极端降水条件下延河水沙特征对比分析及其影响因素

为探究延河流域在开展水土保持工程前后极端降水条件下水沙特征变化情况,采用统计学方法对比分析了延河流域1977年和2013年7月两次极端降水条件下的水沙特征变化情况。结果表明:1977年7月极端暴雨具有降雨强度大和降雨量峰值大、降雨强度空间分布极不均匀的特征;2013年7月极端暴雨具有降雨总量和时段降雨量大、暴雨频率高、降雨强度空间分布较均匀的特征。2013年7月洪水洪峰流量、洪水总径流量、洪峰含沙量等特征值较1977年7月显著减小,输沙量随径流量的减小而显著减小。1977年7月洪水表现为陡涨陡落,洪水历时较短;2013年7月洪水表现为缓涨缓落,洪水历时明显延长。与1977年相比,2013年泥沙颗粒明显细化。该研究表明1990年代以来水土保持高水平的规模化治理改变了流域产、汇流的下垫面条件,是导致1977年和2013年7月极端降水条件下的水沙特征表现迥异的主要原因。该研究为应对极端降水引发的洪灾和防治水土流失提供可靠的科学理论依据。     

岷江上游土地利用/覆被变化及其驱动力

岷江上游具有自然环境的复杂性、生态系统的脆弱性、经济发展的边缘性、社会文化的过渡性等特性,其土地利用/土地覆盖变化的特点可以代表我国西南山地土地资源及利用中所存在的普遍问题.林地和草地是岷江上游地区的主要土地利用类型.从1974～2000年间各个土地利用类型均发生了不同程度的变化,林地面积持续减少,其它类型面积均有不同程度的增加.类型间的面积变化均为双向,主要发生在有林地、灌木林地、经济林地、草地、居民用地和耕地之间,且主要在林地和草地两个类型之间.其中1974～1986年的变化大于1986~2000年.人口和经济是该区土地利用变化的主要驱动因素.自实施天然林保护工程和退耕还林还草工程以来,该区土地利用状况有所好转,正在向好的方向发展.     

赣江上游章水流域水沙变化及其归因分析

随着气候变化和人类活动的加剧,流域水沙情势发生变化,定量分析降水变化和人类活动的水沙效应是当前水科学研究的热点。本文基于赣江上游章水流域1961—2020年的水文、气象观测资料,采用累积量斜率变化率比较法、经验统计分析法定量分析了降水变化和人类活动对水沙变化的贡献率及人类活动的水沙效应对年降水量响应的临界值。结果表明：降水量和径流量均呈非显著下降趋势(P>0.05),输沙量呈极显著下降趋势(P<0.001);降水量和径流量的突变年份均为2003年,输沙量的突变年份为1998年;降水变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为10.7%和89.3%,对输沙减少的贡献率分别为3.5%和96.5%;人类活动的减水、减沙效应对年降水量响应的临界值分别为1170 mm和858 mm。研究成果可为流域生态建设、水土资源优化管理提供科学依据。     

人类活动影响下岷江上游景观变化分析

综合利用多种数据源,结合3S技术,分析了岷江上游1986、1995和2000年3个时期的景观格局,重点探讨了森林、草地等主要景观类型在持续人类活动强度作用下的变化,确定了不同景观类型对人类活动强度的敏感程度.结果表明:1)岷江上游景观以草地、森林为主要景观类型.1986、1995和2000年3个时期森林、草地景观类型面积之和均高达96.1%、96.38%和95.23%,其它景观类型作为斑块镶嵌其中,森林和草地共同控制了整个研究区景观格局变化与生态过程;2)不同景观对人类活动强度的敏感性有显著差异.低强度的人类活动有利于有林地景观的恢复;高盖度草地对人类活动很敏感,严格减少干扰活动强度才有利于维持其景观;中盖度草地对中低强度的人类活动(如放牧)很敏感,景观退化,面积减少.     

黄河上游流域生态系统服务变化及其权衡协同关系

黄河上游是我国重要的生态屏障和生态功能区,研究其生态系统服务的时空演化及其权衡协同关系对实现黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。基于土地利用、土壤、气象等数据,借助InVEST模型、相关性分析以及空间自相关分析等方法,定量分析了2000-2020年黄河上游生态系统服务的时空演化特征及其权衡与协同关系。结果表明:(1)黄河上游各项生态系统服务整体表现为"西南高,东北低"的分布格局,高值区主要分布于流域西南部,低值区主要分布于流域东北部;(2)研究期内,黄河上游各项生态系统服务均呈现波动变化的趋势,产水量和土壤保持呈现整体减少趋势,生境质量与碳储量呈现增加的趋势;(3)各项生态系统服务两两之间均存在不同程度的相关关系,产水量与生境质量、碳储量呈现此消彼长的权衡关系,产水量-土壤保持、生境质量-碳储量与土壤保持-碳储量之间呈现协同关系;(4)在空间分布格局上,各项生态系统服务间的权衡与协同关系表现出显著的空间异质性与尺度效应,不同分区之间差异较大。本文可为科学管理区域生态系统,促进流域可持续发展提供参考。     

增温增水情景下钉柱委陵菜物候序列的变化及其抗冻性

青藏高原正在经历剧烈的气候变化,包括变暖、变湿和极端气候事件频发等,然而,气候变化对高寒植物的影响目前还了解较少。该研究依托西藏那曲高寒草地生态系统野外科学观测研究站,以高寒草甸优势双子叶植物钉柱委陵菜(Potentillasaundersiana)为研究对象,在2016–2018年设置了不同幅度的增温和降水改变实验,观测了不同处理下6个物候序列的变化,在7个不同极端降温幅度下定量了抗冻性,并计算了2011–2022年生长季的安全裕度。主要结果有:1)增温1℃和2℃以及增水50%对钉柱委陵菜物候序列的影响不显著,只有增温达到4℃时,返青期显著推迟,而初花期显著提前。2)钉柱委陵菜的抗冻性(半致死温度)为(–4.76±4.28)℃, 2011–2022年的生长季中34%的月份防止冻害的安全裕度为负值,且大多出现在5月和9月,表明钉柱委陵菜在早春和秋末遭遇极端霜降事件的风险很大。该研究结果揭示了多幅度增温和增水对钉柱委陵菜物候序列的影响,解析了钉柱委陵菜对极端降温事件的抗性,为预测青藏高原高寒植物对未来气候变化的响应提供了数据支撑。     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。     

疏勒河上游土壤磷和钾的分布及其影响因素

土壤中磷和钾是植物不可缺少的营养元素,研究它们的含量及其分布规律对高寒草地的可持续发展和区域土壤碳氮循环的认识均具有重要意义。以疏勒河上游13处生态观测样地(7种土壤类型)为研究对象,结合土壤有机碳、全氮、粒径和pH等理化性质和气象因子,分析了不同土壤类型表层和剖面中土壤磷、钾分布特征及其影响因素。结果表明:0—20 cm表层土壤全磷、有效磷、全钾和有效钾平均含量分别为(0.50±0.14)g/kg、(2.69±1.61)mg/kg、(14.84±0.59)g/kg和(151.03±117.57)mg/kg。表层土壤全磷含量与年均气温和土壤粉粒含量呈显著正相关,而与年均降水量呈显著负相关;表层土壤有效磷含量与有机质、全氮呈显著正相关;表层土壤有效钾含量与土壤粉粒含量和年均气温呈显著正相关。全磷、有效磷、全钾和有效钾密度主要集中在0—40 cm的土壤层,它们均随着土壤深度的增加而逐渐降低。不同深度土壤全磷的总密度与年均气温均呈显著的正相关,其相关系数随着土层深度逐渐增加。温度和降水是影响表层全磷含量和分布的主要环境因子;土壤全钾含量受成土母质影响,变异性不大。该区域土壤中有效磷和有效钾相对缺乏,草地管理措施是影响它们变化的重要因素之一。气温是该区域土壤全磷和全钾密度分布的主控因子。     

岷江上游干旱河谷景观边界动态及其影响域

采用遥感和地理信息系统技术,界定了岷江上游干旱河谷的范围,在此基础上分析了岷江上游干旱河谷的边界动态及其影响域.结果表明,岷江上游干旱河谷的范围不断扩大,干旱河谷边界长度增加,边界形状复杂性先增加后降低.岷江上游干旱河谷的边界沿山体迅速向上攀升,1974其最高上限为海拔3128m,1995年为3167m,较1974年抬升了39m;2000年为3181m,比1995年抬升了14m.1974—2000年间岷江上游干旱河谷边界最高上限沿垂直方向向上抬升了53m,平均每年约抬升2m.岷江上游干旱河谷边界的显著影响距离为800m,800～1200m为干旱河谷和周围其它景观影响的过渡区域.干旱河谷外缘800m范围内的区域,是干旱河谷抵抗周围景观影响和外来干扰的缓冲地带,在对岷江上游干旱河谷生态环境进行综合治理的过程中,应对其给与充分关注.     

水蔗草兼性无融合生殖的季节变化

对广州地区水蔗草在不同季节的无融合生殖胚囊和有性生殖胚囊频率进行了研究。结果表明:无融合生殖胚囊和有性生殖胚囊的频率在不同季节差异十分显著。两年中,无融合生殖胚囊出现的频率分别在冬季和夏季最高。     

西江上游河水中硫酸盐来源及其对化学风化的影响

硫酸参与的岩石风化过程是流域岩石风化研究的重要组成部分,对全球碳循环具有重要的影响。高频率的采样与分析能够准确评估河水中物质的来源及其迁移转化过程,而前通过高频率的采样分析探讨流域硫酸盐生物地球化学循环过程的研究还较为缺乏。本研究在一个完整水文年内(2013年10月—2014年9月),对我国西江上游南、北盘江和红水河的河水样品进行月份采集与分析。结果表明,流域河水中硫酸盐来源季节性变化受季风气候的影响。与丰水期相比,流域河水硫酸盐在枯水期富集重的同位素。基于硫酸盐的硫氧同位素证据发现,尽管蒸发岩溶解在枯水期是河水硫酸盐的重要端元,但硫化物氧化却是硫酸盐的主要来源。在丰水期,矿山废水可能是河水中硫酸盐最重要的来源,其原因与浅层地表径流快速流动对季风气候下高频率降雨的响应有关。与同一时期的枯水期相比,丰水期硫酸参与碳酸盐岩风化产生的较高的HCO3-含量,来自于硫化物氧化的硫酸参与红水河碳酸盐岩风化产生的HCO3-量,约占河水总HCO3-量的1/4。因此,在一个完整水文年内通过高频率的采样,分析硫酸盐双同位素的"指纹"特征,对准确理解流域河水中硫酸盐的季节性变化与流域风化过程具有重要的作用。     

湖泊水动力变化对沉水植物的影响研究综述

随着全球气候变化加剧及水利工程的快速发展,湖泊水动力状况发生了显著变化。通过影响湖泊水体和沉积物理化性质,水动力变化可以作用于沉水植物生存、生长与分布等方面。在长期适应进化过程中,沉水植物演化出了一系列有效的适应策略,能一定程度上克服水动力变化的负面影响。但当前湖泊水动力变化程度远超沉水植物适应上限,湖泊沉水植物消退已成为全球普遍现象。了解沉水植物适应水动力条件的过程有助于揭示湖泊沉水植被退化机制,为未来沉水植物的保护和恢复提供借鉴。因此,本文系统综述当前湖泊水动力变化成因,水动力变化对沉水植物的不利影响及沉水植物适应策略,包括：繁殖对策、形态学对策、生理对策等。同时,综述当前研究进展,今后还需大力加强沉水植物解剖学及物种忍耐力差异方面的研究。     

太湖流域上游竹林河岸带土壤反硝化酶活性及其影响因素

本研究以太湖流域上游竹林河岸带为对象,采用乙炔抑制法分析了夏季河岸带土壤反硝化酶活性(DEA)及其影响因素,以期为竹林河岸带在减少河流氮污染方面的生态功能评估提供数据支持.结果 表明:河岸带土壤DEA为6.32～23.22 μg N·kg-1·h-1,平均值为14.65 μg N·kg-1·h-1.河岸带土壤有机碳(S...     

清江上游利川段浮游细菌群落结构特征及其影响因素

为探索无大坝影响的自然河流细菌群落结构特征和空间分布,在湖北省清江上游利川市境内设置了5个采样点,对细菌群落结构和环境因子特征进行了分析。结果表明:在清江水样中共检测出细菌35门,其中优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),在属水平上,检测出447属,清江源(1号点)的优势菌属为不动杆菌属(Acinetobacter),而其余区域的优势菌属为Limnohabitans;清江源细菌群落的ACE和Shannon值最大,独有的OTU数目最多,即细菌群落的多样性和丰富度都最大;影响浮游细菌群落结构的主要环境因子是总磷、溶解氧和水温,其中变形菌门(Proteobacteria)与总磷和水温呈显著正相关,与溶解氧呈显著负相关;拟杆菌门(Bacteroidetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)与溶解氧呈显著正相关;在属水平上,水温是造成优势菌属空间差异的主要原因。     

疏勒河上游山区不同海拔梯度的景观格局变化

基于1986年7月的LandsatTM和2001年7月的LandsatE TM遥感影像及1:50000DEM数据,利用ArcViewGIS3.3和Fragstats3.3软件对祁连山西端疏勒河上游山区不同海拔高程带的景观变化进行了分析。结果表明:整体景观上,疏勒河上游山区以草地为基质,灌丛与其他景观类型作为斑块镶嵌其中,结构组成单一,形状规则,斑块分布集中;在景观要素水平上,低覆盖度草地所占面积最大,其次是裸岩石砾地,所有植被约占52%,高覆盖度草地仅占5%,居民点少且分散;15年里,草地退化严重,灌丛、高覆盖度草地、低覆盖度草地和沼泽地面积减少,裸地、河滩地、中覆盖度草地和农田面积增加;草地在3800～4000m的海拔高程带内退化最为严重,而这一高程带正是该区多年冻土分布的下限,因气候变暖而导致的冻土活动层增厚与土壤含水量的降低是草地退化的主要原因。     

基于InVEST模型的疏勒河上游产水量时空变化特征分析

开展山区流域产水量的定量评估研究,有利于区域水资源保护规划的制定、生态补偿机制的建立以及生态平衡的维系。然而,目前对我国西部高寒山区产水量的时空变化评估及其影响因素的研究依然较为缺乏。选取青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河上游为研究区,基于InVEST(Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Tools)模型定量估算并分析了2001-2019年产水量的时空变化特征及影响因素。结果表明:(1)2001-2019年,研究区年均气温和年实际蒸散量呈增加趋势(P>0.05),年降水量和NDVI则显著增加(P<0.05);(2)年均总产水量为13.66×10⁸ m³,空间分布呈现山地高海拔区较高,河谷低海拔区较低的特征;(3)19年来产水量以0.26×10⁸ m³/a的速率显著增加(P<0.01)。其中,高海拔区的产水量显著增加,约占整个研究区的32.01%;然而,仅有8.39%的低海拔区产水量显著下降(P<0.05)且集中分布在西北部;(4)产水量与降水量显著正相关,同气温、实际蒸散量、归一化植被指数(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)和根系深度显著负相关(P<0.001);(5)产水功能一般重要级别区占研究区面积的47.26%,极重要和高度重要级别区占总面积的28.25%。研究为祁连山国家公园水资源的动态评估、有效管理和可持续发展提供了科学参考。     

岷江上游干旱河谷区域空间变化的定量判定

采用遥感和地理信息系统技术,准确界定了岷江上游干旱河谷的范围,在此基础上分析了岷江上游干旱河谷的面积变化及其边界分布海拔的最高上限在垂直方向上的抬升距离。结果表明,干旱河谷面积在不断扩大,由1974年的93140hm2扩大到2000的123078hm2,其中1995～2000年间年变化率较1974～1995年有所降低;岷江上游干旱河谷的边界沿山体向上攀升非常迅速,1974岷江上游干旱河谷边界的最高上限海拔为3128m,1995年为3167m,较1974年抬升了39m;2000年为3181m,与1995年相比沿垂直方向向上抬升了14m。1974到2000年间岷江上游干旱河谷边界最高上限沿垂直方向抬升了53m,大约平均每年抬升2m。为了遏制干旱河谷进一步扩大的趋势,必须加大植被恢复和生态建设力度。     

我国小豆种质资源的豆沙特性评价与筛选

对450份小豆种质资源进行了豆沙特性的评价,以期为培育豆沙专用品种提供信息。结果表明,不同小豆种质在出沙倍数、皮含量、湿沙颜色及淀粉细胞直径、壁厚等方面均存在一定差异。其中出沙倍数的变异范围为1.97~3.51,平均为2.51倍;皮含量的变异在7%~21%之间,平均为9%;湿沙的亮度值的变异在9.48~34.38之间,平均为29.6;红色度和黄色度的变异范围分别为16.56~34.27、-1.71~17.86,平均分别为21.5、11.8。不同种质间淀粉细胞大小也存在较大差异,其中直径、周长的差异均在2倍以上,而壁厚的差异达20余倍。上述沙用指标在种质间的变异说明,豆沙专用品种的选育是必要且可行的。根据研究结果,筛选出豆沙特性指标均较好的小豆种质20份,有望为豆沙专用品种的培育奠定基础,保障豆沙生产的经济效益和食品安全等问题。     

近70年来不同地貌和植被类型区水沙特征演变及其对生态恢复的响应

黄土高原水土流失治理和退耕还林(草)等生态环境建设,对不同植被类型区和治理度下的水沙过程均产生了深刻的影响。以北洛河流域为例,基于1952—2019年实测水文数据,采用水文统计法,对比分析了上、中、下游等不同地貌和植被类型区生态恢复对水沙数量、径流调节、影响因素贡献等的影响及其差异。结果显示：(1)上、中、下游年均径流深分别为30、23、21 mm,产沙量为0.6、0.05、-0.02亿t。中游年均产流量占流域总水量的51%,上游年均产沙量占流域总沙量的90%以上。(2)上、中、下游径流深极显著减少,减少率分别为-0.28、-0.16、-0.43 mm/a;上游产沙量以0.02亿t/a速度极显著降低,中、下游产沙量不显著减少。(3)上、中、下游的削洪、补枯程度逐年代增加,与20世纪60年代比,21世纪10年代洪水期流量(Q₅)分别减少了63%、45%、60%,上游枯水期流量(Q₉₅)增加了68%,中游20世纪80年代枯水期开始产流。(4)与20世纪60年代比,上、中、下游21世纪10年代人类活动对产流量减少的贡献率分别为94.7%、26.7%...     

汉水上游汉中盆地新发现的旧石器及其年代

2009~2012年,在秦岭南麓汉水上游汉中盆地梁山周围新发现何家梁和窑厂湾2处旷野类型旧石器地点,采集石制品252件。早期人类加工石制品的原料来自于河流堆积物中的石英、火山岩、石英岩、硅质灰岩和砂岩等砾石,采取硬锤直接打击法和砸击法剥片。石制品种类包含石锤、石核、石片、修理的工具和断块。工具类型以砍砸器、石球、重型刮削器、手斧和手镐等重型器物为主。汉中盆地梁山周围以龙岗寺等地点为代表的旧石器地点群是含阿舍利(Acheulian)类型器物的石器工业。何家梁和窑厂湾地点分别位于汉江右岸第二和第三级阶地上,通过对窑厂湾地点黄土地层剖面进行回授光释光(TTOSL)方法测年,结合古地磁测试和对比黄土高原标准黄土地层序列测年结果,证实汉中盆地古人类活动的时代最晚在60万年前就已经开始,而何家梁地点的地层测年数据则表明距今7、8万年左右存在另外一个古人类活动繁盛的阶段,早期人类在汉中盆地活动有较长的时间跨度。以前汉中盆地发现的旧石器地点没有独立的年代数据,极大地限制了学术界对其石器工业技术和人类行为的深入研究,这是首次获得的汉中盆地埋藏旧石器地点地层的独立年代数据,是对汉中盆地旧石器遗址年代学认识上的一大突破。本研究结合可靠的测年数据,分析石器组合及加工技术,对建立中更新世以来秦岭山区的旧石器文化序列,理解我国南北方旧石器工业的发展演化以及东西方旧石器工业技术比较具有重要的参考价值。