基于SSiB4T/TRIFFID模拟的森林植被与流域径流量关系研究

为了揭示森林植被与流域径流量关系的空间分异规律,用生物物理/动态植被模式SSiB4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID进行青弋江流域和西南亚高山区的梭磨河流域各种气候情景的植被演替和碳水循环模拟。根据模拟结果并结合森林集水区试验结果,分析森林植被对流域径流量的影响。模拟结果表明,不存在水分胁迫时,在草地、灌木和森林3种植被类型中,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对温度变化最敏感;存在水分胁迫时,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对降水的变化最敏感。控制试验结果表明,青弋江流域阔叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、灌木和草地蒸散分别为742.2、588.6和546.2 mm·a~(-1),森林蒸散明显大于灌木和草地,森林减小了径流量。梭磨河流域针叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、苔原灌木和草地蒸散分别为387.8、444.3和387.5 mm·a~(-1),森林蒸散低于苔原灌木,森林增加了径流量。但随着温度增加,由于森林蒸散增加幅度明显大于苔原灌木和C3草地,森林蒸散逐渐大于苔原灌木,森林从增加径流量转变为减小径流量。对于湿润地区,随着温度增加,森林从增加径流量转变为对径流量没有明显影响和减小径流量。对于半湿润和半干旱地区,随着降水的减小,森林蒸散减小幅度明显大于灌木和草地,森林对径流量的影响随着降水量的减小而减小。气候的垂直地带性和水平地带性分布对森林植被与流域径流量关系的空间变化起着重要的控制作用。     

气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响模拟

为了揭示气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响,应用生物物理/动态植被模式SSi B4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSi B4T/TRIFFID进行西南亚高山区的梭磨河流域不同气候情景下[背景条件(控制试验)、增温2℃(T+2)、增温5℃+增雨40%(T+5,(1+40%) P)]植被与碳水平衡的动态模拟。控制试验结果显示,流域蒸散在流域为苔原灌木覆盖时达到最大而径流深最小;T+5,(1+40%) P试验流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,由于森林、苔原灌木和C3草地3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5,(1+40%) P试验,森林蒸散从388.1 mm·a-1增加到802.9 mm·a-1,径流深从298.0 mm·a-1减小到157.9 mm·a-1,径流系数从0.43减小到0.16;森林净初级生产力NPP从1 025.5 g·m-2·a-1增加到1 199.5 g·m-2·a-1,净生态系统生产力NEP从476.8g·m-2·a-1增加到650.8g·m-2·a-1。NPP和NEP增加幅度低于蒸散增加的幅度,表征碳水耦合关系的水分利用效率WUE随温度增加而明显减小。WUE和森林-径流关系随海拔高度变化,西南山区气候的垂直地带性分布控制了水分利用效率和森林-径流关系的空间变化。     

荒漠草原典型植物群落枯落物生态水文功能

在退化荒漠草原生态系统恢复过程中,枯落物是联系植被和土壤物质循环与能量流动的重要中间环节,且发挥着重要的生态水文功能。通过调查荒漠草原5种典型植物群落（蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、杂类草群落和沙蒿群落）枯落物蓄积量、持水性能、对降雨的截留和对土壤水分蒸发的抑制作用,分析了荒漠草原不同植被类型枯落物的生态水文功能。结果表明：枯落物蓄积量和最大持水量均为蒙古冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉杂类草群落〉沙蒿群落;5种群落枯落物层对降雨的截留量在3.36～5.27 mm,截留率在3.40%～6.82%,枯落物对降雨的截留量与降雨量呈正相关,而降雨量与截留率呈负相关,且枯落物对降雨的截留具有显著的季节变化规律。在不同枯落物覆盖下,枯落物对土壤的抑制效应也存在显著差异,0.5~2 cm覆盖厚度比不盖枯落物土壤水分蒸发减少了19.25%～76.82%,枯落物层减少土壤水分蒸发效应随枯落物层厚度增大而增加。枯落物的蓄积与覆盖对土壤水分的运移和蓄存产生明显的生物学作用,已经成为荒漠草原最重要的生态过程之一。     

森林生态系统的水文调节功能及生态学机制研究进展

森林水文调节功能是森林所实现的重要服务功能之一,可是由于森林资源被无节制的开采利用,导致人们不断遭受森林破环所带来的洪旱灾害。因此关于森林生态水文功能研究已成为生态学和水文学的研究重点之一。近年来,国内外对森林水文调节过程及其生态学机制进行了广泛深入的研究,所以文章从森林的水文过程出发,对林冠截留、树干流、凋落物层截留、林地水分涵养和蒸发蒸腾及其影响因子的国内外研究现状进行了归纳分析,研究认为林地各冠层均能够截留降雨,降低雨水动能,从而减少地表径流的产生和对地表的冲击;凋落物层能蓄留水分、抑制蒸散、减缓地表径流;而树干流改变降雨水平空间格局,影响水分入渗以及土壤水源涵养。森林结构复杂,明显改变了降雨分配过程,而森林水文过程及调节功能又受到森林结构的制约,因此定量定性探讨森林生态系统的结构、过程与水文调节功能之间关系,是未来森林生态水文功能研究的重点。     

植被覆盖变化对衢江流域水文效应的影响

植被覆盖变化影响流域水文循环及水文过程。选择钱塘江流域的一级支流——衢江流域作为研究对象,收集衢江流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于Arc GIS 10.3平台建立衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。利用SWAT-CUP进行参数敏感性分析,发现土壤蒸发补偿系数、浅层地下水径流系数、基流α系数、浅层地下水蒸发深度阈值、地下水延迟时间和土壤可利用水量6个参数具有较高的敏感性。利用2009—2014年开化和衢州水文观测站实测月径流数据对模拟结果进行校准和验证,获得模型径流模拟的最佳参数。结果表明:率定期和验证期的模拟月径流数据与实测月径流相关系数(r~2)为0.83~0.97,纳什系数(E_(ns))为0.69~0.93,说明模型在衢江流域的模拟效果较好。不同植被覆盖变化情景下水量平衡分析发现,流域内旱地全部转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小;旱地和草地均转化为林地,导致年地表径流量减少12.79 mm,同时增加水分的深层渗漏(12.14 mm);适当增加果园(约5%林地转化为果园)面积不会对流域地表径流和水量平衡产生显著影响;当10%~20%的林地转化为果园时,地表年径流增加了3.86~10.57 mm,水分深层渗漏量减少了4.61~16.46 mm;可见,随着果园面积进一步增加,其对流域水文的影响加剧。因此,山区发展经济林应适度,大面积发展经济林会增加地表径流,减少地下水补给,植被水源涵养功能减弱。研究结果有助于深入认识植被覆盖变化对衢江流域水文效应的影响,同时可为山区林业生产布局和发展提供参考。     

东江流域1959-2009年气候变化及其对径流的影响

依据东江流域21个气象站1959-2009年逐年平均降雨、蒸发、日照、湿度及气温等气象要素序列,选择常用的线性倾向估计及非参数M．K等趋势分析方法,分析了东江流域近50年来气温、降水、蒸发、日照及湿度等气象要素的变化趋势。选择降雨和蒸发两个气候要素两两组合,构成未来气候变动的36种假想情景,运用改进的SCS月模型模拟计算了顺天流域年径流量的变化幅度。结果表明：在过去的50年间,流域降雨量呈不显著增长,而气温则为显著上升,其他气候要素如蒸发、日照及湿度等均呈不同程度减少趋势;关联度分析表明降雨在所有气象要素中与径流的关联度为最大,说明了在东江流域降雨是径流量变化的主要驱动因子;未来流域降雨增加,蒸发减少的气候情景模式下,径流量会有所增加,反之亦然;由降雨变化引起的流域月径流量的增幅较由蒸发变化引起的相应流量的增幅变化大。     

气候变化背景下近15 a乌梁素海流域植被动态变化

以内蒙古乌梁素海流域为研究对象,利用SPOT-VGT NDVI、数字高程模型(DEM)和气象数据,分析了1999—2013年流域植被覆盖变化及其海拔效应,并结合年平均气温和年降水量变化,探讨了流域植被变化对气候变化的响应。结果表明,乌梁素海流域植被覆盖度总体较低,NDVI多年平均值仅为0.213;1999—2013年乌梁素海流域94.8%的区域植被覆盖呈明显增加趋势,2013年NDVI年平均值比1999年增加22.4%;乌梁素海流域的植被覆盖表现为随高程增加而减少的趋势,1999—2013年NDVI年变化率随高程的变化趋势显著,仅在海拔梯度1 000 m处出现显著减小趋势(Mann-Kendall检验的统计值Z-1.64),在其余海拔高度均呈显著增加趋势(Z1.64);1999—2013年乌梁素海流域NDVI年平均值变化与年降水量呈显著正相关(P0.05),与年平均气温呈负相关(P0.05)。     

基于MIKESHE模型的潮河流域土地利用与降水变化对水文的影响评价

运用多测站校正检验机制率定方法,应用MIKESHE模型量化评价土地利用与降水变化对流域水文的影响。结果表明,尽管MIKESHE模型在流域上游大阁站的模拟性能稍逊于下会站和戴营站,3个测站校正和验证阶段的Nash-sutchliffe系数值分别为0.56和0.49、0.65和0.69、0.57和0.68,但模型对于各测站平均径流的模拟效果较好,说明该模型在潮河流域等华北土石山区具有一定的适用性和应用潜力。与基准期(1963—1979年)相比,1980—1989年潮河流域年径流量减少约22 mm,土地利用与降水变化对流域水文变化的贡献相当,两者分别占总径流变化的59%和41%;1990—1999年年径流量较基准期基本没有变化,这主要是由于降水变化与土地利用变化对流域水文的影响作用相反;2000—2008年,流域年径流量较基准期减少35 mm,降水变化对径流减少的影响作用占80%,土地利用变化则占20%。     

天山北坡山地森林林地产流产沙特征及其影响因素分析

植被格局对森林水文过程具有显著影响,量化分析不同植被类型的产流产沙特征很有必要。为探究天山北坡山地森林产流产沙特征及其影响因素,依托天山森林生态系统定位研究站,依据植被类型、林龄、郁闭度、人工林管理方式设置坡面径流观测场14个,对产流产沙量进行了6年的观测,结果表明,(1)各样地的产流产沙量在年际间随降雨量有较大差异,降雨量与产流产沙量相关性显著,并呈多项式分布(P=0—2.952×10~(-7),r~2=0.464—0.698)。(2)裸地的径流系数和土壤侵蚀模数显著高于其他植被类型(P0.001);天然林中,径流系数和土壤侵蚀模数随着林龄的增加逐渐降低,而土壤侵蚀模数在不同林龄间无显著差异(P=0.089—0.984);郁闭度为0.2和0.4的天然中龄林的径流系数和土壤侵蚀模数显著大于郁闭度为0.6和0.8的天然中龄林(P=0.008—0.021);人工林不同管理方式间产流产沙量无显著差异(P=0.657—0.992)。(3)通过径流系数、侵蚀模数与其影响因素的冗余分析和相关性分析,平均株高、郁闭度、冠层活枝高,土壤饱和含水量、枯落物厚度与径流系数和土壤侵蚀模数呈现负相关关系(r=-0.592—-0.842)。研究结果表明在天山北坡山地森林植被覆盖会减小森林地表径流量,而乔木林具有良好的减沙效果。     

黄土露天矿区排土场重构土壤典型物理性质空间差异分析

土壤典型物理性质决定了土壤的肥力状况,同时也影响植物群落的生长。目前矿区复垦方面的研究大多为研究土壤物理性质的空间差异或是植被盖度对表层土壤物理性质的影响,很少有针对不同植被覆盖类型对重构土壤物理性质的影响的研究。运用描述性统计分析法、单因素方差分析法等方法研究平朔矿区重构土壤典型物理性质在水平及垂向方向的差异,并依照研究区植被生长状况进行分组,研究不同植被覆盖类型下的土壤物理性质差异。该研究旨在得到土壤性质及植被间的影响机理,对未来复垦工作的土壤重构及植被重建的提供指导。结果表明,(1)土壤典型物理性质在垂向上均属于弱变异,随着深度增加,复垦效果减弱。土壤容重及孔隙度存在层间显著差异,土壤容重随着土壤深度增加增大,土壤孔隙度随着土壤深度增加减小。(2)研究区重构土壤典型物理性质在水平方向均属于中等变异,随着深度减小,各性质的差异减小。(3)不同植被覆盖类型下的土壤容重和孔隙度在0-10 cm及20-60 cm深度存在显著差异,但在各土壤粒级含量上无显著差异。研究区分布最多的土质类型是壤土。乔木植被生长有助于土壤粒级的减小,草本植被对浅层土壤物理性质改良效果优于深层土壤。未来在进行植被重建工程时应适当根据实地土壤质地情况选择适宜植被。     

Measurements of fog water interception by shrubs on the California central coast

Fog water deposition may be an important component of the water budget of herbaceous-shrub ecosystems on the central and southern coastal regions of California. This paper presents the first analysis of measured fog water drip rates and meteorological controls in shrublands of Big Sur, California. Seasonal totals of 1255 mm and 306 mm of fog water drip were recorded in 2014 and 2015 (respectively), for averaged fog deposition rates of 0.02–0.08 l m² hr.^?1 to the soil under shrub canopy cover. The diurnal patterns of fog water drip showed that the majority of all trough water collected under shrubs on no-rain days occurred between the hours of 11 PM and 9 AM. During the study period from June 1 to October 31 of both 2014 and 2015, soil water content decreased significantly from average levels of 4–6 % at the shrub canopy center and middle locations, through 2–3 % VWC at the shrub edge locations, to levels at or below 2 % at 2-m distance locations from the shrub edge in open grass cover. Based on these results, we conclude that detectable rates of shrub canopy fog interception help sustain elevated soil water levels under shrubs and aid woody vegetation survival through periods of low rainfall.     

南亚热带中幼龄针阔混交林碳储量及其分配格局

以南亚热带中幼龄针阔混交林为研究对象,通过典型样地调查法,对森林生态系统各个层次进行取样调查,采用12个样地实测数据和已有生物量模型相结合的方法计算乔木层生物量,灌木层、草本层和凋落物层采用全部收获法测得其生物量,对土壤层的调查采用剖面法加土钻法,代表性样品碳含量的测定采用重铬酸钾-水合加热法。在此基础上,分析了中幼龄针阔混交林碳储量及其分配格局。结果表明,主要造林树种树根、树杆、树枝和树叶碳含量均值分别为45.07%、46.73%、46.30%和47.72%。植物碳含量表现为乔木〉灌木〉草本。乔木碳储量占植被总碳储量比例介于63.38%-94.08%之间,灌木碳储量所占比例介于3.55%-12.67%之间,而草本碳储量仅介于为1.28%-23.95%之间,不同林龄段乔木和灌木碳储量均值随林龄的增加呈上升趋势,而草本碳储量呈下降趋势。土壤碳储量介于106.73-136.61 t·hm^-2之间,土壤碳储量随林龄的增加呈现出先降低后升高的趋势。针阔混交林总碳储量介于134.79-162.60 t·hm^-2之间,分配格局表现为土壤层〉植被层〉凋落物层。土壤层碳储量所占总碳储量比例范围为78.34%-94.45%,植被层所占比例介于4.84%-20.16%之间,凋落物层仅介于0.71%-1.50%之间,中幼龄针阔混交林碳储量主要以土壤固碳为主。研究结果为树种选择、人工林生态系统固碳潜力以及人工碳汇林的经营管理等研究提供科学参考。     

Loss coefficient of nitrogenous non-point source pollution under various precipitation conditions

In this study, calibrations of non-point source (NPS) pollution models are performed based on Black River basin historical real-time runoff data, sedimentation record data, and NPS sources survey information. The concept of NPS loss coefficient for the watershed or the loss coefficients (LC) for simplicity is brought up by examining NPS build-up and migration processes along riverbanks in natural river systems. The historical data is used for determining the nitrogenous NPS loss coefficient for five land use types including farmland, urban land, grassland, shrub land, and forest under different precipitation conditions. The comparison of outputs from Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and coefficient export method showed that both methods could obtain reasonable LC. The high Pearson correlation coefficient (0.94722) between those two sets of calculation results justified the consistency of those two models. Another result in the study is that different combinations of precipitation condition and land use types could significantly affect the calculated loss coefficient. As for the adsorptive nitrogen, the order of impact on LC for different land use types can be sorted as: farm land > urban land > grassland > shrub land > forest while the order was farmland > grass land > shrub land > forest s>urban land for soluble nitrogen.     

Relationships between runoff and land degradation on non-cultivated land in the Middle Hills of Nepal

SUMMARY

Rainfall-surface water runoff relationships have been examined for 912 rainfall events during the 1992 and 1993 monsoon seasons on 15 erosion plots on a variety of non-cultivated land uses in the Middle Hills, Nepal. Vegetation cover and type examined ranged from grassland and relatively undisturbed mixed broadleaf forest to subtropical Sal forest, in various states of degradation, and bare ground. Runoff was frequently generated on most plots and often by relatively small rainfall amounts (less than 5 mm) and low rainfall intensities (3 mm/h). Ground cover and canopy cover were significant factors in determining amounts of runoff. Runoff coefficients ranged from 1–2% under grassland and mixed broadleaf forest to 57–64% on the bare sites. Coefficients for Sal forest were between these two extremes; specific values depended on the level of degradation induced by human activity. The most degraded forest sites experienced runoff coefficients of 33%. Ground cover beneath the trees, especially leaf litter, was more effective in reducing runoff than the amount of canopy cover. Canopy cover was more effective during the less intense storms but was ineffective when the rainfall intensity was high. The results suggest that a minimum ground cover of 60% will keep runoff to within 10% of total rainfall amounts for most normal monsoons in the Middle Hills. This will also reduce the risk of gullying and surface soil erosion. It is the nature of the forest that is important and not its total area. In the study area, although the total area under forest had not changed, some of the forest had become more degraded with a corresponding increase in mean runoff rates. Increased runoff can occur even if the area under forest increases. Estimates of levels of degradation based solely on changing forest areas are likely to be inaccurate.     

不同土地覆被下岩溶表层系统CO2体积分数研究

对重庆金佛山林地、裸地表层岩溶生态系统CO2体积分数进行了野外监测,揭示了CO2体积分数变化规律,这种变化与土壤温度有密切的关系。林地与裸地各个层次土壤的CO2体积分数与土温呈一致性变化,随着土温的升高或降低而相应的增加或减少。文章进一步揭示了林地植被平抑这种动态效应,而裸地则响应于温度变化;这种不同植被系统下的动态差异在解释岩溶沉积记录和讨论岩溶作用与碳循环的关系时值得充分注意。     

广州市帽峰山常绿阔叶林生态系统的暴雨水文特征

采用集水区定位观测方法,对广州市帽峰山常绿阔叶林生态系统的暴雨产流特征及水文效应进行了观测研究,结果表明,常绿阔叶林冠层对暴雨的截留率为10.6%、对大暴雨的截留率为9.7%;暴雨产流率27.1%、大暴雨36.0%;暴雨发生月的24 d内降雨545.0 mm、常绿阔叶林系统产流率达到48.2%,森林生态系统的拦蓄、调节效益显著;常绿阔叶林生态系统分别调节3次暴雨的7.1%、6.3%、12.4%,二次大暴雨量的12.5%、8.3%形成为总经输出的基流量,系统的调节效应显著尤其是大暴雨;系统的水文响应逐渐接近蓄满产流特征,以此可进一步计算该森林生态系统的涵养水源容量。常绿阔叶林生态系统对3次暴雨携N、P、Pb、Cd、Ze具有较强的贮滤机能,其储虑量分别占输入量25.8%、53.1%、60.3%、54.7%、95.1%,体现出常绿阔叶林林生态系统对暴雨水化学具有显著的环境生态效应。     

巢湖典型低山丘陵区不同土地利用类型壤中流养分流失特征

以巢湖典型低丘山区坡地的6种主要土地利用类型（弃耕地、尾矿裸地、灌木林地、荒草地、马尾松林地和人工恢复林地）为研究对象,通过定位观测与收集坡面壤中流,探讨该地区壤中流养分流失动态变化特征。结果表明,巢湖低丘山区典型土地利用类型壤中流发生概率为灌木林地和荒草地较高,尾矿裸地最低（仅在0～20cm土层产生）;表层壤中流氮含量为尾矿裸地最高,人工恢复林地最低,壤中流磷含量为弃耕地最高,尾矿裸地最低;壤中流氮素流失以溶解态NO3-N为主,并随雨季的到来而呈下降趋势,随土层加深呈先下降后升高趋势;磷主要以有机溶解态形式流失,随土层加深而呈下降趋势。相关分析表明,地表总盖度、地表植被均匀度、土壤养分含量与壤中流氮、磷含量间存在显著相关性,而降雨特征（降雨量、降雨强度）与壤中流氮、磷含量问相关性不显著。由于人为开采严重,在分析该地区壤中流氮素含量时,应注意干湿沉降的影响。     

广东省森林球囊霉素相关土壤蛋白含量及影响因素

植被和土壤组成的差异将影响土壤微生物的组成及动态,土壤微生物的动态变化将体现在微生物产物上。球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)被认为是唯一来源于丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)的糖蛋白,是土壤碳库的稳定组分,可用于指示AMF对土壤碳固持的影响。鉴于已有GRSP相关研究多集中在样点尺度,缺乏区域水平的研究这一事实,该研究选择广东省164个代表性森林样地为研究对象,通过测定表层(0-10 cm)土壤GRSP含量、土壤理化性质,旨在了解广东省森林土壤中GRSP水平及其对土壤有机碳固持的贡献。结合土壤理化性质、植被特征探讨区域范围内GRSP的影响因素。结果表明,(1)广东省森林土壤表层土(0-10 cm)中总球囊霉素相关土壤蛋白(total GRSP,T-GRSP)质量分数为(3.26±0.11) g?kg-1,易提取球囊霉素相关土壤蛋白(easily extractable GRSP,EE-GRSP)质量分数为(1.11±0.03) g?kg-1,植被起源和植被类型对GRSP含量的影响不显著,GRSP在地带性土壤中呈现黄壤>红壤>赤红壤>砖红壤的显著变化趋势。(2)针叶林GRSP的平均水平高于常绿阔叶林,这一趋势与3种植被类型下灌木草本层生物量的趋势一致。(3)GRSP与土壤有机碳含量、阳离子交换量呈显著正相关关系,与土壤pH值呈显著负相关关系,GRSP含量随土壤细颗粒(粒径<50μm)含量的增加而增加。广东省森林土壤GRSP对土壤有机碳的绝对贡献率为2.3%,GRSP能够与土壤细颗粒结合促进土壤团聚体的形成,并提高土壤保水性能和肥力。     

基于遥感的泾河流域植被覆盖格局分析

以MODIS遥感影像数据为数据源,应用遥感和GIS技术对泾河流域植被覆盖格局进行分析。结果表明:(1)泾河流域植被覆盖类型以退化草地和草地为主,二者占流域总面积的53.30%;地面覆盖程度较高的森林、疏林仅占流域总面积的9.83%,流域植被覆盖程度较低。(2)受自然环境条件和人类活动的影响,退化草地、稀疏灌丛、郁闭灌丛和疏林破碎化程度较为严重,对地面覆盖程度最低的退化草地除集中分布于流域北部外,主要零散分布于流域中、南部,其斑块形状复杂多样,数量最多,应成为流域植被恢复的重点。(3)各植被覆盖类型的斑快数量组成以小斑块所占比例最大,最小斑块比率均在50.0%以上;森林的斑块面积多样性最大,草地的斑块面积多样性最小。