综合治理前后兰陵溪小流域生态系统健康格局与动态

兰陵溪小流域是三峡库区的典型小流域,其生态建设具有重要的战略地位和示范效应。基于生态系统结构、功能、适应力和社会价值研究的小流域健康状况评估,可为生态系统管理决策提供理论依据。利用遥感数据和实地调查数据建立基于Fishnet网格的兰陵溪小流域健康评价数据库,选用压力 状态 响应评价模型和层次分析法构建小流域生态系统健康评价指标体系,并对2002～2009年小流域生态健康进行评价,分析兰陵溪小流域生态系统健康状况的时空变化规律。从压力、状态、响应等3个方面选择12个指标构建了小流域健康评价指标体系,包括外界对小流域生态系统的干扰程度、小流域自身状态及响应指标,且健康评价数据可选用调查统计数据和遥感数据,具有较强的系统性和可操作性;随海拔的上升,人口密度减小和森林植被覆盖度提高,健康指数明显升高。因此,在兰陵溪小流域内海拔较高、森林植被覆盖度高、人类活动少的西南部健康评价综合指数明显高于海拔低、森林植被较少、人口密度大的东北部及中部河谷区域;在2002～2009年,小流域生态系统健康状况好转的网格数占总数的94444%,健康指数平均值从0531提高到0781;兰陵溪小流域生态系统健康状况的改善主要得益于土壤侵蚀强度的降低和生态弹性指数的提升,两者对提高健康指数的贡献率分别达到40887%和23153%。在水土流失严重区域,通过综合治理,特别是林业生态工程的实施,优化土地利用方式、提升生态系统的弹性和服务功能,可以大幅度改善小流域健康状况     

三峡库区柑橘园施肥量对土壤氮淋失及残留量的影响

本试验以三峡库区秭归县生态站所在流域内的柑橘园土壤作为研究对象,通过0～20、0～40、0～60 cm深度的原状土柱淋溶试验对不同施肥量对柑橘园土壤中氮素淋失及残留量的影响进行研究.试验中设置4种施肥处理,为不施肥处理(CK)、低氮施肥处理(T1:250 kg·hm~(-2))、中氮施肥处理(T2:500 kg·hm~(-2))、高氮施肥处理(T3:750 kg·hm~(-2)).结果表明:①柑橘园土壤中氮素淋失的主要形态为硝态氮(NO_3~--N),占总氮(TN)淋失量的36. 93%～60. 07%,铵态氮(NH_4~+-N)的比例为4. 40%～5. 79%.土壤中NO_3~--N残留量占TN残留量的比例为11. 31‰～45. 66‰,NH_4~+-N残留量的比例为1. 05‰～2. 07‰;②相同深度的柑橘园土壤中,氮素的淋失量和残留量与施肥量呈显著正相关.不同施肥量下土壤中TN的淋失量和残留量分别为11. 35～30. 11 kg·hm~(-2)和0. 30～1. 86 g·kg~(-1).其中,NO_3~--N和NH_4~+-N的淋失量占TN淋失量的比例在T2处理下达到峰值,NO_3~--N和NH_4~+-N的残留量占TN残留量比例峰值分别出现在T1和T2处理;③相同施肥量下,土壤中氮素不同形态的淋失量和残留量受土壤深度影响的差异较大.施肥后,NO_3~--N淋失量和残留量的峰值分别出现在20cm和40 cm深度,NH_4~+-N淋失量和残留量的峰值主要出现在20 cm深度.从试验中的结果推论,0～40 cm土柱中的中氮处理更有利于肥料氮向无机态氮转化以供植物吸收并降低施肥后氮素淋失的风险.     

三峡库区景观格局粒度效应及其对土地利用变化过程的响应

1992—2012年,受大型水利工程建设影响,三峡库区土地利用/覆被发生剧烈变化,论文选取工程建设重要时点1992、2002、2006和2012年的土地利用覆被图,探讨景观格局指数在30~1 000 m粒度范围内的粒度效应及其对土地利用变化过程的响应。结果表明：1）所选取的27个景观指数中,有14个对空间粒度变化高度敏感、3个中度敏感、7个低敏感、3个不敏感;不同类型景观（除裸地外）粒度效应规律相似。2）景观格局指数随粒度变粗呈5种变化规律：单调下降、单调上升、阶梯状上升、无明显变化、先增大后迅速下降。形状指数粒度效应对土地利用变化过程的响应明显,聚集度指数、面积-边缘指数、多样性指数随土地利用变化的特征不受粒度粗细影响。因此,景观格局分析最适宜粒度范围为30~60 m。3）1992—2012年三峡库区整体景观异质性增大、优势度降低、呈小斑块密集格局;耕地面积急剧下降、破碎化加剧,林地面积稳步提升,连通性提高。     

三峡库区不同土地利用类型氮磷流失特征及其对环境因子的响应

农业面源污染治理是库区生态环境建设亟待解决的问题.通过对三峡库区退耕还林后不同土地利用类型养分流失的监测,分析不同退耕还林模式氮磷流失特征及其对环境因子的响应.结果表明:①不同土地利用类型养分流失浓度的变异性较强,速效养分浓度的变异性远高于全养分;②退耕还林后各土地利用类型磷的年流失负荷降低了84.53%～91.61%,氮的年流失负荷则只有乔木林和板栗显著降低,各土地利用类型的氮素流失负荷是磷素流失负荷的4.85～38.62倍;③不同土地利用类型的磷主要以颗粒态流失,而硝态氮则是氮流失的主要形态;④茶园与竹林的养分流失负荷与降雨量呈较好的相关性,磷素与降雨量的相关性优于氮素,养分流失负荷与降雨强度没有明显的相关性;⑤植被的总盖度、乔木层盖度以及凋落物层盖度对TN流失的影响程度较大.NO3--N的流失负荷受土壤表层NH4+-N含量影响程度较高.土壤TP含量和沙粒含量则是磷素流失的主要影响因素.     

长江三峡库区马尾松林群落的初步研究

马尾松林是三峡库区主要植被组成之一。实地调查表明：目前三峡库区马尾松林可分为２１个群落类型;群落成层现象明显,可分为乔木层,灌木层和草本层,物种丰富度,多样性,均匀度在群落梯度上的分布规律均为：草本层－灌木层－乔木层;在海拔梯度上的分布无规律性。     

三峡库区降水量的空间插值方法及时空分布

三峡库区是一个特殊的地理单元,分析库区降水的时空特征具有重要意义。利用三峡库区及周边46个气象站点资料,分别采用反距离加权法、样条函数法、普通克里金法、协同克里金法等4种空间插值方法,对三峡库区1961~2005年45年间的年平均降水量、月平均降水量进行了空间插值模拟与交叉检验,并对三峡库区降水量的时空分布特征进行了分析。检验结果表明,考虑高程的协同克里金法整体插值效果要优于其他3种插值法。但通过站点误差分析,协同克里金法并非对每一个站点的插值精度都高。研究发现,在剔除其中2个高海拔站点的情况下,可以显著提高协同克里金的空间插值效果。由插值得到的三峡库区降水分布图可知,大部分区域的年平均降水量处于 1000~1200 mm ,而年内降水分配不均匀,夏季降水约占年降水量的45%。     

三峡库区建坝前后森林生态系统服务动态

基于六期Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,利用生态系统服务功能评估规范及GIS空间统计方法,对三峡库区1990~2015年间森林生态系统服务价值动态变化进行分析。结果表明：三峡库区森林面积与森林覆盖率逐年增加,森林面积增长率71.04%,森林覆盖率由31.27%增加到53.48%。库区整体的森林类型结构比较稳定,表现为针叶林>混交林>灌木林>阔叶林。时间上,三峡库区森林生态系统服务价值呈上升趋势,具体表现为快-慢-快的增长特征。三峡库区单位面积森林生态系统服务价值在总体增长趋势下出现局部负增长趋势,各森林类型的单位面积价值与三峡库区整体的单位面积价值有着相同的变化趋势,均表现为增加-减少-增加的变化特征。三峡库区各类型服务价值的贡献表现为：涵养水源>固碳释氧>生物多样性保护>保育土壤>净化大气环境>积累营养物质>森林防护。空间上,1990~2015年,三峡库区森林生态系统服务价值的地域分布大致以巫溪至武隆一线为界,呈现出东南高、西北低的特征。1990~2015年三峡库区森林生态系统服务价值变化幅度呈现出“西增加快,东增趋缓”的格局特点。     

造林对区域森林生态系统碳储量和固碳速率的影响

量化连年造林对提升区域森林生态系统固碳能力的贡献,对于了解区域碳循环和应对气候变化具有重要意义。基于县域造林统计数据和森林资源规划设计调查数据,应用区域尺度森林碳收支模型(CBM-CFS3)设置造林情景与未造林情景(BS),评估和预测了2009—2030年造林对湖北省兴山县森林生态系统碳储量和固碳速率的影响。结果表明,模拟期间造林情景下兴山县森林生态系统碳储量和固碳速率平均值分别为16 540.55 Gg和208.04 Gg·a~(-1),比BS情景对应值高472.85 Gg(2.94%)和16.01 Gg·a~(-1)(8.34%)。在新造林生态系统中,生物量碳库和死亡有机质碳库的碳储量占比分别为19.11%和80.89%,这2个碳库的固碳速率分别占新造林生态系统固碳速率的94.15%和5.85%。造林使马尾松林和落叶阔叶林生态系统碳储量平均值分别增加237.23和235.63 Gg,使两者固碳速率分别增加6.44和9.57 Gg·a~(-1)。通过调整兴山县林龄结构,造林提高了森林生态系统碳储量和固碳速率。未来可适当增加落叶阔叶林造林面积,加强抚育管理,以增强该区域森林碳汇功能,促使森林资源持续发展。