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《内蒙古农业大学》 2007年
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科尔沁沙地地表环境演变及其与水文气象因子间的响应关系研究

马龙  
【摘要】: 当前,全球很多地区地表环境呈现不断恶化的趋势,地表环境如何演变,其与水文气象因子间的响应关系是什么,越来越多的受到国内外无论是科学界还是各国政府的广泛关注,已成为全球变化研究中国际地圈生物圈计划(IGBP)中的研究热点。 科尔沁沙地在历史上曾为水草丰美、植被茂盛的大草原,经过近百年的草场退化、沙化及土地荒漠化,目前已成为我国四大沙地之一,其地表环境的演变不论在全球还是我国都具有典型性和代表性。而其变化趋势和特点是如何的,与水文气象因子间存在如何的响应关系,是目前科学界迫切想获知的。 本文以科尔沁沙地为区域研究区,在该研究区进行了地表环境因子-植被生态型、榆树生长演变及其与水文气象因子间的响应关系研究。在科尔沁沙地腹地选择了可以代表科尔沁沙地坨甸相间地貌、地形、植被、水文气象等条件的两个研究区,即一般研究区(阿古拉苏木)和重点研究区(阿古拉试验区),以1987~2006年20年间的17张遥感影像数据和在两个研究区实地收集、调查、测试的植被及水文气象数据为基础,通过对遥感影像的解译和水文气象数据的整理,对一般研究区和重点研究区分别进行了地表环境变化及其与水文气象因子间的年际和年内响应关系研究。通过分析,主要得出以下结论: 区域研究区:(1)湿生、中生、中旱生和旱生植物对应响应的地下水位埋深范围分别为0.45~1.66m、0.95~2.20m、2.20~4.59m和3.45~7.45m;植物根系土壤表层含水率范围分别为2.70~25.54%、0.80~13.32%、0.41~2.25%和0.28~0.44%;植物根系层含水率范围分别为5.59~54.80%、3.59~9.19%、0.71~3.59%和0.16~0.78%。同时湿生植物与中生植物、中旱生植物与旱生植物有一个地下水位埋深过渡响应范围,其值分别为0.95~1.66m和3.45~4.59m;有一个植物根系土壤表层含水率过渡响应范围,其值分别为2.70~13.32%和0.41~0.44%;有一个根系层土壤含水率过渡响应范围,其值分别为5.59~9.19%和0.71~0.78%。 (2)年轮指数与7月份降水量、年降水量、8月和9月蒸发量之和的相关系数最大,分别为+0.605、+0.595和-0.459,即榆树生长演变随降水量的增大而增大,随蒸发量的增大而减小。由此,建立榆树标准年表,并通过其重建了该地区1906~1951年46a的降水量和蒸发量序列,经验证,重建序列具有较好的可靠性,可用于指导生产实践。 一般研究区:(1)在1987~2006年间,耕地、其它林地、居民和道路用地、盐碱地、低覆盖度草地、半固定沙地面积分别从26.65、1.02、1.88、38.71、120.30、104.84km2变化到74.79、2.83、4.59、94.91、201.79、203.21km2,呈逐渐增加趋势。灌木林地、水域、高覆盖度草地、固定沙地、流动沙丘、中覆盖度草地面积分别从53.26、30.80、49.38、321.24、59.70、116.94km2变化到42.63、16.50、32.88、103.86、18.48、128.36km2,呈逐渐减少趋势。表明,近20年来研究区地表环境呈现不断恶化的趋势,在近2年稍有好转。 (2)年际NDVI均值变化中,1987~1994年为上升阶段;1994~2002年为下降阶段,之后呈上升趋势。总体上,年际NDVI均值变化呈下降趋势,即地表环境变化呈现恶化趋势,但近2年有所好转。 (3)各类水文气象因子不同程度的影响着各地表环境类型面积的变化,并按相关系数大小具有一定的排序,随着这些因子的起伏变化,各类型地表环境面积变化表现出不同的响应方式。并且这种影响贯穿了植被生长的前、初和高峰期。 (4)水文气象因子对地表环境面积变化影响最大的是相对湿度,HFII值为0.16;其次为降水量和蒸发量,HFII值分别为0.15和0.13。表明在干旱半干旱地区,水分条件是制约地表环境变化的关键因素,其相反的因子-蒸发量是又一大制约因素,地表环境的多年恶化主要还是由多年来气候持续干旱造成的。 (5)NDVI均值变化的主要推动因子是降水和蒸发。其在2007~2012年之间呈逐渐降低趋势,说明在该时段地表环境将进一步恶化;在2013~2020年之间呈逐渐增大趋势,说明该时段地表环境将逐步趋于好转。 (6)在植被生长初期,由于降水量较少,植被生长更多的需要通过根系吸收地下水,所以地下水位埋深越小,NDVI值就越大。5月份的地下水位埋深小范围的波动就会导致8月份NDVI的较大变化。同时,随着5月份和7月份地下水位埋深不同范围的变化,NDVI表现出0.145~0.3、0.3~0.5和0.5~0.582三个区间的响应范围,并且其中有个别的地下水位埋深过渡范围。 重点研究区:(1)耕地、灌木林地、盐碱地、高覆盖度草地、固定沙地年内面积变化呈抛物线趋势;水域、低覆盖度草地、半固定沙地和流动沙丘则呈微弱倒抛物线趋势;其它林地无变化;中覆盖度草地呈逐渐增加趋势。年内NDVI最大值和均值变化呈现抛物线趋势。 (2)在5月22日至8月24日这个阶段,随着各类水文气象因子的变化,各类型地表环境面积随之响应变化,互相转化;而在8月24日至10月27日这个阶段,则表现出相反的响应趋势。 (3)各地表环境类型代表点在年内NDVI值均呈抛物线趋势。高覆盖度草地NDVI均值最大,达到0.30;盐碱地与高覆盖度草地混和地居第二位,为0.19;流动沙丘位于最后一位,为0.07。 (4)随着降水量的增大,蒸发量的减少,日照时数的增加,空间不同高处相对湿度的增大,风速的减小,前一月和8月份地温的降低,10月份地温的升高(这其中影响较大的为20cm处的地温),空间各层位平均气温的降低,不同深度土壤蒸发量的降低(特别是20cm高土壤蒸发),NDVI值随之增大。同样,在年内5月份的地下水位埋深小范围的波动就会导致8月份NDVI的较大变化,对植被生长起着关键作用。而在6~8月期间,植被长势已很好,基数基本稳定,此时植被的生长对地下水位埋深的依赖程度有所降低。同时,NDVI为0.125~0.3、0.3~0.5和0.5~0.612时,在5月份、6月份和7月份分别有各自对应的地下水位埋深范围,并且其间有部分过渡范围。上述结论表明在空间各个位置的水热条件都伴随着植被生长的全过程。 研究区地表环境不论是年际,还是年内变化,主要是响应了各类水文气象因子的变化,特别是降水、相对湿度、蒸发和气温等的变化。近20年地表环境处于不断的恶化中,其间有部分波动,近2年稍有好转,但未来6年仍将继续恶化,之后将会持续好转,这是气候的持续干旱及未来转湿所致,当然,这其中也含有部分人类活动影响的因素。
【学位授予单位】:内蒙古农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P339

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6 万永超;西鄂尔多斯荒漠克隆灌木与地表环境的关系[D];内蒙古农业大学;2008年
7 王鹏;新疆焉耆盆地地下水可持续开采量研究[D];兰州大学;2009年
8 李瑛;鄂尔多斯湖盆高原地下水与植被生态关系研究[D];长安大学;2009年
9 荆晶;天山北麓平原区地下水及包气带与表生生态环境关系研究[D];长安大学;2007年
10 冯波;吉林省西部地下水化学特征演化研究[D];吉林大学;2007年
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