山地小流域主导生态系统服务空间格局及其影响因素探究

【目的】探究澎溪河流域主导生态系统服务的空间格局及其影响因素。【方法】采用InVEST模型评估澎溪河流域的水源涵养与土壤保持服务,基于地形起伏度与海拔高程划分地貌类型。利用地理探测器探究不同地貌类型下生态系统服务的主要影响因素及其相互作用。【结果】水源涵养量呈南高北低的空间分布特征,低海拔高程台地的水源涵养量最小,为239.52mm/m^(2);土壤保持服务水平呈北高南低的空间格局,随地貌梯度升高而增加。土地利用类型及归一化植被指数(NDVI)分别主导了水源涵养与土壤保持服务水平的变化,在林地及草地区域中尤为突出。【结论】在高地貌梯度地区,生态修复需综合考虑多种因素以提升水源涵养与土壤保持能力。

澎溪河流域面源污染预报预警平台

基于流域“空-地-水”一体化模型体系与多层次协同架构,提出了澎溪河流域面源污染预报预警平台技术体系,建立了澎溪河流域面源污染预报预警平台,平台通过自动收集并处理气象数据等,在控制中心驱动下调用气象模型、陆地模型、水动力模型和水质模型,实现未来3~15 d陆面产流以及TN、TP、NH3-N等污染物通量的逐时预报,可自动对突发污染风险进行预报预警,为流域智慧化管理和面源污染综合治理提供技术支撑。

三峡库区土地利用对河流溶解性有机质的多时空尺度影响

三峡库区拥有目前世界上规模最大的水利枢纽工程,自投入使用以来,为长江流域提供了丰富的水源及电力,促进了经济的发展,但同时也对该区域的生态环境造成了严重的冲击。澎溪河流域作为三峡库区长江流域干流的典型回水区和消落带,是众多学者研究三峡库区生态环境变化的重点区域。为探究不同时空尺度下土地利用对河流溶解性有机质(DOM)的影响,以澎溪河流域为研究对象,基于紫外-可见光谱分析和三维荧光光谱矩阵-平行因子分析,结合河段缓冲区、河岸带缓冲区及子流域3种空间尺度的二级土地利用类型,解析了旱雨季水体DOM的组成及来源特征,并采用相关分析和冗余分析方法探讨了3种空间尺度下土地利用方式对旱雨季水体DOM的多时空尺度影响。结果表明:(1)旱季水体DOM荧光组分以陆源类腐殖质所占比例更大,雨季水体DOM荧光组分以富里酸贡献为主。(2)流域内陆源输入和内源产生对水体DOM丰度均有贡献,雨季较旱季水体DOM的陆源性更强,自生源特征较弱。(3)土地利用在雨季和子流域尺度下对水体DOM的影响更显著,其中,雨季子流域尺度下,土地利用指数对水体DOM参数的解释率为90.35%。(4)不同土地利用方式对水体DOM产生的影响不同,灌木林、滩地和香农多样性指数对水体DOM的解释率最大。旱季,高覆盖度草地、边界密度与溶解性有机碳等水体DOM参数呈正相关关系,雨季则相反。河岸带缓冲区和子流域尺度下,灌木林、有林地、河渠和滩地与其呈负相关关系,水库坑塘、斑块密度与其呈正相关关系,河段缓冲区则相反。该研究可为合理的土地规划提供基础数据,以期为三峡库区河流生态系统和水资源管理提供参考。

三峡支流消落带表层沉积物氮矿化动力学参数估算

为揭示干湿循环过程对消落带沉积物氮矿化动力学特征的影响,以三峡典型支流——澎溪河为例,分别于上、下游两个水文断面采集170 m(高)和150 m(低)水位高程消落带的表层(0~15 cm)沉积物样品。采用厌氧培养法测定其净氮矿化速率,应用One-pool、Two-pool、Special和有效积温(EATM)四种模型拟合氮矿化过程并建立估算方程。结果表明,沉积物总碳、总氮、碳氮比、有机质、粘粒、粉粒和铵态氮含量随高程降低而增加,而沉积物总磷、砂砾、硝态氮趋势相反(P<0.05)。低、高水位高程氮矿化最优拟合模型分别为One-pool和Special,其中易矿化速率常数(kd)分别为0.17、0.12 d-1,易矿化势(fd)分别为4.05%和4.71%。另外,fd与总碳、总氮、碳氮比、有机质、铵态氮、粉粒呈显著负相关,与硝态氮和砂砾呈显著正相关(P<0.05),而kd相反,且两参数可用有机质和碳氮比进行估算。

基于WRF模型的澎溪河流域非点源污染预测

为精准揭示三峡库区澎溪河流域非点源污染的空间异质性特征,基于WRF模型,构建了反映流域3 km×3 km精细格点降水的流域非点源污染模拟预测模型,对澎溪河流域非点源负荷进行模拟预测。结果表明:与由澎溪河流域6个气象站点2009—2012年观测降水资料得到的径流模拟结果相比,基于WRF模型输出降水的径流模拟精度提高了27%,总磷质量浓度模拟精度提高了31%,总氮质量浓度模拟精度提高了36%;采用WRF模型输出降水模拟的年径流量范围为35.28亿~54.04亿m^(3),总磷负荷均值为1 151.35 t/a,总氮负荷均值为11 759.72 t/a;澎溪河流域总磷、总氮非点源负荷较高的子流域单元多呈集聚状分布在河流水系附近,空间异质性明显。

澎溪河流域土地利用对非点源污染时空分布影响

基于流域DEM、土地利用和土壤数据构建澎溪河流域非点源污染SWAT模型,采用2009~2014年逐日实测资料进行模型的率定验证,模型率定期和验证期的决定系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数ENS均在0.7以上,模拟结果可靠。利用所建模型分析了澎溪河流域不同土地利用类型的非点源污染负荷的时空分布。结果表明,流域非点源污染负荷年际分布不均,2010~2014年中2011年TN和TP负荷最大,分别为2 655.17 t和167.14 t;不同土地利用类型的氮磷负荷均集中在流域南部及沿河地势低洼区;在流域坡度和土壤类型相同的情况下,耕地的负荷最大,TN和TP的年均负荷分别为1 631.47 t和146.34 t。

跨越界面的生态设计——重庆市三峡库区澎溪河河/库岸带生态系统修复

河岸带是典型的生态交错区,是联系陆地和水生生态系统的重要界面,环境胁迫最易富集,河流自然调节也最为活跃,故而也是河流与景观环境耦合的核心部位。然而,水坝的建设及因此形成的水库的运行调节方式使得多数河段单一的河岸界面变成河/库交替的界面,由此对流域水文及水环境,以及流域整体生态系统产生巨大影响。本文在探讨河岸带界面概念、界面生态特征的基础上,提出了河/库岸带界面生态设计策略及基本技术框架,并以重庆市三峡库区澎溪河流域为例,探讨了河/库岸带界面生态系统修复设计实践。该项目从综合要素设计、结构设计、功能设计与过程设计4个方面,进行了适应水位变化的河/库岸界面生态系统修复设计与实践研究。生态绩效分析结果表明,修复后的乌杨坝河/库岸界面生态系统生境类型多样性增加明显,生物多样性提升效果显著,植物群落适应水位变化能力强,对面源污染具有明显的净化功能,实现了界面生态修复与滨水空间景观建设和优化协同共生。该项目是河/库岸带界面生态系统修复设计和实践的创新探索,其设计策略及模式可应用于受水位调节影响的河/库岸带生态系统修复。