毛乌素沙地参考作物蒸散量变化特征与成因分析

根据毛乌素沙地典型站点近60年(1955—2014年)逐日气象数据,利用Penman-Monteith公式计算毛乌素沙地各气象站点参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET_0)及研究区域内整体ET_0。Mann-Kendall趋势检验法和Arc GIS的协同克里格插值法用于分析ET_0时空变化特征,同时,利用敏感性分析方法对ET_0的变化成因进行分析。结果表明:(1)近60年毛乌素沙地ET_0多年平均值为1048.81mm,年际变化呈现缓慢上升趋势。年内变化夏季最高,冬季最低。区域内ET_0空间分布整体呈现自西向东递减趋势。(2)ET_0年变化对风速的敏感程度最大,日照时数和气温次之,相对湿度最小。春、秋两季ET_0变化对日照时数最为敏感;夏、冬两季ET_0变化对相对湿度最为敏感。空间分布上,毛乌素沙地东南部地区为气温敏感系数高值区,西北部地区为相对湿度和日照时数敏感系数高值区,南部为风速敏感系数高值区。(3)通过计算气象因子对ET_0变化的贡献量得出,气温是影响毛乌素沙地ET_0年变化的主导因子。夏季ET_0变化的主导因子是风速;春、秋、冬三季主导因子是气温。空间分布上,毛乌素沙地西南部地区ET_0变化的主导因子为风速,东部地区主导因子为气温。

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、 森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果， 并结合国内同行在森林水文方面的研究成果， 就干旱地区森林对流域年总径流量、 洪峰流量、 枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明， 在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加， 流域年总径流量减少； 森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量； 森林植被覆盖率越高， 枯水径流量随之增加； 森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果， 初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性， 森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。

青海大通典型林分冠层结构与林下植被物种多样性关系研究

为探究青海高寒山区典型林分冠层结构与林内光环境中维持林下植被物种多样性稳定的关键因素,该研究以青海大通县青海云杉林(Ⅰ)、青杨林(Ⅱ)、华北落叶松-青海云杉混交林(Ⅲ)、青杨-白桦混交林(Ⅳ)和白桦-青海云杉混交林(Ⅴ)5种典型人工林分为研究对象,运用冠层分析仪采集数据,并结合实地调查,研究冠层结构与林内光环境特征及其对林下植被的影响。结果表明:(1)林分Ⅰ、Ⅲ的林冠开度显著低于林分Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ(P<0.05),各林分叶面积指数大小顺序为Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ>Ⅴ>Ⅳ,总体表现为阔叶林的林冠开度大于针叶林,但其叶面积指数小于针叶林;林分Ⅱ、Ⅳ的直射辐射、散射辐射及总辐射均显著高于林分Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ(P<0.05),其中林下总辐射与散射辐射表现为Ⅱ>Ⅳ>Ⅴ>Ⅰ>Ⅲ,直射辐射为Ⅱ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅴ;林分Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ的消光系数均显著高于Ⅰ、Ⅲ,总体上均表现为阔叶林>针叶林。(2)相关分析结果表明,林冠开度与林下光照指标呈极显著正相关关系(P<0.01),叶面积指数与林下光照指标呈极显著负相关关系(P<0.01),且其对林下散射辐射的控制能力最强;典型相关分析表明,纯林的林冠开度对冠层结构的贡献和解释能力较叶面积指数和平均叶倾角大,混交林的叶面积指数对林下光照的影响大于纯林。(3)混交林的林下物种多样性指数(H)及丰富度指数(P)均高于纯林;林下草本层物种多样性指数(H)及丰富度指数(P)与林冠开度及林下光辐射呈显著正相关关系,与叶面积指数呈显著负相关关系(P<0.05);物种均匀度(J_(sw))与平均叶倾角呈极显著负相关关系(P<0.01),与林下散射辐射呈显著正相关关系(P<0.05)。研究认为,在人工纯林改造和结构调整中,对乔木层适当补植伴生树种,并逐步调整为多树种混交林,增加冠层结构和林下光照异质性,将更有利于林下植被物种多样性的维持。

青海大通不同林地类型林下植被与土壤水分的关系

为探究青海高寒山区典型退耕林地土壤水分与林下植被及其相互间关系。以青海大通县青海云杉林、华北落叶松林、祁连圆柏林3种典型人工林分为研究对象,原生荒草地为对照,通过实地调查和室内实验,研究不同林地类型林下植被和0~200 cm土层土壤水分及其相互间关系。结果表明:1)该研究区林地内土壤水分相对缺乏,林下草本多为披碱草、白莲蒿、早熟禾等旱生植物占明显优势。华北落叶松林下草本的丰富度和多样性最好,青海云杉林次之,祁连圆柏林下植被与荒草地较为接近。2)不同林地类型与荒草地土壤平均含水量由大到小顺序为青海云杉林(23.79%)、荒草地(21.29%)、祁连圆柏林(19.02%)、华北落叶松林(16.93%)。3)对表层土壤(0~20 cm)而言,林地的持水能力均优于荒草地,在20~60 cm土层时青海云杉林地持水能力最好,华北落叶松林地持水能力最差。4)林下植被物种多样性与其生物量和林地土壤含水量分别呈显著正相关和负相关关系(P<0.05)。且其相互的影响程度随着土层深度的增加不断减小,但其作用主要集中于0~120 cm土层土壤水分情况。综上所述,青海云杉可作为营造水源涵养林的主要造林树种,华北落叶松可作为在土壤水分相对缺乏地区营造水土保持林的主要营林树种,祁连圆柏林下植被与荒草地较为接近,可以有效的形成林草复合结构体系;因此,可将华北落叶松和祁连圆柏作为该地区植被建设的主要树种,同时兼顾对本地物种的引入,从而加快植被恢复的进程,有助于实现通过植树造林维持生态系统良性循环,完善生态系统服务功能的目标。

浅析北京市水影响评价制度的事后监管体系

文章针对北京市开展的水影响评价制度改革的目标,分析了建设项目水影响评价作为事前的前置审批事项的相关要求以及事中、事后监管的内容,提出了建立完整的水影响评价制度管理体系需要:明确目标指标体系,完善和整合现有管理体系,形成水影响评价制度的监测体系、工程措施体系和验收体系。

台田措施下坡面流土壤侵蚀水动力学特征

通过野外径流小区放水试验,研究2种台田类型(土坎,石坎)、3种台田级数(1,2,3级)、1种坡度(10°)、3种放水流量(0.5,1,1.5m^3/h)下坡面流土壤侵蚀过程,分析台田措施下坡面流土壤侵蚀水动力学特征。结果表明,台田级数对坡面流流态影响较大,增加台田级数可使坡面流波动性降低,台田类型对雷诺数影响相对较小。土壤分离速率总体随流量增大而增大,相同流量条件下,呈波动性增加后减少且逐渐趋于平稳的特征,两者相关关系用指数函数回归方程拟合(R2>0.840)。同类台田且田面宽度和相同条件下,土壤分离速率与台田级数呈负相关关系,阻力系数与流量呈负相关关系,坡面流土壤分离速率与阻力系数呈负相关关系。研究结果对认识坡面流土壤侵蚀的过程和规律具有重要意义,也为坡面侵蚀物理模型的建立提供参考。

北京山区径流侵蚀过程及WEPP模型适用性评价

北京土石山区多发严重的土壤侵蚀甚至是泥石流,因此如何通过植被控制侵蚀,进而通过侵蚀模型预测预报侵蚀就显得十分重要。在北京山区简易径流小区内,人工模拟降雨5种雨强(5.7~75.6mm/h)、不同树种(油松、栓皮栎)及不同株行距(1.0m×1.0m,1.5m×1.5m),探究树冠特征和降雨特征对径流侵蚀过程的影响,以及WEPP模型对径流过程、总径流量和总产沙量的模拟效果。结果表明:(1)小雨下(总降雨量≤25.2mm)裸地与有林小区的累计径流量存在显著差异(p=4.9E-11),大雨下(总降雨量49.8,75.6mm)差异不明显(p=0.35),裸地与有林小区在总径流量和径流系数上并没有差异显著(p=0.81,0.44),LAI与雨强均显著影响总径流量;(2)裸地小区总产沙量为有林小区的1.70倍,但ANOVA分析显示二者之间差异不显著(p=0.13),覆盖度与产沙率SLR之间存在良好的指数关系SLR=e-0.02C;(3)WEPP模型在大雨下对径流过程的模拟更为准确,小雨下对产流时间的模拟较实际产流时间延后10~20min,累计径流量模拟值与实测值的差距随降雨历时增加而不断增加;(4)WEPP模型对总径流量和总产沙量的模拟效果较好(效率系数CE=0.61,0.91),各雨强下总径流量和总产沙量的模拟值分别是实测值的1.01,1.25倍。

黄土高原植被净初级生产力时空变化特征及驱动因子分析

【目的】探究黄土高原地区植被净初级生产力(NPP)多年时空演变规律以及同期人类活动及自然因子对其产生的复合影响,为当地生态修复规划和实施提供参考。【方法】利用CASA模型计算并分析2001-2019年黄土高原地区植被净初级生产力及其时空分布格局,并基于地理探测器对植被NPP进行驱动因子和机制分析。【结果】(1)2001-2019年黄土高原地区植被NPP整体呈显著上升趋势,年均增加速率为5.59 g/(m2·a),显著增加的区域主要分布在黄土高原中部沟壑区以及丘陵沟壑区。基于重心模型对NPP在空间上重心的分析结果表明:黄土高原NPP重心迁移呈现出阶段性变化特征,平均NPP重心点南部的NPP增量与增速在多数年间均高于北部。不同土地利用类型中,林地的NPP均值最高。由于土地利用转移主要在耕地与草地之间相互转化,占总变化面积的75%,因此,耕地与草地NPP均值变化的线性趋势率最高。(2)地理探测器结果显示年降水量与干燥度指数是影响黄土高原地区植被NPP的主导自然因素,随后依次为土地利用类型、年均气温、坡度等。交互探测器结果表明各因子交互作用均呈现增强趋势,且对植被NPP无显著影响的因子通过与其他因子发生交互作用的方式对NPP产生显著影响。风险探测器识别的适宜植被生长的范围在不同土地利用类型中存在差异,多数地类NPP的年降水量适宜区间在500~1000 mm之间。除未利用土地外,其他地类的NPP适宜温度区间在10~14℃之间。耕地NPP的适宜海拔高度区间在19.62~548.43 m之间,而其他地类在1000~2500 m之间。林地NPP的坡度适宜范围相对较大,不同地类最适宜的坡向不相同。【结论】黄土高原2001-2019年间植被恢复工程对生态系统NPP贡献显著,环境因子间的交互作用会增强单因子对植被NPP的影响,不同环境因子的NPP适宜累积区间在不同土地利用类型下存在差异,本研究结果为该地区实际植被恢复与管理工作提供了理论依据。

草被覆盖下坡面流土壤侵蚀水动力学特征

坡面侵蚀为水流和土壤互作过程,描述坡面流基本水力学特征,阐明土壤分离情况与坡面流侵蚀水动力学间关系,对了解坡面流侵蚀过程及治理坡面水土流失具有重要意义。以北京市山区野外径流小区不同植被密度、植物布设方式坡面为研究对象,以5°坡为例,在不同流量(1.0、2.0和3.0 m^3·h^(-1))下作放水冲刷试验,描述各坡面水力学及侵蚀水动力学特征,分析坡面土体土壤分离速率与水动力学参数关系。结果表明,径流雷诺数随径流冲刷流量增加而增加,植被密度对坡面流流态作用明显,植株布设方式对雷诺数影响较小;弗劳德数对其过程表征作用不显著;各坡面土壤分离速率为流量增函数(R^2>0.916),总体随冲刷时间延长波动性先增后减,土壤分离速率动态变化随植株布设密度增加而增加,行排列坡面抗蚀性差;径流剪切力和水流功率可与坡面土壤分离速率线性拟合,均呈线性正相关。研究结果为探究坡面流土壤侵蚀机理及治理方法提供依据。

青海大通白桦林冠层降雨再分配与冠层结构关系研究

通过设计不同密度的12个样地,测定降雨再分配与冠层结构指标的关系以及不同降雨量下降雨再分配变化情况。结果表明,当降雨量<10mm时,穿透雨量与冠层结构特征关系并不明显,但是其空间变化明显,变异系数较大;降雨量>10mm后,叶面积指数、郁闭度均与穿透雨量呈多项式函数关系,穿透雨量随着叶面积指数、郁闭度的增大而减小,穿透雨量与冠层孔隙度呈负相关的多项式函数关系;林冠截留率随着叶面积指数和郁闭度的增大而增大,随着冠层孔隙度的增大而减小;叶面积指数、冠层孔隙度和郁闭度3个冠层结构指标之间,叶面积指数对穿透雨和林冠截留影响最大。研究期间,林外降雨总量为243.24mm,白桦林的总穿透雨量、树干茎流量、截留量分别为185.61、2.49mm和56.55mm,分别占大气降雨总量的76.31%、1.02%和23.24%;穿透雨量、树干茎流量、截留量均与林外降雨量呈显著正相关关系,穿透雨率、树干茎流率随着降雨量的增大而增大,截留率随着降雨量的增大而减小并逐渐趋于稳定;降雨量>3.32mm时才开始产生树干茎流。

黄土高原中尺度流域基流变化驱动因素分析

针对黄土高原基流的动态变化特征和驱动因素问题,以昕水河流域为例,采用数字滤波法(3次,α=0.925)分割基流,利用Mann-Kendall、Pettitt、小波分析和Hurst法分析该流域基流的趋势性、突变性、周期性和持续性特点,采用双累积曲线法对基流变化驱动因素进行分析。结果表明,昕水河流域多年平均基流量为0.45亿m^3,基流指数为0.368;流域年基流量呈显著下降趋势(P<0.01),在1985年发生突变;基流变化周期为27年,预计未来基流仍有进一步减少趋势(H>0.50)。流域降水和人类活动是基流变化的根本原因,人类活动通过植被覆盖度的变化、地下水的开发、煤矿开采和水土保持措施等方式影响基流。与第一阶段相比,第二、第三阶段降水和人类活动对基流的影响比例分别为25.89%、74.11%和0.37%、99.63%。进入21世纪,人类活动逐渐成为影响基流变化的主要因素。

岩溶与非岩溶地区不同林分根际土壤微生物对碳酸盐岩的溶蚀作用

以云南建水岩溶与非岩溶地区针叶林云南松、阔叶林桉树的根际土壤为样品,比较不同地质背景条件下不同林分岩溶与非岩溶地区可培养土壤微生物及其分泌的碳酸酐酶对碳酸盐岩溶蚀作用的影响.结果显示,岩溶地区的溶蚀速率均高于非岩溶地区,针叶林的溶蚀速率大于阔叶林,且岩溶地区云南松的溶蚀率最高为5.01%,说明岩溶地区云南松的土壤根际微生物对岩溶地区的溶蚀效应最大;加入碳酸酐酶抑制剂的处理组溶蚀速率较未加入碳酸酐酶的处理低3.6%-16%,表明碳酸酐酶对碳酸盐岩的溶蚀具有促进作用.本研究表明岩溶地区针叶林根际土壤微生物有利于碳酸盐岩的溶蚀,加快成土速率,结果可为深入研究自然生态系统中微生物对碳循环的驱动作用以及微生物对喀斯特地区的风化作用提供理论依据.

北京奥林匹克森林公园地表反照率动态及其影响因素

地表反照率是地表能量和水文循环的关键要素。本研究基于2013—2015年对北京奥林匹克森林公园城市绿地生态系统气象要素的连续观测,探讨城市绿地生态系统地表反照率的动态及其影响因素。结果表明:地表反照率日变化为08:30—12:00逐渐减小,12:00—17:00比较接近,早晨与下午的反照率差异为0.03,地表反照率日变化不对称的主要因素是早晨植物叶片表面的露水;地表反照率的季节变化特征为冬季(0.15)>春季(0.13)>秋季(0.12)>夏季(0.11),在生长期内,地表反照率受空气温度和土壤含水量的共同影响;在展叶期,地表反照率主要受空气温度的影响,与空气温度呈线性负相关,而与土壤含水量没有相关性;在完全展叶期和落叶期,地表反照率受空气温度和土壤含水量共同的影响,与空气温度和土壤含水量均呈负指数相关,但当空气温度大于24.0℃时,空气温度对其无影响。