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基于多模型的黑河中游甘临高地区土地利用情景模拟

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农业机械学报 2022年第9期53卷 178-188页

作者：蒋小芳段翰晨廖杰宋翔薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区盐渍化研究站兰州730000

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临... 详细信息

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临高地区(甘州区、临泽县和高台县)的适用性;之后分别采用多目标线性规划(Multiple-objective programming,MOP)模型、普通线性回归模型预测得到2035年可持续发展(Sustainable development,SUD)情景、基本发展(Basic development,BAD)情景中不同地类面积数值,然后将面积输入MCCA模型中进行不同情景的土地利用空间结构可视化,并开展对比研究。结果表明:各项精度评价指标均表明MCCA模型的模拟精度较高,Kappa系数、混合元胞质量系数(Mixed-cell figure of merit,mcFoM)和平均相对熵(Relative entropy,RE)分别为0.886、0.261和0.508,优于基于纯净元胞的斑块生成土地利用变化模拟(Patch-generating land use simulation model,PLUS)模型,因此MCCA模型适用于研究区土地利用结构模拟。2035年SUD情景中林地范围明显高于BAD情景,生态效益较BAD情景增速快,建设用地和耕地适度扩张,综合效益增速较快。该结果表明耦合MOP和MCCA模型模拟的土地利用优化配置方案能够更好地协调经济与环境的关系,既有利于经济快速发展,又能保护生态环境和维持社会稳定。

关键词：黑河中游土地利用变化情景模拟混合元胞自动机模型多目标线性规划模型

沙漠化土地及其治理研究推动北方农牧交错区生态恢复和农牧业可持续发展

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中国科学院院刊 2019年第7期34卷 832-840页

作者：李玉霖赵学勇刘新平李玉强罗永清连杰段育龙中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站

土地沙漠化问题在我国北方农牧交错区尤为突出。中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站(以下简称"奈曼站")围绕北方农牧交错带典型区科尔沁沙地的土地沙漠化治理和农牧业经济持续发展,长期开展荒漠生态系统协同保护和合理... 详细信息

土地沙漠化问题在我国北方农牧交错区尤为突出。中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站(以下简称"奈曼站")围绕北方农牧交错带典型区科尔沁沙地的土地沙漠化治理和农牧业经济持续发展,长期开展荒漠生态系统协同保护和合理利用的机理研究、过程监测、技术试验与示范等工作,取得了卓有成效的成绩。经过30多年的发展,奈曼站已经成为我国农牧交错地带荒漠化土地治理的野外观测研究平台,提出的"奈曼沙漠化土地综合整治模式"及其相关理论和技术不仅被国内同类沙漠化地区的生态治理实践广泛采用和借鉴,还被联合国环境规划署(UNEP)、联合国开发计划署(UNDP)以及联合国其他相关机构作为长期培训教材和科普推广内容;同时,奈曼站坚持研发农牧业经济可持续发展的关键技术并示范应用,引种适地丰产作物及林草果蔬植作物品种,提高农牧民的经济收入和生活质量,为农牧交错带土地沙漠化趋势"初步得到遏制和整体呈现逆转态势"作出了贡献。1998年,奈曼站获得联合国环境署和粮农组织联合颁发的"拯救干旱区土地成功业绩奖"。随着全球气候变化及社会经济发展带来的土地利用压力持续增加,该区域出现了可利用水资源减少、区域生态资源过度开发、得到治理的沙漠化土地再次退化等新问题。针对新的问题,奈曼站的观测与研究工作将重点围绕水资源制约的关键因子开展植被-土壤系统协同演变机理研究,研发水分、土壤与生物资源有效利用和区域农牧业持续发展的关键技术与模式,构建新的符合区域生态环境建设、可持续土地利用与管理以及社会发展的科技支撑体系。

关键词：农牧交错区土地沙漠化农牧复合生态系统生态建设可持续发展

GS-3生态固沙剂性能及其浓度对植物生长的影响

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农业工程学报 2018年第24期34卷 107-114页

作者：钟帅韩致文李爱敏中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 菏泽学院资源与环境部菏泽274015

该文研究试验一种高效、环保、较低廉的生态固沙剂,为沙漠化防治和生态修复提供新材料与技术储备。该文对GS-3生态固沙剂理化性能及其对植物生长影响进行试验,结果表明:GS-3生态固沙剂固结层渗透性良好,抗压强度均高于2.0MPa,硬度大于40... 详细信息

该文研究试验一种高效、环保、较低廉的生态固沙剂,为沙漠化防治和生态修复提供新材料与技术储备。该文对GS-3生态固沙剂理化性能及其对植物生长影响进行试验,结果表明:GS-3生态固沙剂固结层渗透性良好,抗压强度均高于2.0MPa,硬度大于40.0mm,质量变化较为小,抗风蚀性能良好;GS-3生态固沙剂对夏季地表高温有显著的抑制作用,并有效保持土壤水分,4.0%浓度乳液的固结层7月份0～5cm土壤温度比对照组降低8.1℃,降幅达31%,8月份0～5cm土壤含水量比对照组高2.8倍;GS-3生态固沙剂的保温、透气、保湿及隔离地表风沙流等特点,对提高植物出苗和促进植物生长作用显著;4.0%GS-3乳液试验区固沙效果最好,但3.0%浓度区植被盖度和生物量最大(是对照组的2.4倍和4.1倍)。综合成本和实际效果,3.0%浓度GS-3生态固沙剂具有较好的环境适应性,是库布齐沙漠及周边地区沙漠化防治如沙漠公路两侧防护、沙漠中基础设施周边沙害防护等的可选固沙材料之一。

关键词：固沙植物 GS-3生态固沙剂固沙剂理化性质固结层强度土壤环境

内蒙古荒漠草原地表风沙活动对放牧强度的响应

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草业学报 2023年第7期32卷 1-11页

作者：刘欣雷杜鹤强刘秀帆范亚伟中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点研究室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

研究放牧强度对草地风沙活动的影响对深入理解风沙动力过程、准确评估和防治风沙灾害具有重要意义。本研究依托中国科学院乌拉特荒漠草原研究站,以内蒙古荒漠草原为研究区,设置两种草地类型(以草本为主的针茅草地和以灌木为主的灌丛草地... 详细信息

研究放牧强度对草地风沙活动的影响对深入理解风沙动力过程、准确评估和防治风沙灾害具有重要意义。本研究依托中国科学院乌拉特荒漠草原研究站,以内蒙古荒漠草原为研究区,设置两种草地类型(以草本为主的针茅草地和以灌木为主的灌丛草地)和3种放牧强度(禁牧为对照、中度和重度放牧强度),开展了近地表风速廓线、粒径分布、风沙流结构等相关参数的测量和研究。结果表明:1)放牧强度对不同草地类型地表的空气动力学粗糙度有显著影响,且对草本区的影响大于对灌木区的影响。2)草地类型和放牧强度对地表土壤可蚀性颗粒含量的影响均达到显著水平(P化。3)放牧区的风沙流拟合函数均为幂函数,R2为0.78~0.97。草本中度(6.468 g·m^(-1)·d^(-1))和重度放牧区(9.294 g·m^(-1)·d^(-1))的水平通量分别是草本对照区(0.907 g·m^(-1)·d^(-1))的7.13和10.25倍。灌木区的输沙高度和放牧强度对输沙率的影响均小于草本区。以上研究结果表明:草本区风沙活动受放牧扰动的影响远大于灌木区,即使是中度放牧强度的水平输沙通量也远远大于禁牧区。因此,仅仅依据载畜量制定的放牧策略尚存在严重不足,为了防止草地退化,促进牧业的持续发展,在制定放牧策略时应将地表风沙活动强度作为重要指标进行综合考虑。

关键词：放牧强度荒漠草原风沙活动粒度特征风沙流结构

基于DEM的科尔沁沙地沙漠化土地时空分布特征

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干旱区资源与环境 2018年第8期32卷 74-79页

作者：段翰晨薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000

选取科尔沁沙地为研究对象,以Landsat TM/ETM/OLI影像和ASTER GDEM数据为主要数据源,在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术支持下,利用人机交互目视解译方法对研究区2000~2015年不同程度沙漠化土地信息进行了提取,并分析了不同程度沙漠化... 详细信息

选取科尔沁沙地为研究对象,以Landsat TM/ETM/OLI影像和ASTER GDEM数据为主要数据源,在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术支持下,利用人机交互目视解译方法对研究区2000~2015年不同程度沙漠化土地信息进行了提取,并分析了不同程度沙漠化土地在不同高程、坡度、坡向上的分布特征及变化趋势。结果表明:研究区沙漠化土地主要分布在海拔小于500m、坡度小于7°的平地和缓坡地区,即高程和坡度的第1和第2等级;沙漠化土地面积随高程的增加逐渐减少,但随坡度的增加急剧下降。就坡向而言,沙漠化土地主要分布在阳坡和阴坡区域,且阳坡分布比例大于阴坡;阳坡沙漠化土地面积呈逆转趋势,而阴坡沙漠化土地面积有所扩张。

关键词：数字高程模型(DEM) 沙漠化土地时空分布科尔沁沙地

科尔沁沙地草地植物群落功能性状对封育和放牧的响应

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农业工程学报 2017年第24期33卷 261-268页

作者：张晶左小安杨阳岳喜元张婧吕朋周欣连杰刘良旭何钊全中国科学院西北生态环境资源研究院乌拉特荒漠草原站兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站兰州730000 中国科学院大学北京100049

该研究以科尔沁沙地中草甸(meadow)、针茅草原(Stipa steppe)、疏林草地(scattered tree grassland)和沙质草地(sandy grassland)4种草地的18种优势植物为研究对象,分别测定了不同草地植物群落在封育和放牧下的高度(height)、比叶面积(s... 详细信息

该研究以科尔沁沙地中草甸(meadow)、针茅草原(Stipa steppe)、疏林草地(scattered tree grassland)和沙质草地(sandy grassland)4种草地的18种优势植物为研究对象,分别测定了不同草地植物群落在封育和放牧下的高度(height)、比叶面积(specific leaf area,SLA)、叶片干物质含量(leaf dry matter content,LDMC)、叶片面积(leaf area,LA)、叶片氮含量(leaf nitrogen content,LNC)和叶片碳同位素(leaf carbon isotopes)6个相关于植物生理生态过程的功能性状指标。结果表明:1)长期放牧增加了草地中一年生植物和C4植物的丰富度和重要值,降低了沙质草地中多年生植物的相对生物量;2)沙质草地植物群落的SLA和δ^(13)C高于其他3种草地,LDMC小于其他3种草地;3)长期放牧降低了草地植物群落的高度和LA,增加了草地植物群落的δ^(13)C,SLA、LDMC和LNC则不受放牧的影响;4)植物功能性状中,SLA与LDMC极显著负相关且不受放牧的干扰;而长期放牧导致了高度与SLA和δ^(13)C显著负相关以及SLA和δ^(13)C显著正相关。科尔沁沙地长期放牧的草地中一年生植物和C4植物比例相对增加,且优势植物具有较低的高度和LA以及较高的δ^(13)C,表明了草地植物群落通过物种竞争结构和功能性状权衡策略的改变来适应长期放牧。因此,减轻放牧压力,改善植物群落的功能性状,对于该区域退化草地的恢复及持续管理具有一定的重要意义。

关键词：植物生长生理学草地放牧草地植物群落封育不同草地类型

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两种戈壁地表风沙流特征的野外观测

干旱区研究 2020年第4期37卷 1087-1094页

作者：刘旭阳宁文晓王振亭中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化研究室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

分析植被覆盖和人工扰动下戈壁地表的风沙流结构和摩阻风速与输沙率之间的关系,对保护戈壁区的生态环境具有重要意义。本文分别对植被覆盖下的戈壁地表和人工清除植被后的戈壁地表进行研究。结果显示:在不同的地表条件下,风沙流结构的... 详细信息

分析植被覆盖和人工扰动下戈壁地表的风沙流结构和摩阻风速与输沙率之间的关系,对保护戈壁区的生态环境具有重要意义。本文分别对植被覆盖下的戈壁地表和人工清除植被后的戈壁地表进行研究。结果显示:在不同的地表条件下,风沙流结构的变化趋势基本相同,大致可以分为3类:波动减少、先增加后减少和单调减少。受扰地表的输沙率密度大于原始地表。将摩阻风速以0.50 m·s^-1为界分为高、低风速。在植被覆盖的地表中,高、低风速区的输沙率与摩阻风速之间没有明显的线性相关性;而在人工清除植被后的地表,高风速区内,输沙率与摩阻风速之间满足传统的低阶多项式的关系,低风速区内两者之间则没有线性关系。

关键词：戈壁地表风沙流结构输沙率摩阻风速

荒漠化治理中生态系统、社会经济系统协调发展问题探析——以中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治为例

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生态学报 2016年第22期36卷 7045-7048页

作者：王涛中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000

全球变暖导致的区域干旱使得干旱区水资源日益匮乏,而迅速增长的人口和社会经济发展进一步加剧水资源危机,使得有限的水资源成为全球沙漠化防治瓶颈,严重制约了沙化土地治理进程,影响了联合国"土地退化总面积零增长"目标的实现,也影响... 详细信息

全球变暖导致的区域干旱使得干旱区水资源日益匮乏,而迅速增长的人口和社会经济发展进一步加剧水资源危机,使得有限的水资源成为全球沙漠化防治瓶颈,严重制约了沙化土地治理进程,影响了联合国"土地退化总面积零增长"目标的实现,也影响了中国社会经济的可持续和协调发展。传统的沙化土地治理生物措施重视植被盖度增加,忽视生态系统其他要素,如土壤水分、养分等与植被的相互关系,导致一些治理措施相对简单,生态系统不能协调发展。而沙化土地治理的物理措施和化学措施由于忽视了沙区社会和经济效益,其可持续性也受到科学家质疑。近期获批的国家重点研发计划项目"中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治关键技术与示范"(2016YFC0500900)拟针对此问题开展研究,以沙化土地稳定恢复为首要目标,在认识半干旱荒漠区沙化土地正/逆过程演变机制和荒漠生态系统稳定性的基础上,研究沙化土地稳定恢复的生态阈值;以毛乌素沙地、库布齐沙漠东部、科尔沁沙地西部和呼伦贝尔沙地为典型区,针对不同沙化土地特点,研发防沙治沙关键技术,开展模式优化和试验示范;在防沙治沙模式与工程效益评估基础上,集成产业化技术体系,为国家防沙治沙工程建设提供理论基础与技术支撑。

关键词：荒漠化治理半干旱区生态系统社会经济系统协调发展

青藏高原东北部祁连圆柏径向生长对不同类型干旱的响应

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应用生态学报 2022年第8期33卷 2097-2104页

作者：徐贺年王江林彭小梅任子健中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

为研究祁连圆柏径向生长对不同时期(生长季前2-4月和生长季5-7月)气候因子的响应及面对不同类型(高温、缺水、高温+缺水)干旱事件的弹性(抵抗力和恢复力)变化,利用青藏高原东北部17个采样点的祁连圆柏树轮宽度资料,分析径向生长与不同... 详细信息

为研究祁连圆柏径向生长对不同时期(生长季前2-4月和生长季5-7月)气候因子的响应及面对不同类型(高温、缺水、高温+缺水)干旱事件的弹性(抵抗力和恢复力)变化,利用青藏高原东北部17个采样点的祁连圆柏树轮宽度资料,分析径向生长与不同时期气候因子的相关性,探究高低海拔祁连圆柏面对各类干旱事件的弹性差异。结果表明:祁连圆柏径向生长与干旱指数呈显著正相关,与生长季温度呈负相关(P<0.1)。祁连圆柏面对不同时期干旱事件的弹性存在显著差异,生长季前发生的干旱事件中,低海拔圆柏的抵抗力比高海拔增高2.3%,恢复力降低25.1%;生长季干旱事件中,低海拔圆柏的抵抗力比高海拔降低23.7%,恢复力增高107.1%。祁连圆柏面对缺水型干旱时恢复力更强,均值达到1.68,而面对高温型干旱时祁连圆柏的抵抗力更强,均值达到1.43。未来我国西部高山祁连圆柏,尤其是处于低海拔区的,其径向生长受到全球变暖造成的极端干旱事件的影响会更加显著。

关键词：青藏高原东北部祁连圆柏弹性生长季干旱