环境生物学

X1712(X)0(X) 036黄土丘陵区小流域土地利用变化对生态环境的影响—以延安市羊圈沟流域为例/傅伯杰…(中科院生态环境研究中心)//地理学报/中科院地理研究所一1999,54(3)一241一244环图K一3 选择黄土丘陵沟壑区的羊圈沟流域,应用地理信息系统和野外采样分析,从小流域、坡面和单一土地利用类型三个尺度层次研究土地利用变化·对流域土壤侵蚀、土壤养分和土壤水分的影响。结果发现:19%年比1984年该流域坡耕地减少了43%,林地增加了42%,草地增加了5%,土壤侵蚀量减少了24%。坡耕地一草地一林地土地利用结构具有较好的土壤养分保持能力,且前期土…     

巢湖流域土地利用/覆被变化的水文效应研究

土地利用/覆被变化的水文效应导致水资源量变化,显著影响流域生态和社会经济发展。利用DEM、土壤数据库、三期土地利用数据及流域周边六个国家基本气象站1964-2000年气象、流域出口断面裕溪闸水文站1964-1989年水文资料,依托德国PIK研究所HBV-D模型建立巢湖流域降水径流关系,分析流域土地覆被变化对径流量影响：①利用HBV-D模型模拟流域降水径流关系,率定后系统相对误差控制在3%左右,纳希效率系数达约83%,适合巢湖流域土地利用/覆被变化水文效应研究;②分析得出单位面积的农业用地、居民用地和水域影响径流深大小分别为-0.134469、0.074908和-0.0015244,即巢湖流域农业用地对径流影响程度要高于居民用地且为负,农业用地减少将增加径流量,居民用地增长利于径流量增加,水域对径流量影响相对较小。     

北方干旱化和土地利用变化对泾河流域径流的影响

论文以在黄土高原上发育,流经中国北方干旱、半干旱地区的黄河二级支流--泾河为研究对象,基于20世纪八九十年代的土地利用影像资料,以及泾河流域1970~2002年的气候、水文资料,采用美国农业部开发的分布式流域水文模型SWAT,分析了20世纪80~90年代泾河流域的降雨量和径流量的变化。从80到90年代,流域年降雨量呈逐年递减趋势,80年代多年平均月降雨量明显大于90年代多年平均月降雨量,尤其在7~9月,平均降雨量明显减少。受气候干旱化和土地利用/覆被变化的共同作用,80~90年代,流域多年平均年径流减少了8.92m³s^-1。为了区分气候变化和土地利用变化对流域径流的影响,采取分别固定气候因子与土地利用/覆被变化因子的方法,将模拟情景输入模型,定量区分气候和土地利用/覆被变化对流域径流的影响方式和程度。结果表明,气候干旱化趋势使流域多年平均年径流减少28.08m³s^-1,为气候、土地利用/覆被变化共同影响径流变化量的314.80%;土地利用/覆被变化使流域多年平均年径流增加26.57m³s^-1,为气候、土地利用/覆被变化共同影响径流变化量的297.87%。     

抚仙湖一级支流尖山河小流域的面源污染物贡献特征

对云南省抚仙湖尖山河小流域降雨量以及坡耕地、梯坪地、灌草丛、人工林和次生林5种土地类型及村庄和道路等非生产用地产生的地表径流量和泥沙量进行了定位观测,并对地表径流和泥沙中所含面源污染物进行了测定.结果表明:①6～10月份是该流域出现较大阵雨的主要时期,2006年6～10月份降雨量占全年降雨总量的83.2%,这一时期是产生水土流失和面源污染的主要时期.②坡耕地和人工林是地表径流和泥沙产生的主要场所.坡耕地的地表径流和泥沙产生量分别占小流域产生总量的22.97%和62.96%,人工林的地表径流和泥沙产生量分别占小流域产生总量的34.69%和16.76%.③尖山河小流域面源污染物主要来源于坡耕地和人工林.在坡耕地和人工林,随地表径流产生的面源污染物TN、TP和COD分别占流域产生总量的75.01%、51.63%和66.42%,随泥沙产生的TN、TP和有机质分别占流域产生总量的74.12%、73.18%和62.14%.④村庄和道路等非生产用地单位面积的面源污染物产生量较高,但由于总面积较小,在流域面源污染物产生总量中的比例很小,TN和TP分别只占产生总量的3.98%和1.05%.在流域中所占面积很少的坡耕地(仅占7%)却成了面源污染产生的主要场所.     

西南喀斯特流域泥沙来源、输移、平衡的思考——基于坡地土壤与洼地、塘库沉积物~(137)Cs含量的对比

汇总了西南喀斯特地区坡地土壤和洼地、塘库沉积泥沙的~(137)Cs比活度资料,并进行了对比,分析流域泥沙来源。坡地地面流失轻微的,汇水面积小于0.5 km~2的微小流域,流域产沙主要源于地下流失(裂隙土)和沟岸侵蚀(沟壁土);坡地地面流失强烈的,主要源于坡地地面流失(坡地表层土壤)。地下流失和沟岸侵蚀是小流域和较大流域的主要产沙方式,且有随着流域面积增大,产沙贡献率越高的趋势。由于裂隙土和沟壁土都基本不含~(137)Cs,~(137)Cs单一示踪法不能区分这两种源地土体的产沙贡献率。建议采用多元示踪法,研究流域的泥沙来源。区分裂隙土和沟壁土的产沙贡献率,可考虑尝试磁性法和孢粉法。通过沉积物~(137)Cs断代等方法确定洼地、河流滩地和塘库泥沙淤积量,结合径流小区和水文站输沙量资料,分析不同类型洼地、河流滩地和塘库的泥沙截留率,分析河流泥沙输移比。在查明泥沙来源,泥沙输移比和输沙量(或产沙量)的基础上,确定流域泥沙平衡,结合径流研究成果,建立喀斯特流域产沙模型。     

北京山区植被恢复建设对流域径流量影响研究

植被恢复是山区保持水土资源、恢复生态环境的关键措施.为探究植被恢复对流域产水量的影响,以密云水库集水区红门川森林流域为研究对象,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、基于分离评判原理的水文分析法、Zhang(2001)模型等方法,定量分析了1989－2009年间北京山区气候及森林变化对流域径流量的影响.研究结果表明:红门川流域年降水及产流性降水量在研究时段内均呈波动下降趋势(P>0.05);流域年径流呈显著性减少趋势,且年径流量在1998 年前后发生减少突变(P<0.01);气候变化对红门川流域径流减少贡献率为43%,植被恢复建设导致的森林数量及质量变化对流域径流减少贡献率为18.6%,其他人类活动影响贡献率为38.4%.综合比较得知,与植被恢复建设相比,降水减少对山区产水量减少影响更大.研究结果可为北京山区森林流域水土资源规划及管理提供参考.     

西苕溪流域径流对土地利用变化的空间响应分析

针对流域土地利用变化所引起的径流空间变异问题,论文以太湖上游西苕溪流域为例,基于SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）模拟的不同土地利用情景下月尺度径流过程,通过GWR模型（Geographically weighted regression）在空间上定量评估了土地利用/覆被变化对流域径流过程的影响。结果表明：径流变化在流域空间分布上存在一定非平稳性,其与子流域内面积变化较大的土地利用类型相关性显著,其中城镇用地影响最大,林草地和耕地影响次之。径流变化对城镇用地的空间响应关系表现为由上游到下游逐渐增强,而对林草地和耕地的响应关系表现为从流域上游到下游逐渐减弱。对比发现,多因子GWR模型相对于单因子GWR模型更适合综合分析径流对土地利用/覆被变化的空间响应关系。     

潮白河流域1980—2013年平均水平衡特征研究

论文采用潮河、白河流域1980—2013年间气象、水文资料,基于水热耦合模型方法,分析了潮河、白河流域水循环要素相应于不同土地覆被类型结构变化和水平衡的特征。通过对未来10 a流域下垫面状况的预估,预测了未来变化环境条件下流域径流量的变化情况。研究对预测潮白河流域水资源变化特征、确保密云水库水资源安全具有重要意义。研究结果显示:该模型在潮、白河流域适用;在现有下垫面资料的基础上,利用林地面积和草地流域下垫面参数相结合的方法,对潮河流域和白河流域未来下垫面的变化分别做出了11种预测情景,并在11种情景的基础上预测两流域的未来10 a径流变化,结果显示潮河流域的径流深在26.47~53.55mm范围内波动,而白河流域的径流深在17.57~41.53 mm范围内变动。研究的创新点为,在对未来下垫面状况预测的基础上,利用水热耦合模型预测流域未来的可能径流状况。     

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。     

黄土丘陵小流域土地利用的时空分布及其与地形因子的关系

采用航片解读、实地调查、土地规划和基于GIS的统计分析相结合的方法,从土地利用面积和地形分布格局的变化分析入手,研究了黄土丘陵小流域土地利用的时空分布格局及其影响因子。研究结果表明,黄土丘陵区大南沟小流域的土地利用变化可以分成两个阶段,第一阶段从1975、1998年到25°退耕,林地/灌木地面积增加,荒草地、休闲地和耕地的面积减少,果园/经济林地的面积变化不明显;第二阶段即3种土地利用规划方案,包括25°、20°和15°退耕方案,林地/灌木地和荒草地的面积保持不变,耕地和休闲地逐渐被果园/经济林地所替代。汇总与相关分析表明,这5种土地利用类型的地形分布格局也发生相应的变化。研究指出,近20年来,大南沟小流域土地利用格局日趋优化,3种土地利用规划方案体现了土地持续利用的生态、经济和社会效益,具有很强的操作性。     

黄土高原清水河流域土地利用/覆盖和降雨变化对侵蚀产沙的影响

近50 a来,在气候变化和生态恢复与治理工程实施的背景下,黄土高原的侵蚀产沙特征发生了明显的变化。以黄土高原典型中尺度流域清水河流域(面积436 km2)为研究对象,利用1959、1986、2007年的土地利用解译结果和1960—2005年该流域实测输沙和降水资料,采用非参数Mann-Kendall趋势分析法和滑动t检验法研究了该流域年输沙量、降雨量的变化趋势和突变点,并与通用土壤流失方程相结合分析了该流域土地利用和降雨变化对输沙量变化的贡献率。结果表明:该流域年输沙量47 a间有显著的下降趋势,突变点位于1980年;降雨量没有明显的趋势性变化,极端降雨指数下降。降雨因素对输沙量减少的贡献率为9.89%,土地利用的贡献率为90.11%,土地利用变化中工程措施淤地坝的贡献率为5.56%,植被变化的贡献率为84.55%。该流域47 a间乔木林地面积增加了944.27%,灌木林地增加了19.33%,表明清水河流域林地面积增加是导致输沙量减少的主要原因。     

黄土高原植被重建对小流域水循环的影响

在黄土高原,植被重建是减少水土流失改善区域生态环境的有效措施,因而植被重建对水分循环的影响成为黄土高原地区生态环境问题研究的核心。论文利用流域对比分析法,以位于甘肃省西峰市南小河沟流域的一条森林小流域和一条荒坡草地小流域为对象,通过对1956～2000年水文要素的监测和分析,得出:44年内森林植被累积减少地表径流37％;前15-20年内植被减流作用随树龄的增长而增加,后24～30年植被的减流作用几乎保持不变;月径流量的减少主要集中在6-9月份;森林小流域相对于对比小流域,44年内土壤含水量累积减少约222mm,平均每年减少5mm;而蒸散量相对荒坡草地流域累积增加了620mm,平均每年多蒸散14mm。     

森林植被变化对水文过程和径流的影响效应

森林植被变化对水分分配和河川径流具有调节作用。对我国森林植被变化水文效应文献的综合分析表明：森林砍伐或火灾引起森林覆盖度下降会导致林冠截留率、凋落物对降水截留能力和蓄水能力、土壤的渗透和蓄水能力降低。不同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大，但比较一致的结论是：除长江中上游外，森林砍伐会降低植被层的蒸发散，增加河川径流；反之，会减少河川径流量。森林火灾会导致林木蒸发散减少，河川径流增加。     

风蚀对窟野河流域产沙贡献的时间尺度特征

风蚀在黄土高原风水蚀复合区的侵蚀产沙中扮演着重要的角色。利用窟野河流域神木水文站水沙资料及有关气象资料,分析了风蚀对窟野河神木水文站以上流域产沙贡献的时间尺度特征。结果表明,风力的侵蚀搬运对窟野河流域产沙起着重要的作用。月时间尺度上,风沙入河量存在"存储-释放"的过程;风蚀产沙贡献在3月和11-12月出现高峰值,4-9月风蚀贡献率逐渐降低;冬春季节淤积的泥沙,在夏季逐渐被冲走,到了9月,把淤积的泥沙最大限度冲走而开始新的淤积过程;月时间尺度上风蚀贡献率与风蚀气候因子分布趋势一致;7、8两月的风沙贡献量占年风蚀贡献总量的80.5%,风沙贡献量的峰值出现在7月,约7.75×10⁶ t。季尺度上,夏季风蚀贡献率最低,仅7.8%。秋、冬季逐渐升高,春季达到最高,风蚀贡献率为28.6%。年尺度上,风力作用对神木水文站以上流域的产沙贡献为17.2%,风蚀贡献量为12.7×10⁶ t/a。     

基于MMF模型估算植被与降雨变化对水沙的影响——以延河流域为例

为研究近年来植被对黄河各支流来水来沙锐减的贡献,选择植被变化极为显著的延河流域为研究区域,定量化估算植被的减水减沙效益。论文利用Landsat系列遥感影像数据,以及流域的气象水文资料,基于Morgan-Duzant版Morgan-Morgan-Finney(MMF)模型估算流域的径流量与输沙量,分析各植被因子与径流量、输沙量的相关性,并利用相邻时期的植被降雨数据进行情景模拟,以此估算植被与降雨对流域水沙的影响。结果表明:1MMF模型能较好地模拟流域年径流量,输沙量次之;2植被因子与径流量、输沙量空间分布格局上相关性不明显,径流量与间接植被因子(截留率、林下降雨侵蚀力和坡面沉积率)相关性较高,而输沙量与植被覆盖度相关性较高;3植被与降雨的情景模拟表明2000、2006年的植被较前一相邻时期有所改善,使得径流量分别较前期减少45.88%、25.74%,输沙量减少12.10%、27.57%。     

青海湖流域土地利用/覆被变化研究

研究青海湖流域的土地利用/覆被变化,对识别流域人类活动特征和分析区域生态环境演化规律及其成因具有重要意义。文章以1977~2004年4期遥感影像数据为基础,采用土地利用转移矩阵、动态度、利用程度等方法,研究了青海湖流域1977年以来的土地利用变化特征及其空间分异规律。研究结果表明:①近年来流域内生态用地数量逐渐减少,其中水域面积净减少292.70km²;②对草地的开垦占用是流域增加耕地的主要来源,1977~2004年因湖泊水位下降而增加的沙地面积为103.22km²;③1977年以来,流域内除2000~2004年水域面积减少速率显著上升达0.71％外,其他主要类型土地面积变化速率不断减缓;④流域内沙地主要分布在海晏县(70％以上),90％的林地和95％以上的耕地均分布在刚察、共和两县,各县土地利用结构变化特征存在差异;⑤土地利用程度综合指数平均值为186.47,明显低于其他地区,说明人类活动对流域土地利用变化影响较小,区域生态环境问题的研究应当更加注重自然因素的驱动作用。     

Response of runoff and soil loss to reforestation and rainfall type in red soil region of southern China

To evaluate the long-term effects of reforestation types on soil erosion on degraded land, vegetation and soil properties under conventional sloping farmland (CSF) and three different reforestation types including a Pinus massoniana secondary forest (PSF), an Eucommia ulmoides artificial economic forest (EEF) and a natural succession type forest (NST), were investigated at runoff plot scale over a six-year period in a red soil region of southern China. One hundred and thirty erosive rainfall events generating runoff in plots were grouped into four rainfall types by means of K-mean clustering method. Erosive rainfall type I is the dominant rainfall type. The amount of runoff and the soil loss under erosive rainfall type III were the most, followed by rain-fall type II, IV and I. Compared with CSF treatment, reforestation treatments decreased the average annual runoff depth and the soil loss by 25.5%–61.8% and 93.9%– 96.2% during the study period respectively. Meanwhile, runoff depth at PSF and EEF treatments was significantly lower than that in NST treatment, but no significant difference existed in soil erosion modulus among the three reforestation treatments. This is mainly due to the improved vegetation properties (i.e., vegetation coverage, biomass of above- and below-ground and litter-fall mass) and soil properties (i.e., bulk density, total porosity, infiltration rate and organic carbon content) in the three reforestation treatments compared to CSF treatment. The PSF and EEF are recommended as the preferred reforestation types to control runoff and soil erosion in the red soil region of southern China, with the NST potentially being used as an important supplement.     

芦溪流域非点源污染物流失的一般规律

以芦溪小流域为研究对象,监测在自然降雨条件下,不同土地利用类型小区、流域出口的污染物流失情况,研究一次降雨径流过程中非点源污染物流失的一般规律,以及不同前期降雨条件下的污染物流失特征.研究表明:随着前期降雨量的增大,SS的流失明显降低,当试验前5天总降雨量为15、115、161mm时,流域出口的SS流失浓度分别为265.6、145.8和124.2mg/L;流域出口的营养物质与COD受前期降雨条件的影响相对较小,波动幅度不大于±15%.小区试验的结果表明:污染物流失浓度的一般规律为:旱地>居民点>草地>林地>水田.植被覆盖可有效地减少泥沙流失,当植被盖度从50%上升到90%时,泥沙流失浓度可减少80%.土壤背景值是决定TN流失浓度的关键因子,旱地、草地、林地的TN流失浓度与土壤背景值的比值为2.75%、2.79%和2.42%.NO₃^--N与NH₄⁺-N的流失浓度随植被盖度的增大而增大.