横断山区产水量时空分布格局及影响因素研究

运用InVEST模型产水模块开展横断山区1990-2015年产水的量化评估,并开展相应的时空特征及影响因素分析。结果表明:(1)空间分布上,横断山区产水量均表现为南高北低的空间格局,垂直方向上,产水能力随着海拔的增加呈减小趋势。(2)1990-2015年产水深度表现为先小幅增大后明显减小再小幅增大的波动变化趋势。(3)不同土地利用类型的平均产水能力差异较大。其中以建设用地产水能力最强,约为550～920 mm;林地、草地居中,分别为438～650 mm和412～580 mm;未利用地和水域产水能力最弱,分别为273～457 mm和56～237 mm。(4)产水量空间分布与海拔及草地比例呈现显著的负相关,与降水量及林地比例呈显著正相关;时间变化上产水量与降水量呈显著正相关关系。该研究有助于推进山区生态系统服务研究的发展,其结果可为横断山区流域水资源管理、维持区域可持续发展提供科学支撑。     

基于InVEST模型的白龙江流域水源供给服务时空分异

甘肃白龙江流域是我国嘉陵江上游水资源重要的补给地之一,对其开展流域生态系统水源供给服务功能空间定量评估研究,有利于水源区保护规划的制定和生态补偿机制的建立。论文基于研究区土地利用数据、气象、土壤和野外观测数据等,应用InVEST模型水源供给模块估算白龙江流域生态系统的水源供给量,并定量分析流域水源供给服务的空间分布特征及不同地形因子的影响。结果表明：白龙江流域生态系统水源平均供给量约在388 mm左右,且存在一定的空间异质性;中部干热河谷区域水源供给量相对较小,东南部山地林区降雨量大,水源供给量较高,林地（如云冷杉类、针叶林类等）和农田水源供给量较高。流域内水源供给量随海拔高度和坡度的增加呈现先增加后减小的趋势,其高值区主要分布在1 500~3 500 m和15°~40°区段;阴坡区域水源供给量大于阳坡区域。     

大清河-白洋淀流域生态功能评价及分区初探

基于生态系统服务功能对流域生态环境进行功能分区是流域生态环境保护与修复的重要基础.本研究使用InVEST模型,对大清河-白洋淀流域2010、2015及2018年的生境质量、碳储量及土壤侵蚀等生态系统服务功能进行评价.结果 表明:2010-2015年流域生态环境相对稳定;2015-2018年生境质量提升,土壤侵蚀缓解,但...     

山东省南四湖流域农业面源污染状况分析

以探明山东省南四湖流域农业面源污染状况为目的,在对流域内农村人口、畜禽养殖规模、农田施肥量、水产品产量等数据调查的基础上,结合全国第一次农业污染源调查结果中的农业源产、排污系数,测算出2009年山东省南四湖流域内农村生活、农田化肥、畜禽养殖业、水产养殖业等4个方面COD_Cr、TN、TP的排放总量分别为192 278.71、103 126.04、6 990.82 t. 通过分析得出,在山东省南四湖流域农业面源污染中的COD_Cr主要来自农村生活,占COD_Cr排放总量的56.44%;农田化肥TN的流失占TN排放总量的48.37%,农村生活和畜禽养殖对TN排放总量也有较高的贡献;畜禽养殖业是TP的主要来源,占TP排放总量的65.06%;水产养殖对各项污染物的贡献率相对较低,但不容忽视.      

甘肃白龙江流域水源涵养服务时空格局及其影响因素

白龙江流域是长江上游的主要生态屏障和水源涵养区,对维系流域生态和可持续发展至关重要。以甘肃白龙江流域为例,基于参数本地化的InVEST模型对1990—2016年水源涵养时空变化及其影响因素进行分析。结果表明:流域多年平均水源涵养深度为47.50 mm,呈现先减少后回升的趋势。空间上,其高值区主要集中于迭部、文县和舟曲的中高山阴陡坡林区(平均涵养深度在该三县2500～3500 m海拔段、阴坡和半阴坡、25°以上坡段和林地高于流域的平均涵养深度);低值区主要位于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区(平均涵养深度在该两县2500 m以下海拔段、阳坡和半阳坡、25°以下坡段和耕、草地低于流域的平均涵养深度)。气候背景下,人类活动驱动的土地利用/覆被格局空间差异是影响水源涵养时空变化的重要因素,退耕还林对减缓气候变暖背景下水源涵养深度的下降具有重要意义。     

基于LUCC的南四湖流域面源污染输出风险评估

基于1990-2015年土地利用和统计数据,运用输出风险模型、CA-Markov模型及回归模型,结合GIS技术,对南四湖流域的1990-2015年间土地利用覆盖变化情况和面源污染输出风险空间变化情况进行分析,模拟了2020年土地利用变化和输出风险空间分布。结果表明：研究期间,南四湖流域主要的土地利用类型为耕地和建设用地,共占总研究面积的85%以上;TN、TP有明显的风险变化对比,TN风险值分布在0~0.65,TP风险值约在0~0.12之间,氮为流域内主要污染物;在1990-2005年间,TN风险呈先增加后减少的趋势,2010年之后急剧增大。TP风险随着时间的增加一直下降;从空间分布上来看,风险较高的污染区多位于南四湖区以西的平原地带,南四湖东部的山地地区污染风险型较低,多为低风险污染区。较2015年,2020年的未利用地面积变化不大,除建设用地数量增加外,其他用地面积均有不同幅度的减少,TN风险略有减小,TP风险变化不大。为了控制研究区域面源污染的发展,相关部门需把提高农业科技、减少肥料施用作为当下的工作重心,从源头上控制污染发生。     

丹汉江流域生境质量对景观格局变化响应

文章通过对陕西省丹汉江流域的生境质量与景观格局开展研究,探讨二者间的相关关系,以期为该研究区内生态环境保护与景观规划提供一定参考。以陕西省丹汉江流域1990-2018年土地利用情况为基础,基于InVEST模型、Fragstats景观格局指数测算平台、GEODA空间数据分析软件,评估了该时段内生境质量演化情况,并采用空间自相关理论,揭示了生境质量在空间上的集聚情况以及生境质量与景观格局之间的关联性。结果表明：1990-2018年间,研究区内景观转化特征主要发生在耕地、林地、草地三者间的相互转化以及建设用地面积持续增长对其他景观的挤压,导致了区域内破碎度程度增加;研究时段内平均生境质量指数较高,其在21世纪前处于下降趋势,在21世纪初,随着各生态保护措施的施行,生境质量指数逐渐上升;生境质量空间分异与流域景观类型分布高度重合且具备空间上的集聚特征;随着时序变化,景观格局向多样化、异质化、复杂化和破碎化发展,且生境质量与景观格局间的空间关联性也随之增强。应继续采取生态保护措施,调节景观格局结构,合理规划当地土地利用,充分保障当地生态环境,增进居民福祉。     

三江流域土地覆被／土地利用与生态系统功能关系研究

三江流域具有特殊严酷的自然环境和相对落后的经济条件,本区域的生态环境极度脆弱,不但限制了本区域的经济发展,还严重威胁着中下游地区的安全。但是长期的过量森林砍伐,落后的农业生产方式,导致本地区的生态功能退化严重,恢复重建异常困难。因此如何改变过去的生产方式,充分发挥土地生产潜力,提高人民生活,促进社会经济持续发展,已成为国内国际关注的重点。本文运用土地生态学和景观生态学原理,对三江流域土地覆被／土地利用与生态系统功能关系进行了探讨,在土地利用方面提出了减少耕地,实施退耕还林或还草;对干暖河谷灌丛生态系统和寒漠生态系统要以保护为前提,减少人为活动影响,发挥生态系统自身调节能力,使之向健康方向发展,对森林生态系统和高寒草甸生态系统要发挥其生态功能和经济功能。最终实现土地资源的可持续利用,取得最大的社会、生态、经济效益。     

南四湖流域种植业面源污染氮磷源解析研究

利用田间径流池采集南四湖流域种植业农田地表径流样品,分析其不同形态的氮磷数据,汇总数据得到南四湖流域种植业的氮磷源成分谱;并在南四湖区11条主要入湖河流入湖口处采集水样,测定氮磷含量,利用主成分分析法对南四湖流域种植业面源污染氮磷来源进行了源解析.结果表明,南四湖流域氮磷种植业面源污染来源有3种,3个主成分累积方差贡献率为95.275%.第一类污染途径为降雨淋溶小麦-玉米轮作农田产生的地表径流对河流产生的污染,这种污染的范围广且贡献率较大为50.220%;第二类污染途径为降雨淋溶大蒜-玉米轮作农田产生的地表径流流入南四湖入湖河流引起的,影响面也较广,贡献率为25.119%;第三类污染途径为自然降雨时,小麦-水稻轮作农田产生的地表径流对河流的污染,贡献率为19.937%.     

漓江流域喀斯特森林土壤有机碳空间分布格局及其驱动因子

喀斯特森林生态系统脆弱,为了探明漓江流域喀斯特森林土壤的碳储潜力,揭示漓江流域喀斯特森林土壤有机碳（SOC）的空间分布格局,探寻各驱动因子对土壤有机碳空间分布的驱动作用途径及贡献,为评估该区域喀斯特森林的碳循环功能提供科学依据.以漓江流域喀斯特森林土壤为对象,研究漓江不同流域段（上、中、下游）、不同深度土层的森林土壤有机碳的空间分布特征,通过相关性分析和构建分段结构方程模型,揭示漓江流域喀斯特森林土壤有机碳空间分布的驱动因子及其作用途径,并量化了各类因子的直接或间接作用比例.结果表明,漓江流域喀斯特森林土壤整体土层较浅,土壤有机碳具有表聚性.在不同流域段土壤有机碳含量的分布为：上游>下游>中游,易氧化有机碳（ROC）和可溶性有机碳（DOC）的分布与之相一致,而微生物碳（MBC）的分布为：上游>中游>下游.各类驱动因子对流域喀斯特森林土壤有机碳空间分布驱动作用途径和贡献不同,其贡献按从大到小排序为：土壤理化因子>土壤有机碳活性组分>样地海拔>样地物种多样性,总效应分别为：1.148、 0.574、 0.284和-0.013.其中,样地海拔对土壤有...     

南四湖及入出湖河流水环境质量变化趋势分析

南四湖作为南水北调东线工程重要的输水通道和调蓄湖泊,其水质状况一直受到人们的广泛关注. 根据南四湖流域主要入出湖河流14个监控断面及湖内5个监测站点的数据,从年际、年内、不同时间段和不同监测站点等进行了南四湖及河流水质变化趋势的综合分析. 结果表明,2007与2000年相比,南四湖入出湖河流监控断面的ρ（COD_Cr）总体下降率达到84.2%,ρ（NH₃-N）总体下降率达到79.7%. 南四湖及河流水质总体上出现了大幅度的改善,但距离稳定达到调水水质Ⅲ类标准的要求还有较大差距. 受水文情势、底泥释放和污染源以及各项污染控制措施等因素的影响,南四湖及入出湖河流监控断面水质改善存在一定的波动现象,水体富营养化形势严峻. 提出了科学合理地计算与分配南四湖养殖承载力和流域水环境承载力,重视非点源的控制与治理,大力推进“退耕还湿、退渔还湖”策略,是当务之急.      

南四湖湿地沉积物及孔隙水基本特性研究

利用平衡式孔隙水采样技术Pore Water Equilibrators(Peeper)来获得沉积物的孔隙水剖面,研究了南四湖湿地芦苇、香蒲沉积物的理化性质对孔隙水营养盐的垂向分布特征及其扩散通量的影响.结果表明,通过种植芦苇和香蒲,沉积含水量、孔隙度及交换态的氨氮、硝态氮含量均较无植物的对照区有明显提高.在2～5cm亚表层,芦苇区和香蒲区孔隙度分别提高了57.5%和34.6%.在沉积物-水界面附近,孔隙水中氨氮和可溶性磷酸盐浓度随剖面深度的增加呈指数关系增长,在沉积物6～8cm左右达到最大值.运用Fick第一定律对孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现芦苇较香蒲更能有效地抑制孔隙水中氨氮的再次释放,从对照区的最高值3.57～4.48mg/(m2.d)降低0.90～1.24mg/(m2.d);磷酸根扩散通量3个区域的数值相差不大,在0.02～0.04mg/(m2.d)间波动;硝态氮3个区域均表现为上覆水向间隙水中扩散.相关分析结果表明,沉积物中交换态营养盐含量与孔隙水中含量呈显著正相关关系,因此控制营养盐的可交换态含量可能是防止湿地沉积物营养盐二次污染的有效途径之一.     

南四湖浮游硅藻季节性演替及其与环境因子的相关性

为研究南水北调东线工程调水对南四湖硅藻藻密度、种群结构变化的影响,于2010年5月—2013年4月在南四湖进行逐月采样,应用NMDS(non-metric multi-dimensional scaling,非度量性多元标度)分析硅藻种群组成的相似性,并通过冗余分析和Pearson相关性分析研究了硅藻种群结构和环境因子间的相关性. 结果表明:①共检出硅藻23属69种,硅藻藻密度在14.3×104~663.2×104 L-1之间,呈明显的季节性变化,表现为冬春季大于夏秋季;②硅藻种群演替呈明显的季节性变化,冬春季主要以冷水种尖针杆藻(冬春季所占比例分别为15.3%、24.0%)为主,夏秋季则以暖水种扭曲小环藻(夏秋季所占比例分别为17.8%、19.1%)为主;③氮磷营养盐水平、pH和表层水温是影响南四湖硅藻种群变化的主要环境因子. 南四湖硅藻种群对于环境因子变化的反应较为灵敏,可作为南四湖水质的潜在指示工具进行长期研究.      

近40年来山东省南四湖水生植被演变及其驱动因素

基于2019年南四湖水生植被调查结果,结合历史资料,分析了1983～2019年全湖水生植被演变情况。结果表明:1)近40年来,南四湖优势种数量下降,结构发生改变,耐污种菹草代替不耐污种轮叶黑藻、微齿眼子菜等成为优势种;2)物种丰富度急剧下降,由74种下降为16种;3)水生植被总面积大幅缩减,挺水植物面积减少93.7%;4)单位面积生物量减少,植被生产力降低。造成这种水生植被演变的主要因素包括:1)湖泊水位波动对植被生长影响显著,2002年的极度干旱压缩了水生植被的生存空间;2)湖泊营养水平变化诱发优势种演变更替;3)人类活动干扰水生植被的生长与分布等。建议控制湖区内不当的人类活动,更好地保护南四湖湿地生态系统的健康,促进水生植被的恢复。     

物理改良对湖泊沉积物和间隙水特征的影响

采用物理改良措施覆沙和底质疏松,对南四湖湿地沉积物-水微界面氧化还原状况及间隙水营养盐垂向分布特征的影响进行了研究.结果表明,改良措施能够有效地改善沉积物的物理结构及氧气的垂向分布.在沉积物-水界面附近,覆沙和底质疏松均能显著提高界面处氧化层的厚度,覆沙效果最佳.随着剖面深度的增加,间隙水中NH4+和可溶性PO43-浓度呈指数关系增长,改良措施能有效降低间隙水中PO43-的含量,轻度底质疏松的效果最佳,差异显著(P<0.05).而界面以下NO3-和氧气浓度呈指数关系下降,在沉积物中10cm以下时营养盐接近一个常数,在4mm以下溶解氧接近0.对剖面沉积物不同形态的磷组分进行统计检验表明,改良措施能有效提高表层沉积物中NH4Cl-P 及BD-P(铁磷)的含量.     

南四湖及主要入湖河流表层沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了南四湖及其主要河流人湖口18个表层沉积物对磷的吸附能力、吸附动力学及其吸附等温线,并对湖区沉积物对磷吸附特征及其理化特征之间的关系进行了探讨.结果表明,对于处于不同营养水平的沉积物,对磷酸盐的吸附具有一致的特征.在前10h沉积物对磷酸盐的吸附量基本达到或超过平衡吸附量的80%,并且在0～1.0 h内吸附反应迅速.在本研究条件下,表层沉积物的cEPC的变化范围为0.010～0.157mg·L-1, Qmax的变化范围是86.74～118.32 mg·kg-1, TQmax的变化范围是99.97～281.11 mg·kg-1·cEPC、NAP、m、Qmax和TQmax与Ads-P都具有显著的正相关关系,沉积物Ads-P含量可以作为指导南四湖水体污染程度的一项指标. m与TQmax之间具有显著的正相关性,吸附效率不仅体现的是对外来磷的吸附效率,还应当包含对本身释放磷的再吸附的效率.对于南四湖沉积物TQmax、NAP和Qmax起到同样的贡献.沉积物的NAP与cEPC之间呈显著正相关性,总的趋势就是,当上覆水中磷含量相等时,具有高的NAP的沉积物易于向上覆水体释磷,反之具有较低NAP的沉积物易从水中吸附磷.     

山东省南四湖底泥中磷的形态分布特征

利用分级提取法分析了山东省南四湖下级湖区及其主要入湖河流底泥中磷的化学形态,并研究了磷在表层沉积物与沉积柱芯中的形态分布规律.结果表明,表层沉积物中各形态磷的空间分布规律不明显,且含量存在较大的差异.表层沉积物中活性磷(可交换态磷、铝结合态磷、铁结合态磷三者之和)的含量占总提取磷的 41%~65%,提示沉积物中磷的生物可利用性较高.沉积物柱芯中活性磷含量较大,以交换态磷和铁结合态磷为主,铝结合态磷含量较少;闭蓄态磷、自生磷、碎屑磷和有机磷在垂向上的含量分布较为稳定,有机磷含量最低.在表层沉积物和沉积柱芯中无机磷占绝对优势,表明南四湖底泥主要为无机相沉积.     

南四湖水质控制方案实施的水质模拟与效果评估

南四湖是保障南水北调东线工程调水水质安全的重要输水通道,对其水质保障综合控制方案阶段实施的输水干线水质改善进行效果评估具有重要的现实意义。基于SMS软件建立了南四湖二维水流水质数学模型,进行了计算边界简化、网格划分、参数选取与设置、模型调试与检验等研究工作,确定了各计算方案的水力学和水质边界条件,模拟计算了南四湖上、下级湖调水期的二维流场和浓度场。结果表明:南四湖流域全面实施"治、用、保"流域综合治污体系,并发挥综合效益的控制方案4的水质最好,同一控制方案输水主航道的水质最好;上级湖控制方案4的调水出湖口CODCr为19.81mg/L,达到地表水Ⅲ类标准,TP为0.053 4mg/L,达到地表水Ⅲ类(河流)标准,但未达到地表水Ⅲ类(湖泊)标准;下级湖各控制方案的调水出湖口CODCr和TP均达到地表水Ⅲ类(湖泊)标准,且在相同工况下,下级湖水质优于上级湖;南四湖上、下级湖输水水质模拟计算结果与各水质保障综合控制方案的总排放量相一致,即总排放量大的控制方案其调水出湖口的污染物浓度也高。