第五章 生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化響應(yīng)

第五章生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)學(xué)習(xí)的目的與任務(wù)弄清全球變化背景下MODS的特征與規(guī)律；了解SPAC的理論與意義；弄清流域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)機(jī)制與特征；了解塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)的反饋機(jī)制；弄清生物資源的概念及分類；了解生物多樣性與資源利用的關(guān)系；初步了解不同生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的結(jié)構(gòu)與組成；了解生物多樣性現(xiàn)狀及生物資源保護(hù)的意義。一、水—?dú)怦詈涎芯康慕梃b與啟示水—?dú)怦钆_(tái)強(qiáng)調(diào)的是水文要素與大氣要素之間復(fù)雜的聯(lián)系，從系統(tǒng)論的角度而言，宏觀上更側(cè)重于海洋系統(tǒng)與大氣系統(tǒng)之間的聯(lián)系，在微觀上即使在陸地系統(tǒng)內(nèi)部亦存在諸多水一氣耦臺(tái)的實(shí)例，土壤孔隙及土壤水分組成的微系統(tǒng)正是這種關(guān)系的反映。

第一節(jié)全球變化背景下MODS的特征與規(guī)律

氣候作為人類生存環(huán)境和重要的生產(chǎn)資源，其中光、溫、水、氣等氣象要素是物種進(jìn)化，種群演替、景觀與植被形成和遷移等生態(tài)系統(tǒng)變化的重要驅(qū)動(dòng)力生態(tài)系統(tǒng)與氣候系統(tǒng)通過地面與大氣之間能量平衡、水汽交換和生物地球化學(xué)循環(huán)相互作用、相互影響．二、SPAC研究的作用與意義SPAC（Soil-Plant-AtmosphereContinum）即土壤－植物－大氣連續(xù)體水分經(jīng)由土壤到達(dá)植物根系，被根系吸收，通過細(xì)胞傳輸，進(jìn)入植物莖，由植物木質(zhì)部分到達(dá)葉片，再由葉片氣孔擴(kuò)散到靜空氣層，最后參與大氣的湍流變換，形成一個(gè)統(tǒng)一的、動(dòng)態(tài)的、互相反饋的連續(xù)系統(tǒng)，即SAPC系統(tǒng)。SPAC系統(tǒng)1.SPAC系統(tǒng)的提出及原理分析水分是生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍的因子，水分持續(xù)不斷地循環(huán)和運(yùn)動(dòng)，維系著生命體的生存和發(fā)展。SPAC是有幾個(gè)系統(tǒng)組成的不同制度上的耦合系統(tǒng)，系統(tǒng)耦合過程中存在著一系列的系統(tǒng)界面，植物與大氣、土壤與大氣、土壤與根系、潛水層與土壤層等之間的多個(gè)界面，水分在SPAC中運(yùn)行時(shí)往往通過系統(tǒng)的界面來(lái)實(shí)現(xiàn)其過程。2.影響植物根系吸水土壤水分的主要因素2.1土壤因素的影響土壤對(duì)植物根系吸水的影響主要包括不同土壤水力特性對(duì)于水分在土壤、土壤-根系間傳輸?shù)挠绊?，以及不同的土壤物理特性?duì)于植物根系生長(zhǎng)發(fā)育的影響2.2植物因素的影響在SPAC系統(tǒng)的水流運(yùn)移中，植物是聯(lián)系土壤中優(yōu)先的水源和周圍大氣內(nèi)具有無(wú)限容量的水分的主要環(huán)節(jié)2.3氣象因子的影響不斷變化的氣候條件，決定著植物對(duì)水分的需求，并由此而調(diào)節(jié)了SPAC系統(tǒng)內(nèi)部的水勢(shì)梯度三、SPAC理論與實(shí)踐研究根系吸水微觀模型又稱單根徑向流模型，研究流向和進(jìn)入典型單根的徑流量，假定此單根可以看成無(wú)限長(zhǎng)、半徑均勻、具有均勻吸水特性的圓柱體，作為整體的根系用一系列這樣的單根來(lái)描述根系吸水宏觀模型又叫根系模型，它把整個(gè)植物根系看成是每一深度的土層中均勻分布而整個(gè)根區(qū)的根密度隨深度而變化的擴(kuò)散吸水器，整個(gè)根系統(tǒng)以速率S從不同深度的土壤中吸收水分。1.植物根系吸水模型經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约俣ㄖ参锔捣植季鶆?，土壤水?shì)均一為基礎(chǔ)，物理學(xué)與生物學(xué)意義正確，但是參數(shù)南移測(cè)定，不便于實(shí)際應(yīng)用理論模型以電流的產(chǎn)生與電壓差成正比的相似原理為基礎(chǔ)，利用根系吸水速率與土壤和根系水勢(shì)的差的關(guān)系進(jìn)行建模半經(jīng)驗(yàn)半理論模型則較好地考慮植物生長(zhǎng)對(duì)水分吸收的影響，以及植物根系阻力與水流推動(dòng)力和水流速度的關(guān)系。2.水熱交換與蒸散特征土壤-植物-大氣中的水熱傳輸（SVAT）是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互作用的整體。水分循環(huán)和熱量輸運(yùn)是在土壤、植被、大氣統(tǒng)一體內(nèi)的兩個(gè)基本交換過程將SPAC分為三個(gè)層次，即土壤層、植被層和位于一定參考高度的大氣層，水分和熱量在SPAC中的傳輸就可以分為以下幾個(gè)過程：土壤中的水熱遷徙（遵循土壤水動(dòng)力學(xué)的原理）；土壤表面和植物冠層大氣間的水熱交換（即地表蒸發(fā)和濕熱交換）；植物冠層中的水熱遷移（葉面向植物冠層大氣的蒸騰和顯熱交換）；冠層大氣和參考高度大氣層之間的水熱交換。3.SPAC系統(tǒng)的研究展望SPAC系統(tǒng)的研究已達(dá)30余年，但依然是方興未艾SPAC系統(tǒng)的復(fù)雜性不僅在于自身，而且在于由點(diǎn)到面的尺度擴(kuò)展四、MODS特征及規(guī)律1.1MODS的一般特征土地利用與覆蓋變化的狀況直接反映了區(qū)域性的響應(yīng)特征，LUCC的過程及特征，與景觀格局密切關(guān)聯(lián)，指示區(qū)域性的環(huán)境變化特征。1.LUCC及其對(duì)全球變化的響應(yīng)LUCC直接引起了植被外貌的變化，人類活動(dòng)也自然成為影響干旱區(qū)MODS耦合類型的重要因素。區(qū)域氣候類型、土壤狀況、下墊面性狀以及自然與人為因素的組合，都對(duì)MODS關(guān)系具有重要影響。①水熱狀況在中國(guó)西部干旱區(qū)，特別是以天山、昆侖山、阿勒泰山和祁連山等為依托的地貌構(gòu)架，直接影響著干旱區(qū)的水熱狀況。②景觀帶譜在干旱的背景下，氣候條件和地貌格局的特異性，形成了干旱區(qū)植被與土壤的地帶性分布規(guī)律，分布規(guī)律在MODS的山地系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為突出，構(gòu)成了山地豐富多彩的垂直景觀帶譜③氣候效應(yīng)干旱區(qū)的氣候因子的差異必然導(dǎo)致植被類型和水文特征等的差異，了解區(qū)域氣候的特征和變化規(guī)律，總體上可以把握MODS耦合特征在中亞干旱區(qū)，氣候效應(yīng)與植被覆蓋變化有直接聯(lián)系，下墊面生物和環(huán)境物理屬性差異，在一定程度上也將影響局地或區(qū)域性氣候，建立氣候系統(tǒng)和生物系統(tǒng)之間的相互依存和相互作用過程的模式，可以更直接地了解區(qū)域NPP的變化以及生態(tài)系統(tǒng)的耦合關(guān)系1.2MODS的變化規(guī)律①M(fèi)ODS耦合關(guān)系的一般特征在地球特定的區(qū)域上，由基本要素所蘊(yùn)涵的地質(zhì)、地貌、氣候、水文、土壤、植被以及人為活動(dòng)狀況，是區(qū)分和判定耦合關(guān)系及其類型的重要因素。表1MODS中各系統(tǒng)的特征和耦合關(guān)系在MODS的耦合關(guān)系中，各系統(tǒng)之間有著十分密切的關(guān)系。一般而言，地貌類型與氣候特征決定耦合類型的基礎(chǔ)和框架，水文特征決定耦合類型的空間格局，植被類型反映耦合類型的外貌，土壤狀況影響耦合類型的功能，人為活動(dòng)制約耦合類型的演變過程。②MODS的界面過程在MODS中，系統(tǒng)之間存在著多種界面。以土壤與大氣介質(zhì)為代表的相互作用界面更具有特色。土壤是一種具有復(fù)雜孔隙系統(tǒng)的自然體，其中的孔隙為水和空氣所充滿，土一氣界面具有重要的生態(tài)學(xué)意義。土一氣界面上的水分通量向上傳遞表現(xiàn)為土壤水分的蒸發(fā)，向下則表現(xiàn)為水分的入滲。土氣界面具有相對(duì)簡(jiǎn)單和物理屬性相對(duì)穩(wěn)定的特征，③若干規(guī)律及特征全球變化對(duì)于旱區(qū)資源環(huán)境的分布格局與時(shí)空變化造成了一定程度的影響，制約了LUCC的趨勢(shì)與過程，并通過水熱狀況、景觀帶譜、氣候效應(yīng)、土地利用與人為活動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)；而上述特征又與MODS具有密切的耦合關(guān)系中亞干旱區(qū)氣候具有暖濕化的特征，與我國(guó)北方地區(qū)氣候干旱化的趨勢(shì)具有一定的差異性，這種響應(yīng)機(jī)制制約了MODS的特征與規(guī)律系統(tǒng)的界面特征與界面過程，特別是水資源的形成、轉(zhuǎn)化與消耗規(guī)律直接反映了干旱區(qū)MODS對(duì)全球變化的響應(yīng)過程MODS的空間格局、動(dòng)態(tài)變化、時(shí)空特點(diǎn)以及尺度轉(zhuǎn)換與耦合模式問題，反映了系統(tǒng)之間及其內(nèi)部的生態(tài)學(xué)機(jī)制。2.MODS耦合關(guān)系研究的新進(jìn)展MODS耦合關(guān)系是研究干旱、半干旱地區(qū)山盆體系一系列特征及其過程的重要橋梁2.1山盆體系生態(tài)流的特征一個(gè)景觀過程往往伴隨著許多種流的發(fā)生，各種流的特征、過程與變化規(guī)律就構(gòu)成了生態(tài)流的內(nèi)涵在MODS中，土壤、水分、大氣中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量傳輸過程中伴隨著信息的傳遞，山地、綠洲及荒漠系統(tǒng)中的信息傳遞過程有著十分復(fù)雜的機(jī)理。2.2干旱區(qū)綠洲空間結(jié)構(gòu)特征綠洲是人類在干旱區(qū)從事各種生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的中心在綠洲系統(tǒng)中，人類就是利用自然界資源與環(huán)境的潛能，盡可能最大限度地轉(zhuǎn)化為人類生存與發(fā)展的物質(zhì)、能量及信息；同時(shí)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的過程中，通過系統(tǒng)的反饋機(jī)制，維護(hù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定性荒漠生態(tài)系統(tǒng)是一種相對(duì)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，它也是一種開放的、處于非平衡態(tài)的非線性系統(tǒng)。正是在不斷交換能流、物流及信息流的過程中，輸入了負(fù)熵流，才維持了系統(tǒng)的有序性。2.3荒漠生態(tài)系統(tǒng)的信息特征2.4水域生態(tài)系統(tǒng)的水鹽耦合關(guān)系規(guī)律2.5MODS耦合關(guān)系的界面過程及其特征山地一綠洲系統(tǒng)界面的特征，綠洲一荒漠過渡帶的生態(tài)過程以及MODS綜合體的界面過程，都離不開水分、土壤、空氣等介質(zhì)，而水是干旱區(qū)自然環(huán)境綜合體中最活躍的因素，是自然界物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化以及信息傳遞的主要媒介。3.MODS研究的理論創(chuàng)新性3.1首次提出山地一綠洲一荒漠系統(tǒng)(MODS)耦合概念及其理論與方法，拓展了地理信息科學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)等學(xué)科的研究領(lǐng)域3.2以水資源的形成、轉(zhuǎn)化、消耗為主線，探索MODS界面過程與動(dòng)力學(xué)機(jī)制，提出西部干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境演變的基本過程3.3從耗散結(jié)構(gòu)理論系統(tǒng)熵的變化以及生態(tài)脆弱性的角度分析綠洲穩(wěn)定性機(jī)制4.MODS研究現(xiàn)實(shí)意義與研究展望4.1MODS耦合關(guān)系研究，強(qiáng)調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)“三流”與界面過程，相關(guān)原理與規(guī)律，直接指導(dǎo)生態(tài)建設(shè)的宏觀布局與人為調(diào)控4.2水鹽平衡節(jié)點(diǎn)研究，直接指導(dǎo)綠洲可持續(xù)發(fā)展的客觀實(shí)踐4.3應(yīng)用生態(tài)學(xué)的反饋機(jī)制，探討一定土地利用與覆蓋條件下的MODS調(diào)控模式，成為耦合關(guān)系研究的落腳點(diǎn)4.4關(guān)于MODS耦合關(guān)系的理論與方法，特別是要素之間，子系統(tǒng)之間的關(guān)系模擬與定量分析需要進(jìn)一步研究與深化。第二節(jié)流域生態(tài)系統(tǒng)的特征流域生態(tài)學(xué)或者河流生態(tài)學(xué)的發(fā)展，為人們探討流域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與動(dòng)態(tài)變化以及對(duì)全球變化的響應(yīng)提供了重要的理論依據(jù)與方法論的指導(dǎo)一、流域生態(tài)系統(tǒng)的意義與作用生態(tài)系統(tǒng)管理作為生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)和資源科學(xué)的復(fù)合領(lǐng)域以及自然科學(xué)、人文科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的交叉學(xué)科已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)。二、流域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)瑪納斯河流域是準(zhǔn)噶爾盆地的重要內(nèi)陸河，在干旱區(qū)具有重要的典型性。流域孕育的瑪納斯綠洲受人類活動(dòng)影響較大，為新疆典型人工綠洲之一瑪納斯河流域生態(tài)系統(tǒng)變化具有一系列的特征，而綠洲演變過程主要有天然綠洲一人工綠洲，荒漠一人工綠洲，人工綠洲一荒漠，天然綠洲一荒漠等不同模式。1.瑪納斯河流域生態(tài)系統(tǒng)的演變伊犁河流域(國(guó)內(nèi)部分)位于歐亞大陸腹地中心，屬中溫帶大陸性氣候伊犁河是亞洲中部的一條內(nèi)陸河，又是中國(guó)和哈薩克斯坦的國(guó)際河流。2.伊犁河流域生態(tài)系統(tǒng)的特征在全球變化的背景下，伊犁河流域有較大的生態(tài)容量，但總體上還是屬于生態(tài)脆弱的地區(qū)水土流失和農(nóng)業(yè)污染(化肥淋溶、農(nóng)藥殘留)、部分低坡土地鹽漬化問題突出。圖1伊犁河流域示意圖三、塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)反饋機(jī)制1.生態(tài)系統(tǒng)反饋機(jī)制的原理和特點(diǎn)生態(tài)系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔眠^程，是生態(tài)系統(tǒng)的固有屬性。自1972年，塔里木河下游大西海子斷流以來(lái)，生態(tài)環(huán)境發(fā)生了劣變。塔里木河流域的生態(tài)環(huán)境問題，是人類不合理地開發(fā)和利用水土資源，導(dǎo)致相關(guān)生態(tài)因子的耦合關(guān)系改變，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紊亂、功能失調(diào)、穩(wěn)定性失衡或降低的復(fù)雜過程。在生物生長(zhǎng)過程中，個(gè)體越來(lái)越大；在種群增長(zhǎng)的過程中，種群數(shù)量不斷上升，這屬于正反饋。正反饋雖然是有機(jī)體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需的，但它不能維持系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)負(fù)反饋主要是指生態(tài)系統(tǒng)受到外界影響或干擾后，生態(tài)系統(tǒng)通過一系列的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，來(lái)減輕這種干擾或影響的程度，并力圖恢復(fù)到平衡或穩(wěn)定狀態(tài)的過程。圖2人類活動(dòng)影響下的生態(tài)系統(tǒng)反饋概念模式生態(tài)系統(tǒng)反饋機(jī)制的建立是與熵的原理分不開的。流域生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)開放的系統(tǒng)，只要能夠從外部環(huán)境得到足夠的負(fù)熵流以抵消內(nèi)部的熵增，生態(tài)系統(tǒng)將形成耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并朝著進(jìn)化的方向發(fā)展。塔里木河下游大西海子自20世紀(jì)70年代初斷流以來(lái)，生態(tài)環(huán)境發(fā)生了劣變，河道干涸、植被退化、風(fēng)沙頻繁、生物多樣性減少、土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分喪失，地下水位也發(fā)生了明顯的下降趨勢(shì)表2塔里木河下游斷面地下水埋深變化(輸水工程前)2.生態(tài)輸水工程對(duì)植被格局的影響水文狀況影響生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空特征，制約復(fù)雜系統(tǒng)中要素之間的耦合關(guān)系以及反饋機(jī)制缺水是干旱區(qū)植被恢復(fù)的主要制約因素，缺水限制自然植被的繁榮，缺水影響生態(tài)的重建方式。表3塔里木河下游輸水過程中植被覆被狀況3.生態(tài)輸水工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的效應(yīng)地下水位回升恢復(fù)河道通水加寬河流植被恢復(fù)在離河300m范圍，地下水埋深<5m區(qū)域，兩岸荒漠植被的種類有了明顯的增加，且胡楊、檉柳等喬灌木植被重新恢復(fù)了開花結(jié)實(shí)的生殖能力，并存在沿河橫向范圍的開花時(shí)間梯度，表明植被生態(tài)系統(tǒng)已重新趨于活躍。胡楊與怪柳4.生態(tài)輸水的景觀格局變化分析采用2000年Landsat/TM影像和2005年CBERS一2/CCD影像，塔里木河下游1：100000地形圖及其矢量化數(shù)據(jù)，研究區(qū)統(tǒng)計(jì)資料及野外考察資料和實(shí)地景觀照片4.1數(shù)據(jù)來(lái)源與方法遙感圖像處理軟件ERDAS及ARC/INFO軟件七種景觀類型分別為：耕地景觀，主要是旱地農(nóng)田；林地景觀，包括河岸林、灌木林、疏林地及各類園地；草地景觀，包括覆蓋度大于5％的各類天然草地、改良草地和割草地；水域景觀，包括河渠、湖泊、水庫(kù)、坑塘、沼澤、灘地等；建筑用地景觀，指城鄉(xiāng)居民點(diǎn)及其以外的工礦企業(yè)用地、共用設(shè)施用地及交通用地等；沙地景觀，指地表以沙為主，植被覆蓋度小于5％的土地；戈壁、裸土、裸巖石礫景觀，主要包括戈壁、鹽堿地、裸土地、裸巖石礫地等，研究范圍共計(jì)4095.66km2。4.2計(jì)算結(jié)果與分析①景觀類型面積變化分析圖3塔里木河下游2000－2005年景觀類型面積變化表4塔里木河下游2000-2005年景觀類型面積變化②景觀指數(shù)變化分析表5塔里木河下游2000-2005年景觀格局指數(shù)變化通過理論研究和實(shí)踐探索，分析生態(tài)系統(tǒng)的反饋機(jī)制，特別是負(fù)反饋機(jī)制，尋找系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或結(jié)點(diǎn)，揭示生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全的閾值范圍或適宜界限，對(duì)于探索生態(tài)可持續(xù)的理論與模式，建立生態(tài)恢復(fù)與重建的實(shí)驗(yàn)示范，遵循生態(tài)規(guī)律和生態(tài)倫理，協(xié)調(diào)人與自然的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，是使不同類型的生態(tài)系統(tǒng)成為能持久地為人類造福的系統(tǒng)，具有重大的科學(xué)價(jià)值。5.生態(tài)系統(tǒng)反饋的作用和意義第三節(jié)綠洲生態(tài)系統(tǒng)的特征一、綠洲生態(tài)系統(tǒng)研究的進(jìn)展綠洲與荒漠相互卻別又相互聯(lián)系，即綠洲寓于荒漠、異于荒漠，兩者又依一定條件互向其對(duì)立面轉(zhuǎn)化。綠洲是干旱環(huán)境下一定時(shí)段內(nèi)，生物過程頻繁、生產(chǎn)量高于周圍環(huán)境的鑲嵌系統(tǒng)綠洲是在干旱氣候條件下形成的、在荒漠背景基質(zhì)上以天然徑流為依托，并具有較高NPP，以中生或旱生植物為主要植被類型的中小尺度景觀綠洲是存在于干旱區(qū)、以植被為主題的、具有明顯高于其環(huán)境的NNP的，以來(lái)外源性水源存在的生態(tài)系統(tǒng)綠洲是存在于干旱區(qū)的特殊生態(tài)系統(tǒng)；綠洲的主體景觀是繁茂的植被，它們形成了與周圍環(huán)境成鮮明對(duì)比隱喻性植被群落，綠洲具有明顯高于其環(huán)境的第一性生產(chǎn)力水是綠洲形成和維持的根本要素。綠洲的植被依賴于來(lái)自山區(qū)的地表和地下水生長(zhǎng)，以此界定干旱區(qū)綠洲與非綠洲的界限。現(xiàn)代綠洲是干旱區(qū)人類生存最重要的的基地，密集的人類活動(dòng)是現(xiàn)代綠洲的特征，因此從地理學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，綠洲是干旱區(qū)特殊的地理景觀，同時(shí)也是干旱區(qū)最重要的人地關(guān)系地域系統(tǒng)。綠洲是干旱區(qū)人類賴以生存的基礎(chǔ)，也是干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載體，是干旱區(qū)的核心，綠洲的可持續(xù)發(fā)展與干旱區(qū)的可持續(xù)發(fā)展在相當(dāng)大的程度上具有相同的含義。干旱區(qū)的農(nóng)業(yè)更多地體現(xiàn)出綠洲農(nóng)業(yè)的特色，二、綠洲生態(tài)系統(tǒng)的一般特征1.綠洲生態(tài)系統(tǒng)的特征與規(guī)律①綠洲相對(duì)孤立，自然與人為環(huán)境封閉，不利于對(duì)外交流與聯(lián)系②綠洲以來(lái)地表徑流存在，依靠開發(fā)水資源而擴(kuò)大，且有圈層結(jié)構(gòu)特征，綠洲科分成內(nèi)核和外圈兩部分③各綠洲具有相似的自然條件和資源，導(dǎo)致了綠洲經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的一定水平的趨同性④現(xiàn)代綠洲最活躍的因素是人，人類活動(dòng)決定著綠洲的演化方向2.綠洲穩(wěn)定性的特征及規(guī)律2.1綠洲景觀穩(wěn)定性景觀尺度的穩(wěn)定性包括了恒定性、持久性、慣性、恢復(fù)性、抗性、變異性、變幅等概念的內(nèi)涵。一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，在外界條件變化達(dá)到某一特定閾值時(shí)，量變可能引起質(zhì)變，系統(tǒng)通過不斷地與外界交換能量與物質(zhì)，就可能從原來(lái)的無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時(shí)間、空間或功能的有序狀態(tài)，這種非平衡狀態(tài)下的新的有序結(jié)構(gòu)，就是耗散結(jié)構(gòu)。2.2綠洲系統(tǒng)穩(wěn)定性在綠洲生態(tài)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)中，也就是在系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)、能量與信息的開放系統(tǒng)中，熵的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零，也就是遠(yuǎn)離平衡態(tài)，系統(tǒng)不斷地從環(huán)境中獲取能量與物質(zhì)，給系統(tǒng)帶來(lái)了負(fù)熵，使整個(gè)系統(tǒng)有序性的增加大于無(wú)序性的增加，新的結(jié)構(gòu)及組織就能自發(fā)地形成。2.3綠洲穩(wěn)定性的特征①綠洲穩(wěn)定性與LUCC密切相關(guān)②綠洲穩(wěn)定性有其復(fù)雜的過程③綠洲穩(wěn)定性是相對(duì)的概念④綠洲穩(wěn)定性是動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)三、綠洲土地利用與覆蓋變化及綠洲穩(wěn)定性分析1.LUCC與綠洲穩(wěn)定性研究的一般情況LUCC引起綠洲景觀格局的變化及其過程，LUCC和景觀功能的關(guān)系，綠洲LUCC的人為和自然因素，LUCC和景觀格局的時(shí)空變異規(guī)律，2.綠洲土地利用狀況與穩(wěn)定性分析2.1典型綠洲土地利用與土地覆蓋變化以MODS中且末綠洲為例，利用遙感制圖的方法，對(duì)且末綠洲1989年與1999年土地利用類型分析表明，20世紀(jì)90年代且末綠洲處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新時(shí)期，土地利用與土地覆蓋變化受政策與形勢(shì)變化的影響，圖51989年且末綠洲的土地利用類型圖61999年且末綠洲的土地利用類型2.2綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)對(duì)且末綠洲生態(tài)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估采用以下途徑進(jìn)行：首先對(duì)單位面積上每一類生態(tài)系統(tǒng)的某種生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，估計(jì)該生態(tài)系統(tǒng)單位面積上所有生態(tài)功能的總服務(wù)價(jià)值，以此為單價(jià)計(jì)算某一生態(tài)系統(tǒng)的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，用以下公式表達(dá)：式中：V為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，Pi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，Ai為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型i的分布面積。表6中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表(元/a.hm2)2.3綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化表71989和2004年且末綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算3.維護(hù)綠洲穩(wěn)定性的策略綠洲生態(tài)系統(tǒng)自身具有一定的自我調(diào)節(jié)和自我緩沖能力，處于臨界狀態(tài)或者生態(tài)臨界的生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的生態(tài)閾限；即只要對(duì)綠洲系統(tǒng)的擾動(dòng)超越了其上限或者下限，綠洲生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)失去自我調(diào)控能力，逐漸發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)的退化與劣變，甚至崩潰或消亡。3.1探索綠洲穩(wěn)定性閾值3.2進(jìn)行綠洲生態(tài)規(guī)劃3.3建設(shè)綠洲生態(tài)工程第四節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的特征一、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為人為影響巨大的生態(tài)系統(tǒng)之一，全球氣候變化勢(shì)必對(duì)其造成巨大的影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)主要亞系統(tǒng)，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)受人類活動(dòng)影響極大農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，優(yōu)勢(shì)群落往往只有一種或數(shù)種作物，伴生生物為雜草、昆蟲、土壤微生物、鼠、鳥及少量其他小動(dòng)物，大部分經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品隨收獲而輸出系統(tǒng)，留給殘?jiān)澄镦湹妮^少，養(yǎng)分循環(huán)主要靠系統(tǒng)外投入而保持平衡。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定有賴于人為活動(dòng)，如果不加強(qiáng)控制和管理，不斷播種、施肥、灌溉、除草、治蟲，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)很快退化，占優(yōu)勢(shì)地位的作物會(huì)被雜草和其他植物所取代。二、氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響氣候因子一般通過兩個(gè)方面影響作物的產(chǎn)量：一方面，氣候因子直接作用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物，改變其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)；另外，異常的氣候事件能降低植物對(duì)各種自然災(zāi)害和病蟲害的抵抗力。1.氣候變化對(duì)作物產(chǎn)量的影響大氣中CO2的升高會(huì)影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凋落物的分解速度2.氣候變化對(duì)微生物的影響3.氣候變化對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的影響在CO2濃度增加的情況下，陸地生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力有所提高4、全球變化與土壤退化逆境土壤通常是指存在著對(duì)植物生長(zhǎng)有各種限制因素的土壤，即那些受干旱、鹽堿、洪澇、污染、養(yǎng)分缺乏等因素脅迫，影響植物正常生長(zhǎng)的土壤逆境土壤的形成是各種自然因素和人為因素綜合作用的結(jié)果，而且不同類型的逆境土壤形成的機(jī)制不同紅壤侵蝕景觀中國(guó)土壤退化現(xiàn)狀圖水土流失對(duì)土壤的影響輕度中度重度正常氟斑牙氟骨病焚燒廢棄物對(duì)環(huán)境的污染1.未來(lái)氣候變暖對(duì)全球農(nóng)業(yè)的影響

一些地區(qū)具有更加適宜作物生長(zhǎng)的氣候，而另一些地區(qū)對(duì)作物則有不良影響。如果不考慮其它因素，一般來(lái)說CO2的增加可提高作物產(chǎn)量

世界農(nóng)產(chǎn)品生成的區(qū)域分布將發(fā)生變化，但全球的糧食供應(yīng)將可能保持平衡僅通過高緯度地區(qū)潛在性糧食生產(chǎn)地區(qū)的增加，不足以補(bǔ)償目前中緯度高產(chǎn)地區(qū)的減產(chǎn)土壤干旱，將對(duì)高產(chǎn)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響

可能出現(xiàn)紫外線增加和病蟲害加劇臺(tái)風(fēng)頻度增加，也會(huì)造成很大損害三、全球變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響2.氣候變暖對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)的影響位于北半球中緯度地區(qū)中國(guó)的氣候復(fù)雜多變、自然災(zāi)害頻繁。隨著人口的急劇增長(zhǎng)及工業(yè)化和城市化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)正面臨著全球變化額可能威脅2.1全球氣候變化背景下中國(guó)變化趨勢(shì)(1)溫度和降水格局的重大變化與華北暖干趨勢(shì)中國(guó)氣候變暖尤以冬季和北方明顯，華北地區(qū)與黃河中下游的降水可能進(jìn)一步減少，而東北和西北的降水量可能增加華北平原農(nóng)業(yè)用水越來(lái)越不足將是農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙因素(2)影響氣候帶和農(nóng)業(yè)氣候界限的北移寒溫帶大部分變?yōu)橹袦貛?；中溫帶大部分變?yōu)榕瘻貛?；暖溫帶有一半變?yōu)楸眮啛釒?；北亞熱帶全部變?yōu)橹衼啛釒В恢衼啛釒〔糠肿優(yōu)槟蟻啛釒?；南亞熱帶全部變?yōu)檫呇責(zé)釒В贿呇責(zé)釒б徊糠肿優(yōu)橹衼啛釒绻瘻貛в幸话胱優(yōu)閬啛釒?，則北亞熱帶的北界將可能沿秦嶺淮河一線被推至黃河沿線，黃河沿線成為北亞熱帶農(nóng)業(yè)氣候區(qū)與暖溫帶農(nóng)業(yè)氣候線；暖溫帶農(nóng)業(yè)氣候區(qū)與溫帶農(nóng)業(yè)氣候區(qū)界線北推至東北中部和內(nèi)蒙古一帶華北平原的大部分將變?yōu)楸眮啛釒?，原暖溫帶北部即從黃河流域到長(zhǎng)城沿線溫度條件也必將改善，成為北亞熱帶與暖溫帶之交錯(cuò)帶，對(duì)喜溫作物生長(zhǎng)有利(3)氣候變化的農(nóng)業(yè)效應(yīng)敏感區(qū)綜合考慮自然因素與人文因素，即充分考慮人文因素的不利影響對(duì)氣候變化的疊加效應(yīng)，形成氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響最顯著的地