2000-2015年毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势

毛乌素沙区是中国生态安全屏障的重要组成部分,土地沙漠化严重,近年来国家和地方政府实施了一系列生态保护与建设工程。利用2000-2015年MODIS13Q1 NDVI产品、年平均气温、年降水量数据,采用回归分析方法和显著性检验,对毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势及其对气温、降水变化的响应进行了分析研究。结果表明：（1）毛乌素沙区植被覆盖度总体由东向西呈减少趋势,大部分区域植被覆盖度在30%以下,沙地腹地依然明显存在极低植被覆盖的流沙区。（2）21世纪以来毛乌素沙区植被覆盖度总体呈增加趋势,但空间差异明显。中东部大部分地区及腹地流动沙带之间植被覆盖度呈显著、极显著增加趋势;西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被覆盖度变化不显著;植被覆盖度变化显著或极显著减小的地区极少,呈点状零散分布。（3）毛乌素沙区植被覆盖度对气温和降水响应的敏感性存在空间差异,且存在时滞性差异。东部黄土高原过渡区和西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被对降水和气温的响应敏感,植被覆盖度的变化与气温和降水因子呈显著相关关系;毛乌素沙地主体区植被覆盖度变化与当年总降水量和年平均气温相关性不强,但与时滞降水的相关系数显著增大,可能与毛乌素沙地土壤质地和植被类型对降水的分配与利用方式有关。     

近40a我国北方农牧交错区气候变化及其与土地沙漠化的关系——以科尔沁沙地为例

近40 a来,伴随着全球气候变化,科尔沁沙地的气候也发生了较为明显的变化。主要表现为:90年代和60年代相比,年均气温升高0.5~1.2℃,气温波动性减小43.0%~61.0%;年均降水量增加50~67mm,年降水变异系数增大20%~50%;年均蒸发量下降16.7%;气候呈现暖湿化趋势。其中升温主要发生于冬季,降水增加主要发生于春夏两季。近40 a来,该区沙漠化呈明显发展趋势,其中从50年代末到80年代末,沙漠化面积由32 925 km²增加到71 884 km²,年均发展速度高达3.94%,虽然到90年代其年均发展速度降到1.2%,但总面积却扩展了8 673 km²。降水的增加有利于天然植被的恢复和农业的发展,但也容易导致大面积垦荒的发生,进而引起沙漠化急剧发展。因此,在严禁滥垦草原的同时,要抓住时机大力发展灌溉农业,加强植被的保护和建设。     

基于树轮重建的宁夏河东沙地西部公元1899年来年降水量的变化

在分析我国季风区西北缘宁夏河东沙地西部的油松(Pinus tabulaeformis)树木年轮宽度年表与气温降水相关关系基础上,建立了树轮宽度指数与年降水量的转换方程。交叉检验结果表明转换方程比较稳定,重建结果合理可靠。公元1899年来降水量重建结果表明:研究区在20世纪40年代以前,降水变化波动幅度较大,年际间干湿变化明显,20世纪40-80年代间降水波动幅度变小且频率增加,20世纪80年代以后降水变化波动幅度又趋于增大且频率减小;与昌灵山、贺兰山和祁连山东段降水变化对比分析发现河东沙地西部的降水量变化与周边地区气候演变存在一定的同步性;宁夏河东沙地西部20世纪10年代、20世纪20-30年代初期、20世纪末以及2004-2006年的相对干旱时期有利于该区沙漠化范围的扩大,对该区沙漠化治理不利,而20世纪初期、20世纪10年代末期、20世纪30-40年代、20世纪90年代的相对湿润时期在一定程度上减缓了暖干化趋势,有利于沙漠化范围的缩小。周期分析结果表明,宁夏河东沙地西部1899年来降水量变化存在2~4 a、5~7 a和10 a左右变化周期。     

东亚干旱半干旱区沙漠化与气候变化相互影响研究进展

气候系统主要通过气温、降水及风场等因素影响沙漠化过程,但不同区域其影响机制存在较大差异。目前的研究结果表明,总体上,降水对沙漠化的影响较为明确,降水量增加有利于沙漠化逆转。气温和风场变化对沙漠化的影响存在明显区域差异：在季风带沙漠化区,气温升高及高空盛行西南风有利于沙漠化逆转;在非季风带沙漠化区,一方面气温升高导致蒸发量增加,沙漠化发展;另一方面,其增加了冰川、冰雪融水的补给,沙漠化逆转;在高寒带沙漠化区,旱灾和寒冻灾害是沙漠化的主因。此外,沙漠化过程通过植被、地表及土壤特征等的改变影响气候系统。例如沙漠化过程的发生伴随地表植被覆盖的变化,并通过改变地表反照率、潜热通量、粗糙度等来影响气温、降水等气候因子;还通过沙尘释放量的变化来影响降水的发生。虽然沙漠化与气候系统间存在多种反馈机制,但反照率—气温—降水—植被的正反馈及沙尘—降水—植被的正反馈是其主要反馈机制。     

近40 a毛乌素沙地荒漠化过程研究

毛乌素沙地位于我国北方农牧交错带上,生态环境具有较强的敏感性和脆弱性。采用1977-2010年Landsat数据,运用决策树和非监督分类相结合的方法对近40 a来毛乌素沙地荒漠化过程进行了研究。结果表明：（1）决策树分类和ISODATA非监督分类相结合可快速实现荒漠化地区地物遥感解译,图像总分类精度大于87.28%;（2）近40 a毛乌素沙地流动沙地面积在20世纪90年代末最大,2010年最小;半固定沙地面积在2010年最大,90年代末最小;固定沙地面积在2010年最大,70年代末最小;（3）70年代末荒漠化程度最为严重,流动和半固定沙地面积之和占了毛乌素沙地总面积83.64%;80年代末、90年代末和2010年的流动和半固定沙地面积之和分别占总面积74.51%、77.10%和67.90%;（4）流动沙地、半固定沙地、固定沙地、耕地和水体间的相互转换过程活跃,荒漠化演替过程显著区在70年代末到80年代末主要分布在北部、西北部和南部,80年代末到90年代末主要分布在西部和南部,90年代末到2010年主要分布在西北部、西部、南部和东北部;（5）近40 a毛乌素沙地气温以0.039 ℃/a的平均速度递增,降水则以0.095 mm/a的平均速度递减,气候总体上体现出暖干的趋势。降水是影响荒漠化过程的重要因素,但不是唯一原因,人文因素中的人口、土地利用结构和政策实施等也是影响荒漠化过程重要因素。     

中国东部典型沙地植被覆盖度对降水变化的响应

降水对中国东部沙地植被覆盖度产生重要影响,了解植被覆盖度对降水量变化的响应,对制定植被恢复策略具有重要意义。选择毛乌素沙地和科尔沁沙地,使用Landsat系列数据和MODIS数据得到2000—2020年归一化植被指数（NDVI）数据集,用像元二分法分别计算了年内最大和生长季平均的植被覆盖度。结合地面气象站在1999—2020年观测的逐日降水数据,分析了植被覆盖度对降水变化的响应。结果表明：（1）毛乌素沙地和科尔沁沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度均有增长趋势,其中毛乌素沙地的生长季平均植被覆盖度>30%的面积增加最显著,科尔沁沙地>50%的面积增加最显著。（2）这两个沙地的年降水量和四季降水量都呈增加趋势,且有降水变率大和夏季增幅最大的共同特点。（3）毛乌素沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度都对前一年夏季降水量变化的响应最敏感,而在科尔沁沙地则是对当年夏季降水量变化的响应最敏感。（4）不同植被类型对降水量变化发生响应的滞后时间不同。     

藏西南高原植被覆盖时空变化及其与气候因素和人类活动的关系

研究基于MODIS-NDVI数据和气象数据,利用趋势分析、相关分析及残差分析等方法,分析了2000―2020年藏西南高原植被NDVI在不同时段的时空变化特征及气候因素和人类活动对植被NDVI的影响,结果表明：近20 a来藏西南高原植被NDVI呈增加趋势,不同时段植被NDVI增长速率存在显著差异,主要表现为秋季>生长季>夏季>全年>春季>冬季;不同时段植被NDVI的分布格局虽存在差异,但高原东部植被覆盖度明显高于西部地区;高原大部分区域植被状态基本稳定,局部明显改善,部分区域有所退化;年际尺度上,气温和降水的增加导致植被NDVI升高,季节尺度上,春季、秋季和冬季气温升高导致植被NDVI升高,降水的增加导致植被NDVI下降,夏季和生长季气温升高导致植被NDVI下降,降水升高导致植被NDVI增加;人类活动对高原大部分区域呈正面影响,局部地区呈负面影响,集中分布在半农半牧和纯牧业县区。     

近2000a毛乌素沙地沙漠化及成因

历史时期毛乌素沙地发生了沙漠化现象,但对沙漠化过程及成因尚有争议。利用毛乌素沙地风成沙-古土壤沉积的测年数据建立累积频度曲线,重建了沙漠化过程;结合高分辨率气候曲线与历史人类活动记录,对近2 000 a毛乌素沙地沙漠化与气候变化、人类活动的关系进行了探讨。结果表明:风成沙-古土壤沉积的测年数据记录了毛乌素沙地在公元440—570、840—960、1525—1890年经历3个沙漠化阶段,均属于温度较低、降水较少的冷干气候,且尘暴频次高;前2次沙漠化时期人口较少,土地开垦面积较小,人类活动程度较低,冷干气候在沙漠化过程中影响显著;第3个沙漠化阶段人口总体处于高压状态,土地开垦面积不断扩大,人类活动强度的增大加剧了沙漠化程度。     

毛乌素沙地土地沙漠化评价

基于遥感监测反演数据,以多等级土地沙漠化转化度为评价指标,研究构建了毛乌素沙地土地沙漠化转化度模型,并对20世纪80年代末到90年代末期间毛乌素土地沙漠化转化情况和转化机理进行了系统评价和分析。评价发现,毛乌素沙地土地沙漠化情况为:东部区沙漠化发展的转化度为12.113%,逆转的转化度为9.639%,所以该区沙漠化呈现加重的态势;中部区沙漠化发展的转化度为14.551%,逆转的转化度为18.954%,但强烈发展所占比例较大,可见该区土地沙漠化呈现面积缩小、程度加重的特点;西部区沙漠化发展的转化度为8.731%,逆转的转化度为7.298%,说明该区土地沙漠化发展略大于逆转,沙漠化面积扩大,但分析发现该区重度、极重度沙漠化土地逆转的转化度很高,总和为6.483%,约为发展转化度总和的两倍,所以该区土地沙漠化程度整体减轻。     

1971-2011年青藏高原干湿气候区界线的年代际变化

气候变化是沙漠化的重要影响因素,了解青藏高原的气候背景变化是探讨高原沙漠化的基础。利用1971-2011年青藏高原81个站点逐日气温、降水等多种气象要素资料,采用面积权重方法研究了近41a高原干湿气候变化的年代际波动特征。结果表明：近年来高原气温持续升高,降水显著增加,于20世纪90年代中后期变得更暖更湿;平均风速由显著下降趋势转变为平稳变化;相对湿度由上升趋势转为下降趋势,且下降幅度明显;日照时数自80年代开始显著下降,进入21世纪转为上升趋势。在这5个因子共同作用下潜在蒸发量于90年代中后期发生明显转折,由下降趋势转为上升趋势。20世纪90年代中后期是高原气候变化的重要节点。高原干湿界线年代际波动明显,不同干湿气候区的面积存在年代际差异,整体表现为各界线均向西北方向移动,极端干旱区、干旱区面积有所减小,半干旱区、半湿润区及湿润区面积有所增大。干湿指数0.5线与高原沙漠化界线重合,干湿界线波动变化在一定程度可反映高原沙漠化变化情况。     

郝成元, 吴绍洪, 杨勤业

 依据野外调查和遥感动态监测结果,对毛乌素地区的土地利用与沙漠化过程的发展及其防治进行了研究。结果表明,该地区20世纪80年代中期和90年代末轻度以上沙漠化土地面积分别占土地总面积的85.98%和86.07%,沙漠化土地的总面积略有增加,总体趋于稳定;但沙漠化程度加重,重度以上的沙漠化土地面积在总土地面积中增加了3.6%;沙漠化发展的重要原因之一就是人类不合理的土地利用方式。不合理土地利用方式及土地利用方式的改变,使以风沙活动为主导外营力的沙漠化过程得以发展。最后,根据毛乌素地区沙漠化过程与土地利用之关系,提出了研究区防治土地沙漠化应调整农业结构和土地利用方式的建议。     

毛乌素沙地现代人为活动的生态环境效应研究进展

毛乌素沙地地处中国北方农牧交错带,是典型的生态环境脆弱区。随着农牧业的发展、能源开发以及区域政策措施的实施等人为活动的增强,该地区生态环境发生了显著变化,人为活动产生了相应的生态环境效应。本文通过梳理国内外对毛乌素沙地生态环境效应的研究进展,从土地沙漠化、土地利用/覆被变化、植被演变3个方面系统总结了该地区的人为活动(重点关注人口变化、自然资源开发及重大环境工程的实施)对生态环境产生的正效应和负效应,并总结了该区域有关人为活动的生态环境效应评价的研究成果及存在的问题等。这可为进一步在该区域开展环境保护的实践与研究工作提供参考。     

基于RS、GIS两大沙漠边缘带土地利用/覆盖对近十余年来气候变化的响应研究

以1986年与2000年两期TM遥感解译影像为基础,运用GIS空间分析手段,借助多个土地利用分析模型,对我国北方腾格里与毛乌素两大沙漠边缘带土地利用空间变化特点进行了分析,揭示出上世纪80年代后期至本世纪初的十余年来两大沙漠南缘带土地利用／覆盖对气候变化所做出的各具特色的响应方式。研究期内,研究区土地利用程度总体得到提高,其中东部毛乌素地区提高速度高于西部,中部宁夏部分高于两头陕西、甘肃部分。土地利用重心分布揭示出半干旱、干旱沙漠边缘带耕地与水资源分布的密切关系,同时,土地利用重心变化分析揭示山西部腾格里地区研究期内生态环境区域恶化,而东部毛乌素地区生态环境质量趋于好转。     

Historical desertification of the Mu Us Sandy Land: A perspective from the Beidachi section

Historical desertification of the Mu Us Sandy Land is linked to both environmental changes and anthropogenic activities. This paper reports on an analysis of grain size parameters as indicative of such changes in the southwestern area of the Mu Us Sandy Land. Combined with analysis of chronologies and historical records, our results indicate that Beidachi Lake and a nearby seasonal river have retreated continuously in history and that sand dunes appeared at approximately the end of the Ming dynasty. This study sheds new light on the understanding of spatial-temporal changes of the interior Mu Us Sandy Land in history and has great significance in revealing environmental changes of the interior region of the Mu Us Sandy Land.     

毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率定量关系

基于毛乌素沙地不同植被覆盖条件下的风蚀输沙率实地观测数据，借鉴国外最新的建模思想，采用Matlab5.3软件对数据进行非线性回归，建立毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率之间的定量关系模型，比较系统地考察了植被覆盖对沙粒起动风速和风蚀输沙率的影响，确定了不同风速下的有效植被覆盖率。结果表明，在毛乌素沙地要有效减少和防治风蚀，植被覆盖率必须达到40－50％的水平，而要保证在最高风速下风蚀输沙得到有效控制，植被覆盖率必须达到60－70％的水平。     

毛乌素沙地土壤凝结水来源分析

土壤凝结水是半干旱地区生态系统重要的水源,为阐明毛乌素沙地臭柏(Sabina vulgaris)冠层下土壤表层5 cm凝结水的水汽来源,应用自制凝结试筒于2008年9—10月在毛乌素沙地开发整治研究中心院内开展试验。结果表明,毛乌素沙地土壤表层凝结水由吸湿水、大气水汽凝结水和土壤水汽凝结水组成;大气中的水汽总是先于土壤中的水汽到达和离开表层5 cm土壤;大气中水汽对土壤表层5 cm凝结水的贡献率小于土壤水汽的贡献率,9月上旬至中旬大气中水汽和土壤水汽的贡献比为2∶5,9月下旬至10月中旬为3∶10;单日凝结量和蒸发量呈现显著的线性关系。     

流沙地恢复过程中土壤特性演变研究

以毛乌素沙地西南缘的盐池县沙边子及位于腾格里沙漠东南缘的沙坡头地区为例,研究了该地区不同程度沙漠化土地恢复过程中土壤机械组成及土壤养分的动态变化。结果表明:不同地区或同一地区不同区域的沙漠化土地中,随着植被盖度的增加及恢复程度的增强,土壤中的粉粒、粘粒含量都有显著增加（P<0.05）,土壤质地向着壤质化和细粒化方向发展;土壤的有机质、全氮、全磷含量也有显著增加（P<0.05）;速效氮、速效磷含量也有相应的增加。土壤有机质、全氮和全磷的含量与土壤粉粒、粘粒含量呈显著正相关,且前三者之间也呈极显著正相关;但是土壤粉粒和粘粒含量与速效氮、速效磷和速效钾之间的关系则因区域和土地利用的不同表现出明显的差异。     

陕北长城沿线地区1986-2000年沙漠化动态变化分析

 以毛乌素沙地的东南缘部分——陕北长城沿线地区为研究区,以1986—2000年沙漠化动态数据为依据,分析了陕北长城沿线20世纪80年代中期到2000年沙地变化情况。结果表明:该地区14 a来沙漠化土地减少735.1 km2,局部处于稳定的逆转过程,沙地逆转以半固定沙地和半流动沙地为主。但耕地、草地和林地沙漠化仍非常严重,而且新增沙漠化土地中极重度沙漠化土地所占比例较大。近14 a来,沙漠化逆转的原因主要是人类采取了一系列积极的治理沙地措施和国家政策导向。但是由于人口的增加,滥垦、滥牧和滥樵的继续存在,及大规模煤矿资源开发和治理保护的不相协调,致使土地仍在发生沙漠化。     

基于遥感的贺兰山两侧沙漠边缘带植被覆盖演变及对气候响应

使用NOAA/AVHRR 8KM 1981-2001数据,以及准同期逐日观测气象数据,用GIS与RS空间分析方法和数理统计的分析方法对数据进行了归纳和插值处理。对贺兰山东西两侧腾格里与毛乌素两大沙漠的南缘带植被覆盖、气候要素的降水与气温变化特征以及它们之间的响应关系进行了分析。通过比较得出不同干湿条件沙漠边缘带植被覆盖状态变化的差异,以及各自生境对气候变化的响应特征。研究表明:气候条件中水分条件是决定干旱区与半干旱区土地覆盖状态的关键性因素;但是地形条件对植被覆盖的季相差异的影响也不可忽视;与植被覆盖相比,低覆盖植被分布面积的变化可以更好的揭示生态环境对气候变化的响应;整个研究期气候整体趋于暖干化,暖干程度在1999-2000年达到了高峰,随之植被覆盖在2000-2001年达到了最低值。这说明生态环境对气候变化的响应存在一种时间上的滞后性。从RS与GIS角度为干旱区与半干旱区沙漠边缘带宏观土地覆盖变化研究提供了一种较为可靠方法,为因地制宜进行生态环境综合治理与防治土地沙漠化也提供一种新的参考。