荒漠绿洲交错区景观稳定性与维持机制

景观稳定性与维持机制是景观生态学理论的重要基础。由于人类活动干扰和景观斑块自然属性及资源条件约束，荒漠绿洲交错区景观稳定性研究成为干旱区生态学研究热点。选取描述景观斑块大小（MPA）、数量（PD）、大斑块优势度（LPI）和斑块空间关系（ENN）等4个指数，采用统计学中的变异系数和景观稳定性指数分析了荒漠绿洲交错区不同景观水平稳定性。从景观指数稳定性来看，无论是景观或斑块类型水平，斑块间平均距离指数稳定性最高，平均斑块面积指数次之，斑块密度指数居第三，大斑块优势度指数最低。景观与斑块类型水平比较而言，景观尺度同类指数稳定性都高于斑块类型尺度。从景观稳定性时间尺度依赖特征来看，线性趋势分析表明景观水平尺度依赖特征达到了显著水平（P=0.003），低于斑块类型水平的沙质荒漠（P<0.001）与砾质荒漠（P<0.001）。从景观稳定性维持机制来看，Pearson相关分析显示人类活动导致的绿洲化和地下水埋深是影响荒漠绿洲交错区景观稳定性的主要原因（双侧检查都为P<0.01）；沙漠化过程（0.01 < P < 0.05）和相邻斑块属性等自然现状是次要原因。     

沙漠及绿洲不同覆被下大气CO2浓度的梯度变化

运用美国生产的开环气体交换系统LI-6400便携式光合作用测定系统,研究了沙漠及绿洲不同覆被下大气CO₂浓度的梯度变化。结果表明,2001年巴丹吉林沙漠南缘大气CO₂浓度为366μmol·mol^-1,秋季大气CO₂浓度梯度在1~ 10m高度范围内为0,CO₂浓度与气温呈线形正相关,相关系数为0.87;与空气相对湿度呈线形负相关,相关系数为 -0.86。秋季绿洲区CO₂浓度高于沙漠区,人类活动向大气排放CO₂,是绿洲区CO₂浓度高于沙漠区的主要原因。绿洲不同覆被类型其CO₂浓度梯度明显不同,影响CO₂浓度梯度的主要因素为:人类活动、覆被变化、气象因子。覆被变化研究得出,杨树林初秋光合作用最强时在10m高度范围内CO₂浓度可降低22μmol·mol^-1;另外得出,降雨能够明显降低空气CO₂浓度。     

氮添加对黄土高原草原生态系统净碳交换的影响

以黄土高原典型草原为对象，采用静态箱-红外分析仪联用法进行野外原位试验，研究氮添加对生态系统CO₂通量的影响。设置6个氮添加水平，分别为N0（0）、N1（1.15 g·m^-2·a^-1）、N2（2.3 g·m^-2·a^-1）、N3（4.6 g·m^-2·a^-1）、N4（9.2 g·m^-2·a^-1）和N5（13.8 g·m^-2·a^-1），氮素类型为尿素（（NH₂）₂CO）。结果表明：氮添加处理没有改变生态系统碳交换的季节动态趋势，但是增加了生态系统净碳交换能力（NEE）、生态系统呼吸（ER）和总生态系统生产力（GEP）的峰值。N2、N3、N4、N5处理的NEE生长季绝对累积量分别比对照增加62%、45%、72%和48%；ER累积量分别增加66%、69%、78%、70%；GEP累积量分别增加65%、66%、77%、68%。氮添加处理增强了黄土高原典型草原植物生长季的碳汇功能。0~10 cm层土壤温度和湿度是影响黄土高原典型草原生态系统净碳交换的重要因素。     

荒漠-过渡带-绿洲界定——以石羊河流域为例

中国西北干旱区发源于山地的河流为中下游地区带来了丰富的水土资源,在荒漠中孕育出绿洲,过渡带位于其间,构成荒漠-过渡带-绿洲地理景观单元。界定荒漠、过渡带、绿洲的空间分布,可为干旱区生态系统格局、过程和服务方面的精确认知评价提供空间参考。以石羊河流域为例,选取训练样本,利用常用遥感指标和景观格局指数,通过判别分析方法,对荒漠、过渡带和绿洲空间范围进行界定。结果表明:采用通过逐步判别分析筛选出的6项遥感指标和2项景观指数构建的判别函数,与单独利用遥感指标或景观指数构建的判别函数,计算出训练样本的判别准确率分别为92.4%、84.0%、70.2%。采用遥感指标结合景观指数的综合判别分析,比单独利用遥感指标或景观指数判别准确率分别提高了8.4%\,22.2%。经综合指标判别分析,得出除主要山地外的石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲面积分别为133万、49万、58万hm²。     

石羊河下游民勤绿洲生态安全时空变化分析

以生态安全面临着严重威胁的干旱区民勤绿洲为例，应用GIS、RS技术，从绿洲耕地风蚀潜在危险性、水资源利用与空间分布、作物安全生长格局与绿洲防护体系变化四个方面，对该绿洲近14a间生态安全状况进行了系统分析。研究结果表明：绿洲土壤风蚀潜在危险性逐年增大。地下水埋深持续下降，5～20m的地下水埋深区域面积比例由1987年的39．6％上升到2001年的62．1％。地下水矿化度在绿洲的北部表现为上升的发展趋势。作物安全生长格局变化显示春小麦与棉花的安全生长面积由1987年占绿洲总面积的63．8％和91．5％下降到2001年的56．2％和71．3％。由林地与荒草地组成的绿洲防护体系逐年被破坏。地表水资源的逐年减少是绿洲生态安全状况不断下降的主导因素，而人类不断扩大耕地面积，以及毁林、毁草开荒等行为进一步加剧了生态环境的恶化，使绿洲生态安全水平逐年减低。     

近20年张掖盆地绿洲结构和规模变化及其影响因素

为明晰内陆河流域绿洲化特征及其驱动因素,以黑河流域张掖盆地绿洲为研究对象,根据土地利用和归一化植被指数(NDVI)数据反演得到2000—2020年张掖盆地绿洲规模连续数据,分析张掖盆地绿洲规模和内部结构演变规律,结合盆地近20年经济、人文、水文资源等数据厘清驱动绿洲演变的关键因素。结果表明：近20年张掖盆地绿洲规模扩张了485.78 km²,整体呈现出荒漠向绿洲转化的趋势;绿洲内部土地利用类型以耕地为主,近20年间耕地面积增加最多,相对于2000年增长了19.00%,而林地面积减少最多,相对于2000年减少了25.38%;绿洲规模和内部结构变化受自然因素和人类活动的共同作用,其中经济发展与人口增加对绿洲规模扩张和内部结构变化起直接作用,水资源对绿洲扩张起决定性作用。     

河西走廊中段临泽绿洲水资源供需平衡及承载力分析

水资源管理制度改革及种植业结构调整是提高西北干旱区绿洲水资源承载力的有效途径。结合2000-2015年临泽绿洲地表水与地下水资源利用、种植业分布格局、水利设施建设等资料,采用水资源承载力平衡指数（IWSD）和地下水开采潜力指数分析了临泽绿洲水资源供需平衡的年际变化,并利用适宜灌溉规模对绿洲水资源最大承载力进行了研究。分析得出：2000-2015年期间,在P=50%来水情况下仅蓼泉和板桥灌区能维持水资源供需平衡且地下水开采不超过最大允许开采量;受水资源管理改革、种植业结构调整等因素影响,绿洲单位面积耗水量下降0.35×10⁴ m³·hm^-2;优先保证绿洲内部生活、工业及生态用水,2020年规划下可承载灌溉面积为（3.51～3.91）×10⁴ hm²。适当缩减绿洲边缘灌溉面积,协调各灌区井渠灌溉是实现绿洲“水-生态-经济”可持续发展的有效途径。     

克里雅河尾闾绿洲浅层地下水位埋深变化特征研究

地下水位埋深的动态变化极大程度上控制着荒漠植被。达理雅博依位于克里雅河尾闾,是塔克拉玛干沙漠腹地现存面积最大的一处由荒漠河岸林构成的天然绿洲,在这里对地下水位埋深动态变化的监测有助于研究其对地表植被的影响,从而进一步揭示天然绿洲形成与维系的机理。由于复杂的地理环境和闭塞的交通,尚未有学者在该绿洲获得连续的地下水位埋深监测数据。于2012年10月在尾闾绿洲腹地设立了观测井,获取了2012-2018年间地下水位埋深数据,从地下水位埋深的日极值分布特征、日极差分布特征、年内和年际波动特征4个方面分析了该井近6 a来水位埋深的动态变化过程,并结合胡杨的生长习性探讨了尾闾绿洲地下水位埋深变化对生态系统的可能影响。对该绿洲地下水位埋深数据观测结果的初步分析表明:(1)测井每日水位埋深最小值多出现在16:00、20:00与04:00;每日水位埋深最大值多出现在16:00,分布于4-10月,尤以9月为多。(2)地下水位埋深日极差波动范围为0~0.5 m。大于0.1 m的日极差主要分布于7-8月,并以2017年最为显著。(3)地下水位埋深基本在1.0~3.0 m波动,月峰值主要出现在2-3月与8-9月。(4)地下水位埋深多年平均值为2.0 m,水位埋深总体呈缓慢上升,约0.08 m·a^-1。(5)各年水位埋深在1.0~2.0 m的总天数呈增加趋势,利于胡杨种子萌发与植株扎根;在2.0~4.0 m的总天数呈减少趋势,青壮胡杨生长可能受限。     

艾比湖流域绿洲化与荒漠化过程时空演变研究

艾比湖流域生态格局是绿洲化过程和荒漠化过程相互作用的结果,以1990、2000年和2005年的遥感数据作为数据源,进行景观分类与制图,利用ArcGIS提取了艾比湖流域的绿洲和荒漠景观,基于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：①1990-2005年间,研究区绿洲面积有所增加,荒漠面积呈减少趋势,绿洲退缩区的面积为1 853.75 km2,而绿洲扩张区的面积达到了1 912.13 km2。②研究时段内,绿洲的空间变化较大,其扩张区多位于艾比湖湖区周围以及艾比湖湖区西部以耕地为主的区域,绿洲退缩区主要位于研究区的东北部。③绿洲的重心向西南方向迁移了3.4196 km,同时,荒漠的重心向东北迁移,迁移距离为6.9999 km。     

渭-库绿洲地下水对土壤盐渍化和其逆向演替过程的影响

基于遥感数据,结合地下水位观测资料,本文对渭-库绿洲土壤盐渍化与地下水的关系进行了定量研究,并探讨土壤盐渍化的逆向演替过程。研究表明:渭-库绿洲在地下水埋深2.3~2.7 m区间,盐渍地面积占的比例较高,在地下水埋深2.7~3.4 m区间,盐渍地面积占的比例相对较低;渭-库绿洲部分地方地下水位已低于影响地表盐渍化的水位临界值(4.66 m),地下水矿化度低于3 g/L,研究区整体处于有利于土壤盐渍化逆向演替的环境之中;土壤盐渍化的逆向演替过程具有时空特征,由绿洲上部向下部,内部向外部逐步发生逆向演替。     

黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带 土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。     

新疆于田景观特征变化的遥感分析

以4期Landsat遥感影像为基础,结合两期土地利用图及历年实地考察资料,分析了1977—2002年间新疆于田的景观变化特征。研究发现,于田平原与荒漠区环境退化严重,荒漠增加而交错带减少,高生态级别的高覆盖度草地锐减;绿洲在稳定增长,以绿洲为中心的核心区生态环境质量却明显退化,但天然绿洲整体变化不明显,波动小且变化恢复较快;生态的主要退化期为20世纪70—80年代,此后趋于好转,1999年以后好转明显;人工绿洲的开发只是明显影响了绿洲近缘景观,对远缘影响较弱。     

水盐动态与土地利用变化相互作用的分析

利用1987年和1998年两期土地利用现状图,1988~1998年水文资料和2000年、2001年地下水和土壤水、盐含量的监测资料,分析三工河流域水盐的时空动态变化对流域土地利用的影响。1988~1998年三条河流年出山口总径流量10年间无显著变化,但上游老绿洲耕地面积逐步扩大,引水量逐年增加,可以占到出山口径流总量的90%以上。1998年相对于1988年,上游绿洲地下水位有所下降,而所有下游观测点的地下水位均有所升高,盐渍化问题加剧。通过2000年和2001年三工河流域下游的新垦绿洲地下水、土壤的连续观测表明,从绿洲、过渡带到沙漠中,土壤盐分含量的变化梯度不大,差异不显著,而水分则有显著的下降趋势。但是在过渡带由于受绿洲灌溉过程的影响,地下水位较浅,土壤含水量较高,植被较为稳定,因此绿洲边界始终没有变化。因此水分的减少是绿洲过渡带动态稳定的关键限制因子。绿洲内的撂荒地和靠近绿洲的荒漠草地受绿洲内部灌溉过程的影响,地下水位升高,超过了地下水的临界深度,同时又因为缺少灌溉的反复淋洗,在强烈的蒸发作用下,盐分的表聚现象十分明显,而且整个剖面内盐分的含量都较高,土壤的盐渍化现象非常严重。     

乌兰布和沙漠人工绿洲沙害综合控制技术体系

将乌兰布和沙漠绿洲分为绿洲生态经济核心区、绿洲-荒漠生态缓冲区和自然荒漠生态恢复区3个功能区,基于各功能区的地貌、植被、土壤及沙害特征与沙源,立足因地制宜规划、因害设防整治的设计思想,提出“流沙固阻带、封沙育草带、防风阻沙带、绿洲防护林网”四带一体的综合防治体系防御流沙入侵,采用工程、农艺等应急措施体系控制绿洲内土壤风蚀和零星流沙的危害,为人工绿洲沙害的综合控制提供了科学依据。     

干旱区绿洲荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究——以黑河中游张掖绿洲为例

对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲荒漠生态过渡带的2.9%。绿洲荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的稳定极为不利。绿洲荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠（戈壁）区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层。受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加。     

新疆植被覆盖度趋势演变实验性分析

基于MODIS-NDVI数据,提取新疆2005-2015年植被覆盖度（FVC）。通过依据海拔和植被覆盖度的指标划分出山地、绿洲、平原、荒漠等11个子系统。通过斜率、变异系数、线性回归模型等方法来对全疆和不同生态分区的现状和未来发展趋势进行分析,并用BP人工神经网络来预测新疆2016-2020年的植被覆盖度的时空变化和分析2005-2020年时空动态变化趋势。主要结论为：① 新疆植被覆盖度总体为上升趋势,从西北向东南逐渐下降;山地呈逐年上升趋势,荒漠呈不显著退化趋势。植被覆盖度的变化主要是由降水量的变化引起;② 在整个新疆的荒漠和绿洲边缘构成了一个“绿洲—荒漠改善过渡带”,绿洲呈明显的改善趋势;③ 2009年是研究期内多数分区植被覆盖度的历史最低点;④ 在山脉的冰川积雪、湖泊周围的变异性很大,范围在150%~316%之间,这主要是由于气候变化、冰川消融和湖泊水位的波动变化所致;⑤ 北疆生态明显好于东疆与南疆,其绿洲区域呈现明显的改善趋势。伊犁地区的植被覆盖度相比于其他3个分区的变幅很大,山地区域呈明显的逐年退化趋势。伊犁地区植被覆盖度的局部最低点是在2008年,比其他分区的2009年提前了一年,相应的存在“实时”（伊犁）和“滞后”（东疆、南疆和北疆）的效应,主要是由于降水量和气温的变化所致。     

图们江下游圈河流域河岸沙丘动态变化

以图们江下游跨国界地区圈河流域河岸沙丘为研究对象,运用遥感与GIS技术,结合遥感影像、地形图等资料,分析该区1984~2015年河岸沙丘空间分布与格局演变,计算河岸沙丘分维值与稳定性指数。结果表明：该区河岸沙丘主要分布在弯曲型河道东岸,呈WNW-ESE向带状展布,面积15.71 km²。近31 a沙丘面积总体呈减少态势,净减少0.09 km²,其中,较少有人类活动的A区,沙丘面积呈减少趋势,减少幅度为8.21%;而受人类活动影响较大的B区,沙丘面积持续增加,尤其近5 a增幅达32%。河岸沙丘分维值虽总体高于内陆沙漠沙丘,但变化不显著,说明河岸沙丘处于相对稳定的发育演化过程中。该研究为图们江下游跨国界地区生态环境可续持发展提供科学依据。     

中国生态过渡带分布的空间识别及情景模拟

在全球变化及其生态环境效应研究中,如何对生态过渡带的空间分布格局及变化情景进行空间定量识别和模拟分析,对揭示气候变化和人类活动对全球变化的响应及反馈具有指示性意义。在对HLZ模型进行修正和拓展的基础上,建立了生态过渡带类型的空间识别方法。并基于1981—2010年的全国782个气候观测站点数据,在实现全国生态过渡带类型及分布的空间识别基础上,结合3种气候情景数据CMIP5 RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5,实现了T0（1981—2010年）、T1（2011—2040年）、T2（2041—2070年）和T3（2071—2100年）4个时段内全国生态过渡带的空间分布格局及其未来情景模拟。另外,引入平均中心空间分析模型,对全国生态过渡带平均中心的时空偏移趋势进行了定量分析。结果显示：在T0~T3时段内,全国共出现41种生态过渡带类型,约占全国陆地面积的18%;冷温带草原/湿润森林与暖温带干旱森林过渡带（564238.5 km²）、冷温带湿润森林与暖温带干旱/湿润森林过渡带（566549.75 m²）、北方湿润/潮湿森林与冷温带湿润森林过渡带（525750.25 km²）是最主要的3种生态过渡带类型。面积占到全国生态过渡带总面积的35%;2010—2100年期间的冷温带荒漠灌丛与暖温带荒漠灌丛/有刺草原过渡带的增加速度最快,在3种情景RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5下,其面积将分别增加3604.2 km²/10a、10063.1 km²/10a和17242 km²/10a;寒冷型生态过渡带类型总体上呈向暖湿型过渡带类型增加的趋势;北方潮湿森林与冷温带湿润/潮湿森林过渡带的平均中心偏移幅度最大,在4个时段内整体向东北方向偏移,其偏移幅度将超过150 km。另外,随着气温的逐渐上升和降水量的增加,中国北方的生态过渡带整体呈向北偏移趋势,南方生态过渡带则逐渐减少且平均中心呈现逐渐向高海拔地区退缩的趋势,气候变化对青藏高原区生态过渡带时空格局的影响日益显著。     

民勤绿洲边缘带灌丛沙丘防风作用研究

对民勤天然绿洲边缘带的固定、半固定及半流动风速灌丛沙丘实地观测表明,气流通过单个固定灌丛沙丘时,近地面平均风速降低4.4%,在965 m观测样线内降低57%,且风是连续降低的,愈靠近内侧降低得愈多,到绿洲内部农田边缘处时,平均风速仅有对照点的21%。深入了解灌丛沙丘对绿洲的防护机理,对于合理保护和恢复绿洲边缘带灌丛沙丘,避免绿洲遭受风沙侵袭具有重要意义。