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近50年人工灌排技术进步对玛纳斯河流域景观格局变化的影响

李建军  
【摘要】:灌排技术和景观格局变化之间的关系,对研究干旱区绿洲稳定及发展具有重要的意义。选取玛纳斯河流域为研究区,利用遥感和地理信息系统技术,对玛纳斯河流域1960年地形图,1976、1989、1997、2006、2013年Landsat遥感影像和历史水利工程建设分布图等原始数据进行处理,获得5期人工灌排渠系矢量图和6期土地利用分类矢量图,并计算人工灌排渠系长度指数和表征景观格局的景观类型面积百分比,优势度最高的耕地景观的耕地净耕地系数和周长面积比,耕地、盐碱地和荒漠灌木林的面积百分比。灌溉技术经历了大水漫灌,沟灌、畦灌,膜下滴灌的发展,使得研究区内耕地面积、盐碱地面积、荒漠灌木林面积发生巨大变化。耕地面积从1960年的1882.25km2发展到2013年的6532.84km2,且质量和产量也有提高,盐碱地面积从1976年的3024.84km2减少到2013年的938.78km2,荒漠灌木林的面积从1960年的6552.1km2减少到2013年的2907.66km2。对应的灌渠发展经历了土渠土坝、土渠加塑料薄膜防渗、水泥U型防渗和先进的滴灌系统塑料管道的过程,使得研究区的灌溉水利用系数大幅提升;排碱技术则从耕地周边挖坑排碱的干排法到明渠排碱法,在很大程度上控制了土壤次生盐渍化。灌排技术得到进一步发展,其驱动了流域景观格局的变化。许多学者利用遥感与地理信息系统技术分析了流域绿洲土地利用与覆被变化和相应的景观格局变化、生态安全和生态效应,并进行了驱动机制的研究,尽管在景观格局变化方面进行了定量分析,但在驱动机制和生态效应分析方面还是以定性或半定量的宏观分析为主,缺乏针对具体变化(特征)进行有针对性的深入分析,如技术进步对绿洲景观格局影响并具体到灌溉技术进步在绿洲景观中耕地分布格局演变的作用等,对这些问题的深入分析,最后主要利用多元逐步回归分析法分析、研究,将有助于全面认识绿洲的可持续发展并提出具可操作性的绿洲农田管理措施,为干旱区绿洲稳定、绿洲农业发展提供可靠的依据,主要的研究内容和成果有:1.滴灌技术应用前,以干、支、斗、农渠的长度为自变量,因变量为耕地、盐碱地和荒漠灌木林的面积,应用多元逐步回归分析法,以此探索干旱区绿洲人工灌排技术对流域景观格局变化的影响。研究灌渠和耕地面积、盐碱地之间的关系,其中农渠长度与耕地面积的回归方程为y=0.43x+7.38(r2=0.90,n=33,p=0),农渠与盐碱地面积的回归方程为y=-3.99x+6.00,(r2=0.95,n=5,p=0),说明玛纳斯河流域景观分布格局由灌排渠的空间分布决定,尤其是农渠的分布格局和长度;滴灌技术应用后,因滴灌管网的空间信息无法落实,故选取灌溉水利用系数的提高来间接确定,滴灌系统是最重要的自变量因素,流域灌溉水利用系数从1960年的0.38增长到2010年的0.65,表明滴灌技术应用后,绿洲景观分布格局的变化取决于滴灌系统管网长度及其应用范围。2.将净耕地系数作为景观格局指数来分析耕地的内部结构变化。净耕地系数是指地类图斑量算出的耕地毛面积中净耕地所占的比例,净耕地系数的测算是为了将耕地中的田埂、田坎及其他不能调绘上图的零星非耕地扣除,从而求出准确的净耕地面积。在绿洲景观的空间分布上,将绿洲划分为上部、中部、下部,通过高分影像来提取27个样方的净耕地系数,来分析、研究净耕地系数在绿洲空间上的变化,得到净耕地系数空间的分布规律为绿洲下部绿洲上部绿洲中部,经分析得出其驱动力为人工灌排系统,包括灌溉系统的水库和灌渠,排碱系统的排碱渠和碱滩。


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