沙坡头人工植被系统的建立与耗散结构

本文应用"耗散结构"理论探讨了沙坡头人工植被系统建立的动力学及时间结构、空间结构的有序性。沙坡头人工植被系统的建立过程是生命进化的一个宏观动力学体系。沙面土壤结皮的出现和长程地维持是固沙的核心。该体系反映的沙漠从混沌、对称的世界走向有序、稳定世界的相变点为沙漠固定问题的研究打开了通道。把"耗散结构"理论引入沙漠学领域,阐明了沙坡头人工植被系统建立与发展的原因、机制和空间模型。     

干旱区沙漠化逆转过程土壤水分的空间异质性特征

土壤水分是干旱地区固沙植被生长发育的主要限制因素,是决定沙地生态系统结构和功能的关键因子。在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择流动沙丘以及封育恢复5 a、15 a和25 a的沙漠化逆转过程序列样地,研究了沙漠化逆转过程不同层次土壤水分的动态变化特征;采用地统计学原理与方法,分析了沙漠化逆转过程不同层次土壤水分的空间异质性。结果表明:干旱区沙漠化逆转过程中,土壤水分含量以初始阶段流动沙丘最大,之后逐渐降低,到封育恢复25 a后又出现恢复趋势,而且不同阶段样地及其不同层次土壤水分总体差异显著。不同逆转阶段样地各层土壤水分模型均为指数模型和球状模型,土壤水分呈现斑块状分布,具有明显的空间异质性,其中由自相关部分引起的空间异质性占总空间异质性的程度均高于50%。0~20 cm土壤水分总空间异质性程度随沙漠化逆转过程逐渐增强,而20~40 cm和40~60 cm土壤水分的总空间异质性程度随沙漠化逆转过程呈现先增强后减弱趋势。研究认为干旱区流动沙丘固沙植被的恢复首先降低土壤水分含量,增强了土壤水分的空间异质性,但伴随植被-土壤系统的恢复,封育恢复25 a后土壤水分含量出现增加趋势,空间异质性出现减弱趋势,土壤水分与植被间逐渐趋于平衡,该结论有助于进一步认识土壤水分与固沙植被相互作用的生态学机制。     

腾格里沙漠南缘沙漠化逆转过程中的土壤物理性质变化特征

在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择了流动沙丘、封育5 a、封育15 a和封育25 a的恢复序列,研究了沙漠化逆转过程中的土壤物理性质变化特征。结果表明,腾格里沙漠南缘沙漠化逆转过程中,土壤含水率先降低后增大;土壤沙粒含量逐渐减少,土壤粉粒和粘粒含量逐渐增加;土壤容重逐渐降低,土壤孔隙度逐渐增大,表层土壤容重在封育恢复过程中逐渐减小,表层土壤孔隙度在封育恢复15 a后趋于稳定。研究认为,在腾格里沙漠南缘的沙漠化逆转过程中,沙化土地土壤性状不断提高、土壤结构不断改善;沙漠化逆转过程也是土壤的形成过程。     

耗散结构理论在我国北方农牧交错带人地系统分析中的应用

在分析了耗散结构形成的条件基础上,首先对我国北方农牧交错带人地系统进行了状态识别,指出:北方农牧交错带的大部分人地系统处于低序的耗散结构状态,有些地区的人地系统已退化到近平衡态线性区;沙漠化的成因是系统封闭和自组织混乱;点状治理有其自身的局限性;沙漠化的逆转也应遵循系统演化的分支理论。最后,指出我国北方农牧交错带的人地系统具有脆弱性、低耗散性和功能性的特点。     

RS与GIS支持下近50 a海南岛西部土地沙漠化时空演变过程研究

 海南岛西部是我国惟一的热带稀树干草原沙漠化地区,选取5期遥感数据,采用室内解译和野外检验修正的方法,获得海南岛西部不同时期土地沙漠化数据库。结果分析表明,海南岛西部土地沙漠化在时间上经历了快速发展—初步逆转—全面逆转—波动反复的变化过程;在空间上由沿岸带向昌化、莺歌海两重心收缩、逆转;同时,其发展/逆转过程以沙漠化土地与林地、耕地相互转化为主,伴随着沙漠化土地内部复杂程度间转化。总之,总体逆转、局部反复波动是近50 a海南岛西部土地沙漠化时空演变的基本趋势。     

区域经济成长理论及其实践

一、极化效应与扩散效应理论区域经济成长在其空间结构演变上,始终存在着两种效应:即极化效应和扩散效应。二者既相互依存,又相互制约,并在一定条件下相互转化。极化效应使区域经济从孤立、分散的均质无序状态,走向局部聚集不平衡发展的低级有序状态。扩散效应则使聚集逐步向全区域推进,终而走向区域经济相对均衡发展的高级有序状态。极化与扩散效应的相互作用,是区域经济空间结构演变的主动因,其作用的结果,使区域经济空间不断扩大,非经济空间逐渐变小,生产部门、生产要素、生产环节的空间组合日趋复杂化和多样化。这是不以人的意志为转移的区域经济成长的一般过程和规律。     

基于交通信息流的江苏省流空间网络结构研究

基于江苏省13个地级市之间的公路、普速列车、高铁（CRH）与信息网络数据,从流空间视角对江苏省空间结构特征及其发展趋势进行综合分析与判断。结果表明：① 公路和普速铁路网络所展现的区域空间结构较为无序且影响范围有限,高铁网络则在大幅度拓展城市有效联系范围的同时凸显了发达地区的重要地位,而信息网络所反映的空间结构更加完整、有序与协调,代表了未来江苏省城市联系网络的发展方向;② 在高铁与信息网络的冲击下,流空间视角下的江苏省省域空间结构研究显出了一些区别于传统认知的新特征与变化趋势,如跳跃性的与非相邻地区产生主要联系、“等级+网络”的变化趋势等;③ 基于交通信息流的江苏省流空间结构呈现出明显的“中心-外围”格局,区域联系线密度由“沪宁线”向“沿海线”逐级递减,空间结构指数的计算结果也基本支持这一论断;④ 以高铁与信息为代表的新要素流对江苏省省域空间格局网络化的效率与公平产生了积极与消极两种影响,前者体现在改善区际可达性促进区域发展,后者体现在核心城市的“虹吸效应”。     

我国沙漠化研究的若干问题--4.沙漠化的防治战略与途径

沙漠化是干旱、半干旱及部分半湿润地区由于人地关系不相协调所造成的以风沙活动为主要标志的土地退化。目前我国沙漠化防治仍然面临着“局部治理,整体恶化”的严峻态势。为了使沙漠化防治更加有效,需要我们以自然与人为因素及其相互作用为主线,对沙漠化的成因、发展或逆转过程、沙漠化土地时空分布特征及其变化等关键问题有进一步的认识,进而明确沙漠化防治的战略和途径。根据我们的研究和总结,提出了我国沙漠化防治的战略、指导方针、基本原则和途径。     

基于分形理论的沙漠化土地空间结构——以内蒙古多伦县为例

借助RS和GIS技术提取内蒙古多伦县不同时期和不同程度沙漠化土地的空间分布信息,运用分形理论的原理与方法,通过计算斑块周长—面积关系、分维数和稳定性等指数,揭示了不同沙漠化土地类型相互转化的内在机制。结果表明:内蒙古多伦县各时段的土地沙漠化类型具有分形结构,不同沙漠化土地的平均分维数在1.3988~1.5635之间,接近于随机运动值,有潜在的流动趋势。在轻度沙漠化土地、中度沙漠化土地、重度沙漠化土地和严重沙漠化土地等4种类型中,轻度沙漠化土地的分维数在所分析类型中总体上呈波浪式增加,说明其空间结构越来越复杂,稳定性趋于减弱,而重度沙漠化土地空间结构从1987年以来稳定性逐渐变好,且稳定性相对较高。通过对区域沙漠化土地空间结构分析,可以为政府治理沙漠化土地提供支持。     

科尔沁沙地典型地区人工造林对沙漠化过程的影响

在3S技术的支持下,以奈曼旗1975年、1985年、1995年和2005年的遥感影像为信息源,分析了研究区近30 a人工造林对沙漠化过程的影响。结果表明,在持续的人工造林过程影响下,沙地面积呈现出持续减少的趋势,其中固定沙丘面积减少幅度尤为显著,面积净减量为39 545.77 hm2;沙漠化程度指数呈现出线性减少的变化趋势,自1985年以来,减少幅度尤为明显,由1985年的0.21下降到2005年的0.03;土地沙漠化正、逆过程同时存在,但逆转趋势远大于发展趋势,土地沙漠化过程总体上正处于全面逆转期;斑块数和景观形状指数均呈现出先增后减的变化趋势,斑块形状经历简单—复杂—简单的变化过程。     

宁夏盐池县沙漠化逆转过程的脆弱性诊断

沙漠化逆转过程脆弱性是指沙漠化逆转现象对社会-生态系统内外各种扰动的敏感性及因缺乏应对不利扰动的能力而使逆转趋势减弱或反向发展的倾向和可能性。从社会-生态系统角度综合分析沙漠化逆转过程的脆弱性及其关键要素的贡献,对于系统治理和综合调控沙漠化问题、保障沙漠化逆转可持续具有重大意义。以典型沙漠化逆转区宁夏盐池县为例,基于DPSIR框架构建脆弱性评价模型并通过拟合曲线辨识关键因素的贡献。结果表明:(1)2003—2005年盐池县沙漠化逆转过程的脆弱性缓慢上升,2006年脆弱性指数快速上升并于2007年达到最大值0.733,2008—2011年逐年下降至0.442,2012—2014年小幅度先升后降。(2)社会因素尤其是人类活动是盐池县沙漠化逆转过程脆弱性形成的重要贡献因素,其中人口城镇化、生态治理指数、机电井眼数、当年造林面积、师生比及农村家庭人均纯收入对逆转过程脆弱性的贡献较大,拟合曲线R^2均大于0.5。(3)人口城镇化、生态治理指数、当年造林面积、单位GDP用水量是减缓逆转过程脆弱性的显著因素,而非农生计人口比重提高会加剧脆弱性。(4)随县域经济发展、农村家庭人均纯收入及机电井眼数的增加盐池县沙漠化逆转过程的脆弱性先升后降,而随师生比、单位国土面积固定资产投资的增加脆弱性则先降后升。     

青海湖流域土地沙漠化及表土粒度特征

土地沙漠化是青海湖流域面临的重大生态环境问题之一。本文选取1977、1987、2000、2004年和2010年等5个年份的遥感影像,在地理信息系统技术支持下,得到流域30余年不同时段的土地利用类型及分布状况。空间分析结果表明:20世纪80年代是沙漠化土地增幅最大的时期,之后30年沙漠化土地面积趋于稳定; 1977-2000年是沙漠化土地增长时期,2000年以后沙漠化土地相对稳定并有轻微的逆转趋势。对典型样点的地表沉积物粒度分析结果显示:随着沙漠化程度的加剧,细颗粒物质含量减少,粗颗粒物质含量增加,平均粒径逐渐增大,标准偏差逐渐减少; 植被盖度与地表沉积物粒度特征不完全一致,判断土地沙漠化程度不能完全依赖植被状况,需要综合考虑植被和土壤粒度、养分、水分等其他信息。     

中国西南喀斯特石漠化研究进展与展望

石漠化是与北方荒漠化和黄土高原水土流失并列的中国三大土地退化问题之一。根据石漠化领域内的相关研究,系统总结了石漠化空间格局及动态过程研究、石漠化发展演化的机理研究等方面的进展与不足,提出构建基于中高分辨率遥感数据的石漠化时序轨迹新方法,并在此基础上进行长时间序列的石漠化过程分析,从时间和空间上定量、定位追踪石漠化的发展演化过程,不仅可以查明石漠化的发生地点及程度,还可以分析其发生和演化机理。将石漠化格局、过程与成因定量分析相结合,可以从更长的时间段内,更加精确地研究石漠化的时空变化规律,全面系统地揭示石漠化演化机制。     

科尔沁沙地土地沙漠化与景观结构变化的关系分析

从时空尺度分析了科尔沁沙地典型地区1975—2005年景观结构的动态变化对土地沙漠化的影响,结果表明:沙漠化程度在1975—2005年之间呈典型的抛物线变化趋势,其中在1985年达到最大值0.398;30 a来,景观尺度上的斑块密度由21个\5hm-2增加到52个\5hm-2,分维数由1.203增大到1.244,说明景观破碎化增强,结构趋向复杂、稳定;景观结构动态对沙漠化程度的影响分析表明,景观的多样化,促进沙漠化的正向发展;斑块密度越大,沙漠化程度越大,说明高的景观的破碎化程度和空间异质性对沙漠化过程对有促进作用。分维数对沙漠化过程的影响较为复杂,在2005年,分维数对沙漠化程度影响是正相关的,且有显著的线性回归关系,但在其他时间段上分维数对沙漠化的程度是负相关的,相关性不够显著。     

气候变化和人类活动在榆林市荒漠化过程中的相对作用

针对已有研究的不足,提出一个集成时序和空间两方面特征的植被-气候时空关系统计模型,并用来在栅格尺度上定量区分陕西省榆林市荒漠化动态中气候变化和人类活动的相对作用。结果显示,1986-2000年,榆林市荒漠化发展主要发生在南部丘陵沟壑区,逆转主要发生在北部风沙草滩区,这一空间格局特别明显且在研究期内没有发生根本改变。从第1时段(1986-1990年)至第2时段(1991-1995年),荒漠化整体上处于发展状态,且无论是荒漠化发展区还是逆转区,人类活动的作用均占据绝对主导地位,分别为98.7%和101.4%,气候变化的作用甚微;从第2时段(1991-1995年)至第3时段(1996-2000年),荒漠化过程整体上达到稳定态势,在荒漠化发展区,气候变化和人类活动的作用基本相当,分别为46.2%和53.8%,而在荒漠化逆转区,人类活动的作用达到了119.0%,气候变化的作用则为-19.0%。另外,气候变化和人类活动的相对作用有很大的空间异质性。     

我国沙漠化研究的若干问题——2.沙漠化的研究内容

我国开展沙漠化的研究与防治已有半个世纪,但沙漠化土地一直在加速扩展,目前仍然处于"局部治理,整体恶化"的严峻态势,其重要的原因之一,就是未能在认识沙漠化关键科学问题的基础上,建立比较完善的沙漠化科学的基本理论体系来指导防治实践。沙漠化过程研究与防治实践中许多科学问题的解决,是需要以沙漠化科学为主的多学科交叉与综合集成的研究。作者就我国沙漠化学科的主要研究内容开展讨论,认为沙漠化研究应以人-地关系为主线,在时间序列上,将沙漠化环境背景的形成演化、沙漠化与沙尘暴的现代过程及其在全球变化格局下的发展趋势的研究系统化,以揭示沙漠化的形成与演变;在空间结构上,将沙漠化地区的生态环境退化过程与区外乃至全球的大气环流格局视为统一的环境动力系统进行研究,以揭示沙漠化与沙尘暴的空间分异及其对环境和社会经济的影响。通过定量认识人类活动和自然因素影响下研究沙漠化的演变规律及其调控的理论依据和技术途径,为沙漠化防治提供科学基础。据此,提出沙漠化的主要研究内容为:沙漠化过程的自然与人文背景研究、沙漠化(沙尘暴)动力学过程及其调控、沙漠化的生物学过程与植被恢复重建机理和沙漠化综合防治战略与模式。     

基于MODIS时间序列数据的沙漠化遥感监测及沙漠化土地图谱分析——以内蒙古中西部地区为例

土地沙漠化是内蒙古中西部地区主要的生态环境问题之一,遥感与图谱分析为其研究提供了有效的技术手段。基于MODIS数据产品,反演时间序列的沙漠化监测指标,结合决策树分类法提取沙漠化土地信息,并提出新的沙漠化修正指数进行沙漠化土地动态分析;采用地学图谱分析方法提取了3个不同时间尺度上沙漠化土地的时空复合图谱信息,对沙漠化土地类型变化、土地沙漠化的程度等进行分析。结果表明:(1)遥感监测指标与决策树分类方法相结合可以有效地提取沙漠化土地信息。(2)2000-2014年内蒙古中西部地区的沙漠化程度与面积总体上呈减轻与减少趋势,2011-2014年间沙漠化总面积年平均值约为17.2万km²,比2000-2010年沙漠化总面积年平均值减少约2万km²。(3)沙漠化土地变化具有多时间尺度的特征,短时间尺度与较长时间尺度上沙漠化的动态变化趋势不同。各类型沙漠化土地动态度的绝对值随时间尺度的增加而降低。不同时间尺度沙漠化土地的净逆转比例也不同,2005-2010年和2005-2014年沙漠化土地净逆转比例较大,分别为13.95%和9.08%。受研究时段长度的限制,10 a或更长时间尺度上进行沙漠化动态变化趋势及其成因机制的分析可能更为合理;而5 a或更短的时间尺度,可能仅对揭示沙漠化高风险区或快速恢复区等热点地区有帮助。(4)2000-2014年毛乌素沙地及阴山北麓的农牧交错区等地区呈现相对稳定逆转的态势,而浑善达克沙地中西部等部分地区沙漠化土地变化较不稳定,近5 a仍呈现恶化的态势。