科尔沁沙地沙漠化土地恢复面临的挑战

对科尔沁沙地近50年来沙漠化土地面积、水资源可利用性、土地利用与草地植物生产力的变化进行了分析.结果发现：科尔沁沙地的土地沙漠化在经历了20世纪50—80年代中期的快速发展之后,80年代后期发生了逆转.在过去的50年中,西辽河径流量持续减小,1999年在西辽河中游的内蒙古自治区通辽市段断流;近20年来,位于科尔沁沙地腹地的西湖水位下降近10 m, 2001年干涸.科尔沁沙地草场的地上生物量由1937年的520 g·m^-2下降到2005年的197 g·m^-2.产生这种结果的主要原因是土地利用方式的变化,即基于灌溉的沙漠化治理规模的扩大和灌溉农田面积的增加,导致用水量增加.这也是科尔沁沙地实现土地沙漠化持续逆转面临的严峻挑战.     

生态医生——脆弱性评价与适应性管理

<正>你可能不知道:1.1880—2012年全球平均地表温度呈线性上升趋势,而1951—2012年全球平均地表温度的升温速率更是1880年以来升温速率的两倍,加上全球降水异质性增强,引起了一系列生态环境问题。2.中国地处地球环境变化速率最大的季风气候区,天气气候条件年际变化很大,气象灾害频发,自然与农业生态系统受气候变化与气象灾害影响剧烈。总之,气候变化已经并将继续对中国农业、水资源、自然生态系统与海岸带、重大工     

华北冬小麦降水亏缺变化特征及气候影响因素分析

为了探究气候变化背景下作物降水亏缺变化规律和影响因素,该文基于华北地区1971－1980年和2001－2010年气象数据和冬小麦生育期资料,研究了冬小麦生育期内降水亏缺变化特点,利用构建的敏感度分析模型探讨了降水亏缺量对主要气候要素的敏感性特征,主要结论：2001－2010年华北中部地区冬小麦全生育期内干旱加重,降水亏缺面积略有增加;播种—返青期内降水亏缺程度自江苏徐州—河南许昌一线往北都有所加剧,返青—拔节期内降水亏缺程度缓解,拔节—抽穗期内降水亏缺程度加重,仅在山西中部太原地区降水略有盈余,抽穗—成熟期内降水亏缺有所缓解;冬小麦拔节—抽穗期降水亏缺量对日照时数高度正向敏感站点最多,主要分布在河北北部地区和安徽省,其次是风速,对温度和降水的高度正向敏感站点最少。该文为制定灌溉定额,农业水资源管理和缓解水资源供需矛盾提供科学依据。     

疏勒河流域中下游LUCC及驱动力分析

借助ArcGIS和ENVI软件,对疏勒河中下游1987、1996、2000、2006和2010年等5期TM遥感影像进行解译,并分9种类型研究其LUCC特征及成因,结果表明:近23年来,人工植被面积不断扩张,共增加900 km2,自然植被不断萎缩,共减少842.9 km2;耕地、灌木林地、城建用地面积净增,无植被区面积先增后减,其他地类面积净减;各地类间相互转换频繁,主要转换方向——草地由高、中、低覆盖度到无植被区依次转换,灌木林地的增加主要由中、低覆盖度草地转化而来,水域湿地主要转出为无植被区和低覆盖度草,耕地的扩张主要得益于无植被区和低覆盖度草地的减少,无植被区向耕地净转出,向低覆盖度草地净转入,城建用地的增加主要由耕地和无植被区转化而来,冰雪主要转出为无植被区;整个区域LUCC速度在1987—1996年间缓慢,1996—2010年间剧烈;灌溉区周边的植被覆盖有扩张的趋势,其他区域的植被处于退化状态;农业人口的急剧增长、大规模农业开发及移民政策是区域LUCC的主要原因,气温、降水和径流量等自然因素对其影响较小。     

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SWAT模型的流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响

选用国内外广泛应用的SWAT分布式水文模型,定量分析流溪河流域土地利用与气候变化对径流的影响,采用情景模拟分析方法设置3类情景进行定量分析.对上中下游的温泉、太平场和南岗3个水文站依次校正与验证得出：除温泉站在验证期的3个系数刚达标之外,其他的相对误差＜15%、相关系数＞0.8、Nash Sutcliffe效率系数＞0.75,说明SWAT模型在流溪河流域的径流量模拟中具有较高的适用性.综合型情景模拟分析得出：以1991-2000年为基准期,2001-2010年土地利用与气候变化综合引起年均径流量增加11.23 m³·s^-1,土地利用变化引起年均径流量减少0.62 m³·s^-1,气候变化引起年均径流量增加11.85 m³·s^-1,气候变化的影响强度强于土地利用变化的影响强度.极端土地利用情景模拟分析得出：与2000年土地利用现状模拟径流量相比,耕地情景和草地情景的径流量分别增加2.7%和0.5%,林地情景的径流量减少0.7%,证明林地有一定的截流能力.气候变化情景模拟分析得出：流域径流量变化与降水变化呈正相关关系（降水每升高10%,径流平均增加11.6%）,与气温变化呈负相关关系（气温每升高1 ℃,径流平均降低0.8%）,降水变化的影响强度强于气温变化的影响强度.在气候变化环境下,需要重视对强降雨的预测和灾害预防,可通过优化土地利用结构与空间布局来减缓气候变化带来的水文负效应,如洪涝灾害.     

黑河下游额济纳绿洲近二十年生态输水的生态水文恢复效应

为了解黑河流域输水工程的生态水文效应,以额济纳绿洲为例,利用长期监测数据和遥感数据,采用空间分析、趋势分析、回归分析和结构方程模型等方法,识别了生态输水工程实施以来(2000—2020年)额济纳绿洲地下水埋深、地表水体及NDVI时空变化,分析了绿洲水文-生态指标对生态输水量的响应,明晰了绿洲植被恢复驱动因素的结构与强度。结果表明：2000—2020年,狼心山径流量呈显著增加趋势,年均增加2.7×10⁷ m³,额济纳绿洲平均地下水埋深上升了0.41 m,地表水体面积增加了130.62 km²;NDVI显著增加,增加区域占42.34%,主要集中在西河中游和东河下游;西河地区NDVI对径流量的响应较东河地区更敏感;当狼心山年径流量>6×10⁸ m³、平均地下水埋深<2.8 m时,绿洲植被面积及NDVI维持在较高水平;径流量、地下水埋深及耕地面积等因素对绿洲植被有着不同程度的直接和间接影响;黑河下游径流量保证与地下水稳定是额济纳绿洲恢复与可持续发展的关键。     

基于WRF模式评估土地利用/覆被变化的气候和水文效应

目前针对土地利用/覆被变化(LUCC)导致产汇流等水文过程(直接水文效应)变化的研究较多,而对于LUCC导致区域气候变化引起的径流变化(间接水文效应)研究却鲜有报道。采用天气预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF模式)和弹性系数等方法研究了沂河流域1990—2010年LUCC产生的间接水文效应。结果表明:WRF模式对研究区气温具有较好的模拟能力,模拟值与实测值的相关系数较高(0.86—0.97,P0.001);虽然模式对降水的模拟精度低于气温,但模拟值与实测值之间的相关系数(0.41—0.91)均达到了P0.05显著性水平。近20年来,研究区LUCC主要是从旱地向建设用地(747.3km~2)和裸地(132.4km~2)转化的过程。LUCC引起2013年1月和10月气温增加了0.2℃,导致7月气温减小了0.2℃,而4月气温基本稳定。LUCC对1月、4月和10月降水变化的影响很弱,而对7月降水变化影响较大,表现在使其减少了23.7mm。弹性分析表明,1960—2013年,流域年均降水和气温变化1%,将引起年径流量分别变化2.4%和1.8%。1990—2010年,LUCC引起2013年沂河流域降水和气温变化使得径流量分别改变了18.4%和1.7%。     

祁连山气候变化特征及其对水资源的影响

祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区,是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料,系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征,以及在气候变暖背景下,气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明: 1961—2020年,祁连山区平均气温呈显著上升趋势,升温速率达0.39 ℃·(10 a)^-1,西段升温速率最大,中、东段次之,冬季升温趋势最显著,春季最小;祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·(10 a)^-1],中段增加最明显,2004年以来祁连山区处于多雨时期,气候呈暖湿化趋势;四季降水量均呈增加趋势,夏季降水增加对年降水贡献最大;年降水以年际尺度变化为主,2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显,与夏季气温存在负相关,与降雪量存在正相关;2016—2020年,祁连山增温趋缓、降雪增多,积雪面积呈增加趋势。2000年以来,祁连山升温加剧,降水增多,冰雪融水增加,石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。     

人类活动与气候变化对洪湖春旱的影响

近年来洪湖地区干旱事件频繁发生,对该地区农业生产与生态环境造成了极大影响。利用1960—2011年气候资料、近30年洪湖水文、土地利用资料,采用湖泊水量平衡方法、统计学等方法,研究分析了人类活动和气候变化对洪湖春季干旱的影响。结果表明:伴随全球气候变化该地区年降水和夏季降水呈增加趋势,而春季降水尤其是春季少雨年的降水量减少趋势明显,其减少速率为12.57 mn/10a,达到了α=0.1显著水平;洪湖5月水位高度依赖春季降水,降水对它贡献率为0.36 m/100mm。近20年来,洪湖周边两县市水产养殖面积增加了7倍,在降水偏少时,农业灌溉需水量20a增加了4.14×10~8m~3以上;水产养殖消耗大量春季水资源,对洪湖5月水位的影响率为-0.158 m/10~4hm~2,达到了0.1的显著性水平。人类活动与气候变化是洪湖春旱增多加重两个重要原因,比较它们的变化量与影响率,人类活动对洪湖春旱的影响更大。为维护洪湖生态功能,减轻干旱影响,必须调整农业结构。     

不同保护性耕作措施对武威绿洲灌区冬小麦水分利用的影响

2006—2008年通过田间定位试验,研究了武威绿洲灌区不同耕作措施（传统耕作、秸杆翻压、免耕不覆盖、免耕秸杆立茬、免耕秸杆覆盖）对冬小麦土壤水分空间分布、动态变化、作物耗水量、水分利用效率和产量的影响.结果表明：返青至拔节期,免耕秸杆覆盖（NTS）和免耕秸杆立茬（NTSS）处理显著提高了0～30 cm土壤贮水量,处理间差异较大,在小麦拔节后差异变小;返青至成熟期,NTS和NTSS处理30～150 cm土壤贮水量都大于传统耕作处理（T）;播种期,NTS、NTSS和NT（免耕不覆盖）处理0～150 cm土层总贮水量分别比T处理增加29.55～34.69、17.32～21.79和0.89～15.68 mm,收获期分别增加37.59～38.35、5.70～22.14和4.61～13.93 mm,且随着土层深度的增加处理间土壤贮水量差异增大.NTS、NTSS、NT和TIS（秸杆翻压）处理小麦产量分别比T处理提高15.65%～16.84%、6.98%～12.75%、5.88%～11.74%和3.92%～8.16%,水分利用效率分别提高17.15%～17.52%、7.75%～9.65%、8.24%～10.00%和4.17%～9.91%.免耕秸杆覆盖（NTS）和免耕秸杆立茬（NTSS）处理提高了冬小麦产量和水分利用效率,是改善该区域水资源匮乏的有效耕作措施.     

大兴安岭呼中林区火烧迹地粗木质残体特征

对大兴安岭呼中林区不同年份火烧迹地的粗木质残体特征进行了研究.结果表明：呼中林区火烧迹地粗木质残体贮量在24.87～180.98 m³·hm^-2,其中倒木和枯立木分别为6.03～93.91 m³·hm^-2和15.29～138.37 m³·hm^-2,且不同年份火烧迹地之间差异显著;倒木、枯立木所占比例分别为24.26％～86.00％和14.01％～75.4％,且不同年份火烧迹地之间差异显著;倒木和枯立木的优势径级分别为2.50～20 cm和1.50～15 m, 优势长度分别为2.50～15 cm和5～20 m;随着火烧迹地的恢复,粗木质残体贮量的动态变化不明显.粗木质残体特征与火前林分条件和火烧强度密切相关.     

黄土丘陵沟壑区典型流域径流输沙对土地利用/覆被变化的响应

基于动力水文过程测定技术和景观生态学测度方法,对位于黄土丘陵沟壑区第三副区的甘肃天水罗玉沟流域1986—2004年土地利用/覆被变化对流域径流输沙的影响进行了研究.结果表明：研究期间,罗玉沟流域土地利用/覆被变化对年径流输沙有显著影响,1995—2004年的输沙量比1986—1994年减少约63.0%,且随着年降水量的增多,其减沙效应明显;土地利用/覆被变化对流域径流输沙的影响具有季节性特征,相对于1986—1994年而言,研究区1995—2004年的减沙效应主要集中在5—10月,且月降水越多,后期的月均输沙量较前期减少得越多.降雨和洪峰流量频率分析表明,若具有相同频率分布的雨强,则任一重现期下罗玉沟流域1995—2004年的洪水平均含沙量小于1986—1994年.     

川西亚高山人工林碳氮分配格局及其随凋落叶分解的释放规律

对四川西部亚高山地区连香树、糙皮桦、云南松和云杉4种主要人工林生态系统的生物量、土壤及林木器官C、N含量进行了测定.结果表明：林木体内C的分布与器官年龄的关系不明显,而N和C/N的分布与年龄的关系较为密切.幼嫩器官中的N含量大于老化器官,老化器官中的C/N比值大于幼嫩器官,且针叶林地枯落叶中的C/N比值大于阔叶林地.C、N在土壤表层具有明显的富集作用,在整个人工林生态系统(包括林木、枯落物和土壤0～40 cm)中的积累量分别达 176.75～228.05 t·hm^-2和 11.06～16.54 t·hm^-2,在土壤-枯落物分室和林木分室中的分配比例为C （1.9～3.3）∶1,N （15.6～41.5）∶1,且针叶林的“C汇”功能大于阔叶林.阔叶林地的凋落叶分解速率一般大于针叶林地,周转期分别为2.2～3.7 a和3.9～4.2a;在凋落叶分解过程中,C在所有林地均呈超速释出态势,周转期为1.9～3.4 a;N在连香树和糙皮桦林地呈超速释出态势,周转期为1.9～3.2 a,在云南松和云杉林地呈慢速释出态势,周转期为6.7～8.5 a.     

川西亚高山人工林碳氮分配格局及其随凋落叶分解的释放规律

对四川西部亚高山地区连香树、糙皮桦、云南松和云杉4种主要人工林生态系统的生物量、土壤及林木器官C、N含量进行了测定.结果表明：林木体内C的分布与器官年龄的关系不明显,而N和C/N的分布与年龄的关系较为密切.幼嫩器官中的N含量大于老化器官,老化器官中的C/N比值大于幼嫩器官,且针叶林地枯落叶中的C/N比值大于阔叶林地.C、N在土壤表层具有明显的富集作用,在整个人工林生态系统(包括林木、枯落物和土壤0～40 cm)中的积累量分别达 176.75～228.05 t·hm^-2和 11.06～16.54 t·hm^-2,在土壤-枯落物分室和林木分室中的分配比例为C （1.9～3.3）∶1,N （15.6～41.5）∶1,且针叶林的“C汇”功能大于阔叶林.阔叶林地的凋落叶分解速率一般大于针叶林地,周转期分别为2.2～3.7 a和3.9～4.2a;在凋落叶分解过程中,C在所有林地均呈超速释出态势,周转期为1.9～3.4 a;N在连香树和糙皮桦林地呈超速释出态势,周转期为1.9～3.2 a,在云南松和云杉林地呈慢速释出态势,周转期为6.7～8.5 a.     

土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化的温度响应特征

通过室内培育试验,分析了土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化过程及其对温度变化的响应特征.结果表明：原始林转变为农田后,0～10 cm、10～20 cm的土壤有机碳和全氮含量分别下降了68.5%、76.8%和40.5%、44.4%;而农田土壤有机碳的平均矿化速率和累积矿化量仅分别为原始林的24.4%～43.2%和9.20％～13.7％.低温条件下（<25 ℃）土壤有机碳矿化的温度敏感性显著高于高温条件下（>25 ℃）.低温条件下（<25 ℃）两种利用方式的土壤有机碳矿化对温度变化的敏感性没有显著差异;但高温条件下（>25 ℃）,农田0～10 cm土壤有机碳矿化的温度敏感性高于原始林,而农田10～20 cm土壤有机碳矿化的温度敏感性明显较低.     

不同渗漏计对稻田氮素渗漏量的测定差异

采用直管型和弯管型渗漏计,对不同施氮水平下水稻生育期间渗漏水中的铵态氮、硝态氮和全氮浓度进行测定分析.结果表明：2007年直管与弯管渗漏计中渗漏水的铵态氮浓度变化范围均在0～8 mg·L^-1,高于2006年0～4 mg·L^-1的铵态氮浓度变化范围;2007年直管渗漏计中渗漏水的硝态氮浓度主要集中在0～4 mg·L^-1,与2006年基本一致,而弯管渗漏计中渗漏水的硝态氮浓度变化较大,其变动范围主要集中在0～20 mg·L^-1,高于2006年的硝态氮浓度;2007年渗漏水中的全氮浓度变化范围为0～60 mg·L^-1,远高于2006年0～16 mg·L^-1的全氮浓度变化范围.稻田渗漏水中的氮素以硝态氮为主.2007年直管型渗漏计中总氮(TN)渗漏流失负荷为15.81 kg·hm^-2,NO₃^--N为9.33 kg·hm^-2,弯管型渗漏计中TN渗漏流失负荷为7.21 kg·hm^-2,NO₃^--N为4.25 kg·hm^-2.稻田渗漏水中铵态氮和硝态氮的渗漏流失途径不同,应当采用不同的计算方法估算直管型及弯管型渗漏计中的氮素渗漏量,采用直管型渗漏计对氮素渗漏量的估算较接近于用测坑试验测定的氮素渗漏负荷.     

不同沟灌方式棉花的水氮耦合效应

研究了交替隔沟灌溉（AFI）、常规沟灌（CFI）、固定隔沟灌溉（FFI)下棉花的水氮耦合效应,施氮量和灌水量采用二次通用旋转组合设计,进行大田小区沟灌试验.结果表明：在施氮量56.2～95.2 kg N·hm^-2范围内,棉花产量与施氮量呈显著正相关,在施氮量95.2～134.2 kg N·hm^-2范围内变化不明显;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花产量与灌水量呈显著正相关,在灌水量160.00～218.48 mm范围内变化不明显;不同施氮量和灌水量情况下,AFI与CFI的产量差异不显著,CFI平均比FFI高9.15%.在56.2～122.8 kg N·hm^-2范围内,棉花水分利用效率(WUE)与施氮量呈显著正相关,在122.8～134.2 kg N·hm^-2范围内变化不明显;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花WUE与灌水量呈显著负相关,在灌水量160.00～218.48 mm范围内,棉花WUE无明显变化;不同施氮量和灌水量情况下,CFI与AFI的WUE差异不显著,CFI平均比FFI高9.01%.施氮量56.2～134.2 kg N·hm^-2范围内,棉花氮素利用效率(NUE)与施氮量呈显著负相关;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花NUE与灌水量呈显著正相关,在160.00～218.48 mm范围内变化明显;不同施氮量和灌水量情况下,AFI与CFI的NUE差异不显著,FFI则平均比CFI低6.34%.根据大田沟灌棉花的水氮耦合效应,以棉花产量、WUE、NUE的优化管理为目标,提出了不同沟灌方式水氮高效利用策略.     

科尔沁沙地不同生境土壤凝结水的试验研究

2007年8月采用称量法研究了科尔沁沙地4种生境（流动沙地、固定沙地、农田和樟子松林）土壤凝结水形成的时间以及凝结水的数量.结果表明：20:00-22:00间,研究区土壤凝结水开始逐渐形成,22:00-4:00时段的土壤凝结水波动增大,4:00之后土壤凝结水开始逐渐蒸发损失;科尔沁沙地4种生境0～9 cm土层是土壤凝结水的主要形成层,其中,0～3 cm土层所占比例最大,约占总凝结水量的40%,9～30 cm土层仍有凝结水形成,但凝结水量较少;4种生境0～3 cm土层的凝结水量在时间上存在较大差异,0～3 cm土层日均凝结水量大小依次为固定沙地>流动沙地>农田>樟子松林,说明植被条件较好的生境反而不利于土壤凝结水的形成;0～30 cm土层日均凝结水量以固定沙地最多（约0.172 mm）,以农田最少（为0.110 mm）,流动沙地和樟子松林地分别为0.120和0.128 mm.     

缺磷条件下低分子量有机酸对大豆氮积累和结瘤固氮的影响

采用砂培方法在温室条件下研究了低分子量有机酸柠檬酸、草酸、苹果酸及3种酸的混合物对大豆植株氮素积累、结瘤和固氮的影响.结果表明：低分子量有机酸对大豆植株氮素积累有显著的抑制作用,使大豆地上部各时期氮素积累量的降低幅度分别为：苗期17.6%～44.9%,花期29.8%～88.4%,鼓粒期9.18%～69.6%,成熟期2.21%～41.7%;低分子量有机酸对大豆根瘤生长和固氮能力也有显著影响,表现为使根瘤数量、根瘤固氮酶活性和豆血红蛋白含量显著降低,降低幅度分别为11.4%～59.6%,80.5%～91.7%和11.9%～59.9%,从而使大豆的固氮效率降低,最终导致大豆的固氮量较对照显著降低(降低幅度9.71%～64.5%).低分子量有机酸对大豆氮积累、根瘤生长和固氮能力的抑制作用随浓度的增加而增加.3种有机酸中,草酸的抑制作用相对大于柠檬酸和苹果酸,3种有机酸混合后,抑制作用加强.