河西走廊山地-綠洲-荒漠復(fù)合系統(tǒng)及其耦合

內(nèi)容簡介

《河西走廊:山地-綠洲-荒漠復(fù)合系統(tǒng)及其耦合》是國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目"河西走廊山地-綠洲-荒漠系統(tǒng)耦合機(jī)理與優(yōu)化耦合模式研究"成果的總結(jié)，也是作者多年研究、實(shí)踐和融會(huì)他人成果的結(jié)晶。在山地-綠洲-荒漠復(fù)合系統(tǒng)中，主要進(jìn)行了景觀組分劃分和景觀異質(zhì)性分析。在山地系統(tǒng)中，闡述了其生態(tài)特征、類型及演變、高山草地——甘肅馬鹿山地放牧系統(tǒng)及管理。在綠洲系統(tǒng)中，著重就綠洲系統(tǒng)的發(fā)生與發(fā)展、鹽漬化驀地抗鹽植物的生理生態(tài)特征、綜合改良與可持續(xù)利用，綠洲在利便系統(tǒng)中的地位、作用與發(fā)展對(duì)策等作了闡述。在荒漠系統(tǒng)中，就景觀格局與地境環(huán)境特征、生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)類型、生產(chǎn)力、生態(tài)功能、系統(tǒng)受損與環(huán)境惡化、系統(tǒng)保育和區(qū)域生態(tài)安全等進(jìn)行了論述。在耦合系統(tǒng)的優(yōu)化模式與評(píng)價(jià)中，介紹了系統(tǒng)耦合的類型、模型、潛力和作用機(jī)制、與系統(tǒng)相悖的關(guān)系及其評(píng)價(jià)。

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生態(tài)水文是荒漠綠洲地區(qū)最重要的生態(tài)過程，與景觀格局及其演變有著十分緊密的聯(lián)系。探討荒漠綠洲區(qū)景觀格局與生態(tài)水文相互作用機(jī)制是進(jìn)一步深化土地荒漠化等生態(tài)環(huán)境研究的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣為研究區(qū)，通過樣地調(diào)查、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)、遙感反演和模型模擬等手段，研究典型荒漠綠洲區(qū)景觀格局與生態(tài)水文的相互關(guān)系和耦合方法，模擬景觀格局對(duì)生態(tài)水文過程相互影響，揭示格局與過程耦合規(guī)律，進(jìn)一步提出保障區(qū)域水資源可持續(xù)利用的生態(tài)景觀優(yōu)化配置模式。項(xiàng)目的研究成果有助于揭示景觀格局對(duì)荒漠綠洲交錯(cuò)區(qū)生態(tài)水文過程調(diào)控的景觀生態(tài)學(xué)意義，可為荒漠綠洲生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)水文是荒漠綠洲地區(qū)最重要的生態(tài)過程，與景觀格局及其演變有著十分緊密的聯(lián)系，探討荒漠綠洲區(qū)景觀格局與生態(tài)水文相互作用機(jī)制是進(jìn)一步深化土地荒漠化等生 態(tài)環(huán)境研究的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣為研究區(qū)，基于RS和GIS空間分析等技術(shù)，選擇長時(shí)間序列遙感影像為研究素材，結(jié)合樣地調(diào)查和模型模擬等手段，對(duì)磴口縣的景觀格局與生態(tài)水文過程進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，1987-2016年長時(shí)間序列地下水水位波動(dòng)較大，其變化具有復(fù)雜的多時(shí)間尺度性質(zhì)，1990-2015年期間地表水變化不大。以2015年為例，磴口縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)共確定了391塊生態(tài)源地、47466條生態(tài)廊道、677個(gè)潛在生態(tài)節(jié)點(diǎn)。磴口縣生態(tài)源地共分為5個(gè)等級(jí)，其中3、4、5級(jí)生態(tài)源地的空間布局形成東北-西南、西北-西南的沙漠化防護(hù)格局。7種類型的生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)在較小尺度下均呈現(xiàn)聚集的空間分布格局，隨著尺度的增大，逐漸呈現(xiàn)隨機(jī)分布，最后呈現(xiàn)均勻分布，這種分布特征保證了小尺度和大尺度上生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。利用泰森盲區(qū)形心優(yōu)化模型（BCBS模型）進(jìn)行生態(tài)節(jié)點(diǎn)布局優(yōu)化，優(yōu)化后生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。多情景模擬發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有自然資源的約束下，磴口縣仍有發(fā)展經(jīng)濟(jì)的空間，但空間不大。以磴口縣2016年的景觀格局分布圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用SFLA-M-L模型，綜合考慮高程、坡度、地下水埋深、干旱度指數(shù)、NDVI等因子，對(duì)研究區(qū)的景觀格局進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后磴口縣的景觀聚集度得到了較明顯的提高，各景觀類型的破碎化得到了很好的控制。項(xiàng)目的研究成果有助于揭示景觀格局對(duì)荒漠 綠洲交錯(cuò)區(qū)生態(tài)水文過程調(diào)控的景觀生態(tài)學(xué)意義，可為荒漠綠洲生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。 2100433B

第一章 概論

第一節(jié) 研究意義

第二節(jié) 內(nèi)容概要

一、荒漠綠洲地表能量傳輸與陸面過程模式研究

二、植物水分傳輸過程的研究

三、荒漠綠洲水分動(dòng)態(tài)變化研究

四、不同水文情境下生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)

五、荒漠綠洲生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

第三節(jié) 技術(shù)路線

第二章 荒漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)特征

第一節(jié) 自然地理?xiàng)l件

一、氣候

二、地質(zhì)與地貌

三、水文水資源

四、植被與土壤

第二節(jié) 荒漠生態(tài)系統(tǒng)特征

一、天然綠洲生態(tài)系統(tǒng)

二、戈壁生態(tài)系統(tǒng)

三、沙漠生態(tài)系統(tǒng)

四、干旱中山丘陵生態(tài)系統(tǒng)

第三節(jié) 荒漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)演變格局分析

一、生態(tài)系統(tǒng)類型的分布面積結(jié)構(gòu)變化特征

二、荒漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)移變化特征

第三章 荒漠綠洲地表熱量傳輸特征

第一節(jié) 觀測(cè)試驗(yàn)介紹

一、試驗(yàn)地及觀測(cè)時(shí)段

二、試驗(yàn)儀器及觀測(cè)項(xiàng)目

三、資料處理

第二節(jié) 荒漠綠洲小氣候特征

一、太陽總輻射變化特征

二、綠洲風(fēng)溫濕變化特征

三、土壤溫度日變化特征

四、綠洲與戈壁小氣候特征對(duì)比分析

第三節(jié) 荒漠綠洲近地層湍流輸送特征

一、近地面層湍流方差特征

二、地表動(dòng)力學(xué)粗糙度

三、近地面層通量整體輸送系數(shù)

四、湍流總動(dòng)能及湍流強(qiáng)度特征

第四節(jié) 近地層熱通量求解方法

一、近地層熱通量求解方法

二、不同方法計(jì)算的近地層熱通量結(jié)果比較

第五節(jié) 荒漠綠洲地表能量平衡特征

一、地面凈輻射變化

二、檉柳林地表能量平衡

三、蘆葦?shù)氐乇砟芰科胶?

四、綠洲與戈壁地表能量分布特征

五、綠洲土壤的熱動(dòng)態(tài)研究

第四章 荒漠綠洲陸面過程模式

第一節(jié) 陸面過程概述

一、陸面過程研究進(jìn)展

二、陸面過程參數(shù)化研究進(jìn)展

第二節(jié) 荒漠綠洲陸面過程模擬

一、模式介紹

二、陸面過程參數(shù)確定

三、檉柳林地陸面過程模擬

四、蘆葦?shù)仃懨孢^程模擬

第三節(jié) 陸面過程對(duì)土壤水分的敏感性分析

一、檉柳林地下墊面敏感性分析

二、蘆葦?shù)叵聣|面敏感性分析

第五章 荒漠綠洲水分動(dòng)態(tài)變化

第一節(jié) 地表水

一、荒漠綠洲區(qū)主要河道及支叉河道概況

二、地表水量平衡分析

第二節(jié) 土壤水動(dòng)態(tài)模擬

一、荒漠綠洲土壤水分動(dòng)態(tài)變化特征

二、荒漠綠洲土壤水分垂直分布與變化

三、荒漠綠洲土壤水分變化規(guī)律

四、荒漠綠洲土壤水分動(dòng)態(tài)模擬

第三節(jié) 地下水均衡分析

一、均衡方程

二、均衡要素及參數(shù)的確定

三、地下水均衡計(jì)算結(jié)果

第四節(jié) 地下水運(yùn)動(dòng)模擬

一、地下水流系統(tǒng)概化

二、數(shù)學(xué)模型的建立

三、模型的校驗(yàn)與計(jì)算

四、地下水模型的生態(tài)預(yù)測(cè)

第六章 荒漠綠洲植物莖葉水分傳輸

第一節(jié) 植物莖葉水分傳輸概況

一、問題的提出

二、耗水研究的尺度

三、林木耗水研究的不足和未來趨勢(shì)

第二節(jié) 胡楊葉片水分生理特性

一、胡楊葉片蒸騰時(shí)空變異特征

二、胡楊葉片光合特征

三、胡楊葉片水勢(shì)及影響因子

四、胡楊葉片氣孔導(dǎo)度特征

五、胡楊水分利用效率與氣孔限制值的關(guān)系

第三節(jié) 胡楊樹干液流特征及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)

一、熱脈沖技術(shù)在測(cè)定胡楊樹干液流中的應(yīng)用

二、胡楊樹干液流的時(shí)空變異性研究

三、環(huán)境因子與胡楊樹干液流的關(guān)系研究

第七章 荒漠綠洲典型植物根系吸水

第一節(jié) 植物根系吸水研究進(jìn)展

一、植物根系研究方法

二、植物根系吸水模型研究進(jìn)展

三、根系研究存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)

第二節(jié) 研究方法

一、試驗(yàn)方法

二、分形理論的應(yīng)用

第三節(jié) 胡楊運(yùn)輸根系分布特征

一、運(yùn)輸根系分布頻數(shù)

二、運(yùn)輸根系分維數(shù)

三、運(yùn)輸根系分布與土壤水分的關(guān)系

第四節(jié) 胡楊吸水根系分布特征

一、垂直方向一維根長密度分布

二、水平方向一維根長密度分布

三、二維根長密度分布

第五節(jié) 胡楊根系吸水模型

一、胡楊根系吸水模型的建立

二、胡楊根系吸水模型的驗(yàn)證

三、模擬結(jié)果

第八章 胡楊耗水的尺度轉(zhuǎn)換

第一節(jié) 理論依據(jù)

第二節(jié) 尺度轉(zhuǎn)換的途徑和方法

一、基于生物學(xué)測(cè)定參數(shù)的尺度轉(zhuǎn)換

二、基于生物學(xué)測(cè)定參數(shù)的一個(gè)簡單比例的尺度轉(zhuǎn)換

三、基于液流在胸徑徑階分布的尺度轉(zhuǎn)換

四、基于遙感影像的尺度轉(zhuǎn)換

第三節(jié) 胡楊單株與林分水平耗水量的尺度轉(zhuǎn)換

一、胸徑與邊材面積的關(guān)系模型

二、林分中邊材面積的分布

三、林分耗水Ea的推算

第四節(jié) 胡楊林分尺度的耗水與蒸散發(fā)

一、胡楊林地蒸散

二、胡楊林地蒸散與環(huán)境因子的關(guān)系

第九章 荒漠綠洲水文過程與生態(tài)響應(yīng)

第一節(jié) 地下水位變動(dòng)對(duì)綠洲植被的影響

一、荒漠綠洲地下水位動(dòng)態(tài)變化

二、地下水位變動(dòng)對(duì)荒漠綠洲植被的影響

第二節(jié) 荒漠綠洲臨界地下水位推求

一、臨界地下水位數(shù)學(xué)公式的建立

二、臨界地下水位的估算

第三節(jié) 植被生長與土壤水分、鹽分的關(guān)系

一、植被生長與土壤水分的關(guān)系

二、植被生長與土壤鹽分的關(guān)系

第四節(jié) 荒漠綠洲水分調(diào)控的生態(tài)響應(yīng)

一、地表輸水對(duì)荒漠綠洲水環(huán)境的影響

二、荒漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)對(duì)輸水的響應(yīng)

三、植物群落與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系

第十章 荒漠綠洲生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

第一節(jié) 荒漠綠洲水分穩(wěn)定技術(shù)

一、技術(shù)原理

二、荒漠綠洲水分穩(wěn)定技術(shù)

第二節(jié) 荒漠綠洲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定技術(shù)

一、荒漠綠洲生態(tài)圈層與植物群落結(jié)構(gòu)

二、維護(hù)穩(wěn)定的措施

第三節(jié) 荒漠河岸林——胡楊復(fù)壯更新技術(shù)

一、荒漠河岸林——胡楊的習(xí)性

二、胡楊林更新復(fù)壯措施

第四節(jié) 荒漠綠洲邊緣——梭梭造林補(bǔ)植技術(shù)

一、梭梭的生態(tài)習(xí)性

二、造林補(bǔ)植技術(shù)措施

三、戈壁梭梭造林效益

第五節(jié) 荒漠綠洲草地改良與生態(tài)經(jīng)濟(jì)型草庫侖建設(shè)技術(shù)

一、荒漠綠洲草地功能

二、技術(shù)措施

第六節(jié) 荒漠綠洲的生態(tài)恢復(fù)與重建模式

一、綠洲生態(tài)恢復(fù)與重建模式

二、提高荒漠綠洲的水利用效益

參考文獻(xiàn)