AGNPS模型机理与预测偏差影响因素

农业非点源污染已引起了严重和广泛的生态环境和水质问题，受到各种土地利用类型的潜在影响，并与污染源的扩散和防控措施的地理位置有关，涉及到复杂的生态过程和景观格局，由于监测极为困难或成本昂贵，研究方法一般采用模型模拟预测，AGNPS是应用广泛的模型之一。文章介绍了AnnAGNPS4．0模型的特点、时间空间应用范围及其局限性，主要分析了模型的不确定性和预测偏差的影响因素。通过分析认为，美国农业部农业研究局编制的模型参数手册和703号农业手册中参数取值并不适合中国大部分地区，提出了在使用模型时要根据研究地区的实际情况确定参数的取值，并对国内外模型应用结果进行了综合分析，为模型在中国的正确使用提供参考。     

三峡库区不同林龄马尾松土壤养分与酶活性的关系

基于对三峡库区不同林龄马尾松林下土壤养分和酶活性的测定及典范对应分析,探讨了不同林龄马尾松林土壤养分、酶活性特征及其相互关系.结果表明:马尾松林0 ～ 20 cm土壤有机质、总氮、铵态氮和有效磷含量均表现出成熟林＞中龄林＞近熟林;随着林龄的增加,土壤转化酶活性先降低后增加,纤维素酶、多酚氧化酶活性逐渐降低,而脲酶和过氧化物酶活性先增加后降低.经典范对应分析,不同林分中主要土壤养分对酶活性的影响顺序为总氮＞有机质＞pH＞容重＞铵态氮＞有效磷,转化酶与土壤有机质、总氮、总磷呈显著正相关,过氧化物酶与有机质、总氮、总磷、容重呈显著负相关,土壤主要养分含量高,转化酶活性较高,过氧化物酶活性相对较低.转化酶、纤维素酶和过氧化物酶是评价土壤质量及肥力较好的生物学指标.     

三峡库区马尾松人工林凋落物和根系输入对土壤理化性质的影响

从凋落物和根系生物量角度对三峡库区不同年龄马尾松人工林土壤理化性质进行测定.结果表明:马尾松成熟林凋落物的年产量分别比近熟林、中龄林高19.4％和65.7％,凋落物现存量大小为成熟林＞中龄林＞近熟林,周转系数为近熟林(0.51)＞成熟林(0.40)＞中龄林(0.36);根系总生物量、活根及死根生物量均为中龄林最高、近熟林最低;中龄林土壤总孔隙度最大,容重最小;土壤有机质和总氮含量均是成熟林＞中龄林＞近熟林;近熟林土壤中硝态氮含量比重较大,中龄林和成熟林铵态氮含量比重较大.近熟林凋落物产量适中、周转系数最大,土壤养分最低;中龄林根系生物量和总孔隙度最大,土壤容重最小;成熟林土壤养分含量最高,根系生物量较低.根系生物量增加可以改善土壤的物理性质.     

不同林龄马尾松凋落物基质质量与土壤养分的关系

凋落物的质量、数量及分解速率在一定程度上代表了土壤的营养状况。为了精确估算凋落物分解对土壤碳库的年净归还量及凋落物-土壤生物化学连续体的深层理解,从凋落物基质质量的角度分析了三峡库区不同林龄马尾松凋落物基质质量与土壤养分的作用关系,结果表明:中龄林、近熟林、成熟林马尾松凋落物基质质量中的C、C/N比、C/P比、木质素/N比、木质素/P比差异显著,其中近熟林凋落物叶木质素/N分别比中龄林和成熟林的高33.65%、39.24%,N、P、K、木质素含量差异不显著;但各组织器官的N、P、K含量差异显著,均是皮<枝<叶<杂物,C/N比、C/P比的变化则相反。不同林龄马尾松0-20 cm(0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm)土壤有机质、总氮、有效磷含量均表现出近熟林<中龄林<成熟林,0-5 cm最大,10-20 cm最小,且随着土壤深度的增加而明显降低,总磷则是中林龄最低,成熟林最大,pH值则各土层均表现为中龄林<成熟林<近熟林,平均pH值为4.55-5.51。凋落物基质质量指标与土壤养分之间冗余分析(RDA)表明:马尾松凋落物基质质量和土壤养分之间关系紧密,N、P、纤维素、半纤维素、木质素、木质素/N比、C/N比对土壤养分影响比较大;凋落物中木质素/N比、C/N比与土壤有机质呈显著负相关,其含量越高越不利于土壤有机质的形成,土壤养分积累的越慢;凋落物基质质量氮含量与土壤氮含量呈显著正相关;土壤pH值、容重与N含量呈显著负相关,与凋落物C/N比、木质素/N比呈显著正相关。马尾松土壤表面有机质、N、P养分含量与凋落物基质质量对应养分含量变化规律一致,土壤养分高,凋落物基质质量相对较高,土壤贫瘠,凋落物基质质量相对较低。     

重大森林恢复计划下的碳增汇效应——基于石柱县两次森林资源二类清查的分析

利用两次森林资源二类调查数据和林业工程数据,运用换算因子连续函数法,基于林分(小班)尺度测定森林含碳量,估算2002—2012年的10年间样区恢复计划实现的碳增汇贡献。结果表明:(1)近10年样区森林资源碳贮量和碳密度均获得较大程度的增加,碳贮量增加1.00TgC,平均碳密度增加2.13MgC/hm2;(2)森林碳贮量和碳密度的增加因重大森林恢复计划实施的非均衡性在空间上呈现显著差异,尤其方斗-七曜所夹槽谷区和七曜山南部中山区增幅较快;(3)关键林分因子,碳增汇能力最强的是松、杉、柏及针阔混,累计达1.36TgC,且主要集中于中、幼龄林阶段,累计碳增量0.94TgC;(4)近10年样区重大森林恢复计划共实现碳增汇0.97TgC,占同期森林碳增量的97.66%;平均碳密度增量7.64MgC/hm2,明显高于恢复计划未覆盖范围的森林碳密度增加值,尤其是天然林保护工程碳增量最大,占恢复计划实现碳增汇总量的85.57%;(5)更为重要的,因碳增汇主要发生在中、幼龄林阶段,在中、幼龄林向近、成熟林演化过程中,伴随森林碳密度的增加,仍会展现出较大的碳增汇潜力;(6)研究有助于丰富人们对现已开展的重大森林恢复计划成效的理解和认识,为未来应对和减缓气候变化适应性对策的制定提供科学依据。     

三峡库区森林植被气候生产力模拟

收集三峡库区森林资源二类调查资料及气候数据,在建立森林植被地理信息系统基础上,开展了三峡库区森林气候生产力的模拟,分析库区森林植被可能生产力,并对不同气候变化情景下的森林生产力可能变化进行了预测。结果表明:(1)各种森林类型的气候生产力与年均实际蒸散量均表现出了较强相关性,建立的4种森林植被的气候生产力模式,模型相关系数都达到极显著水平;(2)假设了5种气候变化情景分析库区森林气候生产力的可能响应,常绿阔叶林、落叶阔叶林及针阔混交林对温度或降水变化表现出正向变化,在温度增加2℃、降水增加20%的情况下,其生产力增幅分别达到24.34%、22.50%和15.98%;常绿针叶林生产力对气候变化的响应方向与此相反,在温度与降水同时增加情景下其生产力减幅达5.55%。     

黄土丘陵沟壑区景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响——斑块类型水平

在黄土丘陵沟壑区,景观格局对侵蚀产沙过程有着复杂的影响,且与尺度密切相关。选取河口-龙门区间内42个水文站控制流域为研究对象,以侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比作为表征各流域单元内土壤侵蚀、产沙及泥沙输移过程的特征指标,运用景观指数和CCA排序,系统分析了斑块类型水平上景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:流域侵蚀产沙及泥沙输移过程中,空间分异特征随景观类型不同而异;对于不同用地类型,影响"过程"空间分异的景观格局指标不同,显著影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的景观指数有草地平均斑块面积(AREA_MN3)、居民建设用地景观面积百分比(PLAND5)、居民建设用地和其它类型用地景观的斑块密度(PD5和PD6),其中斑块密度(PD)是影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的共性指标;草地、居民建设用地、其它类型用地的景观格局特征对"过程"变化的解释程度要高于其它景观类型。开展景观格局与生态过程关系研究时,不仅需要考虑景观格局的整体效应,更应关注单一景观类型及其格局特征对一些生态过程的指示意义。     

三峡库区森林凋落叶化学计量学性状变化及与分解速率的关系

凋落物分解是森林生态系统生物元素循环和能量流动的重要环节,其过程是植物与土壤获得养分的主要途径。为了量化凋落叶化学计量学性状变化过程对分解的影响及对凋落物-土壤生物化学连续体的深层理解,用凋落物分解袋法研究了不同林型各自凋落叶化学计量学性状变化及与分解速率关系,结果表明:林下各自凋落叶分解速率是马尾松林栓皮栎林马尾松-栓皮栎混交林,马尾松林、栓皮栎林、马尾松-栓皮栎混交林凋落叶分解50%和95%的时间分别是2.11 a和9.15 a,1.93 a和8.45 a,1.76 a和7.77 a;凋落叶分解过程中,化学计量学性状变化明显,分解450 d后马尾松-栓皮栎混交林碳释放最快,栓皮栎林最慢;3种凋落叶起始N含量是栓皮栎林最高,马尾松林最低,分解450 d后马尾松林、栓皮栎林和马尾松-栓皮栎混交林N含量分别增加了66.67%、44.91%和44.52%,而P含量分别释放了30.80%、38.89%和42.29%。凋落物不同化学计量学性状与分解速率关系不同,3种林型凋落叶分解速率均与N含量呈正相关(P0.01),与C含量(P0.01)、C/N比(P0.01)呈负相关,与N/P比呈负二次函数关系(P0.01),而P含量与3种林型关系不同,与栓皮栎林(P0.01)和马尾松林(P0.05)呈负线性关系,与马尾松-栓皮栎混交林呈负二次函数关系(P0.05)。研究表明,不同林型凋落叶分解中的养分动态趋向利于分解变化,N、P养分动态是生态系统碳平衡和凋落物分解速率的主要因素,混交林中混合凋落物的养分迁移是分解相对较快的原因。     

三峡库区低山丘陵区多尺度景观指数响应及适宜粒度

景观格局具有典型的空间异质性和尺度依赖性。在对景观格局进行分析研究时需跨越多个尺度,空间粒度大小在尺度聚合分析中至关重要。三峡库区低山丘陵区斑块破碎、景观格复杂性显著、景观格局特征及尺度变异规律仍待明确,本文以三峡库区秭归县为研究区,设定1—400m内23个粒度梯度水平,定量评估县域、乡镇以及小流域不同幅度上的景观格局指数以及拟合函数,探讨多空间幅度景观格局指数随粒度大小的变化特征。基于景观指数的粒度效应特征和拟合函数的曲线特征(最大曲率点、极值点),明确适宜不同幅度的山地景观格局指数研究的粒度阈值,以揭示库区低山丘陵区景观结构的复杂性和变异性。结果表明：不同景观指数对空间粒度变化和空间幅度变化的响应存在差异,不同景观指数的空间粒度响应主要呈现增加、降低、波动和无明显规律变化的趋势,其中斑块密度、最大斑块面积等指数对斑块形状和大小的变化敏感,而多样性指数的粒度变化敏感度较低;部分指数如斑块密度、边缘密度、周长面积分维数等对空间幅度的变化并不敏感,而最大斑块面积、景观形状指数、散布与并列指数、分离度等指数对空间幅度的变化敏感,适合进行不同幅度适宜粒度阈值的推定;边缘密度、平均斑块大小、景...     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价

非点源(NPS)污染已成为全球关注的环境问题。由于NPS特点、实验手段和监测数据的局限,其研究多采用数学模型进行时间和空间模拟。模型模拟提供了一种成本低效率高的手段来评定区域非点源污染。选择连续农业非点源污染AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型,构建该模型数据库,模拟秭归县黑沟、兰陵溪、杉木溪等3条典型流域和县域径流、泥沙和营养物质的输出。结果表明：AnnAGNPS模型对3条典型流域的径流模拟能力高于对泥沙和养分的模拟,径流模拟误差均在可接受范围之内,说明模型中采用的径流预测(SCS曲线)法对研究区的地理气候条件是适用的;对3条典型流域泥沙输出模拟误差较高,对氮磷等养分输出模拟的误差最高,通过调整RUSLE和HUSLE等子模型的输入参数来减小泥沙模拟误差;对小型降雨径流事件,模型泥沙、养分模拟误差有偏大趋势,对较大降雨径流事件,模型泥沙和养分模拟误差有偏小趋势;2006年秭归县县域模型模拟的地表径流量为363 mm,泥沙输出为19.6 t/hm2,总氮输出为122 kg/hm2,总磷输出为28 kg/hm2,有机碳输出为581 kg/hm2,模拟结果与相关文献研究和政府统计数据较为相符;AnnAGNPS模型对NPS污染物输出模拟具有一定的不确定性,但作为一个较好的高级农业流域管理工具,该模型可以在三峡库区地理气候条件下使用。