优先流研究现状及发展趋势

优先流是一种常见的土壤水分运动形式,它是土壤水运动机理研究由均质走向非均质领域的标志。但最初却没有真正的定义。综合介绍了目前国际上公认的土壤优先流定义、优先流多种表现形式及其重要特征。系统阐述了优先流的静态（内在）和动态（外在）影响因素、开展研究的基础理论以及实验研究技术,指出开展优先流研究可以有效及充分地解释早期水文学研究所困扰的不符合达西定律及对流一弥散方程等重大问题,但由于优先流运动过程具有非平衡性及区域特点,其自身类型较多,开展优先流研究同时加大了水文过程研究的难度及深度,所以长期以来没有得到充分重视,到目前为止,对于优先流运动机理尚未明确;开展优先流研究判定标准多样,但缺乏系统成形的判定标准;由于土壤本身就是异质性系统,对优先流研究需综合考虑尺度效应;虽然已有多种方法可以有效开展优先流研究,但缺少已获得国际标准认证的适用于具有快速环绕特性的优先流研究需要的现代仪器设备。同时还探讨了优先流研究的发展趋势。     

北京山地森林生态系统服务功能及其价值初步研究

从生态系统服务功能的概念入手,根据观测和研究资料,采用替代工程、市场价值等方法,从两个方面评价了北京山地森林生态系统服务功能的价值。结果表明,面积为4056.64km^2的北京山地森林生态系统的生态服务功能价值每年为167.78亿元,其中涵养水源价值搂91.67%亿元,净化水质价值为15.3亿元,保持土壤价值为2806.92万元,固碳制氧价值为2.24亿元,净化环境价值为48.65亿元,游憩价值为9074.98万元,林果品价值为8.73亿元。     

北京市红门川流域森林植被/土地覆被变化的水文响应

根据北京市红门川流域原有1∶1万土地利用图,结合流域1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,在GIS支持下,得到4期土地利用图,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据。并利用研究区逐日降水量和径流量数据,从年径流量、汛期(6-9月份)径流量和单次径流量3个层次,分析不同土地利用时期的水文响应。结果表明:不同土地利用变化对流域径流具有显著影响。2001-2005年植被条件较好的土地利用较1990-1995年和1996-2000年产流有所减少,多年平均径流系数下降了70%以上。不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响。2001-2006年的单次产流均小于1990-1995和1996-2000年的单次产流,仅为前期的1/3,降水利用率提高,发生洪涝灾害的可能性减小。     

基于改进遥感生态指数的吐鲁番-哈密地区生态环境质量评价及驱动机制分析

吐鲁番市和哈密市是我国盐渍化危害最严重的地区之一,明晰其生态环境变化趋势和驱动机制对吐鲁番-哈密地区生态文明建设具有重要意义。基于Google earth engine(GEE)平台,筛选2005—2020年6—9月Landsat影像,选取绿度(SVAI)、湿度(Wet)、热度(LST)、干度(NDBSI)和盐度(NDSI)构建改进型遥感生态指数(SRSEI)对吐鲁番-哈密地区生态环境进行评估。结果表明：(1)SRSEI使用SAVI代替NDVI并加入盐度指标(NDSI),与RSEI相比有着更高的第一主成分贡献率,能更全面客观地评价吐鲁番-哈密地区生态环境质量。(2)时间尺度上,2005—2020年吐鲁番-哈密地区SRSEI先下降后上升,均值0.49,并在2020年均值达到0.5575,较差和良的面积占比变化显著,较差占比减少了11.54%,良占比增加了30.15%。且未来生态环境变化趋势还将以改善为主;空间尺度上,北部西山台原和中部莫钦乌拉山生态质量多为优和良,较差区域主要集中在南部噶顺戈壁。(3)年均降水量、年均气温和经济生产总值是驱动SRSEI变化的主要控制因子,q值均大于0.092;与单因子对生态环境影响力相比,双因子交互产生的影响力更强,年均降水量∩经济生产总值是驱动吐鲁番-哈密地区生态环境发生变化的最强交互因子。     

油松水源保护林人工诱导更新与定向恢复机理

以油松水源保护林为对象,进行人工诱导更新与定向恢复机理研究。结果表明,在郁闭林分内油松更新苗密度平均为5 375株.hm-2,更新苗年龄为1~2年,而在人工Gap“效应岛”样地内,更新苗密度平均为17 062.5株.hm-2,其中1~2年、3~4年、5~6年生更新苗分别占73.44%,13.97%和12.59%;生长季光照强度在0、1.5和2.0 m三个不同高度梯度上,在Gap内部的平均值分别为289.0×100、542.0×100和589.0×100 lux,在对照林分内分别为139.0×100、146.0×100和246.0×100lux;从夏季观测到的空气温度平均值日变化分析,在白天Gap内的温度高于郁闭林分内部,温差可差2~3℃,在夜间Gap内的温度低于郁闭林分内,温差可差0.5~1℃;在白天6:00~11:00,人工Gap“效应岛”内空气湿度明显低于郁闭林分内,在其它时间段大致相当;对于同一层次土壤而言,Gap内的土壤温度明显高于郁闭林分内且变化幅度大,在0、10和20 cm三个梯度上Gap与郁闭林分相比土壤温度最大差值分别可达10、5和2℃;0~10、10~20和20~30 cm三个层次平均土壤含水量在Gap内分别为16.9%1、5.1%和12.3%,在郁闭林分内分别为14.6%、12.5%和9.9%。总体上比较二者的光照强度、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分等有显著差异,因此人工Gap“效应岛”的创建是诱导其内部微环境因子变化的基础,也是油松水源保护林定向恢复更新的机理之所在。     

北京山区侧柏人工林内CO2浓度及其δ13C值变化特征和影响因子

本研究采用离轴积分腔输出光谱技术对北京山区侧柏人工林进行了大气CO₂浓度及其δ¹³C值的原位观测,在半小时尺度上对比了林内不同高度处大气CO₂浓度及其δ¹³C值的差异,并探究其对气象因子的响应.结果表明: 林内CO₂浓度自日出后经历先降低后升高的变化趋势,最低值出现在16:00—16:30,浓度为352.5 μmol·mol^-1,最大值出现在5:00左右,达到402.0 μmol·mol^-1,其δ¹³C值变化趋势微弱且较为复杂,呈现出近地层先降低后升高、林冠层先升高后降低的趋势;研究日期内,林内CO₂浓度随高度的升高而降低,林内0、2、5、8、12.5和18 m处的日均值为386.5、369.9、368.2、367.8、367.9和367.9 μmol·mol^-1,δ¹³C值呈现出随高度升高而升高的趋势,林内0、2、5、8、12.5和18 m处的日均值为-16.0‰、-13.7‰、-13.5‰、-13.5‰、-13.1‰和-13.3‰;逐步回归分析表明,温度和湿度是影响林内大气CO₂浓度及δ¹³C值的主要因子,饱和蒸汽压差(VPD)可以影响林内CO₂浓度变化,风速可以影响林冠层CO₂浓度变化,而土壤含水率、电导率和地面净辐射则是影响近地层CO₂浓度及δ¹³C值的环境因子.这些环境因子通过增强或减弱生态系统内光合作用和呼吸作用来影响林内CO₂浓度及其δ¹³C值的变化.     

小流域林草植被控制土壤侵蚀机理研究

从坡面水动力学角度研究了坡面乔木林、草本植物和林地枯落物对坡面径流流速和动能的影响机理.结果表明,坡面径流水头损失与坡面坡度、林木密度、净雨强、坡长等有关,水头损失与林木间距(b)和树木地径(D)间的关系为:E^∝(D/b)^4/3;坡面草本植物在水流作用下易弯曲,增大水流底层的阻力,减小床面的切应力;枯枝落叶使径流速度减小,从而大大降低径流挟沙能力.对甘肃省天水市桥子东沟和桥子西沟两个对比小流域的实测单次降雨、径流、泥沙资料分析可见,在相同降水条件下,已治理小流域内的径流量、产沙量、洪峰流量、最大输沙率等指标均小于未治理小流域,说明林草植被在小流域中的涵养水源、保持水土的作用明显.     

密云水库集水区人工油松水源保护林降水化学性质研究

对北京密云水库集水区人工油松水源保护林降水化学性质研究表明 ,在研究区大气降水化学元素含量在观测时段内变幅较大 ;测定时段内各元素加权平均值之和为 12 0 0 1mg·L-1,大气降水中各元素含量按大小排序为Ca >N >K >Mg >Na >P >Fe >Zn >Cu >Mn ;大气降水经过林冠层后 ,林内穿透降水和树干茎流中各化学元素含量变化不一 ,但多数元素含量增加且总量呈增加趋势 ,林内穿透降水化学元素加权平均值之和为2 0 614mg·L-1,树干茎流为 73 3 2 4mg·L-1,比林外降水分别高出 8 613mg·L-1和 61 3 2 3mg·L-1,引起树干茎流和穿透降水中化学元素总量增加的主要原因是K含量增加所致 ,K在林内穿透降水和树干茎流中的含量约是大气降水含量的 3倍和 2 5倍 .     

间伐强度对坝上樟子松林下持水能力的影响

河北坝上地区地势复杂、气候条件较差,导致了水土流失和地质灾害的发生,使华北地区生态安全受到严重威胁.为了改善当地生态环境,樟子松、落叶松等耐贫瘠速生树种被大面积种植,然而不合理的植被密度会导致降雨的低效率利用.本研究以5种间伐强度(0、20％、40％、60％、80％)的樟子松林为对象,分析间伐强度对林下草本、枯落物、土...     

基于树轮δ13C的北京山区侧柏水分利用效率

树木水分利用效率特征存在地域及树种差异,北京山区作为华北土石山区典型森林生态系统,其主要树种侧柏水分利用效率(WUE)长期变化的研究未见报道.本研究通过测定侧柏树轮稳定碳同位素值(δ¹³C),计算年均水分利用效率(WUE_i),分析其长期变化趋势及对环境条件变化的响应,并结合树轮宽度,探究侧柏WUE_i与净固碳量的关系.结果表明: 1918—2013年期间,北京山区年均气温呈逐渐升高趋势,年降水量波动较大.在此期间,侧柏树轮δ¹³C逐渐减小,WUE_i呈逐渐增大趋势.侧柏WUE_i对气温变化的响应最为敏感,呈显著正相关关系,且WUE_i对气温升高的响应敏感性大于气温降低.侧柏WUE_i与年降水量的相关性不明显,该地区降水量不是影响侧柏WUE_i的主要因素.侧柏去趋势树轮宽度值呈现先上升后下降趋势,近20年下降趋势明显.结合WUE_i与环境因子的相关性分析,认为气温升高导致气孔导度(g_s)降低,蒸腾量减少,同时增加了呼吸损耗,结果导致WUE_i升高,但侧柏净固碳量减少,生长减缓.