黑龙江省汤旺河和呼兰河流域森林对河川年径流量的影响

利用连续１７年的流域森林资源和水文资料,分析黑龙江省汤旺河和呼兰河流域森林对河川径流的调节效应,结果表明：（１）森林能使径流年内分配和年际变化趋于均匀,其调节径流能力与森林状况相关;（２）森林覆被率和单位面积蓄积与河川年径流量和年径流系数均呈正相关关系,森林具有增加年径流量和年径流系数的作用,但年径流量和年径流系数主要受年降雨量的影响。     

西南亚高山森林植被变化对流域产水量的影响

国内曾有许多研究认为,长江上游亚高山地区的森林具有增加流域年径流量的作用,所以多年来一直以此来指导该区域的森林恢复与经营实践.将以往的径流场和集水区的观测数据结合起来,应用加权平均插值方法,建立了森林采伐后产水量变化的时间序列;使用SEBAL模型、液流测定结果和水量平衡方程,根据以往研究结果,计算了各森林植被类型的年蒸散量和年产水量.分析结果表明:西南亚高山老龄暗针叶林蒸散低,具有较高的产水量;老龄林采伐后产水量增加,但随着次生植被的快速恢复,产水量增加的持续时间很短,6a后即恢复到原有水平;之后伴随着演替进入灌丛、次生阔叶林、针阔混交林或人工云杉林阶段,产水量会进一步下降并长期处于相对较低的水平,而且会持续百年以上.以往研究中该区森林可以增加年径流量的结论,只适用于其所研究的老龄暗针叶林,不适用于原始林采伐后恢复起来的天然次生林和人工营造的云杉林.在天然次生林和人工林占主导的区域,森林覆盖率增加导致产水量减少,人工林减少尤甚.为深入认识西南亚高山森林的生态水文功能,应采用配对集水区试验长期观测研究,才能为亚高山森林的恢复和经营管理提供决策支持.     

黑龙江省中部地区森林对融雪径流的影响

利用多元回归统计方法,分析黑龙江省呼兰河和汤旺河流域森林覆被率、单位面积立木蓄积对融雪径流量和融雪输沙量的影响。结果表明森林能增加融雪径流量,减少融雪输沙量。而趋势分析结果显示了两个流域融雪径流量呈减少趋势,这与研究地区森林资源变化的趋势一致。因此,植树造林是增加融雪径流量,减少东北地区春耕干旱的一项有效措施。     

晋西黄土高原丘陵沟壑区清水河流域径流对土地利用与气候变化的响应

水资源短缺是黄土高原面临的最为关键的一个生态环境问题。研究黄土高原地区河川径流演变对土地利用与气候变化的响应是开展适应性流域管理的基础。该文以黄河流域中游山西省吉县境内的清水河流域(面积436 km²)为研究对象, 采用非参数统计秩检验法(Mann-Kendall)、滑动t检验和跃变参数分析法, 对该流域1959-2005年的年径流量、降水量和潜在蒸发散量进行了趋势分析和突变点验证; 用遥感数据判读和解译的结果分析了该流域不同时期土地利用变化; 在此基础上根据水量平衡原理, 分析了土地利用变化和气候变化对流域径流变化的贡献, 并采用FDC曲线法分析了二者对高、中、低流量变化的影响。研究结果表明: 该流域年径流量在1959-2005年的47年间呈显著下降趋势, 突变点出现在1980年, 但该流域降水量没有出现明显的趋势性变化, 而以Hamon公式计算的流域年潜在蒸发散则呈显著上升趋势, 其突变点出现在1997年。该流域气候变化和土地利用变化对年径流减少的贡献率分别为46.79%和53.21%。综合以上结果可以看出, 潜在蒸发散增加和乔木林地面积增加是导致该流域径流减少的重要原因。     

黄土高原森林植被对流域径流的调节作用

对黄土高原腹地子午岭典型森林流域与非森林流域年径流变化的对比分析结果表明,森林流域径流年内分配比非森林流域相对均匀,汛期（6～9月）总径流量减少了8.9mm（葫芦河比蒲河）和7.1mm（合水川比东川）,枯季径流与汛期降水及枯水季节降水的回归分析可见,森林植被能将雨季蓄积的部分降水转化为地下径流,增大枯水季节的径流量,但由于黄土区土层深度,植被蒸腾耗水强烈,森林植被对枯水期河川径流的调节作用十分有限,森林植被对10～12月径流总的补枯效应仅为1.69mm（葫芦河比蒲河）和0.5mm（合水川比东川）,对1～4月径流无调节作用,说明森林植被拦蓄的大部分降雨被植物吸收利用,消耗于蒸腾,从而揭示了森林植被对河川径流的削洪补枯效应及其机理。     

晋西黄土区不同植被覆盖流域的水文响应

为了研究不同植被覆盖对流域径流的影响,以晋西黄土区蔡家川流域内的天然次生林流域和人工林流域为对象进行了对比分析。结果表明,天然次生林流域的年径流量、雨季径流量均小于人工林流域,天然次生林流域的年总径流量、雨季径流量分别是人工林流域的58.57%、48.04%,年地表径流量、雨季地表径流量分别比人工林流域减少了82.95%、81.12%;人工林流域的基流量为零;在短历时高雨强的降雨形式下天然次生林流域的削洪效应显著,其单位面积洪峰流量比人工林流域减少了83.41%;不同植被覆盖下径流对不同雨型的响应不同,人工林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的10.08倍、3.35倍,天然次生林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的6.79倍、1.64倍。     

基于Budyko假设的渭河径流变化归因识别

定量评价河川径流量变化特征,开展其归因识别研究是制定气候变化应对策略与合理利用水资源的基础。以渭河流域为研究区,采用Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线等方法分析渭河流域1958—2015年的气候、水文要素变化特征,采用基于Budyko水热耦合平衡理论的水量平衡法估算径流变化对各驱动因素的弹性系数,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:渭河流域咸阳、张家山、状头站的年径流量呈显著减少趋势,径流深减少速率分别为:-1.520、-0.501、-0.322 mm/a。3个站控制流域面平均降雨量呈非显著性减少趋势,年潜在蒸散发呈非显著增加趋势。剧烈的人类活动如工农业用水、大规模水土保持措施的实施及退耕还林草等引起的下垫面变化是径流量减少的主要因素,渭河干流和泾河流域下垫面变化对径流减少的贡献率均超过了60%,降雨变化贡献次之,潜在蒸散发的影响最小。     

不同针阔树种造林比例下小兴安岭森林景观的动态模拟

采用空间直观森林景观模型（LANDIS）模拟了不同针、阔树种造林比例（P1,100%阔叶树;P2,70%阔叶树、30%针叶树;P3,50%阔叶树、50%针叶树;P4,30%阔叶树、70%针叶树;P5,100%针叶树）和采伐后完全依赖天然更新（P6）6种预案下2001—2201年小兴安岭友好林业局森林景观的动态变化.结果表明：人工更新造林措施可以有效地促进研究区森林资源的恢复,但单一营造针叶树的预案会使其阔叶树的面积百分比低于P6预案,而单一地营造阔叶树会导致该预案下针叶树的面积百分比低于P6预案;随着针叶树种造林比例的增加,针叶树（红松和落叶松）所占面积比例随之增加;随着阔叶树种造林比例的增加,阔叶树（蒙古栎）所占面积亦随之增加;人工更新造林措施减少了研究区白桦的分布面积.不同的造林措施不仅改变树种所占的面积百分比,还影响其空间格局：随着针叶树种造林比例的增加,针叶树（红松和落叶松）的聚集度指数随之增加;随着阔叶树种造林比例的增加,阔叶树（蒙古栎）的聚集度指数随之增加;人工更新造林措施对白桦的聚集度指数无明显影响.     

基于SWAT模型的流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响

选用国内外广泛应用的SWAT分布式水文模型,定量分析流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响,采用情景模拟分析方法设置3类情景进行定量分析.对上中下游的温泉、太平场和南岗3个水文站依次校正与验证得出：除温泉站在验证期的3个系数刚达标之外,其他的相对误差＜15%、相关系数＞0.8、Nash Sutcliffe效率系数＞0.75,说明SWAT模型在流溪河流域的径流量模拟中具有较高的适用性.综合型情景模拟分析得出：以1991-2000年为基准期,2001-2010年土地利用与气候变化综合引起年均径流量增加11.23 m³·s^-1,土地利用变化引起年均径流量减少0.62 m³·s^-1,气候变化引起年均径流量增加11.85 m³·s^-1,气候变化的影响强度强于土地利用变化的影响强度.极端土地利用情景模拟分析得出：与2000年土地利用现状模拟径流量相比,耕地情景和草地情景的径流量分别增加2.7%和0.5%,林地情景的径流量减少0.7%,证明林地有一定的截流能力.气候变化情景模拟分析得出：流域径流量变化与降水变化呈正相关关系（降水每升高10%,径流平均增加11.6%）,与气温变化呈负相关关系（气温每升高1 ℃,径流平均降低0.8%）,降水变化的影响强度强于气温变化的影响强度.在气候变化环境下,需要重视对强降雨的预测和灾害预防,可通过优化土地利用结构与空间布局来减缓气候变化带来的水文负效应,如洪涝灾害.     

石羊河流域河川径流对气候与土地利用变化的响应

应用流域气象和水文过程长期观测数据及四期TM影像数据,在建立基于气候及土地利用两种因素变化的径流过程模拟模型的基础上,分析河川径流对气候与土地利用变化的响应特征,并对其未来可能的变化趋势做出预测。结果表明,(1)1956—2009年,到达石羊河流域下游标志站蔡旗断面的河川径流量,由20世纪50年代的年平均5.392×108m3减少到目前的年平均1.096×108m3;1968年之前蔡旗断面径流量的波动主要是气候变化的结果,而1968之后,蔡旗断面径流量的变化是气候与土地利用变化共同作用的结果;(2)近30年来,气候变化对下游河川径流变化的贡献率平均为4.1%,而土地利用变化,尤其是耕地面积变化的贡献率平均为88.8%;中游灌溉定额平均分别减少5%、10%、15%和20%的情景下,下游河川径流量模拟值分别为1.591×108m3、2.427×108m3、3.262×108m3和4.098×108m3左右。     

漓江上游典型森林植被对降水径流的调节作用

利用野外同步长期定位观测林外降雨、地表径流和河川径流的方法,对漓江上游典型森林植被的生态水文过程进行观测研究。结果表明:1)流域降水年内分配极不均匀,50a年降雨量总体变化趋势不明显。林冠截留受林外降雨特征的影响,也与植被类型密切相关。2)地表径流平均滞后时间为70 min。在连续降雨的情况下,降雨滞后效应不再明显,甚至出现地表径流与降雨同步的现象,小降雨可能产生大的地表径流,从而加大流域在雨季发生洪灾的风险。3)湿季径流系数略大于旱季,干季降水量减少,且森林植被消耗大量水分,减少了枯水期径流的产生,增大发生旱灾的风险。森林植被延长河川径流持续时间,使一次持续18 d的降水过程形成的径流,在降水停止后能延续24 d。降雨后退水持续时间与前期降水及后期降水叠加有关。目的为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力、加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。     

Partial river flow recovery with forest age is rare in the decades following establishment

Forest regeneration and expansion are occurring in many countries, with 80 million ha established from 2000 to 2012 under the Bonn accord and 17.5 million ha established from 1990 to 2005 according to the Food and Agriculture Organisation. Multiple reviews have linked increasing forest cover with reduced river flow and potentially detrimental effects downstream. Previous reviews have investigated trends in river flow response over time, but the influence of forest age remains uncertain. Partial river flow recovery (towards non‐forested conditions) has been reported in decades following forest establishment, but the role of climate in driving these trends has not been explored. Here, we evaluate river flow trends in 43 studies following forest establishment, which provide sufficient information to distinguish the effects of ageing forests from variable climate. Our meta‐analysis supports previous findings showing that forestation reduces annual river flow (by 23% after 5 years and 38% after 25 years) with greater reductions in catchments with higher mean annual precipitation, larger increases in forest cover, and which were idle, rather than agricultural land, prior to forestation. The impact of forests on river flow is sensitive to annual precipitation and potential evapotranspiration, but responses are highly variable. Forests affect river flow less when annual precipitation is low, and sensitivity to precipitation decreases as catchment aridity increases. The majority of catchments demonstrated persistent river flow declines after forest establishment. However, nine catchments showed partial flow recovery after an initial decrease, with peak flow reductions at an average age of 15 and across a range of tree species. The mean rate of recovery was 34 mm/year over 5 years. Partial flow recovery with forest age cannot be commonly expected, however, and forestation programmes should take into account that changes to annual river flow are likely to persist for up to five decades.     

黔中喀斯特山地不同森林类型的地表径流及影响因素

采用固定样地定位监测方法,于2001-2005年研究了黔中喀斯特山地不同森林类型对地表径流的影响。结果表明,不同林分类型的年地表径流量均值为11.108mm、林分类型间变幅为1.765-22.934mm、年际间变幅为10.553-11.699mm,退耕还林幼林(22.934mm)>针叶林(17.236mm)>针阔混交林(10.770mm)>阔叶林(8.876mm)。不同森林类型年地表径流量的季节变化为夏季>春季>秋季>冬季,同降雨量的季节变化趋势相一致。与同生物气候带、不同生物气候带森林相近类型的径流量规律相似,反映出黔中喀斯特山地森林与其它森林地表径流量规律的相似性。其中喀斯特山地森林中灌木林地表径流量与其它地带性和非地带性森林中灌木林地表径流量变化的相异性又反映出黔中喀斯特山地森林地表径流的特殊性,这种特殊性主要是成土母岩造成的。地表径流系数的季节变化趋势中,退耕还林幼林为夏季>春季>秋季>冬季,针叶林和针阔混交林为夏季>春季>冬季>秋季,灌木林和阔叶林为春季>夏季>冬季>秋季,这种差异与不同林分类型组成树种的生活型有关。旬地表径流量与反映温度和水分的气象指标间的单相关性达显著水平,多元回归方程模拟表明衡量温度的相关指标对地表径流量的贡献率高于降水,这反映了温度对近地气团的控制作用,进而影响区域降水和林地径流量。森林不同层片特征对地表径流量的影响具有互补性和抑制性,受森林群落组成、结构和发育的共同影响。年地表径流量受小生境和林地表层土壤特性的综合影响,地表径流量随坡度的增大而增加、随海拔的升高而降低,与毛管孔隙度和总孔隙度的负相关性达显著水平,多元回归方程模拟发现容重的贡献率达-96.54%。     

Hydrological Response to Land Cover Changes and Human Activities in Arid Regions Using a Geographic Information System and Remote Sensing

The hydrological response to land cover changes induced by human activities in arid regions has attracted increased research interest in recent decades. The study reported herein assessed the spatial and quantitative changes in surface runoff resulting from land cover change in the Al-Baha region of Saudi Arabia between 1990 and 2000 using an ArcGIS-surface runoff model and predicted land cover and surface runoff depth in 2030 using Markov chain analysis. Land cover maps for 1990 and 2000 were derived from satellite images using ArcGIS 10.1. The findings reveal a 26% decrease in forest and shrubland area, 28% increase in irrigated cropland, 1.5% increase in sparsely vegetated land and 0.5% increase in bare soil between 1990 and 2000. Overall, land cover changes resulted in a significant decrease in runoff depth values in most of the region. The decrease in surface runoff depth ranged from 25-106 mm/year in a 7020-km² area, whereas the increase in such depth reached only 10 mm/year in a 243-km² area. A maximum increase of 73 mm/year was seen in a limited area. The surface runoff depth decreased to the greatest extent in the central region of the study area due to the huge transition in land cover classes associated with the construction of 25 rainwater harvesting dams. The land cover prediction revealed a greater than twofold increase in irrigated cropland during the 2000-2030 period, whereas forest and shrubland are anticipated to occupy just 225 km² of land area by 2030, a significant decrease from the 747 km² they occupied in 2000. Overall, changes in land cover are predicted to result in an annual increase in irrigated cropland and dramatic decline in forest area in the study area over the next few decades. The increase in surface runoff depth is likely to have significant implications for irrigation activities.     

山西太岳山油松群落对采伐干扰的生态响应

森林群落受到采伐干扰后的生态响应程度一直是森林生态学领域关注的研究前沿。本文以太岳山的油松林为对象,选择受不同采伐干扰强度和恢复时间的4块样地,通过固定标准地群落的调查获得数据资料,选用丰富度指数、Simpson指数（λ）、Shannon-Wiener指数（H'）、均匀度指数（E1）和Jaccard、Sprenson两种相似性指数,研究油松林对不同采伐方式生态响应,探讨不同采伐干扰强度和恢复时间下油松林生物多样性变化和更新演替规律。研究结果表明：1）受采伐干扰的样地中阳性植物的种类明显增多,随着恢复时间的增长,植物处于生长逐步旺盛、物种逐步丰富的阶段,其种类组成表现出由简单到复杂、由喜阳植物垄断到耐阴种类不断增多、种类由少变多的动态特征。2）适度的择伐可以提高群落整体的多样性,但皆伐则降低了群落的综合物种多样性。3）受相同择伐强度干扰后,群落之间保持了最高的相似性,皆伐干扰使群落环境有了本质的变化,与天然林的物种相似性最低。4）受采伐干扰后形成的次生林内,恢复初期中更新幼苗幼树出现6个树种,主要以油松和辽东栎（Quercus liaodungensi）为主。天然林中的环境最有利于油松幼苗的生长,择伐后恢复初期18a间幼树数量最高,幼苗数量最低,皆伐后更新幼苗幼树数量最少,环境条件最不利于更新。     

Dynamics of weather and climatic characteristics and ecological functions of a small forest basin

The climatic parameters and protective characteristics of forest ecosystems were studied within a small drainage area in the upper reaches of the Ussuri River (southern Sikhote-Alin) as an example. Analysis of the 40-year dynamics of air temperature and the regime of atmospheric precipitation showed that the temperature background and precipitation redistribution changed during a year: a trend to an increase in the average annual air temperature is observed as a result of warming during the cold and transition seasons, the number of years with insufficient wetting in summer and fall and with snowy winters increases. The ecological potential of the basin, expressed in the quantitative indices of water-regulative and water protection role of primary forests, is decreased after the experimental felling of main use. With the general increasing negative dynamics of the forest resources of the region, climatic changes may cause an increase in the surface drainage in the spring, a decrease in the channel runoff of small rivers, worsening of watering and water quality of large river basins.     

流域景观格局变化对洪枯径流影响的SWAT模型模拟分析

为了进一步揭示流域景观格局变化的水文效应,以晋江流域为研究区,基于SWAT模型分别模拟1985年和2006年两种景观格局下,2002—2010年气象条件时的日径流过程;应用景观格局分析法和Pearson相关分析法,定量分析了景观格局变化对洪枯径流的影响,探讨了影响机制。研究表明:(1)SWAT模型能够较精确模拟晋江流域的日径流过程;(2)2002—2010年气象条件时,与1985年景观格局相比,在2006年景观格局下晋江流域年平均最大1 d和连续最大5 d径流深分别增加5.46%和4.97%,年平均最小1 d和连续最小7 d径流深分别减少3.79%和2.55%;(3)洪水径流与景观格局相关性最显著,最大1 d和连续最大5 d与林地景观面积呈显著负相关,相关系数分别为-0.764和-0.721;最大1 d与Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数呈显著正相关,相关系数分别为0.721和0.736;与最大斑块指数和蔓延度呈显著负相关,相关系数分别为-0.61和-0.596,说明林地景观面积的减少降低了流域对强降水的截留能力;景观类型均衡化分布,连通性降低,降低了水分在流域的内部循环能力,导致洪峰流量的增加;(4)景观格局指数与最小1 d和连续最小7 d的相关性不显著,说明景观格局变化对枯水径流的直接影响较小。     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。