水资源利用对敦煌市生态环境演变的影响分析

基于遥感数据的解译分析,从1987年到2007年敦煌市自然植被面积下降543.69 km²,自然生态系统面积缩小17.62%,土地荒漠化趋势明显。根据实际测定的样方生物量与对应的土地利用类型面积拟合曲线,估算这一时期自然植被的生物量从102.42×10⁴ t下降到72.33×10⁴ t。敦煌市自然植被和人类活动的用水量此消彼长,总用水规模在6.3×10⁸ m³左右。自然植被用水量从1987年的3.072 7×10⁸ m³减少到2007年的2.17×10⁸ m³,净减少达30%。人类活动用水量从1987年的3.315 7×10⁸ m³增加到2007年的4.093×10⁸ m³。疏勒河干流及其支流党河都因为人类活动用水大量增加,挤占了自然植被的用水。特别是农业灌溉占用了绝大部分水资源,成为敦煌生态环境退化的主要原因。恢复和保护敦煌的生态问题,不仅需要调控党河流域的人类活动,也要调控疏勒河干流地区的人类活动。     

产品贸易对区域水资源的影响分析

论文以北京市为例,计算了1997年北京市各产业部门的用水系数和废污水排放系数指标。分析发现,农业、化学等产业部门用水系数和废污水排放系数都较高,用水效率低,1997年北京市这些部门产品贸易输入量较大;货邮、电子、服务等产业部门用水系数和废污水排放系数都较低,用水效率高,1997年北京市这些部门产品贸易输出量大。1997年北京市因产品贸易输出水资源149942×10⁴m³,输入水资源304001×10⁴m³,净输入水资源154059×10⁴m³;因产品贸易输出废污水79300×10⁴m³,输入废污水41506×10⁴m³,转移废污水37794×10⁴m³。由此得出结论,1997年北京市产品贸易是有效缓解北京市水资源紧缺形势的途径和策略。针对北京市未来更加严峻的水资源形势,提出北京市应进一步巩固和发展货邮、电子、服务行业,尽量压缩农业、食品、电力、纺织、化学、商饮、造纸等行业发展。     

黄河流域可供水量究竟有多少?

摘要:黄河是我国水资源最紧张的河流之一,但关于黄河流域可供水量,几个很权威的文献却差别很大,高的达到692×10⁸m³,低的低到580×10⁸m³。而20世纪90年代又出现了黄河流域天然径流大为减少的情况,平水年份下河川天然径流量比多年平均减少110×10⁸m³。所以,黄河流域的可供水量究竟有多少是急迫需要弄清的问题,因为它关系到黄河流域的水资源可持续利用战略决策。论文的研究结论是:在2010年水平年,在平水年条件下,黄河流域的可供水量只有550×10⁸～560×10⁸m³,其中地表水390×10⁸～400×10⁸m³,地下水160×10⁸m³。所以,黄河流域的可供水量比原来估算的最低数580×10⁸m³还低20×10⁸～30×10⁸m³,而比原来估计的最高数692×10⁸m³要低20%,差140×10⁸m³。这就给黄河流域的水资源供需平衡对策提出了更严峻的问题。     

基于景观格局的干旱内陆河流域生态风险分析——以石羊河流域为例

合理评估流域生态风险,对于优化流域景观格局、建立流域生态风险预警机制、降低流域生态环境风险、维护流域生态功能具有十分重要的意义。文章以干旱内陆河典型流域为研究对象,以三期遥感数据为基础,构建生态风险指数,结合ArcGIS的空间分析功能,对流域生态风险的时空特征进行分析,结果表明：1987-2010 年,流域景观发生较大了变化,草地面积减少12.73×10⁴ hm²,未利用地面积增加15.59×10⁴ hm²;将生态风险划分为5 个等级,其中低生态风险区向流域上游不断迁移,面积减少31.89×10⁴ hm²,较低生态风险区向上游和中游不断延伸,面积增加29.30×10⁴ hm²,高生态风险区向下游不断扩展,面积增加58.69×10⁴hm²;流域生态风险转换方式共有7 种,低向高等级转化的总面积为122.56×10⁴ hm²,高向低等级转化的总面积为6.12×10⁴ hm²,生态风险呈增高趋势。     

海河流域水量平衡与水资源安全问题研究

海河流域的水资源问题十分严重,但是水量平衡问题尚未很好地解决。水量平衡有三层含义,第一是降雨径流平衡;第二是水资源的供用耗排平衡;第三是水资源的供需平衡。目前海河流域水资源供用耗排平衡不明确的主要原因是非用水消耗量的定量不明确,论文对海河流域的现状水量平衡问题进行了分析和计算,得出了一般平水偏枯年份下的各平衡要素是定量值,其中海河流域年用水量为410×10⁸m³,入海水量为50×10⁸～100×10⁸m³,非用水消耗量为59×10⁸～71×10⁸m³,并对缺水量进行估算。论文还分析了近年来海河流域的用水特点,对水资源供需平衡进行研究和探讨,按照有关方法对过去几年中海河水安全状况进行评价,得出了1994～1996年海河流域供水安全而1997～2001年不安全的结论,并提出了今后要达到水资源供需平衡需要的条件以及应采取的对策和建议。     

开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的定量分析

开都河是注入博斯腾湖的最大河流,1958～2002年间平均入湖水量达23.62×10⁸m³,占博斯腾湖总补给量的80%以上。1958年以来开都河灌区灌溉引水量维持在8.17×10⁸m³～13.18×10⁸m³之间,其中20世纪60年代灌溉引水量平均为10.14×10⁸m³/a,占开都河径流量的31.1%;70年代引水量上升到12.15×10⁸m³/a,为开都河径流量的36.5%;80年代引水量下降到11.29×10⁸m³/a,但引水量仍占开都河径流量的36.5%;90年代灌溉引水量进一步降至9.85×10⁸m³/a,仅占径流量的27.1%。通过水量平衡分析和相关回归计算,得出开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的数值:20世纪60年代平均值为62.4km²;70年代平均值为80.8km²;80年代、90年代分别为90.4km²、76.7km²,2000年以来平均仅为41.3km²。由此可见,45年来开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积的影响经历了弱→强→弱的变化过程。     

香港海沙资源的勘探开发与管理

海沙开采已成为仅次于油气开采的世界第二重要海洋开采业。1980年代以来,香港政府投资1.7×10⁸港元为寻找海岸围垦填料进行了一系列的海沙勘探活动,在1828km²香港水域发现22个地点海沙资源储量7.4×10⁸m³,其中9个地点4.2×10⁸m³储量因覆盖层较厚或污染严重或海区环境特别敏感等原因被暂时搁置。1990～2002年共开采海沙2.7×10⁸m³,为形成2100hm²新土地的多项围垦工程提供了约一半的填料。基于地球物理勘探和钻探资料建立了香港海域第四纪层序和海沙产状地质模型,发现和证实了含气沉积物地震剖面的声波浑浊现象。香港政府对海沙资源进行统一勘探和统一管理,强调海沙开采的环境和生态影响评估,利用废弃的海床挖沙坑回填倾废的非污染海泥和受污染海泥。我国内地海沙勘探管理可以从中取得借鉴。     

山西省永定河流域林草植被生态需水研究

以山西永定河流域及周边17 个气象站点1957—2000 年的气象资料为依据,在GIS支持下,从时空角度定量分析了山西永定河流域林草植被生态需水及其在不同植被类型、流域不同地区及植被生长期内的分配。研究结果表明: 山西永定河流域植被建设最小生态需水量为1 628.5×10⁶ m³,对应的盈余水量为653.5×10⁶ m³,适宜生态需水量为2 709.5×10⁶ m³,对应的生态缺水量为427.5×10⁶ m³;降雨总体上能满足相应面积草、灌、乔植被生长期最小生态需水及草地适宜生态需水,基本满足灌木植被的适宜生态需水,不能满足乔木植被适宜生态需水;生态缺水较多的区域主要是大同、怀仁和左云等地,缺水时段集中在4—6 月。关键词:生态需水;林草植被;GIS;山西永定河流域     

西北地区水资源数量、质量及其分布规律

运用40年降雨、蒸发、径流的同步资料,计算了西北地区的降水总量为7981.9×10⁸m³,地表水资源总量为2164.8×10⁸m³;地下水资源量为1034.6×10⁸m³,扣除重复量后的水资源总量为2304.4×10⁸m³。分析了水资源的地区分布及年内、年际变化规律,评价了西北地区水资源质量,并总结了西北内陆河区径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地等水资源六大特点。     

新疆玛纳斯河流域农业水资源可利用潜力分析

结合新疆玛纳斯河流域水文水资源、种植结构和节水技术发展等资料,从开源、节流两方面对流域近期(至2010年)、中远期(2010-2030年)农业水资源极限潜力、可挖掘潜力进行了估算。结果表明,就目前水资源的利用水平和开发趋势,玛纳斯河流域未来农业水资源的主要利用途径是开源与节流相结合,以节流为主。全流域尚有的农业灌溉水资源极限潜力为10.75×10⁸m³,近期农业水资源可挖掘潜力为2.13×10⁸m³,其中开源增水潜力0.40×10⁸m³,占18.8%,节流增水潜力1.73×10⁸m³,占81.2%;中远期农业水资源可挖掘潜力5.33×10⁸m³,其中开源增水潜力1.12×10⁸m³,占21.0%,节流增水潜力4.21×10⁸m³,占79.0%。该研究对区域制订节水灌溉规划及水资源系统优化配置具有重要参考价值。     

关于生态用水研究的讨论

十几年生态用水研究进展,其概念从自然地理平衡说法到生态系统稳定说法,至今未明确统一。按生态用水概念的内涵,将生态、环境、生态环境与用水、需水、耗水6个词的多样组合归纳为生态需水和生态用水两个词。地带性植被生态用水是生态用水研究的基础,可为生态保护和植被建设提供依据和目标。建议生态用水概念定义为:维持各类生态系统正常发育与相对稳定所必需消耗和现存的水称为生态用水。     

水稻种植对中亚热带红壤丘陵区小流域氮磷养分输出的影响

以湖南省长沙县的脱甲流域(高水稻种植面积比例)和涧山流域(低水稻种植面积比例)为研究对象,对比研究红壤丘陵地区典型农业流域水稻种植对河流水体氮磷浓度和输出强度的影响.连续16个月的监测结果表明,脱甲和涧山流域河流水体均存在比较严重的养分污染,尤其是氮污染;对比两个流域,脱甲流域河流水体的氮磷浓度水平和水质恶化程度均高于涧山流域.从养分组成来看,脱甲流域河流水体中氮以铵态氮为主(占总氮的58.5%),而涧山流域主要是硝态氮(占总氮的76.1%).脱甲流域中可溶性磷占总磷比例为47.1%,高于涧山流域的37.5%.从养分浓度变化的时间动态而言,两个流域河流中各形态氮素水平在1~2月和7月较高,而可溶性磷和总磷在5~6月和10~12月出现两个峰值.由于两个流域河道径流主要集中在水稻种植期间的4~10月,脱甲流域河流中较高的氮磷养分浓度意味着潜在的氮磷流失风险.脱甲流域月平均总氮输出通量为1.67 kg·(hm2·月)-1,总磷为0.06 kg·(hm2·月)-1,均高于涧山流域的0.44 kg·(hm2·月)-1和0.02kg·(hm2·月)-1.考虑到两个流域的气候、地形地貌、土壤类型、农田耕作方式相似而只是水稻种植面积比例不同,因此,在该地区传统的水稻栽培管理模式下,较高面积比例的水稻种植对流域河流水体环境存在潜在威胁.     

印江槽谷型喀斯特地区植被碳储量及固碳潜力研究

以印江槽谷型喀斯特石漠化地区11种植被类型(人工纯林、人工混交林、天然纯林、天然混交林、疏林、竹林、经果林、灌木林、石山地、宜林地、草地)为研究对象,分析了植被碳储量的空间分布格局,并对区域植被固碳速率、碳储量进行了估算,并预测了理论最大固碳潜力。结果表明:印江研究区植被碳储量空间分布为,乔木层(25.06 t/hm²) > 灌木层(3.51 t/hm²) > 草本层(1.10 t/hm²),其平均固碳速率为10.63 t/(hm²·a),植被碳储量为172.23×10³ t,植被理论最大固碳潜力为94.02 t/hm²。研究结果对于评价和估计印江槽谷型喀斯特石漠化地区森林的碳汇功能,以及提高碳储量有重要意义。     

水肥用量对玉米季土壤CO2排放的综合影响

为揭示水肥用量对农田生态系统土壤CO_2排放的综合影响,试验设高水W1(90 mm)、中水W0.85(76.5 mm)、低水W0.7(63 mm)这3个灌水水平,300、255、210和0 kg·hm~(-2)这4个施氮水平和90、76.5、63和0 kg·hm~(-2)这4个施磷水平,采用静态暗箱-气相色谱法对夏玉米地土壤CO_2排放进行原位观测,分析土壤CO_2排放对水肥调控的动态响应.结果表明,玉米季农田土壤CO_2排放呈双峰曲线,主峰值出现在拔节期至抽雄期,次峰出现在抽雄至灌浆期,其他阶段排放通量较低.W1在高肥F1(N 300 kg·hm~(-2),P2O590 kg·hm~(-2))和低肥F0.7(N 210 kg·hm~(-2),P2O563 kg·hm~(-2))水平下全生育期土壤CO_2平均排放通量均显著高于W0.7(P0.05);中肥F0.85(N 255 kg·hm~(-2),P2O576.5 kg·hm~(-2))和F0.7水平下,W0.85与W0.7差异不显著(P0.05).W1水平下,F1比F0.7显著增大14.82%(P0.05);W0.85水平下,F0.85比F0.7显著增大8.03%(P0.05);而W0.7水平下各施肥水平间无显著性差异.单施氮(N 210 kg·hm~(-2))或磷(P2O563 kg·hm~(-2))、氮磷配施(N 210 kg·hm~(-2)、P2O563kg·hm~(-2))较不施肥处理分别显著增加23.70%、19.00%和12.30%,且氮磷交互作用极显著(P0.01).方差分析表明,供应水平相差15%时,水肥交互作用对全生育期土壤CO_2平均排放通量影响不显著(P0.05),而对土壤CO_2累计排放量影响显著(P0.05);供应水平相差30%时水肥交互作用对全生育期土壤CO_2平均排放通量和累计排放量均影响显著(P0.05).可见,灌水量、施氮量、施磷量单因素均显著促进土壤CO_2排放,而氮磷配施起抑制作用.土壤CO_2排放与水、肥供应水平均有密切关系,水肥交互显著促进了土壤CO_2排放,通过水肥联合调控可有效调节土壤CO_2排放.     

华蓥市山区侧柏人工林土壤特性及水源涵养能力对林分密度的响应

为研究林分密度对侧柏人工林土壤特性及水源涵养能力的影响,以华蓥市7种林分密度侧柏林为研究对象,通过固定样地调查及取样分析方法,测定土壤理化性质、枯落物持水量并计算林地贮水能力,并采用方差分析、相关分析等研究了其对林分密度的响应,探讨林分最适留存密度,以期为当地侧柏人工林的可持续经营提供依据。结果显示:侧柏人工林枯落物最大持水率随林分密度增加先变大再减小,有效拦蓄量对林分密度的响应差异显著,中等密度(3 975株/hm~2)侧柏林拦蓄能力最优;林分密度对土壤团聚体分形维数、平均质量直径、平均几何直径都有显著影响,随着林分密度的增加均表现为先增加后减小的趋势,土壤团聚体有机质对林分密度响应差异显著,含量最高的为4 250株/hm~2;林分密度对土壤最大持水量和毛管持水量的影响差异显著,但较浅层土壤在675～5 300株/hm~2密度下土壤持水能力随林分密度变大而增强;综合来看,林下枯落物层是该地区侧柏人工林水源涵养功能的主体,林地有效拦蓄量按林分密度排序为3 975株/hm~21 475株/hm~24 250株/hm~25 775株/hm~25 300株/hm~22 675株/hm~2675株/hm~2,中等林分密度的涵养水源功能最佳。     

华西雨屏区典型人工林对降雨过程中NH_4~+-N和NO_3~--N的过滤作用

氮沉降已成为河流、湖泊及城市等生态系统的主要污染威胁因素之一,森林生态系统能从林冠、地被和土壤自上而下截留过滤大气降雨中的NH+4-N和NO-3-N,是区域大气环境污染生态防治的重要途径.选取华西雨屏区几种典型人工林森林生态系统为研究对象,采用定位监测与室内分析相结合的研究方法,于2011年4—12月对大气降水、穿透雨、树干茎流、地表径流和地下渗滤NH+4-N和NO-3-N的含量与分配进行了研究.结果表明:观测期内40次降雨总雨量为492.72 mm,NH+4-N和NO-3-N的总沉降量分别为13.248 kg·hm-2和16.320 kg·hm-2;3种人工林林冠层对NH+4-N和NO-3-N的过滤能力表现为香樟林混交林柳杉林,而地表和土壤层均表现为混交林香樟林柳杉林;无林地、香樟林、柳杉林和混交林生态系统无机氮截留过滤净输入量分别为19.557、44.079、42.331、64.896 kg·hm-2,对无机氮的综合过滤作用表现为混交林香樟林柳杉林无林地.这些结果说明华西雨屏区合理配置混交林能更加有效地降低大气氮沉降对生态系统的影响.     

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

华北半干旱区2个农业流域地表氮素流失特征的对比研究

在2004和2005年2个水文年期间,通过野外降雨径流监测和室内分析,对位于华北半干旱地区天津市重要饮用水水源地于桥水库周边2个典型农业小流域地表径流氮素流失特征进行了对比研究.结果表明,2个农业小流域全年氮输出主要集 中在6-9月;试验期间桃花寺流域41%的地表径流和52%的总氮负荷发生在2次>60 mm降雨中,曹各庄流域输出地表径 流和总氮负荷较均匀地分布于不同降雨类型的降雨事件中;桃花寺流域和曹各庄流域地表径流氮素输出发生的最小降雨量 分别约为20 mm和10 mm;曹各庄流域和桃花寺流域年均径流系数分别为0.013 2和0.001 6,前者为后者的8.3倍;曹各庄流域 年均总氮输出量是1.048 kg·(hm2·a)-1,桃花寺流域年均总氮输出量是0.158 kg·(hm2·a)-1,前者是后者的6.6倍.2个农业流 域内的微地形地貌、景观格局和迁移廊道性质的不同是造成流域氮素流失特征差异的主要原因:受长期人为活动干扰形成的 复杂地形地貌结构降低了流域的降雨一产流能力;桃花寺流域地表径流氮素主要污染源(村庄)离受纳水体的距离约为 1 500 m,而曹各庄流域此距离约为200 m,较短的迁移距离增加氮素迁移到受纳水体的风险;曹各庄流域道路型的传输廊道可 以很快地将地表径流氮素迁移到受纳水体,而桃花寺流域地表径流氮素则可以在传输廊道中被小石坝、植被过滤带和干塘等 "汇"型结构所持留.     

中国植被对氮和盐基阳离子吸收速率及其在土壤酸化中的作用

植被对氮和盐基阳离子的吸收是除酸沉降外另一个重要的土壤酸度来源.本研究基于中国植被的净初级生产力和元素化学组成确定了中国植被对氮和盐基阳离子的吸收速率.结果表明中国东南部,包括东北、华北、华东和华南地区,植被对氮的吸收速率普遍较低,而在中国的西北部吸收速率较高,并且由东南向西北逐渐递减对盐基阳离子来说,吸收速率较高(>2.0 keq·(hm²·a)^-1)的植被有亚热带、热带常绿阔叶林、温带石灰岩落叶阔叶林、温带落叶灌丛和亚热带、热带稀树灌木草原等,它们主要分布在华北西北部、云南南部和海南岛西部,而吸收速率较低(<0.5 keq·hm²·a)^-1)的植被则主要包括分布在东部亚热带地区的常绿针叶林以及分布在西部干旱地区的各种荒漠和草原尽管中国大多数地区不会因为植被吸收而造成显著的土壤酸度增加,但在少数地区,植物吸收造成的土壤酸度输入却不容忽视(>0.5 keq·(hm²·a)^-1)由于这些地区植被吸收造成的土壤酸度输入已经大于或相当于目前的酸沉降水平,而且两者之和也超过了土壤的风化速率,这些地区可能面临土壤的酸化问题.     

旱季不同土地利用类型下岩溶碳汇效应差异

为研究不同土地利用类型下碳酸盐岩溶蚀对土壤CO2消耗量的差异,在2013年11月至2014年5月选取了柏树湾泉、兰花沟泉和后沟泉这3个岩溶泉进行水化学分析及野外监测.结果表明,在上覆植被为林地的柏树湾泉域,泉水的HCO-3浓度最高,草地与耕地下的兰花沟泉次之,耕地为主的后沟泉最低.柏树湾泉的HCO-3主要来自于碳酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比接近0.5,而兰花沟泉和后沟泉的HCO-3则主要来源于硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比远远大于0.5.柏树湾泉域由于凋落物的输入以及土壤透气性差,土壤CO2更容易溶于下渗水并与碳酸盐岩反应,而兰花沟泉和后沟泉的耕地由于土壤疏松,土壤CO2更容易以土壤呼吸的形式返回到大气中.因此,为准确评估岩溶碳汇作用,需要研究不同土地利用类型下碳酸盐岩对CO2消耗量的差异.