试论中国荒漠区人工绿洲生态系统的形成演变和可持续发展

绿洲是干旱区特有的生态系统，尤其是通过灌溉发展起来的人工绿洲，成为干旱区人类生存和繁衍的基地，它是由山地、绿洲和荒漠构成的干旱区三大生态系统的核心，发展绿洲是遏制土地沙漠化的重要措施。我国西北干旱区的绿洲形成，经历了三个时期：受到人类轻微干扰的自然水系时期，很多古代绿洲多分布在河流下游；受到人类较强干扰的半人工水系时期，在山前地带形成旧绿洲，下游古代绿洲衰亡；受到人类强烈干扰的人工水系时期，新扩大的绿洲多在旧绿洲边缘和外围。由于绿洲发展改变了水资源的时空分配和消耗方式，使得人工绿洲与沙漠同时扩大，而处于两者之间的自然水域、林地、草地面积和野生动物数量减少，形成沙漠危逼绿洲的态势。所带来的有利影响是水资源利用效益提高，土地生产潜力得到发挥，人工绿洲小气候条件改善，人口承载能力增加；不利方面是水土、水盐平衡失调，生物多样性减少，沙漠与绿洲间过渡带缩小。为了适应西北地区人口和经济增长，预测未来绿洲发展，将以提高现有绿洲生产潜力为主，重点是加强中低产田改造；通过节水及水资源合理调配，适度扩大新绿洲。以保护自然生态来维护人工绿洲生态的稳定性，以发展人工绿洲生态来减轻自然生态的压力，实现可持续发展。     

三工河流域新老绿洲发育度的比较

绿洲是干旱区最重要的景观单元之一。人工绿洲是在干旱条件下经长期人类活动改造而形成的特殊景观。随着人类对绿洲水土资源开发利用程度的不断加强,绿洲呈现出不同的发展阶段。从天然绿洲到人工绿洲,是人类适应和改造干旱区自然环境的历程。在这一人地相互作用的过程中,绿洲显示出明显的发育演化特征。从多学科综合的角度,提出绿洲发育度的概念,并从灌溉体系的建设状况、水资源的利用水平、植被与生态建设、农业发展程度、社会经济水平和绿洲景观结构等7个方面提出了绿洲发育度的评价指标体系,以天山北坡2个人工绿洲为例,从空间上定量比较2个绿洲的发育程度,其中阜康市绿洲发育度高于222团绿洲(阜北农场)。     

干旱区典型绿洲耕地扩张及其人文驱动研究——以新疆且末绿洲为例

近年来,在全国耕地面积持续减少的背景下,西北干旱区耕地呈扩张趋势,现有研究关注其自然因素驱动力,对人文因素驱动力,特别是灌溉设施和方式、政策、经济利益和市场导向等因素关注较少。选取干旱区典型绿洲——且末绿洲,采用最大似然法和人机交互式分类相结合的方法从1972,1990,2001,2011年影像中提取耕地信息,结合统计学方法分析且末绿洲耕地变化的时空趋势、耕地复种指数的动态变化;在充分考虑人口因素的前提下,增加灌溉设施和方式、政策、经济利益和市场导向等因素,探讨了绿洲耕地扩张的人文驱动力。研究结果表明:1970年以来,且末绿洲耕地面积时增时减,总体呈增长趋势;耕地复种指数波动上升;人口增长、灌溉设施和方式、政策、经济利益和市场等因素在不同阶段以不同方式影响着该绿洲耕地面积的扩张。政策、经济利益和市场因素是近10年绿洲耕地迅速扩张的主要驱动因素。     

气候变化与人类活动干扰下塔里木盆地南缘地下水的变化及其生态环境效应

地质时期及历史时期以来塔里木盆地南缘气候变化，尤其是温度变化引起水文条件及河流水系变迁是导致地下水变化并由此造成绿洲演化的主导因素。百年尺度的气温波动不足以引起水资源状况明显的变化，人类活动是近几十年导致区域地下水及生态环境变化的主要因素，通过天然河道人工渠系化，平原水库建设以及枢纽工程上移，加速和促进了地表水资源的时空再分配，从而引起了地下水空间补给变化。山前砾石戈壁倾斜平原的补给量不断减少，而人工绿洲区地下水补给量则随地表引水量的提高不断增加。同时以天然河道渗漏补给为主转向以渠系、田间入渗为主。     

中国内陆河流域绿洲发育度的综合评价

人工绿洲是干旱区人类活动主要场所,绿洲管理和生态建设体现了人类活动的积极作用;而不适当的土地开发与经济活动又形成了对绿洲生存与可持续发展的过度压力与生态负荷。科学准确地对绿洲状态进行综合评价,已成了人们正确认识绿洲并对其进行生态建设和环境保护的重要前提。针对目前我国绿洲综合评价研究的指标单一、应用区域受限等缺陷和不足,提出了可普遍用于内陆河流域绿洲评价的指标体系--基于因子分析法的“绿洲发育度”,并以河西走廊的15个绿洲为研究对象进行了案例分析。结果表明：依据发育度综合评价值可将河西走廊绿洲划分为工业绿洲、较高开发程度的农业绿洲、中度开发的农业绿洲和衰退或较低开发程度的农业绿洲4个等级,与当地实际情况完全符合;同时,还可通过因子水平上的发育度指标对各个绿洲的优势和劣势进行准确的定量表达,为绿洲管理者和政策制定者提供简明、准确的科学依据。     

干旱区绿洲城市生态环境时空变化特征分析 ——以克拉玛依市为例

干旱区绿洲城市生态环境极为脆弱,准确了解生态环境时空变动情况具有重要意义。选择典型的干旱绿洲城市克拉玛依市为研究对象,分别选取2001、2006、2011年和2016年4个时期的遥感影像,通过计算遥感生态指数表征生态环境质量状况,从变化趋势、空间分布、等级划分、变动特征及重心转移等方面进行分析。结果表明:(1)研究区遥感生态指数呈现波动性变化,整体水平不高,均维持在0.35上下波动,其中主要以低、较低等级的生态指数为主。(2)研究区生态指数等级变化主要表现为一个等级的变化,越级变化的较少,不同等级遥感生态指数区域面积在不同时间段的变化量、动态度差异显著。(3)低生态指数到高遥感生态指数的生态位表现为明显的上升趋势,生态位数值均较小,最大值仅0.3677,不同等级生态指数生态位的提升还有很大空间。(4)不同等级遥感生态指数的重心都出现了不同程度的偏移,其中高生态指数区域的空间移动性大,平均距离为42.60 km,低生态指数区域在空间上相对稳定。该研究探寻了人类活动过程中生态环境的时空变动规律,对干旱区绿洲城市的可持续发展具有一定的现实意义。     

黑河流域历史时期水资源利用空间格局重建

黑河流域水资源开发利用的空间格局历史演变在中国西北干旱区具有典型性和代表性,对其进行复原并总结经验教训,对现代水资源开发具有宝贵的借鉴意义。利用历史文献、古今地图、遥感影像等资料,结合实地考察,在地理信息系统技术的支持下,对黑河流域历史时期水资源利用的空间格局进行重建,并分析其演变过程。结果表明: 该区域大规模的农业水资源利用开始于汉代,其范围覆盖流域中下游沿河平原和三角洲的大部分地区。魏晋南北朝时期虽然总体上承袭了汉代的格局,但局部地区萎缩明显。隋唐时期,中游地区灌区规模较大,但随着唐中叶吐蕃的入侵而遭破坏。宋元时期,水资源开发利用仅在主要绿洲的核心区有所分布。明、清直至民国时期,中游地区渠系增加,密度增大,灌区出现沿河向上的溯源扩展和由近岸向两侧的外延扩展,一些地势较高的山前绿洲也被开垦,水资源利用强度持续增加、规模扩大,最终奠定了现代水资源开发利用的空间格局。但是,此时的下游却处于游牧状态,无大规模开发活动。可以发现,明代以前水资源开发利用波动频繁,兴废不定;而明代以来,中游灌区规模稳定扩大和下游萧条情况形成鲜明对比。水资源利用引起尾闾湖萎缩、土地盐渍化、沙漠化等生态问题逐渐显现。     

历史时期西北干旱区生态环境演变过程和演变阶段

在历史时期,西北干旱区的生态环境演变过程是绿洲化与沙漠化并存,人进沙退和沙进人退皆有。灌溉绿洲是通过人工水系(渠、库、井)、栽培植物和耕作土壤,逐步替代自然水系、自然植被和土壤形成的。沙漠化则是由于人类活动改变了水资源的地域分配,使河流中下游地表水减少,地下水位下降,植被衰败向发展扩大。在受人类干扰很少的自然水系情况下,本区生态处自然平衡;在较强干扰下的半自然水系时,生态平衡失调;在强烈干扰的人工水系时期,河流上游生态改善,下游急剧恶化。     

塔里木盆地南缘绿洲沙漠化的演变及其整治

新疆塔里木盆地南缘,在汉唐时期是著名的“丝绸之路”南路。据航片和卫片量算,两千年来,沙漠在河谷地带平均南移80～100公里。从历史资料和考古资料表明,汉唐时期曾是林茂草丰的尼亚、提英和丹丹乌里克等古绿洲,现在已变成黄沙覆盖的不毛之地。研究这一地区的古绿洲演变过程,有助于为今后合理开发利用我国西北干旱区水土植物资源,防止重演利用不合理导致环境退化而引起绿洲沙漠化。     

我国干旱区绿洲城市研究进展

绿洲城市是干旱区内部人类活动最为集中、人地关系最为敏感的区域,绿洲城市研究具有积极的理论和实践意义。本文在回顾绿洲城市研究历程和不同时期研究重点的基础上,分析总结我国干旱区绿洲城市研究中的代表性论题及其主要结论,对绿洲城市不同空间尺度的组织结构特色、绿洲城市化影响因素和机制、绿洲城市发展扩张的区域环境响应以及在水资源约束下绿洲城市发展等方面的理论和实证研究进行了概括评述。今后绿洲城市研究面临良好机遇,通过研究内容扩展、学科交叉综合、新技术方法应用等途径能够得到进一步的发展和深入。     

中国干旱区水量转化特征及其对环境的影响分析--以新疆阿拉尔灌区为例

新疆的水平循环是,径流形成于山区,流到平原区后不断蒸发和渗漏,最终消耗在沙漠中,或者流入尾闾湖。由于人类活动的影响,水的分布和转化都发生了改变,绿洲中的水量增加,但绿洲以外与河流下游的水量减少,同时有些湖泊缩小甚至干涸,沙漠化发展,自然植被衰退,自然环境退化。     

Impacts of climate change and agricultural activities on water quality in the Lower Kaidu River Basin,China

In the context of climate change and over-exploitation of water resources, water shortage and water pollution in arid regions have become major constraints to local sustainable development. In this study, we established a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model for simulating non-point source (NPS) pollution in the irrigation area of the lower reaches of the Kaidu River Basin, based on spatial and attribute data (2010–2014). Four climate change scenarios (2040–2044) and two agricultural management scenarios were input into the SWAT model to quantify the effects of climate change and agricultural management on solvents and solutes of pollutants in the study area. The simulation results show that compared to the reference period (2010–2014), with a decline in streamflow from the Kaidu River, the average annual irrigation water consumption is expected to decrease by 3.84x10⁸ m³ or 8.87% during the period of 2040–2044. Meanwhile, the average annual total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) in agricultural drainage canals will also increase by 10.50% and 30.06%, respectively. Through the implementation of agricultural management measures, the TN and TP in farmland drainage can be reduced by 14.49% and 16.03%, respectively, reaching 661.56 t and 12.99 t, accordingly, and the increasing water efficiency can save irrigation water consumption by 4.41 x10⁸ m³ or 4.77%. The results indicate that although the water environment in the irrigation area in the lower reaches of the Kaidu River Basin is deteriorating, the situation can be improved by implementing appropriate agricultural production methods. The quantitative analysis results of NPS pollutants in the irrigation area under different scenarios provide a scientific basis for water environmental management in the Kaidu River Basin.

     

干旱地区水资源评价和认识的若干问题——以新疆为例

干旱地区水资源的合理开发和国土整治规划有密切联系。本文以新疆为例,对干旱区水资源的正确评价、水资源开发如何利用自然优势、水资源的地区间调剂以及水文现象与生态环境变化的深入认识等问题,提出了几点探讨性意见,以供深入讨论。     

干旱半干旱区集雨绿化系统研究现状及其发展趋势

从集雨绿化系统的原理及其发展历史、设计技术参数出发,综述了国内外集雨绿化的经验和研究现状,通过兰州皋兰农业生态站的近几年的试验结果,详细讨论了集雨绿化系统的技术方法,改进集雨绿化系统各个组成部分的措施和开展集雨造林技术要点。同时,针对目前在干旱半干旱地区进行生态环境建设,建议采用微型集雨绿化系统,提高雨水利用效益,并指出今后需要开展的研究和在推广应用中需要解决的主要问题。     

内蒙古呼伦贝尔草原湖泊变化研究

内蒙古呼伦贝尔地区湖泊数量多,面积大,占内蒙古湖泊总面积的58％.近年来该地区湖泊趋于萎缩,但是已有研究主要关注大型湖泊,缺乏对该地区湖泊整体,尤其是小型湖泊(<1 km2)的研究.通过利用Landsat系列(TM、ETM+、OLI)卫星数据,参照该地区湖泊图集、湖泊名录以及Google Earth高清影像,分析了19...     

基于参与式调查与主成分分析的金塔绿洲变化驱动力分析

内陆河流域绿洲变化驱动机制是旱区绿洲学研究的核心内容之一。利用1963~2010年的Keyhole存档相片、KATE-200卫星航片、Landsat遥感影像等多源数据,获取了金塔绿洲空间分布及面积变化信息。在此基础上,结合参与式调查和主成分分析方法定量分析绿洲变化的驱动机制。研究表明：近47 a来金塔绿洲总体呈现增长的趋势,绿洲规模不断扩大,至2010年绿洲面积高达539.47 km²。其主要原因是气候变化、人口增加、水资源的开发利用与科技进步、社会经济发展及政策等因子的相互交织作用。气候变化是背景因子,人文因子是绿洲变化的主成分因素,且在不同历史社会背景下,其主导人文因素也不同。     

民勤绿洲生态重建目标下土地利用和农业结构调整的政策选择

水资源过度利用引起的土地退化日益威胁着绿洲地区的经济社会可持续发展.为恢复绿洲生态环境,压缩农业用水势在必行.然而压缩用水后如何保障农民收入成为实现可持续发展的关键问题之一.应用Bio-economic模型,定量模拟了压缩农业用水后农户对土地利用和农业结构调整、推广节水技术、增加非农就业机会等政策措施的行为响应.结果显示,压缩农业用水后农民收入将下降到压缩前的53%;调整农业结构、推广闸管灌等节水灌溉技术和增加非农就业机会,可以在不同程度上缓解压缩农业用水造成的农民收入损失.不同区域农户响应行为有所差异,应因地制宜地采取配套措施.劳动力相对紧张、人均收入较高的泉山区,可提供一次性补贴鼓励闸管灌的采用;人多地少、集约化程度较高的坝区,应在加强推广闸管灌技术的同时,增加非农就业机会;生态脆弱的湖区,政策重点应放在劳动力转移上.上述措施最终只能使农民收入恢复到压缩用水前的75%,因此应该考虑给农民提供生态补偿,并积极探索增加农民收入的新途径.     

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。     

气候变化和人类活动对渭河流域蓝水绿水影响研究

以渭河流域为研究对象,探讨了1980~2009年气候变化和人类活动对蓝绿水资源的影响。结果表明：① 研究时段内,在气候变化和人类活动的共同影响下,蓝水流、绿水流和绿水储量分别下降了23.56 mm/a、39.41 mm/a和17.98 mm/a,中北部的蓝水流和绿水储量呈现增加的趋势,流域上游地区的绿水流呈现下降趋势。② 归因分析表明,蓝水流、绿水流和绿水储量在气候变化驱动下分别下降了13.17 mm/a、44.99 mm/a和22.79 mm/a;土地利用/覆盖变化则导致蓝水流和绿水流分别减少0.42 mm/a和0.37 mm/a,绿水储量增加了0.79 mm/a;而农业灌溉使蓝水流减少了9.97 mm/a,绿水流和绿水储量分别增加了5.95 mm/a和4.02 mm/a。③ 气候变化导致研究区东南部绿水系数呈现增加趋势,而泾河流域绿水系数呈现减小趋势。同时,土地利用/覆盖变化使得东南部的一些子流域绿水系数呈减小的趋势,而在加入农业灌溉情景后,平原地区灌区绿水系数呈明显的上升趋势。