开孔河流域绿洲水土资源开发及其生态环境效应研究

摘要

本文是在完成开孔河流域水土开发对生态环境影响研究基金项目的基础上，结合水资源调查、与水有关的生态环境调查、盐碱化遥感调查和国家“973”前期研究专项的成果，建立了开孔河流域水土资源数据库，以遥感影像为主要信息源，利用GIS空间分析技术，定量分析了1973年、1990年和2000年的土地利用/覆被变化过程及其变化速率，分析了自然和社会经济的影响力。并利用遥感技术和方法、生态水文分析法，分析了土地利用/覆被变化对水资源、水质、地下水的生态效应以及水盐分布与植被分布的影响。其主要结果如下： (1)近30年间开孔河流域绿洲的土地利用状况发生了显著的变化，主要表现为耕地的大量增加和天然植被的逐步减少。土地利用程度综合指数表明，开孔河流域土地的土地利用程度始终保持着提升，处于发展期，且后期的土地利用程度提高较前期快。土地利用综合变化趋势指数表明，开孔河流域土地的土地利用综合变化趋势在1973-1990年，研究区处于准平衡状态，类型转换呈现双向态势；在1990-2000年，研究区处于不平衡状态，对于每一类来讲，主要都是单向的不平衡转换。而其驱动力主要来自于人口增长、社会经济发展等两大因素。 (2)从景观格局分析，近30年焉耆盆地绿洲区耕地面积迅速扩大逐渐呈连片趋势，并已成为绿洲景观类型中面积最大的斑块类型；天然植被斑块的数量增加，斑块面积减少，聚集度明显减小，这种变化与耕地呈明显的相反趋势，表明天然植被景观的破碎化；就斑块密度指标而言，体现了各类景观类型都呈现出破碎化的趋势；农村居民点和城市的斑块数持续增加，表明区域人口持续增加，而人口增加和经济的增长，对绿洲天然植被区进行了强度开发。趋势模拟也表明在未来时期焉耆盆地人为干扰仍然是土地利用变化的主要方面。 (3)绿洲农业的发展深刻的影响着流域的河流、湖泊环境。研究表明，农业灌溉、排水排盐影响了博斯腾湖水质进而影响了孔雀河以及下游水质。河流中总磷、总氮、氨氮浓度增高发生区也多在河水流经的农业区。绿洲农业的发展，大大促进了该地区农用化学品的施用量。而不合理化肥施用方式导致化肥利用率较低，化肥随灌溉水的流失严重。大量的引水不但导致了湖泊水位的急速下降，农业排水排盐也使曾经的淡水湖泊变成了微咸水湖泊；同时也致使湿地芦苇产量的减少和其功能的丧失。 (4)基于地学统计原理表明，几十年的绿洲农业水土资源开发对地下水产生很大影响，半方差函数分析结果表明，随着农业灌溉排水以及地下水开采量的不断增大，地下水埋深在小尺度上的随机变异己完全被较大尺度上的空间结构性变异所取代。而地下水矿化度在小尺度上的结构性变异己完全被较大尺度上的随机性变异所取代。经过几十年的灌溉排水，焉耆盆地低矿化度的面积逐渐增加，高矿化度分区面积得到减少；而地下水埋深下降；焉耆盆地边缘地下水埋深的时空变化在更大程度上取决于人类生产活动对地下水的开采。在人类活动最为集中的绿洲中心地带，地下水埋深下降不显著，同时，水质越好的区域地下水埋深降低越明显。通过对研究区地下水矿化度空间变异特征分析表明，地下水体盐化朝着加重方向发展。 (5)由水盐演变与植被分布的研究表明，绿洲灌区内部生物多样性取决水盐双梯度影响。盐分不断向湖畔积聚是引起焉耆盆地湖畔生态系统生境恶化的主导因子。在绿洲内部，河畔边缘其物种多样性与地下水埋深关系表明，对埋深小于3m的区域，在埋深小于1.5m时，随着地下水埋深的加大，物种多样性减少；在埋深大于2m时，随着地下水埋深加大，其物种多样性在增加，但埋深在3-5m之间，由于缺乏资料，需进一步研究，来确定绿洲灌区水盐调控最佳生态水位。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章绪论

1.1选题的依据

1.2研究的目的与意义

1.3研究的目标与内容

1.4研究方法与技术路线

1.5本文的特色与创新点

第二章基础理论与技术方法

2.1绿洲的研究综述

2.2景观和景观生态学研究综述

2.3土地利用/覆被变化研究状况

2.4开都-孔雀河流域水土资源开发及生态环境研究现状

第三章开孔河流域绿洲区域自然概况

3.1自然地理概况

3.2气候

3.3水文特征

3.4水质

3.5水利工程概况

3.6社会经济概况

3.7水资源开发利用中存在的问题

第四章开孔河流域绿洲土地利用时空演变特征

4.1开孔河流域绿洲土地利用变化动态监测

4.2土地利用时空动态变化分析模型

4.3土地利用时空特征演变

4.4本章小结

第五章开孔河流域绿洲土地利用变化驱动力研究

5.1自然驱动因子

5.2人为驱动因子

5.3土地利用变化驱动力的数学模型

5.4本章小结

第六章开孔河流域绿洲土地利用变化的景观格局分析

6.1景观格局分析模型

6.2景观格局空间演化分析

6.3流域绿洲景观的分形特征

6.4本章小结

第七章开孔河流域绿洲景观格局的变化情景模拟

7.1马尔柯夫链预测模型

7.2对马氏过程模拟类型变化的检验

7.3研究区未来变化趋势

7.4本章小结

第八章绿洲土地利用变化对水资源的影响与研究

8.1绿洲耕地数量发展变化

8.2流域人口数量发展变化

8.3农药化肥施用量的变化分析

8.4绿洲土地利用变化对河流水质的影响

8.5绿洲土地利用变化对博斯腾湖影响研究

8.6绿洲土地利用变化对湿地的影响

8.7本章小结

第九章绿洲地下水时空变异特征及水盐演变

9.1研究数据和研究方法

9.2地下水质时空变异特性

9.3地下水埋深和矿化度空间格局分析

9.4焉耆盆地50年水盐动态及水化学演化特征

9.5本章小结

第十章绿洲水盐格局与植被分异研究

10.1研究方法

10.2焉耆盆地水盐空间格局特征

10.3天然植被空间分布特征与多样性分析

10.4水盐双梯度与植物群落的相关性分析

10.5本章小结

第十一章结论与展望

11.1结论

11.2展望

参考文献

致谢

附录

作者简介及学术成果