利用稳定氢氧同位素定量区分白刺水分来源的方法比较

水是影响植物分布的重要生态因子之一,对植物水源的研究有助于在全球变化背景下了解植物的时空分布格局。根据同位素质量守恒,利用稳定氢氧同位素可以确定植物水分来源,相关的方法也不断改进。利用三源线性混合模型、多源线性混合模型、吸水深度模型以及动态模型分别对格尔木白刺(Nitraria Tangutorum)的水分来源进行了对比研究,发现格尔木白刺主要吸收利用50—100 cm处的土壤水及地下水。在研究方法上,各模型都有自己的应用范围和局限:三源线性混合模型一般只能在植物吸收的水分来源不超过3个的情况下运行;多源线性混合模型弥补了三源线性混合模型的不足,可以同时比较多种来源水各自对白刺的贡献率及贡献范围;吸水深度模型弥补了混合模型中不能计算白刺对土壤水的平均吸水深度的缺陷;动态模型则会为未来降水格局变化对植物的时空分布的影响研究起很大作用。针对不同的适用范围,模型的选择及综合应用会更广泛。但是,该技术还存在一些不足,需要结合测定土水势,富氘水的示踪等方法来弥补。

2000—2010年中国三北地区生态系统时空变化特征

基于遥感解译反演、模型模拟估算等方法,以地面调查作为主要验证手段,分析了21世纪前10年我国三北地区生态系统宏观结构、质量及关键服务变化状况及其驱动因素。结果表明:(1)2000—2010年,三北地区林地面积净增加了0.69万km2,草地面积减少了0.13万km2,湿地面积净减少0.21万km2,耕地面积减少了0.87万km2,人工表面增加了0.57万km2,其它类型面积持续减少了496.5km2。(2)近10年,三北地区归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、地上植被生产力总体呈现轻微增加趋势,特别是黄土高原丘陵沟壑区,然而植被覆盖度总体呈现微弱减少趋势。(3)近10年,三北地区单位面积土壤风蚀模数下降了27.25%,减少速率为每年1.13t/hm2,由于风蚀力逐年减弱导致防风固沙服务量呈现减弱趋势。三北地区水蚀区近10年土壤水蚀模数总体呈现微弱增加趋势,而黄土高原区和风沙区则呈现降低趋势,生态系统单位面积土壤保持服务量呈现增加趋势,年增速0.28t/hm2,说明土壤保持能力有所提高。(4)三北地区近10年气温变化斜率为0.02℃/a,适度增温、降水量增加有利于植被恢复;东北华北平原农区和黄土高原丘陵沟壑区人类负向扰动指数呈现减少趋势,说明人类活动对这两个区域自然生态系统的扰动有所遏制。

51年来柴达木盆地东部地区气候特征分析

选取大柴旦、德令哈、都兰、诺木洪、格尔木为研究的5个站点,并利用五站点1960～2010年逐年与逐月的温度、降水量及日照时间数据,对柴达木盆地东部地区的气温、降水量和日照时间变化趋势,季节中的气温、降水量和日照时间变化趋势,不同年份最高气温与最低气温等气候特征进行分析。结果表明,51年柴达木盆地东部地区的气温、降水量均有增加的趋势,而日照时间则呈减少的趋势;不同年份最高气温和最低气温也在一定程度上呈上升趋势;四季中的气温对气候变暖的贡献率大小依次是冬季、秋季、春季、夏季;在四季中,夏季降水量的增多对年降水量的影响最大,其次是春季降水量;在四季中,夏季日照时间的减少是影响年日照时间的一个重要原因。

基于生态服务价值的三江源生态工程成本效益分析

为评价三江源生态保护和建设工程的经济效益,本研究通过核算2004年和2012年三江源区生态系统水源涵养、土壤保持、防风固沙、固碳释氧、净化大气环境、牧草供给和水供给等主要服务物质量和价值量,在采用模型模拟变量控制法厘定生态工程与气候因子对生态成效贡献率的基础上,开展了三江源生态保护和建设工程的成本效益分析。结果表明:2004—2012年间,三江源区总生态系统服务价值增加2 372.23亿元。其中自然保护区内单位面积生态系统服务价值的增加比例高于非自然保护区;生态工程的实施对防风固沙服务的影响最大,其次为土壤保持服务;三江源生态保护和建设工程的生态效益显著,使生态系统服务价值增加1 035.32亿元,占增加总量的43.64%,其投入产出比为1:13.73,净经济效益为959.92亿元。虽然三江源生态保护和建设工程一期项目的实施使得生态系统退化趋势得到初步遏制,并逐渐向良性方向发展,但生态系统全面恢复仍需一定时间。

近35年三北防护林体系建设工程的防风固沙效应

通过分析三北工程区生态系统防风固沙服务量变化,进而评价工程的防风固沙效应。结果表明：（1）近35 a,三北工程区林地面积持续增加、草地面积持续减少,特别是半干旱风沙区和黄土高原区。植被覆盖度在前20 a持续增加,近15 a则呈现先下降而后略微增加趋势。（2）土壤风蚀模数持续减少,近15 a减幅远高于前20 a,沙地、草地、其它类型转林地或转草地区域的减幅尤为明显。生态系统防风固沙服务保有率呈上升态势,干旱荒漠区增幅显著。草地和沙地为工程区生态系统防风固沙服务总量贡献了71%,且转草地区域的贡献高于转林地区域。（3）考虑到植被好转同时受气候变化和人类活动的影响,以风场减弱为主的气候变化导致土壤风蚀力减弱与三北防护林等生态工程对生态系统防风固沙服务变化的贡献率分别介于85%-89%和11%-15%之间。

参与式教学法在流体力学与流体机械课程混合式教学中的应用研究

参与式教学因具有开放性、平等性、合作性而在教育界被普遍推行,它强调学生在教学活动中的参与性。将参与式教学法应用到流体力学与流体机械课程教学中,可以有效激发学生的学习热情,培养学生的团队合作意识,增强学生主动学习的能力,全面提高教学质量。基于此,探讨参与式教学法在流体力学与流体机械课程混合式教学中的应用,并提出在该课程的混合式教学中应用参与式教学法的建议。

RWEQ模型中土壤结皮和可蚀性因子的改进和应用

[目的]将基于中国土壤粒径分级标准的土壤普查数据应用到RWEQ模型中,旨在解决不同土壤粒径分级标准间土壤质地资料的转换问题。[方法]利用对数正态分布模型进行土壤粒径转换,并探讨该模型在描述内蒙古自治区、吉林省、陕西省等地区土壤粒径分布中的适用情况。[结果]对数正态分布模型能够较好模拟土壤颗粒含量。土壤结皮因子和土壤可蚀性因子高值区均分布于中国北方风沙土区,其次为寒钙土等地。[结论]结皮可降低或增加土壤可蚀性,未来研究的关键在于确定不同气候条件下,引起地表结皮而将土壤风蚀可蚀性降到最低时的降雨量。

RWEQ模型中风因子的改进及应用

风是产生土壤风蚀的前提,实地观测的风速是时刻变化的,模型中需要不少于500个的风速值来支撑,而较高时间分辨率的风速数据难以获取,为此很多文章研究风速降尺度拟合的方法,改进修正方程中风因子估算。本文利用二参数韦伯分布函数、日均风速和日最大风速法分别拟合风速,并与实测结果进行对比研究。此外根据修正后的风速值代入RWEQ模型中得到我国北方的风因子空间分布。结果表明:二参数韦伯分布函数拟合风速所求的风蚀力与实测的风速所求的风蚀力存在误差,相对误差值从0.19到0.95,平均相对误差值达到0.52;利用二参数韦伯分布函数拟合所得风蚀力被低估;日均风速和日最大风速法也未能很好地拟合风速,但用该方法拟合风速计算结果风蚀力与实测风速计算结果风蚀力存在相关性,可利用此相关性反推出实测风蚀力;从利用2000—2010年3月份的实测风速拟合所得风因子值来看,我国内蒙古高原上各大沙地的风因子值较高,东北及青藏高原高山地带等地区的风因子值也较高。

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的]评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应,以指导工程二期的实施。[方法]选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果]京津风沙源区以草地为主,其次为林地和农田;工程实施以来,多年平均土壤风蚀量为7.87×10^8 t,以微度和轻度侵蚀为主;一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势,二期工程实施以来,风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重,尤其是沙化草原亚区,该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/(hm^2·a);就防风固沙服务功能保有率而言,整个风沙源区均值达到了0.82,低值区主要分布于沙化草原亚区(0.743)和晋北山地丘陵亚区(0.752);二期工程实施以来,大部分区域保有率均显著提升,这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论]京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。

太原市环境空气质量监测优化布点研究

以太原市2018年的各监测站的空气监测浓度数据和污染源清单排放数据为研究基础资料,用统计学方法和模型模拟的方法研究了太原市的大气环境质量现状,分析了太原市大气污染物的时空分布特征,实现了太原市各监测项和环境空气质量综合评价指数空间插值。并在此基础上利用Arcgis估算栅格点位的浓度均值,将其结果与优选点位结果比较,得出最小差值,并以企业、区域、气象数据、人口密度和DEM数据为限制目标条件,建立了太原市监测网络布点优化的模型。得出了3个新增点位,并根据已有国控点位的布点距离,选取了经纬度为112.597°E,37.887°N和112.486°E,37.901°N为最终的新增点位。

基于绿色发展理念的山西水资源利用效率区间多指标评价研究

水资源问题已成为制约大部分地区经济发展的重要原因,提高水资源利用效率有助于推动绿色高质量发展。在绿色发展理念下,本文结合区间层次分析法,在运用区间多指标评价模型的基础上,根据2009-2018年10年间17个二级指标数据,从“经济-社会-环境”三维度对山西省11个地级市水资源绿色利用效率进行评价。评价结果表明:①山西省水资源绿色利用效率地区差异性显著;②太原市、朔州市水资源绿色利用效率较高,临汾市、运城市水资源绿色利用效率较低;③通过对比分析得出本研究提出的区间多指标评价模型得出的结果更具说服力。

基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区,是中国北方典型风蚀区,其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障,为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程,指导区域的荒漠化防治,,基于气象、遥感数据,利用RWEQ模型定量分析了20世纪90年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局,揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明:锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主,主要集中在植被较好,风蚀力较低,降雨量较高,雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地;90年代以来,锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势,主要与风场强度的减弱,植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季,风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关(r>0.7,p<0.01),且近20年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。

草地覆盖度变化对生态系统防风固沙服务的影响分析——以内蒙古典型草原区为例

锡林郭勒盟为我国北方典型草原区,草地的退化与恢复影响生态系统的防风固沙服务功能。为了便于制定区域生态恢复的防治措施,实现草地生态系统的可持续发展与防治土壤风蚀危害,本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型,结合锡林郭勒盟的草地覆盖度变化对20世纪90年代以来的防风固沙服务功能的时空变化趋势进行了定量评估,并分析了草地覆盖度变化对防风固沙服务功能的影响。研究表明:锡林郭勒盟土壤风蚀以微度和轻度侵蚀为主,主要集中在植被盖度较高、降水相对较多,风场强度相对较低的东部、中部和南部地区;中度以上区域主要集中在西部的荒漠草原区与浑善达克沙地区,且侵蚀面积随侵蚀强度的增加而递减;防风固沙服务功能量的分布趋势与土壤风蚀模数的分布趋势基本一致;防风固沙服务功能保有率的分布特征与植被盖度的分布特征基本一致,表现为由西北到东南逐渐增加的趋势;在气候暖干化背景下,受京津风沙源治理工程实施的影响,以微度和轻度侵蚀为主的草地覆盖度减小区转为以微度和轻度为主的覆盖度增加区,轻度和中度以上侵蚀为主的草地覆盖度减小区转为基本持衡区;草地覆盖度的降低与增加对土壤风蚀的加剧和抑制作用明显,大部分地区的防风固沙服务功能保有率的下降(提升)与风蚀季节草地覆盖度的减小与提升呈显著正相关(r>0.6,p<0.05)。

植被盖度变化背景下的中国北方风蚀区植被防风固沙功能研究(英文)

本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ模型,结合风蚀季节的植被盖度变化对近30年的土壤风蚀量和植被的防风固沙服务功能的时空变化趋势进行了定量评估,揭示了植被盖度变化对防风固沙服务功能的影响。研究表明:中国北方多年平均土壤风蚀量为160.1亿t,并处于下降趋势,土壤侵蚀强度大的区域主要集中在各大沙漠区和植被盖度较低的草地,且春季为我国土壤风蚀的多发期,占全年风蚀量的45.93%;中国北方多年平均防风固沙量为203.1亿t;防风固沙服务功能保有率的分布特征表现为由东南到西北逐渐降低的趋势;工程实施后春季植被盖度的提升区主要集中在黄土高原、青藏高原、河北北部、内蒙古东部以及东北地区;大部分区域的春季植被盖度减小(提高)与防风固沙的服务保有率的下降(提升)呈显著正相关(r>0.7,p<0.01);前后两个十年相比较草地生态系统的防风固沙服务功能提升幅度最大(2.02%),其次为林地(1.15%)、农田(0.99%)和荒漠(0.86%)。

柴达木盆地东部降水氢氧同位素特征与水汽来源

稳定性氢氧同位素可以作为示踪剂来判断大气降水的水汽来源.本研究选择柴达木盆地南部的格尔木和东北部的德令哈两个区域,在分析这两个地区2010年6~9月降水同位素组成特征、时间变化以及降水中δD与δ18O关系的基础上,探讨柴达木盆地降水的水汽来源.结果表明:1格尔木和德令哈地区6~9月大气降水线分别为,格尔木:δD=7.840δ18O-4.566(R2=0.918,P<0.001),德令哈:δD=7.833δ18O+8.606(R2=0.986,P<0.001).两地区6~9月大气降水线的斜率和截距均低于全球大气降水线,而格尔木地区的截距仅为-4.566,反映出格尔木极其干旱的气候特点.2格尔木降水的δ18O在7月初较高,表现出一定的重同位素富集;在7月中下旬至9月初,δ18O较低;9月中下旬更低.德令哈降水的δ18O在6~8月相对较高,9月中下旬较低.3格尔木和德令哈地区水汽来源有一定的差异,格尔木地区可能是西南季风能够到达青藏高原的北部边界,德令哈地区水汽来源主要为局地蒸发.

三江源生态保护和建设一期工程生态成效评估

基于生态系统结构—服务动态过程趋势分析,针对生态保护与建设工程预期目标,构建了由生态系统结构、质量、服务及其变化因素构成的生态成效评估指标体系,研究发展野外观测、遥感监测和生态过程定量模拟一体化的监测评估技术体系,评估了三江源生态保护和建设一期工程的生态成效。结果表明：工程实施8年以来,三江源区宏观生态状况趋好但尚未达到1970s比较好的生态状况,草地持续退化趋势得到初步遏制但难以达到预期＂草地植被盖度提高平均20%~40%＂的目标,水体与湿地生态系统整体有所恢复,生态系统水源涵养和流域水供给能力提高,区域水源涵养量达到了增加13.20亿m3目标;重点工程区内生态恢复程度好于非工程区,除了气候影响以外,工程的实施对促进植被恢复具有明显而积极的作用;然而,草地退化局面没有获得根本性扭转,工程实施尚未遏制土壤水蚀增加趋势,一期工程局部性和初步性特点突显出三江源区生态保护任务的长期性和艰巨性。

2000—2010年我国重点生态功能区生态系统变化状况

分析了2000—2010年我国水源涵养型、水土保持型、防风固沙型、生物多样性维护型重点生态功能区的生态系统结构、质量与核心服务的变化.结果表明:近11年来,水源涵养型重点生态功能区的森林、草地面积减少,水体与湿的面积增加,森林、草地、湿地生态系统水源涵养总量增加了2.9%,该类区域需要遏制森林、草地的减少趋势.水土保持型重点生态功能区的农田面积减少,而森林、草地、水体与湿地的面积增加,土壤侵蚀总量减少了28.2%,生态系统土壤保持总量增加了38.1%.防风固沙型重点生态功能区的农田、森林面积增加,草地、水体与湿地的面积减少,单位面积土壤风蚀量下降,单位面积防风固沙服务量有所提升,该类区域多位于干旱半干旱区,需要减少农田面积,优先保护原有生态系统.生物多样性维护型重点生态功能区的草地、荒漠面积减少,其他类型的面积有所增加,人类扰动呈现微弱的上升趋势,该类区域需要减少人类干扰.重点生态功能区应该针对核心服务和保护目标,分类分区开展生态系统保护、改善及其效果的定量综合评估.

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明:1)近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2)森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10~8m^3,平均单位面积水源涵养量为744.48 m^3/hm^2,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3)水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km^2,土壤水蚀量为10.31×10~8t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4)土壤风蚀模数为1 581.2 t/km^2,土壤风蚀量为18.99×10~8t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5)森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。

京津风沙源治理工程生态效应评估

以京津风沙源区生态系统结构、质量和服务功能分析了一期治理工程的生态效应,结果表明:1)2010年草地生态系统占全区面积的63.29%,十年间林地面积增加了0.22万km^2,草地面积减少了0.17万km^2;2)工程区十年间植被覆盖总体呈现好转态势,植被覆盖度转差的面积占全区面积的19.36%;3)工程区土壤风蚀以微度和轻度侵蚀为主,十年间土壤风蚀量总体呈现下降态势,荒漠草原亚区下降最为明显,倾斜率为-3.15t·hm^(-2)·a^(-1)。京津风沙源区整体生态状况趋于好转,一系列生态工程的实施对于恢复自然植被和提升生态系统防风固沙服务功能起到了积极作用。

三北工程区植被恢复对土壤风蚀的影响及植被恢复潜力研究

三北地区是我国重要的生态屏障,分析2000—2019年三北防护林体系建设工程(简称:三北工程)区植被恢复时空变化状况,厘定人类活动与气候要素对植被恢复的贡献,探究植被恢复对土壤风蚀影响,评估植被恢复潜力空间,可为三北防护林体系建设工程未来规划管理和科学施策提供参考。本文在选取植被覆盖度和植被净初级生产力表征植被恢复状况基础上,利用地面数据,结合模型模拟,定量评估了2000—2019年三北防护林体系建设工程区植被恢复程度及其对土壤风蚀的影响,并对植被恢复潜力进行探究。研究结果表明:(1) 2000—2019年植被恢复程度高、较高的面积,占总面积的35.29%和13.16%,主要分布在黄土高原区及北部区域和风沙区与东北华北平原农区的部分地区。人类活动与气候因素对植被恢复贡献率为10.45%和89.55%;(2)土壤风蚀以轻度侵蚀和微度侵蚀为主,呈逐年下降趋势,剧烈侵蚀面积减少了66.45%,防风固沙服务得到进一步提升。植被恢复程度与土壤风蚀模数呈负相关关系,植被恢复程度较好有助于降低土壤风蚀模数;(3)三北工程区森林、草地和荒漠生态系统仍有8.16%的恢复潜力,内蒙古高原北部部分地区、哈顺戈壁北部和准噶尔盆地西北部及周边区域、黄土高原南部部分区域存在较大恢复潜力。