气候变化对长江源地区高寒草甸生态系统的影响

近十几年来，长江源区气候暖干化趋势明显，冰川退缩、湖泊萎缩、草场退化、土地沙漠化、水土流失等环境问题日益严重。高寒草甸是长江源地区主要的植被类型之一，在全球变化影响下，以耐低温寒冷的嵩草属（Kobresia）植物为建群种的高寒草甸将面临更严重的生态胁迫。以长江源地区高寒草甸生态系统为研究对象，采用国际通用的生物地球化学模型模拟高寒草甸生物量、生产力和土壤有机质等的动态变化，并综合考虑人类活动对生态系统生产力和营养元素生物地球化学循环的影响，探讨了全球气候变化对高寒草甸生态系统可能造成的影响。     

三江源地区人类活动对植被覆盖的影响

基于1999-2010年SPOT VEGETATION旬值NDVI数据,并结合偏相关分析、线性趋势等方法对三江源地区影响植被覆盖变化的主要气候因素进行了判断,从而利用主要气候因子进行线性拟合,进而得到残差趋势来反映人类活动对植被覆盖的影响。结果表明:①1999-2010年三江源地区平均植被覆盖由东向西逐渐减小。12年间,植被覆盖呈改善趋势,平均变化率为0.047/10a。山地草原改善最为明显,其次为高寒草甸、高寒草原和常绿针叶林,亚高山、高山植被,矮半灌木荒漠改善趋势最不明显。黄河源区变化率最高,其次是长江源区和澜沧江源区,高寒荒漠草原区改善效果最差。②三江源地区大部分区域植被覆盖主要受气温影响,其次在黄河源区北部、长江源区中东部分布有降水影响区以及水热共同影响区。常绿针叶林受水热共同影响,高山、亚高山以及高寒植被主要受气温影响,山地草原主要受降水量影响。③1999-2010年,三江源地区平均残差趋势为0.018/10a,表明人类活动对三江源地区的植被覆盖变化呈正影响。人类活动对山地草原的正影响作用最强烈,其次是山地常绿针叶林,其他由大到小依次为高寒草甸、高寒草原、高山植被、亚高山植被和高寒匍匐矮半灌木荒漠。黄河源区和澜沧江源区受人类活动的正影响作用较强且相当,其次为长江源区,高寒荒漠草原区受人类活动影响最小。     

长江源区草地植被退化对土壤持水能力影响

选择长江源区的格尔木市唐古拉山镇作为研究区，通过野外实地采样与室内测试分析相结合，在分析草地植被不同退化阶段和不同土层深度下土壤持水能力特征的基础上，探讨了草地植被退化对土壤持水能力影响。结果表明：（1）在相同草地植被退化阶段，毛管持水量、饱和含水量和田间持水量随土层深度变化的特征基本一致；在相同土层深度上，毛管持水量、饱和含水量和田间持水量随草地植被退化的特征也大体相同。（2）在相同草地植被退化阶段，土壤持水量总体上随土层深度增加而减少，特别是在未退化阶段，10~20 cm土层的毛管持水量、饱和含水量和田间持水量比0~10 cm土层分别减少了12.38%、33.73%和7.64%。（3）在相同土层深度上，土壤持水量总体上随草地植被退化而减少，特别是在0~10 cm土层，轻度退化阶段的毛管持水量、饱和含水量和田间持水量比未退化阶段分别减少了41.52%、59.95%和27.03%。（4）土壤持水量与土壤容重、总碳、有机质和总氮显著相关，它在草地植被不同退化阶段和不同土层深度下的变化可能与地表覆被状况、植物根系数量和分布特征所引起的土壤容重、有机质等变化有关。研究可深化对草地植被退化与土壤持水能力相互关系的理解和认识，并为长江源区生态环境和水资源状况研究提供参考依据。 关键词： 土壤持水能力；草地植被退化；长江源区；影响     

21世纪长江黄河源区径流量变化情势分析

以长江、黄河源区为研究对象，应用大尺度半分布式水文模型(VIC)，结合江河源区气象站多年实测温度、降水数据，检验了VIC模型的适用性。模型能较好模拟江河源区地表径流，其Nash系数和相关系数分别达到了0.853 3和0.930 2（长江源区），0.889 2和0.924 8（黄河源区）。基于率定后的VIC模型，运用高分辨率的动力降尺度气象强迫资料，分析了未来气候变化情景下，江河源区径流量可能变化趋势。结果表明，未来30~50 a，长江、黄河源区年均径流量将分别增加858%、919%；未来80~100 a，长江、黄河源区年均径流量将分别增加1716%、721%。相对于2030~2049年而言，尽管年均降水增加006 mm/d，但是黄河源区2080~2099年径流量却将减少1.98%。运用植被情景假设及2030~2049年动力降尺度气象资料，模拟分析了植被变化对江河源区地表径流的影响。从4种地表覆被情景假设可以看出，林地地表覆被产生径流量最小，裸地最大。
     

长江源区沙化现象初步探讨

长江源区存在不同程度的沙化现象，沙地种类多样，分布广泛。沙化过程在高寒干旱的气候条件，丰富的物源条件，独特的冻土条件和为因素等综合影响下，从晚更新世末期开始，经过几次旋回一直持续到现在，对该区冻土环境、人类活动存在明显影响。     

近15年来长江源区土地利用变化及其生态环境效应

长江源区是我国重要的水源涵养区,也是高海拔地区生物多样性最集中的地区和生态变化最为敏感的地区。基于1986年TM和2000年ETM+卫星遥感数据和野外实地调查,采用GIS软件和景观生态空间分布格局分析方法,对长江源区近15年来土地利用类型的时空变化进行了研究。结果表明：1986～2000年,源区林地和湿地面积减少54.2 %和42.69 %,建设用地、耕地和未利用土地面积分别增加120 %、43.83 %和21.1 %。全区土地利用的空间位置转换面积大于其数量变化,土地利用类型总变化的面积大小依次是草地＞未利用土地＞湿地＞水域＞林地＞耕地＞建设用地。土地利用动态转化过程以草地转化为未利用土地、湿地转化为草地和未利用地逆转为草地为主要特征。15年里景观破碎化程度加剧,分维数和多样性指数增加,优势度降低,景观异质性增强。长江源区脆弱的生态体系对土地利用变化响应强烈,造成水土流失与沙漠化程度加剧,导致大范围高寒草甸、草原植被退化,湿地萎缩。气候变化和人类经济活动是导致研究区土地利用变化的主要因素。     

青藏铁路沿线北段植被物种丰富度及盖度的动态变化

通过青藏铁路沿线北段西大滩至唐古拉山北坡范围内植被样带的抽样调查,对植物物种丰富度（〖WTBX〗S〖WTBZ〗）、植被盖度由北至南的动态变化特征以及两者的相关关系进行了分析。结果表明：（1）在青藏沿线北段高海拔地区,由北至南植物物种丰富度呈逐渐升高的趋势,1m2样方平均物种数量由沿线北部样带的5或6种,逐渐升高至南部样带的9或10种。多重比较表明,相邻或相近的植被样带间单位面积物种丰富度多差异不显著,而当样带间距加大时,则表现出显著性差异。（2）由北至南各样带1m2样方平均盖度呈不规则的动态变化,多重分析表明,多数样带间1m2样方盖度间存在显著差异,说明植被盖度与物种丰富度相比更多地受到地形、土壤理化性质等小环境因素的影响。（3）研究区域北部各样带1m2样方平均盖度与物种丰富度呈现较显著的正相关关系,且多以乘幂指数方程拟合精度较高。而在研究区域南部,则未表现出显著的相关关系,这是因为这些样带中群落盖度主要受少数优势种盖度所控制,而与群落物种数量相关性不大。最后,提出今后需要加强青藏铁路沿线高寒地区植被分布格局及其环境解释的相关研究,以便深入分析区域植被分布的格局和成因。     

基于SLEUTH模型的无锡市区土地利用变化情景模拟

以城市化快速发展和生态环境压力突出的无锡市区为研究区,综合集成地形图、交通图以及1980、1995和2000年TM/ETM土地利用遥感解译资料,应用SLEUTH元胞自动机模型对土地利用变化过程进行情景模拟,揭示不同土地保护强度下的土地利用变化趋势。研究结果：SLEUTH模型首先对过去土地利用变化实现了动态模拟,模拟精度较高;在模拟形成的未来土地利用变化情景中,情景Ⅰ是基于维持现状土地利用保护强度基本不变的假设,城镇用地将迅速扩张,并占用大量水田和旱地,城镇扩张形态以边缘增长为主;情景Ⅱ则将水田保护强度提高50%,旱地提高12%,林草地提高50%,则城镇用地迅速扩张及耕地大量被占用的趋势得到有效控制;研究也进一步证明了SLEUTH模型在我国快速城市化背景下土地利用变化模拟和预测中的适用性。     

基于CLUE-S模型的重庆市主城区土地利用情景模拟

以重庆市主城区为研究区,采用120m×120m栅格大小的数据为模拟基准,借助CLUE-S模型、情景分析法、SPSS软件及ArcGIS10.1软件建立了数量变化和空间分布变化相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化的动态模拟模型,并对研究区不同情景下的土地利用/覆盖动态变化进行了模拟,模型综合考虑各种宏观驱动因子与土地利用变化之间的关系,较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子,并利用SPSS软件进行相关性分析,确定了各因子的回归模型,提高了模拟结果的精度,通过对已有数据的模拟及精度分析,整体模拟精度达86%以上,在一定程度上反映了该模型在研究高分辨率土地利用/覆盖变化方面有很好的适应性,对土地利用/覆盖变化的复杂性研究和相关部门对土地布局、规划方面具有一定的参考价值。模拟结果表明:到2030年湿地、人工用地、林地将增加,耕地和其它用地减少,草地在不同的情景下均有稍微的增加,耕地和人工用地是变化最大的两种类型,随着时间的推移耕地和林地面积不断接近甚至持平,研究区西部及西南部变化比较明显。     

黔中喀斯特石漠化区不同小生境常见木本植物水分来源特征

选择黔中清镇市王家寨小流域内不同石漠化植物群落,通过分析测定喀斯特小生境内5种常见木本植物,鼠李、火棘、烟管荚蒾、圆果化香和云贵鹅耳枥与其潜在水源稳定性氢氧同位素组成,研究植物水分来源特征,并通过线性混合模型确定水源贡献比,探讨喀斯特小生境植物水分利用对石漠化过程的适应与响应。结果表明:多数情况下,研究区不同小生境内各植物种在雨季同时利用土壤水和表层岩溶带水,对土壤水的利用比例大于表层岩溶带水。各植物种对表层岩溶带水的利用比例随着石漠化的进行而减小。常绿灌木火棘、鼠李和烟管荚蒾在轻度、无石漠化样地同时利用土壤水和表层岩溶带水,但在中、强度石漠化则多利用土壤水,落叶小乔木圆果化香和云贵鹅耳枥在无石漠化同时利用土壤水和表层岩溶带水,而在轻度石漠化样地仅利用土壤水,这跟不同样地植被类型、干扰方式、土壤情况及裂隙发育等不同有关。     

基于高分一号影像的江汉平原表层土壤湿度指数反演研究

土壤湿度指数遥感监测在农业生产中具有重要的作用。为探讨国产高分一号（GF 1）遥感数据在江汉平原农情参数快速获取中的适用性，以潜江市2017年3月8日的GF 1 WFV影像和106个采样点的土壤湿度实测数据为数据源，选择垂直干旱指数（PDI）、改进型垂直干旱指数（MPDI）和植被调整垂直干旱指数（VAPDI），对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证。研究结果表明：PDI、MPDI、VAPDI与土壤湿度实测含水量的决定系数分别达到0.649、0.802和0.821，实测土壤含水量验证精度评价也表明各模型均能满足反演的精度要求，说明基于GF 1 WFV影像开展江汉平原的大尺度土壤湿度反演是可行的；在植被覆盖中等区域，MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响，反演的精度要比PDI高，但在高植被覆盖度区，采用垂直植被指数（PVI）修正的VAPDI不易出现植被覆盖饱和现象，具有更高的反演精度；基于3种指数模型反演的土壤湿度指数空间异质性基本一致，但MPDI、VAPDI对土壤湿度变化更为敏感，能反映出不同植被覆盖类型下土壤湿度的实际水平。研究结果可为江汉平原大范围和动态监测表层土壤湿度指数提供理论基础和实践参考。 关键词： 高分一号；土壤湿度指数；PDI；MPDI；VAPDI；江汉平原     

2003~2009年鄱阳湖流域土壤水分时空变化特征及影响因素

鄱阳湖流域水文过程是区域研究的热点问题,但相对于其它水文要素而言,土壤水分的时空分布特征及其影响因素尚缺乏系统研究,成为流域水文过程研究不确定性的主要来源之一。采用AMSR E土壤水分数据,从流域、子流域及地表覆被等不同的空间尺度,阐明了鄱阳湖流域2003～2009年土壤水分的年际与年内变化特征,并分析其影响因素。研究表明：在流域尺度上,土壤水分总体呈现中心低、周边高的“漏斗式”空间分布形态,但夏、秋季节空间差异性减弱,年际土壤水分呈现较强的下降趋势,其中以湖区下降速度最大;在地表覆被尺度上,林地土壤水分最高、年际下降速度最低,表明其在年际尺度上对干旱具有较强的调节作用,不同地表覆被类型的土壤水分年内差异较明显,但在6、7及10月差异较小,地表覆被对土壤水分的调节作用减弱;在影响因素方面,降水是土壤水分的主要影响因素,气温、灌溉等则一定程度上影响了土壤水分的变化特征。研究结果不仅有利于加强对流域水文过程的理解与认识,同时可为水资源管理及防旱抗旱等提供科学的辅助依据     

土地整治区典型林地土壤贮水量预测方法比较

在长期田间试验基础上，分别利用数值模拟方法（Numerical Simulation，NS）和人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）模型构建江南平原土地整治区典型林地的土壤水分运动模型，并对土壤贮水量进行预测。[JP2]NS模型校正结果表明，该模型虽能较好地预测林地土壤含水量动态变化，但是NS模型对训练期和验证期0~60 cm[JP]土层贮水量预测的均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）分别为1109和829 mm，而ANN预测的RMSE分别为417和408 mm，说明ANN的预测效果好于NS模型。最后，敏感性分析结果表明ANN预测精度对输入参数的敏感程度由高到低依次为：前期土壤贮水量>降水量>最高气温>最低气温     

漓江上游植被覆盖度时空变化对地表热场影响

自20世纪80年代以来，桂林漓江由于上游森林遭受破坏出现水生态环境快速恶化的趋势。地表热场的时空变化直接影响森林蒸散及水文效应。因此，对漓江上游1989~2006年5景TM/ETM+卫星图像，利用归一化植被指数反演植被覆盖度，利用单窗算法反演地表温度，提出归一化温度使不同时相地表热场具有可比性，分析植被覆盖度时空变化对地表热场的影响。结果表明，在空间上，地表温度随植被覆盖度的增加而降低，在植被覆盖度很高或很低时，这种影响相对变弱；在时间上，漓江上游1989~2000年植被中、高度覆盖面积从96.1%逐年下降到65.9%，导致归一化地表温度数值较高的像元比例相应增加；2000~2006年植被中、高度覆盖面积逐渐恢复上升到90.8%，但仍略低于1989年，使得归一化地表温度数值较高的像元比例相应减少。植被覆盖可以有效地降低漓江上游地表温度     

贵州喀斯特峰丛山体土壤水分布特征及其影响因素

喀斯特峰丛山体土壤水是喀斯特地区水文及生态环境的重要影响因素。研究喀斯特峰丛山体土壤水分布及其规律对贵州喀斯特地区控制水土流失、防治石漠化、恢复生态环境具有重要的理论和实际意义。选取贵州普定县岩溶区内典型的喀斯特峰丛山体,利用时域反射（TDR）测定山体不同位置在不同植被覆盖、地形、土壤特征及岩石分布下的土壤含水率,分析喀斯特峰丛山体土壤水的空间分布规律及其影响因素。结果表明：各种土地利用类型的山体土壤含水率总体由山体上部向下逐渐减小,土壤含水率随埋深加大显著增加,随坡度的增加而减小。总体上植被覆盖地带土壤含水率高于裸露土壤,相同条件下,林地、低矮灌丛、草地对土壤持水性的影响依次减小。岩石上覆土层较厚时,土壤含水率较高;土层浅薄时,土壤含水率偏低.     

土地利用变化情景下牧羊河水文响应研究

土地利用方式变化影响水量平衡各要素的分配,进而导致流域水源涵养能力发生变化。选用长江流域金沙江水系下段牧羊河小流域内及周边气象站气象资料,植被、土壤以及地形数据,构建了研究区SWAT水文模型,分析其在牧羊河适用性后,结合1986~2009年的土地利用以及设置的人类活动增强和生态环境改善的4种土地利用变化情景,用率定好的SWAT模型分析了土地利用变化下牧羊河水文响应。结果表明：径流依次按1986、2000、2009、1995年土地利用方式减小,而蒸散依次按2009、1986、2000、1995年土地利用方式减小,土地利用对径流和蒸散的影响在汛期大于非汛期,随着林地面积的增加径流将减小;将现有耕地变为林地或变为草地都有助于减少径流,从流域水源水量涵养角度出发,构建适宜的生态系统将有助于减少径流和蒸散,而增加入渗。这一结果为牧羊河水源涵养林建设提供科学依据     

南水北调中线工程水源区蒸散发计算方法比较及影响因素分析

以南水北调中线工程水源区为研究区域，采用1961~2007年9个气象站点气象观测数据和黄家港水文站实测径流资料，以FAO彭曼蒙特斯公式和水文模拟法为标准分别对多种潜在蒸散发计算方法和实际蒸散发计算方法进行比较研究，并分析了陆面蒸散发的影响因素。研究表明：南水北调中线工程水源区存在“蒸发悖论”现象，Priestley Taylor公式计算结果偏大，但与FAO 彭曼蒙特斯公式存在良好的相关关系，在气象资料较少时可以考虑建立相关方程进行推求。傅抱璞公式与水文模拟法计算结果较为接近，相关关系最优。潜在蒸散发与平均温度、气温日较差、实际水汽压、降雨量、风速、净太阳辐射、日照时数呈正相关，而实际蒸散发与平均温度、气温日较差、实际水汽压、降雨量、净太阳辐射、日照时数呈正相关，与风速呈负相关。净太阳辐射是影响陆面蒸散发的核心因素     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点，以汉江上游流域LUCC模拟为例，构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型，并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加，其中建设用地增幅最大，与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符；除建设用地增幅变化较大之外，1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近，表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律，在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上，应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下，汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势，LUCC对径流量年内影响较汛期显著，多年平均蒸散发量呈增加趋势     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

气候变化下汉江上游林地植被生态需水量的时空演变

研究气候变化下林地植被生态需水量的时空变化,对于保护涵养水源的林地植被系统,合理规划管理流域水资源有着重要作用。以汉江上游流域11个气象站点1971~2010年的气象资料为依据,采用结合[1]土壤含水量与植物类型修正蒸散发量得到植被生态需水量的方式,从时空角度定量研究了在生长季4~10月份流域林地植被生态需水量及其趋势性变化,并且分析了生态需水量对各气象因子变化的敏感性程度。结果表明:汉江上游流域林地植被多年平均生长季生态需水量为6.915 8×109 m3,整体上呈现非显著性增加趋势,在空间分布上具有明显的地带性特征。生态需水量对不同气象因子有不同程度的敏感性:最高温度水汽压太阳辐射风速最低温度,生态需水量对各气象因子敏感程度的地带性分布特征还与各区域的纬度、海拔、植被类型和下垫面情况有关。