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。     

流域土地利用变化的水质响应研究进展

探讨流域土地利用变化的水质响应,有利于从源头上控制水污染。不同学者在多种边界条件下研究了流域土地利用变化的水质响应,发现流域土地利用变化是造成河流水质发生变化的重要原因。根据是否可以将土地利用活动概化为点状,流域土地利用变化的水质响应研究可分为点状土地利用的水质响应和非点状土地利用的水质响应。准确边界土地利用的水质响应一般是研究流域土地利用空间特征和土地利用结构与水质变化的关系。对于用全流域尺度还是用缓冲区的尺度分析土地利用的水质响应更准确仍存在争论。水域边缘几何形状影响了土地利用与水质的关系。     

典型流域土地利用/覆被变化及对水质的影响--以太湖上游浙江西苕溪流域为例

利用1985、1995和20D0年的TM数据及水质资料，运用GIS和水质指数法研究西苔溪流域的土地利用／覆被变化及其水环境效应。结果表明：流域内耕地不断减少，建设用地持续扩大，林地前期减少后期缓慢增加；林地和耕地是流域内的主要土地利用类型，二者面积之和占流域面积的比例在三个时段均在92％以上；空间集中性及斑块碎化是土地利用空间格局变化的主要表现，建设用地斑块数量增多且斑块面积明显增大，饼地面积减少但斑块数量增多。研究时段内流域水质在时间上呈逐步恶化趋势，在空间上则表现为自上游至下游逐渐下降，其中，1996-2000年，研究河段内水质指数下降幅度达30％左右；只治理点污染源仅使水质指数增加6．5％左右，表明影响水质的主要因素是土地利用变化导致的面源污染。     

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     

河流近域土地利用格局与水质相关性分析——以巢湖流域为例

以河流近域土地利用构成与水环境质量间定量关系为研究对象,基于巢湖流域40个水质监测断面和320个河流近域作用区,运用GIS空间分析功能计算不同尺度作用区内土地利用构成,借助相关分析、冗余分析(RDA)等数理统计手段,分析土地利用构成与水质指数间的相关关系;并分析和比较了流域内山区和平原地区土地利用构成与水质之间关系。结果表明,巢湖流域近河道地区土地利用构成对各水质指数有重要影响,且受地形因素影响。其中,建设用地对河流水质恶化具有明显作用;河流沿岸林地布局能显著改善水质,尤其是对氨氮和高锰酸盐指数敏感;耕地面积变化与水质相关性不显著。RDA冗余分析证实了不同尺度下的土地利用类型对水环境影响具有尺度效应。研究成果对巢湖流域水环境管理具有重要的实际指导意义,并为同类研究提供借鉴     

人类活动对川东平行岭谷区岩溶地下水化学性质季节变化的影响

以川东平行岭谷区典型岩溶槽谷--北碚槽上为研究区域,通过对8月和11月的岩溶地下水水化学性质研究,发现槽上岩溶地下水的化学性质呈现明显的季节性：电导率、矿化度、SO42-浓度及HCO3-浓度都是8月大于11月,与气温和降水量的变化相对应,也与人类在8月份对土地利用的强度大于在11月份对土地利用的强度相对应。研究区地下水的化学性质与人类活动对土地利用的季节差异具有比较明显的对应关系,为进一步认识岩溶地下水的时间变化规律提供科学数据,也有利于认识人类活动对生态环境产生的影响,从而采取更加合理的措施来治理和保护岩溶地区有限的地下水资源,满足人们的生活和生产需要。     

亚高山旅游景区岩溶地下水水化学动态变化及其影响因素

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源,因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性,其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例,通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数,对比分析各水化学参数及其地球化学敏感性变化特征。结果表明：水房泉水化学类型为Ca-HCO₃型,受水 岩作用控制。旅游活动产生的生活污水自2013年起被分成两条管道,住宿排污经过泉域内化粪池的沉淀降解后排入地下,使得2016年水房泉中K⁺、Na⁺、PO₄^3-浓度较2008年降低,显示化粪池对污染物具有有效的调节作用;而餐饮排污未经处理仍直接排入地下,导致流域出口水房泉中Cl^-、NO₃^-浓度呈翻倍增长,水质恶化。污水还加剧了碳酸盐岩的溶蚀,地下水中HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺浓度上升。由于旅游高峰期与非高峰期的游客量差距逐渐缩小,2016年各化学组分的敏感性指数多低于2008年,地下水受旅游活动影响的时间变长;分别对比不同水文年各主量组分的敏感性指数大小和离子当量浓度大小,发现2008年两者排序基本一致,而2016年较为混乱,这可能表明研究区地下水系统逐渐从有序转向无序的状态,稳定性被破坏,熵值增大。     

长江水问题基本态势及其形成原因与防控策略

不断增强的人类活动与气候变化等自然因素叠加,导致长江水环境、水灾害和水生态问题日益突出。从宏观层面系统剖析了长江面临的干流局部水质下降、湖泊富营养化、三峡库湾和支流水质恶化等水环境问题,小水大灾和平原湖区季节性缺水等水灾害问题以及长江与湖泊生物资源衰退等水生态问题的基本态势,揭示了流域工业化城市化进程加快、土地利用/覆被快速变化、重大水利工程建设和湖泊资源过度利用等人为因素和气候变化等自然因素对长江水问题形成发展的影响,提出了规范空间开发秩序、推进流域综合管理、优化重大水利工程调度等长江水问题防控策略     

杭州湾南岸滨海平原土地利用/覆被空间格局变化分析

杭州湾南岸滨海平原位于沪、杭、甬经济金三角的中心地带,是我国沿海经济最发达的地区之一。研究其土地利用/覆被空间格局变化对合理利用土地资源,促进沿海地区的可持续发展具有重要意义。利用1987年和2000年2个时期的TM影像,分析了杭州湾南岸滨海平原土地利用/覆被数量及空间格局变化特征。结果表明,杭州湾南岸滨海平原建设用地、水体和养殖用地呈现明显的增长趋势,水田、旱地、滩地、林地和盐田呈减少趋势。受自然和人类活动的共同影响,土地利用/覆被类型斑块平均面积由0.245 km2降至0.173 km2,斑块密度则由4.081个/km2提高到5.781个/km2,斑块数量增加了42%。由于斑块的破碎化,大部分土地利用/覆被类型的边界密度、形态指数、分维数和斑块密度都有不同程度的增加。城市化和非农化的发展使得建设用地格局指数变化表现出一定的特殊性。     

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     

大坝拦截对河流水溶解组分化学组成的影响分析——以夏季乌江渡水库为例

以乌江渡水库为主要研究对象，揭示了大坝拦截条件下的夏季水化学特征：阴离子以HCO-3,SO2-4为主，阳离子以Ca2+,Mg2+为主，其余离子含量低于10%，说明了碳酸盐岩的风化对水体化学组成起到了主要控制作用，蒸发盐岩石的风化对水体化学组成影响较小。水库水体存在温度分层现象，形成了不同层位的水体有着不同的水化学组成，即水化学分层。水化学的分层形成了溶解组分在水库垂直深度上的规律分布，比如受藻类的影响，Si和叶绿素随深度成相反的变化特征；HCO-3受光合作用和有机质降解的影响，30 m 以上随着水深的增加而递增，30 m 以下呈现相反趋势；水库泄水方式明显改变了水化学各种参数和离子在水体中的分配。乌江水库两主要支流（息烽河和偏岩河）分别对乌江渡坝前水体中的Ca2+,SO2-4,HCO-3,Mg2+和K+,Na+,Cl-有贡献。网箱养鱼、生活污水、农业施肥、酸性矿山废水以及酸雨沉降都会对水体造成不同程度的污染。     

湖北省农地资源正外部性价值量估算——基于对农地社会与生态之功能和价值分类的分析

农地资源的正外部性直接或间接对人类福利产生影响，但由于市场机制的自身缺陷导致人们对其价值缺乏定量认识，致使农地资源得不到应有的保护，造成向城市的过度流转。以湖北省为例，在将农地资源正外部性划分为提供社会保障、保证粮食安全以及提供生态服务3个方面的基础上，以2006年为评估期日，尝试用市场价格评估的方法对其年价值和无限年期的总价值进行了估算。结果显示：2006年湖北省农地资源在提供社会保障方面的年价值及无限年期价值分别为87460元/hm2·a和34 70635元/hm2；粮食安全保障功能的年价值及无限年期价值分别为32209元/hm2·a和12 78135元/hm2；生态服务功能的年价值及无限年期价值分别为4 34855元/hm2·a和172 56151元/hm2。最终核算出湖北省正外部性的年价值总量及无限年期价值总量分别为5 54524元/hm2·a和220 04921元/hm2，这部分无法通过市场价格表现的价值大致与湖北省农地经济产出价值相当，甚至略高出5%~38%，无疑是农地价值中不容忽视的重要组成部分，应当引起土地管理者和社会决策者的充分重视。农地城市流转的失控和对农地保护的忽视实质上就是对农地正外部效用的抛弃和破坏，最终将阻碍社会经济的可持续发展。     

三峡库区土壤重金属污染评价及其来源

三峡库区由于特殊的地理位置及生态脆弱性,其重金属污染状况备受关注。以三峡库区重庆段为研究区域,利用多目标调查数据,在分析土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Hg、Pb和Zn等8种重金属积累特征的基础上,运用多元统计分析、污染指数法、潜在生态风险评估法以及层次分析法与加权平均评价模型法等方法进行了重金属来源分析和污染评价。研究结果表明: 三峡库区重庆段表层土壤中8种重金属的平均含量顺序为：Cr（8145 mg·kg-1）>Zn（716 mg·kg-1）>Ni（3154 mg·kg-1）>Pb（2527 mg·kg-1）>Cu（2353 mg·kg-1）>As（739 mg·kg-1）>Cd（021 mg·kg-1）>Hg（006 mg·kg-1）;多元统计分析表明Cd和Cr含量主要受到人为活动的影响,Ni、Zn和Cu含量则主要受到区域地质背景的影响,Hg、Pb和As则受到两者的共同影响。各综合评价方法结果趋于一致,均表明大部分样品（>849%）的重金属污染水平属于清洁或轻度污染水平,只有少数样品（<151%）达到中度或重度污染水平,这些样品主要采集于巫山、涪陵、忠县境内。综合分析,认为忠县和涪陵境内土壤出现中度或重度重金属污染主要受其工业生产的影响,巫山境内则主要受到其成土母质的影响。研究结果可为三峡库区土地可持续利用和生态发展提供基础数据与理论依据     

不同水土保持林地土壤有机碳研究

研究了重庆四面山低山丘陵区不同水土保持林地0~20、20~40 和40~60 cm的土壤有机碳含量及不同深度的土壤有机碳密度。结果表明：0~20、20~40 和40~60 cm土层中土壤有机碳含量的平均值分别为3309、751和321 g/kg;0~20 cm的土壤有机碳密度介于497～1431 kg/m2,而0~60 cm的土壤有机碳密度介于784～1794 kg/m2,均值为1278 kg/m2;土壤有机碳含量和有机碳密度随土壤深度增加而显著减少,但其减少程度随水土保持林树种组成不同而异;不同水土保持林地60 cm深度的土壤有机碳密度存在显著差异,表现为：天然次生林>人工林>农耕地,其中,天然阔叶混交林土壤有机碳密度最大,为1794 kg/m2,农耕地的最小,仅为784 kg/m2。人工水土保持林中,阔叶混交林的土壤有机碳密度最大。从增加土壤碳的角度,建议营造阔叶混交林     

基于碳足迹的江西省农田生态系统碳源/汇时空差异

利用2001~2010年江西省农业投入和农作物统计数据,采用碳排放系数法计算了江西省农田生态系统碳源/汇及碳足迹,分析了江西省农田生态系统碳源/汇时空特征,并进一步分析了碳足迹变化特征及原因。结果表明：(1)2001~2010年,江西省农业投入引起的碳排放量从2001年的11910 1×106 t,增加至2010年的5872 8×106 t,增加了103倍,农业机械化对碳排放总量贡献率最大。碳排放强度呈现先增加后减少的趋势。2008年赣州市碳排放量最多,景德镇市最少;(2)2001~2010年江西省农田生态系统碳吸收量先减少,后逐年增加,到2010年又减少,整个2001~2010年间增加3209 9×106 t。各类农作物中,水稻碳吸收量最多。2009年碳吸收量最多的是宜春市,最少的是萍乡市;(3)江西省农田生态系统碳足迹从2001年的07518×106 C〖DK〗·hm-2〖DK〗·a-1,增加至2009年的1473 4×106 C〖DK〗·hm-2〖DK〗·a-1,单位面积碳足迹呈现逐年增加的趋势。2008年碳足迹最多的是赣州市,最少的是萍乡市。南昌市、景德镇市、吉安市和宜春市表现为生态盈余,其余表现为生态赤字。江西省应减少农药、化肥等的使用,控制农业机械化,特别是赣州市,从而达到减少碳排放的目的     

基于15N同位素技术的地下河硝酸盐污染来源对比——以重庆青木关地下河为例

根据2008年3~11月逐月对青木关北段地下河水质的监测,以及2010年6~11月逐月对青木关南段地下河水质的监测,利用15N同位素技术并结合水化学指标,分析地下河的水化学特征以及硝酸盐来源的时空变化特征。结果表明：在北段和南段地下河出口硝酸盐平均浓度分别为2035 mg/L和5077 mg/L,入口分别为320 mg/L和0842 mg/L,两段的硝酸盐平均浓度在出口处均比入口处高6倍多。此外,通过分析青木关整个地下河流域的SymboldA@15N空间分布情况,可以得出：南段地下河水中NO-3 δ15N值较高,且变化显著,最高值37825‰出现在9月21日丁家龙洞取样点,其硝酸盐来源可能是粪便和污水;而北段地下河水中NO-3 δ15N值都比较低,变化幅度较小,均未超过10‰,说明北段地下河水中硝酸盐的主要来源是土壤有机氮或农业氮肥     

丰乐河流域表层土壤有机碳空间变异特征研究

土壤有机碳含量空间变异特征的研究对于区域土壤资源的可持续利用具有重要意义。在ArcGIS技术的支持下对丰乐河流域表层土壤(0~20 cm)有机碳（SOC）含量的空间变异特征进行了研究。结果表明：丰乐河流域SOC含量为1431±4.50 g·kg-1,不同土地利用类型下SOC含量差异显著（p<001）。其中,林地SOC含量的均值最大,为1558±593 g·kg-1;水田和旱地次之（分别为1539±309 g·kg-1、1146±304 g·kg-1）;园地最小(1109±348 g·kg-1)。流域SOC含量变异系数（CV）为3144%,属中等变异程度。其中,林地的CV为3806%,在4种土地利用类型中为最大;园地、旱地的CV分别为3138%、2652%;水田的CV最小,为2007%,表明人类活动影响表层土壤有机碳含量的变异程度。研究区表层SOC半方差模型为球状模型,块金效应小于25%,存在强烈的空间自相关性,且空间变异主要由结构性因素引起。SOC含量空间分布的各向异性显著,在南北方向上变异程度最为剧烈。SOC含量空间分布表现为东北部、西南部较高,西北部偏低,总体呈斑块状分布     

基于格网数据的巢湖流域洪涝灾害损失评估

洪涝灾害是区域可持续发展的巨大威胁之一。随着全球气候变化、城市化进程加快和人口与经济集聚,洪涝灾害的损失日益严重。提出了洪涝灾害损失评估流程,建立基于网格数据的洪涝灾害损失估算模型,厘定各类资产的损失率。以空间网格为计算单元,在2003年洪水监测的基础上,应用GIS空间分析技术,对2003年巢湖流域的洪涝灾害损失进行了估算。结果表明：巢湖流域总淹没面积2 12504 km2,水田淹没面积最大,为1 71924 km2,洪涝灾害损失总值为194 828万元,无为、合肥、庐江县等洪涝灾害损失较大,舒城和肥西县损失较小。通过验证,该模型效果较好     

江汉平原农地保护的外部效益研究

农地保护外部效益的货币化计量可为缓解我国农地流失形势,制定及实施农地生态保护政策,探寻农地保护和经济发展的均衡点提供理论及决策依据。运用条件价值评估法估算江汉平原农地保护的外部效益,研究表明：①随着农地保护意识的增强,受访居民已意识到农地外部效益的存在,8550%的受访居民对农地有正的支付意愿;受访居民的性别、年龄、家庭人口(老年人口、参加工作人口)、经济状况(土地面积、月生活开支、职业)等特征对支付意愿有显著影响。②江汉平原农地保护的年均总支付意愿达2805×108元,折合单位农地的保护效益为48 658元/hm2;区内现有农地目前无法通过市场价格表现的外部效益约1 24682×108元,具有无法忽略的重要地位。     

江汉平原马铃薯秋播密度对农艺性状及产量的影响

马铃薯（Solanum tuberosum）是一种重要的经济作物,它可以用作粮食、蔬菜、饲料及工业原料作物,江汉平原是马铃薯发展的新区。费乌瑞它是一个适宜于低山平原的早熟、优质马铃薯品种。探索马铃薯高产、优质的栽培技术规程是获得马铃薯最大经济效益、促进马铃薯生产持续发展的重要前提,为了探讨马铃薯秋播的最佳密度,设置了4 000穴/667 m2、7 000穴/667 m2、10 000穴/667 m2、13 000穴/667 m2、16 000穴/667 m2、19 000穴/667 m2等6个播种密度,研究密度对马铃薯费乌瑞它的主要农艺性状及产量的影响。试验表明：播种密度与生育期呈极显著正相关（y=0.000 8x+80514,r1=0990 7*[KG-*2]*）,密度每增加300穴/667 m2,生育期延长24 d;密度与株高（r2）呈显著负相关（r2=-0895 1*）,与出苗率（r3）、主茎数（r4）、单株块茎数（r5）和商品薯率（r6）呈极显著负相关（r3=-0941 1*[KG-*2]*,r4=-0992 4*[KG-*2]*,r5=-0964 4*[KG-*2]*,r6=-0937 9*[KG-*2]*）;密度与单株块茎重（r7）呈二次曲线关系（y=-1E-06x2+0016 8x+13978,r7=-0837 0*）,当密度为8 498穴/667 m2时,单株块茎重达到最大值;密度与单产（r8）为二次曲线关系（y= -8E-06x2+0208x+15761,r8=-0726）,当密度为12 838穴/667 m2时,单产达到最大值;密度与商品薯产量为二次曲线关系（y=-6E-06x2+0141 9x+19395,r8=-0767*）,当密度为1 1087穴/667 m2时,商品薯产量达最大值;10 000穴/667 m2播种密度的马铃薯单产和商品薯产量居首,分别为1 6309 kg/667 m2和1 109 kg/667 m2,综合性状优良;13 000穴/667 m2的效果次之;单产随后的各处理依次为19 000穴/667 m2（1 3046 kg/667 m2）、16 000穴/667 m2（1 2113 kg/667 m2）、7 000穴/667 m2（1 2105 kg/667 m2）、4 000穴/667 m2（8091 kg/667 m2）;商品薯随后的各处理依次为13 000穴/667 m2（8473 kg/667 m2）、16 000穴/667 m2（7679 kg/667 m2）、19 000穴/667 m2（634 kg/667 m2）、4 000穴/667 m2（6181 kg/667 m2）;4 000穴/667 m2的商品薯率最高,19 000穴/667 m2的商品薯率最底,各处理的商品薯率依次为4 000穴/667 m2（7640%）、7 000穴/667 m2（740%）、10 000穴/667 m2（679%）、13 000穴/667 m2（639%）、16 000穴/667 m2（585%）、19 000穴/667 m2（488%