河西走廊山地-绿洲-荒漠复合系统及其耦合

内容简介

《河西走廊:山地-绿洲-荒漠复合系统及其耦合》是国家自然科学基金重点项目"河西走廊山地-绿洲-荒漠系统耦合机理与优化耦合模式研究"成果的总结，也是作者多年研究、实践和融会他人成果的结晶。在山地-绿洲-荒漠复合系统中，主要进行了景观组分划分和景观异质性分析。在山地系统中，阐述了其生态特征、类型及演变、高山草地——甘肃马鹿山地放牧系统及管理。在绿洲系统中，着重就绿洲系统的发生与发展、盐渍化蓦地抗盐植物的生理生态特征、综合改良与可持续利用，绿洲在利便系统中的地位、作用与发展对策等作了阐述。在荒漠系统中，就景观格局与地境环境特征、生物多样性、生态系统类型、生产力、生态功能、系统受损与环境恶化、系统保育和区域生态安全等进行了论述。在耦合系统的优化模式与评价中，介绍了系统耦合的类型、模型、潜力和作用机制、与系统相悖的关系及其评价。

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生态水文是荒漠绿洲地区最重要的生态过程，与景观格局及其演变有着十分紧密的联系。探讨荒漠绿洲区景观格局与生态水文相互作用机制是进一步深化土地荒漠化等生态环境研究的基础。本项目以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区，通过样地调查、实验观测、遥感反演和模型模拟等手段，研究典型荒漠绿洲区景观格局与生态水文的相互关系和耦合方法，模拟景观格局对生态水文过程相互影响，揭示格局与过程耦合规律，进一步提出保障区域水资源可持续利用的生态景观优化配置模式。项目的研究成果有助于揭示景观格局对荒漠绿洲交错区生态水文过程调控的景观生态学意义，可为荒漠绿洲生态建设提供科学依据。

生态水文是荒漠绿洲地区最重要的生态过程，与景观格局及其演变有着十分紧密的联系，探讨荒漠绿洲区景观格局与生态水文相互作用机制是进一步深化土地荒漠化等生 态环境研究的基础。本项目以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区，基于RS和GIS空间分析等技术，选择长时间序列遥感影像为研究素材，结合样地调查和模型模拟等手段，对磴口县的景观格局与生态水文过程进行了研究。研究结果表明，1987-2016年长时间序列地下水水位波动较大，其变化具有复杂的多时间尺度性质，1990-2015年期间地表水变化不大。以2015年为例，磴口县生态网络共确定了391块生态源地、47466条生态廊道、677个潜在生态节点。磴口县生态源地共分为5个等级，其中3、4、5级生态源地的空间布局形成东北-西南、西北-西南的沙漠化防护格局。7种类型的生态源地节点在较小尺度下均呈现聚集的空间分布格局，随着尺度的增大，逐渐呈现随机分布，最后呈现均匀分布，这种分布特征保证了小尺度和大尺度上生态网络的稳定。利用泰森盲区形心优化模型（BCBS模型）进行生态节点布局优化，优化后生态网络结构更为稳定。多情景模拟发现在现有自然资源的约束下，磴口县仍有发展经济的空间，但空间不大。以磴口县2016年的景观格局分布图为基础数据，利用SFLA-M-L模型，综合考虑高程、坡度、地下水埋深、干旱度指数、NDVI等因子，对研究区的景观格局进行了优化，优化后磴口县的景观聚集度得到了较明显的提高，各景观类型的破碎化得到了很好的控制。项目的研究成果有助于揭示景观格局对荒漠 绿洲交错区生态水文过程调控的景观生态学意义，可为荒漠绿洲生态建设提供科学依据。 2100433B

第一章 概论

第一节 研究意义

第二节 内容概要

一、荒漠绿洲地表能量传输与陆面过程模式研究

二、植物水分传输过程的研究

三、荒漠绿洲水分动态变化研究

四、不同水文情境下生态系统的响应

五、荒漠绿洲生态恢复技术

第三节 技术路线

第二章 荒漠绿洲生态系统特征

第一节 自然地理条件

一、气候

二、地质与地貌

三、水文水资源

四、植被与土壤

第二节 荒漠生态系统特征

一、天然绿洲生态系统

二、戈壁生态系统

三、沙漠生态系统

四、干旱中山丘陵生态系统

第三节 荒漠绿洲生态系统演变格局分析

一、生态系统类型的分布面积结构变化特征

二、荒漠绿洲生态系统类型的转移变化特征

第三章 荒漠绿洲地表热量传输特征

第一节 观测试验介绍

一、试验地及观测时段

二、试验仪器及观测项目

三、资料处理

第二节 荒漠绿洲小气候特征

一、太阳总辐射变化特征

二、绿洲风温湿变化特征

三、土壤温度日变化特征

四、绿洲与戈壁小气候特征对比分析

第三节 荒漠绿洲近地层湍流输送特征

一、近地面层湍流方差特征

二、地表动力学粗糙度

三、近地面层通量整体输送系数

四、湍流总动能及湍流强度特征

第四节 近地层热通量求解方法

一、近地层热通量求解方法

二、不同方法计算的近地层热通量结果比较

第五节 荒漠绿洲地表能量平衡特征

一、地面净辐射变化

二、柽柳林地表能量平衡

三、芦苇地地表能量平衡

四、绿洲与戈壁地表能量分布特征

五、绿洲土壤的热动态研究

第四章 荒漠绿洲陆面过程模式

第一节 陆面过程概述

一、陆面过程研究进展

二、陆面过程参数化研究进展

第二节 荒漠绿洲陆面过程模拟

一、模式介绍

二、陆面过程参数确定

三、柽柳林地陆面过程模拟

四、芦苇地陆面过程模拟

第三节 陆面过程对土壤水分的敏感性分析

一、柽柳林地下垫面敏感性分析

二、芦苇地下垫面敏感性分析

第五章 荒漠绿洲水分动态变化

第一节 地表水

一、荒漠绿洲区主要河道及支叉河道概况

二、地表水量平衡分析

第二节 土壤水动态模拟

一、荒漠绿洲土壤水分动态变化特征

二、荒漠绿洲土壤水分垂直分布与变化

三、荒漠绿洲土壤水分变化规律

四、荒漠绿洲土壤水分动态模拟

第三节 地下水均衡分析

一、均衡方程

二、均衡要素及参数的确定

三、地下水均衡计算结果

第四节 地下水运动模拟

一、地下水流系统概化

二、数学模型的建立

三、模型的校验与计算

四、地下水模型的生态预测

第六章 荒漠绿洲植物茎叶水分传输

第一节 植物茎叶水分传输概况

一、问题的提出

二、耗水研究的尺度

三、林木耗水研究的不足和未来趋势

第二节 胡杨叶片水分生理特性

一、胡杨叶片蒸腾时空变异特征

二、胡杨叶片光合特征

三、胡杨叶片水势及影响因子

四、胡杨叶片气孔导度特征

五、胡杨水分利用效率与气孔限制值的关系

第三节 胡杨树干液流特征及其对环境因子的响应

一、热脉冲技术在测定胡杨树干液流中的应用

二、胡杨树干液流的时空变异性研究

三、环境因子与胡杨树干液流的关系研究

第七章 荒漠绿洲典型植物根系吸水

第一节 植物根系吸水研究进展

一、植物根系研究方法

二、植物根系吸水模型研究进展

三、根系研究存在的问题及发展趋势

第二节 研究方法

一、试验方法

二、分形理论的应用

第三节 胡杨运输根系分布特征

一、运输根系分布频数

二、运输根系分维数

三、运输根系分布与土壤水分的关系

第四节 胡杨吸水根系分布特征

一、垂直方向一维根长密度分布

二、水平方向一维根长密度分布

三、二维根长密度分布

第五节 胡杨根系吸水模型

一、胡杨根系吸水模型的建立

二、胡杨根系吸水模型的验证

三、模拟结果

第八章 胡杨耗水的尺度转换

第一节 理论依据

第二节 尺度转换的途径和方法

一、基于生物学测定参数的尺度转换

二、基于生物学测定参数的一个简单比例的尺度转换

三、基于液流在胸径径阶分布的尺度转换

四、基于遥感影像的尺度转换

第三节 胡杨单株与林分水平耗水量的尺度转换

一、胸径与边材面积的关系模型

二、林分中边材面积的分布

三、林分耗水Ea的推算

第四节 胡杨林分尺度的耗水与蒸散发

一、胡杨林地蒸散

二、胡杨林地蒸散与环境因子的关系

第九章 荒漠绿洲水文过程与生态响应

第一节 地下水位变动对绿洲植被的影响

一、荒漠绿洲地下水位动态变化

二、地下水位变动对荒漠绿洲植被的影响

第二节 荒漠绿洲临界地下水位推求

一、临界地下水位数学公式的建立

二、临界地下水位的估算

第三节 植被生长与土壤水分、盐分的关系

一、植被生长与土壤水分的关系

二、植被生长与土壤盐分的关系

第四节 荒漠绿洲水分调控的生态响应

一、地表输水对荒漠绿洲水环境的影响

二、荒漠绿洲生态系统对输水的响应

三、植物群落与生态环境的耦合关系

第十章 荒漠绿洲生态恢复技术

第一节 荒漠绿洲水分稳定技术

一、技术原理

二、荒漠绿洲水分稳定技术

第二节 荒漠绿洲结构稳定技术

一、荒漠绿洲生态圈层与植物群落结构

二、维护稳定的措施

第三节 荒漠河岸林——胡杨复壮更新技术

一、荒漠河岸林——胡杨的习性

二、胡杨林更新复壮措施

第四节 荒漠绿洲边缘——梭梭造林补植技术

一、梭梭的生态习性

二、造林补植技术措施

三、戈壁梭梭造林效益

第五节 荒漠绿洲草地改良与生态经济型草库仑建设技术

一、荒漠绿洲草地功能

二、技术措施

第六节 荒漠绿洲的生态恢复与重建模式

一、绿洲生态恢复与重建模式

二、提高荒漠绿洲的水利用效益

参考文献