太岳山油松人工林干湿交替时期土壤呼吸特征

为了解在温度升高和干湿交替的复合影响下森林生态系统土壤呼吸的动态特征,以太岳山地区油松人工林土壤为研究对象,应用Li-8150土壤CO2通量全自动连续测量系统原位、全天候、高频率地连续监测土壤呼吸速率及环境因子,基于原始数据、小时均值数据和日均值数据3种研究尺度,利用已有的单因子模型、双因子模型对土壤呼吸速率与5 cm土壤温度和容积含水量的关系进行了拟合.结果表明:(1)在太岳山地区的干湿交替时期,降雨总体上促进了油松人工林的土壤呼吸;土壤呼吸速率和5 cm土壤容积含水量的小时动态规律非常相似;5 cm土壤容积含水量存在明显的消长,5 cm土壤温度在波动中整体上升,两个土壤环境因子之间存在负相关关系(r=-0.37,R2=0.30,P<0.01).(2)不同的研究尺度下,日均值数据拟合模型的效果最好,小时均值数据次之,原始数据最差.(3)相同的研究尺度下,双因子模型优于单因子模型,非线性模型要优于线性模型.综上所述,太岳山油松人工林土壤呼吸对该地区干湿交替现象的响应明显,所拟合的模型中,日均值数据尺度下的双因子指数-幂函数模型的解释力最好.     

遥感水文耦合模型的研究进展

遥感水文的耦合模型在目前生态环境领域,特别是在水资源的应用和管理中其作用日益重要,具有大流域尺度上快速应用、实时动态监测等优点。结合国内外近年来取得的研究成果,文章综述了遥感水文耦合模型的研究进展。首先介绍了遥感技术在水文学中的应用,讨论了它的分类发展概况,接着介绍了几种主要的遥感水文耦合模型及其应用实例,包括SCS(SoilConservationServices)模型、SiB2(SimpleBiosphereModelversion2)简化生物圈模型、SRM(SnowmeltRunoffModel)融雪径流模型以及SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型,最后展望了遥感水文耦合模型未来的发展趋势,指出尺度问题上的时空变异性仍是其发展的关键,与GIS(Geographicinformationsystem)及其他空间技术的相结合是其未来发展的重要方向,从而为水文学、水资源的预测评价等研究提供参考。     

土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

祁连山大野口小流域生态系统水文调节服务的尺度特征

生态水文服务是生态系统服务的主要内容之一,在上游山地生态系统主要为通过植被-土壤复合体实现的水文调节服务。通过在祁连山中段北坡大野口小流域的监测及对2002—2010年间降水/径流的统计和相关分析发现,山地生态系统通过水文调节将不连续的大气降水转化成连续、相对稳定的径流,显著调节了径流的时间和空间分布。在次降雨和连续降雨期尺度上水文调节主要影响样地的降水-植被-土壤水的响应关系,在流域尺度上则影响大气降水-径流的关系。通过降水/径流比值在月、年尺度上的统计和相关分析发现,植被在生长季对流域径流量存在影响,但并没有影响到小流域大气降水-径流产流变化的年内总体趋势;植被生长对径流的影响可以在年际间反映出来。通过对2002—2010年植被指数(叶面积、净初级生产力和植被覆盖度)与"蓝水"、"绿水"占总降水量的比例的线性回归分析及相关分析发现,植被指数的提高与"蓝水"的减少和"绿水"的增加有一定的关联性。根据该研究结论,对祁连山区生态系统水文服务的评价应综合考虑上游生态维持与中、下游农牧业以及整个祁连山地区经济社会的协调发展,应客观认识上游山地生态系统"绿水"贮存与中、下游"蓝水"需求之间的矛盾关系。     

小流域梯田土壤有机碳与土壤物理性质的关系研究

以农牧交错带的内蒙古赤峰市黄花甸子流域梯田土壤为研究对象,通过实地采样并运用差异性、相关性及通径分析等方法探讨了土壤有机碳与土壤物理性质的垂直变化特征以及二者间的关系。结果表明,(1)小流域梯田土壤有机碳具有表聚现象,且60 cm土层深度的土壤有机碳含量均值为6.66 g·kg~(-1),在全国处于中等水平。(2)土壤容重、含水量、砂粒含量随土层深度的增加而逐渐增加,粘粒含量逐渐减少。土壤容重、砂粒含量与有机碳含量呈显著负相关关系,土壤含水量、粘粒含量与有机碳含量呈显著正相关关系。(3)通径分析结果表明,土壤粘粒、土壤含水量的增加有利于土壤有机碳的累积和土壤肥力的提升,且土壤有机碳含量与土壤物理性质的通径分析剩余效应较小可以反应出土壤物理性质是影响土壤有机碳变化的重要因子。研究结果可为农牧交错带的赤峰市梯田土壤改良及碳库研究提供科学依据。     

土壤温室气体测定方法研究进展

土壤温室气体测量方法复杂多样,不同方法之间的差异性为土壤温室气体测量带来较多不确定性,综合评估比对各类方法有助于提高测量土壤温室气体的准确性,进而对研究温室气体源汇机理、制定排放清单和减排措施具有重要意义.本文通过对国内外温室气体测量研究文献的梳理,总结常用的土壤温室气体观测方法:箱法/碱液吸收法、箱法/气相色谱法、箱法/吸收光谱法、微气象学法、土壤浓度廓线法、稳定同位素法等,系统阐述常用土壤温室气体测量方法的原理、优缺点、不确定性以及改进历程,分析其使用特点与范围.几乎每种方法都有其优势和局限性,箱法操作简单,目前应用较为广泛,但密闭静态箱对观测有一定的扰动,而微气象法对观测下垫面均有极为严格的要求,同位素法更精确,但价格昂贵,难以广泛使用.目前传统测量方法存在实验过程复杂、研究成本高、精度低、不可原位、参数有限等问题,未来土壤温室气体测量的仪器更注重与新技术的结合使用,例如连续量子级联合激光器(CW-QCL)与可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)及波长调制技术(WMS)的结合,向着原位无损、长时间、全参数、高精度、便携式、一体化、自动化和远程操控等方向发展.(图9表3参180)     

东江流域土壤、植被和悬浮物的碳、氮同位素组成

碳、氮同位素值对监测流域植被组成、环境变迁是一种非常有效的指标,为中短时间尺度环境变化研究提供了一条新的途径。以亚热带山区的东江流域为例,以流域内的植被、土壤及水体悬浮物为研究对象,应用其有机质同位素组成（δ13C、δ15N）,揭示流域植被的成分和环境变化的信息。研究发现：东江流域土壤碳同位素、C/N比值差值不大;植被的氮同位素差值明显,C/N比值差异较大。对东江流域悬浮物δ13C值近20年的监测表明：其值在早期逐年升高,近10年来转趋稳定并呈明显下降趋势,变化范围在-17.8‰～-26.1‰之间,反映了该流域植被破坏和恢复的过程以及土壤侵蚀状况的变化趋势。     

晋西黄土区土地利用类型对阳坡土壤水分特征的影响

土壤水分是黄土区植被恢复建设过程中的主要限制因素,但不同土地利用下阳坡坡面土壤水分变化研究较少.以晋西黄土区土桥沟小流域为研究区,选取刺槐林、油松林、荒草地和梯田退耕地4种不同土地利用类型阳坡坡面为研究对象,用TDR土壤水分测量仪,以20 cm为间隔,测量阳坡各监测点0-200 cm土层土壤水分,并进行数理统计分析.结果表明:(1)观测期内,同一月份不同土地利用和同一土地利用不同月份阳坡土壤含水量差异显著(P 0.05),梯田退耕地各月土壤含水量较高,各土地利用类型10月份土壤平均含水量最高,6月份最低.(2)不同土地利用下阳坡土壤含水量均在0-100 cm土层变化较大,60 cm附近土壤含水量最高,随深度增加,变化趋势逐渐减弱,最终达到稳定状态,在观测范围内呈"S"状分布.(3)不同土地利用下阳坡坡面土壤水分活动层划分范围不同,刺槐林活跃层为0-80 cm,其深度范围大于其他3种土地利用类型,荒草地次活跃层深度范围最大为0-100 cm,此外,4种土地利用类型下,100-200 cm土层均为相对稳定层.(4)阳坡不同土地利用下土壤水分季节变异系数随土层深度增加先变大后减小,其中土壤水分季节变异系数均在土层40 cm处最大,140 cm左右开始趋于稳定.综上所述,阳坡不同土地利用类型下,土壤水分时空变化、土壤剖面活动层划分和土壤水分季节变异特征均呈现不同变化特征,结果可为黄土区阳坡植被恢复建设,土地与水资源有效利用提供理论依据.(图3表2参26)     

半干旱区煤炭开采对土壤含水量的影响

土壤含水量是影响干旱区植被生长的一个重要因素,研究由于煤矿开采引起的土壤水时序变化有利于矿区植被的重建。以大柳塔矿井52303工作面为例,采用剖面水分速测仪对开采前后压缩区10~100 cm深处土壤含水量的变化进行监测。通过对监测结果的分析发现,未受采煤影响时,土壤含水量较平稳,不随温度变化而改变;受采煤影响初期,土壤含水量变化不明显,存在滞后性,滞后时间为地下开采到达测点正下方后4~5 d;之后,在测点达到最大沉降量过程中发现,下沉对土体的扰动作用导致土壤含水量出现先上升后下降现象,且地下开采对土壤水扰动程度由浅至深逐渐减弱。沉陷引起的土体扰动导致土壤粒径减小,容重增加,孔隙比降低,使得土壤持水能力增强,这是导致在受开采干扰初期(04-03—04-10)土壤含水量短暂上升的重要原因,而裂缝产生以及雨水补给能力的降低是导致后期土壤含水量降低的主要原因。     

中亚热带森林土壤呼吸日变化及其与土壤温湿度的关系

森林土壤呼吸是陆地生态系统土壤呼吸的重要组成部分,其动态变化对全球碳平衡有着重要的影响。目前对中亚热带森林土壤呼吸的研究还比较薄弱。本次研究采用Li-8100采集土壤呼吸速率,同时测定土壤0-10 cm土壤含水量和15 cm处的土壤温度。通过分析所测数据研究井冈山国家级自然保护区中亚热带森林生态系统主要森林类型生长季土壤呼吸速率的日变化特征,并分析土壤温湿度与土壤呼吸的相关关系。结果表明,①各个森林类型的土壤呼吸作用在白天比较活跃,夜晚波动很小。峰值一般出现在10：00到14：00之间。日土壤呼吸强度曲线基本遵循倒U型。②阔叶林（优势种：甜槠Castanopsis eyrei（Champ.）Tutch）、针叶林（优势种：台湾松Pinus taiwanensis）、混交林（优势种：银木荷Schima argenteaPritz.和杉木Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook）和竹林（优势种：毛竹Phyllostachys heterocycla cv.Pubescens）的土壤呼吸范围依次为：2.1~5.3、2.19~4.02、1.27~4.23、1.8~6.35μmol·m-2·s-1。混交林的平均土壤呼吸值远小于其他三种林,但其土壤温度相对较低,土壤温湿度的浮动范围较小。竹林和阔叶林虽然土壤呼吸均值较高,但其浮动范围较大,受环境影响较大,土壤温湿度变化较低。③用Excel和Sigmaplot软件统计分析4种林型的土壤呼吸数据,研究结果表明,阔叶林土壤呼吸和土壤温度相关性不显著;针叶林林型土壤体积含水量为25.02%是影响土壤呼吸速率的分界点;混交林林型土壤呼吸和温度存在倒U关系,会随着土壤体积含水量升高而降低;竹林的土壤呼吸速率也随着土壤体积含水量的增加而降低。总而言之,可能由于降雨量过大造成土壤孔隙度变小,进而影响了土壤呼吸作用的活跃度导致各个森林类型的土壤呼吸作用与土壤温湿度的相关性不大。     

海北高寒草甸返青期土壤温度与水分动态变化

分析青藏高原高寒草甸返青期土壤水分和温度的变化以及相互关系是理解高寒草甸生态系统变化的重要基础。为明晰青藏高原祁连山东部高寒草甸返青期的土壤温度与水分变化规律,选择祁连山东部海北高寒草甸为试验区,以实地测试与方差、相关及回归分析相结合的方法研究了海北高寒草甸返青期土壤分层水分和温度的动态变化。结果表明:(1)观测期内,高寒草甸整个返青期表层0 cm及地表以下5、15、30、60和120 cm土壤各层平均温度分别为10.47、4.11、3.28、1.76、0.80和0.51℃,表层0 cm地温受气温变化影响最为显著;返青早期各层土壤温度均稳定于0℃左右,返青中期各层土壤温度迅速增加,返青中后期自上而下不同土壤层温度逐渐降低;(2)表层、中层和深层土壤平均含水量分别为17.3%、20.6%和20.9%,中层和深层土壤水分含量较小;表层土壤含水量波动剧烈,在整个返青期呈逐渐下降趋势,中层和深层土壤含水量连续增加,波动范围小;(3)高寒草甸土层0~15 cm的土壤体积含水量与土壤温度呈显著负相关,随土壤平均温度增加,土壤体积含水量逐渐降低;15~30、30~45和45~60 cm较深层土壤含水量与土壤平均温度呈显著正相关,随土壤深度增加其相关性也随之增强。该研究可为理解青藏高原高寒草甸生态系统的变化规律和变化过程提供参考依据,对高寒草甸的保护及可持续利用也具有重要意义。     

温带湖泊周边湿地原生草地与人工林土壤碳释放差异性分析

采用红外气体分析法对东平湖湿地人工杨树林和自然草地土壤碳通量进行测定,分析了6:00到18:00两种生境下群落土壤碳通量日变化规律,及其对温度、水分等环境因子的响应。结果表明:(1)两种生境群落的土壤碳通量日动态都呈单峰曲线,但人为耕作过的土壤碳通量明显高于原生草地,土壤碳通量均在6:00达到最小值,杨树林土壤碳通量的最大值出现在12:00,而草地群落土壤碳通量最大值在14:00左右;(2)人工林土壤碳通量与近地面大气温度、土壤温度的相关性均低于草地,且两种生境群落土壤呼吸与近地面大气温度的相关性(P<0.01)均好于与土壤温度的相关性(P<0.05)。土壤碳通量对近地面大气温度的敏感性Q10值大于土壤温度的敏感性,人工林土壤呼吸温度敏感性Q10值小于草地。土壤碳通量与近地面大气相对湿度之间具有显著线性方程关系(P<0.01),人工杨树林和草地的相关系数分别为:0.399、0.29。杨树林土壤碳通量与土壤体积含水量相关性差(P<0.05),湿地草地土壤CO2释放量与土壤体积含水量的相关性不显著(P>0.05),这可能由于土壤体积含水量日变化较小,而不能很好的解释日变化尺度上的土壤呼吸变化;(3)对湿地地土壤碳通量的日变化与土壤养分和盐分相关分析得出,人工林土壤中的有机质和全盐与土壤碳通量具有显著关系(P<0.05),而草地土壤碳通量与土壤养分和盐分相关性均非常差,说明人工林生境土壤有机质和全盐是影响土壤碳通量的一个重要因素,而对草地的影响较小。该结果可以为华北平原东部地区以及温带湖泊湿地的土壤碳通量研究提供参考。     

西南喀斯特环境移民示范区柑橘园水土流失及土壤水分变化

对西南喀斯特地区2种不同建园方式柑橘园水土流失情况进行连续3a的定位监测,并研究了4种类型柑橘园土壤含水量的年动态变化。结果表明,2种不同建园方式柑橘园的土壤流失量逐年减少,坡地柑橘园的年径流系数大于梯地柑橘园;不同类型柑橘园土壤含水量与土壤层次、建园方式及柑橘园成土母质有关;柑橘园土壤含水量与月降雨量呈正相关,应在不同月份对柑橘园采取不同水分调控措施。     

水文连通性研究进展

水文连通是反映流域水生态过程、蓄泄能力及修复效果的关键指标,也是国家解决水问题的重要途径.在总结前人研究基础上,尝试界定水文连通性的内涵及范畴,同时对水文连通性的评估方法、理论体系及其应用实践进行综述.水文连通性的狭义概念是指流域内物质以水为媒介,在空间异质性景观或斑块内(间)进行传输的便利程度;广义概念则指地球外部各圈层内(间)各种生态水文及生物地球化学过程在不同时空尺度上的流通程度.将目前已有的水文连通性评估方法划分为原位监测、水文模型、连通性函数和图论等4类,现有方法多关注流域尺度内地表水文结构连通度的定量表征,尚不具备尺度推绎性.水文连通理论体系研究目前尚落后于实践、未成系统.最后介绍了水文连通在影响平原水网调蓄能力和修复受损水生态系统功能两个方面的应用实践.未来应结合地学信息技术与野外监测数据,开展跨多时空尺度域的综合水文连通性定量评估;重点关注连通工程前中后需遵循的原理;应用实践应重点关注不同河流结构的河网调蓄特征和最佳蓄泄调度,以及构建能够表征各种关键模块的综合水文连通修复模型框架,筛选能够指示修复过程或效果的关键因素.     

基于水文学方法的珠江流域生态流量研究

珠江流域水资源丰富,但由于水体污染等原因,水质性缺水问题较为突出,区域水环境、水生态以及水安全等成为急需解决的重要科学问题。开展生态流量研究对于评价地表水文过程演变对区域水环境与水生态的影响具有重要理论意义,并为区域水资源优化配置和可持续开发利用提供科学依据。基于此,运用各种＂水文学＂方法（包括最小月平均流量法、改进的7Q10法、NGPRP法、逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法）对珠江流域11个主要水文控制站点的实测月径流量做了全面而系统的研究,分析珠江流域生态径流过程,并通过与Tennant法对比分析,选择逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法分别计算了各水文控制站的最小生态径流量和适宜生态径流量,除个别站点外,其评价结果分别处于Tennant法＂中＂和＂最佳＂的等级。对于逐月频率计算法中保证率的选取方法,研究表明各月径流系列均取50%最适合珠江流域。研究同时为仅利用水文资料中的多年逐月径流数据来确定生态需水提供了一种新的研究思路。     

安塞站大型蒸渗仪中土壤含水量剖面分布的量测技术

介绍了中国生态系统研究网络中安塞站大型称重式土壤蒸渗仪应用γ渗射法测量土壤含水量剖面分布的技术方法。     

西南喀斯特环境移民示范区柑橘园水土流失及土壤水分变化

对西南喀斯特地区2种不同建园方式柑橘园水土流失情况进行连续3a的定位监测，并研究了4种类型柑橘园土壤含水量的年动态变化。结果表明，2种不同建园方式柑橘园的土壤流失量逐年减少，坡地柑橘园的年径流系数大于梯地柑橘园；不同类型柑橘园土壤含水量与土壤层次、建园方式及柑橘园成土母质有关；柑橘园土壤含水量与月降雨量呈正相关，应在不同月份对柑橘园采取不同水分调控措施。     

青藏高原东缘高寒草甸土壤纤毛虫群落的季节变化特征

土壤纤毛虫是土壤微型生物系统的重要组成部分,在生态系统的物质循环和能量流动中发挥着重要作用。研究青藏高原高寒草甸土壤纤毛虫群落的季节变化特征,有助于认识区域及全球变化对土壤动物群落结构及其多样性的影响,可为退化生态系统的恢复评价提供科学依据。于2015年4月、7月、9月和12月在甘南合作市附近的高寒草甸选取典型样地,采用"非淹没培养皿法"、"活体观察法"等测定土壤纤毛虫物种数和密度,同时测定了土壤含水量、土壤温度、光照度、pH值及土壤养分等相关环境因子。结果表明,春夏秋冬土壤环境因子变化有显著差异,4个季节分别检出纤毛虫97、141、105、78种,其中,旋毛纲(Spirotrichea)和裂口纲(Litostomatea)为优势类群。Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pieluo指数均为春季相对较高,Margalef指数、物种数和丰度均为夏季最高,纤毛虫的垂直分布具有表聚性。土壤纤毛虫群落结构和环境因子的冗余分析表明,土壤温度、全磷含量、光照度和含水量等均影响了甘南高寒草甸土壤纤毛虫群落的分布,其中土壤温度是关键限制因子。该研究结果有助于深入理解和准确预测高寒草甸牧区的土壤纤毛虫在生态系统养分循环中生态功能的变化特征。     

耕地土壤环境质量监测网最优网格尺度识别研究——以珠三角耕地土壤镉为例

最优采样密度的确定是土壤环境调查、监测及监测网建设过程中的热点和难点科学问题,但当前对土壤环境监测最优网格尺度识别的研究较少。文章在对珠江三角洲地区耕地土壤按照2 km×2 km的网格加密调查的基础上,采用经典统计方法、地统计法和空间插值等方法开展土壤镉最优监测网格尺度研究。结果表明:(1)2 km×2 km、4 km×4 km、8 km×8 km和16 km×16 km 4种网格尺度下,采样点间距离均小于空间相关距离,具有中等的空间自相关性;8 km×8 km网格的变程及拟合度最大,说明利用地统计学方法进行珠三角耕地土壤镉含量变量的空间分析,8 km×8 km网格的空间表达能力最强;(2)不论从交叉验证模型,还是独立验证模型以及空间分布模式均可发现,2 km×2 km、4 km×4 km和8 km×8 km等3种采样尺度均可较可靠地反映珠三角区域耕地土壤镉含量的空间变异,而16 km×16 km的采样尺度则无法保证可靠性;(3)在置信水平为95%,相对误差为15%的条件下,采用Cochran公式获取的最佳采样数量为169个,而2 km×2 km、4 km×4 km和8 km×8km满足此条件的点位数均大于169个,此时误差小于《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166─2004)中实验室允许的最大误差25%。总之,在珠江三角洲区域尺度上,以土壤镉作为评价目标的土壤采样中,8 km×8 km是比较适宜的采样尺度。