鄂尔多斯市防风固沙功能时空变化及驱动因素分析

鄂尔多斯市是京津风沙源治理的重点区域,其防风固沙功能提升对于筑牢北方生态屏障和维护环京津地区的环境安全具有重要意义. 本文基于长时间序列卫星遥感影像以及气象、植被、土壤等数据资料,采用修正的风蚀模型(RWEQ),评估了鄂尔多斯市防风固沙功能,揭示了防风固沙功能时空变化规律及驱动因素. 结果表明:①2018年鄂尔多斯市防风固沙量为95.07×108 t,单位面积防风固沙量为10.95×104 t/km2,高值区主要位于东部和北部,整体上呈现自东向西递减的趋势. ②2000—2018年,鄂尔多斯市防风固沙功能呈增加趋势,年均增长率为26.96%;空间上,其防风固沙功能明显提升区域主要位于准格尔旗和乌审旗的东南部,面积占比为54.89%;稳定区域位于杭锦旗、鄂托克旗、伊金霍洛旗的部分区域,面积占比为29.76%;降低区域位于杭锦旗北部和鄂托克旗西部,面积占比为15.33%. ③鄂尔多斯市防风固沙功能变化与降雨量和土地利用类型的面积占比均呈显著相关. 研究显示,长期生态保护修复显著提升了鄂尔多斯市防风固沙功能,但由于气候变化和人类活动影响仍存在功能退化区域,未来科学实施生态修复是筑牢鄂尔多斯市生态屏障的主要方向.      

京津风沙源区防风固沙功能的时空变化及其区域差异

防风固沙功能是京津风沙源治理成效的关键监测指标。以往研究注重局地防风固沙功能的评估,对全区防风固沙功能的时空变化与内部差异揭示不足。基于京津风沙源区多期遥感数据,采用修正风蚀方程与GIS空间统计技术,评估分析了2000-2015年防风固沙功能的整体变化及其区域差异。结果表明:(1)京津风沙源区年均防风固沙量为28.98亿t,防风固沙能力为68.24 t/hm~2,且均随年份变化波动增加,年均增速分别为1.10%和0.71%;(2)京津风沙源区防风固沙能力呈西北高、东南低趋势,有49.06%的区域防风固沙能力高于70 t/hm~2,评估期内有54%的区域防风固沙能力明显提高;(3)浑善达克沙地亚区、典型草原亚区和荒漠草原亚区的防风固沙量累计为全区防风固沙总量的88%,燕山丘陵山地水源保护亚区和晋北山地丘陵亚区的防风固沙能力提升最显著;(4)锡林郭勒盟、赤峰市和乌兰察布市的防风固沙量合计占全区防风固沙量的77%,朔州市与包头市防风固沙能力较高,北京市与天津市防风固沙能力增速较高。因此,未来应重视分区施策治理与西部和北部防风固沙功能提升。     

阴山北麓草原生态功能区植被覆盖度遥感动态监测

为揭示植被覆盖度时空动态变化及其与气候因子的相关关系,以2011年国务院印发的《国家主体功能区规划》中划定的防风固沙类型的阴山北麓草原生态功能区为研究区域,以MODIS长时间序列的植被指数产品为数据源,采用像元二分法、一元线性趋势法以及相关分析法等,对阴山北麓草原生态功能区植被覆盖时空变化及其与气温和降水的关系进行分析.结果表明:阴山北麓草原生态功能区植被覆盖较差,其中以察哈尔右翼中旗的植被覆盖度为最高,数值在30%~60%之间;乌拉特后旗植被覆盖度为最低,处于2.31%~8.89%之间.2000-2010年研究区植被覆盖整体呈波动下降趋势,以低等级（0~20%）和较低等级（20%~40%）为主,两等级面积占90%以上;处于高等级（60%~80%）和较高等级（80%~100%）水平的区域面积总和仅占研究区总面积的0.62%.2000-2010年植被覆盖度由高等级向低等级的转化趋势明显,植被退化面积占研究区总面积的53.4%,植被改善面积仅占1.63%,基本不变的区域占44.97%.相关分析显示,研究区植被覆盖度与同期降水响应关系良好,大部分区域二者呈正相关;植被覆盖度与同期气温关系不明显,大部分区域二者呈负相关,说明降水是影响阴山北麓草原生态功能区植被覆盖度变化的主要自然因素.      

黑河下游重要生态功能区植被防风固沙功能及其价值初步评估

在遥感和地理信息系统支持下,利用风蚀输沙率模型,对1986-2006年期间黑河下游重要生态功能区植被的防风固沙功能及其价值进行了估算。结果表明: 1986、1996和2006年研究区植被防风固沙量分别为9 056×10⁴ t、4 972×10⁴ t和6 296×10⁴ t;不同植被覆盖的土地类型中,有林地防风固沙能力最强,其次为灌木林,低覆盖度草地最小;1986-2006年,区域植被生态系统的防风固沙功能呈现出先减弱后增强的趋势;植被防风固沙功能的空间分布差异性明显,防风固沙能力较高的区域主要零散分布在河流、湖泊沿岸等植被覆盖状况较好的区域;研究区域植被生态系统的防风固沙功能价值较大,2006年达到53.1×10⁸元,明显高于当年研究区的GDP。     

邕江流域植被时空分布及演变研究

以250 m分辨率的MOD13Q1数据为数据源,通过最大值合成法和均值法分别获得2000—2010年邕江流域年均NDVI时间序列,采用回归分析、相关系数分析和变异系数等方法,研究邕江流域植被状况的时空分布特征。结果表明,在空间分布上,邕江流域植被覆盖呈四周高,中部低的分布特征。在时间变化上,2000—2010年邕江流域植被覆盖区域年均NDVI波动为0.42~0.54,其中2000—2004年植被覆盖区域NDVI波动较大,不存在明显的趋势特征,但2004年以后植被覆盖区域NDVI呈波动性缓慢增长趋势;在年际波动上,邕江流域92.87%的植被覆盖区域NDVI呈中低波动,而高波动区域仅占植被覆盖区域总面积的7.13%,植被覆盖状况总体稳定性较好。在变化趋势上,2000—2010年邕江流域地表植被覆盖改善的区域远大于植被退化的区域,其中,改善的区域占植被覆盖区域总面积的56.02%,退化的区域占13.36%,30.62%的区域呈稳定不变的状态。     

基于遥感技术的干旱荒漠区露天煤矿植被群落受损评估

以新疆准东五彩湾露天煤矿开采区为研究靶区,基于2006~2011年的Landsat TM卫星遥感影像数据,借助植被指数和植被覆盖度指数,对干旱荒漠区露天煤矿开采对植被的扰动进行分析.利用植被覆盖度特征和植被覆盖度转移矩阵,分析了露天煤矿开采中不同等级植被群落的受损速度和面积变化情况,通过植被覆盖度的时空变化趋势和波动程度,研究了植被覆盖度随时间的变化特征,并定量分析了研究区植被受损范围与受损程度.结果表明,2006~2011年,露天煤矿开采对研究区植被破坏程度呈逐年增加趋势,研究区内植被覆盖度年均减少1.2%,并且植被等级越低,植被受损速度也越快.其中植被受煤矿开采粉尘影响的范围较大,占研究区总面积的44.69%,影响的平均最大距离约为3.2km,并且煤矿的开采规模越大,影响的距离越远．煤矿采掘区、排土场压占区和占用区内植被覆盖稀疏,有植被区域占该区域面积的12.15%,尽管该区域植被覆盖面积不大,但所在区域植被覆盖度的波动程度在0.05~0.15之间,植被受损严重.     

雅鲁藏布江源区风沙化土地演变趋势

雅鲁藏布江源区是世界上最高的江河源,其生态功能状况直接影响其水源涵养功能以及中下游地区,特别是日喀则和拉萨等地区的生态安全。源区内土壤发育程度低,气候干旱多风、植被稀疏,风沙地貌发育。论文以雅鲁藏布江源区所在的马泉河流域为研究对象,借助RS和GIS技术,解译了1990年、2000年和2008年3期近20 a遥感影像,并结合DEM数据,分析风沙化土地的分布特征及演变趋势,对准确把握源区内风沙化土地现状及发展趋势具有重要意义。研究结果表明:①2008年,源区共有风沙化土地1 376.22 km2,其中,固定沙地占风沙地总面积的36.03%,半固定沙地占28.10%,流动沙地占9.39%,裸露砂砾地和半裸露砂砾地分别占14.64%和11.84%;②源区风沙化土地呈逐年递增趋势,其中,1990年为1 281.78km2,2000年为1 359.7km2,2008年为1 376.22km2,近20 a增加了94.44 km2;③从高程上看,分布在海拔4 600~4 800 m范围内的风沙化土地占风沙地总面积的76.13%;从坡向上看,分布在平坦地区的风沙化土地占风沙地总面积的56.97%,其次为西南坡和南坡,比例分别为11.20%和8.66%。     

2000～2017年贵州省植被覆盖时空变化特征及其对气候变化的响应

利用MODIS/NDVI数据、近18年来贵州省气象站点数据，辅以时间序列、变化趋势和空间动态变化分析等方法，研究贵州省植被覆盖的时空变化特征；探讨植被覆盖变化对气象因子在地域、变化速率和变化方向方面的时空响应规律。研究结果显示：（1）2000~2017年贵州省植被覆盖呈现显著增加的趋势，增速为0.004/a，夏季NDVI值最高，冬季增加趋势最大；空间上，贵州省植被覆盖格局呈现"南高北低、东高西低"的空间分布特征。在变化趋势上，贵州省植被覆盖呈改善和退化趋势的面积分别占贵州省总面积的94.97%和5.03%。（2）2000~2017年，贵州省气候变化特征是降雨量在年内分布不均，且主要分布在5月至8月；温度在各个季节变化趋势不明显，但是总体呈上升的趋势。气温和降水变化趋势大于零的面积分别占贵州省总面积的98.4%和60.46%，说明在全球暖湿化的大背景下，贵州省大部分地区亦呈温度升高、降水增加的态势。（3）贵州省NDVI与气温的相关性大于降水，但其对降水的滞后性却高于气温。其中，秋季植被受降水影响滞后性最强，其次是夏季。（4）不同气候要素对贵州省植被生长影响具有空间差异性，98.4%的地区NDVI与同期温度均达到正相关水平；NDVI与同期降水并未表现出良好的相关性，但82.63%的地区植被与前一年降水呈正相关水平。植被与降水呈负相关的地区，建设用地、裸地占更大比率，且人类活动在植被变化中的作用不容忽视。     

区域性气候变化对长江中下游流域植被覆盖的影响

利用2000─2010年MODIS EVI(增强型植被指数)数据和气候资料,对长江中下游流域区域性气候变化对植被覆盖的影响进行了综合研究. 结果显示:①2000—2010年间长江中下游流域植被覆盖度呈上升趋势,EVI年均值从0.302增至0.318,增幅达5.57%,增长主要出现在春季. 各植被类型中,常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林和人工农田植被覆盖度增加最为显著. ②研究区整体植被覆盖较好,但地域差异较大, EVI高值区分布在东南部南岭、武夷山、九岭山一带;中部江河湖泊区、长江两岸大型城市周边区域植被覆盖较差. ③气温是植被覆盖变化的主要影响因子,尤其春季表现最为显著;由于常年降水充沛,研究区降水量对植被覆盖影响程度不及气温;日照时数仅在夏季对当月植被覆盖有一定影响;相对湿度对植被覆盖影响较低,但在秋季对植被覆盖影响时间较长,可持续3个月. ④气候变化对自然植被覆盖的影响主要表现在湖南省和湖北省西部;对湖南省中部和安徽省中北部地区人工农田植被的影响较显著. ⑤空间相关性研究表明,长江中下游流域植被覆盖度增加除与自然条件改善有关外,国家近年来实施的各项生态工程也起到了积极的作用.      

三江源区草地生态系统质量及其动态变化

为探讨三江源区2000—2010年草地植被的时空演变特征,定量评价三江源区草地生态系统质量及其动态变化,采用植被覆盖度和NPP 2个生态参数,分析三江源区草地生态系统的时间变化特征和空间分布规律.结果表明:2000—2010年三江源区草地年均植被覆盖度为26.89%,年均NPP（以C计）为34.35 g/m2,11 a间二者均呈增加趋势.三江源区草地质量具有明显的季节性变化特征,呈南高北低、东高西低的空间分布格局.从11 a的平均结果来看,三江源区草地植被覆盖度在8月达到最大值,约为59.19%;而草地NPP在7月达到最大值,为98.53 g/m2.气温是三江源区草地植被覆盖度变化的主要影响因子,而雨热不同期则造成三江源区草地NPP的年际波动变化.植被覆盖变化是气候变化和人类活动共同作用的结果.研究显示,2000—2010年三江源区草地生态系统质量有所改善,特别是生态工程实施后,草地生态系统质量明显好转.三江源区需在促进农牧业产业升级和资源优化配置的基础上,继续采取积极的减压增效措施,真正实现草畜平衡,达到生态保护的目的.      

不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被凋查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速(v)随植被盖度(Cover)的变化基本服从二次幂函数关系.随着利用强度的增加,植被盖度降低,在同样风速条件下(大于临界风蚀风速),风蚀率迅速增加.较轻的利用强度下,当植被盖度保持在63%时,在风速为25 m/s条件下风蚀率也很小,而当植被盖度<35%时,在风速为20～25 m/s条件下,风蚀率随植被盖度的下降迅速上升.草甸草原区的免耕农田由于完全失去植被的保护,每分钟狂风(25 m/s)造成的土壤风蚀量达到682.1 kg/hm2,接近1 a的土壤平均生成量(1 000 kg/hm2).     

基于MODIS-NDVI的2000—2018年中国北方土地沙化敏感性时空变化

选择植被覆盖度、湿润指数、大风日数、土壤表层砂粒含量和坡度5个因子作为评价指标,基于多源数据开展了中国北方14省（区）2000—2018年土地沙化敏感性空间分布格局及其动态变化研究,并按土地易起沙尘程度的高低依次划分为极易起沙尘和高度易起沙尘（高敏感等级）、中等易起沙尘（中敏感等级）、轻度易起沙尘和不易起沙尘（低敏感等级）。结果表明：2000—2018年中国北方14省（区）处于土地沙化高敏感等级的面积从48.1%下降至40.4%,处于土地沙化低敏感等级的面积从30.3%上升至38.8%,整体呈土地沙化高敏感等级向中、低敏感等级过渡的趋势。与2000年相比,2018年内蒙古科尔沁、浑善达克和毛乌素沙地及其周边区域极易起沙尘和高度易起沙尘的土地面积明显减小,植被覆盖度的增加和大风日数的减少是这种变化的重要原因。     

植被对风沙土风蚀作用的影响

以植物模型、风沙土为实验材料，以风洞模拟实验为研究手段得出初步结论：地表粗糙度为植被特征参数的函数，随植被盖度的增加呈幂函数增加；随植被作用区面积蛎呈线性增加；与行状植物的排列方向和主风向夹角的平方根成正比。在盖度相同的条件下，均匀分布较丛状分布可产生较大的粗糙度。风蚀率随植被盖度的减少呈指数增加。植被盖度对风沙土风蚀作用的影响可划分为３种程度类型：大于６０％为轻度风蚀和无风蚀。６０％￣２０％为中     

内蒙古生态环境敏感性综合评价

针对内蒙古土地沙化、土壤侵蚀、土壤盐渍化和生物多样性减少等区域自然环境演变过程中出现的生态问题,采用遥感和地理信息系统技术,构建敏感性评价指标体系与评价模型,对内蒙古生态环境敏感性进行综合研究,定量揭示研究区生态环境敏感性程度和空间分布特征.结果表明:土地沙化不敏感区、极敏感区分别占研究区面积35.9%和10.1%;土地沙化敏感性等级高的区域集中分布在内蒙古辖区内主要沙漠边缘和沙地;土壤基质多为沙粒、冬春季节多大风且植被覆盖度较低是土地容易发生沙化的主要原因.土壤侵蚀轻度、中度和高度敏感区分别占研究区面积的43.9%、30.2%和19.2%;受降水空间差异影响,土壤侵蚀敏感性等级自东南向西北呈逐步下降趋势.土壤盐渍化不敏感区、极敏感区分别占研究区面积的57.6%和14.6%,盐渍化明显地区主要分布在内蒙古西北部和东部;蒸发量远大于降水量,人类活动影响较明显,是土壤盐渍化高发的主要原因.生境不敏感、高度和极敏感区分别占研究区面积的30.5%、25.1%和10.6%,敏感性等级高的区域主要分布在大小兴安岭地区;这些区域水热条件相对较好,植被覆盖度高,物种数量较为丰富,是生物多样性重点保护区域.综合生态环境高度和极敏感区分别占研究区面积的27.9%和9.6%;敏感性等级高的区域位于内蒙古中北部,等级较低的区域位于内蒙古西北、东北和东南部.     

旱灾对石漠化影响评估及灾后石漠化防治分区

以西南五省区(四川、重庆、云南、贵州、广西)为研究对象,将岩性、坡度、降水、土地利用、土壤类型、植被覆盖度、与居民点距离、人口密度作为评价指标,研究了石漠化敏感性及西南旱灾导致的变化,并以贵州省兴义市为示范,制定了旱灾后石漠化防治分区. 结果表明:干旱可提高石漠化敏感性,受旱灾程度越深,石漠化敏感性增强越明显. 旱灾导致西南五省区石漠化极重度敏感区和重度敏感区面积分别增加了777和16 484 km2. 贵州省兴义市石漠化敏感性显著变化面积最大,达到石漠化总面积的54%,灾后治理区、监督区、预防区的面积分别为110.9、221.8和509.1 km2,其中需对33.7 km2的石漠化区域进行优先治理.      

基于风沙防治的典型农牧交错区土地利用多情景模拟

作为典型的半干旱沙区,科尔沁左翼后旗（简称"科左后旗"）土地退化严重,土壤风蚀程度较强,有针对性地调整土地利用结构,有助于农牧交错区社会经济和生态环境的可持续发展.采用修正风蚀方程（RWEQ）模拟科左后旗的风蚀状况,并结合CA-Markov模型和当地风蚀状况及区域相关规划,设定了延续现有发展态势的历史发展情景、在全区域内开展风蚀治理的全域治理情景和依照区域风蚀特征实施治理的分区治理情景3种未来可能的发展情景,基于Dyna-CLUE模型模拟各情景下科左后旗2020年的土地利用格局.结果表明:①2010年科左后旗的平均风蚀量为33.86 t/（hm2·a）,风蚀程度较为严重,并且具有明显的西高东低的空间差异.②采用Dyna-CLUE模型模拟2010年土地利用空间分布结果的Kappa指数达0.921,模拟效果良好.③与2010年相比,历史发展情景下,2020年科左后旗荒漠化趋势更加严重,未利用地面积将增加33.76%,草地退化明显;全域治理情景下,风沙治理取得了一定成效,70.30%的未利用地得到治理,其中分别有32.32%和32.52%转化为林地和草地,水域也得到一定恢复,面积将增加5.01%;相比于全域治理情景,分区治理情景下高风蚀地区有更多的未利用地得到治理,低风蚀地区耕地面积将增加4.68%,进行风沙治理的同时也在一定程度上保护了耕地.研究显示,Dyna-CLUE模型在我国农牧交错区具有较好的土地利用格局的模拟能力,采取积极的风沙防治措施可以大幅提高当地的林地和草地面积,而采取有针对性的分区域治理政策在进行风沙治理的同时也可有效地保护耕地.      

石漠化治理下重庆酉阳典型岩溶槽谷区不同坡向地下水时空变化特征

岩溶槽谷区独特的地质背景制约着地下水的空间分布和赋存规律,探究槽谷区地下水动态变化对石漠化治理具有重要意义。本文以重庆酉阳龙潭槽谷为例,在2017～2019年对槽谷地下水进行动态监测和采样分析,探究石漠化治理下典型岩溶槽谷不同坡向地下水时空变化规律。研究表明,槽谷区地下水对环境变化敏感,石漠化治理过程中不同程度农业活动直接影响着地下水水化学动态特征。强降雨期间,逆层坡坡面流全Fe、Al~(3+)浓度峰值分别为1.3 mg/L、2.0 mg/L,是逆坡岩溶泉全Fe、Al~(3+)浓度的13倍,表明轻度石漠化的逆层坡水土流失严重。逆层坡地表物质和土壤颗粒难以直接进入地下含水层,顺层坡雨水将地表或残留在裂隙、溶隙或管道等含水介质中的土壤颗粒或土壤营养元素迁移至水文系统中,土壤肥力下降。从空间上,顺逆坡石漠化裸岩出露差异所致的汇流机制、土层厚度和植被状况造成了顺逆层坡在"二水"转化上存在差异,对研究区地下水的时空变化有重要影响。     

阴山北麓草原生态功能区防风固沙服务受益范围识别

风蚀是北方干旱与半干旱农牧交错带面临的严峻问题。论文以阴山北麓草原生态功能区为例,利用HYSPLIT模型模拟了当地生态系统提供的防风固沙服务流动路径,通过空间插值获得了功能区防风固沙服务的受益范围及其获得效益的相对大小,确定了受益范围内的土地覆被、受益人口及GDP。研究结果显示：1）2010年阴山北麓草原生态功能区的防风固沙服务大部分发生在春季,其流动路径主要往功能区东部和东南部区域延伸;2）防风固沙受益土地面积占全国土地面积的46%,主要位于功能区东部和南部地区;3）功能区受益的人口占当年全国总人口的75%,受益GDP占当年全国GDP总量的67%。未来可以根据受益区获得防风固沙效益的相对大小确定受益区不同区域横向生态付费金额,以补偿当地采取防风固沙措施导致的经济损失和投入,实现地区间公平,促进区域可持续发展。     

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明：1）近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2）森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10⁸ m³,平均单位面积水源涵养量为744.48 m³/hm²,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3）水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km²,土壤水蚀量为10.31×10⁸ t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4）土壤风蚀模数为1 581.2 t/km²,土壤风蚀量为18.99×10⁸ t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5）森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。