1956-2010年三江源区水土流失状况演变

为研究三江源区水土流失状况变化及其可能成因,基于1956—2010年三江源区水文、气象观测资料以及遥感数据,借助Mann-Kendall趋势检验法分析了输沙量的年际变化,并采用双累积曲线、RUSLE（修正的通用土壤流失方程）分析了水土流失状况变化的可能成因.结果表明:① 三江源区输沙量表现为黄河源区>长江源区>澜沧江源区,输沙量最大值均出现在6—8月,最小值均出现在12月—翌年1月.② 各流域输沙量的年际变化较大,并且均以20世纪80年代为最大.2005—2010年黄河源区输沙量较多年平均值减少32.25%,而长江源区和澜沧江源区分别相应增加24.76%和41.86%.黄河源区土壤水蚀量增加明显,长江源区不同河段各有增减,澜沧江源区土壤水蚀强度降低.③ 引起水土流失状况变化的原因主要包括气候变化和生态工程两个方面.即① 降雨量的增加导致降雨侵蚀力和径流量增加,使得土壤水蚀量和河流输沙量有所增加;② 生态工程实施后,土壤中w（有机质）虽有所增加,但仍明显低于1980年的水平.尽管植被覆盖度有所提高,但对水土保持功能起重要作用的根系层恢复却较为缓慢,因此,土壤保持功能基本上未得到提高.      

三江源区生态系统状况变化及其成因

三江源区是黄河、长江和澜沧江的发源地.为研究三江源区生态系统状况变化及其可能成因,利用InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）、RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）和RWSQ（Revised Wind Erosion Equation）模型模拟,结合实地观测数据,系统全面地评估2000年以来三江源区生态系统构成、质量和服务功能变化,并揭示其成因.结果表明:① 2000—2010年三江源区生态系统结构基本稳定.草地退化状况轻微好转,产草量和生产力微弱增加.植被生长季水热条件的改善是促使产草量增加和草地退化态势趋缓的重要原因,同时生态工程的实施也发挥了积极作用.② 2005—2010年局部重点生态工程区的水土流失状况轻微好转,但区域整体好转趋势不明显.土壤中w（有机质）明显增加,但对于土壤保持功能起到关键作用的植被根系层的恢复却比较缓慢,降雨侵蚀力的增强加速了土壤侵蚀过程,生态系统的土壤保持功能基本上没有提高.③ 2000—2013年地表水、地下水资源量和土壤湿度均呈明显增加趋势,水质稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》划定的Ⅰ~Ⅱ类.降水量和冰川/积雪融水量增加导致径流量增大,气候变暖引起的冻土退化导致地下水库枯水季径流调节作用增强.④ 生态工程实施后,生物栖息地的生境退化状况轻微改善,野生动物的分布范围和种群数量都有了较为明显的增加.      

三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型研究

为了发展适用于三江源区高寒草地（包括高寒草甸和高寒草原）地上生物量（aboveground biomass,AGB）模拟的遥感反演模型,基于2006—2014年逐年7—8月三江源区高寒草地70个采样点地上生物量数据与同期MODIS-NDVI和MODIS-EVI数据,通过回归分析方法建立高寒草地地上生物量遥感反演模型,并利用长时间序列MODIS数据对2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量的时空格局进行模拟分析.结果表明:基于EVI建立的乘幂模型对三江源区高寒草地地上生物量的拟合效果最好,其判定系数（R2）最大,达到0.654;均方根误差（RMSE_P）最小,仅为27.86 g/m2.根据三江源区70个采样点的地上生物量数据最终确立的估算模型为y=348.769x0.783（R2=0.655,P < 0.001）.估算模型模拟结果显示,2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量空间特征基本一致,总体表现为从东南到西北逐渐减少的变化趋势,这与该区域的降水量、气温、海拔和植被类型等因素有关;2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量平均值为169.25 t/a,最高值为2010年的178.36 t/a,最低值为2008年的162.80 t/a,年际变化趋势表现为2005—2008年逐年下降、2008—2014年则在波动中逐年有所上升.研究显示,三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型及其确定的模型参数可对该区域草地地上生物量进行有效评估.      

三江源区土壤有机碳空间分布及影响因素分析:以玉树县为例

三江源区土壤有机碳含量空间分布研究对于全球气候变化下区域碳循环研究具有重要意义。文章以三江源区玉树县为研究区,在GIS的支持下,基于土样有机碳测试结果,利用Kriging插值方法得到土壤有机碳含量空间分布,在此基础上分析了玉树县土壤有机碳含量空间分布的主要影响因子。结果表明:西北部的隆宝滩湿地自然保护区及其周围区域土壤有机碳含量最高,达到了90 g/kg以上;玉树县结古镇、仲达乡及通天河附近为26.5~45 g/kg;巴塘乡西部、下拉秀乡西南部及周边区域集中在50~75 g/kg。玉树县土壤有机碳含量空间分布主要受到环境因子、土壤类型及土地利用/土地覆被类型等因素的综合影响,其中环境因子是影响土壤有机碳空间分布的主导因子,土壤类型和土地利用/土地覆被类型的影响在空间上表现不明显。     

树轮记录的黄河源区过去390 a流量变化

论文利用采自黄河源区的两个样点的祁连圆柏树轮样本建立了区域树轮宽度年表,分析了树木生长与流量的关系,结果表明1—7月的平均流量与树轮宽度密切相关,相关系数达0.73。由此重建了黄河源区过去390 a来的流量变化,统计检验结果表明,重建方程方差解释量高达53.6%。重建序列大体经历了7个丰水期和10个枯水期。周期分析结果表明,重建序列存在着42、18和2~4 a左右的显著变化周期。区域对比结果表明,重建结果与周边其他基于树轮资料的重建序列的干湿变化有较好的一致性,证明了论文重建序列的准确性。     

河流流量变化的生态效应及水资源管理策略

分析了河流生态系统中流量变化的生态效应,应用基于RVA的生态流量估算方法,计算了绥江干流各月的生态流量,发现枯水月份流量变化更易引发生态风险。据此以水文连接度的概念,描述了河流生态系统结构及功能的衰退与恢复过程,并提出了基于河流流量变化的水资源管理策略。     

无定河流域1956—2009年径流量变化及其影响因素

黄河是中国的第二大河,近几十年,黄河的径流量发生明显变化,分析径流量变化及驱动力,对流域治理及水资源的开发利用、解决水资源的供需矛盾,促进社会、经济、生态可持续发展等具有重要作用,因此分析径流量的变化趋势及驱动力已成为国内学术界的热点话题。无定河是黄河中游重要的一级支流,也是中游区水土保持措施实施最早的流域,因此以无定河流域为例分析黄河中游径流量的变化趋势及原因。论文首先分析白家川站1956—2009年径流量的变化趋势,并采用7种时间序列突变检验方法分析序列的突变点;其次,通过估算不同时期气候变化对径流量的影响,从而分析人类活动对径流量的影响。结果显示:1956—2009年无定河流域径流量显著减少,气候干旱化加剧;径流量时间序列突变发生在1971年和1997年,这与20世纪70年代大规模实施的水保措施及1997年以来的退耕还林等生态修复措施有关;70年代以来人类活动影响是径流量减少的主要原因。     

黄河源区积雪变化时空特征及其与气候要素的关系

基于1979～2016年积雪深度数据和同期气象站点的降水、气温观测资料,分析了黄河源区年均雪深和积雪天数的时空间演变规律,采用弹性系数法和相关性分析法研究降水、气温对积雪的影响及其空间规律.结果表明,黄河源区积雪期集中在11月到次年4月,源头以及西北高山区积雪初日较早,终日较迟,同时也是年均雪深高值区,积雪天数较长.研...     

河南烟区近35年来相对湿度变化特征分析

利用河南省41个气象观测站1971-2005年4-9月份的逐旬相对湿度资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验、小波分析等统计方法分析了河南烟区旬相对湿度的时空分布特征和变化规律,并分析了相对湿度与其他气象因子之间的关系.结果表明:4-9月份,河南烟区旬平均相对湿度、旬最大相对湿度、旬最小相对湿度变化均显著...     

变化环境下北江流域水文极值演变特征、成因及影响

选用8种概率分布函数,系统分析北江上游犁市和下游石角2站的水文极值流量。以极大似然法估计函数参数,采用K-S、A-D、ABS和AIC拟合优度方法选出变化环境前后最优分布函数。并对水文极值流量变化规律及其影响作了有益探讨。结果表明:1991年后流域下垫面植被减少是造成年最大流量显著上升的主要原因。犁市站极值流量厚尾分布拟合最好,石角站薄尾分布拟合最优,变化环境前后洪水频率最优分布线型基本一致,但流量增大造成分布参数改变已导致分布线型高水尾部特性变陡,相应设计流量偏大。用水文情势发生变化前估计的洪水重现期往往不能很好地描述变化后洪水频率特征。北江上游及时修建防洪水利工程对减轻中下游的防洪压力尤为重要。     

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

三江源植被保持土壤能力的时空变化

为深入了解三江源区植被保持土壤的能力,以RS和GIS为技术支撑,在对三江源区植被覆盖度动态变化特征分析的基础上,利用SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》推荐的中国土壤侵蚀模型CSLE(Chinese soil loss equation)估算了2000—2010年三江源区植被的土壤保持能力,并分析其时空动态变化特征. 结果表明:①2000—2010年三江源区年均植被覆盖度为43%~50%;植被平均土壤保持量为849~955 t/km2,并且空间差异很大,总体上呈自西北向东南增加的空间分布格局. ②2000—2010年植被的土壤保持能力呈逐渐增加趋势,其中2000—2005年各流域的土壤保持能力平均增加了约29 t/km2,并以大夏河与洮河流域土壤保持能力的增幅(约700 t/km2)最大,其次为玛曲至龙羊峡(约300 t/km2),羌塘高原区植被的土壤保持能力增幅(仅2.08 t/km2)最小;2005—2010年各流域的土壤保持能力呈现轻微增长,平均增加了约9 t/km2,其中增幅较大的是柴达木盆地东和直门达至石鼓流域(约16 t/km2),增幅最小的是羌塘高原区(仅3.90 t/km2). ③三江源植被土壤保持能力随植被覆盖度的增加呈非线性增长,可通过指数或幂函数形式表达. 研究显示,增加植被覆盖度有助于提高三江源区的土壤保持能力、控制区域土壤侵蚀.      

三江源区水源涵养功能评估

为实现三江源区水源涵养功能评估,服务区域生态服务价值估算,从水源涵养的概念出发,解析水源涵养功能的内涵特征和表征指标,提出了三江源区水源涵养功能评估技术框架,并基于SWAT模型建立三江源区水文模型,通过年尺度、月尺度和日尺度的水文模拟,完成三江源区水源涵养功能定量评估.从水文模型校准结果来看,直门达、唐乃亥和香达3个验证站日径流量最大相对误差不超过17.0%,月径流量最大相对误差不超过13.0%;日尺度模型中直门达站模拟效率系数超过了0.6,其他两个站也超过了0.5,月尺度模型中3个验证站模拟效率系数均超过0.6以上;日尺度模型和月尺度模型验证结果均可接受,在一定程度上较好地揭示出了三江源区的水量输出过程、趋势和规律.应用该模型对水源涵养功能进行定量评估,长江流域、黄河流域、澜沧江流域水资源供给量分别可达到158.8×108、326.2×108、72.6×108 m3;考虑土地利用和植被变化对流域径流输出的影响作用,植被破坏可能导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域地下径流量分别可能减少98.6×108、200.1×108和44.5×108 m3;在相同降水条件下,低植被覆盖会导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域年最大流量的平均值、最大值、最小值分别增加了约80%、60%和30%.研究显示,三江源区在保障下游用水、提升径流调节能力和缓解防洪压力等方面具有突出的作用.      

三江源区径流长期变化趋势对降水响应的空间差异

为探究三江源区径流长期变化特征的空间模式,采用Mann-Kendall趋势检验、双累积曲线法和GIS技术,分析1957—2012年三江源区降水和径流的变化趋势,以及径流对降水响应关系的空间差异.结果表明:1957—2012年三江源区有67.1%的区域年降水量呈显著增加趋势;47.3%的区域径流深变化趋势不显著,45.4%的区域显著增加;其余7.3%的区域内降水变化不显著但径流深显著减少.长江源区绝大部分区域降水量和径流量都显著增加,径流量增速达0.616 9×108 m3/a.澜沧江源区在降水显著增加或变化不显著的情况下,径流深无显著变化或显著减少.黄河源区内部差异很大,降水呈增加或无显著变化趋势,径流深则呈无显著变化或显著减少趋势.除澜沧江源子曲外,三江源区年径流深和降水量呈显著线性正相关,Pearson线性相关系数为0.51~0.87.径流量对降水量的响应关系存在明显的空间差异性,可以分为稳定型、波动型、上升型及下降型4种类型,并以稳定型为主,涉及面积占三江源区总面积的48.9%;其次为下降型和波动型,分别占32.8%和12.9%;上升型涉及面积所占比例最小,仅为5.5%.研究显示,三江源区61.8%的区域内径流对降水的长期响应关系并未发生明显变化,或者在波动中保持相对稳定的关系.      

三江源区生态系统服务间接使用价值评估

论文利用替代成本法、机会成本法和影子工程法等经济学方法,对三江源区生态系统提供的间接使用价值进行了评估。研究结果表明:2008年三江源区生态系统的间接使用价值共计1.74×10¹¹元,其中水源涵养价值为1.07×10¹¹元,占61.38%,土壤保持价值为4.60×10¹⁰元,占26.50%,气候调节价值为2.01×10¹⁰元,占11.56%,空气质量调节价值为9.56×10⁸元,占0.55%。该结果突出反映了三江源区作为水源发源地在水量平衡、调节区域水分循环和改善水文状况等方面做出的贡献。     

基于神经网络的三江源区草地地上生物量估算

三江源区位于青藏高原腹地,作为长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,是我国重要的水源涵养和生态功能保护区.为了及时准确地获取该区域草地生物量信息,根据三江源区高寒草甸、高寒草原采样点的地上生物量实测值,结合遥感植被指数、海拔、气象观测数据（光合有效辐射、年均气温、年降水量）构建BP神经网络模型,估算2001—2010年三江源区的草地地上生物量,并对其进行分县统计和年际变化分析.结果表明:① 通过多次反复的训练与测验得到的BP神经网络模型,对高寒草甸、高寒草原的地上生物量模拟值与实测值的R2分别为0.73、0.79,表明BP神经网络模型具有较好的模拟效果.② 2001—2010年三江源区草地地上生物量多年平均值为172.34 g/m2,其中高寒草甸为214.81 g/m2,高寒草原为130.07 g/m2.③ 三江源区草地地上生物量的空间分布具有明显的空间异质性,呈从东南向西北递减的趋势.其中,位于东部的河南县草地地上生物量最高,为413.46 g/m2;而北部的曲麻莱最低,仅为69.04 g/m2.④ 2001—2010年三江源区草地地上生物量呈缓慢波动上升趋势,平均升幅为0.93 g/（m2·a）.研究显示,利用站点地上生物量实测数据构建BP神经网络模型并对地上生物量进行模拟,对于分析区域尺度的草地地上生物量分布格局和变化趋势行之有效.      

三江源地区高寒草地土壤功能的水平分异特征及其沿发生层的垂直变化

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间的相关关系.结果表明,土壤功能特征在高寒草甸和高寒草原之间不存在显著差异,表层土相比于深层土具有更高的呼吸、氮转化速率和酶活.土壤理化性质中全氮含量是不同发生层土壤功能特征的关键驱动因子,分别解释了土壤功能特征18.3%、21.4%和27.5%的水平分异.气候和植被因子主要在表层土中通过改变土壤理化性质间接影响土壤功能,但是大气氮沉降在深层土中对土壤功能仍存在影响.结果显示,三江源地区高寒草地土壤表现出显著的氮受限特征,为全球气候变化背景下土壤功能多样性的维持和对气候变化的响应提供了新的见解.     

2000—2015年三江源区生态系统服务评估

生态系统服务的定量评估是生态系统服务管理的基础,对开展自然资源资产化管理、生态补偿等生态文明建设具有重要意义。三江源区是我国重要生态安全屏障,开展三江源区生态系统服务评估,明晰其价值,有助于三江源区生态环境保护。依托卫星遥感影像、地面生态监测、统计数据等,分析2000年、2005年、2010年和2015年三江源区径流调节、水源供给、土壤保持、生态固碳、物种保育等生态系统服务。结果表明:15年间,三江源区生态环境保护和建设的力度不断加大,生态系统服务整体向好;生态系统服务价值从2000年的4 805.58 亿元增至2015年的5 379.79 亿元,增加幅度为12.5%;2000年、2005年、2010年和2015年单位面积生态系统服务价值分别为121.66、123.43、141.49和136.20 万元/km²;与2000年相比,2015年55.5%的区域生态系统服务价值明显提高,42.4%的区域变化不明显,仅2.1%的区域明显降低。