黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量

黑河流域中生态最为脆弱、植被退化最为严重而对全流域生态治理目标的实现极为关键的地区在下游额济纳绿洲。黑河分水方案主要控制年总量,由来水过程确定分水时机,采用“全线闭口、集中下泄” 的分水方式,这容易导致分水与下游绿洲需水的时间错位。要实现黑河分水对下游天然绿洲的作用和意义,不仅要充分保证分水量,更要选择适宜的分水时间,如果分水错过了下游绿洲生态需水的关键期,将会直接影响绿洲植被的正常生长。要维持黑河下游额济纳绿洲健康、稳定和持续发展,确定生态需水的关键期是首当其冲的问题。本文通过对黑河下游额济纳绿洲地下水位时空动态变化过程、天然植被耗水过程和绿洲生态过程及水文过程的关系研究,确定了黑河下游额济纳绿洲生态需水的关键期。建议在生态关键期保障输送必需的水量,合理调节水库出水量与河道径流量,保障4月和8月关键期的需水量,其中4月至少要保证0.80亿m3的输水量,8月至少要保证1.08亿m3的输水量,确保下游绿洲植被的生理需水,同时考虑到前期缺水和随后的月份水量消耗,尽可能增加关键月的配水量。     

黑河下游绿洲NDVI对地下水位变化的响应研究

本研究选取黑河下游核心绿洲区作为研究区域,通过对绿洲区植被变化和地下水位的长期监测,分析黑河下游绿洲植被与地下水位的关系;通过表面分析以及空间分析方法,探讨地下水位变化对绿洲植被的分布格局的影响,揭示绿洲植被变化对地下水位的响应。结果表明：额济纳地区2001年归一化植被指数(NDVI)值整体上小于1990年NDVI值,植被生长状况较1990年差;2009年河道附近绿洲区局部NDVI值增加,但大部分NDVI值仍小于1990年。相较2001年,2009年西河中上段河道附近植被有明显改善,西河下段植被仍呈现退化趋势,这主要与东西河分水措施有直接关系;东河上段河道附近绿洲呈现明显好转,东河中段变化不大,而东河下段植被面积略微增加,东居延海周围植被明显好于2001年。通过比较1990年、2001年和2009年地下水位与NDVI值的关系发现,地下水较为适宜的水位仍保持在2~4 m之间,地下水位下降与植被退化或者植被盖度降低有直接关系。     

黑河下游额济纳绿洲现代荒漠化过程及其驱动机制

额济纳绿洲是发育在黑河下游内陆河三角洲上著名的天然绿洲。20世纪50年代以来,额济纳绿洲现代荒漠化过程加剧,绿洲萎缩,生态恶化。绿洲现代荒漠化过程是由水环境恶化过程、土壤干燥化过程、植被退化与生物多样性衰减过程、土地沙漠化过程和土壤盐碱化过程构成的地表动力学过程。导致额济纳绿洲荒漠化的驱动力是区域气候暖干化、强盛的风蚀侵蚀力、上中游过度开发水土资源的人为活动和额济纳绿洲内的“三滥”活动等。荒漠化驱动力的第一主成分与第二主成分的贡献率分别为59．276％和28．083％,反映出绿洲荒漠化驱动因子的多面性和综合性,绿洲内外过度的人为活动是其主导驱动因素。内在、外在驱动力在时间与空间上的耦合性是绿洲荒漠化的区域机制,驱动力因子团的互动-激发作用形成荒漠化的动力机制,驱动力与荒漠化土地间的响应形成正反馈机制,三种作用机制组合成绿洲现代荒漠化过程的复杂的驱动机制。     

黑河下游植被对调水的响应

由于黑河下游来水量的减少,黑河下游绿洲面积急剧退化.为了改善黑河下游的生态环境问题,遏制绿洲进一步退化的趋势,国务院批复于2000年开始对黑河下游进行调水,通过9年调水,黑河下游水资源时空分布发生了很大变化.为了客观评价黑河下游植被对调水的响应,本文通过实地调查、遥感等手段,分析了黑河下游1995-2004年地下水埋深、典型植被、景观类型及东居延海在调水以来的变化情况.研究结果表明:黑河下游生态环境对调水响应明显,下游生态环境向良好的方向转变.     

额济纳绿洲生态环境的历史演变及其受损因素分析

额济纳平原广大的戈壁滩植被极为稀少,绿洲主要分布在东、西两河的沿河地带以及古日乃湖盆地区,典型的干旱荒漠气候及地质地貌条件是额济纳平原绿洲生态环境退化的动力条件和物质基础。人为的破坏自然植被,减少河流来水量,是额济纳平原环境退化的根本原因。自本世纪六十年代以来,由于黑河进入额济纳平原区水量的不断减少,导致西居延海、东居延海相继干涸,绿洲面积不断减少,植被退化严重,从而引起生态环境的日趋恶化,产生和加剧了一系列的生态环境问题。概括起来,额济纳平原绿洲生态环境问题主要是:湿地减少、植被退化、土壤盐渍化以及土地沙化和荒漠化等。     

黑河流域额济纳绿洲生态保护措施及其效应分析

讨论黑河流域水资源开发利用以及引起的生态环境问题,分析额济纳绿洲生态保护措施及其效应。流域调水等治理措施使下游天然绿洲萎缩和生态退化的趋势得到一定程度的遏制;拟建的正义峡水库和输水渠道等水利工程可保护额济纳绿洲核心地带生态,但带来外围天然生态植被的退化,需要进行大时空尺度的生态影响分析论证。提出中游地区地表水和地下水联合开发利用,以提高水资源利用率,同时修建山区水库是提高水资源利用效率的理想方式;下游地区实施生态移民安置工程。     

胡杨(Populus euphratica)树轮记录的20世纪40年代前后黑河下游分水过程及其生态影响

黑河下游额济纳绿洲在20世纪40年代前后的东、西河分水是历史文献中记录的过去百年黑河流域人为分水的主要事件之一。在额济纳绿洲采集了覆盖绿洲范围的28个胡杨(Populus euphratica)样点,利用树轮学的方法,研究此次分水对河岸胡杨林径向生长的影响。结果表明:相较于1954—1989年的平均状况,1945—1950年东河附近径向生长量平均减少46%,西河附近平均增加16%。1948年为1900—1989年间绿洲内总体胡杨径向生长量最低的年份。所以,在额济纳绿洲内水量分配上,过于集中并不利于绿洲总体胡杨生长。由于受到人类活动的强烈影响及河岸林水分限制因子空间异质性的影响,绿洲内胡杨径向生长存在较大的空间异质性。     

荒漠河岸林地下水位时空动态及其对地表径流的响应

荒漠河岸林是干旱地区重要的生态系统之一,受间歇性河流补给的浅层地下水是河岸林植物生存的主要水分来源。基于额济纳荒漠河岸林地下水位观测断面具有高时空分辨率的地下水位数据,分析了荒漠河岸林浅层地下水的时空变化及分水事件中河水对地下水的补给特征。结果表明：额济纳绿洲河岸林地下水位在季节尺度上具有植物生长季下降,非生长季上升的变化特征;在植物生长季内,地下水位具有白天下降,夜间上升的日周期变化特征,且日波动幅度主要受不同植被类型及植物不同生长期地下水蒸散速率的影响。黑河下游河水的河道渗漏是沿岸浅层地下水的主要补给来源,在分水过程中,距河道不同距离的地下水位对河水补给的响应时间随距离增加而增大,分水结束时的地下水位上升幅度随距离增加而减小,分水总径流量、分水持续时间和日均径流量是影响地下水补给宽度的主要因素。河道径流渗漏水量的绝大部分都通过蒸散发过程损失,从2013—2015年6次分水事件结束后,地下水估算补给量占其与蒸散量总和的平均比例为23.6%。     

西北干旱地区水资源与生态环境保护

西北干旱地区的水资源主要是地表水。地表水具有时空分布不均、河川径流补给来源的多样性和与地下水转换频繁等许多特点。西北干旱地区的生态环境在人工绿洲内部有所改善 ,但在绿洲外 ,正在进一步恶化 ,包括土地沙漠化、冰川退缩、湖泊干涸、下游河道断流、沙尘暴频次增加、天然草地大面积退化、天然植被遭到破坏等。这些问题都需要用水来解决。当前生态环境恶化的典型事例有 3处 :塔里木河下游、黑河额济纳地区和石羊河民勤地区。     

质变和量变两种维度下新疆山区土地覆盖变化分析

山区是新疆主要的产流区,山区土地覆被变化对新疆经济发展和生态环境安全具有重要意义,但新疆山区的土地利用整体变化情况尚不太清楚。该文基于新疆1∶10万土地覆被类型数据和GIMMS 3 g植被指数数据,综合运用GIS空间分析和月平均、距平和趋势保留预置白处理方法及Mann-Kendall非参数趋势检验方法,提取与分析了新疆三大山区在1990—2010年土地覆盖类型转化和1982—2013年的植被覆盖变化情况,尝试从2个维度分析新疆山区土地覆被变化情况,探讨了植被覆盖的显著变化与土地覆盖类型之间的空间关系。结果表明:1)以土地覆盖类型转化为标志的新疆土地覆被质变情况发生比例很小,99%的土地覆被类型没有发生变化;2)新疆三大山区中均有大于35%的面积植被状态发生了不同方向上的显著变化,阿勒泰山区植被退化30.38%,植被改善4.07%,天山山区植被退化25.27%,植被改善18.26%,昆仑山山区植被退化33.69%,植被改善19.83%;3)发生退化的区域主要分布于人类活动干扰较强的低海拔及山前地区,且主要以草地和稀疏草地为主,阿勒泰山区草地退化面积占到总面积22.18%,天山山区稀疏草地和草地退化面积占到总面积18.88%;昆仑山区植被稀疏草地和草地退化面积占到总面积10.74%。研究结果说明从质变和量变二种角度的分析能够提供对山区土地覆被变化提供更全面的认识,在分析土地覆被变化的生态水文响应时应当给予综合考虑。     

额济纳天然绿洲景观变化及其生态环境效应

基于研究区1987年LandsatTM和2001年LandsatETM+遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件APACK,就近15年来额济纳天然绿洲景观格局变化进行了分析,并进一步探讨了由此所引起的生态环境效应。研究结果表明:1)天然绿洲面积与水域面积急剧缩减,绿洲荒漠化程度加剧;2)绿洲景观与荒漠景观过渡地带为各景观生态类型相互转化最为剧烈的区域;3)景观多样性与景观异质性程度减小,景观稳定性降低;4)景观变化所引起的生态环境效应包括地下水矿化度升高、水质下降,植被退化与物种多样性降低,沙尘暴危害加剧以及生态难民数量增加等。     

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。     

冀北地区植被指数变化特征及影响因素分析

利用8km分辨率的NOVV/AVHRR NDV I数据、土地利用/覆被变化TM影像解译数据、气候数据、DEM数据和经济统计数据,对冀北地区1987~2000年植被覆被变化特征及影响因素进行了分析,得出主要结论如下:冀北地区土地覆被变化下NDVI平均增加值为0.35,变化特征为集中连片。土地利用变化导致NDVI平均减小值为0.17,变化特征呈斑块状离散分布。土地利用类型变化、错季蔬菜生产等人为因素对土地覆被变化下NDVI变化贡献率较低,降水、特别是生长季降水分布特征是影响NDVI变化的重要因素。     

间歇性输水影响下的2001-2011 年塔里木河下游生态环境变化

采用2001-2011 年野外调查资料和卫星遥感影像数据,对生态输水影响下的塔里木河下游地下水、植被变化特征进行分析,并探讨了典型断面植被对地下水埋深变化的响应关系。结果表明:(1) 各断面地下水位变化过程与河道来水过程密切相关,近10 年来经历了显著抬升(2000-2005 年)—缓慢降低(2006-2009 年)—小幅抬升(2010 至今) 的过程,主要表现为随生态输水量的改变呈波动变化;地下水位抬升幅度与生态放水量的相关系数达0.78,与生态放水持续时间的相关系数为0.70。(2) 2001-2011 年塔河下游植被覆盖面积总体上呈增加趋势,其中灌木林地和草地变化显著,林地和耕地面积呈小幅度变化;植被覆盖度的变化主要表现为2001-2006 年显著提高和2006-2011 年小幅变化。(3) 植被覆盖度随地下水位的抬升呈现出增加的趋势;垂直河道的方向上,同时期植被覆盖度与地下水埋深空间分布特征一致,均以输水河道为轴向两侧植被覆盖度(地下水埋深) 逐渐降低(增大);平行河道的方向,植被覆盖度对地下水埋深的响应幅度随着离大西海子水库距离的增加而减小。     

气候和土地利用变化对塔里木河干流区植被覆盖变化的影响

基于遥感和地理信息系统技术,利用1998—2008年SPOT-VEGETATION归一化植被指数（NDVI）数据对塔里木河干流区1998—2007年植被覆盖的时空变化进行了监测,并从气候变化和土地利用变化双重角度分析了植被覆盖变化的原因。研究表明,塔里木河干流区植被覆盖变化经历了两个阶段:1998—2001年植被覆盖严重退化时期;2002—2007年植被覆盖度由急剧上升到缓慢下降再到持续升高时期,NDVI明显高于20世纪末期水平。塔里木河干流区植被覆盖变化存在显著的空间差异,绿洲农业灌溉区和退耕还林还草生态恢复区的植被覆盖度显著提高,天然草地植被区的植被退化严重。塔里木河干流区植被覆盖变化是气候和土地利用变化共同作用的结果。温度对植被覆盖变化的影响表现为对植被生长年内韵律的控制和秋季植被生长期的延长,年降水量的波动式上升是导致塔里木河干流区植被覆盖变化两个阶段呈现差异的主导因素。     

地下水位变化对干旱区植被盖度的影响及其空间变异特征

Sampling and testing are conducted on groundwater depth and vegetation coverage in the 670 km^2 of the Sangong River Basin and semi-variance function analysis is made afterwards on the data obtained by the application of geo-statistics. Results showed that the variance curve of the groundwater depth and vegetation coverage displays an exponential model. Analysis of sampling data in 2003 indicates that the groundwater depth and vegetation coverage change similarly in space in this area. The Sangong River Basin is composed of upper oasis, middle ecotone and lower sand dune. In oasis and ecotone, influenced by irrigation of the adjoining oasis, groundwater level has been raised and soil water content also increased compared with sand dune nearby, vegetation developed well. But in the lower reaches of the Sangong River Basin, because of descending of groundwater level, soil water content decreased and vegetation degenerated. From oasis to abandoned land and desert grassland, vegetation coverage and groundwater level changed greatly with significant difference respectively in spatial variation. Distinct but similar spatial variability exists among the groundwater depth and vegetation coverage in the study area, namely, the vegetation coverage decreasing (increasing) as the groundwater depth increases (decreases). This illustrates the great dependence of vegetation coverage on groundwater depth in arid regions and further implies that among the great number of factors affecting vegetation coverage in arid regions, groundwater depth turns out to be the most determinant one.     

Influence of groundwater level change on vegetation coverage and their spatial variation in arid regions

Sampling and testing are conducted on groundwater depth and vegetation coverage in the 670 km2 of the Sangong River Basin and semi-variance function analysis is made afterwards on the data obtained by the application of geo-statistics. Results showed that the variance curve of the groundwater depth and vegetation coverage displays an exponential model. Analysis of sampling data in 2003 indicates that the groundwater depth and vegetation coverage change similarly in space in this area. The Sangong River Basin is composed of upper oasis, middle ecotone and lower sand dune. In oasis and ecotone, influenced by irrigation of the adjoining oasis, groundwater level has been raised and soil water content also increased compared with sand dune nearby, vegetation developed well. But in the lower reaches of the Sangong River Basin, because of descending of groundwater level, soil water content decreased and vegetation degenerated. From oasis to abandoned land and desert grassland, vegetation coverage and groundwater level changed greatly with significant difference respectively in spatial variation. Distinct but similar spatial variability exists among the groundwater depth and vegetation coverage in the study area, namely, the vegetation coverage decreasing (increasing) as the groundwater depth increases (decreases). This illustrates the great dependence of vegetation coverage on groundwater depth in arid regions and further implies that among the great number of factors affecting vegetation coverage in arid regions, groundwater depth turns out to be the most determinant one.     

人工绿洲生态系统中土壤和植被对土地利用变化的响应——以北屯绿洲为例

在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术的支持下,对干旱区典型人工绿洲-北屯绿洲1989和2005年两期遥感影像进行了处理,分析了绿洲16年来的土地利用/覆盖变化.通过野外调查、实验室分析及"时-空替代法"等方法,对人工绿洲生态系统中的土壤和植被对LUCC的响应机制进行了分析.结果表明:(1)北屯绿洲耕地和盐碱沼泽地面积不断增加,垦荒和撂荒成为土地利用变化的两个主要过程.(2)绿洲土地利用变化对土壤养分和pH值的影响显著.(3)耕地的土壤盐分含量低于弃耕地和荒地.(4)随着土地利用类型的变化,群落组成发生较大变化,优势种更替明显.     

额济纳绿洲沙漠化对柽柳群落影响的研究

柽柳群落是黑河下游额济纳绿洲重要的荒漠河岸林，有河滩和沙地两个亚群系。通过对该区域的考察和对植物群落、土壤的取样分析，表明了在绿洲因水资源短缺而发生环境恶化的过程中，两个亚群系均产生了群落衰退，包括群落种类组成趋向柽柳单一种群，当年生物量占现存生物量比率下降，枝条枯死率上升，而群落盖度、植丛高度、丛幅等无显著变化，因此评估沙漠化的指标应以枝条枯死率为主。土壤表层盐分、有机质和机械组成在河滩系列变化较缓，沙地系列较强烈。在水资源持续短缺情况下，柽柳群落演替的最终结果是柽柳全部死亡后直接演变成裸地和流沙。柽柳群落是额济纳绿洲面积最大的群落类型，因而也是阻止、延缓绿洲沙漠化的最后防线，应注意保护和抚育。