生态建设条件下无定河不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河1960—2012年径流量均显著下降,但年降雨量未发生显著变化;无定河和海流兔河年蒸散量未发生显著变化,仅大理河年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河1972—1990和1991—2012两个时期径流减少的贡献分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施是大理河径流减少的重要原因,而水利工程建设和农田灌溉引水是海流兔河径流下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

无定河流域不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河流域干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河流域1960—2012年径流量均显著下降,但年降水量未发生显著变化;无定河和海流兔河流域年蒸散量未发生显著变化,仅大理河流域年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河流域径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河流域径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河流域径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河流域1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河流域1972—1990年和1991—2012年两个时期径流减少的贡献率分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施减少了大理河流域侵蚀产沙量的同时,也在一定程度上减少了大理河流域的径流量,而过度的农田灌溉引水是海流兔河径流量下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

不同时间尺度小流域径流变化及其归因分析

流域径流的变化及其原因的研究,是森林水文领域的一个重要的科学问题。当前,大部分研究基于年尺度定量分析了流域径流变化及其影响因素的贡献率,而季节尺度上的研究较少。因此,季节尺度上径流变化的归因分析值得深入研究。基于彭冲涧小流域1983—2014年降水、径流等水文气象资料,通过Mann-Kendall检验法对降水、径流序列进行突变分析,采用累积量斜率变化率比较法计算季节及年尺度上降水变化、蒸发散和植被恢复对径流变化的贡献率。结果表明:2003年为降水与径流的一致突变点;春、夏、秋、冬季及年降水变化的贡献率分别为50.88%、42.60%、-10.39%、-3.28%和31.26%,蒸发散的贡献率分别为32.89%、40.71%、29.33%、47.43%和42.64%,植被恢复的贡献率分别为16.23%、16.69%、81.06%、55.85%和26.10%。季节尺度上,春、夏季,降水变化和蒸发散是径流深减少的主要原因,而秋、冬季,植被恢复居主导地位;年尺度上,蒸发散对径流深减少的贡献率最大。该研究揭示了彭冲涧小流域近30年来径流变化规律以及不同时间尺度上影响径流的主要驱动因子,为流域水资源合理配置和管理提供科学依据。     

景观格局视角下晋西三川河流域径流变化归因分析

黄土高原大规模人类活动造成下垫面剧烈变化,流域景观格局改变,影响产汇流过程。学科融合视角下,基于Budyko水热耦合方程、景观指数计算以及回归分析等多学科方法,以晋西黄土丘陵沟壑区三川河流域为例,分析不同尺度景观格局变化造成流域径流量变化的原因,判别地理景观空间对产汇流过程的影响。结果表明：(1)1980年至今是研究区径流锐减阶段,其中下垫面变化对径流贡献率为60.81%;(2)1980年至今的下垫面变化造成流域景观斑块破碎、形状趋于规整,景观格局分割度、蔓延度提高;(3)利用逐步线性回归模型可将径流减少的景观格局变化定位到具体地理空间,流域东部、北部主要支流上游与两条支流汇流处的林地核心斑块面积减少以及城市建设区域对于水体连通性的破坏。通过跨学科方法探究景观格局与径流变化之间的潜在空间关联,揭示径流对景观格局变化的响应,可为黄土高原水资源管理与生态规划提供决策依据。     

京津风沙源区不同分区植被覆盖度变化及归因分析

以2000-2018年MODIS NDVI影像为数据源,基于像元二分模型估算京津风沙源区植被覆盖度(FVC),分析京津风沙源区FVC的时空变化特征,并结合自然因素和人类活动,运用地理探测器模型探究自然、人类活动对区域尺度FVC空间分布的影响.结果 表明:2000-2018年,京津风沙源区FVC呈增加趋势,增长速率为0....     

广东省不同地貌形态类型区生境质量归因

城市用地扩张和人类活动生物生境破碎, 已成为生物多样性降低的主要原因; 全面认知区域生境质量是改善生境质量的基础, 更是保护和维护生物多样的前提。论文基于广东省1980—2018年土地利用变化数据, 利用InVEST模型对广东省生境质量进行评估, 从地形视角分析其地形梯度效应; 综合自然地理环境和社会经济几个方面, 共选择10个影响因子, 探测不同地形梯度下生境质量的主导因子。结果表明: (1)林地和耕地是广东省最主要的土地利用类型。耕地与草地是流失最显著的地类, 建设用地是明显增加的用地类型, 耕地是其主要来源; (2)生境质量空间分异特征明显, 低值区集聚化分布在珠三角平原地区, 并且珠三角生境质量低值区明显向外扩张, 粤北、粤东、粤西地区的生境质量相对较高。(3)不同的地形位, 归一化植被指数对生境质量的解释力都最强。在低地形位的地区, 生境质量的主导影响因子还有人口分布、GDP和道路密度; 在中地形位的地区, 还有道路密度、土壤类型和降雨量; 在高地形位的地区, 归一化植被指数解释力最强。研究有助于全面认知区域生境质量变化规律及其空间分异机制, 是实现区域生态、农业和城镇三空间合理布局, 充分保护生物多样性的基础。     

基于Budyko假设的渭河径流变化归因识别

定量评价河川径流量变化特征,开展其归因识别研究是制定气候变化应对策略与合理利用水资源的基础。以渭河流域为研究区,采用Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线等方法分析渭河流域1958—2015年的气候、水文要素变化特征,采用基于Budyko水热耦合平衡理论的水量平衡法估算径流变化对各驱动因素的弹性系数,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:渭河流域咸阳、张家山、状头站的年径流量呈显著减少趋势,径流深减少速率分别为:-1.520、-0.501、-0.322 mm/a。3个站控制流域面平均降雨量呈非显著性减少趋势,年潜在蒸散发呈非显著增加趋势。剧烈的人类活动如工农业用水、大规模水土保持措施的实施及退耕还林草等引起的下垫面变化是径流量减少的主要因素,渭河干流和泾河流域下垫面变化对径流减少的贡献率均超过了60%,降雨变化贡献次之,潜在蒸散发的影响最小。     

不同地貌条件下景观对河流水质的影响差异

景观对河流水质的影响在不同地区、不同空间尺度上存在差异。以赤水河流域为研究对象,根据地貌特征将研究区分为喀斯特地貌和非喀斯特地貌,在划分的29个子流域内采集测试水质数据,所选用的水质指标有溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)和总磷(TP),运用空间分析及数理统计方法,分析流域内不同地貌区景观之间的差异,探究不同空间尺度上景观与水质指标之间的关系。结果表明:(1)流域内景观组成以林地和灌草为主,建设用地和耕地次之,景观组成在不同地貌区各空间尺度上存在差异。建设用地和耕地对水质具有负面影响,且在碳酸盐岩地区更显著;林地对水质具有正面影响;灌草对水质的影响相对复杂。(2)流域内水质表现为碳酸盐岩地区优于碎屑岩地区。景观破碎化指数与总氮(TN)、总磷(TP)呈正相关,是水质变化的重要影响因素;景观聚集度指数与溶解氧(DO)呈正相关;景观破碎化指数和景观聚集度指数与电导率(EC)的关系在两个地区呈相反的结果。(3)不同地貌区景观对河流水质具有不同程度的影响。在两个地区,景观组成对河流水质解释能力最大空间尺度均为河岸带尺度,解释率分别为53.4%和59.1%;景观格局对河流水质解释能力最大...     

变异条件下淮河流域生态径流变化特征及驱动因子

基于淮河流域7个水文站点1956—2016年逐日径流量和72个雨量站点1960—2016的逐日降水量数据,利用Pettitt变异点检测、生态赤字和生态剩余等生态径流指标,定量分析淮河流域水文变异特征,根据生物多样性指标和水文变异指数间的关系,分析该流域水文变异的生态效应,利用位置、尺度、形状的广义可加模型(Generalized Additive Models for Location, Scale and Shape,GAMLSS)理论框架量化气候因子对生态径流变化的贡献。研究表明:(1)水文变异后生态剩余减少,生态赤字增多,干流流量历时曲线比支流下移更明显;年生态剩余/赤字与面降水距平变化一致,水利工程调蓄作用是夏季生态径流与降水距平相关性差的主要原因;(2)除冬季外,淮河流域年、季尺度生态赤字(生态剩余)逐年增加(减小),春季增加最为明显。尽管冬季生态剩余比其他季节高,但生态剩余整体减小,21世纪干流生态剩余达最低,香农指数表明淮河流域生物多样性逐年下降。生态径流指标与水文改变指标(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)指标相关达0.45...     

基于Budyko假设的洮河与大夏河径流变化归因识别

受气候变化和人类活动的影响,世界许多河流水文过程发生了显著的变化。研究河川径流变化特征及其原因对流域水资源管理和规划有十分重要的意义。以黄河上游支流洮河、大夏河为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变分析等方法探究河川径流的趋势变化、阶段特征,并采用Budyko水热耦合平衡方程定量评估径流变化影响因素的贡献率。研究发现洮河与大夏河流域年径流深均呈显著减少趋势,减少速率为：-1.85 mm/a、-1.36 mm/a （P≤0.01）。通过突变检验可将洮河的径流序列分为基准期1961-1987年,剧烈人类活动期1988-2017年,而大夏河的基准期为1961-1985年,人类活动期1986-2017年。洮河、大夏河流域下垫面变化对径流变化的贡献率超过60%,降雨次之,潜在蒸散发最弱,约贡献10%。流域下垫面改变是引起研究区河川径流变化的主要因素。     

黔西北贫困山区不同地貌形态下土地利用变化的地形梯度效应分析

为揭示贫困山区不同地貌形态下土地利用在地形梯度上的空间分布特征及规律,以毕节市为研究区,将其划分为喀斯特区与非喀斯特区,以2009年与2018年土地利用数据和DEM为数据源,运用地形位指数、地形分布指数等方法,探讨土地利用变化在不同地形梯度下的分异特征。结果表明: (1)喀斯特区与非喀斯特区土地利用类型均在地形梯度上表现出明显的层级性。旱地、水田、园地、建设用地、道路、水域对低地形有一定的选择性,有林地、灌木林地、草地、未利用地则对高地形有一定的选择性,其中非喀斯特区土地利用类型在低地形区域分布更广。(2)喀斯特与非喀斯特区土地利用多样性的地形梯度效应明显,2009年其随地形梯度增加变化幅度较大,2018年则表现为地形梯度越低,多样性越高。与非喀斯特区相比,喀斯特区的多样性在区间1、2、5高于非喀斯特区,区间3—4内则相反。(3)喀斯特区与非喀斯特区土地利用程度的地形梯度效应显著,均表现为地形梯度越高,土地利用程度越低。其存在的空间差异是自然环境、社会经济和政策因素共同作用的结果。     

赤水河流域不同地貌区生态系统健康对比

赤水河流域是长江上游重要的生态屏障,其生态系统健康对长江流域生态安全及可持续发展具有重要作用。本研究利用RUSLE模型、SWAT模型、Fragstats软件及地理探测器等方法,构建赤水河流域生态系统健康评估理论框架,探讨了生态修复下流域2010—2020年生态系统健康时空演变及驱动因子。结果表明：2010—2020年间,赤水河流域生态系统服务呈现先降后升趋势,总体呈下降趋势,丹霞地区生态系统服务总体高于喀斯特地区。流域生态系统健康总体处于亚健康状态,其中,丹霞地区处于很健康和健康状态,喀斯特地区则处于亚健康及不健康状态。影响喀斯特/丹霞地貌区生态系统健康的主导驱动因子存在差异。喀斯特区以植被、降水及基岩裸露率为主导驱动因子,丹霞区则以植被、土地利用和降水为主导因子。交互探测后影响因子解释力增强,不同地貌类型区的主导交互因子组合呈现较大差异。其中,喀斯特区以降水∩归一化植被指数、降水∩数字高程模型和降水∩基岩裸露率为主导交互因子组合,丹霞区以归一化植被指数∩降水、归一化植被指数∩土地利用及归一化植被指数∩数字高程模型为主导交互因子组合。研究结果可为赤水河流域生态系统健康维护、治理提供理论...     

不同土壤水分条件下文冠果的光合作用日变化

在黄土丘陵区,以3年生文冠果苗木为材料,测定其在不同土壤水分条件下的气体交换和荧光参数日变化,分析其光合作用与不同土壤水分的定量关系,以指导文冠果这一能源树种在半干旱地区的推广种植。结果表明:(1)文冠果叶片的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、光下最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)均随土壤相对含水量(Wr)降低呈先升高后降低趋势,其最小荧光(Fo)先降后升,而其NPQ持续升高,当Wr为44.7%~81.2%时各参数都维持在较高水平。(2)文冠果叶片日净光合累计量(PD)和WUE在Wr为58.6%~81.2%时都处于较高水平,当Wr为66.6%时WUE达到最大值,过高或过低的土壤水分含量均不利于文冠果叶片光合作用的进行和水分的利用。(3)气体交换参数分析表明,文冠果中午光合作用的下降在Wr为38.1%~81.2%时是由气孔因素导致,而在Wr低于31.8%时转为非气孔限制;当Wr低于73.9%时,文冠果中午会出现光抑制,光合机构受到破坏。研究认为,在黄土丘陵区,适宜文冠果栽培的土壤相对含水量在58.6%~81.2%之间,低于38.1%时则无法正常生长。     

不同氮磷比条件下浮游藻类群落变化

选取天津市小型人工湖湖水样品,调整氮磷起始质量比(分别为0.5∶1、7.2∶1、25∶1、50∶1),在水族试验箱内进行生态模拟试验,探讨城市湖水浮游藻类群落对不同氮磷比例的响应.与对照组相比,高氮磷比组绿藻种类减少,蓝藻种类变化不大;低氮磷比组蓝、绿藻种类数均减少.高氮磷比的中氮和高氮箱内,藻类生物量、细胞密度与叶绿素a都远高于对照和高磷箱;高氮箱中叶绿素a均值最高,为69.7 μg·L^-1,中氮箱次之,为54.3 μg·L^-1,对照与高磷箱分别为30.3和29.7 μg·L^-1.试验中后期,高磷箱绿藻门美丽胶网藻(Dictyosphaerium pulchellum)一直占据优势地位;而中氮箱和高氮箱主要优势藻种为皮状席藻(Phormidium corium)、细胶鞘藻(Phormidium tenue)、湖泊鞘丝藻(Lyngbya limnetica)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)等蓝藻.对照箱内物种丰富度最高,中氮箱内生态优势度最高.     

不同温度条件下果蝇染色体结构的变化

将黑腹果蝇Drosophila melanogaster置于不同温度环境下培养,应用改良苯酚品红染色法制片.发现其唾腺染色体在不同的温度培养条件下,分布于染色体上的膨松区域有明显变化,在15℃和27℃下染色体的变化区域明显较19℃和23℃下的多,这些区域都与机体调控和表达的基因相关.这可能是机体对不适生存条件采取的保护措施所引起更多的染色体或基因发生变化的结果.对不同温度条件下部分染色体膨松区域的特殊基因作了简单讨论.     

旱作条件下不同苜蓿品种光合作用的日变化

晴天,利用LI-6400光合仪研究了旱作条件下4年生紫花苜蓿新疆大叶、巨人201、牧歌401和路宝再生草初花期（2004年6月23日）的光合作用日变化特征.结果表明：①4个苜蓿品种Pn、Tr和Gs的日变化曲线均呈“双峰”型,12：00左右存在明显的光合＂午休＂现象,但不同品种Pn、Tr和Gs的高峰和低谷出现的时刻和高低不同.WUE日进程,除路宝呈“单峰”型外,新疆大叶、巨人201和牧歌401呈“双峰”型,4个品种在8：00左右的WUE均达到全天的最高值,14：00左右的峰值不明显.②根据Pn、Ci、Ls的变化方向,推测4个品种的光合“午休”主要受气孔因素限制.③国外苜蓿品种巨人201、牧歌401和路宝日平均Pn、Tr和WUE均优于国内地方品种新疆大叶,尤其是巨人201是一种高光合、高蒸腾、高水分利用率的品种.④相关分析结果表明,对Pn影响最显著的因子是PAR,其次是Gs、RH、Ta和VPD;对蒸腾速率影响最显著的因子为PAR,其次是RH、Ta、Gs和VPD.     

低温条件下不同抗寒性薰衣草内源激素的变化

为揭示薰衣草内源激素与抗寒能力的关系,以抗寒性相对较强的狭叶薰衣草和抗寒性较弱的宽叶薰衣草为试验材料,在田间自然条件下,于越冬前不同降温时期分别对叶片和根系取样,采用酶联免疫吸附法（ELISA）测定和分析了内源激素ABA、GA3、IAA和ZR的含量变化。结果表明,两种薰衣草的叶片和根系中的ABA、IAA和ZR的含量随气温的降低均表现为先升高后降低的趋势,但GA3表现为持续下降的趋势。抗寒性强的狭叶薰衣草叶片和根系中的ABA、IAA和ZR含量均高于抗寒性弱的宽叶薰衣草,而GA3小于宽叶薰衣草。对薰衣草越冬起重要作用的内源激素是ABA。     

淮河流域蒸散发时空变化与归因分析

蒸散发（Evapotranspiration,ET）是联结土壤-植被-大气过程的纽带,对理解地表水热平衡至关重要。因此,量化分析ET时空变化特征、揭示其主要控制因子对区域用水管理和农业生产十分重要。利用遥感数据和气象数据,基于BEPS模型估算了1981-2019年的淮河流域ET,分析了该区域ET时空分布特征,并通过敏感度系数和贡献率方法对该区域的ET多年变化特征进行了归因分析,最后借助数值实验方法深入探究影响特湿润年（2003年）ET较低的主要原因。结果表明：（1）1981-2019年淮河流域多年平均ET为549.83 mm,其中夏季ET占全年ET的比值达到47.63%;1981年以来区域ET整体呈极显著上升趋势（4.41 mm/a,P<0.01）;季节上,除冬季外,其他三个季节的ET增幅均呈显著性增加（P<0.05）,四季增幅速率大小依次为：夏季>春季>秋季>冬季;空间上,中东部和南部ET较高,重心模型显示ET高值区域呈显著的由北向南的移动趋势;（2）归因分析结果表明,淮河流域ET对气温变化最敏感,其次为相对湿度、太阳总辐射、叶面积指数（LAI）和降水,但ET对LAI的正敏感性逐渐增强导致LAI的显著升高对流域ET年际变化贡献最大（44.5%）,其次是气温的升高（25.93%）;同时,LAI是春、夏、秋三季ET变化的主导因素,气温是冬季ET变化的主导因素;（3）数值实验显示高相对湿度是引起特湿润年（2003年）ET明显偏低的最主要因素,这与导致长时间序列ET变化的原因不同。因此,建议今后加强极端气候条件下ET变化的归因分析,为更有效地应对全球气候变化提供决策服务。研究结果能够为认识淮河流域环境变化对水循环影响及合理分配区域水资源提供科学参考。     

黄土塬区不同土地利用方式下深层土壤水分变化特征

利用长期定位监测数据,对陕西省长武黄土塬区裸地、高产农田、苜蓿草地和苹果林地下0—15 m黄土剖面土壤水分环境进行了研究。结果表明,不同土地利用方式下,干湿交替层内土壤水分具有明显季节性波动变化特征,但其深度范围有别。裸地、高产农田、苜蓿草地和苹果林地分别约为0—5 m,0—4 m,0—2 m和0—3.5 m。干湿交替层以下深层土壤水分状况主要受土地利用方式的影响,其影响大小依次为苜蓿草地苹果林地高产农田裸地,各土地利用方式下表现出不同的时间变化特征。黄土塬区土壤水量平衡计算中土层厚度大小的确定非常重要,这不仅与土地利用方式相关,也与林草植被的生长阶段相联。裸地和高产农田土层厚度选择不宜小于5 m和4 m;未形成深厚稳定土壤干层的苜蓿草地和苹果林地,土层厚度选择不宜小于15 m和10 m;对于已经形成稳定土壤干层的林草地来说,进行年尺度的水量平衡分析时,其计算深度可取降水入渗深度。研究可从土壤水资源的保持及利用的角度上服务于黄土塬区旱作农业的持续发展和土地利用方式的优化配置。     

不同光照条件下观光木茎干液流密度季节变化及其相关因素分析

对100%、40%和8%自然光照条件下一年四季观光木(Tsoongiodendron odorum Chun)幼树茎干液流密度(SFD)以及叶片蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)的日变化规律进行了比较,并对SFD与Tr、Gs及部分环境因子的相关性进行了分析。结果表明:一年四季观光木的SFD、Tr和Gs均随光照的减弱而降低。在不同光照条件下,一年四季观光木的SFD均呈昼高夜低的日变化规律,且SFD日均值和日峰值均在100%自然光照条件下最高、在8%自然光照条件下最低。在100%和8%自然光照条件下SFD的日变化趋势基本一致,多数情况下在液流启动时即达到峰值;而在40%自然光照条件下其日变化曲线则为"单峰型",峰值出现在9:15至13:30。除春季外,其他季节在不同光照条件下SFD日均值和日峰值总体上均有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异。夏季在100%自然光照条件下Tr的日变化曲线呈"双峰型",其他季节在不同光照条件下Tr的日变化曲线均呈"单峰型"。在40%和8%自然光照条件下不同季节Gs的日变化曲线也呈"单峰型",且其峰值出现时间与Tr基本相同;而在100%自然光照条件下,冬季Gs的日变化曲线也为"单峰型",但在其他季节则呈"双峰型",并出现明显的"午休"现象。相关性分析结果表明:在不同光照条件下一年四季观光木的SFD与叶片Tr均呈显著或极显著正相关;但与叶片Gs的相关性在不同季节及不同光照条件下有一定的差异。在不同光照条件下,一年四季观光木SFD与叶片水汽压亏缺、大气温度及光合有效辐射强度(PAR)呈正相关,与大气相对湿度呈负相关;其中,与PAR的相关性均达到显著或极显著水平。研究结果显示:在不同光照条件下,PAR是影响观光木SFD四季变化的最主要环境因子。