祁连山张掖段水电开发对区域生态环境的影响

2017年7月26日—8月13日,通过实地调研、样方调查、河水和土壤样品分析等方法,评估了祁连山张掖段水电站建设时间、占地面积、水电开发对水质、土壤及生态流量的影响。结果表明:祁连山自然保护区张掖段内水电站建设主要集中在2000—2008年;依据2017年统计数据计算26座水电站总占地面积为798.35 hm~2,占祁连山张掖段面积(188×10~4hm~2)的0.042%,水电工程占地面积较小;祁连山张掖段水电站建设区域内植被盖度、生物量比原生植被分别低27.14%和236.8 g·m~(-2);水电站建设区域内水质、土壤状况良好,水电开发对水质、土壤的影响较小; 2017年前祁连山张掖段水电开发导致生态水量下降并形成了156.76 km的减水河段。     

基于假设抽取法的黑河流域中游行业用水关联分析

基于2000—2012年张掖市混合型水资源投入产出模型,运用改进的假设抽取法,分析了张掖市6部门水资源关联效应,揭示了水资源在行业间的消耗规律,为调整产业结构提供有利的参考。研究结果表明:(1)各部门水资源直接消耗量与满足自身所需的水资源量不对等,种植业的水资源直接消耗量和纵向集成消耗量均为最大,且其纵向集成消耗水量小于直接消耗量,是张掖市经济系统中真正的水资源净输出部门。(2)种植业的内部效应和复合效应均最大,对自身的依赖性极强。服务业的净后项关联最大,对其他部门的依赖程度最高。(3)水资源在各部门之间发生了转移,种植业是张掖市经济系统中最大的水资源供给者,服务业是各部门中最大的受水者,通过中间投入的方式,由种植业到服务业的路径是最大的水转移途径,而建筑业是"纯"输入部门。(4)2000—2012年间,各部门的内部效应、复合效应、净前项关联和净后项关联均变化显著,进一步反映了产业部门水资源利用的动态关联。     

稳定同位素在干旱区水分传输过程的研究进展

景观内部地下水-土壤-植物-大气界面的水分传输和不同景观界面间的水力联系是干旱区生态水文学研究的理论基础, 对提高认识不同景观格局水文连通性具有重要意义。鉴于干旱区水分循环的复杂性, 稳定同位素(δ2H、δ18O)在干旱区生态系统水分传输研究中广泛应用。综述了稳定同位素在干旱区植物/土壤-大气界面水分转换、植物根系-土壤界面水力联系与根系吸水过程和土壤水-地下水相互作用方面的研究。提出未来研究发展方向: 加强对干旱区非稳态条件蒸散发同位素量化; 优化不同生境植物根系吸水的同位素模型; 基于区域地下水-土壤-植被长时间序列同位素观测, 阐明干旱区不同景观界面间的水力连通性机制。     

荒漠河岸胡杨林生态系统能量分配及蒸散发

生态输水工程使得黑河下游地区荒漠河岸林的面积得到了恢复,为进一步巩固生态恢复的成果,非常有必要深入研究胡杨林生态系统的水热交换过程及其对环境因子和人类活动的响应机理。基于涡度相关技术,对2013-2016年荒漠河岸胡杨林生态系统的水热交换过程进行了研究,得出的主要结论如下：（1）生长季生态系统的能量消耗以潜热通量为主,波文比为0.21;非生长季则以感热通量为主,波文比为3.61;春季和秋季的灌水过程,使得胡杨生长前期和后期的潜热通量值较高,直接影响着胡杨林生态系统的能量分配。（2）灌水的时间改变了潜热通量和蒸散发的季节变化过程,而灌水的量决定着春季和秋季潜热通量和蒸散量的年际差异。（3）2014-2016年,生态系统的年蒸散量和生长季蒸散量平均分别为1092 mm和932 mm。荒漠河岸胡杨林生态系统的蒸散量主要受系统水分状况（灌水量）及植物生长状况的影响。     

土壤水分时间稳定性研究进展

土壤水分是陆地生态系统中不可或缺的组成部分,在地表水文过程中起着关键作用,连接着一系列的水文、生态、气候和地质学过程,是陆地生态系统健康运行的关键。以土壤水分时间稳定性概念为主线,从时间稳定性概念、研究方法、应用和影响因素等方面,系统阐述了土壤水分时间稳定性近年来的研究进展,探讨了代表性测点的选取标准以及土壤水分时间稳定性的影响因素。结合目前的研究进展,提出了未来的研究重点:加强多因素综合作用对土壤水分时间稳定性的研究;结合"3S"技术、计算机模拟和野外实测来研究时间稳定性的尺度问题;如何高效选择代表性测点;探讨时间稳定性概念在植被恢复区和气候敏感区的研究与应用。     

林分耗水的尺度扩展研究进展

蒸散耗水是森林生态系统水分循环过程的主要构成,是现代生态水文研究的重点和难点。直接测定和尺度上推提供了两种获取蒸散量的技术手段。受限于复杂的冠层结构、非均质的下垫面和迥异的环境条件,直接测定难以准确获取林分水平的耗水信息,因此有必要讨论单木与冠层结构、环境因子之间的耦合关系,利用时空尺度扩展得到合理的耗水量。本文综述了理论基础相对牢固的3种尺度扩展技术:基于生物计量参数、遥感影像和水文模型的尺度扩展,剖析各模型的控制因子,探讨模型的适用性和优缺点,对尺度扩展技术的发展做了展望。     

干旱区包气带土壤水分运移能量关系及驱动力研究评述

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水-土壤-植物-大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机理具有极其重要的现实意义。文章总结了土壤水分运移理论研究进展,探讨了水分参与水文循环过程及干旱环境下土壤水分可能表现形态及其降雨入渗、再分布、渗漏、蒸发、毛管水上升等过程驱动机制,评述了包气带土壤水分与能量过程在不同空间尺度上生态水分效应。在一个非饱和土壤系统中,水分运移受包气带结构,土壤物理特征,植物根系和土壤生化环境的综合控制,物质和能量平衡改变是驱动水分循环的源动力,而土壤环境变化是导致水分运移形态的发生变化根本原因。因此,在气候变化背景下,研究干旱区土壤与大气界面以及包气带与饱和带界面水、汽、热耦合转化形式与能量驱动过程,能够提升我们对包气带土壤水分运移规律机理的深入理解,丰富对区域气候和水文变化认知。为干旱区生态植被恢复建设和水资源精细化管理提供理论向导。     

黑河下游柽柳根系水力提升对林分蒸散的贡献

准确量化植物根系水力提升(HL)及其生态-水文效应对于陆地生态系统水分循环和全球变化研究具有重要意义。基于2011—2012年黑河下游柽柳林地土壤含水量和涡度协方差观测资料,通过将土壤体积含水量分割为HL和水分损失量(WD),结合涡度协方差测定的潜热通量计算的蒸散量(ET),首次定量黑河下游柽柳根系HL及其对ET的贡献。据估算,柽柳根系HL主要发生在20—60 cm深度,生长季HL大小在0—1.4 mm/d之间变化,平均为0.22 mm/d,WD在0—0.76 mm/d之间变化,平均为0.23 mm/d,HL与WD的年内变化存在同步性,且HL与WD处于正平衡状态,表明HL通过将深层吸收的土壤水或地下水释放在根系吸收层以供植物蒸腾消耗外,还有剩余水分留存在该层内。生长季ET在0.31—5.38 mm/d之间变化,平均为2.82mm/d,但值得注意的是,HL与ET的年内变化存在时间滞后性,HL在5月最高,但ET在7月最大。HL对ET的贡献率在0.06%—108.25%之间变化,平均为19.25%,比例高于100%的时段主要在生长初期,也就是说在蒸散最大的夏季,HL是相对较小的,其原因可能有2个:一是HL受到夏季深层土壤干化的抑制,二是HL受到夏季夜间蒸腾的抑制,究竟是何种原因还有待进一步研究。     

干旱、半干旱环境降水脉动对生态系统的影响

干旱、半干旱环境降水事件通常以脉动的形式发生,其发生时间、持续时间以及降水强度均具有较大变异性,降水事件的间断性和不可预知特征导致土壤水分与养分等关键资源的获得也呈不连续的脉动状态.资源脉动对生态系统的影响涉及个体、种群、甚至群落各个尺度.本文从干旱、半干旱环境资源脉动对生态系统的影响,以及生态系统对脉动事件的响应两方面系统综述了近年来的最新研究进展.指出国内外在资源脉动特征对生态系统的影响、不同生态系统资源脉动效应之间存在的差异、影响资源脉动持续时间的生态水文机制、资源可获得性对生态过程的影响等方面的研究尚处于尝试阶段,在全球气候变化、降水格局显著改变背景下,干旱区不同时空尺度资源脉动影响和生态系统响应是未来的研究重点.     

利用小球藻净化村镇生活污水的预处理研究

为提高小球藻(Chlorella vulgaris)净化村镇生活污水的效率, 基于原水、沉淀、活性炭过滤、秸秆粉过滤等8种方法对村镇生活污水进行预处理, 根据小球藻在不同预处理条件下的生长情况以及对污水中的TN、TP、COD和NH4+-N去除情况, 筛选出最佳预处理方法。结果表明: 经秸秆粉过滤之后, 小球藻比生长速率在第8天达到最大值, 为0.360 d-1, 并获得最高生物质干重, 为0.826 g·L-1, 同时对污水中TP的去除效果达到最好, 去除率为92.22%; 污水经灭菌预处理之后, 小球藻对COD和NH4+-N的去除率最高, 分别为93.41%和86.21%; 利用活性炭过滤之后, 小球藻对TN的去除效果最好, 去除率为93.94%。从去除效果和经济成本方面考虑, 最终选择秸秆粉过滤作为小球藻净化村镇生活污水的最佳预处理方法。