洱海流域水生态分区

分区边界的确定是生态分区的重要步骤,但目前多数水生态分区的边界确定以定性分析、专家判断为主。本研究以洱海流域为例,建立了一套两级分区体系。该体系基于GIS技术,用子流域作为分区基本单元,并用相关分析法,定量筛选一、二级分区指标。其中,一级分区指标为高程、坡度和植被归一化指数(NDVI),二级分区指标为农田百分比和城镇百分比。通过指标图层的叠加和重分类,合并同质性子流域,从而将洱海流域划分为5个一级区和9个二级区。藻类群落分布的验证结果表明分区合理。本研究将定量分析和子流域边界应用于水生态分区,使分区边界的确定更科学,在实际管理中更具有可操作性。本研究结果为水生态分区研究提供了新的方法,为洱海流域水生态管理提供了基本管理单元。     

水生态功能分区研究中的基本问题

重点流域水生态功能一级二级分区研究是当前我国正在开展的一项重要工作,如何进行科学、合理的分区是值得深入探讨且亟待回答的重要问题。从水生态功能分区与水生态区划的关系、水生生物在分区中的应用、以及如何选取合适的定量分析方法等方面入手,阐述了对分区目的、指标体系和技术方法等关键问题的理解。并建议:(1)统一选用流域水生态系统结构、功能空间差异的环境驱动因子作为分区指标体系;(2)用生境尺度的水环境、水生生物指标来验证分区结果;(3)尽可能统一定量分析方法,以便为不同流域间分区结果的比较,以及为将来在全国尺度上开展分区工作奠定基础。     

水生态功能分区的研究进展

水生态功能分区是基于对流域水生态系统的区域差异的研究而提出的一种分区方法.它阐明了水生环境系统在区域和地带等不同尺度上的空间分异特征,并揭示出水生态系统空间分布规律.本文系统阐述了水功能区划、水环境功能区划、生态地理分区、生态分区以及水生态功能分区等几个重要分区概念的区划方法、目标及局限性,并综述了国内外水生态功能分区的研究进展,比较了国内外分区框架体系的差异,指出了我国水生态功能区划的缺陷,并对其发展趋势进行了展望.     

辽河保护区水生态功能分区研究

流域水生态功能区是管理流域水生态系统的基本单元,其特点是统筹陆地和河流生态系统,更好、更全面反应流域水生态系统的整体特征。通过对流域内重要生境的识别,可以为区域内生物保护目标、生态安全目标、流域管理等方案的制定和实施提供重要的科学依据。该文以辽河保护区为例,从分区理论、划分方法、指标体系建立和划分结果四个方面详细介绍了分区过程,最终以保护区内主要自然影响和人类干扰作为主要分区指标,将辽河保护区划分为8 个水生态功能三级区,并总结了各功能区的地貌、河段特征和土地利用特征等。研究结果将有助于对辽河保护区的内生态环境状况进行修复与改良。     

基于遥感和GIS的巢湖流域生态功能分区研究

生态功能分区是区域自然资源科学管理及可持续发展利用的基础。基于生态功能分区原则,考虑流域——子流域完整性进行巢湖流域生态功能分区。在综合分析巢湖流域生态环境基本特征的基础上,确定生态功能分区原则、依据、方法及命名,基于遥感与GIS在数据采集方面及多层面叠加功能的优势,通过遥感数据对研究区土地利用信息的提取以及利用DEM空间分析进行子流域划分等技术手段,探讨了遥感和GIS技术支持下的研究区子流域生态功能划分方法,形成了巢湖流域生态功能分区方案,将全流域分为5个生态功能区和12个生态功能亚区,并阐明了不同生态功能区的生态保护重点与经济社会发展约束。对于新调整行政区划的巢湖流域生态环境综合治理具有重要的现实意义,可为流域产业布局、生态防灾减灾、环境保护与建设规划等提供科学依据。     

基于陆地-水生态系统耦合的海河流域水生态功能分区

水生态功能分区是针对水生态系统特征的陆地生态系统划分,是为流域水生态管理提供生态背景和基本单元。陆地-水生态系统的耦合是水生态功能分区的核心,但多停留在个别小流域进行理论探讨,大型流域的实际案例较少。针对海河流域独特的气候、地貌、水文和人类活动特征,提出了水生态功能分区的三级指标体系。一级二级区针对气候、地貌、水文背景进行\"自上而下\"的分区,三级区针对人类活动对水资源、水环境、生境影响,采用\"自下而上\"的分区方法。最终,海河流域划分了6个一级区、16个二级区和73个三级区。研究充分体现了\"以水定陆、以陆控水\"的基本原则,以及\"自下而上\"和\"自上而下\"分区方法的优点,结果可为海河流域水生态管理提供科学依据,为水资源空间调配与合理利用、产业结构布局与区域协调等服务。     

水生态一、二级分区技术框架

水生态功能分区是流域水环境分类、分级、分区、分期管理的基础。回顾总结国内外水生态功能分区工作的基础上,针对我国流域水生态功能一、二级分区工作,提出了一个可供参考的分区指标体系,探讨了流域尺度水生态分区技术框架的构建以及可能存在的问题。该技术框架主要由3部分内容组成:环境要素对水生态因子的驱动机制、分区指标体系和分区技术。作为技术框架的理论依据,驱动机制分析首先以水-陆生态水文耦合模型为框架对环境要素如何影响水生态系统功能进行阐述。指标体系是技术框架的基础部分,主要包括水生态因子和环境要素两大类,其中一级分区指标包括气候、水文和地貌等要素,二级分区指标包括水质、水生动植物、藻类、土壤、植被、土地利用和社会经济要素。针对一、二级水生态功能区采用\"自上而下\"和\"自下而上\"的分区方法,为技术框架付诸现实提供了保障。为正在进行的各大流域水生态功能分区工作提供一定的参考依据,同时也希望在这些具体分区工作的基础上能进一步完善本分区技术框架。     

三峡库区流域水环境保护分区

流域内不同地域的社会经济发展水平、土地利用状况、植被覆盖程度、与水域的相对位置均对水环境质量存在显著影响.围绕水体保护的核心需求,面向流域空间范围开展水环境保护分区十分必要.本文以三峡库区为研究区,着眼于区域生态环境特征、水体压力-响应特征的空间差异性,基于生态因子叠置法、生态敏感性分析等方法,研究三峡库区水环境保护分区.分区综合考虑了水热条件、地势地貌、生态敏感性等因素,将库区划分为:1)红区,即严格保护区,总面积2924 km2,占库区的5.1%;2)黄区,即一级防护区,总面积10477 km2,占库区的18.4%;3)蓝区,即二级防护区,总面积43599 km2,占库区的76.5%.辨识了红区、黄区和蓝区不同分区的关键环境问题,并有针对性地提出各区的发展方向和水环境保护定位.     

水生态空间红线概念、划定方法及实证研究

我国面临着多方面、复杂的水生态问题:洪涝、干旱、水质污染、水生生境丧失以及人水关系日益疏远等等。解决这些问题,不能依赖单一目标的灰色工程方法,而必须从维护和保育水生态系统的完整性出发,来系统地解决问题。为此,如何定义一个相对完整的水生态系统的边界、划定维护其安全和健康的底线,即水生态空间红线,是用生态方法综合解决水问题的基础性的工作。研究提出了以保护水生态系统的综合生态服务为核心的水生态空间红线概念;提出了以水生态安全格局构建为基础的水生态空间红线划定方法和\"水生态问题分析-水生态过程模拟和评价-水生态安全等级划分-水生态安全格局判定-水生态空间红线的划定\"技术流程,分别划定水资源供给保护、水文调节保护、水生命支持和水文化保护四种类型的水生态保护空间红线,在此基础上,整合为综合的水生态空间红线,它呈现为对水生态过程具有关键意义的点、线、面和空间联系所构成的空间格局,并以雁栖湖流域为例进行了实证研究。     

基于GWR模型的东江水质空间分异与水生态功能分区验证

流域水生态功能分区研究是我国正在开展的一项重要工作,如何验证分区结果的合理性,是当前亟待解决的问题。采用地理加权回归(GWR)模型评估流域特征对东江水质的影响,验证水质及流域影响空间差异是否与一二级水生态功能分区结果吻合,并对比了GWR模型与普通最小二乘(OLS)模型性能,讨论了GWR在分区验证方面的应用价值及不足。结果显示:1)水质指标以及GWR模型局部解释率(Local R~2)均在一二级水生态功能分区间存在显著差异;2)相比OLS模型,GWR模型校正R~2更高,残差空间自相关指数Moran′s I更低。研究表明东江水生态功能分区结果能合理反映水陆耦合关系,有效解释水质空间差异。此外建议选择总氮(TN)而非溶解氧(DO)和总磷(TP)作为分区验证指标。GWR模型在分区结果验证中具有广泛应用前景。降低数据空间自相关影响及改善距离测度方法是未来GWR模型研究的难点问题。     

黄土高原退耕草地植被根系动态分布特征

采用土钻法研究了黄土高原不同退耕年限和天然草地植被根系的垂直分布特征.结果表明,样地上不同采样点间的根系分布不存在显著差异,根系指标的合并计算结果可以代表立地上植被根系的分布特征.植被根系生物量、根系长度等指标的垂直分布特征均表现出随着深度增加而减少的趋势;随着退耕年限的增加,植被根系的生物量、根系长度等指标逐渐增加,一般在退耕年限超过20年后,植被根系的分布特征接近天然草地的根系分布特征.随着退耕年限的增加,根系消失系数从0.98逐渐降低到0.96,说明植被在深层土壤中的相对含量逐渐减少,根系逐渐集中在0～40cm的表层土壤中.退耕植被根系分布特征的改善提高了土壤理化性质,有利于新物种入侵和植被演替进行.     

黄土区草本植被根系与土壤垂直侵蚀产沙关系研究

为了系统揭示植被根系对径流侵蚀产沙的影响,采用土钻法对草地植被根系分布特征进行系统调查,采用分层冲刷的方法对黄土高原草地土壤不同坡度、不同流量条件下的侵蚀产沙特征进行了研究。结果表明不同立地上的植被根系都表现出了随着土层深度增加而减少的趋势。分层冲刷的试验结果表明在土壤表层,植被根系对侵蚀产沙的影响是占主导地位的;而当土层超过一定深度后,根系的分布数量减少,不同流量和坡度下的深层土壤侵蚀产沙量明显增加,根系提高土壤抵抗径流侵蚀产沙的能力受到了限制。同时随着土层深度的不断加大,坡面上径流侵蚀的形态也在发生变化,逐渐从面蚀向细沟侵蚀发展。结合对草地植被根系生物量垂直分布特征的研究,证明土壤侵蚀产沙的这种变化是与草本植被根系的分布特征密切相关的。通过进一步分析植被根系分布特征和土壤垂直侵蚀产沙之间的联系,建立了草地植被根系生物量与土壤垂直侵蚀产沙特征之间的定量关系。     

黄土区荒草地和裸地土壤水分的循环特征

在人工、天然降雨条件下,研究了黄土高原地区荒草地和裸地土壤水分循环特征.结果表明,干旱年(天然降雨条件),荒草地和裸地剖面内土壤水分变异系数随土层深度的增加而降低,基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析可以将土壤剖面水分垂直变化划分为4层.丰水年(人工降雨条件),由于持续降雨入渗和强烈的蒸发蒸腾作用,荒草地和裸地剖面内土壤水分变异系数随土层深度的增加呈现“降-升-降”的变化趋势,且表层土壤水分变异程度明显降低.与裸地相比,荒草地土壤水分循环深度和强度加剧,表现为活跃层、次活跃层深度和蒸散量增大.土壤水分的动态变化主要受降雨和蒸散过程的影响,尤其是浅层,而深层具有相对滞后性.土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可划分为3个主要时期,如春季失墒期、夏秋增失交替期和冬季相对稳定期.干旱年,土壤水分收支负平衡,入渗雨量全为蒸发蒸腾所消耗;丰水年,土壤水分收支正平衡,但入渗雨量的大部分(＞80%)为强烈蒸发蒸腾所消耗.     

黄土高原退耕地的生态恢复

在刈割干扰下,黄土高原退耕地恢复进程中植被从沙蓬（Agriophyllum arenarium)单优群落向以达乌里胡枝子（Lespedeza davurica)为优势种的群落演替。物种增加速度初期快,后期慢,退耕后恢复初期的新增物种主要是沙蓬和白草（Pennisetum flaccidum);中前期主要是茵陈蒿（Artemisia capillaris),可成为群落的次优势种;中后期新增物种主要是多年生豆科植物,只是群落的伴生种,群落中1年生和多年生植物地上生物量分别以8.8%的年平均速率减少或增加,豆科植物地上生物量及所占比例上升,在退耕地恢复过程中,上层土壤中植物地下生物量比例与变化幅度增加,表现出浅层化趋势,退耕地恢复演替1-7年,土壤粘粒和粉粒减少,砂粒增加,7年后变化趋势相反,退耕地0-100cm土壤含水量在恢复期间呈逐渐上升趋势,中期增幅显著,全N和速效N在恢复前期减少,后期增加,在刈割利用下,退耕地恢复过程中土壤全P,速效P和有机C持续衰竭,退耕地恢复到当前稳定的群落所需时间分别为优势种群8-9年,群落9-11年和土壤11-12年。     

黄土高原草地根系生物量沿环境梯度变化规律

草地是陆地生态系统的重要组成部分,根系生物量是研究草地生态系统的重要参数之一,研究草地根系生物量沿环境梯度的变化规律对当地的植被建设和恢复具有重要意义。以黄土高原3种不同草地类型（森林草原、典型草原和荒漠草原）为研究对象,沿环境梯度从东到西选择10个样地,每个样地内设置8个1 m×1 m样方进行根系生物量的调查,旨在分析不同草地类型根系生物量的垂直分布规律,并探讨了根系生物量沿环境梯度的变化规律及其影响因素。结果表明：（1）黄土高原3种草地类型根系生物量有显著差别（P<0.05）,其中森林草原的根系生物量最大,典型草原最小;（2）3种不同草地类型根系生物量垂直分布均呈\"T\"型,土壤表层（0-10 cm）占55%以上的根系生物量,且荒漠草原根系有更多比例的生物量分布在土壤表层;（3）黄土高原草地根系生物量沿经度从东到西呈现先减少后缓慢增加的趋势,但浅层生物量与深层生物量比例（浅深比）没有表现出明显的经度格局;（4）总根系生物量的变化主要受年均温（MAT）影响（P<0.01）,随MAT增大而增大;深层生物量同时受气候和土壤养分含量的影响（P<0.01）;浅深比则与样点平均土壤全磷含量、深层土壤全磷含量有显著负相关性（P<0.05）;（5）气候和土壤因素能解释根系生物量5.12%-39.36%的变异,独立作用中,气候因子对根生物量的解释度最大,可达到2.77%-9.12%的解释度。     

基于植被/温度特征的黄土高原地表水分季节变化

地表水分是监测土地退化的一个重要指标,是气候、水文、生态、农业等领域的主要参数。选择陕北黄土高原地区作为研究区域,首先采用基于植被覆盖特征的植被状态指数（Vegetation Condition Index,简称VCI）和基于地表温度特征（Land Surface Temperature,简称Ts）的温度状态指数（Temperature Condition Index,简称TCI）分别评价了区域地表水分状况的季节变化。在此基础上分析了植被指数与地表温度特征线性关系的季节变化规律,计算了基于两者经验关系的地表干燥度指数（Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI）。该指数对Ts／NDVI特征空间的生态特征的解释,对土壤和作物的水分含量具有综合的指示意义。文中利用该指数综合评价了研究区域地表水分状况的时空分布差异,进一步对VCI、TCI与TVDI相关关系的季节变化进行比较分析,并结合气候因子进行了相关验证,从而对不同指数的应用范围做出判定。研究结果表明,单独采用TCI或VCI表征地表水分会受到明显的季节影响,而TVDI能在不同季节综合体现植被覆盖和地表温度特征对地表水分的影响,从而能较好的反映区域地表水分状况的时空变化特征。各区域的TVDI值季节分布上皆为4—7月份高于10-翌年1月份,但各区TVDI值的季节变化则存在显著不同,而各流域内部TVDI值的空间变异性也存在季节差异,其中在10月份较为显著。     

黄土区地膜覆盖对麦田土壤微生物体碳的影响

研究了1999年(丰水年)和2000年(干旱年)旱地条件下不同时间覆膜(不覆膜、覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜)对春小麦(Triticum aestivum)农田土壤微生物体碳的影响．结果表明,1999年土壤微生物体碳平均为335．3mg·kg^-1干土,2000年平均为259．3mg·kg^-1干土,前者高出后者29．37％．2年中最高微生物体碳均出现在全程覆膜处理．1999年。土壤微生物体碳在覆膜60d时即接近最高值。该处理籽粒产量也最高．2000年。由于春小麦生育后期降水丰富。在整个生育期中,微生物体碳增长表现为“增长-平稳甚至出现下降-再增长”的梯形方式,到生育后期,各处理之间才出现显著差异。全程覆膜处理的微生物体碳后期大幅度增加。与1999年接近．2年中各处理的C／N处于7．732～9．042之间。远低于11．3的临界值,C／P处于300．8～719．6之间,均高于300的临界值,不利于土壤微生物体碳的增加．微生物和作物对土壤有效态氮和磷的吸收处于竞争状态,表明该农田生态系统有机质严重不足。已经构成了限制作物生产力发挥的雷耍因素．长期地膜覆蔫和大量伸用化肥将加剧这一问题的严重性。