森林植被影响径流形成机制研究进展

径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义,且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征,没有对水文过程较为清晰的认识,就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标,研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面,认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等,研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看,森林植被影响径流形成机制可以概括为:①森林流域径流形成为变动源区产流机制;②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制;③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的;④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。     

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。     

九龙江流域河流氮输出对土地利用模式和水文状况的响应

流域土地利用模式与水文状况影响河流氮的来源、迁移转化和输出,关乎流域健康与淡水生态系统服务的供给.本研究基于2010~2017年观测数据,采用流域模型、地理信息技术和数理统计等方法从多时空尺度探究亚热带中尺度近海流域——九龙江流域河流氮输出对流域土地利用模式和水文状况的响应机制.结果表明,NO₃^--N是九龙江流域河流水体主要的无机氮形态;农业和城市流域河流水体的氮浓度、输出负荷及其年际与季节变异性高于自然流域;丰水年各类流域河流水体的氮浓度和输出负荷差异总体上高于枯水年;相比水文状况,土地利用与氮年均浓度和输出负荷的正相关性更显著.总体而言,河流氮输出时空变化特征受流域土地利用模式和水文状况的共同作用.     

基于土地利用/覆被情景分析的长期水文效应研究——以西苕溪流域为例

论文以太湖上游的西苕溪流域为研究区,通过土地利用变化模型CLUE-S对未来15年土地利用/覆被变化的空间格局进行模拟,并在此基础上,应用长期水文影响模型L-THIA模拟分析1985年、2002年以及未来15年后3种土地利用情景对地表径流的长期影响,并识别不同土地利用方式转换水文效应的敏感性。结果表明：①在相同的降雨条件下,2017年土地利用情景下年均径流深度较1985年增加61.6mm,且土地利用变化对月径流的影响在春季尤为显著,同时,土地利用变化的水文响应程度,以枯水年响应最强,丰水年响应最弱;②不同土地利用方式转换产生的水文效应存在较大差别,以林地向建设用地转换的水文效应最为敏感,其次是耕地向建设用地、林地向耕地的转换,最后为耕地向林地的转换。文中采用水文模型与土地利用变化模型相耦合的方法,可为土地利用变化水文效应的分析提供新的思路和参考。     

太湖水质与水生生物健康的关联性初探

分别利用内梅罗指数法和底栖动物完整性指数法评价2008~2012年太湖水质和水生生物健康状况.结果表明,太湖全湖水质受到污染,水生生物健康基本处于亚健康状态.水质评价和水生生物评价结果在较大的尺度上呈现相同的趋势:从全湖尺度上看,水质和水生生物评价都显示东太湖的水生态健康状况总体上好于太湖其他部分.从时间上看,2008~2012年太湖水质等级和水生生物健康状况均低于20世纪60年代的水平.两种评价结果在短时间尺度和某些点位间存在差异,这是由于:①两种评价方法关注的时间尺度有所差异;②水生生物健康不仅与水质有关,还与水体生境有关.有机污染物和过剩营养盐是影响太湖水质和水生生物健康状况的主要因素,因此降低太湖及其入湖河流中有机污染物和营养盐的浓度是改善太湖水质和水生态功能的有效方法.     

太子河流域土地利用对大型底栖动物功能摄食类群的影响

水生生物群落功能结构研究不仅是河流生态学的基础,也有助于更好地剖析水生生物对环境压力的响应关系.为探明土地利用对大型底栖动物FFGs（功能摄食类群）的影响,于2009年5月对太子河流域47个采样点（6个参照样点、41个受损样点）的大型底栖动物进行调查,分析其FFGs结构及与流域土地利用类型（森林用地、草业用地、农业用地和城镇用地）和环境因子的关系.结果表明:①受损样点的ALT（海拔）、WT（水温）、EC、ρ（NH₄+-N）和ρ（PO₄3--P）均显著高于参照样点.②受损样点捕食者、刮食者与撕食者的相对丰度、丰富度及密度、直接收集者丰富度、刮食者的Shannon-Wiener指数及Pielou指数、直接收集者与捕食者Margalef指数和刮食者Simpson指数均显著低于参照样点,而直接收集者的相对丰度则显著高于参照样点.③Spearman相关性分析结果表明,农业用地和城镇用地比例增加会造成河流水质恶化及大型底栖动物FFGs结构发生变化.④CCA结果表明,EC是影响大型底栖动物FFGs结构分布的主要环境因子.研究显示,大型底栖动物FFGs对太子河流域农业活动与城镇化的响应敏感,可以为利用大型底栖动物FFGs监测流域环境压力提供理论支持.      

三峡小流域水体硝态氮含量变化特征及其影响因素研究

为了解三峡地区典型农业流域水体水质状况以及对流域各影响因素的响应,在2004年和2005年间,对三峡库区内长江一级支流曲溪的水体硝态氮含量进行了连续监测,利用划分子流域的方法,分析了该流域异质景观条件下溪流水硝态氮含量的变化特征.结果表明,该流域溪流水体中硝态氮含量变化在0.4～14.6 mg·L-1之间,且其含量冬季＞秋季＞夏季＞春季,年际之间也存在着一定的差异,随着农业活动对环境影响的日益加剧水体中硝态氮含量还有加大的趋势;在该流域内水体硝态氮含量与不同类型的土地利用之间存在不同程度的相关性;而且流域内地质水文特征等环境因素对水体硝态氮含量有一定的影响,说明在流域尺度上水体硝态氮含量对影响因素的响应是明显的.     

城市化流域的土地利用变化对水文过程的影响——以秦淮河流域为例

以城市化流域--秦淮河流域为例,采用SWAT分布式水文模型,结合遥感和地理信息系统技术,对流域1987~2000年的土地利用变化对水文过程的影响进行探讨和研究。结果表明,13年中秦淮河流域的土地利用变化对流域的径流影响较大,2000年土地利用情景相对于1987年的模拟结果,1980s~1990s年径流增加约为5%~6%;在相同的土地利用变化条件下,枯水年的水文响应最强,其次是平水年,丰水年响应最弱;在任意降雨条件,林地向建设用地转化,其径流系数增加0.3以上,水田向建设用地、旱地向建设用地转化,其径流系数增加0.2~0.3,林地向旱地、水田向旱地、林地向水田的转化,其径流系数增加幅度在0.1以下。     

北部湾南流江流域土地覆盖及生物多样性模拟

以北部湾独流入海河流南流江流域为研究对象,基于研究区2000年和2015年遥感数据解译的土地利用数据以及社会经济等数据,采用CLUE-S模型对未来2030年生态保护情景、自然增长情景以及粮食安全情景的土地利用格局进行了模拟预测,在此基础上采用InVEST模型对流域过去和未来不同情景的生物多样性进行了评估,探讨了流域生物多样性的生境质量和生境退化程度.结果表明：2000~2015年南流江流域建设用地、园地、水域和未利用地呈现出增加趋势,其中建设用地的增幅最大,而耕地和林地减幅最大.流域土地系统中共存在着34种土地网络转移流关系,上游存在24种,中游20种,下游28种,耕地与建设用地、耕地与林地以及林地与园地之间的转换占到流域总土地利用变化的70.74%.CLUE-S模型模拟未来土地利用的Kappa系数达到0.86,表明模型模拟未来情景的土地利用精度满足要求.2000年、2015年、2030年生态保护情景、2030年自然增长情景以及2030年粮食安全情景流域生境质量总得分和平均得分分别为866630,900357,921055,876231,865370和0.7457,0.7747,0.7925,0.7539,0.7466.2030年3种情景的中上游和下游地区生物多样性都呈现出不同程度的改善趋势,而中游地区则表现出退化趋势.     

北京土地利用/覆盖变化机制研究

利用７０年代、８０年代和９０年代（ＳＰＯＴ）３个时段北京市土地利用资料进行土地利用／覆盖研究,分析其变化机制。北京土地利用变化的形式主要以轴向扩展、卫星城建设、工厂郊迁、郊区大型中价商城建设、郊外别墅区等为主,土地覆盖变化的主要形式有：①内城更新与改造;②商贸街的重建;③粗放型用地向集约型用地的转变。     

我国水生态系统完整性研究的重大意义、现状、挑战与主要任务

水生态系统完整性研究是当今国际热点,维护水生态系统健康与稳定已成为世界各国水生态系统保护的目标、方向和管理策略. “十三五”以来,我国地表水环境质量改善效果显著,但部分流域或局部水生态退化问题成为突出短板,强调水生态系统整体保护、促进水生态环境质量全面改善、提高生态系统自我修复能力将是未来我国水生态环境保护的重点任务. 本文详细剖析了典型流域水生态系统保护现状和需求,阐述了我国开展水生态系统完整性研究的重大意义,系统总结了完整性研究国际进展和应用实践,深入分析了当前我国完整性研究面临的主要挑战,提出了未来发展思路与重点任务. 加快研发完整性监测与评价新技术,建立物理、化学和水生生物多要素统筹的完整性评价指标体系,创新发展多尺度完整性评价理论,持续开展典型流域完整性状况评估,摸清水生态家底及演变趋势;突破完整性退化诊断与修复调控新技术,厘清退化机制及驱动因子,阐明气候变化与人类活动复杂压力下退化水生态系统修复路径和调控策略,提升水生态系统保护修复的科学性,加快推动我国水生态环境管理制度迈上新台阶,为恢复和维持重点流域水生态系统原真性和完整性提供科技支撑.      

流域水生态系统健康与生态文明建设

健康的流域水生态系统是保障流域经济社会可持续发展的基础,解决我国严峻的流域水生态系统健康问题迫切需要开展以流域为基本单元的生态文明建设. 针对我国流域水生态系统健康现状,确立了流域生态文明的概念和内涵,提出了流域生态文明建设的基本框架和主要任务. 以保障流域自然生态系统的完整性、流域经济社会系统发展的可持续性、人居环境的生态性为内涵,构建流域水生态-经济社会复合生态系统的动态平衡是流域生态文明建设的基本框架. 流域生态文明建设的主要任务:①构建以水生态系统健康为目标的流域分区管理模式,优化国土空间开发;②健全流域的水环境质量基准和标准体系,科学确定生态系统保护阈值;③建立以流域生态承载力为约束的污染物总量控制技术,优化产业结构与布局;④以保障流域环境流量为前提,实现水资源生态利用;⑤加强人居环境生态建设,实现流域城市生态化发展;⑥加强生态制度建设,构建流域生态文明建设长效机制.该研究成果可以为实现流域人与自然和谐发展提供理论指导.      

森林与径流关系——一致性和复杂性

@论文综述国外近一个世纪以来在配对集水区研究方面所取得的结论,从水的自然属性出发,从森林变化对径流(年径流量、洪峰与枯水径流)的影响,径流响应的干扰临界值及水文恢复各方面探讨森林变化与径流关系的一致性与复杂性。森林变化与径流关系的一致性主要表现在由较长时间尺度表达的年径流量上。绝大多数的配对集水区的试验研究表明,采伐森林就会增加年径流量,而在荒地上造林就会减少年径流量。而由较短时间尺度表达的洪峰径流与枯水流量则呈现较大的复杂性和难预估性。综述表明,对径流特别是洪峰与枯水径流的定义及分析方法的不同也是造成森林与径流关系复杂性的重要原因。森林与径流关系的复杂性要求人们在研究及应用其关系时就必须有系统观,必须考虑植被、径流与其它过程(土壤变化、气候变化等)的相互作用。论文还认为尽管配对集水区试验作为一种研究方法为研究者提供了许多可靠的结论,但由于许多研究者只把集水区看作是“黑箱”Q从而对认识森林与径流关系的复杂性有一定的局限性。未来的研究应把配对集水区的试验与其它对过程的研究技术(同位素、GIS等技术)结合起来。     

基于化学与生物复合指标的流域水生态系统健康评价——以滇池为例

水生态系统在人类社会的发展过程中发挥着至关重要的作用,由于人类活动的干扰,水生态系统的健康状况受到严重威胁.因此,本研究在对滇池流域水生态系统状况深入调查研究的基础上,根据水质状态和生态特性,利用层次分析法构建以化学完整性和生物完整性为标准的滇池流域水生态系统健康评估指标体系,计算各样点健康评价指标,综合评价滇池流域水生态系统健康状态.结果表明:滇池全流域水生态系统整体健康状态处于中下水平,流域上游区域健康等级多为良好,流域中游区域健康等级多为一般,流域下游区域健康等级多为一般和极差;滇池湖体健康等级则多为一般和差,尤以滇池北部(草海)健康状况较差;滇池流域河流和水库的健康状态整体比滇池湖泊的健康状态好,河流和水库的健康状态差异性不显著;生物状况是滇池流域水生态系统健康状态较差的主要限制性因素.     

城市化水文效应研究进展

受人类活动特别是城市化的影响,天然水文过程发生了显著变化。目前城市化的水文效应研究已经成为国际上的热点问题和前沿领域。文章回顾了国内外城市化过程所引起的水文效应研究现状,述评了现有研究方法和主要研究内容:①城市化对降水的影响具有地区差异和季节差异,其影响程度还存在争议,城市化降水效应机理有待研究;②城市化地区河网结构趋于简单,目前平原河网地区水系分级方法不明确;③不透水面变化改变长期径流量、水质以及暴雨洪水洪峰流量、洪峰过程,其定量关系的阈值需要确立;④变化下垫面条件下流域生态系统结构和功能,水文过程与生态过程耦合需要进一步研究。最后提出了存在问题和进一步研究的思路,以便作为城市水文学研究的参考。     

土地利用/覆被变化的水文效应研究进展

随着社会的不断进步和人口的迅速膨胀,土地利用/覆被变化对水文过程产生了重大影响,其研究已经成为国际热点问题和前沿领域。论文首先分析了LUCC水文效应的研究方法,然后从土地利用/覆被变化的驱动力方面:造林与毁林、城市化过程与农业开发活动以及水土保持等,概述了LUCC水文效应的研究进展。综合分析表明:关于城市化过程的水文影响研究,一般认为,在城市化快速发展的驱动下,不透水面积大量增加,改变了水量平衡状况,造成入渗减少,洪峰流量增大,但不同地区城市化发展程度的不同使得水文效应的表现也不相同;水土保持水文效应的研究一般认为,水土保持通过植树造林、种草、修建梯田、淤地坝等措施,使得区域/流域下垫面覆盖状况发生了很大的改变,造成年径流和洪峰流量减少,而使入渗和枯季径流增加,但因地理位置和气象条件等方面的差异,不同地区水土保持产生的水文影响也有所差别;造林与毁林、农业开发活动对水文过程的影响则因研究尺度、区域位置、气象条件、研究对象等因素的影响出现了较大的差异。因此,需考虑多方面因素的影响,正确评价土地利用/覆被变化的水文效应,为水土资源的合理配置和可持续利用提供科学依据。     

水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响研究进展

淡水生态系统温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放是全球气候变化背景下的研究热点。水生植物作为淡水生态系统重要的组成部分,对水体生源要素的生物地球化学循环过程具有重要影响,进而影响水体温室气体产生与排放。本研究基于目前水生植物与水体温室气体排放关系的研究,探讨了水生植物对淡水生态系统温室气体排放动力学过程的影响,提出水生植物分布区可能是温室气体排放热点;水生植物种类、生活型的多样性增加了水体温室气体排放的变异性和不确定性,对监测和估算方法的准确性产生一定影响;进一步总结了水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响机制:1)机械作用,包括气体传输通道作用和浮叶植物的滞留作用; 2)水生植物光合/呼吸作用参与水体碳循环,同时水生植物凋落物分解为水体代谢提供新鲜碳、氮源,提高温室气体产生速率; 3)改变根际厌氧环境,影响根际CH_4和N_2O产生与排放; 4)水生植物群落改变水体生态因子分配格局,影响水体异养代谢等。基于当前研究现状,本文提出要进一步开展不同尺度或不同生境条件下水生植物种类、生活型和生长代谢等对水体温室气体排放动力学的影响研究,并从水生植物群落尺度构建温室气体排放动力学模型,优化监测方法与估算模型,为推进我国淡水生态系统温室气体排放研究提供理论基础。     

中国水生态分区初探

从生态系统的角度管理自然资源以及进行环境保护,已经成为国际环境保护领域的主流趋势.基于生态分区和地理分类单元开展环境保护与资源管理,已广为世界各国所接受.淡水生态分区是生态分区的一个重要类型,与水文分区和水环境功能分区相比,其在管理、评价和保护河流、溪流和湖泊等淡水水体资源、环境及水生生态系统方面,具有不可比拟的优势.本研究比较了国内外主要水体分区体系,分析各分区体系的优劣,强调在中国开展水生态分区研究的必要性.在此基础上,提出中国水生态分区的目标、范围和指标体系的设想,指出中国水生态分区应根据中国淡水生态系统实际和环境特征,着重突出河流和湖泊等水体的生态服务功能、水生生态系统的敏感性和人类活动的干扰与影响,并就中国水生态分区的范围、分类指标及水生态分区在将来环境管理中与其他现行分区体系的协调做了探讨.     

长三角典型城郊流域生物可降解性有机质的分布及影响因素

快速城镇化改变了流域水体中碳的生物地球化学循环过程,生物可利用性的溶解性有机质组分是其中最为关键的一环,辨识生物可降解性有机质(BDOM)的时空分布特征及其影响因素对流域水质管控具有重要意义和应用价值.以长三角地区典型城郊流域樟溪为研究对象,根据流域地形特征、土地利用及人类活动强度布设监测点位,于2019年分别在雨季和旱季采样,利用三维荧光平行因子(EEM-PARAFAC)方法结合源汇景观模型研究流域水体BDOM的时空分布特征.结果表明,流域中生物可降解性有机碳浓度范围在0.57～6.80 mg·L^-1,且具有较高的时空异质性,人类活动强度较高的区域水体中BDOM的浓度也相对较高,且雨季显著高于旱季.EEM-PARAFAC分析结果表明,流域BDOM主要包括陆源腐殖质(C1)和类蛋白质类(C2)这2种荧光组分.流域BDOM及其陆源腐殖质荧光组分主要受土地利用和人类活动的影响,其浓度与农业及城镇用地比例和源汇景观负荷比(LWLI)关系密切,表明城镇化过程中人类活动是影响BDOM分布的重要因素.