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业务化农业干旱监测系统是农业干旱监测和预测以及农业风险评价和防范的有力工具,为了更好地促进农业干旱业务化监测的发展,系统回顾了基于气象变量、土壤湿度、植被状态和多变量等4类常用干旱指数,详细分析了美国、中国、欧洲和联合国粮食及农业组织等业务化农业干旱监测系统的特征,讨论了业务化农业干旱监测系统中存在的问题:如数据的质量及融合不稳定、综合干旱指数的构建不确定、监测的时间分辨率有待提高、缺乏考虑水文条件以及作物的生长过程等影响的问题。展望了未来农业干旱业务化监测,应从利用多源数据监测干旱、构建综合指标时需考虑区域时空差异及不同指标间的累积性和滞后性、加强机器及深度学习在综合指标构建中的作用、发展日时间尺度监测干旱以应对骤旱事件的发生、强化作物生长过程模型和先进的技术手段在干旱监测中的作用等方面深入发展。
草原是陆地生态系统的关键组成部分,为维持区域生态安全发挥着极为重要的作用。土壤多功能性(soil multifunctionality,SMF)是衡量土壤系统提供多种功能的综合指标,对评估草原生态系统功能和区域可持续发展具有重要指导意义。然而,目前SMF研究仍处于初步阶段,研究对象多为农田生态系统,对于草原等自然生态系统的研究较少。此外,对草原生态系统SMF与植物和土壤微生物的关系以及全球变化对草原生态系统SMF影响机制的认识十分有限。因此,本文从SMF的概念和内涵、量化指标及方法、植物和土壤微生物与SMF的关系、全球变化对SMF的影响以及SMF的空间变异性5个方面论述SMF的研究进展,梳理了草原生态系统SMF的变化特征及影响机制。根据当前研究中存在的问题提出了今后研究应重点关注的内容:(1)统一规整SMF量化体系;(2)SMF在不同空间尺度上的转换机制;(3)不同类型草原生态系统SMF驱动机制;(4)土地利用变化、降水增加、气候变暖和氮沉降等全球变化交互作用对SMF的影响;(5)地上植物功能与SMF的联系和互馈机制;(6)根系功能性状对SMF的影响和植物在不同组织水平对SMF的贡献;(7)微生物稀有种群以及植物-土壤动物-土壤微生物多营养级联动对SMF的影响。
地处中国北方农牧交错带东南端的科尔沁沙地,本应是水草丰美的疏林草地景观,然而脆弱的生态环境基质条件叠加气候变化与不合理的人类活动影响,使其成为现代沙漠化最严重的区域之一。在中国防沙治沙的实践进程中,科尔沁沙地率先实现了沙漠化逆转,但在全球变化背景下该区的防沙治沙形势依然严峻。本文重点梳理了科尔沁沙地在过去几十年防沙治沙中形成的独具特色的治理模式及成效,归纳了科尔沁沙地歼灭战攻坚行动启动以来各省区的行动方案,探讨分析了新时代防沙治沙面临的主要问题与挑战,并针对性地提出了生态可持续修复的对策建议,以期为科尔沁沙地生态环境高水平保护修复与经济社会高质量发展提供科技支撑。
地质遗迹是黄河流域旅游资源供给体系的重要组成部分。运用平均最近邻、核密度估计和空间自相关等方法探究黄河流域1 481处重要地质遗迹的空间分布格局,建立黄河流域地质旅游开发潜力评价指标体系,借助熵权-TOPSIS模型深入探究黄河流域各市州盟的地质旅游开发潜力。结果表明:(1)黄河流域重要地质遗迹为集聚型分布,但不同类型和等级的地质遗迹集聚程度差异显著;(2)黄河流域地质遗迹整体呈中游稠密、上下游稀疏,一主双副、带状延伸的格局,黄河中下游晋豫交界地带是绝对的地质遗迹核心分布区;(3)全局尺度上正相关的集聚分布态势明显,但局部空间上不同类型、等级的地质遗迹空间关联特征差异显著;(4)黄河流域地质旅游开发潜力的空间分异和极化分布趋势明显,潜力高和较高的市州盟数量较少,潜力低和较低的市州盟约占46.09%,空间上呈现由黄河下游向上游梯度递减的格局。
沙漠化是中国面临的主要生态环境问题之一。持续遏制沙漠化、修复沙化土地是中国生态建设的紧迫任务。通过人工植被种植、机械固沙、化学固沙和工程固沙的方式进行生态恢复和沙漠化防治是中国主要的治沙方法和途径,但也存在一定的局限性,如水分限制和环境污染等。在生态文明建设和绿色发展的背景下,对固沙和沙化土地治理方法提出了更高的要求。生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)广泛分布在中国沙区,能够在气候干旱、辐射强、降水量极低的沙漠地区生长,不仅能够减少沙面的侵蚀,还能增加土壤肥力,提高土地质量,控制沙面径流入渗平衡。蓝藻是BSCs形成的先锋物种,并在BSCs发育后期的物种形成和演替中发挥着重要作用。然而,自然条件下BSCs形成往往需要10~20 a,因此通过人工培育加速BSCs形成,即人工生物土壤结皮固沙技术,可显著缩短固沙时间、加速生态恢复速率。基于近年来中国学者对人工BSCs,尤其是人工蓝藻结皮的研究,从固沙蓝藻种选择、培养方式/模式、人工蓝藻结皮属性、影响因子以及其应用进行综述,分析当前研究的主要进展,并展望未来人工蓝藻结皮的研究方向,以期为中国人工BSCs的研究提供依据。
天山北麓绿洲荒漠过渡带生境脆弱,通过揭示该区域植被生态学特性,进而推测其演替趋势,以期为生态保护提供理论基础或参考建议。在该区设置39个典型样地进行调查,运用重要值、生态位宽度、生态位重叠度、χ2检验、Pearson相关检验和Spearman秩相关检验等方法对优势植物生态位特征与种间联结性进行分析。结果显示:(1)研究区优势物种28种,生态位宽度差异显著,生态位宽度测定结果与重要值变化趋势无显著相关。骆驼刺(Alhagi camelorum)、角果藜(Ceratocarpus arenarius)、梭梭(Haloxylon ammodendron)等生态宽度指数较大,其中骆驼刺BL和BS分别为12.11和2.77,占绝对竞争优势。(2)研究区优势植物的生态位重叠指数普遍偏小,对环境资源的需求相似性不大,种间竞争较弱。簇生泉卷耳(Cerastium fontanum)和白车轴草(Trifolium repens)、早熟禾(Poa annua)和簇生泉卷耳等竞争关系明显,角果藜和早熟禾,早熟禾和骆驼刺等竞争较弱。(3)研究区植物群落呈不显著正联结,3种检验显示多数种对间呈不显著关系,各物种间呈独立分布格局,稳定性相对较差,关联性相对较弱,处于演替的初期阶段,结构和功能尚未完善,有正向演替的趋势。(4)物种间的Pearson相关系数、Spearman秩相关系数与相应的生态位重叠程度之间均显著正相关(P<0.01,斜率>0),表现为种间正(负)联结越强,生态位重叠程度越大(小)。
土壤水盐空间分异特征是土壤盐碱化防治与改良的重要依据,也是盐碱地资源开发利用的重要基础。在流域尺度上,综合石羊河流域林地、草地、耕地、盐碱地、荒漠等不同土地利用类型土壤水盐分异特征的研究较少,难以支撑新时期变化环境下盐碱地的改良与利用需求。运用地统计学与传统统计学方法,对石羊河流域土壤水分和电导率的空间分异特征进行了研究,并分析了不同土地利用类型对土壤水盐分布的影响。结果表明:石羊河流域土壤含水量呈现西南高、东部和西部低的趋势,在剖面上由表层的8.75%向深层的10.19%逐渐递增。土壤电导率呈现东南和西南部低、东北和西北部高的趋势,中、重度盐碱化土和盐土的面积占流域总面积的56.55%。不同土地利用类型中,林地土壤平均含水量最高(21.08%),其次为耕地(15.60%)、盐碱地(12.40%)、草地(6.98%)和荒漠(1.60%)。盐碱地土壤平均电导率最高(8.55 dS·m-1),其次为草地(1.28 dS·m-1)、荒漠(0.51 dS·m-1)、耕地(0.48 dS·m-1)和林地(0.18 dS·m-1)。土地利用类型对土壤水盐的垂直分布有显著影响,且土壤水分含量与海拔、植被生物量、盖度、密度显著正相关,与容重呈显著负相关。林地和草地的土壤水分含量与电导率相关性不显著,而耕地、盐碱地和荒漠的土壤水分含量和电导率显著正相关,表明从石羊河流域上游到下游,土壤盐分对土壤水分的依赖程度不断增强。
构建合理的生态环境脆弱性评价体系是生态环境脆弱性评价的关键。为了提高生态承载力和生态环境质量,促进生态系统良性发展,基于Landsat 5/9卫星遥感影像、数字高程模型、土壤、气象及社会经济数据,利用CRITIC客观赋权法开展生态环境脆弱性评价,使用转移矩阵及障碍度模型,探讨了2000—2022年天水市生态环境脆弱性变化及其成因。结果表明:裸土指数、土地利用类型、气温和降水量是影响天水市生态环境脆弱性的主要因子;天水市生态环境脆弱性呈北高南低分布;相比于2000年,2022年天水市生态脆弱性整体降低,除武山、甘谷中北部部分区域极度脆弱区保持不变以外,总体上天水市大部分极度脆弱区降为重度或中度脆弱区,但城区周边部分区域受城市化影响由中度脆弱区升高为重度或极度脆弱区;2022年天水市极度脆弱区脆弱性降低的主要影响因素为裸土指数、土地利用类型和降水量。未来一段时间内因地制宜植树种草、提高人工影响天气能力和灌溉水平,是降低天水市生态环境脆弱性的主要手段。
沙地樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)天然林在中国呼伦贝尔沙地发挥着重要的生态服务功能,但林分结构和竞争作用对沙地樟子松树木生长的影响仍不明确。采用全样地调查法和树木年轮取样法,估算了9种林分结构多样性指数和46种竞争指数,利用相关分析、多元线性回归模型等方法分析林分结构多样性与竞争对沙地樟子松天然林树木生长的影响,确定竞争和林分结构多样性在决定树木生长中的作用。结果表明:(1) 树木大小比数、大小分异指数和Clark-Evans聚集指数显著影响着树木的生长;(2) 竞争也是影响树木生长的重要因素,树木生长随竞争强度的增加而降低;(3) 竞争、林分结构指数(大小分异指数)和树木自身属性(高径比和冠幅)共同影响了沙地樟子松树木的生长。其中竞争的影响最大,解释了树木生长约三分之一的变异性。森林管理者应多重视林分结构多样性和竞争的作用,优化林分结构与密度,提高林分生产力。
中国面临着沙地扩张及土壤沙化的严峻挑战,迫切需要进行生态修复与土壤保护。生物炭是一种由不同来源物质热解得到的富碳材料,常作为改良剂用于土壤修复,对干旱区沙质土壤改良具有重要意义。通过收集和梳理文献,总结了生物炭对沙质土壤的理化性质、固碳能力以及作物生长的影响。该综述有利于了解生物炭在沙质土壤中的应用现状,提升对生物炭改良土壤机理的认识和理解,为生物炭在沙质土壤中的实际应用和理论研究提供参考。
简要回顾了学术界近期关于地表岩石物理风化的理论研究进展、认识和存在的问题,针对“亚临界裂纹”理论、“气候驱动“与亚临界裂纹的发育、岩石风化的影响因素——单因素作用与综合效应(本质性与普遍性)、行星尺度的物理风化——撞击驱动或热循环驱动等问题逐一进行了阐述和评论,并为下一步的研究提出新的建议。
沙粒的表面磨蚀效应是地表产尘、释尘的重要机制,针对干湖盆泥漠地表开展磨蚀释尘实验研究,对理解干湖盆地表风蚀过程及盐碱尘暴形成机理具有重要意义。对采自西居延海干涸湖盆泥漠地表土样进行室内磨蚀模拟实验,研究了不同粒级(细、中、粗)沙粒不同落沙角度(30°,45°,60°)的磨蚀效应。结果表明:(1)泥漠地表磨蚀实验中能够产生明显释尘效应的沙粒粒级阈值为中沙(0.25 mm<Md<0.50 mm);(2)磨蚀粒径粒级相同时,磨蚀角度会对泥漠地表磨蚀释尘速率产生影响,磨蚀量的角度排序为60°>30°>45°,但同一粒级3种角度下的磨蚀释尘率差异不显著。(3)磨蚀角度为45°时,计算了泥漠地表的质量磨蚀率与能量磨蚀率,其中中沙为0.04 g·kg-1、0.43 g·J-1,粗沙为0.08 g·kg-1、0.74 g·J-1,极粗沙为0.26 g·kg-1、2.54 g·J-1;在磨蚀沙粒粒级倍增而磨蚀角度不变情况下,泥漠地表磨蚀释尘率与能量磨蚀率未发生正比例线性增长变化。
沙地作为陆地生态系统重要组成,具有独特的结构和功能。中国北方半干旱、半湿润区的农牧交错带沙地生态环境经历了快速的人类活动正负向干扰过程,集中体现在“破坏利用”和“保护恢复利用”两个阶段。粗放式发展模式引发了一系列诸如土地沙漠化、水资源过度利用及生态失衡等问题。选取科尔沁沙地、毛乌素沙地、浑善达克沙地及呼伦贝尔沙地(四大沙地)作为研究对象,梳理了半干旱区典型沙地自然要素的地域分异特征、沙漠化土地时空演变过程及其驱动力、植被-土壤特征协同演变等方面的文献和研究成果;根据气候变化和人类活动影响下脆弱生态系统土地沙漠化态势及其治理现状认为,未来亟须在政策主导下的沙区人地关系协调发展和基于区域水量平衡的生态恢复及植被稳定性等方面加强研究,科学推进科尔沁、浑善达克两大沙地歼灭战等重点生态工程建设,促进半干旱沙区生态-经济-社会的可持续发展。
对中国东部荒漠草原——内蒙古苏尼特左旗、苏尼特右旗以及二连浩特荒漠草原的主要植物群落类型及特征进行了系统性调查研究,对《中国植被》未收录的主要植物群系类型进行了补充。以遥感技术、1∶100万中国植被图为基础,当地资料记载为补充,调查了100 m×100 m植物群落样地60个。根据样地内植物种重要值排序,完成群丛、群系的命名、分类。应用T检验及相关性等统计方法完成分析。结果表明:该区域小半灌木荒漠草原群系组有盐爪爪群系、珍珠猪毛菜群系、红砂群系、小叶锦鸡儿群系、狭叶锦鸡儿群系、驼绒藜群系、蒙古莸群系、松叶猪毛菜群系、长梗扁桃群系、霸王群系、沙木蓼群系;丛生禾草荒漠草原群系组有戈壁针茅群系;杂类草荒漠草原群系组有银灰旋花群系、碱韭群系、蒙古韭群系、细叶薹草群系等。其中,《中国植被》未收录的群系包括沙木蓼群系、蒙古莸群系、小叶锦鸡儿群系、狭叶锦鸡儿群系、松叶猪毛菜群系、长梗扁桃群系以及银灰旋花群系、蒙古韭群系、细叶薹草群系等。在该区域荒漠草原,灌木群落在植物种高度、盖度及生物量(干)方面与草本群落有显著性差异,且高于草本群落;灌木植物对草本植物生长的影响有一定的群落尺度范围;在灌木群落内,灌木植物种密度、生物量对草本植物种丰富度、盖度及高度生长有一定的负影响,对群落外的草本植物影响不显著。
基于人地系统和韧性概念内涵,构建包含经济、社会与生态等子系统的人地系统韧性评价指标体系,使用GIS空间分析和耦合协调度模型,对2000—2020年黄河流域人地系统韧性时空演化格局和子系统间韧性的耦合协调状态进行了探究。结果表明:(1)2000—2020年黄河流域人地系统韧性整体呈现增强趋势,在空间上呈现东南高、西北低的分布特点。(2)黄河流域人地系统韧性空间分布存在内部集群结构,整体表现出较强的正相关分布现象。(3)2000—2020年黄河流域人地系统及子系统韧性空间重心整体西移,流域内部系统韧性差异程度整体变弱。(4)2000—2020年黄河流域人地系统子系统韧性耦合协调度整体呈现增长态势,生态系统韧性对子系统韧性耦合协调度提升的带动作用强于经济系统与社会系统韧性发展,子系统韧性发展速度不均衡问题较为明显。
沙地和沙漠是干旱半干旱地区重要的地质档案载体,记录着丰富的气候演化和沙漠变化信息,尤其是位于东亚温带季风区的呼伦贝尔沙地,蕴含着丰富的东亚季风和人类活动信息。然而受沙丘流动性影响及研究手段的匮乏,目前对于呼伦贝尔沙地全新世以来的气候信息知之甚少。本研究针对呼伦贝尔沙地两个典型风成砂-古土壤沉积序列,进行了多指标如粒度、磁化率、色度、地球化学和总有机碳(TOC)分析,同时结合岩性特征重建了呼伦贝尔沙地全新世以来的气候演化历史。结果表明:两个剖面古土壤层的细颗粒组分、磁化率、化学蚀变指数(CIA)、Rb/Sr、TOC呈高值,而(CaO+Na2O+MgO)/TiO2和亮度呈低值。此外,在6 356±31~2 235±51 cal. a BP和1 620±42~498±17 cal. a BP年龄阶段出现两个明显的变化趋势,指示了呼伦贝尔沙地气候向暖湿方向的逆转,且风成砂层(气候干冷)向古土壤层(气候暖湿)过渡是逐渐进行的,而由古土壤层(气候暖湿)向风成砂层(气候干冷)过渡是骤然变化的。通过与呼伦贝尔沙地古土壤年龄汇编对比,当前研究的古土壤发育年代与邻区的气候暖湿期对应较好,表明呼伦贝尔沙地的正逆演化过程受区域气候演化控制。沙地古土壤发育时间与太阳辐射高值相对应,表明太阳辐射驱动的东亚夏季风变化是呼伦贝尔沙地气候逆转的主要因素。此外,近2000年来人类活动的增强可能对风沙活动加剧造成了一定影响。
根据1958年10月“第一次全国治沙工作会议”的要求,中国科学院于1959年1月组建了治理沙漠科学考察队,旋即开展野外工作,这是至今范围最广大、专业最齐全、人员最多样、行动最集中的国家级沙漠综合考察。本文简要地回顾了1957—1958年中国科学院与苏联科学院合作组织的小规模沙漠考察的结果和经验,讨论了1959年中国科学院治沙队对主要沙漠考察的成果及其积极影响。各考察分队都以获得的科学考察和观测资料为基础,主要对沙漠戈壁的分布、成因类型、沙物质源区、风沙危害、已有治沙措施、社会经济状况和农林牧业生产进行了比较系统的分析和研究。特别讨论了沙漠科学的开拓与发展是“任务带学科”原则充分实践的典范、“国家的需要就是我们第一志愿”的信念焕发出科技人员的时代热情和奉献精神、杰出科学家们的专业选择与贡献和国际合作助力中国沙漠科学的发展。
粉色盐湖往往被称为玫瑰湖,关于其颜色随时间变化原因研究较少。本研究通过野外考察观测与室内X射线衍射、高通量测序等方法,对巴丹吉林沙漠玫瑰湖达格图湖泊颜色随季节变化成因进行分析。结果表明:达格图属于高盐高碱的氯化物型盐湖。夏季水温高、水中营养物质丰富,造成嗜盐嗜碱有色微生物大量繁殖,使湖水呈现亮粉色;秋季随着水温降低、水量减少,有色微生物减少或消失,湖水变为无色透明。此时混杂赤铁矿的氯化钠结晶大量析出,在湖底形成粉色盐层,使整个湖泊呈现淡粉色。不同季节微生物数量变化造成水中溶解氧不同,赤铁矿因此发生氧化还原反应,造成不同季节结晶盐中赤铁矿含量随之改变。
黄河宁蒙段穿越腾格里沙漠、河东沙地、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠,风沙水沙交互强烈,形成典型的沙漠宽谷冲积河道。对黄河河道及周边沙源区沉积物进行了系统的采集、测定、分析工作。结果表明:宁蒙河段沉积物相对富集SiO2、CaO、Al2O3、Ce、Zr、Hf和Nd,亏损K2O、Na2O、Rb、Zn、Ni和Sr。与周边沙源区对比,黄河宁夏段下河沿上游河道、清水河、腾格里沙漠和河东沙地沉积物均富集Co和Ti,亏损Sr、Ni、Hf和Y,且Hf、Ni、Y、Zn、MgO和CaO含量的变异系数较大。在内蒙古段,来自乌海上游河道、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠和十大孔兑的沉积物相对富集Co和Ti,亏损Hf,Ni和Y,其中Cr、Hf、Ni、Y、Zn和MgO的元素含量变异系数较大。黄河宁蒙河段沉积物化学元素空间分布特征具有明显的波动和差异性,主要受到岩性、气候和局地物源输入的影响。
种群空间分布格局是植物种群自身生物学特性与环境因素相互作用的结果,一直是生态学研究的热点。采用群落学调查与点格局分析方法,研究了不同沙丘生境下斑块植被沙鞭(Psammochloa villosa)种群的空间分布格局。结果表明:(1)沙鞭种群在不同沙丘生境下均存在聚集分布格局,聚集尺度表现出先减小后增大趋势;(2)沙鞭种群在半固定沙丘中2—37 cm尺度正向偏离泊松聚块模型,95—168 cm尺度负向偏离泊松聚块模型;(3)沙鞭种群在流动沙丘和固定沙丘符合嵌套双聚块模型,在半流动沙丘0—50 cm尺度负向偏离嵌套双聚块模型,在半固定沙丘0—3、98—105、110—123 cm和130—168 cm尺度负向偏离嵌套双聚块模型。斑块状分布和种内种间竞争是沙鞭种群空间分布格局发生转变的关键,确保斑块内部个体高度聚集,牺牲斑块外围个体是沙鞭种群空间布局和资源占据的生态适应策略之一。
沉积物粒度特征对于研究物源、衡量搬运能量具有重要意义。分析了腾格里沙漠45个沙丘顶部样品的粒度特征,并计算了30 a输沙势。结果表明:(1)沙丘沙以细沙(71%)和中沙(20%)为主,平均粒径2.38 Φ,分选系数0.40 Φ;平均粒径与分选系数、偏度呈良好的线性关系。(2)分选为“极好”和“好”的样品整体分布在沙漠中部和西南部,前者概率累计曲线趋于近对称、中等峰态,为二段式,后者趋于正偏、中等或尖窄峰态,为三段式;而沙漠边缘分选较差,概率累计曲线为多段式。(3)盛行起沙风为西北风。西北和东北部属中风能环境,风况属单峰型和复杂型;南部和东南部分别属低、中风能环境,均双峰型风况。研究区沙丘沙源应以下伏河湖相沉积物就地起沙为主。沙漠边缘河湖相沉积物应该为中部区沙丘沙提供了物源,西南部沙丘沙可能源自石羊河下游的冲洪积物,风力分选作用较长,边缘沙丘沙则应来源于该区河湖相沉积物就地起沙,风力分选不充分。粒度参数空间分布特征与沙丘类型和规模之间存在一定的耦合关系。
生态敏感性是评估区域生态环境问题和实施生态功能区划的重要指标,可作为区域生态修复与分区治理的重要依据。以河西地区为例,首先针对沙漠化、水土流失、盐渍化、生境质量等生态问题,耦合空间距离指数模型构建生态敏感性评价体系,其次,运用格网编码法对河西地区生态敏感性波动强度及波动趋势进行分析,并结合地理探测器探明生态敏感性演变进程中主要驱动因子;最后,基于生态敏感性的时空演变特征进行生态治理分区。结果表明:(1)河西地区生态敏感性具有明显空间分异性,呈现西北高东南低的分布状况;(2)生态敏感性稳定区占主导地位,面积占比为46.54%;(3)生境质量敏感性对河西地区生态敏感性解释力最强;(4)河西地区可划分为优化治理区、管控治理区、长效治理区、综合治理区4个生态分区,分区面积占比分别为32.08%、27.80%、11.30%、28.82%,对于不同分区特征建议实施不同的生态治理策略。
以关中平原城市群作为研究区域,通过熵值法综合测度关中平原城市群的城市脆弱性,并分析其时空演变特征,运用地理探测器探究其驱动因子。结果表明:(1)2004—2018年,在时间上,关中平原城市群城市脆弱性整体呈下降趋势,在空间上呈现四周高中间低的特征,2004年脆弱类型多呈现高度脆弱和较高脆弱;城市间脆弱性差距逐步缩小,趋于稳定低值,城市发展态势良好。(2)地方财政收入、霍夫曼系数和生活垃圾无害化处理率对城市群脆弱性影响逐年增强,固定资产投资密度、科教支出占财政支出比例、人口自然增长率、城镇登记失业率、空气质量良好天数比率、污水处理厂集中处理率、建成区工业废水排放密度对城市群的脆弱性的影响力逐年减弱。(3)各驱动因子间存在交互效应,交互结果对关中平原城市群城市脆弱性影响效果显著。2004年社会环境在很大程度上制约经济规模、城市基础设施、生态情况的发展,对城市群脆弱性的影响力较强。2011年经济结构对城市群的胁迫,是城市脆弱性的主要因素。2018年经济规模是制约城市群发展、影响城市群脆弱性的关键因素,环境污染程度与资源利用情况之间的相互作用对城市脆弱性的牵制力较强。
采用熵权TOPSIS法、标准差椭圆、模糊集定性比较分析等方法对2017—2021年黄河流域旅游高质量发展的空间演化及优化路径进行分析。结果表明:2017—2021年,黄河流域旅游高质量发展总体水平(相对贴近度)处于0.026~0.867,区域发展水平差异显著,呈现不平衡、不均匀的空间分布态势,东北-西南方向的空间集聚特征明显,西南部地区对黄河流域旅游高质量发展的拉动作用逐渐增强。2017—2021年,黄河流域旅游高质量发展空间重心向西南向移动,空间重心处于111.75°—111.16°E、36.02°—35.53°N,空间重心均呈集聚分布,移动距离较小,5年间共移动91.47 km。旅游生态治理是实现黄河流域旅游高质量发展的必要条件,存在市场—生态治理、资源—服务—生态治理、资源—服务—生态治理—市场3种条件组态。
沙漠倒置河床是干旱区一种特殊的河流状正地貌,这种地形倒置现象蕴含着河床由负转正的重要环境变化信息。本文遵循地貌学思路,基于全球范围内对沙漠倒置河床的研究报道以及野外勘察工作,对该地貌的空间分布、形态特征、物质组成、沉积结构以及形成机制进行了详细梳理。总体而言,世界各大主要沙漠地区均发育该地貌类型,其表层多为岩石碎屑或胶结物硬层,下伏质地相对松软的砂、黏土物质,由于河床和河岸周边沉积物的差异化侵蚀,河床被相对抬高。基于此,对火星倒置河床的成因机制、物质组成和形成时间进行了讨论。尽管对地球上沙漠倒置河床的研究已经取得一定进展,但未来研究仍需对其形成年代及其代表的气候意义进行深入分析;同时还应更多地与不同类型的火星倒置河床进行类比研究,这将对揭示火星水文活动和环境变化等科学问题提供重要依据。
围绕塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴及沙尘暴前后地表沙物质的粒度特征,对塔中地区的沙尘样品开展了粒度参数计算、粒度组分分离和函数模型拟合分析。结果表明:(1)表沙样品的平均粒径为143 μm,细沙和极细沙含量占87.02%;沙尘暴过后表沙样品的平均粒径为97 μm,极细沙和细沙含量占79.44%。(2)沙尘暴样品的平均粒径为82 μm,粉沙和极细沙含量占80.89%。(3)沙尘暴过后表沙样品的平均粒径减小46 μm,黏粒、粉沙和极细沙含量增加,表明沙尘暴携带的大量细粒物质对表沙的粒度特征有重要影响。(4)沙尘暴样品粒度随高度的变化主要受控于风速,风速阈值7.7~8.4 m·s-1,不同高度平均粒径与平均风速的函数关系,在三维空间中采用二阶多项式曲面模型能够很好地拟合。
生物多样性与生态系统多功能性的关系是国际生态学领域新兴的热点研究方向。蚂蚁是全球陆地生态系统中分布最广、数量最大的社会性昆虫,具有多种重要的生态系统功能。但是,在干旱荒漠生态系统中,前人在研究中往往忽略蚂蚁多样性是土壤生态系统功能维持的关键基础。针对干旱区生态系统中蚂蚁多样性与生态系统功能关系,首先分析蚂蚁作为生态系统“工程师”的生态作用,系统梳理了蚂蚁筑巢活动对土壤结构、物理化学性质和土壤养分及能量流动的影响,然后从蚂蚁与土壤生物间的作用关系分析了蚂蚁筑巢活动对土壤微生物、土壤动物分布的影响规律,并总结了蚂蚁和非蚁土壤动物间的营养级作用关系,其次总结了蚂蚁本身作为土壤动物的优势类群对土壤功能的直接影响作用。综合分析表明,蚂蚁具有重要的生态系统“工程师”作用,深刻影响土壤物理化学性质与土壤功能;通过上行效应或下行效应,蚂蚁与土壤生物间的营养级作用关系是土壤生物多样性形成与维持的关键,在土壤生态系统功能中具有重要的基础性作用。在干旱、半旱区,蚂蚁活动形成蚁丘影响土壤环境及其土壤生物多样性,进而影响土壤生态系统功能及其生态系统多功能性,关系到脆弱生态系统功能恢复与稳定性维持,可以为未来干旱、半旱生态系统服务能力提升及多服务性奠定重要基础。
中国西北地区土地荒漠化问题严重,生态环境脆弱。厘清该地区植被覆盖时空变化特征及影响因子,对生态环境保护具有重要意义。基于MOD13A3数据,通过最大值合成法处理获得2000—2019年归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时序数据,采用趋势分析、Hurst指数法及地理探测器对研究区植被覆盖的时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明:(1)2000—2019年,研究区植被覆盖整体呈增长趋势,NDVI年增长速率为0.0027(P<0.05),均值为0.252。空间分区年增长速率有差异,黄河流域片区(0.0062)>半干旱草原片区(0.0026)>内陆干旱片区(0.0018)。(2)研究区植被覆盖呈增长趋势的面积占55.77%,退化区域占3.76%,增长的土地利用类型以耕、林、草地为主。植被覆盖变化趋势具有持续性的区域面积占总面积的31.87%,其中持续性改善面积(17.04%)大于持续性退化面积(1.27%),黄河流域片区增长情况及持续性增长情况最优。(3)影响植被覆盖空间分布的主要因子按影响力依次为降水、气温、日照、相对湿度,但对各分区的影响程度略有差异。黄河流域片区、内陆干旱片区空间分布受降水影响最大,半干旱草原区受日照影响最大。(4)研究区植被覆盖变化以自然因子与人类活动共同驱动为主,自然因子对植被生长的促进作用大于人类活动,且自然因子对植被覆盖变化的贡献率更高。本研究结果可为评估气候变化背景下西北地区生态环境变化提供参考。
农田防护林健康对维护绿洲生态安全、减少风沙灾害、改善局地小气候、提高农作物产量等具有重要的意义。综合运用熵值法和层次分析法确定指标权重,基于驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型对河西走廊农田防护林健康状况进行了评价。结果表明:(1)河西走廊农田防护林整体上处于亚健康水平,瓜州县、酒泉市肃州区、嘉峪关市和临泽县的农田防护林处于健康水平,民勤、民乐、高台和阿克塞的农田防护林处于不健康水平,其余区县农田防护林处于亚健康状态。(2)林带连续性、疏透度、修枝情况和地区经济收入是驱动区域农田防护林健康状况的关键因素。
尽管凝结水在干旱生态系统中所发挥的重要作用已被广泛关注,但对其在固沙灌丛下时空变化特征的研究仍然比较薄弱。为探明固沙灌丛对地表凝结水的影响,在毛乌素沙地南缘沙区选择3种典型固沙灌丛(沙柳Salix psammophila、柠条Caragana korshinskii和油蒿Artemisia ordosica),以无固沙灌丛影响的裸沙作为对照,用微型蒸渗仪测定了固沙灌丛下不同位置(根部、1/2冠幅和外缘)和不同方向(东、南、西、北)上地表凝结水的形成和蒸发特征。结果表明:(1)与对照相比,固沙灌丛的存在显著降低了地表凝结水量,沙柳、油蒿和柠条灌丛下凝结水量分别降低了29%、32%和33%;(2)不同类型固沙灌丛下地表凝结水量由里向外均呈显著增加的趋势,但不同方向上地表凝结水量差异不显著;(3)固沙灌丛的存在减缓了凝结水的形成和蒸发过程,即凝结水自19:00开始形成,到次日08:00基本结束,至13:00—15:00蒸发殆尽,其形成过程整体上表现出增加—平缓—增加的趋势,柠条和油蒿灌丛下地表凝结水在03:00—05:00甚至有少量蒸发,而蒸发过程呈稳定下降趋势;(4)凝结水的形成过程与空气相对湿度显著正相关,与空气温度和地表温度显著负相关。固沙灌丛通过拦截太阳辐射来缓冲地表温度变化以减缓水分凝结和蒸发过程。
随着旅游网站的发展,越来越多的游客根据携程网的点评信息做出旅游的决定。本文构建携程网点评的信息特征对沙漠旅游区游客行为意向影响的理论模型,利用携程网响沙湾的旅游点评数据,通过问卷调查,使用结构方程模型对理论模型进行验证性因子分析。结果表明:(1)在线点评的质量特征和效价特征正向影响游客行为意向。(2)在线点评的质量特征和效价特征正向影响点评可信度。(3)点评可信度对游客行为意向起到正向影响。(4)点评可信度是点评质量和点评效价与游客行为意向之间的中介变量。研究为沙漠旅游区营销管理提出相关建议,从而提高沙漠旅游景区在游客心中的可信度,增加游客的到访率,为当地的经济发展提供新的视角。
土壤风蚀是全球干旱和半干旱地区生态环境安全的重要威胁。植被通过降低风速和捕获土壤颗粒能够有效地降低土壤风蚀发生的风险。目前,人们对于植被控制土壤风蚀的最优格局和盖度的理解仍然有待深入。借助野外移动风洞,测量了地表输沙率和风沙流结构对草本植物沙打旺(Astragalus adsurgens)盖度的响应程度。结果表明:(1)当植被盖度较小时,风沙流结构的分布曲线遵循指数函数分布规律,随着植被盖度增大,其曲线形态变化差异大。(2)植被覆盖能够有效地降低土壤输沙率并抬高风沙输移发生的高度。(3)地表空气动力学粗糙度与植被盖度服从对数函数变化规律,其增长率随植被盖度的增大而逐渐减小并最终趋于零,下垫面空气动力学粗糙度存在阈值现象。(4)沙打旺控制土壤风蚀的最佳盖度约为30%,能够有效地抑制20 cm高度以下约90%的风蚀量。
分析塔里木河下游生态输水效应可为优化生态输水调配策略提供科学指导。基于Landsat系列影像、气象数据和现场钻探数据,解译土地利用类型及植被覆盖度,确定植被耗水量及地下水埋深演变趋势,以探讨生态输水的多重效应。结果显示:(1)2000—2020年,塔里木河下游林草地面积、覆盖度增长显著,1亿m3生态水分别对应5.40 km2天然植被面积及0.14%植被覆盖度增长。(2)2000—2015年植被耗水量重心沿塔里木河干流方向迁移,2015—2020年向自然漫溢区迁移,共向东南迁移4 359 m。(3)自然漫溢区内地下水埋深增幅高达5 m,主河道沿线2 km范围增加1~3 m,河道以外2~5 km区域地下水埋深增加0~1 m。(4)天然植被适宜耗水量约为200 mm·a-1,生态输水前期仅在主河道沿线局部区域存在低效耗散,后期大量集中于自然漫溢区。21年生态输水实践表明,天然植被明显改善,地下水位明显回升,生态输水效应显著;但受既有输水方式固化的制约,生态水量空间分布不均衡和低效耗散增大,生态输水方式仍存在优化的必要性。
采用历史文献和现代观测资料结合的方法,根据河西走廊沙尘传输路径上不同地区沙尘暴发生的强度和概率关系,获取了143条记录、83个年代数据,初步建立了敦煌地区过去两千年的沙尘天气活动强度序列,并与邻近地区的树轮、冰芯等气候代用指标研究结果进行对比,分析了历史时期沙尘天气的时空分布与气候条件变化的关系。结果显示:敦煌地区沙尘天气强烈且频发时期主要在280—351年、1440—1550年、1720—1840年、1900—1952年等4个阶段,与周围地区自然代用证据所反映的沙尘高发时期基本对应,且大致对应于干旱、寒冷时段。在公元2世纪以前、7—14世纪、16—17世纪反映沙尘天气的文献记录较为缺失,但史料文献数据仍有广泛的挖掘空间。为填补这些空白时段的资料,应深入开展现有历史记录的定年工作,并加强国内外合作,进一步挖掘海外流失文献的价值,这将为敦煌和整个西北地区历史时期气候环境的研究提供更充分的数据支撑。
为了解固沙先锋植物沙蓬不同发育阶段根际固氮菌群落结构特征,以库布齐沙漠幼苗期、营养生长期、生殖生长期和立枯期沙蓬根际土壤为研究对象,通过高通量测序分析不同发育阶段固氮菌群落组成和多样性,通过冗余分析分析固氮菌群落与土壤养分的相关性。结果表明:β-变形菌纲和广泛固氮氢自养单胞菌属为沙蓬根际的主要固氮菌类群,具有生长迅速和自养的特点,丰度分别为44.30%~90.51%和35.05%~72.89%。沙蓬不同发育阶段根际固氮菌群落具有显著性差异,属水平的差异固氮菌分别为广泛固氮氢自养单胞菌属、斯克尔曼氏菌属和慢生根瘤菌属。营养生长期,与有机质、中性磷酸酶和中性蛋白酶活性呈显著正相关的斯克尔曼氏菌属明显高于幼苗期(2.76倍)、生殖生长期(4.22倍)和立枯期(3.13倍);生殖生长期,与有机质、中性磷酸酶、速效磷和过氧化氢酶活性呈显著负相关的慢生根瘤菌属明显高于幼苗期(3.56倍)和立枯期(8.58倍),在营养生长期未出现。幼苗期和营养生长期参与碳循环的有机质和蔗糖酶活性显著升高,参与氮循环的速效氮、脲酶和中性蛋白酶活性显著升高,生殖生长期根际养分显著下降。综上,沙蓬不同发育阶段根际固氮菌群落具有显著差异,幼苗期和营养生长期的固氮菌以蓄积碳、氮源为主,生殖生长期以消耗养分为主,促进了根际固氮菌营养竞争性演替,为沙地、沙漠固沙先锋植物种群恢复以及沙产业氮肥施用措施提供理论基础。
利用陕西省的环境空气质量自动监测站2017—2021年的监测数据,分析了陕西区域空气质量的逐月变化特征、季节变化特征、年变化特征以及不同污染物的空间分布情况,对不同区域发生重度污染时段的环境空气质量污染特征和成因进行了探讨。结果表明:(1)2017—2021年陕西省空气质量逐步改善,空气质量改善幅度关中>陕南>陕北,SO2浓度年均下降12.5%,CO浓度年均下降9.9%,PM2.5年均下降7.2%。(2)关中区域和陕北北部污染较重,陕北南部和陕南区域污染较轻,城市污染程度重于郊县。(3)陕西省空气质量具有明显的季节变化特征,重污染天多在采暖季和春季(1月、2月、3月、11月、12月)。不同区域发生重度污染时的首要污染物具有明显差异。陕北区域重度及以上污染天的首要污染物为PM10(100%),关中区域为PM2.5(82%)、PM10(17%)、O3(1%),陕南区域为PM2.5(81%)、PM10(19%)。(4)近年来陕西省臭氧(O3)污染形势较为严峻,应采取对策来有效遏制臭氧浓度上升的态势。
土壤膨胀通过改变土壤结构和水文过程影响土壤系统抵抗力和恢复力。生物结皮可以加速土壤形成,改变土壤理化性质,但生物结皮的形成和发育过程如何影响土壤膨胀还不清楚。本文借助空间取样替代时间的方法和模拟降水(0、1、3、5、10 mm)法,以腾格里沙漠南缘4个年代的固沙植被带(64、39、33、0年)的5种演替阶段的生物结皮(蓝藻、藻-地衣混生、真藓、土生对齿藓和齿肋赤藓)及其土壤为研究对象,旨在阐明生物结皮的形成和发育过程对土壤膨胀的影响及其对降水的响应。结果表明:(1) 生物结皮的形成增加了土壤膨胀高度,结皮后土壤的平均膨胀高度是流沙的94倍,平均0.939 mm;(2) 不同演替阶段生物结皮均随着其发育年龄的增加显著增加土壤膨胀高度(P<0.05),主要体现在两个方面,在同一植被区,从初级阶段到高级阶段生物结皮的膨胀高度逐渐增加(P<0.05),其中土生对齿藓结皮最显著,同一种结皮在不同植被区,随植被年龄的增加,发育39年的生物结皮膨胀高度增加最显著,其中以藻-地衣混生结皮最显著(P<0.05);(3) 降水量增加显著增加生物结皮覆盖下土壤的膨胀高度(P<0.05),藓类结皮对降水量的敏感性最强,特别是对3 mm以内的降水;(4) 冗余分析表明生物结皮演替阶段是干旱沙区土壤膨胀的最关键因子(RDA 1:88.21%,RDA 2:6.49%)。
风况和输沙势是表征荒漠区风能环境及风沙运动的重要参数。为探明黄河流域十大孔兑区域风能环境特征,利用2018—2022年气象站数据分析了该区风况及输沙势在不同时间尺度上的变化特征。结果表明:(1)十大孔兑区域2018—2022年风速变化不大,年平均风速为3.17 m?s-1,年平均起沙风风速为6.28 m?s-1,不同季节之间起沙风速两极分化趋势明显,春季起沙风频率最高,月平均风速随季节变化起伏较明显。(2)受地形及海拔因素影响,十大孔兑区域风能环境呈西高东低分布特征,不同时间尺度起沙风风向均以偏西风和偏北风为主。(3)根据输沙势结果,十大孔兑区域整体上属于中等风能环境,存在相当大的空间变化,西部靠近库布齐沙漠,属于高风能区,中部属于中风能区,东部属于低风能区;不同时间尺度输沙势特征存在差异,合成输沙势方向趋于一致,以偏东南方向(SE、SSE)为主,为沙物质输入河道提供了充足动力。应将春季作为风沙重点防治时期,将靠近沙源区的西部作为重点防治区域。
1966—1976年的“文革”10年,在一定程度上影响了防沙治沙实践和沙漠科学的发展。尽管如此,依靠之前十多年打下的基础,科技和工程团队还是坚守在风沙一线,继续开展防沙治沙技术研发和工程实施、野外定位观测、室内样品化验分析与数据统计、风洞实验、成果总结和论文、著作的写作等,取得了一批标志性进展。如风沙环境风洞的建设和应用,开启国内防沙治沙风洞实验和风沙运动规律研究的先河;系统进行的铁路风沙灾害过程与防治工程技术试验和理论研究取得新的进展;1975年3月在兰州成功举办的“中国科学院治沙研究工作交流会”,及时总结和展示了理论与实践的成果和水平;系统总结科学考察、观测、实验、研究和实践的成果,在发表一批科技论文的同时,编写和出版了系列专著,在中国沙漠的分布及其一般特征、沙漠形成原因、沙漠沙物质来源(就地起沙)、风沙流运动特征、沙丘形成演变机制和塔克拉玛干沙漠风沙地貌的形成、沙丘形态特征和运动规律、风沙地貌区划和防治风沙的若干地貌问题等方面都有开拓和创新的结果,推动了中国沙漠科学的理论探讨和系统构成;在农田沙害的治理、铁路沙害的防治和沙漠铁路工程建设方面和主要防沙治沙省区如新疆、甘肃和内蒙古也都产出了系统总结成果。这10年是中国防沙治沙实践与沙漠科学整体发展的初期。
1959年9月在乌鲁木齐市召开了史称“第二次全国治沙工作会议”,进一步彰显了国家对防沙治沙工作的重视和期待。随后的几年间,中国科学院治理沙漠科学考察队和相关省(区)防沙治沙部门,开展了较为系统的考察、试验、研究和实践工作。本文围绕着定位和半定位的综合治理沙漠的试验研究,讨论了固沙植物种的选择、引种及合理配置、机械固沙、流动沙丘的水分状况与固沙造林、主要沙生植物的蒸腾强度、流沙自然固定的土壤形成过程、沙丘土壤微生物等进展和影响;围绕着防沙治沙中的若干重大科学技术问题的研究,讨论了沙漠的成因、沙丘移动规律和防风固沙关系、飞机播种的评估、沙区植被类型和演变规律以及沙生植物特性、沙区草地的合理利用、戈壁的分类及改造利用、水利资源及其利用等进展和作用;扼要阐述了从新中国成立到1965年间的防沙治沙工作,特别是形成了开拓奉献的精神和有效实用的方法,以防沙治沙的理论和实践的成果、团队和平台建设的水平,奠定了中国沙漠科学的初创和开拓的基础和条件,使之顺利进入发展阶段。