西北干旱区生态安全系统结构与功能的监控思路初论

基于西北干旱区生态安全系统监控的必要性,分析了西北干旱区生态安全系统监控机理,进而提出了干旱区生态安全系统结构监控与功能监控的思路与方向,旨在为西北干旱地区生态重建与经济可持续发展提供理论依据。     

干旱区土壤有机碳含量与土壤理化性质相关分析

干旱区土壤碳库是全球碳库的重要组成部分,在全球碳循环中起着重要作用.本文根据干旱区土壤相关数据资料,分析土壤有机碳与土壤理化性质相关性,为干旱区碳循环提供理论依据.结果表明:土壤有机碳含量与土壤营养成分和交换性阳离子含量呈显著正相关,与土壤pH值和容重呈显著负相关.此外,干旱区土壤也存在相当比例的无机碳,土壤有机碳和无机碳含量呈显著负相关,二者间关系还需要结合母质、生物气候条件、人类活动影响进行进一步说明.     

玉米秸秆带状覆盖对西北旱地土壤温度及马铃薯产量的影响

设黑膜大垄（M1）、玉米秸秆带状平覆（M2）、玉米秸秆带状垄沟覆杆（M3）和不覆盖露地平作（CK）4个处理进行田间小区试验,对比研究不同覆盖方式对西北旱地土壤温度及马铃薯产量的影响。结果表明：M1较CK提高全生育期土壤温度0.98℃,主要提高了块茎膨大期5 cm土层（2015年）及淀粉积累期10 cm土层（2016年）的土壤温度;M2、M3较CK降低全生育期土壤温度1.06℃、0.59℃,主要降低了块茎形成期10 cm土层的土壤温度。两年M1、M2、M3分别平均较CK增产11.68%、21.74%、16.88%。产量与淀粉积累期至收获期单株结薯数、单株产量正相关（r=0.064~0.766）,覆盖处理显著较CK提高淀粉积累期单株结薯数及单株产量,平水年以M1最好,偏旱年以M2最好。     

历史时期西北干旱区生态环境演变规律和驱动力

生态环境演变的基本规律是：山前地带引水增加,人工绿洲扩大,生态环境改善,但盐渍化发展;河流中下游水量减少。古代绿洲衰亡。荒漠化扩大,生态环境恶化。景观格局的变化规律是：“两扩大。四缩小”。即在沙漠与绿洲同时扩大的情况下,而处于两者之间的自然水域、林地、草地和野生动物种群减少。引起生态环境变化的驱动力,主要是社会经济发展改变了水资源的地域分配。同时与气候波动、河流改道、风沙活跃等自然因素有关。     

基于GIS西北干旱区荒漠化危险度的研究

研究区为我国西北干旱区,在行政区划上包括新疆、甘肃、青海、内蒙古、宁夏和陕西6个省、自治区,涉及西北6省的213个县、市、旗,其面积约占西北六省的71．8％．采用的数据包括气象数据、各类环境统计数据、社会、经济人口数据、1：400万的基础地理数据及NDVI数据。在吸取前人研究成果的基础上,结合研究区的实际情况,确定了影响西北干旱区土地荒漠化危险度的评价指标体系。根据这一评价体系,建立了荒漠化危险度综合评价模型,从自然气候条件、内在危险性、土地现状和社会经济活动四个方面对研究区土地荒漠化危险度进行了评价。结果表明,整个研究区荒漠化程度较为严重——研究区内以中度荒漠化、荒漠和轻度荒漠化为主,其中轻度和中度荒漠化在研究区内均有广泛分布：重度和极重度荒漠化主要分布在荒漠的周围：潜在荒漠化主要分布在阿尔泰山、天山等高大山系的山麓以及内陆河流域流经的地方。     

不同含盐基质对膜下滴灌玉米根系生长及根区水盐含量的影响

针对干旱灌区水资源紧张、土壤次生盐渍化现象严重的现实,在相同灌溉定额下设计不同的盐分梯度,进行干旱灌区膜下滴灌对玉米根系生长及根区盐分运移的影响试验研究,其结果表明：当膜下滴灌灌水量为0.2776 m3\5m-2时,对土壤电导率在1.575 ds\5m-1以内的盐碱地均可进行玉米生产;膜下滴灌可有效抑制土壤盐分上移,在0—40 cm土层内盐分下移明显,QY1、QY2、QY3三个处理平均比对照含盐量减少7.0%、9.5%和23 %,在40—60 cm内盐分积累最高;膜下滴灌可使0—40 cm土层内形成淡化脱盐区,这有利于玉米根系的发育,54%~91%的玉米根系分布在此范围内;膜下滴灌比大水漫灌节水67%,且技术体系成熟,材料国产化,成本降低,完全可以在干旱灌区大面积推广应用。     

中国西北干旱区水资源可持续利用对策研究

近50年来，随着水土资源开发利用规模的不断扩大，西北干旱区的工农业与经济得到了快速发展，但同时也引发了一系列的环境问题，如河流下游水量锐减，甚至断流，泉水资源衰减；地下水超采，地下水位持续下降；水质恶化；土地次生盐渍化，沙漠化严重等。文章在详细分析中国西北干旱区水资源的特征以及水资源不合理开发利用所引发的环境问题的基础上，认为实行流域水资源统一规划与管理，发展新绿洲，建立高效节水型农业是实现我国西北干旱区水资源可持续利用的根本途径。     

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。     

生态用水的概念界定及其在西北干旱区实施的策略

通过对生态用水的概念进行了界定，并结合西北干旱区的实际提出了以下几点实施生态用水的策略：（1）把生态用水放在西北干旱区经济建设和区域可持续发展的战略高度优先考虑；（2）对天然植被，特别是在干草原和干旱的荒漠草原区域，通过人工降水补充其用水；（3）对人工植被，以引水灌溉为主；（4）对于绿洲，结合生产用水进行合理再分配；（5）充分发挥西北干旱区的廓道效应优势；（6）改变传统的灌溉方式，大力开展节水灌溉；（7）协调好生态用水和生产用水、生活用水之间的关系。     

1960～2017年华北地区气候生长季变化特征及成因分析

基于华北地区1960~2017年逐日气温数据,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,分析了华北地区气候生长季指标生长季开始（GSS）、生长季结束（GSE）、生长季长度（GSL）、生长季内≥10℃活动积温（AT10）及其对应的天数（DT10）的时空变化特征及其影响因素。结果表明:① 华北地区GSS呈显著的提前趋势,变化速率为-2.43 d/10a,GSL呈现出明显延长,AT10和DT10表现为显著增加趋势,变化速率分别为2.95 d/10 a、67.14℃/10a和2.31 d/10a,GSE变化趋势不明显。近60 a来华北地区GSL的延长主要归因于GSS的明显提前。② 生长季指标变化趋势在空间上存在明显差异,其中GSS与GSL,AT10与DT10变化趋势的空间分布格局较为相似。③ 生长季指标普遍在20世纪90年代中后期发生了明显的突变,GSS、GSE和GSL的突变年份为1994~1995年,AT10和DT10的突变年份为1997~1998年。④ 近60 a来华北地区生长季指标变化存在着2~3 a、5~6 a的主周期。生长季指标Hurst指数都大于0.7,表现为较强的持续性,其过去变化趋势将在未来继续延续。⑤ 北大西洋年代际振荡指数（AMO）是影响近60 a来华北地区生长季指标（GSS、GSE与AT10）变化的主要大气环流因子。     

论西北干旱气候的若干问题

在考虑干旱气候系统的前提之下,总结了西北干旱气候的形成和演化规律,对西北干旱气候的预测理论和方法作了一些定性讨论。初步提出了西北气候干旱化的一些基本对策,特别强调了开发绿洲气候资源和提高西北水资源利用效率在干旱化对策中的作用。粗略估计了当前可实现的干旱化对策措施对西北水资源供求矛盾的缓解能力。指出了研究我国西北干旱气候系统所面临的困难和存在的不足,以及今后需要重点研究的科学问题。     

基于物元模型的西北干旱区城市环境质量综合评价--以河西走廊的张掖市为例

在我国实施西部大开发战略以及全面建设小康社会的过程当中,西北干旱区的工业化和城市化进程将进一步加快,由此必然带来城市环境污染治理难度加大的问题。对城市环境质量进行综合评价,并分析城市环境质量变化的原因和发展趋势,是当前西北干旱区城市环境保护工作亟待加强的首要课题。针对西北干旱区城市环境的特点,选取有代表性的14个具体指标作为西北干旱区城市环境质量综合评价的指标体系。在参考国家环保总局制定的环境标准的基础上,将城市环境质量划分为5个级别,并利用物元分析理论,建立了西北干旱区城市环境质量综合评价的物元模型。以西北干旱区典型的绿洲城市张掖市为例对该模型进行了具体应用。结果表明,8年来张掖市的城市环境质量一直属于Ⅱ级,而且有总体好转的趋势,但是这一趋势并不明显。这一结果与现实成因吻合,说明所采用的指标体系和评价方法对西北干旱区城市环境质量的综合评价具有较强的应用价值和现实意义,可以在西北干旱区其它同类城市进一步推广。     

西北干旱、半干旱区区域可持续发展综合评价模型研究

以西北干旱、半干旱区为研究背景,针对区域可持续发展评价问题,运用Fuzzy数学方法,建立了二级层次结构的综合评价模型。其中,一级评价模型建立在各评价因素子集上,它着眼于各评价因素子集中每一个具体的评价因素,建立隶属度矩阵以及最理想与最不理想单元,计算各区域可持续发展的隶属度。二级评价模型建立在整个评价因素集合上,它着眼于各评价因素子集,在一级评价模型评价计算的基础上,建立综合评价模型,计算各区域可持续发展的隶属度。应用该模型对三西地区某11个区域进行评价,计算出了每一个区域可持续发展的隶属度。     

中国西部干旱区生态环境演变过程

根据湖沼沉积、黄土沉积和冰积等地质记录，运用地理信息系统、遥感、生态景观学等方法．从万年、千年和百年及百年以下四个时间尺度对中国西部干旱区生态环境演变过程进行研究。结果表明，全新世以来，中国西部干旱区的气候变化经历了多次的相对暖干和相对冷湿交替变化，变化历程较为复杂。早全新世、中全新世、晚全新世气候特点因地因时而异，但总体特征以干旱化为主，280～350a来，降水量有明显的减少趋势，并表现出显著的周期性。但在近半个世纪以来，中国天山地区的气候变化特征表现为气温升高，降水量增加。总的来说，从20世纪80年代以来，新疆的气候趋于好转，植被覆盖状况改善明显，山地森林、草甸、人工绿洲的面积均呈增加趋势。研究结果还表明，在一定尺度的气候背景条件下，地表的植被覆盖对调节绿洲区域气候有着积极的作用，可增加局部地区的降水。     

西北干旱区生态重建与人地系统优化的宏观背景及理论基础

本文在系统分析全球干旱区生态重建与人地系统优化宏观环境的基础上,分析了我国西北干旱区生态环境恶化形势和面临的生态重建机遇及挑战。认为生态威胁已上升为全球最大的安全威胁,生物多样性退化速度惊人,许多物种频频告急,诸多脆弱生态区域先后沦为生态灾难区,国家与地区之间的跨国生态掠夺仍在继续,惊人的生态破坏加剧着生态贫困与经济贫困,生态重建引起国际社会关注,生态安全战略成为全球战略重要组成部分。进而把区域可持续发展理论、恢复生态学理论、社会生态学与地生态学理论作为西北干旱区生态重建与经济可持续发展的理论基础。     

西北干旱区典型绿洲气候因子非线性特征研究——以新疆石河子地区为例

以西北干旱区典型绿洲新疆石河子地区为例,使用该区1959—2006年的年平均气温和降水量资料,基于小波变换从多时间尺度分析了气候因子的波动、突变和周期特性,并通过关联维数和R/S分析方法揭示了其分形与混沌特征。结果显示,石河子地区气候变化呈现复杂的非线性特征,具有分形、混沌特征和波动性。研究区降水量变化的主周期分别为5、8、14 a和20 a,但只有5 a和8 a通过了0.05水平下的显著性检验;温度变化的主周期分别在4、7 a和11 a,并且全部显著;研究区温度、降水量序列的关联维分别为4.51和3.21,均为非整数,这意味着该地区的气候因子具有分形和混沌特性;该区温度、降水量的饱和嵌入维分别为7和6,表明要对其进行系统动力学建模,分别需要5～7和4～6个独立的状态变量;在R/S分析中,根据研究区温度（1992—2006年）和降水量（1987—2006年）序列的Hurst指数预测,在2006年后的15 a内该区温度可能仍将保持上升趋势,而降水量在未来的20 a内将可能呈现轻微的下降趋势。     

Hydrological Characteristics of the Heihe River Basin in the Arid Inland Area of Northwest China

The hydrological characteristics of the Heihe River Basin in the arid inland area of northwest China were investigated.The spatial distribution of annual precipitation in the basin indicates that it decreases from east to west and from south to north,and increases with elevation by a gradient of 24.4 mm per hundred meters below 2,810 m a.s.l.,but decreases with elevation by that of 37.0 mm per hundred meters above 2,810 m a.s.l.For the last 50 years,the mountain runoff of the ba-sin has a tendency of increase.Except in the mountain area,the aridity is very high in the basin,and the aridity index ranges from 1.6 to 7.0 at the piedmont,to 9.0～20.0 in the midstream area and up to 40.0 in the downstream Ejin region.It is estimated for the last 50 years that a 1oC increment of annual temperature causes a 21.5 mm increase of evaporation in the mountain area,and the equivalent reduction of mountain runoff is 0.215×109 m3/yr at the Yingluoxia Hydrometric Sta-tion.The estimation shows also that a 1oC increment of annual temperature causes 1,842 mm increase of farmland evapotranspiration in the midstream area,an equivalent of 0.298×109 m3/yr more water consumption.The anthropogenic influence on the hydrological processes and water resources is then discussed.     

西北干旱区水资源约束下城市化过程及生态效应研究的理论探讨

城市化是西北干旱区实现小康目标的必由之路,然而最大的自然障碍因素是水资源严重短缺。现实的城市化与水资源及生态环境保护之间存在着各种矛盾与胁迫。从城市化过程及其生态效应研究的重要性出发,透过对国内外研究进展的分析与评述,把水资源作为西北干旱区先决约束条件。提出了水资源约束下西北干旱区城市化过程及其生态效应的研究思路,包括选择水资源变化过程与城市化过程之间相互胁迫的驱动因子,揭示水资源变化对城市化过程的胁迫机制与规律;分析城市化过程引起的与水相关的生态效应;建立城市化过程及其生态效应预警指标体系。对不同强度水资源约束下城市化过程进行动态预警和情景分析;选择最节水的城市化发展模式和建设节水型城镇体系等。进而为加快西北干旱区城市化发展进程、改善干旱区生态环境、实现小康目标提供科学的决策依据。     

冬季结冰灌溉对苏打盐碱土水盐变化的影响

在苏打盐碱土区进行结冰灌溉试验,研究灌溉后盐碱土土壤水分和盐分的分布状况。试验分为淡水结冰灌溉(E)、微咸水结冰灌溉(D)、微咸水结冰灌溉+100%GR(石膏需求量)磷石膏(A),微咸水结冰灌溉+50%GR磷石膏(B),以及对照(CK),5个处理。灌溉水量为180 mm。试验结果表明灌溉融水增加了土壤耕层的含水量,为春播抗旱起到了重要作用。同时灌溉融水使土壤耕层主要离子Na+、Cl-、CO32-、HCO3-明显降低,使土壤耕层的盐碱化程度得到改善。不同处理方式之间比较,微咸水结冰灌溉洗盐效果和盐碱化改良效果明显好于淡水结冰灌溉,微咸水+磷石膏淋洗和改良效果好于微咸水结冰灌溉,且随着磷石膏施用量的增多,洗盐和改良效果更好。     

1982~1999 年我国东部暖温带植被 生长季节的时空变化

利用1982~1996 年5 个站点的植物群落物候观测数据和物候累积频率拟合法, 划分各站逐年的植被物候季节, 并确定各季节初日对应的当地归一化差值植被指数(NDVI) 阈值。 在此基础上, 通过对物候站各年NDVI 曲线的年型聚类分析和区内所有像元逐年NDVI 曲线的空间聚类分析, 实现植被物候季节的时空外推估计, 从而得到我国暖温带落叶阔叶林地区1982~1999 年植被物候季节初日和生长季节长度的时空格局。结果表明, 多年平均的植被物 候季节初日和生长季节长度呈现出主要随纬度和海拔高度变化的空间格局。在这18 年中, 整 个区域的物候春季初日以提前为主, 且以华北平原提前的趋势最为显著;夏季、秋季和冬季 初日以推迟为主, 也以华北平原推迟的趋势比较显著;因此, 华北平原植被生长季节呈显著 延长的趋势。本文揭示的植被物候季节初日的趋势变化与华北地区各季节气温的趋势变化基本吻合;植被生长季节的趋势变化特征与欧洲单种植物物候生长季节, 以及欧亚大陆和我国温带遥感植被生长季节的趋势变化基本一致, 但植被生长季节初、终日期和长度的趋势值明显大于后者, 表明该地区植物物候对于气候变暖的响应更加敏感。