民勤绿洲农田生态系统能值空间分异特征

利用能值分析方法对2011年民勤绿洲18个乡镇农田生态系统的环境资源条件、投入产出结构和可持续性进行了系统分析,构建了反映民勤绿洲农田生态系统综合水平的能值指标体系,运用主成分分析方法对其进行了综合评价和排序。结果表明：民勤绿洲农田生态系统可持续性强的是夹河乡,其他乡镇农田生态系统为消费型生态经济系统,可持续性弱;民勤绿洲农田生态系统能值综合水平存在着明显的地域差异,呈现东北片高于西南片、绿洲边缘带高于中心带的地理分布特征;民勤绿洲农田生态系统总体上不具有可持续性,不协调发展型区域和极不协调发展型区域农田面积占民勤绿洲农田总面积的73.68%,强、中、弱协调发展型区域只占26.32%。因此,目前民勤绿洲农田生态系统面临的不可持续性应当引起相关部门的高度重视。     

甘肃民勤绿洲土地空间结构动态变化及其灰色预测

根据分形理论,不仅揭示了民勤绿洲不同时期土地空间分形结构,而且计算了民勤绿洲土地空间结构分维与稳定性指数,并分析了二者的动态变化趋势;进而根据灰色系统理论建立了民勤绿洲土地空间结构分维非等间距预测模型。所得结论对于民勤绿洲生态环境建设具有积极意义。     

基于光谱混合分解的民勤生态治理效果评价

作为退化绿洲典型,甘肃民勤生态治理效果的评价对全球干旱区土地退化防治具有重要借鉴作用。使用Landsat系列遥感数据,基于光谱混合分解模型,采用土地覆被/利用分类后比较和端元丰度值差值的方法,对民勤生态工程第二阶段初期(2010—2015年)的治理效果进行了定性和定量研究。结果表明:民勤县土地退化面积为39 712.14hm^2,恢复面积为101 503.44hm^2,恢复面积大于退化面积,呈现出恢复的态势。沙地面积减少,沙地的沙化程度降低;盐碱地面积虽有增加,但盐碱地的盐渍化程度有所下降;林草地相较耕地、夏作耕地相较春作耕地成为当地优势植被地类;水域面积虽有减少,但水域的水含量有所增加。民勤经过近20年的生态修复治理,已经进入良性修复阶段。     

干旱区耕地质量等级评价及土壤养分与盐渍化的分析研究 ——以民勤绿洲为例

为整体掌握民勤绿洲耕地质量、土壤养分以及盐渍化状况等,充分利用县域耕地资源,分析研究民勤绿洲耕地质量等级划分及其耕地土壤养分和盐渍化现状,为及时准确掌握绿洲耕地地力状况提供科学依据,同时为绿洲耕地土壤养分、盐渍化障碍提供改良措施。基于农业农村部《耕地质量调查监测与评价办法》(农业部2016年第2号)和《耕地质量等级》国家标准(GB/T33469-2016)的相关要求,构建民勤绿洲县域评价体系,通过综合运用空间分析、模糊数学、层次分析和综合指数等方法,对民勤绿洲耕地质量等级进行综合评价。结果表明:(1)民勤绿洲耕地质量平均等级为3.26等;分布有一至七等级地,八、九、十等级地没有分布;以三、四等级地为民勤绿洲耕地的主要等级分布,面积占比分别为31.63%、28.27%。泉山区中部和坝区灌溉农业区多分布一、二等级地。湖区灌溉区多分布三、四等地。在绿洲边缘带较多分布五、六、七等地。(2)民勤绿洲耕地土壤有机质平均含量在10.00~15.00 g·kg^-1之间,全氮平均含量在0.50~1.00 g·kg^-1之间,总体处于较低水平。有效磷和速效钾总体处于中等水平。昌宁区、泉山区与坝区交界东北部以及湖区镇(昌宁镇、东湖镇、南湖镇、泉山镇、西渠镇)耕地土壤养分平均含量较均低。(3)民勤绿洲盐渍化耕地的面积为32240.36 hm²,占民勤绿洲耕地总面积的30.09%;主要以轻度盐渍化为主。轻度盐渍化多分布在湖区红沙岗镇、红沙梁镇、西渠镇等镇;中度盐渍化分布在昌宁镇以及环河区沿风沙线一带。其评价结果对民勤绿洲耕地资源的科学管理和可持续利用以及绿洲农业的发展具有重要意义。     

近2000年来甘肃民勤盆地绿洲的空间变化

在2000多年前的秦汉之际,民勤盆地是北方匈奴的游牧之地。自从西汉王朝驱逐匈奴以后,农耕文化传入本区,使本区由一个纯粹牧业区迅速演变为农业区。伴随着人类开发进程的加快和开发规模的扩大,加之自然环境的变化,民勤盆地从一个“土沃泽饶”、“可耕可渔”的湿生环境演变为“十地九沙,非灌不殖”的干旱荒漠环境。目前,民勤盆地成为干旱区生态环境恶化的典型,其发展的可持续性受到严峻挑战。作者在大量野外实地考察的基础上,综合运用历史文献、考古、遥感和地图资料,通过广泛搜集近2000年来民勤盆地绿洲演化的证据,对典型历史时期的绿洲分布范围进行了复原,并制作了相应的绿洲分布图。结果表明,民勤绿洲的开发始于汉代,繁荣于魏晋,萧条于南北朝至宋元,复兴于明清,鼎盛于现代。绿洲的发展在空间上总体表现为一个自西向东的迁移过程。     

红崖山水库径流量减少与民勤绿洲水资源危机分析

民勤绿洲是武威、金昌等重要经济区的生态屏障。近半个世纪以来,随着石羊河中游工农业经济的持续发展,用水量不断增加,致使红崖山水库入库径流量不断减少,进而引起了下游民勤绿洲一系列生态环境问题,已到了"崩溃"的边缘。本文在定量分析入库径流量减少原因的基础上,全面阐述了民勤绿洲生态环境恶化的严重程度,并以流域水资源承载能力为依据,提出了解决民勤绿洲水资源危机之途径。     

1975—2018年民勤绿洲沙漠化过程及其驱动机制

根据1975—2018年民勤绿洲土地沙漠化分类体系及遥感影像数据,探究了民勤绿洲沙漠化时空变化过程;选取影响绿洲沙漠化的自然与人为驱动因子,运用主成分分析方法定量评价了民勤绿洲沙漠化过程的主要驱动力。结果表明：1975—2018年沙漠化程度以重度沙漠化为主,轻度、中度、重度和严重沙漠化面积均呈减少趋势,以2000年为界表现为先发展后逆转趋势;1975—2000年,轻度、中度、重度沙漠化重心总体向东北方向迁移,严重沙漠化的重心向西迁移,沙漠化有向绿洲东北部和巴丹吉林沙漠发展的趋势;2000—2018年轻度沙漠化的重心向西北方向迁移,中度、重度和严重沙漠化重心相对稳定,绿洲沙漠化发展得到明显控制。在绿洲沙漠化过程中,人为因素贡献率为39.53%,自然与人为综合贡献率为26.58%,自然因素贡献率为10.77%,人为因素是民勤绿洲沙漠化的主要驱动力。水资源极度匮乏是绿洲沙漠化的决定因素,在以后的防沙治沙工作中,合理调控人类的生产经营活动,优化干旱区水资源配置,可从源头上治理民勤绿洲的沙漠化。     

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%。     

基于物元模型的民勤绿洲土地生态安全评价

针对生态脆弱区民勤绿洲土地与生态环境系统的特点,运用“经济-环境-社会”模式和层次分析法构建了该区域土地生态安全评价的指标体系和权重,基于物元理论建立了土地生态安全的复合物元模型,对民勤绿洲土地生态安全进行了研究。结果表明:①2005-2007年民勤绿洲土地生态安全整体上呈现出“不安全-较不安全”的上升趋势,并有向更好等级发展的动向,说明近年民勤绿洲环境保护投入和治理绩效明显。②各单项指标存在明显的分异。人均水资源、化肥施用量、森林覆盖率、荒漠化程度、工业废水排放达标率、贫困人口比例和能耗成为制约该区域土地生态安全水平提升的重要因素,也反映了该区域土地生态系统环境容量低,极其脆弱。     

民勤地区近地面沙尘监测系统的建立及其运行的初步评价

介绍了建于民勤地区的我国第一套近地面沙尘监测系统的组成、结构和功能。经1 a多运行,该系统取得了良好的沙尘监测效果。初步结果表明：2006年民勤19次沙尘暴平均气溶胶浓度的空间分布遵循幂函数关系,在沙漠和绿洲边缘区气溶胶浓度随着高度的增加显著下降,而在绿洲内部,则随高度增加而上升;在不同下垫面条件下,水平沙尘通量随高度变化也遵从幂函数关系,但在沙漠和绿洲边缘呈显著降低趋势,在绿洲呈平缓上升趋势。从沙漠区至绿洲内部,沙尘通量空间分布的规律一般是：沙漠>绿洲边缘>绿洲。2006年在民勤地区,绿洲边缘的沙尘通量比沙漠区减少了42.0%,至绿洲内部则减少74.42%,表明防风固沙林和农田防护林网对沙尘具有较强的防护功能和减灾作用。     

民勤盆地水资源可持续利用对策——2000年民勤水资源利用调查

水资源短缺和生态环境恶化已成为民勤绿洲面临的严重问题。本文在分析民勤盆地水资源特点及开发利用中存在的问题的基础上,本着水资源可持续利用的原则,从加强水资源保护与管理,发展节水农业生产体系,以及开源调水和减少人口等方面,提出了水资源可持续利用途径与措施。     

基于节水型生态系统的干旱区草地建设对策——以民勤绿洲为例

在论述了节水型生态系统基本概念的基础上,确定了民勤绿洲兼顾生态保护与经济建设的发展方向--草畜产业。发展节水型灌溉草地不仅是草畜产业的基础,而且是转变用水方式及经济增长方式的有效途径。在此基础上提出了民勤绿洲草地建设的对策与建议。     

甘肃绿洲型城镇体系及其发展机制研究

本文以荒漠绿洲景观为背景.以相对优越的自然条件和资源区位、古“丝绸之路”和新“欧亚大陆桥”,城乡推拉的动力效应和行政干预等六个方面分析了甘肃绿洲型城镇体系的旱生性特征和沿绿洲盆地及欧亚大陆桥形成的远景空间分布特征。     

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。     

乡村类型视角下干旱区社区恢复力评估及优化策略

以西北典型干旱区民勤绿洲为例,基于582份农户调研问卷,运用熵值法、综合指数法和灰色关联度模型等方法,界定乡村类型,测度乡村社区恢复力,明确乡村类型和社区恢复力之间的关系。结果表明：（1）在研究区抽样的71个行政村中,传统非农型乡村40个,在绿洲分布最广;传统农业型乡村17个,主要分布于湖区;新型农业型乡村6个,分布于坝区和泉山区;非农型乡村8个,在县城周围呈环形分布。（2）民勤绿洲乡村社区恢复力呈现南高北低的空间格局,除湖区东湖和西渠2镇外,其余地区恢复力整体处于中等偏上水平。（3）民勤绿洲不同类型乡村社区恢复力的大小为：传统非农型（0.520）>新型农业型（0.495）>非农型（0.472）>传统农业型（0.453）。基于上述结果,针对不同类型乡村与社区恢复力的关系,提出民勤绿洲乡村社区恢复力优化策略。     

民勤绿洲50余年水利建设的生态经济影响

民勤绿洲近50余年地表来水持续减少,为满足用水需求,兴修了一系列水利工程。以民勤县50余年的经济发展和生态环境数据为基础,从农业发展、产业结构调整以及生态环境要素的角度,运用图表对比分析研究区50余年内发生的生态和经济变化,进而研究了水利工程建设在这两方面所产生的影响。结论表明:在2012年来水量比水利工程建设前即1956年减少32.3%的背景下,水利工程建设支撑了民勤绿洲农业的发展;保证了3次产业结构向节水循环型方向调整,第一、二、三产业产值之比从1956年的14.9:3.2:1变成了2012年的1.2:1.1:1。但水利工程建设也对民勤的生态环境产生了负面影响,加剧了该区的地下水位下降及水质恶化、植被退化、土地沙漠化及盐碱化等生态问题。     

改进型BP神经网络对民勤绿洲地下水位的模拟预测

以具有代表性的民勤绿洲为研究对象,以Matlab7.0为工作平台,对沙漠绿洲地下水埋深预测的三层前馈神经网络（BP神经网络）进行了改进。输入端因子选取民勤绿洲逐月灌溉量、红崖山水库下泄水量、月降水量、月蒸发量（20 cm）、月平均气温、时间序列6项,输出因子为民勤绿洲地下水位。通过在模型的输入层增加时间序列引导因子的方法使BP神经网络对输入端数据具备时间敏感性;通过Levenberg-Marquardt算法使网络误差最小化,并配合Bayesian正则化使网络的误差平方和、网络权重以及阈值平方和实现最优组合,最后使用相关系数、相对误差、效率系数等指标对模型的模拟结果进行检验。结果表明,通过以上一系列改进可以有效提高模型的模拟精度,增强模型的稳定性,并使模型具有良好的“泛化性”。     

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)种子萌发及幼苗生长对盐胁迫的响应

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是民勤绿洲-荒漠过渡区主要的盐生植物,近年来由于对其营养价值和药用价值的认识,新疆、青海和甘肃等地拟在荒漠-绿洲过渡带开展黑果枸杞种植以改善盐碱土和增加当地农民经济收入。主要通过插枝和种子繁殖黑果枸杞,而盐胁迫对黑果枸杞种子在实验室和大田的萌发以及对黑果枸杞幼苗生长的影响还未知。于2014年在民勤开展了不同盐度溶液对黑果枸杞萌发和幼苗生长的影响研究。结果表明:淡水条件下,黑果枸杞种子的萌发及幼苗生长优于盐水条件;在室内培养试验中,黑果枸杞种子累积萌发数和萌发率随浇灌水盐度的增加而减少;室外大田试验淡水处理下黑果枸杞种子累积萌发数和萌发率高于其他盐度处理;黑果枸杞种子萌发和幼苗生长对盐胁迫较敏感,其形态和生理均显示出抑制特征,不同处理的幼苗根芽比随着培养液盐度的增加而增加。大田种植时,降低表层土壤盐度是黑果枸杞成功建殖的关键。     

绿洲农田土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性（Soil Water Repellency,SWR）指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象,对农业水管理、土壤水入渗、农化污染物运移及土壤侵蚀有重要影响,土壤斥水性在绿洲化过程中的变化特征及其影响因素尚不明确。在甘肃临泽绿洲分别选取未开垦的沙地（0年）及开垦10、30、50、100年绿洲农田表层土壤（0~5 cm）,分别测定土壤有机碳含量、土壤质地（砂粒、粉粒、黏粒）和土壤pH,并用毛管上升法测定土壤斥水性。结果表明：土壤斥水性随着开垦年限的增加而不断增加。不同开垦年限土壤的“土-水”接触角58°~89°,差异显著（P<0.001）。土壤有机碳含量、土壤质地和土壤pH均与“土-水”接触角存在显著的回归关系（P<0.001）。逐步回归分析的结果表明,绿洲化过程中土壤有机碳含量和pH共解释了土壤斥水性72.1%的变异。因此,在绿洲农田进一步研究土壤斥水性对土壤水运动的影响应更多关注土壤有机碳和pH两大因素。     

民勤绿洲边缘柽柳荒漠林的时空变化及其驱动因素

柽柳属植物不仅是耐盐碱、耐干旱植物,同时也是最优良的防风固沙植物之一,曾在改善和维持民勤沙区生态环境中发挥了重要作用。在近40多年来,伴随民勤环境旱化,绿洲边缘柽柳荒漠林呈现出退化过程,并表现出旱生、超旱生植物增加,林带变窄,柽柳高度降低,柽柳种群及其群落盖度降低和防风固沙功能减弱等特征。目前,坝区、泉山区和湖区柽柳荒漠林均出现退化,其中坝区退化最为严重,残余宽度仅有30~75 m,依靠农田灌溉外溢水生存,是民勤绿洲边缘柽柳荒漠林发展的最终阶段。分析柽柳荒漠林时空变化的驱动因素,认为地表水消失是时空变化的诱导因素,地下水位下降和林地土壤水分减少是时空变化的主导因素,在地下水位下降到10 m的临界水位以下之前,地下水位起到主导作用;而下降到10 m以下之后,土壤水分起到主导作用。