, 罗格平, 李龙辉Modern oasis evolution analysis based on land-use and land-cover change: A case study in Sangong River Basin on the northern slope of Tianshan Mountains
ZHANGQi, LUOGeping, LILonghui通讯作者:
收稿日期:2016-01-20
修回日期:2016-03-20
网络出版日期:2016-07-25
版权声明:2016《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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摘要
关键词：
Abstract
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1 引言
土地利用/土地覆被变化（land-use and land-cover change, LUCC）作为全球变化重要组成之一,已经引起国内外的广泛关注[1-2]。但由于数据的限制,对LUCC的过程、趋势、驱动力及其引起的生态效应的研究,多集中在资源环境航天卫星数据广泛应用的近40年[3-6],而这之前能够较为精确刻画LUCC过程的数据严重不足[7],且多为基于时空分辨率较低的零散的历史统计数据,通常存在较大的不确定性,甚至与实际情况不符,这对全面认识和客观评估LUCC对气候变化和碳水循环影响是不利的[8-11]。自20世纪50年代以来,中国土地利用/土地覆被（land use and land cover, LULC）发生显著变化[12-13]。中国西北干旱区尤其是新疆,1950s-1960s屯垦戍边,进行了以流域为单元的大规模水土开发,显著改变了干旱区流域绿洲LULC[14-15],流域中部和下部的天然绿洲及其外围荒漠植被被开发为人工绿洲,天然河道被平原水库和灌溉渠系取代。然而,与之相关的LUCC信息十分匮乏,且多为定性的描述,无法满足当时较为剧烈的人类活动对荒漠生态系统影响的评估需求。天山北坡是新疆大规模水土开发的典型区域[16],其LUCC过程和驱动力的研究成果绝大多数是1970s以来基于卫星遥感数据的分析,同样缺乏1950s-1960s的LUCC时空信息[17-20]。近期获取了天山北坡典型流域——三工河流域1958年和1968年珍贵的航空摄影数据（航片）,这为重建1950s-1960s的三工河流域绿洲LULC状况提供扎实的数据基础。三工河流域LUCC是新疆以流域尺度进行水土开发改变地表状况的一个缩影,重建三工河流域绿洲1950s-1960s LUCC过程将成为全面认识新疆这一时期LUCC的一个窗口。
三工河流域绿洲扩张是其外围荒漠或荒漠绿洲过渡带不断转化为人工绿洲的过程。对绿洲外围荒漠植被的变化研究,多以荒漠转化为人工绿洲或农业用地等较为宏观笼统的表述为主[17, 21],很少从荒漠植物群落的变化这一层次评估绿洲演变对外围荒漠生态系统结构与功能的影响。因此,很有必要在分析绿洲演变的同时,从植物群落尺度（层次）分析绿洲外围荒漠植被的变化,以全面理解绿洲及其外围荒漠的LUCC。
因此,本文以三工河流域为研究区,分析以LUCC表征的现代绿洲演变过程,主要研究目标包括：① 基于黑白航片、彩红外航片、Landsat TM影像、SPOT 5、Landsat OLI影像构建1950s以来多期LULC数据集;② 基于数理统计模型,分析绿洲LUCC及其外围荒漠植物群落变化特征和现代绿洲演变过程;③ 探讨现代绿洲演变的社会经济背景和土地管理体制的驱动作用,并初步分析绿洲演变的生态效应。
2 数据与方法
2.1 研究区
三工河流域位于东天山北部,古尔班通古特沙漠南缘。地势南高北低,由东南向西北倾斜,是典型的山地—绿洲—荒漠复合生态系统。研究区为三工河流域平原区,主要由绿洲及其外围荒漠区构成（图1）。本文中绿洲指人工绿洲,即在人类开发经营活动影响下形成的,由天然绿洲或荒漠经人为改造形成的高度人工化的生态系统[14]。本文中现代绿洲演变起始于1949年,即新疆和平解放的年份。研究区主要由兵团管理和经营的农场区（简称兵团农场区）和地方管辖的区域（简称地方管辖区）组成。兵团农场区位于绿洲的中下游,主要由阜北农场和六运湖农场构成;地方管辖区为兵团农场区以外的区域,主要包括阜康市和附近乡镇村（图1）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1研究区示意图
-->Fig. 1The location of the study area
-->
2.2 数据与处理
研究数据主要包括：① 1958年、1968年和1978年的黑白航片、1987年的彩红外航片、1998年的Landsat TM影像、2004年的SPOT 5遥感影像和2014年的Landsat OLI遥感影像（表1）,用以获取1950s以来7期三工河流域平原区LULC类型数据;② 2002年、2006年和2014年google earth高分辨率影像数据,用以评价2004年和2014年LULC类型的精度;③ 阜康县志(内部资料)、调查采访数据,用以编制1949年的LULC类型图,辅助验证了LULC类型的变化;④ 2014年野外调查的LULC类型和植物群落分布数据,用以评价2014年LULC类型的精度;⑤ 文献数据[6, 19, 22],用以验证1978年、1987年、1998年绿洲内部LULC类型和2004年荒漠植物群落类型的精度;⑥ 地形图和数字高程模型数据等辅助数据,用以确定研究区域边界。Tab. 1
表1
表1遥感影像信息
Tab. 1Remote sensing images used in the study
| 年份 | 数据类型 | 影像采集时间 | 分辨率或比例尺 |
|---|---|---|---|
| 1958 | 航空影像 | 1958年 | 1:35000 |
| 1968 | 航空影像 | 1968年 | 1:35000 |
| 1978 | 航空影像 | 1978年8月 | 1:35000 |
| 1987 | 彩红外航片 | 1987年6月 | 1:70000 |
| 1998 | Landsat TM | 1998年8月 | 30 m |
| 2004 | SPOT5 | 2004年6月 | 10 m |
| 2014 | Landsat OLI | 2014年8月 | 15 m |
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1958年和1968年的航片由航空摄影测量专业人员负责处理,生成两期数字正射影像图。在ArcGIS软件支持下进行数据预处理,将所有遥感影像统一转化为WGS-84的地理坐标系统,UTM（45°N）的投影坐标系统,然后进行几何精校正。1978年的航片、1987年的彩红外航片均基于1980s的地形图进行几何校正。2004年SPOT 5影像、2014年Landsat OLI影像均以2004年、2014年google earth 高分影像为基准进行几何校正,误差控制在0.5个像元以内。而后对各期影像进行了相互校正,使多期影像能够应用于LUCC分析。
LULC分类主要参考国家的土地利用类型分类系统标准[16]以及先前研究中有关的绿洲LULC分类[6, 13, 19]和荒漠植物群落分类[22],其中荒漠植被遵循植物群落分类的准则,即以优势种命名[23],其空间分布是基于对群落类型的实地调查数据,结合遥感影像特征完成的。将三工河流域平原区域的LULC类型划分为三个等级（表2）：一级分类包括绿洲、荒漠、山地;二级分类包括农业用地、建设用地、水体、土质荒漠、沙质荒漠;三级分类针对土质荒漠、沙质荒漠的群落类型划分,其中土质荒漠包括柽柳群落、梭梭群落、琵琶柴群落、柽柳—梭梭群落、荒漠草地（耕地弃耕后,不存在优势植被种类,但又与其他群落显著不同,由于多生长低矮的植被,因而归于草地）;沙质荒漠包括梭梭群落、琵琶柴群落。对于一些线状地物,如部分公路、农村道路沟渠和防护林带等,因技术处理原因无法单独分类,分别划入到农业用地、建设用地或所穿越的地类中,未单独列出。
Tab. 2
表2
表2土地利用/覆被类型划分
Tab. 2Classification of land use and land cover
| 一级 | 二级 | 三级 |
|---|---|---|
| 绿洲 | 农业用地：包括耕地和其他农业用地,如灌溉设施用地、农垦机械设施用地。 建设用地：包括阜康市、准东石油基地、团场、工矿用地和零散的居民点以及道路。 水体：水库和水塘。 | |
| 荒漠 | 土质荒漠 | 梭梭群落 柽柳群落 琵琶柴群落 柽柳—琵琶柴群落 草地(弃耕地) |
| 沙质荒漠 | 梭梭群落 琵琶柴群落 | |
| 山地 | 低山丘陵区(本研究区域仅覆盖了天山北坡的部分低山丘陵区) |
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由于缺乏水利设施,1949年前的绿洲通常仅发育在冲洪积扇的中下部,而在后来修建的平原水库的下部通常不会发育绿洲。基于这样的认识,参考阜康县志（1949-1992年）和社会经济统计资料,确定了1949年绿洲覆盖范围。由于在1949-1960s期间人类活动相对较弱,1949年绿洲LULC类型与1958年绿洲内相同范围的LULC类型基本保持一致,而绿洲外围的类型是通过1958年绿洲外围荒漠植物群落类型外延同化得到。
LULC分类精度用总体精度和Kappa系数评价（表3）。总体精度表示每一个随机样本的分类结果与其所对应区域的实际类型一致的概率,即所有LULC类别被分类正确的像元数之和除以像元总数。Kappa系数用以表征两幅图（分类图与google earth高分影像或野外实测数据或具有可信度的分类图）的一致程度。Kappa系数不仅考虑了分类正确的点还考虑了分类错误的点,通常认为Kappa系数能够准确的反应整体分类精度,当Kappa系数大于0.75则认为两幅图之间具有较好的一致性[24]。
Tab. 3
表3
表3土地利用/土地覆被类型分类精度评价
Tab. 3Accuracy assessments of classifications of the land use and land cover in oasis
| 年份 | 验证数据 | 总体精度(%) | Kappa系数 |
|---|---|---|---|
| 1978 | 绿洲LULC数据[19, 20] | 87.50 | 0.84 |
| 1987 | 绿洲LULC数据[19, 20] | 90.00 | 0.88 |
| 1998 | 绿洲LULC数据[19, 20] | 92.00 | 0.89 |
| 2004 | google高分辨率影像、 植物群落分布数据[22] | 90.67 | 0.89 |
| 2014 | google高分辨率影像、 实地调查数据 | 87.97 | 0.86 |
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基于2014年8月9日实测验证数据进行了验证,并基于2014年7月14日google earth高分辨率卫星影像对2014年分类图进行随机样本验证,其总体精度为87.97%,Kappa系数为0.86;2004年分类图则是基于2004年6月16日google earth 高分辨率卫星影像和群落数据[22]进行随机样本验证,总体精度为90.67%,Kappa系数为0.89;1998年、1987年和1978年参照已有的LULC类型图[19-20],对绿洲内部（农业用地、建筑用地、水体等）进行了分层验证,每层随机生成30个点,总体精度分别为92%、90%、87.50%,Kappa系数为0.89、0.88、0.84（表3）。
1958年、1968年由于缺乏相关的验证数据,没有进行精度验证。1958年和1968年航片的比例尺为1:35000,其绿洲LULC类型具有明显的目视判别特征,可以认为绿洲内部的解译精度与1978年的解译精度相近,甚至更高一些。1958-1998年荒漠植物群落的人工目视解译均由参与野外荒漠植被类型调查的人员完成。事实上1950s以来,绿洲外围的荒漠植物群落类型没有明显的变化,因而可以认为其荒漠植物群落的解译精度与经过野外调查验证2014年荒漠群落类型的解译精度大体一致。根据阜康县志（1949-1992年）和社会经济统计资料提供的农田面积或是作物产量数据,以及近期耕地统计面积与遥感解译面积获取的转换比例,计算的农田和绿洲的面积,能够辅助验证1950s初期的绿洲面积。总之,各时期的LULC解译精度能够满足LUCC研究的需求[25]。
2.3 研究方法
LUCC的过程可以通过土地利用/土地覆被类型面积的变化来表征[19, 20, 26],这能够直观地反映研究时段内各类型的变化程度。基于面积变化的定量化参数主要包括变化幅度、空间动态度、趋势和状态指数（表4）。Tab. 4
表4
表4LUCC定量分析统计模型
Tab. 4Statistical models for quantitative analysis on LUCC
| 参数 | 意义 | 公式 | |
|---|---|---|---|
| 单一LULC类型 | 变化幅度(ΔU) | 反映某一类型在面积上的变化程度。 | |
| 空间动态度(ΔS) | 反映某一类型在空间上面积的变化程度。 | ||
| 变化的趋势与状态指数(Ps) | 反映扩张或缩减的强度,在一定程度上反映其变化状态是否处于稳定状态。 | ||
| 区域LULC类型 | 变化的趋势与状态指数(Pt) | 反映整个区域土地利用/土地覆被变化的状态。 |
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3 结果与分析
3.1 基于LUCC的现代绿洲演变过程
图2为1949年、1958年、1968年、1978年、1987年、1998年、2004年和2014年8期三工河流域LULC类型图。尽管在不同发展阶段,绿洲扩张的规模和状态具有显著的差异,但现代绿洲的演变仍以扩张作为主要特征（图2、图3,表5、表6）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图21949-2014年三工河流域土地利用/覆被类型空间分布
-->Fig. 2The spatial patterns of the land use and land cover in Sangong River Basin in 1949, 1958, 1968, 1978, 1987, 1998, 2004 and 2014
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图31949-2014年三工河流域土地利用/覆被变化
-->Fig. 3The maps of the land-use and land-cover change in Sangong River Basin in the period of 1949-2014
-->
1950年以前的老绿洲主要局限于三工河冲洪积扇平原的中下部,其北部边缘接近于地下水溢出带（图2a）。老绿洲分布区的地下水埋深适宜,水源丰富,水资源保证率高,土层深厚,土壤肥沃,非常适合发展传统农业,在冲洪积扇中下部发育的老绿洲具有很高的稳定性[27]。而在地下水溢出带的下方广阔的冲积平原区,以荒漠景观为主,由于受到生产技术和水利条件等生产力的限制,1950年以前人们还没有能力或没有意愿进行水土开发,将荒漠景观发展为人工绿洲。1949年新疆和平解放以后,1954年驻疆部队官兵集体就地转业,组建新疆生产建设兵团,执行屯垦戍边的历史使命,开始了大规模的水土开发,并开启了现代绿洲演变过程。现代绿洲演变初期主要表现为通过在地下水溢出带下方沿河道简易引水来拓展老绿洲（图2b）。至1958年三工河流域绿洲面积增加了29.06 km2,与1949年相比其面积增幅为30.0%。
1958-1968年三工河流域修建了平原水库,现代绿洲演变首次呈现大规模外延式的扩张态势,突出表现为土质荒漠转化为绿洲（图2b、2c,图3a、3b）。1959年新疆生产建设兵团在三工河流域成立了阜北农场和六运湖农场,并在地下水溢出带修建了平原水库,调洪蓄水,大规模开垦老绿洲外围平原水库下方的土质荒漠,进行农业灌溉和各类防护林建设。与此同时,在生产力水平提高的背景下,引水移向山前地带,老绿洲也向冲洪积扇的中上游发展,即被称为“绿洲溯源迁移”。从这一阶段绿洲ΔU和ΔS分析（表6）,绿洲演变处于极不平衡状态的显著扩张态势,1968年绿洲面积较1958年增加了1.23倍,绿洲农业用地和建设用地增幅分别为115%和502%,是现代绿洲扩张最快的时期。从区域看,绿洲的扩张主要发生在兵团管理农场区,绿洲面积增加了9.48倍,而地方管辖区增加了0.46倍（表7）。这一时段也处于中国经济发展的大跃进时期和文化大革命早期,由于生产力发展水平较低和对绿洲演变的认识局限,粗放、快速的干旱区水土开发开始导致生态退化问题。新开绿洲排水不畅,地下水位上升,出现普遍的土壤次生盐渍化,导致新开绿洲出现弃耕现象,并且这一问题十分突出。在土质荒漠被开发为新绿洲的过程中,在开发区域内部以柽柳—琵琶柴群落为主的荒漠植被大量消失,而且绿洲外围的柽柳、梭梭等自然植被被大量砍伐作为薪柴,干旱区自然植被遭受前所未有的破坏。
Tab. 5
表5
表51958-2014年三工河流域土地利用/覆被类型面积结构
Tab. 5The area structures of land cover and land use in Sangong River Basin in the period of 1958-2014
| 年份 | 参数 | 绿洲 | 荒漠 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 水体 | 农业用地 | 建设用地 | 绿洲区 | 沙质荒漠 | 土质荒漠 | 荒漠区 | |||
| 1958 | 面积(hm2) | 0.00 | 127.50 | 1.73 | 129.23 | 380.46 | 828.56 | 1209.02 | |
| 占一级分类比例 | 0.00 | 0.99 | 0.01 | - | 0.31 | 0.69 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.00 | 0.08 | 0.00 | 0.09 | 0.25 | 0.55 | 0.80 | ||
| 1968 | 面积(hm2) | 4.49 | 273.89 | 10.42 | 288.81 | 376.08 | 672.67 | 1048.75 | |
| 占一级分类比例 | 0.02 | 0.95 | 0.04 | - | 0.36 | 0.64 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.00 | 0.18 | 0.01 | 0.19 | 0.25 | 0.45 | 0.70 | ||
| 1978 | 面积(hm2) | 7.09 | 298.43 | 15.64 | 321.16 | 374.81 | 646.11 | 1020.93 | |
| 占一级分类比例 | 0.02 | 0.93 | 0.05 | - | 0.37 | 0.63 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.00 | 0.20 | 0.01 | 0.21 | 0.25 | 0.43 | 0.68 | ||
| 1987 | 面积(hm2) | 6.45 | 305.81 | 26.07 | 338.34 | 374.11 | 635.07 | 1009.18 | |
| 占一级分类比例 | 0.02 | 0.90 | 0.08 | - | 0.37 | 0.63 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.00 | 0.20 | 0.02 | 0.22 | 0.25 | 0.42 | 0.67 | ||
| 1998 | 面积(hm2) | 8.11 | 356.69 | 43.45 | 408.25 | 373.54 | 565.83 | 939.37 | |
| 占一级分类比例 | 0.02 | 0.87 | 0.24 | - | 0.40 | 0.60 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.01 | 0.24 | 0.03 | 0.27 | 0.25 | 0.38 | 0.62 | ||
| 2004 | 面积(hm2) | 10.70 | 418.68 | 52.56 | 481.94 | 372.39 | 494.05 | 866.44 | |
| 占一级分类比例 | 0.02 | 0.87 | 0.11 | - | 0.43 | 0.57 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.01 | 0.28 | 0.03 | 0.32 | 0.25 | 0.33 | 0.58 | ||
| 2014 | 面积(hm2) | 42.95 | 500.97 | 100.94 | 644.86 | 370.68 | 333.14 | 703.82 | |
| 占一级分类比例 | 0.07 | 0.78 | 0.16 | - | 0.53 | 0.47 | - | ||
| 占研究区比例 | 0.03 | 0.33 | 0.07 | 0.43 | 0.25 | 0.22 | 0.47 | ||
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Tab. 6
表6
表61958-2014年三工河流域绿洲—荒漠系统土地利用/覆被变化
Tab. 6Land-use and land-cover change in oasis-desert system in Sangong River Basin in the period of 1958-2014
| 年份 | 参数 | 绿洲 | 荒漠 | 整个区域 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 农业用地 | 建设用地 | 水体 | 绿洲区 | 土质荒漠 | 沙质荒漠 | 荒漠区 | ||||
| 1958-1968年 | ΔU (%) | 114.82 | 501.75 | - | 123.48 | -17.96 | -1.15 | -12.43 | - | |
| ΔS (%) | 134.44 | 501.75 | - | - | 24.62 | 1.15 | - | - | ||
| Ps | 0.85 | 1.00 | 1.00 | - | -0.83 | -1.00 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.86 | - | - | 0.84 | 0.85 | ||
| 1968-1978年 | ΔU (%) | 8.96 | 50.13 | 57.9 | 11.20 | -3.00 | 0.19 | -1.81 | - | |
| ΔS (%) | 31.57 | 53.92 | 60.42 | - | 11.35 | 1.27 | - | - | ||
| Ps | 0.28 | 0.93 | 0.96 | - | -0.21 | 0.15 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.34 | - | - | 0.52 | 0.43 | ||
| 1978-1987年 | ΔU (%) | 2.47 | 66.65 | -8.99 | 5.35 | -1.52 | 0.08 | -0.91 | - | |
| ΔS (%) | 9.43 | 76.01 | 13.12 | - | 12.53 | 1.65 | - | - | ||
| Ps | 0.26 | 0.88 | -0.69 | - | -0.01 | 0.05 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.45 | - | - | 0.45 | 0.45 | ||
| 1987-1998年 | ΔU (%) | 16.64 | 66.67 | 0.45 | 20.66 | -11.19 | 0.11 | -6.86 | - | |
| ΔS (%) | 23.92 | 68.28 | 36.08 | - | 27.70 | 0.70 | - | - | ||
| Ps | 0.70 | 0.98 | 0.71 | - | -0.37 | 0.16 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.75 | - | - | 0.59 | 0.65 | ||
| 1998-2004年 | ΔU (%) | 17.38 | 20.97 | 31.87 | 18.05 | -13.13 | -0.30 | -7.85 | - | |
| ΔS (%) | 25.82 | 22.49 | 54.65 | - | 36.35 | 0.99 | - | - | ||
| Ps | 0.67 | 0.93 | 0.58 | - | -0.37 | -0.31 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.69 | 0.83 | 0.78 | ||||
| 2004-2014年 | ΔU (%) | 19.65 | 92.03 | 301.54 | 33.80 | -29.53 | -0.85 | -16.76 | - | |
| ΔS (%) | 26.28 | 92.45 | 350.70 | - | 37.82 | 1.90 | - | - | ||
| Ps | 0.75 | 1.00 | 0.86 | - | -0.80 | -0.45 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.83 | - | - | 0.79 | 0.81 | ||
| 1958-2014年 | ΔU (%) | 292.92 | 5728.99 | - | 399.00 | -57.39 | -1.91 | -39.14 | - | |
| ΔS (%) | 334.45 | 5728.99 | - | - | 71.44 | 1.99 | - | - | ||
| Ps | 0.88 | 1.00 | 1.00 | - | -0.81 | -0.96 | - | - | ||
| Pt | - | - | - | 0.91 | - | - | 0.84 | 0.88 | ||
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Tab. 7
表7
表71958-2014年三工河流域绿洲地方管辖区与兵团农场区的土地利用/覆被变化比较
Tab. 7The comparisons of land-use and land-cover change between "local mode" formed by the local governments and "farm management mode" developed by Xinjiang Production and Construction Group in the oasis in Sangong River Basin in the period of 1958-2014
| 年份 | 参数 | 兵团农场区 | 地方管辖区 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 农业用地 | 建设用地 | 兵团农场区 | 农业用地 | 建设用地 | 地方管辖区 | |||
| 1958-1968年 | ΔU (%) | 945.49 | - | 9.48 | 42.32 | 376.33 | 0.46 | |
| ΔS (%) | 950.01 | - | - | 63.27 | 376.34 | - | ||
| Ps | 1.00 | 1.00 | - | 0.67 | 1.00 | - | ||
| Pt | - | - | 1.00 | - | - | 0.70 | ||
| 1968-1978年 | ΔU (%) | -5.64 | 0.57 | -0.05 | 18.31 | 37.12 | 0.19 | |
| ΔS (%) | 28.01 | 99.52 | - | 33.99 | 41.91 | - | ||
| Ps | -0.20 | 1.00 | - | 0.54 | 0.89 | - | ||
| Pt | - | - | 0.26 | - | - | 0.56 | ||
| 1978-1987年 | ΔU (%) | 0.35 | 0.33 | 0.00 | 3.56 | 70.69 | 0.03 | |
| ΔS (%) | 6.80 | 56.87 | - | 10.80 | 83.35 | - | ||
| Ps | 0.05 | 0.99 | - | 0.33 | 0.85 | - | ||
| Pt | - | - | 0.30 | - | - | 0.49 | ||
| 1987-1998年 | ΔU (%) | 24.14 | 0.12 | 0.24 | 12.92 | 78.53 | 0.13 | |
| ΔS (%) | 26.18 | 33.34 | - | 22.81 | 80.53 | - | ||
| Ps | 0.92 | 0.98 | - | 0.57 | 0.98 | - | ||
| Pt | - | - | 0.93 | - | - | 0.67 | ||
| 1998-2004年 | ΔU (%) | 28.64 | 0.13 | 0.29 | 11.25 | 23.32 | 0.12 | |
| ΔS (%) | 33.67 | 11.96 | - | 21.55 | 25.23 | - | ||
| Ps | 0.85 | 1.00 | - | 0.52 | 0.92 | - | ||
| Pt | - | - | 0.85 | - | - | 0.58 | ||
| 2004-2014年 | ΔU (%) | 18.18 | 1.00 | 0.18 | 20.58 | 110.73 | 0.32 | |
| ΔS (%) | 18.97 | 13.03 | - | 30.94 | 111.29 | - | ||
| Ps | 0.96 | 1.00 | - | 0.67 | 0.99 | - | ||
| Pt | - | - | 0.96 | - | - | 0.79 | ||
| 1958-2014年 | ΔU (%) | 1768.29 | - | 17.77 | 164.15 | 5072.49 | 2.00 | |
| ΔS (%) | 1779.61 | 111.08 | - | 208.33 | 74.90 | - | ||
| Ps | 0.99 | 1.00 | - | 0.79 | 1.00 | - | ||
| Pt | - | - | 0.99 | - | - | 0.84 | ||
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1968-1978年三工河流域绿洲LUCC呈现准平衡状态（Pt=0.34）,绿洲农业用地以内部转换为主,外延扩张趋缓（图2c、2d,图3c、3d）,新增规模仅为1958-1968年增幅的1/10左右。这主要是由于这一时期正处于中国文化大革命中后期和文革后的过渡期,生产力水平低下,国民经济发展滞缓;而且前期大规模的土地开发粗放,灌排等水利设施不完善,加之对干旱区水土开发认识的局限性,致使冲积平原区域绿洲土壤发生次生盐渍化现象[27],造成部分农业用地不适宜耕作而弃耕。
1978-1987年、1987-1998年和1998-2004年三工河流域平原区绿洲呈现出内部转换和外部扩张并举的特征（图2d~2g）,其状态指数Pt分别为0.45、0.75和0.69,处于准平衡和不平衡状态（0.25 < Pt < 0.75）,这也是绿洲演变的常态。在这27年间,农业用地面积共增加了120.26 km2;建设用地面积共增加37 km2,其与1978年相比其面积增加了近2.5倍,其中在1987-1998年间的增幅最大。1978年中国实行了改革开放政策,农村推行了“家庭联产承包责任制”,极大促进了LUCC。由于地方和兵团管理体制的差异,兵团和地方管理的绿洲LUCC呈现显著的差异（表7）。改革开放初期（1978-1987年）,地方管辖的绿洲区域从土地集体所有制向家庭联产承包责任制转变,实现了集体土地所有权与使用权分离。该时期在地方管辖下的绿洲LUCC显著,尤其是在农业用地内部;而兵团农场管理的绿洲仍然实行“土地国有制”的农场规模化经营的管理体制,农业用地变化在改革初期不显著,仅扩张了0.35%。但随着改革开放的深化（1987-2004年）,在生产力水平不断提高的背景下,兵团管理区实行了包括统一播种、统一施肥和统一推广先进的灌溉方式等的大农场规模化经营管理体制,其经济和生态效益优势日益显现,在绿洲内部大量收复了弃耕地。兵团农场区域绿洲内涵式挖潜和外延式扩张并举的特征十分显著,并且从衡量绿洲变化的参量看,兵团农场区绿洲变化的强度明显高于地方管辖区。
2004-2014年跨流域调水的实施和水库的修建致使水体的面积扩张了3倍以上,先进的滴灌技术的推广普及,大幅度提高了农业用水效率,三工河流域平原区绿洲迎来了自1950s以来的第二次大规模的扩张（图2g~2h,图3g~3h）。外围的土质荒漠进一步被大规模开发为农业用地,并且建设用地增幅显著,该时期绿洲LUCC非常显著;快速扩张的建设用地,也使这一时段成为绿洲型城市化最快的时段;绿洲区域LUCC的Pt为0.83与1958-1968期间相当,绿洲演变处于极端不平衡态势。该时期LUCC也是干旱区一些内陆河流域,在实施跨流域调水和滴灌技术推广后绿洲演变的特征。
纵观三工河流域65年来现代绿洲演变过程,发现存在地方管辖区与兵团农场区两种基本的管理模式。在这两种模式下,LULC的形成和发展因其实行的管理体制不同而具有显著差异。兵团农场区的土地是国有土地,而地方管辖区的绿洲土地是集体土地,这两种完全不同的土地属性,在不同的历史发展阶段和经济体制下,演绎出了具有显著差异的土地管理模式,使对应区域在不同发展阶段LUCC以不同的形式出现。例如,改革开放以来地方集体土地实行的是家庭承包、租赁、土地入股等土地利用模式,而兵团国有土地实行的是统一播种、统一施肥和统一推广先进的灌溉方式等的大农场规模化经营管理模式,这使地方和兵团在土地开垦、施肥、灌溉方式、土壤盐渍化改良、沙漠化和荒漠化防治、自然灾害预防、市场经济发展水平等方面表现出明显的差异,从而在干旱区绿洲演变过程中,具有地方和兵团两种典型的人为驱动的LUCC特征（表7）。现代绿洲演变正是这两种模式相互渗透、相互交叉融合,共同推动的结果。
现代绿洲在各个阶段均以扩张为主要特征,但在不同的发展阶段和社会经济体制下,绿洲扩张的速度、规模和状态具有显著差异。三工河绿洲1949年来增加了544.7 km2,增幅高达4.44倍,1949年绿洲的范围和规模是基于阜康县志、历史文献和1958年绿洲LULC图确定的,具有一定的不确定性。若以具有较高精度的1958年绿洲范围作为参照,现代绿洲则增加了3.99倍。1958-1968年和2004-2014年三工河现代绿洲扩张程度最为显著,是现代绿洲演变最为重要的两个阶段。在1958-2004年间三工河流域绿洲的变化与天山北坡的玛纳斯河流域绿洲的演变和祁连山北部的黑河流域绿洲的变化相似[21, 28],可以认为其表征了干旱区现代绿洲演变的普遍特征;但2004-2014年三工河绿洲扩张是跨流域调水驱动的结果,因此,这一时段绿洲的变化适用于具有较大规模跨流域调水或新增水源的绿洲演变情形,不具有普遍性。
3.2 绿洲扩张过程中外围荒漠植物群落的变化特征
现代绿洲演变是以扩张为主要特征,以荒漠植被的砍伐和破坏为代价。柽柳、梭梭、琵琶柴、柽柳—琵琶柴等荒漠植被群落被破坏和砍伐,导致绿洲外围荒漠面积及其植物群落结构发生了显著变化（图2,表8）,植被萎缩的规模和程度与绿洲扩张同步。Tab. 8
表8
表81958-2014年三工河流域荒漠土地利用/覆被变化
Tab. 8The land-use and land-cover change in deserts in Sangong River Basin in the period of 1958-2014.
| 年份 | 参数 | 土质荒漠 | 沙质荒漠 | 总体 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 柽柳—琵琶柴 | 琵琶柴 | 柽柳 | 梭梭 | 草地 | 土质荒漠区 | 琵琶柴 | 梭梭 | 沙质荒漠区 | ||||
| 1958 | S | 324.07 | 221.24 | 193.78 | 36.85 | 52.62 | 828.56 | 22.62 | 357.84 | 380.46 | 1209.02 | |
| Pct1 | 0.39 | 0.27 | 0.23 | 0.04 | 0.06 | - | 0.06 | 0.94 | - | - | ||
| Pct2 | 0.27 | 0.18 | 0.16 | 0.03 | 0.04 | 0.69 | 0.02 | 0.30 | 0.31 | - | ||
| 1968 | S | 265.57 | 196.03 | 119.79 | 36.81 | 54.46 | 672.67 | 22.62 | 353.46 | 376.08 | 1048.75 | |
| Pct1 | 0.39 | 0.29 | 0.18 | 0.05 | 0.08 | - | 0.06 | 0.94 | - | - | ||
| Pct2 | 0.25 | 0.19 | 0.11 | 0.04 | 0.05 | 0.64 | 0.02 | 0.34 | 0.36 | - | ||
| 1978 | S | 264.22 | 170.18 | 129.21 | 36.76 | 45.75 | 646.11 | 21.69 | 353.13 | 374.81 | 1020.93 | |
| Pct1 | 0.41 | 0.26 | 0.20 | 0.06 | 0.07 | - | 0.06 | 0.94 | - | - | ||
| Pct2 | 0.26 | 0.17 | 0.13 | 0.04 | 0.04 | 0.63 | 0.02 | 0.35 | 0.37 | - | ||
| 1987 | S | 259.37 | 174.21 | 115.62 | 36.23 | 49.64 | 635.07 | 21.60 | 352.51 | 374.11 | 1009.18 | |
| Pct1 | 0.41 | 0.27 | 0.18 | 0.06 | 0.08 | - | 0.06 | 0.94 | - | - | ||
| Pct2 | 0.26 | 0.17 | 0.11 | 0.04 | 0.05 | 0.63 | 0.02 | 0.35 | 0.37 | - | ||
| 1998 | S | 247.26 | 157.62 | 103.07 | 36.02 | 21.86 | 565.83 | 21.34 | 352.20 | 373.54 | 939.37 | |
| Pct1 | 0.44 | 0.28 | 0.18 | 0.06 | 0.04 | - | 0.06 | 0.94 | - | - | ||
| Pct2 | 0.26 | 0.17 | 0.11 | 0.04 | 0.02 | 0.60 | 0.02 | 0.37 | 0.40 | - | ||
| 2004 | S | 203.86 | 135.09 | 97.07 | 35.05 | 22.97 | 494.05 | 20.60 | 351.79 | 372.39 | 866.44 | |
| Pct1 | 0.41 | 0.27 | 0.20 | 0.07 | 0.05 | - | 0.06 | 0.94 | - | - | ||
| Pct2 | 0.24 | 0.16 | 0.11 | 0.04 | 0.03 | 0.57 | 0.02 | 0.41 | 0.43 | - | ||
| 2014 | S | 132.01 | 120.57 | 39.31 | 35.05 | 6.20 | 333.14 | 20.12 | 350.56 | 370.68 | 703.82 | |
| Pct1 | 0.40 | 0.36 | 0.12 | 0.11 | 0.02 | - | 0.05 | 0.05 | - | - | ||
| Pct2 | 0.19 | 0.17 | 0.06 | 0.05 | 0.01 | 0.47 | 0.03 | 0.50 | 0.53 | - | ||
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现代绿洲开发初期,研究区内土质荒漠的面积明显大于沙质荒漠;随着土质荒漠不断转化为人工绿洲,目前土质荒漠的面积已小于沙质荒漠（表8）。绿洲扩张主要发生在土质荒漠区域,这造成土质荒漠植被严重萎缩,其中萎缩面积最显著的是柽柳-琵琶柴群落（表8）,在65年间缩减了192.06 km2,其次是柽柳群落,缩减了154.47 km2。沙质荒漠由于位于研究区的北部,远离水源,被开发为绿洲的规模很小,仅缩减了9.78 km2,因此分布在沙质荒漠的梭梭群落面积减少的很小,仅为7.28 km2。但土质荒漠中的梭梭群落在绿洲开发早期,被大规模的砍伐破坏,原生荒漠群落已很少见到,目前所看到的多为1980s以来通过保护封育恢复起来的次生梭梭群落;期间荒漠植被的恢复也得益于自1980s以来降水的增加[29],尤其是对降水变化更为敏感的浅根灌木和草本植物得以恢复,这也导致荒漠植被的覆盖度和生物量呈现增加的趋势[30]。显然,这种情形十分有利于以绿洲扩张为主的现代绿洲演变,因为降水的增加可以在一定程度上抵消绿洲扩张对外围荒漠植被的影响。
3.3现代绿洲演变的生态效应分析
在没有跨流域调水的内陆河流域,通常来自于山区的年均径流是相对稳定的,若绿洲消耗的多了,则外围荒漠的生态耗水就少。三工河流域绿洲演变过程表明,干旱区绿洲总体呈现不断扩展的态势,其消耗的水资源总体也呈现增加的趋势[31],由此会导致一系列社会、生态与环境问题,包括对干旱区有限而珍贵的水资源争夺加剧,河流出现断流、湖泊萎缩或消失、生物多样性减少、荒漠化加剧、沙尘暴频发等日趋严重的生态问题[32-33],对绿洲外围荒漠生态系统保护愈加困难。在干旱区绿洲进一步扩张、土地集约程度进一步提高和绿洲型城市化加速的趋势下,深入研究现代绿洲的演变过程、机理及其生态环境效应,对干旱区生态保护与综合治理、社会经济稳定具有重要的现实意义。
现代绿洲演变已发展到了较高阶段,不断提高的生产力对干旱区各类资源进行了较为充分的挖掘和利用,最为显著的就是对干旱区绿洲水资源的开发利用。随着各类防渗水利工程的建立和先进的膜下滴灌技术的推广、普及,绿洲消耗的水资源和水分利用效率同步增加,其结果是地下水补给减少和绿洲、荒漠地下水位普遍下降[34-35]。依靠地下水生存的荒漠植被对地下水位的下降,具有一定的适用能力,可以通过尽可能多的将同化产物分配给根系而增加根的长度或深度,来获取生存所需要的水分,但一旦增加的根系无法获得荒漠植被维持生存所需要的水分,就可能引起植被退化[36]。
与此同时,绿洲滴灌技术的普及和水分利用效率的提高,使灌溉水分绝大部分通过蒸散的方式被消耗,很少有灌溉用水下渗补给地下水,结果是灌溉用水携带的输入性盐分易在农田土壤积累,尤其是在根层积累,影响农作物产量[37-38]。通过调节灌溉周期和灌水量,使灌溉水除满足作物蒸散消耗外,应保证有一定水量对因灌溉输入根层的盐分进行淋洗并将其排除至根层土壤以下[39-40]。充分利用冬闲水进行持续的灌溉以保证淋洗用水,是绿洲滴灌技术长期应用的基础, 也是干旱区绿洲农业灌溉管理的目标和原则[37]。
4 结论
本文以三工河流域为例,基于1950s以来的黑白航片、彩红外航片、Landsat-TM影像、SPOT 5影像、Landsat-OLI影像建立了7期典型流域平原区绿洲和外围荒漠LULC类型图,分析了绿洲演变的特征,并分析了绿洲演变的机制和生态效应。在不同发展阶段和社会经济体制下,绿洲扩张的速度、规模和状态具有显著的差异。1958-1968年和2004-2014年三工河现代绿洲扩张最为显著,是绿洲演变过程最为重要的两个阶段。三工河流域现代绿洲1958-2004年的变化具有干旱区这一时段现代绿洲演变普遍特征;但2004-2014年三工河绿洲扩张仅适用于具有较大规模跨流域调水或新增水源的绿洲演变情形,不具有普遍性。
现代绿洲演变的过程中存在“地方管辖区”与“兵团农场区”两种基本管理模式。这两种模式的形成和发展是在地方管辖区和兵团农场区分别实行了具有显著差异的土地管理方式的结果。兵团农场区的土地是国有土地,而地方管辖区内绿洲的土地是集体土地,改革开放以来地方集体土地实行的是家庭承包、租赁、土地入股等土地利用模式,而兵团国有土地实行的是统一播种、统一施肥和统一推广先进的灌溉方式等的大农场规模化经营管理模式。这使得干旱区绿洲具有“地方”和“兵团”两种典型的人为驱动的LUCC特征。现代绿洲演变正是这两种模式相互渗透、相互融合,共同推动的结果。
现代绿洲的扩张以荒漠植被的砍伐和破坏为代价。柽柳、梭梭、琵琶柴、柽柳—琵琶柴等为主的荒漠植被群落被破坏和砍伐,这导致绿洲外围植物群落结构发生了显著的变化,对绿洲外围荒漠生态系统保护愈加困难。不断扩张的绿洲,其消耗的水资源总体呈现增加趋势,导致出现水资源争夺加剧、农田土壤盐分积累、荒漠生态系统退化等问题。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献 原文顺序
文献年度倒序
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| [1] | Abstract The emergence of land-use and land-cover change (LUCC) as one of the major themes within the global environmental change research community poses a series of difficult but not insurmountable problems. LUCC takes place incrementally through the operation of sets of human and biophysical forces largely specific to the locale in question, but cumulatively LUCC contributes significantly to global environmental change. Linking LUCC to global change requires the cooperation of the natural and social sciences to bridge the local to global dynamics involved. The International Geosphere-Biosphere Programme and the Human Dimensions of Global Environmental Change Programme are undertaking the development of an international research project with such aims in mind. This project seeks to improve understanding of LUCC dynamics by balancing the need for a nuanced understanding at the local level with the need from improved regional and global LUCC models. The rudiments of this effort and some of problems confronting it are outlined here. |
| [2] | Common understanding of the causes of land-use and land-cover change is dominated by simplifications which, in turn, underlie many environment-development policies. This article tracks some of the major myths on driving forces of land-cover change and proposes alternative pathways of change that are better supported by case study evidence. Cases reviewed support the conclusion that neither population nor poverty alone constitute the sole and major underlying causes of land-cover change worldwide. Rather, peoples鈥 responses to economic opportunities, as mediated by institutional factors, drive land-cover changes. Opportunities and constraints for new land uses are created by local as well as national markets and policies. Global forces become the main determinants of land-use change, as they amplify or attenuate local factors. |
| [3] | 提出了土地利用转移流和土地利用活跃度的概念,基于Landsat遥感影像数据,采用土地利用变化测度模型,以5年和25年两种时间尺度对黄土台塬区土地利用时空动态特征进行分析,并将密度制图法应用到土地利用变化的空间集聚特征识别中。研究表明:①黄土台塬区耕地占绝对优势,后备耕地资源严重不足,林地、草地、水域比例较低,存在较大生态风险;②耕地与建设用地、草地、林地之间的转移关系是黄土台塬区土地利用转移的关键关系,决定着台塬区土地利用变化特征;③1985-2010年耕地转建设用地流高达26668.80hm2,占土地转移流40.75%,草地转耕地流18923.90hm2,占28.91%,建设占用耕地情况严重,耕地占补平衡主要通过挤占草地实现;④25年以来,土地利用变化对水域扰动最大,其次为森林,草地第三;⑤土地利用变化存在阶段性,1990-2000年土地利用变化速率高于其他时段;⑥不同时间尺度下土地利用变化的空间集聚特征不同,25年尺度下城镇附近土地变化幅度较高,5年尺度下土地利用变化热点区由台塬中部向东西边缘区推移。 . 提出了土地利用转移流和土地利用活跃度的概念,基于Landsat遥感影像数据,采用土地利用变化测度模型,以5年和25年两种时间尺度对黄土台塬区土地利用时空动态特征进行分析,并将密度制图法应用到土地利用变化的空间集聚特征识别中。研究表明:①黄土台塬区耕地占绝对优势,后备耕地资源严重不足,林地、草地、水域比例较低,存在较大生态风险;②耕地与建设用地、草地、林地之间的转移关系是黄土台塬区土地利用转移的关键关系,决定着台塬区土地利用变化特征;③1985-2010年耕地转建设用地流高达26668.80hm2,占土地转移流40.75%,草地转耕地流18923.90hm2,占28.91%,建设占用耕地情况严重,耕地占补平衡主要通过挤占草地实现;④25年以来,土地利用变化对水域扰动最大,其次为森林,草地第三;⑤土地利用变化存在阶段性,1990-2000年土地利用变化速率高于其他时段;⑥不同时间尺度下土地利用变化的空间集聚特征不同,25年尺度下城镇附近土地变化幅度较高,5年尺度下土地利用变化热点区由台塬中部向东西边缘区推移。 |
| [4] | <p>历经过去十多年的发展, LUCC时空过程研究的方法渐成体系, 并不断完善. LUCC时空过程研究方法体系是以地理学为理论依据, 以遥感和地理信息系统为技术依托, 适应全球变化与人类可持续发展研究的科学需求而形成的学科领域. 它涵盖LUCC时空过程探测、驱动机理分析、过程刻画与模拟及宏观生态效应评价等多个方面, 促进了地理学、地球信息科学、宏观生态学的跨学科交叉, 并推动了LUCC时空过程研究的不断深入. 国内外的研究表明, LUCC遥感动态信息提取与分析技术的发展和LUCC时空过程模拟手段的创新, 促进了LUCC时空过程研究方法体系的发展, 并推动LUCC时空过程研究的日臻深入. 综合利用遥感动态信息探测与分析技术, 建立多源时空数据平台, 实现海量数据的存储与集成, 是支撑LUCC时空过程研究方法体系的重要能力建设之一. LUCC时空过程研究方法体系将为区域乃至全球尺度LUCC研究提供综合技术手段, 并最终成为LUCC时空过程研究的重要方法论.</p> . <p>历经过去十多年的发展, LUCC时空过程研究的方法渐成体系, 并不断完善. LUCC时空过程研究方法体系是以地理学为理论依据, 以遥感和地理信息系统为技术依托, 适应全球变化与人类可持续发展研究的科学需求而形成的学科领域. 它涵盖LUCC时空过程探测、驱动机理分析、过程刻画与模拟及宏观生态效应评价等多个方面, 促进了地理学、地球信息科学、宏观生态学的跨学科交叉, 并推动了LUCC时空过程研究的不断深入. 国内外的研究表明, LUCC遥感动态信息提取与分析技术的发展和LUCC时空过程模拟手段的创新, 促进了LUCC时空过程研究方法体系的发展, 并推动LUCC时空过程研究的日臻深入. 综合利用遥感动态信息探测与分析技术, 建立多源时空数据平台, 实现海量数据的存储与集成, 是支撑LUCC时空过程研究方法体系的重要能力建设之一. LUCC时空过程研究方法体系将为区域乃至全球尺度LUCC研究提供综合技术手段, 并最终成为LUCC时空过程研究的重要方法论.</p> |
| [5] | 在气候变暖、西部大开发及2009 年以来实施的19 省市对口援疆建设背景下,和田绿洲面临着全方位经济发展所引发的水土资源需求的巨大挑战。为此,基于研究区3 期18 景TM/ETM+遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了和田绿洲1980-2010 年土地利用变化及其环境效应。研究表明:① 1980-2010 年,和田绿洲土地利用时空变化显著。耕地、城乡工矿居民地面积分别增加了32.32%、142.23%,灌丛与荒漠草地面积分别减少了23.12%、18.82%。新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒。绿洲耕地向西北方向逆盛行风向扩张,其质心年平均偏移16.5 m。② 中游绿洲区与下游荒漠区的绿洲面积、土地利用程度综合指数、信息熵与均衡度等分别呈现上升与下降相反趋势。这种以耗水量为纽带的空间耦合源于中游耕地扩张导致的下游径流量逐年减少而造成的下游土地退化。③ 耕地扩张提高土地利用综合水平的同时,林地与草地遭受破坏,土地利用结构信息熵上升,过渡带植被受损严重,系统不稳定性增强,威胁到和田绿洲稳定,进而危及塔里木河下游生态安全。故建议进一步调整农业内部产业结构,缩减高耗水量作物种植面积,严禁以各种名义的开荒;制定塔里木河流域地表水分配法案,立法保障关于地表水分配、增加生态用水等规定严格实施,同时严禁地下水过量开采。 . 在气候变暖、西部大开发及2009 年以来实施的19 省市对口援疆建设背景下,和田绿洲面临着全方位经济发展所引发的水土资源需求的巨大挑战。为此,基于研究区3 期18 景TM/ETM+遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了和田绿洲1980-2010 年土地利用变化及其环境效应。研究表明:① 1980-2010 年,和田绿洲土地利用时空变化显著。耕地、城乡工矿居民地面积分别增加了32.32%、142.23%,灌丛与荒漠草地面积分别减少了23.12%、18.82%。新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒。绿洲耕地向西北方向逆盛行风向扩张,其质心年平均偏移16.5 m。② 中游绿洲区与下游荒漠区的绿洲面积、土地利用程度综合指数、信息熵与均衡度等分别呈现上升与下降相反趋势。这种以耗水量为纽带的空间耦合源于中游耕地扩张导致的下游径流量逐年减少而造成的下游土地退化。③ 耕地扩张提高土地利用综合水平的同时,林地与草地遭受破坏,土地利用结构信息熵上升,过渡带植被受损严重,系统不稳定性增强,威胁到和田绿洲稳定,进而危及塔里木河下游生态安全。故建议进一步调整农业内部产业结构,缩减高耗水量作物种植面积,严禁以各种名义的开荒;制定塔里木河流域地表水分配法案,立法保障关于地表水分配、增加生态用水等规定严格实施,同时严禁地下水过量开采。 |
| [6] | The analysis of landscape pattern changes is of significant importance for understanding spatial ecological dynamics and maintaining sustainable development, especially in wetland ecosystems, which are experiencing indirect human disturbances in arid Central Asia. This study attempted to examine the temporal and spatial dynamics of landscape patterns and to simulate their trends in the Ili River delta of Kazakhstan through quantitative analysis and a cellular automata (CA)-Markov model. This study also sought to examine the effectiveness of using the CA-Markov model for investigating the dynamics of the wetland landscape pattern. The total wetland area, including the river, lake, marsh, and floodplain areas, and the area of sandy land have remained steady, while that of desert grassland has decreased slightly, and shrublands have increased slightly from approximately 1978 to 2007. However, the wetland and shrubland areas exhibited a trend of increasing by 18.6 and 10.3聽%, respectively, from 1990 to 2007, while the desert grassland and sandy land areas presented the opposite trend, decreasing by 30.3 and 24.3聽%, respectively. The landscape patterns predicted for the year 2020 using probabilistic transfer matrixes for 1990鈥2007 (Scenario A) and 1990鈥1998 (Scenario B), respectively, indicated that the predicted landscape for 2020 tends to improve based on Scenario A, but tends to degrade based on Scenario B. However, the overall Kappa coefficient of 0.754 for the 2020 predicted landscapes based on Scenarios A and B indicates that the differences in the predicted landscapes are not distinct. This research indicates that the applied CA-Markov model is effective for the simulation and prediction of spatial patterns in natural or less disturbed landscapes and is valuable for developing land management strategies and reasonably exploiting the wetland resources of the Ili River delta. |
| [7] | <p>综合分析了土地利用与土地覆盖变化（LUCC）对全球气候影响研究的重要科学问题和国内外研究现状，在此基础上，考虑各学科的相互交叉、渗透和耦合等特点，提出并初步设计了土地利用变化对全球气候影响研究的星地一体化LUCC—气候—生态系统耦合研究技术方法体系，并就土地利用变化对全球气候影响的LUCC演变规律及动力学机制、LUCC影响生态系统与气候的机理与效应等重大科学问题的研究途径，以及星地一体化耦合研究技术体系在土地利用变化对全球气候影响研究中的应用技术路线进行了探讨。该研究途径的探讨与技术路线的设计，将有力支持下述科学目标的实现：①深入研究典型区、重要国家和全球3个尺度上的LUCC时空过程基本规律、驱动机制与区域差异及其气候/生态效应；②阐明人类活动和气候变化对LUCC过程的互馈机理，揭示大尺度LUCC过程对气候与陆地生态系统的作用机理；③构建多尺度LUCC及其气候/生态效应综合模拟平台，定量模拟未来不同情景下不同时空尺度LUCC变化趋势及其对气候与生态系统的影响，进而厘定大尺度LUCC通过引发温室气体收支变化与改变地表陆—气界面过程2个方面影响气候变化的贡献率；④提出未来应对LUCC对气候与生态系统影响的策略，为我国应对全球变化、实现可持续发展提供科学依据。</p> . <p>综合分析了土地利用与土地覆盖变化（LUCC）对全球气候影响研究的重要科学问题和国内外研究现状，在此基础上，考虑各学科的相互交叉、渗透和耦合等特点，提出并初步设计了土地利用变化对全球气候影响研究的星地一体化LUCC—气候—生态系统耦合研究技术方法体系，并就土地利用变化对全球气候影响的LUCC演变规律及动力学机制、LUCC影响生态系统与气候的机理与效应等重大科学问题的研究途径，以及星地一体化耦合研究技术体系在土地利用变化对全球气候影响研究中的应用技术路线进行了探讨。该研究途径的探讨与技术路线的设计，将有力支持下述科学目标的实现：①深入研究典型区、重要国家和全球3个尺度上的LUCC时空过程基本规律、驱动机制与区域差异及其气候/生态效应；②阐明人类活动和气候变化对LUCC过程的互馈机理，揭示大尺度LUCC过程对气候与陆地生态系统的作用机理；③构建多尺度LUCC及其气候/生态效应综合模拟平台，定量模拟未来不同情景下不同时空尺度LUCC变化趋势及其对气候与生态系统的影响，进而厘定大尺度LUCC通过引发温室气体收支变化与改变地表陆—气界面过程2个方面影响气候变化的贡献率；④提出未来应对LUCC对气候与生态系统影响的策略，为我国应对全球变化、实现可持续发展提供科学依据。</p> |
| [8] | ？历史土地利用数据集是解释过去人类活动及其影响、定量评估土地利用变化对气候变化和碳循环影响、检验模型模拟结果的基础.SAGE(“全球土地利用数据集”)和HYDE(“全球历史环境数据集”)是国际上已被广泛应用的代表性的全球土地利用数据集,但其数据的准确性并未得到充分地评估.CNEC数据(CroplanddataofNortheastChina)重建的是东北三省过去300年耕地覆盖变化数据,该数据所利用的数据源为历史文献和调查、统计资料,并经过订正和归一化处理,能够较好地反映耕地变化的实际情况.以CNEC数据为参照,分别从东北地区、分省和网格3个空间尺度对SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地数据精度进行了评估.结果表明,SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地重建结果无论总量还是空间分布都存在显著的误差,其反映的耕地面积增长与空间变化过程也与研究区历史开垦过程相左.其中,SAGE数据集对东北历史耕地数据的估计普遍偏高,并且没有反映出东北地区耕地面积阶段性增长的特点;HYDE数据集的耕地总量虽然具有一定可比性,但是年代际变化和各时间断面空间分布与历史真实情形不符.全球数据集在东北地区的重建误差可能来源于两方面:一是依据现代耕地分布格局回推历史耕地分布的方法不能反映现实开垦进程,二是遥感资料提取的现代耕地数据存在误差. . ？历史土地利用数据集是解释过去人类活动及其影响、定量评估土地利用变化对气候变化和碳循环影响、检验模型模拟结果的基础.SAGE(“全球土地利用数据集”)和HYDE(“全球历史环境数据集”)是国际上已被广泛应用的代表性的全球土地利用数据集,但其数据的准确性并未得到充分地评估.CNEC数据(CroplanddataofNortheastChina)重建的是东北三省过去300年耕地覆盖变化数据,该数据所利用的数据源为历史文献和调查、统计资料,并经过订正和归一化处理,能够较好地反映耕地变化的实际情况.以CNEC数据为参照,分别从东北地区、分省和网格3个空间尺度对SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地数据精度进行了评估.结果表明,SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地重建结果无论总量还是空间分布都存在显著的误差,其反映的耕地面积增长与空间变化过程也与研究区历史开垦过程相左.其中,SAGE数据集对东北历史耕地数据的估计普遍偏高,并且没有反映出东北地区耕地面积阶段性增长的特点;HYDE数据集的耕地总量虽然具有一定可比性,但是年代际变化和各时间断面空间分布与历史真实情形不符.全球数据集在东北地区的重建误差可能来源于两方面:一是依据现代耕地分布格局回推历史耕地分布的方法不能反映现实开垦进程,二是遥感资料提取的现代耕地数据存在误差. |
| [9] | 人类通过耕作活动对自然植被景观的改变是全球环境变化的重要表现形式之一.东北地区是过去300年中国人类活动对土地覆盖变化发生重大影响的典型地区,对于从人类-环境耦合系统的角度看土地覆盖变化及其驱动机制具有重要意义.采用历史数据订正与多源耕地数据关系模型校核相结合的方法,重建了东北地区过去300年耕地面积时间序列以及耕地覆盖的空间格局变化,结果表明:(1)从变化总趋势来看,过去300年东北耕地几乎呈指数增长,增长最为迅速的时期为近100年,垦殖率由约10%增至20%以上;(2)从空间格局变化来看,18世纪中后期之前,东北三省的开垦区域还主要局限于辽宁省,19世纪末至20世纪初开垦区域大规模向北扩张,至20世纪初期,东北的垦殖北界已达到黑龙江中部;20世纪东北整体垦殖强度仍不断增大,但区域差异性逐渐减小,其中,20世纪初至30年代和20世纪50年代至80年代高垦殖率区域扩张较明显,并逐渐形成了3个主要农耕区;在20世纪30～40年代的吉林省与黑龙江省,表现出新垦殖区域向森林地区的扩张.总之,过去300年东北耕地覆盖的时空变化,反映出人类通过土地开垦、森林砍伐等生产活动已较大幅度地改变了该区域的自然景观面貌. . 人类通过耕作活动对自然植被景观的改变是全球环境变化的重要表现形式之一.东北地区是过去300年中国人类活动对土地覆盖变化发生重大影响的典型地区,对于从人类-环境耦合系统的角度看土地覆盖变化及其驱动机制具有重要意义.采用历史数据订正与多源耕地数据关系模型校核相结合的方法,重建了东北地区过去300年耕地面积时间序列以及耕地覆盖的空间格局变化,结果表明:(1)从变化总趋势来看,过去300年东北耕地几乎呈指数增长,增长最为迅速的时期为近100年,垦殖率由约10%增至20%以上;(2)从空间格局变化来看,18世纪中后期之前,东北三省的开垦区域还主要局限于辽宁省,19世纪末至20世纪初开垦区域大规模向北扩张,至20世纪初期,东北的垦殖北界已达到黑龙江中部;20世纪东北整体垦殖强度仍不断增大,但区域差异性逐渐减小,其中,20世纪初至30年代和20世纪50年代至80年代高垦殖率区域扩张较明显,并逐渐形成了3个主要农耕区;在20世纪30～40年代的吉林省与黑龙江省,表现出新垦殖区域向森林地区的扩张.总之,过去300年东北耕地覆盖的时空变化,反映出人类通过土地开垦、森林砍伐等生产活动已较大幅度地改变了该区域的自然景观面貌. |
| [10] | 历史时期的土地利用与土地覆被变化是影响陆地生态系统碳循环的重要因素.过去300年间,我国土地利用与覆被发生了较大变化,林地面积迅速减小,垦殖扩张明显,均对陆地生态系统的碳循环产生了重要的影响.采用通过第一手历史文献资料重建的历史土地数据,分析了过去300年我国土地利用变化的主要特征,研究表明:在研究时段,耕地面积持续增加,从清前期1661年的60.78×106hm2增加到20世纪末的96.09×106hm2;森林面积从1700年的248.13×106hm2降至1949年的109.01×106hm2.受土地利用与覆被变化影响,全国陆地生态系统的碳储量也随之变化.其中,地上植被破坏引起的碳排放大约为3.70PgC;土壤有机碳排放介于0.80~5.84PgC之间,最适估计为2.48PgC;植被和土壤变化引发的碳排放总计达4.50~9.54PgC,最适估算为6.18PgC.这远小于国外****估算所得的17.1~33.4PgC的排放量.碳排放的空间分异明显,由于东北地区和西南地区的植被破坏相对较大,过去300年间这两个地区受土地利用与覆被变化影响的碳排放也较大,其余排放量从大到小依次为内蒙古地区、华南西部地区、新疆和青藏高原区;而作为历史上传统农区的华北地区和华东地区,土地利用与覆被变化对陆地生态系统碳储量影响相对较小.但是近年有关研究显示,目前全国自然植被活动增强,土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳储量产生比较明显的积极作用. . 历史时期的土地利用与土地覆被变化是影响陆地生态系统碳循环的重要因素.过去300年间,我国土地利用与覆被发生了较大变化,林地面积迅速减小,垦殖扩张明显,均对陆地生态系统的碳循环产生了重要的影响.采用通过第一手历史文献资料重建的历史土地数据,分析了过去300年我国土地利用变化的主要特征,研究表明:在研究时段,耕地面积持续增加,从清前期1661年的60.78×106hm2增加到20世纪末的96.09×106hm2;森林面积从1700年的248.13×106hm2降至1949年的109.01×106hm2.受土地利用与覆被变化影响,全国陆地生态系统的碳储量也随之变化.其中,地上植被破坏引起的碳排放大约为3.70PgC;土壤有机碳排放介于0.80~5.84PgC之间,最适估计为2.48PgC;植被和土壤变化引发的碳排放总计达4.50~9.54PgC,最适估算为6.18PgC.这远小于国外****估算所得的17.1~33.4PgC的排放量.碳排放的空间分异明显,由于东北地区和西南地区的植被破坏相对较大,过去300年间这两个地区受土地利用与覆被变化影响的碳排放也较大,其余排放量从大到小依次为内蒙古地区、华南西部地区、新疆和青藏高原区;而作为历史上传统农区的华北地区和华东地区,土地利用与覆被变化对陆地生态系统碳储量影响相对较小.但是近年有关研究显示,目前全国自然植被活动增强,土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳储量产生比较明显的积极作用. |
| [11] | 当前,以全球变暖为主要特征的气候变化对人类社会的可持续发展构成了严重威胁,如何有效适应气候变化成为人类面临的共同挑战。研究表明,全球变暖的主要驱动力是人类活动造成的温室气体排放和土地利用方式改变。过去,科学界致力于削减全球温室气体排放,而土地利用与气候变化的关系,以及如何适应气候变化,没有引起足够重视。论文重点阐述土地利用/覆盖变化对区域气候的生物地球物理影响机制,总结土地利用/覆盖与气候变化定量关系的研究进展,得出现阶段研究存在四点不足:1缺乏景观格局与气候过程关系的认识;2较少考虑人类活动对下垫面的影响;3区域气候模式存在局限;4适应气候变化的研究不足。针对上述问题,论文指出基于可持续性的土地系统设计是适应气候变化的有效途径,也是未来气候变化领域的研究重点。 . 当前,以全球变暖为主要特征的气候变化对人类社会的可持续发展构成了严重威胁,如何有效适应气候变化成为人类面临的共同挑战。研究表明,全球变暖的主要驱动力是人类活动造成的温室气体排放和土地利用方式改变。过去,科学界致力于削减全球温室气体排放,而土地利用与气候变化的关系,以及如何适应气候变化,没有引起足够重视。论文重点阐述土地利用/覆盖变化对区域气候的生物地球物理影响机制,总结土地利用/覆盖与气候变化定量关系的研究进展,得出现阶段研究存在四点不足:1缺乏景观格局与气候过程关系的认识;2较少考虑人类活动对下垫面的影响;3区域气候模式存在局限;4适应气候变化的研究不足。针对上述问题,论文指出基于可持续性的土地系统设计是适应气候变化的有效途径,也是未来气候变化领域的研究重点。 |
| [12] | 土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980年代末到2010年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现1990-2010年的20年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20世纪末与21世纪初两个10年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13个土地利用变化区划单元演变为15个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000年后的第一个10年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。 . 土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980年代末到2010年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现1990-2010年的20年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20世纪末与21世纪初两个10年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13个土地利用变化区划单元演变为15个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000年后的第一个10年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。 |
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| [14] | 随着干旱区绿洲生态研究的进展,对绿洲内涵的认识和理解也不断得以深入和完善.在归纳总结了众多****对干旱区域绿洲生态研究状况的基础上,从绿洲的定义、生态系统结构以及绿洲生态研究的主要方向进行了较为详尽的阐述. . 随着干旱区绿洲生态研究的进展,对绿洲内涵的认识和理解也不断得以深入和完善.在归纳总结了众多****对干旱区域绿洲生态研究状况的基础上,从绿洲的定义、生态系统结构以及绿洲生态研究的主要方向进行了较为详尽的阐述. |
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| [17] | 根据三工河流域绿洲1978,1987年航片、1998年TM影 像以及土壤、水文与社会经济资料,综合运用遥感、GIS、土地利用/覆被变化(LUCC)指数模型、Logistic逐步回归模型及所提出的因子加权和指 标,分析表征影响因子对区域土地利用空间格局的影响程度,比较小规模家庭承包和大规模农场耕作的两种典型土地经营模式下的LUCC过程和驱动力.耕地、草 地控制全区土地利用的基本格局,耕地、城镇村工矿用地面积逐年增加,家庭经营区林草地面积均大幅度减少,而农场经营区仅草地有所减少(减幅12.0%), 林地却增加了(增幅13.7%);研究区前期(1978～1987年)土地利用变化比后期(1987～1998年)剧烈,家庭经营区土地利用变化比农场经 营区剧烈.政策是土地利用变化的决定性因素,水资源是土地利用的先决条件,在政策的宏观控制和水资源的约束下,全区土地利用变化的主要驱动因素为人口和经 济,主要的限制因素为土壤肥力和地下水埋深;家庭经营区人为驱动占主导地位,农场经营区自然因素的限制作用更加突出.影响因子波动越大的区域或时段,其土 地利用的变化也越显著. . 根据三工河流域绿洲1978,1987年航片、1998年TM影 像以及土壤、水文与社会经济资料,综合运用遥感、GIS、土地利用/覆被变化(LUCC)指数模型、Logistic逐步回归模型及所提出的因子加权和指 标,分析表征影响因子对区域土地利用空间格局的影响程度,比较小规模家庭承包和大规模农场耕作的两种典型土地经营模式下的LUCC过程和驱动力.耕地、草 地控制全区土地利用的基本格局,耕地、城镇村工矿用地面积逐年增加,家庭经营区林草地面积均大幅度减少,而农场经营区仅草地有所减少(减幅12.0%), 林地却增加了(增幅13.7%);研究区前期(1978～1987年)土地利用变化比后期(1987～1998年)剧烈,家庭经营区土地利用变化比农场经 营区剧烈.政策是土地利用变化的决定性因素,水资源是土地利用的先决条件,在政策的宏观控制和水资源的约束下,全区土地利用变化的主要驱动因素为人口和经 济,主要的限制因素为土壤肥力和地下水埋深;家庭经营区人为驱动占主导地位,农场经营区自然因素的限制作用更加突出.影响因子波动越大的区域或时段,其土 地利用的变化也越显著. |
| [18] | 以天山北坡三工河流域典型的人工绿洲景观为例,初步研究了干旱区绿洲景观斑块尺度绿洲稳定性,并借助遥感、GIS和数理统计方法,主要利用1978-1998年3期遥感影像数据,提出了景观斑块尺度绿洲稳定性的研究方法．结果表明:(1)绿洲斑块的景观控制力是景观动态变化的自然驱动力,控制力最强的斑块类型应为景观的基质;(2)绿洲景观斑块的转换是自然驱动力和人为驱动力共同作用的结果,但主要是人为干扰和驱动的结果,斑块转换的比例越高,则说明斑块类型的稳定性越低,也说明受人为干扰的程度越大;(3)1987年三工河流域控制力最强的斑块类型是荒草地,是景观的基质,1987和1998年,景观的基质已转变为水浇地;(4)三工河流域景观斑块对绿洲景观发展的控制力随时间在逐步减弱,且变化的幅度也逐步减小,说明景观斑块类型之间的相互作用总体在下降,绿洲景观斑块的自然稳定性总体呈现增强的趋势．但由于人类活动对景观斑块的干扰强度趋于增强,景观斑块之间的转化趋于频繁,导致绿洲景观环境资源斑块的稳定性较低,人工引入斑块的稳定性较高． . 以天山北坡三工河流域典型的人工绿洲景观为例,初步研究了干旱区绿洲景观斑块尺度绿洲稳定性,并借助遥感、GIS和数理统计方法,主要利用1978-1998年3期遥感影像数据,提出了景观斑块尺度绿洲稳定性的研究方法．结果表明:(1)绿洲斑块的景观控制力是景观动态变化的自然驱动力,控制力最强的斑块类型应为景观的基质;(2)绿洲景观斑块的转换是自然驱动力和人为驱动力共同作用的结果,但主要是人为干扰和驱动的结果,斑块转换的比例越高,则说明斑块类型的稳定性越低,也说明受人为干扰的程度越大;(3)1987年三工河流域控制力最强的斑块类型是荒草地,是景观的基质,1987和1998年,景观的基质已转变为水浇地;(4)三工河流域景观斑块对绿洲景观发展的控制力随时间在逐步减弱,且变化的幅度也逐步减小,说明景观斑块类型之间的相互作用总体在下降,绿洲景观斑块的自然稳定性总体呈现增强的趋势．但由于人类活动对景观斑块的干扰强度趋于增强,景观斑块之间的转化趋于频繁,导致绿洲景观环境资源斑块的稳定性较低,人工引入斑块的稳定性较高． |
| [19] | 应用遥感和GIS技术及数理统计学方法,以新疆三工河流域冲洪积扇-冲积平原型绿洲为研究区,利用1978年、1987年和1998年的遥感数据,深入研究了70年代中后期以来干旱区绿洲LUCC的过程和趋势。结果表明:(1)遥感和GIS在绿洲土地利用与覆被变化数据获取和空间分析方面是一种非常强大而有效的技术手段;(2)通过建立绿洲LUCC的幅度、速度、区域差异和变化趋势数学模型,可以较好的研究绿洲土地LUCC的过程和趋势,如变化的双向性、单向性、正向性和反向性,变化的涨势或落势等,在三工河流域绿洲应用取得良好效果;(3)自70年代中后期以来三工河流域绿洲LUCC趋缓,并存在显著的时空差异:前期绿洲LUCC处于单向转换过程的非平衡状态,并呈现一定的地段分异,其中绿洲上部处于准平衡状态,而绿洲中部和下部处于非平衡状态。后期绿洲LUCC呈现双向转换为主的发展态势,使绿洲LUCC处于准平衡状态;绿洲上部和中部处于非平衡状态,绿洲下部处于平衡状态,均表现出不同的变化过程和趋势。 . 应用遥感和GIS技术及数理统计学方法,以新疆三工河流域冲洪积扇-冲积平原型绿洲为研究区,利用1978年、1987年和1998年的遥感数据,深入研究了70年代中后期以来干旱区绿洲LUCC的过程和趋势。结果表明:(1)遥感和GIS在绿洲土地利用与覆被变化数据获取和空间分析方面是一种非常强大而有效的技术手段;(2)通过建立绿洲LUCC的幅度、速度、区域差异和变化趋势数学模型,可以较好的研究绿洲土地LUCC的过程和趋势,如变化的双向性、单向性、正向性和反向性,变化的涨势或落势等,在三工河流域绿洲应用取得良好效果;(3)自70年代中后期以来三工河流域绿洲LUCC趋缓,并存在显著的时空差异:前期绿洲LUCC处于单向转换过程的非平衡状态,并呈现一定的地段分异,其中绿洲上部处于准平衡状态,而绿洲中部和下部处于非平衡状态。后期绿洲LUCC呈现双向转换为主的发展态势,使绿洲LUCC处于准平衡状态;绿洲上部和中部处于非平衡状态,绿洲下部处于平衡状态,均表现出不同的变化过程和趋势。 |
| [20] | Land change is often studied with Markov models to develop a probability transition matrix. The existing methods dependent on such matrixes cannot effectively characterize some important aspects associated with land change such as status, direction, trend and regional variations. This study presents mathematical models to quantify these elements, defining unbalanced, quasi-balanced and balanced status, one- and two-way transitions and the rising or falling trends. Using these models and remote-sensing imageries, the landscape was studied for a case area, the oasis of Sangong River in Xinjiang, Northwest China where typical arid conditions prevail. Land expansion and contraction among various land types and for the entire oasis were analyzed for the periods of 1978-1987, 1978-1998 and 1987-1998. The changes were closely related to a strong economic growth after the land-reform campaign and adoption of the market economy in China in the 1980s to early 1990s, a process not strictly Markovian that requires stationarity and randomness. Information on land-change status and trend is important for a better understanding of the underlying driving processes but also for land-use planning and decision-making. |
| [21] | 玛纳斯河流域绿洲开发和经济发 展是新疆维吾尔自治区的典范,以不同时相的卫星影像、土地利用图和地形图为数据源,借助遥感和地理信息系统等先进技术,恢复了玛纳斯河流域过去50年来6 个时期(1949,1962,1976,1989,1999和2001年)的绿洲分布格局和动态演化过程.研究表明,按照绿洲年扩张速率,该流域的绿洲扩 张过程可分为两个阶段:1949~1976年为绿洲化阶段,因人口急剧增加,耕地面积急剧扩大,绿洲总面积从1949年的156.385km2扩张到 1976年的3639.491km2;1976~2001年为城市化阶段,耕地面积扩张速率减缓,城市化进程加快,2001年绿洲总面积为 5042.440km2.随着绿洲耕地面积的持续扩大,大量河水被引入到灌渠或平原水库中,使进入尾闾湖泊的河水逐渐减少,并最终导致尾闾湖泊干涸;同时 不合理的灌溉也造成绿洲内部低洼地带的大量耕地出现盐渍化现象,部分耕地被撂荒.分析可知,过去50年来玛纳斯河流域绿洲扩张及生态环境演变是由高强度的 人类活动造成的,玛纳斯河下游河水断流以及尾闾湖泊干涸对近距离的沼生植被具有重要影响,而对较远距离的荒漠植被并没有太大影响;相比而言,未来玛纳斯河 流域的发展必须解决农牧业的结构调整和水资源的合理利用等关键问题,这样才能抑制绿洲外部的荒漠化进程和内部盐渍化问题,促进天山北坡绿洲经济带的可持续 发展. . 玛纳斯河流域绿洲开发和经济发 展是新疆维吾尔自治区的典范,以不同时相的卫星影像、土地利用图和地形图为数据源,借助遥感和地理信息系统等先进技术,恢复了玛纳斯河流域过去50年来6 个时期(1949,1962,1976,1989,1999和2001年)的绿洲分布格局和动态演化过程.研究表明,按照绿洲年扩张速率,该流域的绿洲扩 张过程可分为两个阶段:1949~1976年为绿洲化阶段,因人口急剧增加,耕地面积急剧扩大,绿洲总面积从1949年的156.385km2扩张到 1976年的3639.491km2;1976~2001年为城市化阶段,耕地面积扩张速率减缓,城市化进程加快,2001年绿洲总面积为 5042.440km2.随着绿洲耕地面积的持续扩大,大量河水被引入到灌渠或平原水库中,使进入尾闾湖泊的河水逐渐减少,并最终导致尾闾湖泊干涸;同时 不合理的灌溉也造成绿洲内部低洼地带的大量耕地出现盐渍化现象,部分耕地被撂荒.分析可知,过去50年来玛纳斯河流域绿洲扩张及生态环境演变是由高强度的 人类活动造成的,玛纳斯河下游河水断流以及尾闾湖泊干涸对近距离的沼生植被具有重要影响,而对较远距离的荒漠植被并没有太大影响;相比而言,未来玛纳斯河 流域的发展必须解决农牧业的结构调整和水资源的合理利用等关键问题,这样才能抑制绿洲外部的荒漠化进程和内部盐渍化问题,促进天山北坡绿洲经济带的可持续 发展. |
| [22] | 以阜康绿洲-荒漠交错带的荒漠植被为研究对象,利用样区内植被常 规调查资料,改进了法国生态学家M.Godron从工业生产中发现并引入生态学研究中的稳定性测定方法,并将研究方法推广到植被群落的空间稳定性研究.根 据这种方法,累积种类百分数与累积相对盖度比值越趋近于20/80群落就越稳定,在20/80这一点上是群落的稳定点.研究结果证实:从空间上看,绿洲- 荒漠交错带不同植物群落稳定性不同;绿洲-荒漠交错带的荒漠植被群落稳定性受种间竞争、环境压力和干扰活动三个因素的影响,即使建群种相同的群落稳定性也 会出现较大差异. . 以阜康绿洲-荒漠交错带的荒漠植被为研究对象,利用样区内植被常 规调查资料,改进了法国生态学家M.Godron从工业生产中发现并引入生态学研究中的稳定性测定方法,并将研究方法推广到植被群落的空间稳定性研究.根 据这种方法,累积种类百分数与累积相对盖度比值越趋近于20/80群落就越稳定,在20/80这一点上是群落的稳定点.研究结果证实:从空间上看,绿洲- 荒漠交错带不同植物群落稳定性不同;绿洲-荒漠交错带的荒漠植被群落稳定性受种间竞争、环境压力和干扰活动三个因素的影响,即使建群种相同的群落稳定性也 会出现较大差异. |
| [23] | 景观生态图属国家基础图件之一,其分类研究是制图的基础,而地貌 和地表覆被是两个最主要的因素.该文在总结前人研究土地利用、植被、地貌等专题图件、乃至景观分类系统的基础上,详细对比分析了目前国内常用的土地利用和 植被分类体系,以卫星遥感为基础数据源,以地理信息系统为技术,将FAO土地覆被、土地利用和植被三者的分类方法和体系有机地结合起来,研究并提出了全国 适用于遥感影像数据(Landsat TM和ETM)的1:100万地表覆被分类系统,将全国陆地地表覆盖分为森林、草地、荒漠、水体和湿地、稀疏及无植被地、农田、人工建筑(一级类)七大 类,并划分出第二、三级类型,拟定了相应的编码体系.该研究为利用中高分辨率卫星数据编制并完成全国1:100万地表覆被图奠定了坚实的基础,同时对研究 和制定全国地貌和景观生态分类体系,编制全国地貌图和景观生态图具有很好的借鉴意义. . 景观生态图属国家基础图件之一,其分类研究是制图的基础,而地貌 和地表覆被是两个最主要的因素.该文在总结前人研究土地利用、植被、地貌等专题图件、乃至景观分类系统的基础上,详细对比分析了目前国内常用的土地利用和 植被分类体系,以卫星遥感为基础数据源,以地理信息系统为技术,将FAO土地覆被、土地利用和植被三者的分类方法和体系有机地结合起来,研究并提出了全国 适用于遥感影像数据(Landsat TM和ETM)的1:100万地表覆被分类系统,将全国陆地地表覆盖分为森林、草地、荒漠、水体和湿地、稀疏及无植被地、农田、人工建筑(一级类)七大 类,并划分出第二、三级类型,拟定了相应的编码体系.该研究为利用中高分辨率卫星数据编制并完成全国1:100万地表覆被图奠定了坚实的基础,同时对研究 和制定全国地貌和景观生态分类体系,编制全国地貌图和景观生态图具有很好的借鉴意义. |
| [24] | The use of the kappa statistic is commonly accepted as a measure for interobserver variability. However, in some situations, the interpretation of kappa should be handled with care. In this study 21 obstetricians were asked to segment and classify 13 cardiotocographic recordings for the major fetal heart rate (FHR) patterns acceleration, baseline FHR level, deceleration and undefined segments. In two cases the kappa statistic showed a poor group agreement. These low kappa values, however, were mainly due to the high proportion of baseline segments indicated by the referees. This finding will be exemplified by a discussion of one of the cases. |
| [25] | ABSTRACT |
| [26] | The cross-tabulation matrix is a fundamental starting point in the analysis of land change, but many scientists fail to analyze the matrix according to its various components and thus fail to gain as much insight as possible concerning the potential processes that determine a pattern of land change. This paper examines the cross-tabulation matrix to assess the total change of land categories according to two pairs of components: net change and swap, as well as gross gains and gross losses. Analysis of these components can distinguish between a clearly systematic landscape transition and a seemingly random landscape transition. Multiple resolution analysis provides additional information concerning the distances over which land change occurs. An example of change among four land categories in central Massachusetts illustrates the methods. These methods enable scientists to focus on the strongest signals of systematic landscape transitions, which is necessary ultimately to link pattern to process. |
| [27] | 论文在区域尺度上,探讨了绿洲 稳定性的内涵,并以新疆三工河流域绿洲为例,从绿洲所处的地理位置、绿洲与外围荒漠和山地系统之间的相互作用等方面评价了绿洲的区域稳定性。结果表明:① 冲洪积扇型绿洲稳定性最高,其次是位于地下水溢出带下方的冲积平原型绿洲,稳定性最差的是湖滨三角洲或散流干三角洲上发育的绿洲;②绿洲的冷岛效应和植被 指数可较好地表征绿洲与外围荒漠和山地系统之间的相互作用和评价绿洲的区域稳定性的时间变化。绿洲规模的扩大及绿洲水分和植被的增加将加强绿洲的冷岛效 应,提高绿洲的稳定性;归一化差异植被指数增加,表明绿洲内植被覆盖密度增大和植物生物量提高,绿洲的稳定性增强。 . 论文在区域尺度上,探讨了绿洲 稳定性的内涵,并以新疆三工河流域绿洲为例,从绿洲所处的地理位置、绿洲与外围荒漠和山地系统之间的相互作用等方面评价了绿洲的区域稳定性。结果表明:① 冲洪积扇型绿洲稳定性最高,其次是位于地下水溢出带下方的冲积平原型绿洲,稳定性最差的是湖滨三角洲或散流干三角洲上发育的绿洲;②绿洲的冷岛效应和植被 指数可较好地表征绿洲与外围荒漠和山地系统之间的相互作用和评价绿洲的区域稳定性的时间变化。绿洲规模的扩大及绿洲水分和植被的增加将加强绿洲的冷岛效 应,提高绿洲的稳定性;归一化差异植被指数增加,表明绿洲内植被覆盖密度增大和植物生物量提高,绿洲的稳定性增强。 |
| [28] | 以航空照片（1956年）、LandsatMSS影像（1975 年）、TM和ETM＋影像（1990、2000、2005、2010年）为基础数据源，提取了黑河流域近55a来的绿洲演变信息，并对绿洲演变的驱动力做 了初步分析。研究结果表明：①研究区绿洲在1956—1975年间呈萎缩状态，1975—2010年间均呈扩张状态，并在2010年达到 8137．89km2，整个绿洲扩张期间，2000年前的增长较平稳，2000年后增长较快；②绿洲内部的土地利用类型以耕地和林地所占比例最大，合占绿 洲总面积的90％左右，1975年后耕地成为绿洲中比重最大的土地类型，约占60％；③研究时段内耕地和城镇居民地的变化相对平稳，多为单向转入，而林 地、水域的变化相对剧烈，双向转换频繁；④关于绿洲演变驱动力的初步研究表明，自然和人为因素的共同作用影响了水资源的时空分布变化，并决定了绿洲演变的 方向和特征，但是其机制还需在今后开展更深入的研究。 . 以航空照片（1956年）、LandsatMSS影像（1975 年）、TM和ETM＋影像（1990、2000、2005、2010年）为基础数据源，提取了黑河流域近55a来的绿洲演变信息，并对绿洲演变的驱动力做 了初步分析。研究结果表明：①研究区绿洲在1956—1975年间呈萎缩状态，1975—2010年间均呈扩张状态，并在2010年达到 8137．89km2，整个绿洲扩张期间，2000年前的增长较平稳，2000年后增长较快；②绿洲内部的土地利用类型以耕地和林地所占比例最大，合占绿 洲总面积的90％左右，1975年后耕地成为绿洲中比重最大的土地类型，约占60％；③研究时段内耕地和城镇居民地的变化相对平稳，多为单向转入，而林 地、水域的变化相对剧烈，双向转换频繁；④关于绿洲演变驱动力的初步研究表明，自然和人为因素的共同作用影响了水资源的时空分布变化，并决定了绿洲演变的 方向和特征，但是其机制还需在今后开展更深入的研究。 |
| [29] | 分析了三工河流域40 a来气温、降水变化的基本特征,所得的主要结果如下:(1)阜康、天池的气温和降水的变化有线性增加的趋势,气候由暖干向暖湿转变.(2)阜康、天池各季 平均气温的变幅以冬季最大,夏季最小;各季的降水以夏季最大,冬季最小,总体趋势是温度升高、降水增多.(3)自60年代来气温基本上呈上升趋势,每年代 增幅都在0.3℃以上;降水没有气温变化明显,但降水量在增加.(4)阜康的气温和降水分别具有5.0年左右和3.3年左右的周期;天池的气温具有2.7 年左右的主周期和8年左右的次周期,降水则存在2.9年左右的主周期和4.4年左右的次周期. . 分析了三工河流域40 a来气温、降水变化的基本特征,所得的主要结果如下:(1)阜康、天池的气温和降水的变化有线性增加的趋势,气候由暖干向暖湿转变.(2)阜康、天池各季 平均气温的变幅以冬季最大,夏季最小;各季的降水以夏季最大,冬季最小,总体趋势是温度升高、降水增多.(3)自60年代来气温基本上呈上升趋势,每年代 增幅都在0.3℃以上;降水没有气温变化明显,但降水量在增加.(4)阜康的气温和降水分别具有5.0年左右和3.3年左右的周期;天池的气温具有2.7 年左右的主周期和8年左右的次周期,降水则存在2.9年左右的主周期和4.4年左右的次周期. |
| [30] | 植被覆盖变化在新疆山地-绿洲-荒漠系统(MODS)共存、平衡演变机制中扮演着重要角色。基于1982—2006年GIMMS/NDVI数据,提取新疆地区年最大植被覆盖指数(<em>fvc</em>),针对新疆MODS的基本格局,通过先地理分区再因海拔而异讨论,划分出山地、绿洲、荒漠子系统,对比分析不同分区不同子系统下<em>fvc</em>变化趋势、变率、变幅、变异性等时空动态特征。结果表明:新疆植被覆盖总体呈显著上升趋势,可分为1982—1995年的剧烈波动期和1996—2006年的相对平稳期,不同分区和子系统差异显著;在变幅和变异性上,东、南疆地区>北疆、伊犁地区,荒漠>山地>绿洲,植被覆盖度低的地区>植被覆盖度高的地区;显著改善的地区位于绿洲内部、绿洲的周边地区及部分山地,显著退化的地区大多位于东、南疆的荒漠区;不同植被覆盖度下植被覆盖变化具有不同特征,植被覆盖度低的地区,植被退化趋势明显,植被覆盖度高的地区,植被改善趋势明显。 . 植被覆盖变化在新疆山地-绿洲-荒漠系统(MODS)共存、平衡演变机制中扮演着重要角色。基于1982—2006年GIMMS/NDVI数据,提取新疆地区年最大植被覆盖指数(<em>fvc</em>),针对新疆MODS的基本格局,通过先地理分区再因海拔而异讨论,划分出山地、绿洲、荒漠子系统,对比分析不同分区不同子系统下<em>fvc</em>变化趋势、变率、变幅、变异性等时空动态特征。结果表明:新疆植被覆盖总体呈显著上升趋势,可分为1982—1995年的剧烈波动期和1996—2006年的相对平稳期,不同分区和子系统差异显著;在变幅和变异性上,东、南疆地区>北疆、伊犁地区,荒漠>山地>绿洲,植被覆盖度低的地区>植被覆盖度高的地区;显著改善的地区位于绿洲内部、绿洲的周边地区及部分山地,显著退化的地区大多位于东、南疆的荒漠区;不同植被覆盖度下植被覆盖变化具有不同特征,植被覆盖度低的地区,植被退化趋势明显,植被覆盖度高的地区,植被改善趋势明显。 |
| [31] | 应用遥感、地理信息系统和地统计学方法,分析三工河流域绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水位时空变异性的影响．通过半变异函数模型、克里格插值拟合三工河流域1978,1987和1998年地下水位时空变异性特征,结合遥感解译生成的1978,1987和1998年三期土地利用/土地覆被类型分类图,叠加分析不同地下水埋深等值线区域土地利用/土地覆被类型转移关系．结果表明1978-1998年20年间无论是平水期还是丰水期,整个绿洲地下水补给量变幅并不显著,而地下水位和土地利用/土地覆被均发生了显著的时空变化,并且两者之间具有密切的相关性．流域地下水水位整体具有中等的空间相关性(33．4％),空间自相关距离为17．78 km．地下水位急剧变化的区域均是土地资源开发加剧的区域,主要表现为耕地、林地、建设及工矿用地土地资源的开发．研究反映出干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水资源时空变异性产生了深远的影响,这对于合理利用浅层地下水资源,维护绿洲的稳定性具有直接的现实意义． . 应用遥感、地理信息系统和地统计学方法,分析三工河流域绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水位时空变异性的影响．通过半变异函数模型、克里格插值拟合三工河流域1978,1987和1998年地下水位时空变异性特征,结合遥感解译生成的1978,1987和1998年三期土地利用/土地覆被类型分类图,叠加分析不同地下水埋深等值线区域土地利用/土地覆被类型转移关系．结果表明1978-1998年20年间无论是平水期还是丰水期,整个绿洲地下水补给量变幅并不显著,而地下水位和土地利用/土地覆被均发生了显著的时空变化,并且两者之间具有密切的相关性．流域地下水水位整体具有中等的空间相关性(33．4％),空间自相关距离为17．78 km．地下水位急剧变化的区域均是土地资源开发加剧的区域,主要表现为耕地、林地、建设及工矿用地土地资源的开发．研究反映出干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水资源时空变异性产生了深远的影响,这对于合理利用浅层地下水资源,维护绿洲的稳定性具有直接的现实意义． |
| [32] | The aim of this paper is to examine the causes and dynamics of desertification in one of the world's worst disaster areas, the Aral Sea region. During the 1960s, a large-scale irrigation campaign aimed at achieving independence in cotton production was launched in Soviet Central Asia. From 1960, ever-increasing water withdrawal from the two inflowing rivers—the Amudarya and Syrdarya—has resulted in the dramatic decline of the level, area and volume of the sea. Desiccation was accompanied by the development and further acceleration of various desertification processes. The study reveals that, for different reasons, the predominant direction and trends of desertification have been changing during each of the four identified periods from 1961 to 1995. The main desertification processes recorded in the Circum-Aral region (‘Priaraliye’ in Russian) were a decline in the groundwater level, increased mineralization and chemical pollution of watercourses, soil salinization, the spread of xerophytic and halophytic vegetation, and deflation and aeolian accumulation, with the development of salt storms. Recent improvements in the situation are also discussed, along with their causes. Zonation of Priaraliye is carried out and an outlook for the future is given. |
| [33] | 在2000年和2010年两期遥感影像解译的基础上,从土地利用类型的结构、变化速率、变化方向及土地利用程度等方面分析了玛纳斯河流域土地利用的变化特征,并分析了影响土地利用变化的主要因素及不同因素之间的交互作用。结果表明:(1)近10年来,流域土地利用程度增强,人工绿洲呈扩张趋势,耕地和城乡工矿居民用地大量增加,林地和未利用地减少;上游地区草地和冰川积雪覆盖地面积增加。(2)耕地向内部外部双向扩张,主要来源于林地、荒漠和盐碱地;新增草地以山地裸地和山前荒漠的转变为主;林地主要转变为中游的耕地和城乡工矿居民用地及上游的草地和裸地;城乡工矿居民用地的增加主要来自荒漠、耕地和林地;未利用地变化以向人工绿洲土地类型的转变为主。(3)上游土地利用变化主要受气候变化的影响,降水量增加可能是冰川积雪面积扩张的主要原因;中游人类活动密集,耕地和城乡工矿居民用地扩张,荒漠植被退化;下游受气候和人类活动共同作用,尾闾湖泊萎缩,河岸和湖周植被退化。 . 在2000年和2010年两期遥感影像解译的基础上,从土地利用类型的结构、变化速率、变化方向及土地利用程度等方面分析了玛纳斯河流域土地利用的变化特征,并分析了影响土地利用变化的主要因素及不同因素之间的交互作用。结果表明:(1)近10年来,流域土地利用程度增强,人工绿洲呈扩张趋势,耕地和城乡工矿居民用地大量增加,林地和未利用地减少;上游地区草地和冰川积雪覆盖地面积增加。(2)耕地向内部外部双向扩张,主要来源于林地、荒漠和盐碱地;新增草地以山地裸地和山前荒漠的转变为主;林地主要转变为中游的耕地和城乡工矿居民用地及上游的草地和裸地;城乡工矿居民用地的增加主要来自荒漠、耕地和林地;未利用地变化以向人工绿洲土地类型的转变为主。(3)上游土地利用变化主要受气候变化的影响,降水量增加可能是冰川积雪面积扩张的主要原因;中游人类活动密集,耕地和城乡工矿居民用地扩张,荒漠植被退化;下游受气候和人类活动共同作用,尾闾湖泊萎缩,河岸和湖周植被退化。 |
| [34] | 以新疆三工河流域绿洲为例,应用遥感、地理信息系统、空间插值和统计分析的方法,初步分析干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对绿洲浅层地下水位水质变化的影响。研究数据包括1978、1987和1998年三期遥感数据和近25年8口常年观测井水位数据及1987和1998年两期20口观测井水质数据。结果表明,绿洲随着城市、工矿用地为主的非农业用地和以耕地为主的农业用地的持续增加,浅层地下水水位与水质发生了显著性的时空变化。冲洪积扇绿洲主要城镇聚居区地下水位以年均45cm的速率下降,冲积平原下部绿洲地下水位以年均7cm的速率呈现缓慢的上升趋势;绿洲地下水水质趋于恶化,矿化度总体呈现上升的态势,且冲积平原绿洲地下水矿化度上升的幅度普遍大于冲洪积扇绿洲,这与地形、水文地质条件、土地资源开发、灌排强度、地表蒸发、化学肥料和农药的使用密切相关。 . 以新疆三工河流域绿洲为例,应用遥感、地理信息系统、空间插值和统计分析的方法,初步分析干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对绿洲浅层地下水位水质变化的影响。研究数据包括1978、1987和1998年三期遥感数据和近25年8口常年观测井水位数据及1987和1998年两期20口观测井水质数据。结果表明,绿洲随着城市、工矿用地为主的非农业用地和以耕地为主的农业用地的持续增加,浅层地下水水位与水质发生了显著性的时空变化。冲洪积扇绿洲主要城镇聚居区地下水位以年均45cm的速率下降,冲积平原下部绿洲地下水位以年均7cm的速率呈现缓慢的上升趋势;绿洲地下水水质趋于恶化,矿化度总体呈现上升的态势,且冲积平原绿洲地下水矿化度上升的幅度普遍大于冲洪积扇绿洲,这与地形、水文地质条件、土地资源开发、灌排强度、地表蒸发、化学肥料和农药的使用密切相关。 |
| [35] | 利用1980—2013年北疆玛纳斯河流域乌兰乌苏农业气象站长期的农气观测实验资料,对3个典型棉花种植时期：裸地沟灌（NF,1980—1993年）、覆膜沟灌（MF,1994—2004年）以及膜下滴灌时期（MD,2005—2013年）的棉花生长和耗水特征进行对比研究。结果表明：在充分灌溉的条件下,棉花籽粒产量主要受温度影响,而蒸散量的变化与灌水量有关。近34年,该站棉花籽棉产量和棉田蒸散量均呈增加趋势,每年籽棉产量的增加率大于蒸散量的增加率,棉田水分利用效率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE）也随之呈增加趋势。MD时期的WUE和IWUE值最大,分别为（0.7±0.1）、（1.0±0.3）kg/m3,在我国和世界其他干旱、半干旱棉花产区均处于较高水平。 . 利用1980—2013年北疆玛纳斯河流域乌兰乌苏农业气象站长期的农气观测实验资料,对3个典型棉花种植时期：裸地沟灌（NF,1980—1993年）、覆膜沟灌（MF,1994—2004年）以及膜下滴灌时期（MD,2005—2013年）的棉花生长和耗水特征进行对比研究。结果表明：在充分灌溉的条件下,棉花籽粒产量主要受温度影响,而蒸散量的变化与灌水量有关。近34年,该站棉花籽棉产量和棉田蒸散量均呈增加趋势,每年籽棉产量的增加率大于蒸散量的增加率,棉田水分利用效率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE）也随之呈增加趋势。MD时期的WUE和IWUE值最大,分别为（0.7±0.1）、（1.0±0.3）kg/m3,在我国和世界其他干旱、半干旱棉花产区均处于较高水平。 |
| [36] | 荒漠区植被包括以旱生植物为主的荒漠植被和以中生植物为主的荒漠河岸林.综述了荒漠区植被对地下水埋深在个体、种群、群落以及斑块尺度上响应的研究成果,指出:荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系,而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果,应在地下水与植被达到平衡态的基础上充分考虑生境土壤异质性、植被可塑性并采用长期定位和控制试验相结合的方法进行综合研究.强调在今后的研究中,加强同位素示踪技术和高光谱遥感技术的应用,开展植物水力提升及其机理研究;加强荒漠区植被对地下水响应机理研究特别是微观尺度(分子水平)和响应过程长期定位研究;重视植被响应地下水位波动和水质变化的研究;强化在景观尺度和生态系统尺度集成研究,以便为管理包括地下水在内的荒漠生态系统提供依据. . 荒漠区植被包括以旱生植物为主的荒漠植被和以中生植物为主的荒漠河岸林.综述了荒漠区植被对地下水埋深在个体、种群、群落以及斑块尺度上响应的研究成果,指出:荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系,而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果,应在地下水与植被达到平衡态的基础上充分考虑生境土壤异质性、植被可塑性并采用长期定位和控制试验相结合的方法进行综合研究.强调在今后的研究中,加强同位素示踪技术和高光谱遥感技术的应用,开展植物水力提升及其机理研究;加强荒漠区植被对地下水响应机理研究特别是微观尺度(分子水平)和响应过程长期定位研究;重视植被响应地下水位波动和水质变化的研究;强化在景观尺度和生态系统尺度集成研究,以便为管理包括地下水在内的荒漠生态系统提供依据. |
| [37] | 干旱区绿洲长期滴灌是否会造成农田土壤积盐,事关干旱区绿洲农业的可持续发展,是学术界和生产管理部门严重关切的问题.玛纳斯河绿洲在新疆最早开展滴灌应用.本文在玛纳斯河绿洲范围内通过大量调查土壤剖面盐分和滴灌历史来回答上述问题.共调查了235个土壤剖面,深度一般为200 cm,最浅100 cm,利用其中已知滴灌年数的52个剖面数据分析滴灌对土壤盐碱化的长期影响,分为滴灌初始为耕地和荒地种情况.结果表明:新疆玛纳斯河绿洲荒地0~200 cm土层平均含盐量17.23 g kg-1,漫灌耕地平均含盐量0.59 gkg-1;农田滴灌对土壤脱盐与积盐影响并存;原荒地基础上进行滴灌,土壤呈脱盐趋势,土壤含盐量呈幂函数曲线下降,最长12年滴灌历史的多点不同滴灌年数地块含盐量平均值为6.38 g kg-1,总体仍然处于脱盐过程中;原耕地基础上长期滴灌,土壤呈积盐趋势,土层平均含盐量年均增长0.22 g kg-1,最长10年滴灌历史的多点不同滴灌年数田块平均含盐量增长为2.36 g kg-1,土壤含盐量增长趋于危害棉花生长、影响产量的临界值.干旱区绿洲长期滴灌将造成土壤积盐,应该引起科学研究和灌溉管理的高度重视;在节水灌溉过程中保证盐分淋洗用水是减缓滴灌农田土壤积盐必需的措施. . 干旱区绿洲长期滴灌是否会造成农田土壤积盐,事关干旱区绿洲农业的可持续发展,是学术界和生产管理部门严重关切的问题.玛纳斯河绿洲在新疆最早开展滴灌应用.本文在玛纳斯河绿洲范围内通过大量调查土壤剖面盐分和滴灌历史来回答上述问题.共调查了235个土壤剖面,深度一般为200 cm,最浅100 cm,利用其中已知滴灌年数的52个剖面数据分析滴灌对土壤盐碱化的长期影响,分为滴灌初始为耕地和荒地种情况.结果表明:新疆玛纳斯河绿洲荒地0~200 cm土层平均含盐量17.23 g kg-1,漫灌耕地平均含盐量0.59 gkg-1;农田滴灌对土壤脱盐与积盐影响并存;原荒地基础上进行滴灌,土壤呈脱盐趋势,土壤含盐量呈幂函数曲线下降,最长12年滴灌历史的多点不同滴灌年数地块含盐量平均值为6.38 g kg-1,总体仍然处于脱盐过程中;原耕地基础上长期滴灌,土壤呈积盐趋势,土层平均含盐量年均增长0.22 g kg-1,最长10年滴灌历史的多点不同滴灌年数田块平均含盐量增长为2.36 g kg-1,土壤含盐量增长趋于危害棉花生长、影响产量的临界值.干旱区绿洲长期滴灌将造成土壤积盐,应该引起科学研究和灌溉管理的高度重视;在节水灌溉过程中保证盐分淋洗用水是减缓滴灌农田土壤积盐必需的措施. |
| [38] | 土壤盐溃化在干旱区越来越加重.因此在干旱区盐碱粉砂壤土中应用滴灌时,如何制定合理的灌溉制度使得灌溉水对土壤盐分的淋洗是一个关键的科学问题.本文就此问题,2007～2009年进行了3年的膜下滴灌土壤水盐运移的试验研究.结果表明,在棉花生长阶段,随着灌溉定额的增加,土壤盐分峰值位呈现下移的趋势.当灌溉定额从DIA(3 000 m3 hm -2)增加至1.6 DIA时,盐分峰值位置向垂直方向从35 cm下移至65 cm.滴灌结束之后,土壤盐分峰值的下移顺序为1.6 DIA＞ 1.4 DIA＞ 1.2 DIA＞ DIA.随着滴头流量的增加,在一定的滴水强度范围之内,土壤盐分峰值位置呈现下移的趋势,当滴头流量进一步增加时,土壤孔隙的入渗能力变得小于滴头流量,致使土壤盐分下移受水分运动的影响.灌溉结束之后土壤盐分峰值的下移顺序为2.6 Lh-1 ＞2.2 Lh-1＞1.8 Lh-1 ＞3.2Lh-1.在时间尺度上,灌溉结束时,随着时间的推移,土壤盐分呈现从深层到地表和从膜下到膜间的双向迁移趋势.随着灌溉定额或滴头流量的增加,棉花产量也呈现先增加后减少的趋势.由此可见,无论是水分亏缺或者过量灌溉均会降低棉花产量,同时过小或过大的滴头流量也不利于增加棉花产量.因此在于旱区的粉砂壤土中进行膜下滴灌时,要使棉花产量达到较高值,应尽量采用2.6Lh-1的滴头流量和1.4 DIA的灌溉定额处理为宜. . 土壤盐溃化在干旱区越来越加重.因此在干旱区盐碱粉砂壤土中应用滴灌时,如何制定合理的灌溉制度使得灌溉水对土壤盐分的淋洗是一个关键的科学问题.本文就此问题,2007～2009年进行了3年的膜下滴灌土壤水盐运移的试验研究.结果表明,在棉花生长阶段,随着灌溉定额的增加,土壤盐分峰值位呈现下移的趋势.当灌溉定额从DIA(3 000 m3 hm -2)增加至1.6 DIA时,盐分峰值位置向垂直方向从35 cm下移至65 cm.滴灌结束之后,土壤盐分峰值的下移顺序为1.6 DIA＞ 1.4 DIA＞ 1.2 DIA＞ DIA.随着滴头流量的增加,在一定的滴水强度范围之内,土壤盐分峰值位置呈现下移的趋势,当滴头流量进一步增加时,土壤孔隙的入渗能力变得小于滴头流量,致使土壤盐分下移受水分运动的影响.灌溉结束之后土壤盐分峰值的下移顺序为2.6 Lh-1 ＞2.2 Lh-1＞1.8 Lh-1 ＞3.2Lh-1.在时间尺度上,灌溉结束时,随着时间的推移,土壤盐分呈现从深层到地表和从膜下到膜间的双向迁移趋势.随着灌溉定额或滴头流量的增加,棉花产量也呈现先增加后减少的趋势.由此可见,无论是水分亏缺或者过量灌溉均会降低棉花产量,同时过小或过大的滴头流量也不利于增加棉花产量.因此在于旱区的粉砂壤土中进行膜下滴灌时,要使棉花产量达到较高值,应尽量采用2.6Lh-1的滴头流量和1.4 DIA的灌溉定额处理为宜. |
| [39] | 膜下滴灌节水增产高效的表现使其成为我国西北干旱区绿洲农田普遍 使用的灌溉方式.然而,长期滴灌下土壤盐分的变化趋势亟待研究.于2010年在新疆玛纳斯河绿洲进行微成水灌溉试验,校验Hydrus 2D模型,并模拟预测长期滴灌下土壤盐分积累的变化特征.结果显示:Hydrus 2D模型可以有效模拟滴灌土壤盐分分布与积累特征；滴灌根区土壤盐分主要受灌溉输入土壤盐分与深层淋洗作用影响,随着滴灌年份的增加,根区盐分逐步增加, 作物蒸腾受限,下渗淋洗量加大,最终根区的输入盐量与淋洗盐量相当,根区盐分处于相对平衡状态.以矿化度分别为4.8,3.2,1.6,0.8 g/L的灌溉水质为例,在420 mm灌溉水量下,分别在10,15,20,35 a后土壤盐达到平衡,根区盐分分别稳定在4.2,3.8,3.2,2.8 mg/cm3,作物的蒸腾满足率分别为72％,80％,85％,91％,为保证研究区内作物的正常生长,需要的灌溉量至少应分别为 495,470,425,395 mm. . 膜下滴灌节水增产高效的表现使其成为我国西北干旱区绿洲农田普遍 使用的灌溉方式.然而,长期滴灌下土壤盐分的变化趋势亟待研究.于2010年在新疆玛纳斯河绿洲进行微成水灌溉试验,校验Hydrus 2D模型,并模拟预测长期滴灌下土壤盐分积累的变化特征.结果显示:Hydrus 2D模型可以有效模拟滴灌土壤盐分分布与积累特征；滴灌根区土壤盐分主要受灌溉输入土壤盐分与深层淋洗作用影响,随着滴灌年份的增加,根区盐分逐步增加, 作物蒸腾受限,下渗淋洗量加大,最终根区的输入盐量与淋洗盐量相当,根区盐分处于相对平衡状态.以矿化度分别为4.8,3.2,1.6,0.8 g/L的灌溉水质为例,在420 mm灌溉水量下,分别在10,15,20,35 a后土壤盐达到平衡,根区盐分分别稳定在4.2,3.8,3.2,2.8 mg/cm3,作物的蒸腾满足率分别为72％,80％,85％,91％,为保证研究区内作物的正常生长,需要的灌溉量至少应分别为 495,470,425,395 mm. |
| [40] | 于2010年在新疆石河子大学节水灌溉实验站进行膜下微咸水滴灌 试验.灌溉水矿化度为3.32 g L-1,三个灌溉定额处理(Q36:3 150 m3 hm-2、Q48:4 200 m3 hm-2、Q60:5 250 m3 hm-2),并分析了土壤盐分分布及其积累特征.在灌溉周期内土壤盐分运移特征为:根区土壤盐分基本表现趋势为湿润体形成阶段降低,再分布阶段聚集;根底 土壤盐分表现趋势为湿润体形成阶段增加,再分布阶段降低.秋后土壤盐分剖面与盐量平衡结果显示:Q36、Q48处理中灌溉输入土壤的盐分基本上存于120 cm土壤以内,Q60处理在120 cm以下土壤盐分显著增加.灌前灌后土壤水分入渗剖面显示,三个处理滴灌后36 h土壤水分湿润深度分别达到80、90、120 cm.滴头部位水分携带盐分向深层迁移,在滴灌中起着深层淋溶作用,这对于减缓上层土壤盐分积累具有积极意义. . 于2010年在新疆石河子大学节水灌溉实验站进行膜下微咸水滴灌 试验.灌溉水矿化度为3.32 g L-1,三个灌溉定额处理(Q36:3 150 m3 hm-2、Q48:4 200 m3 hm-2、Q60:5 250 m3 hm-2),并分析了土壤盐分分布及其积累特征.在灌溉周期内土壤盐分运移特征为:根区土壤盐分基本表现趋势为湿润体形成阶段降低,再分布阶段聚集;根底 土壤盐分表现趋势为湿润体形成阶段增加,再分布阶段降低.秋后土壤盐分剖面与盐量平衡结果显示:Q36、Q48处理中灌溉输入土壤的盐分基本上存于120 cm土壤以内,Q60处理在120 cm以下土壤盐分显著增加.灌前灌后土壤水分入渗剖面显示,三个处理滴灌后36 h土壤水分湿润深度分别达到80、90、120 cm.滴头部位水分携带盐分向深层迁移,在滴灌中起着深层淋溶作用,这对于减缓上层土壤盐分积累具有积极意义. |
