水文变异下长江荆南三口河道内生态需水量变化及贡献因素

基于1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份.在此基础上,运用GEV概率密度最大流量法计算荆南三口河道内生态需水量,并从多时空尺度视角分析河道内生态需水量的时空差异及其贡献因素.结果表明: 研究期间,新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺水文站的第一次径流突变年份分别为1990、1959、1959、1972和1972年,并将第一次突变以前的月均流量序列作为水文变异前的水文序列.在水文变异条件下,长江荆南三口1—12月的各月生态需水量分别为69.63、26.15、55.65、452.65、2166.44、4660.83、10875.66、9966.49、7868.38、4773.60、1655.01和338.49 m³·s^-1.新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺5个水文站的年均生态需水量分别为901.57、507.00、221.30、1438.03和581.62 m³·s^-1.水文变异后,荆南三口满足河道内生态需水的频率大幅下降,由变异前的55%以上下降至变异后的20%以下,生态需水缺乏现象严重.影响荆南三口河道内生态需水时空变化的因素主要为不同时期水利工程、各行业用水量等人类活动.     

基于GIS的长江三峡水库消落带生态类型划分及其特征

利用GIS技术,以水位高程变化、库岸坡度和小尺度地形地貌特征为依据,在数字地形图上,制作水位高程-坡度图和小尺度地形地貌图,通过图形叠加分析,对长江三峡水库消落带进行生态类型划分。结果表明:三峡水库消落带生态类型可划分为经常性水淹型(缓坡型、陡坡型)、半淹半露型(缓坡型、陡坡型)、经常性出露型(缓坡型、陡坡型)、岛屿型(常淹型、出露型)、湖盆-河口-库湾-库尾型(湖盆型、河口型、库湾型、库尾型)、峡谷型等6大类12个亚类;半淹半露型、经常性出露型和湖盆-河口-库湾-库尾型,占消落带总面积的82.2%,应以人工生态修复为主、自然恢复为辅;而经常性水淹型、岛屿型和峡谷型占17.8%,应以自然恢复为主、人工生态修复为辅。     

水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量

受气候变化和人类活动综合影响,鄱阳湖流域水文状况发生变异。河流生态系统适应了变异前的水文状况,变异后势必会影响当地生态系统。基于此,采用8种变异检测方法对水文变异进行综合诊断,阐明水文变异原因。在此基础上,采用15种概率分布函数分别拟合5站各月变异前日流量序列,最终确定5站点各月最优分布函数及所对应的概率密度最大处的流量,即得河道内生态流量。研究表明:(1)抚河于1962年发生弱变异,赣江、修河于1968年发生中变异,信江、饶河于1991年发生弱变异;(2)变异后,赣江、信江、饶河、修河生态需水满足率平均上升11%,抚河生态需水满足率下降32%;(3)水文变异增加提高生态需水满足率,水利工程建设降低年均生态需水满足率、提高干季生态需水满足率。高森林覆盖率提高干季生态需水满足率,对年均生态需水满足率影响不明显。研究结果为鄱阳湖流域水资源管理及区域水资源规划与配置提供重要科学依据。     

基于SOFM网络的生态水文区划

生态水文区划对缓解区域水资源开发利用和生态环境保护之间矛盾起到了重要作用。本文基于自组织特征映射(self-organizing feature map,SOFM)人工神经网络建立了生态水文区划模型。首先运用主成分分析法从众多生态水文指标中提取出能代表绝大部分信息的主成分指标;其次依据提取的主成分指标,利用系统聚类得到区域聚类谱系图;而后构建SOFM神经网络,依据网络结果和系统聚类谱系图,划分合理的生态水文区。以福建省泉州市为例进行了生态水文区划研究,将研究区划分为4类区域,各区域具有明显的生态水文特征,针对不同区域特征,提出了常规、加强、较为严格和最为严格4种生态环境保护和水资源开发策略。     

河岸带生态系统植被与土壤对水文变化的响应研究进展

河岸带的植被与土壤是生态系统重要组成部分,对于维持河岸带的生态健康、生态系统服务与可持续性具有至关重要的作用。水文变化是河岸带生态系统的首要干扰因子,系统总结了水文变化对河岸带植被的特征以及植被形态、群落分布、繁殖、生存策略的影响,并阐述了河岸带水文和植被对土壤氮磷迁移转化的影响机制。根系作为土壤与植物地上部分之间物质、能量流动与信号传导的关键纽带,目前对根系的研究还较欠缺,需要加强水文变化对河岸带湿地植物根系形态、结构、功能特征的影响机理研究,以及湿地植物对水文变化的适应机制和耐受阈值方面的探究。在微观方面,应加强水文变化与植被等多因素耦合对土壤氮磷迁移转化过程的机理研究。河流形态和土壤的多样性决定着河岸带水文作用特征的复杂性,今后需注重河岸带个性特征与水文响应的关系研究。河岸带是横向的水陆生态过渡带和河流上下游的纵向生态廊道,亟需综合考虑和模拟流域土壤、植被与水文、人类活动之间的耦合关系,预测未来气候与社会经济情境下的河岸带生态系统演变规律,为河岸带生态系统的生态调节、生物多样性保护与生态恢复等提供理论依据与技术支撑。     

城市化对流域生态水文过程的影响研究综述

了解流域水文过程(水量和水质)是流域综合管理的基础。城市化引起的生态环境问题已成为目前和未来一段相当长的时期内人类社会面临的重大问题。然而,城市化(土地利用/覆被变化、新污染物产生)、水文(降水、入渗、蒸散、径流过程)和生态系统服务(产水服务、调节气候、土壤保持、初级生产力、维持生物多样性等)在不同时空尺度之间的相互作用还存在知识空白。从城市化对流域生态系统结构和功能的影响、城市化对地表能量平衡与水量平衡的影响、城市化对水质和水生生物的影响、以及城市土地利用/覆被变化的大气环境效应等多方面系统总结了城市化影响流域生态水文过程的研究进展。研究发现,城市"热岛"、"干岛"、暴雨径流引起的城市内涝、水污染等环境现象都与生态水文过程密切相关。强调现代城市规划需要遵循生态水文学规律,从全流域生态系统角度认识近年来新出现的不同尺度的城市环境效应。城市最佳管理措施应以流域为单元实施,以调节土地利用/覆被、保护湿地(包括自然与人工湿地)为手段,充分发挥自然生态系统调节功能(如植被蒸散和净化水质)。未来城市生态水文学应围绕"低影响开发"以及"基于自然的解决方案"等城市流域管理措施,在稳定城市小气候、缓解洪涝干旱等极端水文气象灾害风险以及减轻城市水污染等方面开展多尺度综合研究。     

祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素

以位于祁连山中段大野口关滩森林站的青海云杉林为研究对象,利用2008年观测期间(6月12日至10月8日)34场降雨的大气降雨量、穿透雨量和树干茎流量观测资料,对青海云杉林的降雨再分配特征及其影响因素进行综合分析。结果表明:青海云杉林的总穿透雨量、截留量和干流量分别为212.6、64.5 mm和3.4 mm,分别占大气降雨量的75.8%、23.0%和1.2%;穿透雨在林内具有较大的空间变异性,其变异程度随降雨量的增大而减小,叶面积指数和冠层郁闭度在一定程度上也影响穿透雨的空间分布,且降雨量越小其影响效果越明显;青海云杉林的总干流量为3.4 mm,平均干流率为0.58%,雨前林冠的湿润程度对树干流的产生有很大影响,导致当降雨量为5.6 mm时就开始产生树干茎流;青海云杉林冠截留率的大小主要取决于降雨量,且随着降雨量的增大先减小并逐渐趋于稳定,林冠截留量总体上随冠层郁闭度和叶面积指数的增大而增大,但当观测点位于树冠边缘或多个树冠重叠处时出现负截留现象。所以,就特定林分而言,冠层结构特征对于其林冠生态水文效应起着重要的作用。     

辽西低山丘陵区人工油松林和沙棘林的水文生态效应

利用设置在不同地类内的径流小区,对辽西大凌河流域的沟壑丘陵区进行定位观察,探讨辽西半干旱区主要造林树种油松和沙棘的水文生态效应.结果表明：2002年6月～2004年6月平均降水量为238.9mm时,油松和沙棘平均林冠截留量分别为55.5mm和76.05mm,其截留率分别为23.08%和32.28%,即约有1/4～1/3降水被林冠截留.油松林中凋落物平均截留率为14.17%,沙棘林为20.8%.油松林和沙棘林年均径流深分别为2.516mm和0.893mm;侵蚀量为15.57t km^-2和0.76t km^-2;林地内径流深和侵蚀量约为荒地（对照）的1/20和1/50.林地土壤理化性质,除土壤容重之外,0～20cm土层的总孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量和非毛管持水量都高于2～40cm土层;油松林和沙棘林土壤有机质、全氮、全钾和速效钾含量均显著高于荒地;pH、全磷和速效磷在地类和不同土层深度中没有显著差异.沙棘林和油松林的非毛管持水量分别是荒地的275.9%和182.1%.     

三峡水库蓄水对洞庭湖湿地生态系统服务价值的影响

通过实地调查与测定,获取相关数据,运用货币方法分别估算三峡水库蓄水前(1996年)后(2010年)洞庭湖湿地生态系统服务价值.结果表明:三峡水库蓄水后,湿地生态系统服务总价值由1996年的156.69×108元增加到2010年的177.11 ×108元;1996年湿地主要服务价值量排位为:调蓄洪水＞蓄水供水＞大气调节＞科研教育,2010年湿地主要服务价值量排位变为旅游休闲＞交通航运＞大气调节＞蓄水供水;在洞庭湖湿地生态系统服务总价值量中,与水体关联的直接价值量由1996年的110.85×108元减少到2010年的27.47×108元,减少了75.2％;尽管物质产品生产与供给方面的直接价值比重有所增加,但生态环境调节与维护、文化社会方面的间接价值却保持在总价值量的80％左右;除气候因素外,三峡水库蓄水、长江入湖水沙减少也是导致洞庭湖湿地生态系统服务价值变化的症结所在.     

珠江口浮游桡足类的生态研究

根据2002～2003年珠江口12个航次的调查资料,分析了浮游桡足类种类组成、优势种演替和丰度的时空变化,探讨其影响因素。以表层盐度(S)变化将调查海域划分三个区域:I区(S<25)、Ⅱ区(2530)。结果表明:调查海域共出现桡足类65种,Ⅱ区和Ⅲ区的种类多于I区;桡足类的平均丰度为118ind·m^-3,三个区域之间的比较为Ⅱ区(165ind·m^-3)>I区(129ind·m^-3)>Ⅲ区(62ind·m^-3),春、夏季的丰度高于冬季;优势种有明显的时间和区域上的变化。I区9个航次的研究结果表明:I区桡足类种类较少;各月份之间的平均丰度差别大,由河口内往外呈增加趋势。盐度是影响珠江口桡足类种类组成和数量变化的主要因素。     

生态袋护坡技术在三峡水库消落带植被恢复中应用的可行性研究

通过对三峡水库重庆市巫山县双龙镇和巫峡镇段消落带开展生态袋护坡复绿试验7年后,生态袋上(内)、生态袋堆叠处上方和左侧消落带狗牙根(Cynodon dactylon)的种群密度、表型生长性状、地上和地下生物质量,以及土壤理化性质的测定,探讨以狗牙根为生态袋上的种植植物,将生态袋护坡技术用于三峡水库消落带植被恢复的可行性。结果表明:(1)各试验地生态袋上与其堆叠处上方和左侧消落带的狗牙根种群密度和地上生物质量差异不显著。(2)狗牙根的表型生长性状和根系生物质量因地和在生态袋堆叠处的方位不同而异。在双龙镇试验地,生态袋上比其堆叠处上方消落带上狗牙根的植株长度和节间长度低23.9%和22.6%(P<0.05),除此之外的各项指标差异均不显著;生态袋内0—5 cm土层的根系生物质量比其堆叠处上方消落带增加了75.7%(P<0.05),比其堆叠处左侧消落带降低了11.8%,在5—15 cm各土层降低了91.6%—96.9%(P<0.05),15—20 cm土层的差异不显著。在巫峡镇试验地,生态袋上与其堆叠处上方和左侧消落带的各表型生长性状的差异均不显著;生态袋内各土层的根系生物质...     

三峡水库消落带植被分布规律及对磷迁移和鱼产力的影响

为了探究三峡水库消落带植被的分布规律及其对库区生态环境和渔业的潜在贡献,对秭归、云阳和忠县库区共计30个典型消落带断面的植物群落结构特征、植物营养成分、断面坡度及土壤理化特性进行了调查分析。结果表明,(1)共发现54科、61属、209种植物,其中狗牙根(Cynodon dactylon)和苍耳(Xanthium sibiricum)为主要优势种,平均盖度分别为29.73%和26.87%;随着水位高程逐渐降低,狗牙根、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和茼麻(Abutilon theophrasti)的盖度逐渐增加,苍耳、草木犀(Melilotus officinalis)和狼粑草(Bidens tripartite)的盖度逐渐降低,而葎草(Humulus scandens)、狗尾草(Setaria viridis)和酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium)的盖度先增加后降低;植被的分布还受到断面坡度的影响,狗牙根的盖度与坡度呈显著负相关(P<0.001),而苍耳的盖度则随着坡度呈现先增后降的显著单峰形态分布(P<0.001...     

再生水浇灌方式对芦苇地土壤水文生态特性的影响

为提高再生水资源在芦苇群落生态恢复中的高效利用,采用温室内模拟实验的方法,以未灌溉(CK)为对照,对再生水(FS)、再生水清水轮灌(QF)及清水灌溉(QS)等3种浇灌方式下的芦苇地盐碱含量及水文物理参数进行测定分析,以其阐明不同浇灌方式下芦苇地的土壤水文生态效应。结果表明:清水灌溉、清废轮灌降盐压碱效果显著(P0.001),而再生水灌溉后土壤含盐量增加12.8%。与未灌溉相比,3种浇灌方式均使土壤容重减小,孔隙度增大,改善土壤水文物理效果表现为清废轮灌清水灌溉再生水灌溉。Horton模型比较适合描述灌溉后芦苇地土壤水分入渗过程,清水灌溉、清废轮灌改善了土壤水分的渗透性能,初渗率和稳渗率均比未灌溉增加,而再生水灌溉后初渗率下降15.0%。3种浇灌方式均能增强芦苇地贮蓄和保持土壤水分的能力,清废轮灌、清水灌溉、再生水灌溉的饱和蓄水量分别比未灌溉增加11.5%、4.3%、2.4%,涵蓄降水和供植物生长有效水分贮存能力表现为清废轮灌最好,其次为清水灌溉,而再生水灌溉则较差。     

气候变化对叶尔羌河流域极端水文事件的影响

通过选取叶尔羌河流域 4 个典型气象、水文观测站点的月值数据, 对比分析了气候变化背景下叶尔羌河流域气温、降水及径流的演变特征, 并探究了其对极端水文事件响应。结果表明: (1)气候变化中, 近 55 a 叶尔羌河流域气候变化整体呈增暖增湿趋势, 以 1998 年变化最为显著, 且 4 个典型观测站中库鲁克栏杆站气温及降水变化率最大(0.24 ℃·10a–1, 7.41 mm·10 a–1); (2)径流变化整体呈线性增加趋势且年内变化显著, 其中叶尔羌河及提孜那普河年内径流量最大值分布集中于 7 月和 8 月; (3)近 55 a 叶尔羌河流域极端水文事件呈显著增加趋势, 且以 6 月径流变化最为显著, 降水增加及冰川加速消融是流域极端水文事件频发的主导因子。因此, 加强水文事件对气候变化的应对措施和洪水灾害的影响评估, 对提高叶尔羌河流域水资源的利用效率, 减少其气候变化的危害具有重要意义。     

椒江口围填海工程对浮游动物的影响

收集2002-2010 年间浙江省椒江口附近的卫星遥感影像, 研究发现椒江口从2007 年起开始大规模围填海工程, 2009 年围垦的面积达到最高峰, 2010 年底工程结束。从2005-2012 年间, 在围填海工程的前、中、后期进行了浮游动物生态调查, 结果表明椒江口围填海工程没有引起浮游动物种类数的明显变化, 但在工程期间发生了优势种和群落结构的显著变化。工程开始前浮游动物以桡足类为主要优势群落, 在工程进行期间被水母替代, 直到工程结束后才慢慢恢复到桡足类占据优势类群。随着围填海工程的进展浮游动物密度一直处于下降状态, 到了工程后的2012 年才有所上升, 浮游动物生物量一直呈上升趋势, 到2011 年达到最大值。从整个调查过程来看, 浮游动物多样性指数(H)尚高, 且变化不大, 本文认为在该海域浮游动物多样性指数不能很好地指示围填海工程对生态环境的影响。     

生态相关水文指标的优选及其演变归因分析

河流生态系统健康是流域可持续发展的基础,水文情势自然变化是维持河流生态健康的关键因素,因此需进行变化环境下水文情势演变归因研究。以老哈河流域为例,基于1964-2016年水文气象资料,利用趋势及突变检验方法,确定径流序列突变点,划分研究期,并结合可变下渗容量模型重建天然径流;通过主成分分析法确定生态最相关水文指标(ERHIs),并利用变化范围法评估水文指标的改变程度;基于"观测-模拟"对比分析法,定量评估气候变化和人类活动对河道径流和ERHIs的影响。结果表明：流域年径流序列呈现显著减少趋势,突变点为1979年和1999年,将研究期划分为基准期、变化期Ⅰ和变化期Ⅱ;筛选出7个ERHIs,分别为2月流量、6月流量、最大7日流量、年最小流量出现时间、低流量年内发生次数、高流量年内平均历时、上升率; 7个ERHIs中,大部分表现为下降趋势,综合改变度在变化期Ⅰ和变化期Ⅱ分别为0.45和0.74;定量归因结果表明,人类活动是影响ERHIs变化的主要因素,其在变化期Ⅱ对水文情势的影响较变化期Ⅰ更为剧烈。研究提供了生态相关水文指标优选及其演变归因的综合方法,揭示了不同时期流域ERHIs变化的主要驱动因子,为河流适应性管理提供科学依据。     

水文变异下的黄河流域生态流量

使用t检验和Mann-Whitney U检验对黄河干流7个水文站月均流量进行水文变异分析,探讨了水文变异成因,在此基础上,确定变异前各月月均流量序列最适概率分布函数,将概率密度最大的月平均流量定义为河道内生态流量。经与Tennant法、最小月平均流量发和逐月径流法比较,考虑水文变异的河道内生态流量计算方法是可行、合理的。水文变异后,黄河干流7水文站月均流量普遍减少,月均流量满足河道内生态流量的频率降低。研究结果表明,人类活动是黄河生态系统水环境恶化的重要原因。在流域生态管理中,确保变异后生态流量满足频率与变异前相当。研究对于理解在当前气候变化与人类活动双重影响下,干旱半干旱区流域水资源科学管理具有一定理论与现实意义。     

气候变化对杉木适生区和生态位的影响

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国主要的造林树种之一,具有重要的药用、经济和生态服务功能。在全球变暖趋势持续的背景下,气候成为制约物种生存和发展的重要因素,其中空间分布和生态位变化对生态过程的解释至关重要。基于211个杉木分布点和20个环境变量,利用MaxEnt模型和R语言的ecospat软件包对杉木适生区和生态位的变化进行研究,分析杉木对未来气候持续变暖的响应。结果表明杉木当前潜在适生区219.67万km²,约占国土总面积的22.88％,主要分布在我国800 mm等降水量线以东的地区,年均温、昼夜温差日均值和最干月降雨量是影响杉木分布的最主要环境变量。未来杉木适生区分布将沿着经纬度方向迁移,高度和低度适生区面积均不断减少。主成分分析（PCA）表明杉木气候生态位在不同时段不同代表性浓度路径下发生转移和扩展,气候生态位中心将向年均温和最暖季降雨量移动。生态位重叠指数均呈现不断下降的趋势,且RCP8.5情景下的生态位重叠率下降最为明显。结果表明全球气候变暖会改变物种的空间分布区域,并将对现存的生态系统产生不同程度的影响。杉木与气候变化关系的研究拓展了人们对气候变化与植物物种生态特征的认识,为杉木乃至乔木树种的保护和利用提供了理论依据。     

三峡水库消落区模拟水淹对4种草本植物生长的影响

通过对狗牙根(Cynodon dactylon)、香附子(Cyperus rotundus)、芦苇(Phragmites australis)和羊茅(Festuca ovina)等4种草本植物在长江实际水域进行模拟水淹试验,水淹深度为5 m、10 m、15 m、20 m和25 m,水淹时间为180 d,出水恢复时间为50 d,观测其水淹期间以及出水后盖度的变化,揭示不同水淹条件对4种试验植物生长的影响,从而进一步探讨每种植物在三峡水库消落区植被修复过程中适宜种植的高程。结果表明:水淹导致植株盖度下降,水淹深度越低盖度下降越显著;出水后,除香附子和芦苇在深度为25 m的处理组不能进行恢复生长外,其余皆能恢复生长,但随着水淹深度的加深,越难恢复至淹前水平;各适生植物在消落区的适宜生存范围和最适生存范围:狗牙根和羊茅,175 m～150 m和175 m～155 m;芦苇,175 m～155 m和175 m～160 m;香附子,175 m～155 m和175 m～165 m。     

松辽流域湿地生态水文结构与需水分析

以我国重要湿地生态区--松辽流域为对象,对其主要湿地的生态水文结构及生态需水进行分析计算.通过分析湿地水面面积变化与水文连接度的关系确定湿地中心区;通过分析保持生物完整性的生物场最小范围确定适宜活动区.通过典型研究与对水文地区规律分析,建立无资料地区生态水文结构分析计算经验公式.以湿地生态水文结构(中心区、适宜活动区)为边界条件,进行地表地下水转化的水量平衡模型分析,获得湿地生态需水.经过大量分析研究论证,总体而言,松辽流域湿地中心区水深占湿地多年平均水深接近2/3,中心区面积占湿地多年平均水面面积40%左右,这对控制湿地萎缩及湿地安全管理是一个重要指标.通过松辽流域湿地近几年的补水实践分析,发现计算结果基本合理,研究成果可为湿地的规划管理和安全保障提供科学依据.