河流氮输出对流域人类活动净氮输入的响应研究综述

人类活动引起的生态系统氮输入对水环境有着重要的潜在影响,而目前,我国流域氮污染的研究多从微观角度进行探讨,而从宏观尺度或流域角度诊断流域系统存在的问题研究尚处于起步阶段,直接导致了对流域存在的生态问题把握不清、流域污染程度和潜在污染情况含糊不明.基于此,本文综述了河流氮污染与人类活动氮素输入的响应关系及其影响因素,这对于从流域尺度诊断生态环境、摸清氮流动的过程中自然气候和人类活动扮演的角色及调节过程,并最终提出科学的管理方案具有一定的理论和实际意义.     

河流流量对流域下垫面特性的响应

以美国切斯比克湾地区为例,对该区域150个小流域的下垫面特性(包括土地利用类型、地面不透水系数和土壤物理属性)进行了提取,根据1984—2004年间逐日流量观测数据计算出了33个水文指标,运用逐步回归方法在不同地理区分析了9种下垫面特性对其中17个重要水文指标的影响。结果表明:随着草地和林地比例的增加,流量趋于减小、流量变化趋于稳定,随着建设用地和不透水层的增加,流量增加、流量变化剧烈,随着土壤水文组等级的升高,流量减少;在整个切斯比克湾流域,对流域下垫面特性响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时,在阿巴拉契亚高地地区响应最为显著的水文指标是年极值流量、高脉冲个数及历时,在皮德蒙特山地响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时,在沿海平原地区响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时、流量变化的速率与频率。     

东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价

森林植被发挥着涵养水源的作用,主要表现在以下几个方面:对降水的截留与再分配;调节河川径流,调节林内小气候,减小林内地表蒸发,改善土壤结构,减少地表侵蚀等. 通过对几种林分各层拦蓄降水和保土功能指标定性评价的基础上,用综合评定法对不同林分水源涵养和保土功能进行综合评价,选择出综合功能最好的林分,以期为北京山区的生态环境建设、植被恢复与保护提供一定的依据。在测定东灵山4种森林植被林冠层、枯枝落叶层和土壤层蓄水和土壤保持功能指标的基础上,采用综合评定法对4种森林植被水源涵养和土壤保持功能进行了评价。结果表明:各植被类型的林冠层截留各不相同,在雨季(6-9 月份) 辽东栎林的截留率最大,华北落叶松的最小;枯落物最大持水深以辽东栎林的最大,油松的最小;土壤水文特性各异,0-80 cm 土层平均容重以落叶阔叶林的最小,华北落叶松的最大;稳渗速率以落叶阔叶林的最大,油松的最小,初渗速率以辽东栎林的最大,油松的最小。不同林分水源涵养和土壤保持综合能力由大到小顺序为落叶阔叶混交林、辽东栎林、华北落叶松林、油松林。常绿阔叶灌丛水源涵养和土壤保持综合能力评价值(0.1039) 比其它植被类型少3个数量级,说明其水源涵养和土壤保持功能明显优于其它植被类型。由此可见,树种组成丰富、林下灌草盖度高、枯落物储量多的落叶阔叶混交林水源涵养和土壤保持能力最强,优于单一的阔叶林,而油松林最差。     

半干旱地区不同森林类型土壤水分动态模拟

采用暖温带落叶阔叶次生林、油松人工林和华北落叶松人工林样地土壤水分的生长季内观测数据和其他辅助观测数据,检验了Georgakakos等提出的土壤水分模型在半干旱林地的适用性。结果表明,该模型用于模拟半干旱林地日尺度土壤水分动态具有一定的可信度,且能够较好的反映不同森林类型的水文效应。模型参数的敏感性分析表明,不同目标函数的参数敏感度信息反映了该模型"异参同效"现象不显著,模型结构不确定性也较小。各参数的敏感度结果揭示了各参数在降雨入渗、深层渗漏和蒸散部分中的控制作用。从模型模拟的土壤水分变化通量来看,油松人工林地实际年蒸散发量大于其他林地,落叶阔叶林地年入渗量大于其他林地,而3种森林类型林地深层渗漏所占生长季降雨量的比例都较小。研究半干旱地区多年生人工林土壤水分的情况,不仅有助于从根本上认清半干旱地区土壤-大气-植被连续体的复杂作用关系,也为半干旱地区树种选择及造林后的生态水文效应研究提供理论依据。     

1990—2010年淮河流域人类活动净氮输入

1990—2010年,淮河流域粮食产量由6414×10⁴ t增长到10121×10⁴ t(增幅为58%),城市化率由13%增长到35%(涨幅为22%),流域社会经济发生了显著变化.从流域整体定量评估人类活动所带来的生态环境影响将为区域生态环境管理提供科学依据.本文估算淮河流域1990—2010年人类活动净氮输入(NANI)的空间分布及变化趋势.结果表明: 研究期间,淮河流域氮输入量呈现出增加趋势;1990—2001年流域内氮输入量快速增加,2001年后氮输入增加趋势减缓.1990年氮输入量为17232 kg N·km^-2·a^-1,2003年氮输入量最高,为28771 kg N·km^-2·a^-1,2010年回落为26415 kg N·km^-2·a^-1.从氮输入的组成上来看,化肥和大气氮沉降仍然是最主要的输入来源,其次为食品/饲料和生物固氮的输入.化肥和大气沉降输入占总氮输入的比例持续增加,由1990年的64%和16%分别增长至2010年的77%和19%.单纯以增施化肥来实现粮食增产、化石燃料大量燃烧来推动经济发展的观念,应切实转变到改善农业耕种技术、实现新能源的发展轨道上来,进而推动社会经济的可持续发展.     

森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法

近年来国内森林生态系统服务功能研究较多,但应用价值不高,其科学性受到诸多质疑。从森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程以及其计量方法出发,对国内外研究动态和发展趋势进行了总结分析,重新审视森林水源涵养功能的研究意义,探讨森林水源涵养功能的多尺度特征。从森林水源涵养功能作用的空间尺度上看,其拦蓄洪水削减洪峰的功能仅在较小尺度上有效,而调节径流的功能只有当森林土壤的入渗量超过蒸散量时,才可能有更多地下水补给河道径流,进而增加旱季河道流量。同时森林水源涵养功能也具有明显的时间尺度特征,具体表现为在次降水事件中,由于蒸散发量较小,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量,在功能上表现为拦蓄降水;在长时间尺度上,由于林地蒸散要耗去大量水分,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量减去林地蒸散发量,在功能上表现为净化水质和调节径流。大多数研究仅对单一林分的个别层次蓄水功能进行研究,缺乏流域尺度或者更大空间尺度的森林水源涵养功能研究。建议从区域降尺度到流域或将坡面尺度上推到流域,集中在流域尺度解决森林水源涵养空间异质性将是解决森林水源涵养功能尺度外推的有效办法。就目前国内流行的森林水源涵养功能计量方法而言,其与尺度及研究目的有较大相关性,在研究中应根据研究目的、研究尺度和可获取的数据情况选择合适的计量方法。研究突出了不同尺度作用下森林水文过程的复杂性及重要性,并结合森林与水关系的争论问题,分析目前国内对森林水源涵养功能研究的一些误区,提出森林水源涵养功能研究的一些关键科学问题及未来可能的发展方向,主要包括:1)明确界定森林水源涵养功能的边界,探索森林水源涵养功能计量的新方法;2)加强不同时空尺度关联的森林水源涵养功能研究,包括正确评价森林水源涵养功能的时空变异规律,森林生态系统水源涵养功能的尺度效应,森林水源涵养与下游水生态安全,森林水源涵养研究范式转变等核心问题。     

区县尺度下的河流生态系统健康评价——以北京房山区为例

伴随郊区城市化的快速发展,高强度人工管控对河流生态系统产生持续胁迫作用,河流生态系统健康受到严重威胁甚至损害。以北京房山区河流水系为例,于2016—2017年在区域内的31处样点进行野外调查。选取河流的水环境功能、防洪效益功能、生态效益功能和支持利用功能4方面16个具体评价指标,并通过层次分析法计算权重,构建区县尺度下的河流生态系统健康评价指标体系,并进行健康状况评价。结果表明:房山区河流的防洪效益功能与生态效益功能中"健康与亚健康"状态比例分别为58.0%与41.9%,而水环境功能与和支持利用功能中"较差与差"状态比例为71.0%与41.9%;河流生态系统健康整体水平较差,勉强满足河流生态系统一般需求。同时,房山区境内的拒马河与小清河的河流生态系统健康状态远优于大石河与永定河。河流生态基流是影响河流生态系统健康的关键因素,适当释放库区截留水量与调配区外清洁水体,已成为恢复房山区河流生态系统健康的前提与基础。     

街尘与城市降雨径流污染的关系综述

街尘是引起城市面源污染分布最为广泛、最重要的污染物载体,街尘及其负载的污染物与降雨冲刷相关过程的全面认识,对有效控制城市地表径流污染有着重要的意义.针对全球快速城市化背景下街尘及其降雨冲刷污染的研究现状,阐明了街尘及其降雨冲刷污染的不足与难点,并对未来研究方向的突破性给予展望.     

光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展

光衰减对沉水植物的生长具有至关重要的影响。系统归纳总结了光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长的影响,指出:光因子是沉水植物生长的第一环境要素,水体中的有色可溶性有机质、浮游植物叶片细胞中的叶绿素和悬浮颗粒物以及水体本身,对光穿透水体时光强的衰减有着直接的影响,是影响沉水植物最重要的光衰减水质参数。其他环境因子如营养盐、沉积物和流水动力学等因素,则会直接或间接影响光衰减水质参数,进而影响水体透明度和浑浊度,影响沉水植物的光合作用,是影响沉水植物光衰减的间接环境因子。提出了研究中重点关注的几个问题。     

干湿交替频率对不同土壤CO2和N2O释放的影响

干旱、半干旱和地中海气候区,乃至一些湿润地区,由干湿交替引起的土壤碳、氮的短暂脉冲式释放很大程度上决定着长时间尺度温室气体释放的总量,是土壤碳、氮温室气体释放的关键过程.选择我国降雨梯度下的森林、农田、草地和荒漠生态系统,采集土样进行实验室统一控制条件下的多重干湿交替循环,对比探讨不同生态系统土壤干湿交替频率对CO2和N2O释放的影响模式.结果表明:(1)干湿交替能够显著的激发土壤中CO2和N2O的释放,森林、农田、草地和荒漠土壤CO2和N2O释放速率对干湿交替的响应模式基本一致,其响应强度与土壤本底中碳和氮的含量有关;(2)在一定培养时间内,随着干湿交替频率的增加,土壤再湿润阶段CO2释放速率降低,但是,气体释放的总量较之于恒湿对照组有所增加.(3)不同土壤N2O的释放总量对于湿交替频率的响应模式表现出很大的差异,其中农田和荒漠土壤响应模式类似.