：（1）1987—2019年民勤绿洲NDVI年均值从0.172上升到0.230,多年平均值为0.244,1989—2007、2010—2016年呈上升趋势,1987—1989、2007—2010、2016—2019年呈下降趋势。年内NDVI-0.017—0.333,高值集中在每年4—10月。空间上来看,绿洲外围NDVI明显增大,绿洲向荒漠扩张。（2）1987—2019年民勤绿洲大部分区域NDVI基本不变,坝区、泉山区绿洲外围、湖区南部和青土湖呈增大趋势,坝区中部民勤县城区、湖区北部绿洲边缘呈减小趋势,基本不变、增大、减小区域分别占总面积的81.90%、16.25%和1.85%。（3）1987—2019年民勤绿洲NDVI变化稳定性高的区域主要位于坝区东南部、泉山区东部、湖区北部荒漠区域;波动性高的区域主要位于坝区、泉山区绿洲外围、湖区南部和青土湖。（4）未来民勤绿洲大部分区域NDVI变化趋势保持基本不变,坝区、泉山区绿洲外围、湖区北部和青土湖,NDVI未来有可能增大,坝区中部民勤县城区、湖区北部向荒漠过渡地带,NDVI未来有可能减小,基本不变、未来有可能增大、减小的区域面积分别占71.62%、12.96%、15.42%。     

1960—2021年民勤沙区10种典型荒漠植物种群变化特征

对60 a来民勤沙区10种典型荒漠植物种群分布、消长变化及现状进行调查研究。结果表明：随着水文生态环境不断恶化,沙漠化加剧,植被从原来的沼泽、草甸植被不断向沙、旱生方向演化,大量物种消失,植被演替加快,植被发生了显著变化。原来广布的草甸关键建群种芦苇（Phragmites communis）、柽柳（Tamarix ramosissima）、盐爪爪（Kalidium foliatum）种群在沙区整体衰退,目前仅在河、湖岸,绿洲边缘生长较好;白刺（Nitraria tangutorum）种群逐渐替代柽柳成为沙区最大的天然灌木种群,并在一些沙区出现衰退,沙包活化;雨养沙区沙蒿（Artemisia sphaerocephalla）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）等随降水多少而波动性扩展和衰退;超旱生植物膜果麻黄（Ephedra przewalskii）和红砂（Reamuria soongorica）在荒漠植被普遍退化中区域性扩展;人工梭梭（Haloxylon ammodendron）林已成为沙区仅次于白刺的种群,生态...     

民勤绿洲边缘物种多样性对水资源变化的响应

通过石羊河流域民勤绿洲边缘长期的生态定位观测和近年来对绿洲边缘的植被调查,计算植物种辛普森(Simpson)、香农威纳(Shannon-Wiener)多样性指数,分析物种多样性指数与地下水位下降趋势、年均降水量变化的相关性。结果表明:随地下水位的下降植物种类减少、物种多样性呈减低趋势;降水量与植物物种多样性具有较强的正相关关系。     

荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一，受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据，分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明：额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降，非生长季上升的变化特征；在植物生长季内，地下水位具有白天下降，夜间上升的日周期变化特征，且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源，在分水过程中，距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大，分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小，分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失，从2013—2015年6次分水事件结束后，地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。     

塔里木河下游绿洲荒漠过渡带土壤异质性及对植物群落的影响

结合塔里木河下游铁干里克绿洲荒漠过渡带9个土壤剖面的81个土样分析数据,利用非参数检验、单因素方差分析和灰色关联方法,分析了塔里木河下游铁干里克绿洲荒漠过渡带土壤特性及其对植物群落的影响。结果表明,研究区土壤除全磷外,有机质等指标存在垂直分布差异,出现显著差异的土层深度为50 cm。研究区上段的土壤养分含量相对较高,下段较低;植物物种多样性指数自上段至下段的下降趋势与有机质等的变化相同,而植物群落退化则表现为从复合群落到单一群落的演变趋势,即从乔(胡杨为主)、灌(柽柳为主)、草复合群落演变到单一的柽柳灌丛群落。灰色关联分析表明,塔里木河下游铁干里克绿洲荒漠过渡带上层(0～50 cm)土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量与物种多样性的相关性较高。     

额济纳绿洲柽柳群落蒸散特征的初步分析

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳群落蒸散进行研究, 发现柽柳蒸散速率日变化成双峰形, 各月出现峰值和低谷值的时间各不相同, 8月最迟; 平均蒸散速率值8月>7月>6月>9月; 各月蒸散总量大小依次为126.9mm(8月)>93.85mm(7月)>77.3mm(6月)>65.2mm(9月)。整个生长季蒸散总量为363.35mm。蒸散速率的变化受植物自生生理特性及气候因子和下垫面条件影响, 其中净辐射起主导作用; 蒸散速率与地下水位变化成反相关关系, 地下水位的大幅度下降可能致使柽柳死亡。     

阜康绿洲生态系统生物量空间格局分析

 利用阜康绿洲平原地区于2003年8月,在野外实测的53个样方植物的生物量干重数据与同期陆地卫星MODIS影像的第1,2通道250 m遥感数据,通过分析植被指数NDVI与绿洲植被生物量的相关关系,进而建立该遥感植被指数与植被生物量的一元线性和非线性回归模型。研究表明:植被指数NDVI与绿洲生态系统植被生物量之间存在较好的相关性;所建遥感植被指数与绿洲植被生物量的回归模型中,三次方程为所得到的非线性回归模型中最适合用于阜康绿洲生态系统植物生物量和生长的监测;并利用该模型进行分析同年4~9月研究区内植物生物量的时空间分布,并得出阜康绿洲生态系统植物生物量的时空分布特征。总体格局是:绿洲内部农业生态系统的生物量时空特征变化是十分的明显,生物量的增长从5月底至8月;且于7月、8月生物量达到旺盛时期;随后开始呈下降趋势;荒漠植物群落生物量时空特征有一定程度的变化但表现不明显,且荒漠植物生物量的变化在时空上是非同步性。这都是由于在整个生长季节内不同植物群落的生长发育表现不同的时间,和荒漠植物在时间上表现出不同物候导致的。同时分析了绿洲生态系统植物生物量的时空分布特征及相关影响生物量的多种因素。     

干旱区内陆河流域荒漠河岸林群落生态过程与水文机制研究

干旱区内陆河流域生态水文过程研究已成为当今地理学、生态学研究的焦点,是开展生态恢复研究的重要内容。塔里木河下游断流河道的生态恢复是以沿自然河道生态输水为主要形式的,因此,有必要加深对塔里木河下游荒漠河岸林群落生态过程与水文机制的认识。在对塔里木河下游荒漠河岸林植被生态退化及其退化原因分析的基础上,综述了塔里木河下游典型植物生态水位的研究进展,阐述了植物适宜生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位研究的阶段性成果,并进一步展望了未来研究的焦点问题。指出了群落生态水位、植被群落与土壤水分、盐分异质性的关系,提出植物水分利用机制是群落生态过程与水文机制研究的核心问题。     

额济纳绿洲重盐地多枝柽柳分布格局研究

研究柽柳的分布格局对种群结构与动态变化的影响,对阐明柽柳林生态系统的形成与维持种群的稳定性、种群的生态特征和更新等方面具有极为重要的意义。通过对额济纳绿洲中荒漠河岸林的主要树种多枝柽柳进行连续样方调查,用χ2检验和方差分析法对多枝柽柳的格局规模进行分析。研究结果表明,多枝柽柳分布类型为集群分布,格局规模为8 m×8 m,格局强度随着尺度的增加而减小,多枝柽柳呈现集群分布但集群强度不高,集群强度依赖于种群密度。     

三种荒漠灌木根系的构形特征与叶性因子对干旱生境的适应性比较

以古尔班通古特沙漠南缘原始荒漠的三种建群灌木多枝柽柳、梭梭和琵琶柴为研究对象,采用挖掘法调查其根系构性特征及其与土壤水分的关系,同时测定其比叶面积(SLA),比叶重（LMA）,单位重量叶氮含量(Nmass)及单位面积叶氮含量(Narea)。结果表明,三种荒漠灌木的根系分属不同的功能型,多枝柽柳是深根潜水性植物,琵琶柴是浅根性植物,而梭梭介于两者之间。而且,三种荒漠灌木随着根系分布的由深到浅,即随着土壤水分亏缺的加剧,在叶性因子方面做了一定的适应性调整。这些事实表明,在水分为主要限制因子的干旱生境中,根系构型特征在很大程度上决定了灌木的叶性策略。同时研究表明,荒漠灌木在抗旱和生长之间存在相对平衡的关系。     

极端干旱区多枝柽柳茎水势变化影响因子分析

以新疆塔里木河下游极端干旱环境下天然植物多枝柽柳为研究对象,基于对气象因子、土壤水盐和多枝柽柳茎水势特性的实地监测资料,研究了影响多枝柽柳茎水势变化的主导环境因子,揭示了反映多枝柽柳生长发育期茎干水分变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明:①在众多环境因子中,土壤水分对多枝柽柳茎水势变化影响最强烈,多枝柽柳对土壤水分的吸收不存在最低土壤含水率阈值,但36%的土壤含水率为影响多枝柽柳茎水势变化的临界上限,超过36%则对其没有明显影响。②土壤pH值的变化可反映极端干旱区多枝柽柳茎水势特性的变化;7.95±0.03的土壤pH值为反映多枝柽柳茎水势发生变化的临界阈值,当土壤pH值大于7.95±0.03时利于多枝柽柳有效分泌盐碱,维持正常生长。该研究为减轻多枝柽柳受旱程度、维持多枝柽柳正常生长及时补充水分提供理论依据。     

多枝柽柳与梭梭光合器官形态解剖结构的生态适应性

多枝柽柳与梭梭是准噶尔盆地南缘荒漠的建群植物。对克拉玛依市农业综合开发区外围荒漠4种不同生境下多枝柽柳与梭梭光合器官的形态解剖特征进行比较,结果表明,多枝柽柳主要依靠其系统演化性状,角质层厚度、栅栏组织厚度及叶表皮细胞厚度等生态适应性状以及特殊适应性结构适应荒漠环境;梭梭主要依靠其系统演化性状和特殊适应性结构实现对荒漠的适应。对比多枝柽柳与梭梭光合器官的可塑性发现,多枝柽柳与梭梭对适宜生境水、盐的要求不同,梭梭较多枝柽柳具有更宽的生态幅和更好的耐受性。多枝柽柳适宜生境土壤含水量范围为3.55%~9.4%,土壤电导率为948.47~1 759.64 μs·cm-1;梭梭适宜生境土壤含水量范围为0~3.93%、8.02%~9.4%,土壤电导率为657.48~4 380.0 μs·cm-1。     

荒漠灌木内生固氮菌对环境因子的适应性研究

 以塔里木河下游荒漠灌木多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)组织中分离获得的5个内生固氮菌株为材料,研究了pH值、温度、含盐量、化合态氮含量、干旱对其生长和固氮能力的影响。结果表明,测定菌株对酸碱、温度适应范围广,在pH值5.0～10.0和15～40 ℃温度范围内均能生长并表达固氮酶活性; 菌株能耐受0.1%～5.0%NaCl、0.5～4 mmol·L-1NH+4、-0.3～-0.15 mPa渗透势,表现出较强的抗逆性能,但各菌株之间存在一定差异。     

荒漠绿洲过渡带柽柳和泡泡刺光合作用及水分代谢的生态适应性

对分布于荒漠绿洲过渡带的柽柳(Tamarix ramosissima)和泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)光合和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明,柽柳和泡泡刺：①净光合速率与环境因子响应具“光合下调”现象,其曲线符合Gauss model。②净光合速率最大值分别为20.2 μmol CO2·m-2·s-1和23.8 μmol CO2·m-2·s-1;光补偿点和饱和点为244.62 μmol·m-2·s-1和1 180.31 μmol·m-2·s-1,73.67 μmol·m-2·s-1和1 467.85 μmol·m-2·s-1。③净光合速率近似双峰型抛物线;光能利用效率单峰曲线;柽柳蒸腾速率和水分利用效率为单峰旗形,泡泡刺波浪型。 ④泡泡刺利用较高的净光合速率、蒸腾、水分利用效率,柽柳通过高光能利用效率来适应荒漠生态环境。因此,光抑制所导致的“光合下调”现象是柽柳和泡泡刺对水分胁迫所产生的保护性机制,反映了荒漠植物在与环境协同进化过程中的生态适应性;较低的水分利用效率是荒漠植物对其环境响应的普遍适应机理。     

新疆塔里木河下游柽柳茎水势变化与影响因子研究

结合塔里木河下游生态输水过程中的实测资料,分析了不同断面柽柳茎水势变化特征、柽柳茎水势的日、月变化规律及其与环境因子之间的关系。结果表明:依干不及麻断面柽柳茎水势普遍低于英苏断面;柽柳茎水势日变化大体呈直线下降趋势;英苏断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份高,依干不及麻断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份低。柽柳茎水势日变化与气温和空气相对湿度之间有显著的相关关系,气温升高,空气相对湿度降低,植物蒸腾失水增多,水势降低。同时与地下水埋深间也有十分显著的相关关系,随地下水埋深增大,土壤含水量减小,茎水势降低,地下水埋深减小,土壤含水量增大,茎水势回升。     

荒漠河岸林胡杨和柽柳群落小气候特征研究

在内蒙古额济纳旗运用微气象学方法以多路传感器同步观测的方式对极端干旱区荒漠河岸林小气候进行了观测。对我国极端干旱区荒漠河岸林胡杨和柽柳群落内的小气候特征与空旷地的差异进行了初步的探讨,并分析了产生这些差异的原因。结果表明:荒漠河岸林具有独特的小气候作用。具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、增加土壤湿度和提高空气湿度等重要生态作用。(1)胡杨和柽柳群落均起到了改变太阳辐射的作用,林冠层顶部的太阳总辐射量月平均值分别为341.72MJ·m^-2、345.14MJ·m^-2,林冠遮蔽使胡杨和柽柳林内总辐射比林外分别减少49.8%、49.3%;(2)生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林外,胡杨林平均比对照低1.62℃,柽柳林平均比对照低0.83℃,而且森林覆盖率越高降温作用越明显;群落上层气温高于群落下层,气温随高度增加而增加;(3)林内平均大气相对湿度均高于林外,胡杨林生长季比对照平均高8.5%,柽柳林平均比对照大4.2%。胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地,平均湿度比柽柳高4.33%;(4)柽柳林月平均土壤温度(19.43℃)高于胡杨林地(18.20℃);(5)林内风速低于林外,胡杨林地平均风速为0.33m·s^-1,比林外降低了2.7m·s^-1;柽柳林平均风速为0.72m·s^-1,比林外降低了2.31m·s^-1。胡杨林比柽柳林对风的阻挡作用强。     

Evapotranspiration of a Populuseuphratica Oliv. forest and its controlling factors in the lowerHeihe RiverBasin, Northwest China

Evapotranspiration (ET) within an ecosystem is crucial for the water-limited environment that currently lacks adequate quantification in the arid region of Northwest China, mainly covered by phreatophytes, such as the Populus euphratica Oliv. tree and the Tamarix ramosissima Ledeb. shrub species. Accordingly, ET was measured for an entire year using eddy covariance (EC) in P. euphratica stands in the lower Heihe River Basin, Northwest China. During the growing season, the total ET was 850 mm, with a mean of 4.0 mm/d, which is obviously more than that observed at tree-level and standlevel scales, which was likely due to the different level of soil evaporation induced by irrigation via water conveyance. Factors associated with ET fall into either environmental or plant eco-physiological categories. Environmental factors account for at least 79% variation of ET, and the linear relationship between ET and the groundwater table (GWT) revealed the potential water use of P. euphratica forests under the non-water stress condition with the GWT less than 3 m deep. Plant eco-physiological parameters, specifically the leaf area index (LAI), have direct impact on the seasonal pattern of ET, which provides a valuable reference to the wide-area estimates of ET for riparian forests by using LAI. In conclusion, P.euphratica forests have high water use after water conveyance, which may be the result of long-term adapting to local climates and limited water availability.     

台特玛湖干涸湖盆区植物风影沙丘的形态特征

对台特玛湖干涸湖盆区盐穗木、柽柳和碱蓬3种植物风影沙丘的形态参数进行野外了测定,应用统计学方法,分析对比了不同植物风影沙丘的形态特征及阻沙能力。结果表明：（1）风影沙丘处于由沙嘴向沙堆演化阶段,沙丘形态参数间相关性显著（P<0.01）,其中沙丘高度与水平尺度相关性较好,沙丘垂向发育速度快于水平扩展。（2）风影沙丘与植物形态参数间亦存在相关性,受植物生物特性的影响,不同植物的相关性差异较大,其中碱蓬呈高度正相关（R>0.85,沙丘背风坡坡度除外）,盐穗木次之,柽柳灌丛相关性微弱。（3）在相同的区域环境下,3种植物的单株阻沙能力呈柽柳 > 盐穗木 > 碱蓬,盐穗木、碱蓬积沙量受株高影响较大,两者呈二次函数关系;柽柳积沙量主要取决于灌丛迎风剖面的面积。