塔里木河下游垦区绿洲景观格局变化分析

以塔里木河下游垦区为研究区,对其1986～2000年的景观变化进行了研究。结果表明,景观变化主要体现在：(1)随着人类土地开发利用的程度提高,区域景观趋于多样化和均匀化,主要是以人类活动造成的灌木疏林地、低质草地和草地的退化为主;其次,人工绿洲的开垦多在这三类用地上;此外,水库蓄水面积的增大,淹没了部分这类用地。(2)从斑块的绝对面积来看,始终是以荒地和低质草地为主,且荒地、水浇地、水田、水域和沼泽在两个灌区都是逐步增加的,荒地面积的增加反映了研究区生态退化趋势较为严重。(3)从斑块转移概率来看,研究区居民地、荒地、低质草地以及水浇地至少有94％以上的面积是保持其原来状况的;而沼泽的转移概率达到84％以上,主要转移为水域。反映了区域绿洲景观的主体仍然是以荒漠为背景的强烈人为干扰的人工绿洲景观．以及人工绿洲对水资源的依赖。     

塔里木河下游垦区绿洲生态系统服务的价值

生态系统服务价值的评估研究是生态学结合社会发展所面临的环境挑战而出现的一个新的研究热点 ,是建立绿色国民经济核算体系的基础工作。以Constanza等对全球各类生态系统服务单位公顷价值的平均估算结果 ,根据对 1986年、1990和 2 0 0 0年的塔里木河 (以下简称塔河 )流域 1 10万的陆地卫星TM图像解译数据为基础 ,在分析塔河下游土地利用与植被覆盖变化的同时 ,对塔河下游以塔里木垦区为主的人工及部分天然绿洲区生态系统服务的价值予以估算 ,结果表明 :按当前价计算 ,研究区生态系统服务的年价值 1986年为 77.84× 10 6＄ ,相当于6 4 6 .0 72× 10 6元人民币 ;1990年为 10 5 .93× 10 6＄ ,相当于 879.2 19× 10 6元人民币 ;2 0 0 0年为 183.77× 10 6＄ ,相当于 15 2 5 .2 91× 10 6元人民币。由于缺乏对盐碱荒地、居民点用地、沙丘 /戈壁等的相关研究信息 ;因此 ,该结果是对研究区生态系统服务总价值的保守估计。     

气候变化背景下玛纳斯河流域绿洲适宜规模研究

近年来干旱区人工绿洲规模不断扩大造成水资源日益紧张,其可持续利用面临新的挑战。为宏观调控水资源提供依据,本文基于水热平衡原理,以干旱区典型绿洲玛纳斯河流域为研究区,采用2000、2005、2010和2015年的水文气象资料和各年（6~8月）TM遥感影像数据,分析了玛纳斯河流域在温室气体中、高排放（RCP4.5和RCP8.5）两种气候情景下,以及理想绿洲结构（AbdEI-Ghani）、现有绿洲结构两种绿洲分布情景下的绿洲适宜规模。研究结果显示：玛纳斯河流域2005、2010、2015年实际绿洲面积分别为2000年实际绿洲面积的109%,114.91%,92.39%;2005、2010、2015年适宜绿洲面积分别为2000年适宜绿洲面积的111.39%,118.8%,115.39%。2020年和2030年的结果对比发现,相同气候情景下AbdEI-Ghani绿洲结构的适宜绿洲面积低于现状结构下的绿洲面积,表明如果按照现状趋势发展,绿洲表现出过度开发的趋势。     

新疆昌吉绿洲耕地适宜规模研究

干旱区内耕地急剧扩张导致水资源严重超载,进而引发一系列生态问题,因此对干旱区绿洲耕地适宜规模进行科学评估,将为干旱区农业可持续发展与生态保护提供重要参考。本文以水资源为约束条件,选择2000年、2005年、2010年、2015年和2018年5个研究时段,分别测算了适宜当地社会经济发展和生态环境需求的"三生"用水量;并基于绿洲水热平衡原理,耦合作物种植结构、不同生长期内的作物系数以及灌溉保障率、耕地覆膜等因素,构建了干旱区耕地水热平衡估算模型,探讨了不同情景下新疆昌吉州耕地适宜规模及其超载程度。结果表明,5个时段中,临界耕地适宜规模情景下的种植业可用水量由2000年的31.75亿m³波动下降至2018年的24.83亿m³,而最佳耕地适宜规模情景下则由27.63亿m³波动下降至21.10亿m³。棉花和小麦在当地种植业结构中占比之和由43.58%提高到2018年的59.08%,两种作物的低耗水特性使其种植占比的提高有利于当地种植业向耕地规模扩张的方向演进。各时段中,保障充分生态用水的最佳耕地适宜规模在28...     

塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带植物多样性特征及优势种群分布格局

结合10个断面的30个样地野外调查结果,采用物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson优势度指数(D)、物种均匀度指数(JSW)、Whittaker指数、Cody指数、扩散系数(C)、负二项参数(K)、平均拥挤度(m*)、丛生指标(I)、聚块性指标(PI)、Green指数(CA)、Cassie指标(GI) 综合分析了塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带植物群落多样性及优势种群的空间分布格局。结果表明:塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带优势种群为胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix spp.)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、盐穗木(Halostachys caspica)、花花柴(Karelinia caspica)、芦苇(Phragmites communis)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、甘草(Glycyrrhiza inflata)、罗布麻(Apocynum hendersonii),受生境中水分条件的影响,各种群均呈聚集分布格局;各群落α-多样性指数低,物种多样性呈梯度变化,受环境水土资源条件限制,物种丰富度变化为:绿洲内>交错区>荒漠区;受地下水埋深的影响,群落结构呈规律性变化:乔-灌-草结构—灌-草结构—单一灌木结构—灌-草结构—乔-灌-草结构;Whittaker指数、Cody指数显示群落β-多样性随着地下水埋深梯度发生变化,过渡带是绿洲和荒漠物种分布变化的分界地带。因此,地下水埋深是决定塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带物种多样性和种群分布的决定因素。     

塔里木河下游胡杨林根系吸水模型

以塔里木河下游河岸带生长良好具有代表性的胡杨为供试植被,利用土壤水分特征曲线的分形结合胡杨根系分布函数的方法,对根区土壤水分和根长根系吸水关系进行了研究,确定了土壤水分特征曲线和非饱和土壤导水率。根据干旱区胡杨根系分布特征建立了干旱区胡杨二维根长密度函数。所建根长密度函数在根层近地表处服从抛物面分布,而在根层下部服从指数面分布,并基于二维改进的Feddes模型,建立了胡杨根系吸水的二维数学模型。结果表明,春季、夏季、秋季、冬季实验区胡杨根区土壤水分模拟值与实测值的平均误差依次分别为4.0%、7.2%、5.9%、4.9%,均低于10%,得到了较好的模拟效果。这进一步提升了干旱区植物根系吸水模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。因此,该二维模型在干旱区植物耗水计算中具有广泛的应用价值和现实意义。     

塔里木河下游地区滴灌沙枣防护林地土壤盐分分布特征

为了研究不同滴灌措施对极端干旱区防护林土壤盐分的淋洗作用,以沙枣（Elaeagnus angustifolia）防护林作为研究对象,对塔里木河下游喀拉米吉绿洲沙枣防护林开展了灌溉与不灌溉、不同滴头距离、不同滴灌年限处理的试验。结果表明：①不灌溉林地土壤盐分含量与流动沙丘相似,流动沙丘土壤盐分分布的空间异质性大于不灌溉林地。滴灌林地土壤含盐量低于不灌溉林地。②1.5 m滴头距离处理与其他处理相比压盐碱效果显著（P<0.01）。1.5 m与3 m滴头距离处理在50 cm土体中含盐量差异达极显著水平（P<0.01）,前者比流动沙丘低30.5%～32.7%、后者比流动沙丘高17.1%～13.3%。与3 m滴头距离处理相比,1.5 m滴头距离处理产生水盐运移的“互作”影响,盐峰下移。③滴灌后的第1、2、3年,林地的土壤盐分分别下降至30 cm、50 cm和70 cm以下,基本对沙枣根系生长没有影响。随着滴灌次数增加,根系生物量逐渐增大,根系附近土壤盐分逐渐减少。滴灌能使防护林的根系分布上移,大部分在10～65 cm土层内,土层越深,林木的根系越少。④灌水季节末期,不同林龄的防护林在120 cm土体的含盐量表现为：1 a林＞2 a林＞6 a林,说明滴灌对林龄大的防护林淋洗效果更为明显;非灌溉季节里,防护林的林龄越大,其土壤盐分表聚现象越明显。     

应用因子分析研究塔里木河下游生态环境的退化

采用SPSS分析软件,对塔里木河下游沿河道布设的39个样地进行了环境退化的因子分析。通过数学变换,9个观测指标被转换为2个综合指标(主分量)。根据本地区的实际,对2个综合指标进行了环境解释。依据这2个主分量的贡献率计算了塔里木河下游39个样地的因子得分,并据此进行了环境退化程度(荒漠化)的评价。从因子得分结果看,塔里木河下游地区呈明显的随距大西海予水库距离的增加荒漠化程度加重的特点,引起这一结果的主要原因是水、盐条件逐渐恶化带来的植被衰败。从分类的结果看,与本地区的实际基本相符合。这说明因子分析的方法综合了多指标的综合影响,划分的结果更加客观。     

塔里木河下游荒漠生态系统退化机制分析

近几十年来,塔里木河下游河道断流,地下水水位剧烈下降,天然植被衰退,土地的沙质荒漠化问题十分严峻。通过对下游退化荒漠生态系统的脆弱性和不稳定性以及干扰体驱动力的分析,阐述了该系统退化的机制,并在此基础上,提出了退化荒漠生态系统的恢复对策。系统的内在脆弱性特征决定了其抗干扰的能力差,退化后恢复的弹性小;强烈的人为干扰体是系统退化的重要驱动力。下游荒漠生态系统的退化是系统内在特性和外在干扰体综合作用的结果。在干旱区严酷的生态环境下,荒漠生态系统的人为干扰结果值得重视。2000年5月以来的塔里木河下游生态输水,使系统的退化形式得到了一定程度的遏制,但系统的恢复是有限的。植被的恢复,必须遵循干旱区植物的生态学性质,密切结合植物发生所需的环境条件,特别是干旱区植被分布格局与地下水的关系。     

塔里木河上游绿洲土壤表层盐分特征

土壤盐分空间分布特征及其离子组分关系是了解水盐运移规律的关键,可为提出因地制宜的盐渍土改良措施提供科学参考。在土壤聚盐高峰期,采集了塔里木河上游阿拉尔垦区64个样点的表层（0～20 cm）土样,进行盐分指标测定,并采用地统计学和灰关联分析方法研究了土壤盐分的空间分布格局及土壤盐分组成离子对盐分和pH的影响。结果表明：（1）样区土壤含盐量和碱化程度较高,土壤pH具弱变异性,电导率、总盐量和大部分离子含量均具强变异性。（2）电导率、总盐量和大部分离子含量较其他指标的空间变异程度大,结构复杂程度较高。（3）土壤总盐、电导率、Cl-、SO2-4、Na+、Ca2+、Mg2+和K+分布趋势较为一致,由西北向东南方向递减,在老农区和原生荒漠地含量较高;土壤pH分布表现为从北向东南方向增加;HCO-3在土壤中含量最低,空间分布规律不明显。（4）对盐分指标间的灰关联度分析表明,对研究区盐分指标影响最大的是SO2-4、Cl-和Na+。     

塔里木河下游断流河道输水后潜水埋深变化规律研究

通过对塔里木河下游断流河道2000-2006年8次生态输水期间9个地下水监测断面40口监测井潜水埋深变化监测数据的分析,探讨了生态输水以来潜水埋深变化的规律.结果表明:在8次输水的影响下,潜水埋深总体有显著抬升.运用SPSS统计软件对监测数据进行的回归分析表明,近年来塔里木河下游地区潜水埋深抬升是生态输水作用的直接结果,且抬升幅度与输水持续时间和输水量大小成显著正相关关系,横向和纵向上还表现出潜水埋深抬升幅度随距输水源距离改变而变化的正相关关系.塔里木河下游地区地表水是地下水的主要补给来源,且地表水补给地下水主要是以线型渗漏补给,这是输水以来潜水埋深变化呈现上述规律性的主要原因.输水对潜水埋深的影响具有累积性和滞后性,随着输水的继续进行,潜水埋深变化的规律性会越来越明显.     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

塔里木河下游地下水抬升的地表植被恢复价值初探

基于塔里木河下游生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,借鉴国内外生态经济价值量化的计算方法,从地表植被响应的生态经济价值和地下水抬升的潜在恢复价值来计算生态输水后植被恢复的地表生态经济价值。目的是为量化生态输水工程的恢复效益提供理论依据。结果显示:在塔里木河下游典型的考干断面,垂直河道方向为长的2 000 m、平行河道方向为宽的100 m的样带内,地下水位出现了明显的抬升,水位抬升幅度以河道为中心由近到远逐渐降低,这点突出地反映在以柽柳灌丛为主的地表生物量的明显变化上。根据5年的河道区间耗水量资料,计算出该区间100 m宽的样带因输水而投入的水资源价值为0.65×104元,而输水后从地表植被生物量变化引起的地表生态响应价值为1.119×104元,投入产出比为1?1.72;地下水抬升的潜在经济价值是3.741×104元,总的投入产出比为:1?7.477,表明输水有显著的生态效益。     

基于栅格尺度的沙漠化预警模型研究——以塔里木河下游中段区域为例

以塔里木河下游为研究区,基于沙漠化在气候、地表和人文3方面的成因构建沙漠化预警指标体系,并建立预警模型;基于研究区1990年、2000年和2006年的遥感、气候、地表和人文数据,利用ArcGIS对各因子数据进行量化和栅格化处理,通过预警模型实现了研究区3个时期在栅格尺度上（30 m×30 m）的沙漠化程度分布,分别利用前两期和第3期的结果进行参数修正和验证;在此基础上预测研究区“间歇输水”和“无输水”情况下2015年的沙漠化发展趋势。通过参数修正、预警模型对研究区沙漠化程度分布模拟正确率达90%以上,预警模型适用性较好。间歇输水对塔里木河下游沙漠化逆转起到一定的作用,是防止其完全沙漠化的必要措施,但此逆转作用基本上只局限于沿河道有限范围内,无法彻底改变研究区的沙漠化现状。     

A quantitative assessment on groundwater salinization in the Tarim River lower reaches, Northwest China

Based on monitored data from 840 samples, we assessed the spatial and temporal variability of groundwater salinization in the Tarim River lower reaches combining classical statistics and geostatistics. Results show that total dissolved solids (TDS) is significantly correlated with other related ions, such as Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^? and K⁺. TDS and underground water level have characteristics of spatial autocorrelation, both of which present the isotropic characteristic and conform to the spherical model in each year from 2001–2009. TDS is basically greater than 1 g/L but less than 2 g/L in the Tarim River lower reaches, which indicates that salt stagnation pollution is more serious. The most serious salinization (3 g/L < TDS ≤ 35 g/L) contaminated area is mainly in the middle and lower part of the study area.     

A quantitative assessment on groundwater salinization in the Tarim River lower reaches, Northwest China

Based on monitored data from 840 samples, we assessed the spatial and temporal variability of groundwater salinization in the Tarim River lower reaches combining classical statistics and geostatistics. Results show that total dissolved solids （TDS） is significantly correlated with other related ions, such as Na＋, Mg2＋, Ca2-, C1- and K＋. TDS and underground water level have characteristics of spatial autocorrelation, both of which present the isotropic characteristic and con- form to the spherical model in each year from 2001-2009. TDS is basically greater than 1 g/L but less than 2 g/L in the Tarim River lower reaches, which indicates that salt stagnation pollution is more serious. The most serious salinization （3 g/L 〈 TDS _〈 35 g/L） contaminated area is mainly in the middle and lower part of the study area.     

塔里木河下游丛枝菌根植物的侵染

通过对塔里木河下游自然和人工植物群落中的15种主要建群种植物根系菌根的定殖状况的调查及对菌根侵染部位、菌根中的泡囊、丛枝和菌丝的观察,其结果显示:其中11种植物可被AM真菌侵染,占所调查植物种总数的73.33%,野生乡土植物表现出较高的菌根侵染率和侵染强度,其中有84.62%的植物为菌根植物,且乔木、多年生草本和灌木类植物全部为菌根植物,一年生草本植物未见AM真菌侵染;人工引入种蓼科的泡果沙拐枣(Calligonum junceum)和藜科的梭梭柴(Haloxylon ammodendron)均未见有AM真菌侵染。丛枝菌根真菌侵染率、侵染强度与植物所属的科属关系较密切,也与真菌群落所处时空环境及土壤深度有关。     

塔里木河下游生态响应遥感监测研究

以生态应急输水为背景,分析总结了应急输水重大工程实施以来,塔里木河下游生态响应监测诊断研究成果,并利用遥感、GIS等空间信息技术,以2000年7月、2002年7月、2004年7月为研究时段,分别选取三个时相的CEBERS-1CCD遥感影像作为研究数据,对塔里木河下游生态响应进行遥感监测分析。首先,对三个时相的CBERS-1CCD数据进行几何校正、配准、拼接和切割等处理;然后以研究区NDVI数据值域分布为基础,并结合研究区8个样区的实地调查结果,研究建立NDVI分级标准体系;其次,按照建立的NDVI等级标准体系,分别提取研究区三个时相不同等级的NDVI值,并提取相应的土地面积;最后,计算求得研究区三个时相不同等级NDVI所对应土地面积的转化矩阵,并结合研究区生态应急输水背景,通过分析NDVI等级转化情况,揭示研究区生态变化趋势和规律。研究结果显示:2000-2004年期间,研究区植被状况好、较好、一般的土地面积分别增加906.39 km2、593.67 km2、384.13 km2,植被状况较差、差的土地面积分别增加了192.54 km2、348.03 km2。结果表明:遥感技术可以为塔里木河应急输水对塔里木河...     

塔里木河下游河岸带地下水埋深对生态输水的响应过程

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异（包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等）,对2000-2015年英苏断面1 050 m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明：研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1 050 m范围内地下水埋深响应时间维持在1 a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750 m范围内地下水平均埋深维持在2~6 m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。