长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素:基于子流域尺度分析

水文调节服务是流域生态系统所提供的重要服务之一,认识流域生态系统水文调节服务空间变异规律及其驱动力,对于流域生态系统保护与恢复、合理开发利用水资源具有重要意义。以洪涝灾害频发的长江流域为对象,运用变异系数法和多元统计方法,在子流域尺度上研究了长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素。结果表明,长江流域子流域生态系统水文调节服务呈现出明显的空间异质性,水利工程密集、自然植被覆盖率高达71%的金沙江和汉江水系各子流域水文调节服务最强,降雨与径流变异系数差为0.477;农田和人口密集的嘉陵江水系各子流域水文调节服务最弱,降雨与径流变异系数差为-0.474,其他子流域水文调节服务作用不明显。影响水文调节服务的主要因素是:水库库容、自然植被面积比例、农田面积比例、单位面积人口数,其中:水库库容和自然植被面积比例对水文调节服务具有正向促进作用,农田面积比例和单位面积人口对水文调节服务的作用正好相反。水库库容对子流域生态系统水文调节服务空间异质性的贡献最大(58.85%)。上述结果有助于科学认识长江流域生态系统水文调节服务空间分异规律,可为制定不同子流域生态保护与恢复措施、提升子流域生态系统水文调节服务提供科学依据。     

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。     

江西鄱阳湖流域中华秋沙鸭越冬期间的集群特征

2010年11月—2011年3月,采用样线法对江西鄱阳湖流域8个河段的中华秋沙鸭Mergus squamatus的集群特征进行了研究。中华秋沙鸭的集群类型包括雄性群、雌性群、混合群、雌性孤鸭和雄性孤鸭5种类型。越冬期间共记录到89群次,432只次中华秋沙鸭。其中,混合群是最多的一种集群方式,孤鸭也是越冬期间出现频次较高的一种特殊的集群方式。集群类型存在时间变化(P<0.01)。混合群中,大多数群体中雌性个体数多于雄性个体或者是一雌一雄。89群次中,孤鸭和2—8只群占总群数的87.64%,提示中华秋沙鸭主要以集小群分散活动。中华秋沙鸭越冬期间的群体大小是(4.85±4.97)只/群。不同集群类型的群体大小差异较大。集群大小可能与采砂、捕鱼、食物的丰富度等环境因子有关。调查结果显示,中华秋沙鸭越冬期间的性比是1∶0.74(n=432)。中华秋沙鸭群体大小与性比有一定的关系。     

陕西省丹汉江流域退耕地恢复过程中的植被演替

以陕西省丹汉江流域退耕地南坡和北坡不同退耕年限的自然恢复植物群落为研究对象,开展群落物种组成调查,并进行物种多样性特征分析和群落极点排序,对该区退耕地恢复过程中的植被演替规律进行研究.结果表明： 研究区退耕地植被演替的阶段依次为：一年生草本群落→多年生草本群落→灌草群落→乔灌草群落.形成多年生草本群落需2～5 a,形成灌草群落需7～10 a,形成乔灌草群落需30 a以上.南坡和北坡不同类型退耕地的植被演替阶段相同,物种多样性指数略有差异.随着退耕年限的增加,南坡物种多样性指数总体呈先降后升的趋势;而北坡物种多样性指数呈先波动上升,而后在退耕30 a时略有下降.     

黄土高原景观格局与水土流失关系研究

采用DCCA排序法对黄土高原腹地泾河流域12个子流域的景观格局与流域水土流失关系进行了定量分析.结果表明,DCCA排序的前4轴分别与农业用地比率、景观多样性指数、森林比率显著相关.各子流域的水土流失特征具有明显的梯度变异.在森林比率占65%的三水河子流域,景观相对简单、多样性低,流域年径流量大、输沙小、含沙量低,径流相对稳定;随着森林比率减小,农业用地比率增大,景观多样性升高,产流系数增高,径流深度、输沙量和含沙量增大;在森林比率很低、农业用地53.41%的洪河子流域,景观格局复杂、多样性较高,河流含沙量高、输沙率大,月输沙和径流变异极大;在农业用地比率减小,其他景观类型比率增大,景观相对简单的环江上、下游子流域,输沙量和含沙量减小,但输沙和径流的年际变化极大.排序分析结果较清晰地解释了黄土高原典型地区水土流失特征沿景观梯度的变化规律.     

奎屯河流域春季融雪期SCS-CN模型参数取值方法

水资源是保障我国西北干旱半干旱地区生态环境安全的关键因素。以新疆奎屯河流域为例,通过修正SCS模型土壤持水量及初损率参数计算方法,寻找适用于干旱半干旱地区山区典型流域春季融雪期径流模拟模型,为流域掌握水资源量及生态用水提供决策依据。与以往研究不同之处在于:首先,引入度-日模型修正降水量参数,以满足流域降雨-融雪混合补给径流特征。其次,利用多期MODIS数据驱动的TS/VI特征空间理论结合土壤水分吸收平衡原理计算土壤持水量参数(S);再运用聚类分析法对初损率(λ)取值方法进行改进。通过参数算法改进后的SCS模型,参数率定期和验证期纳什效率系数和相对误差系数分别为0.92和0.64,0.7%和-1.5%。结果表明:1)参数算法改进后SCS模型能实现奎屯河流域春季融雪期日径流模拟。2)利用遥感大尺度地表信息参数化技术反演SCS模型参数,实现了遥感数据为SCS模型提供大尺度空间数据的同时,间接实现了模型参数由点状数据向面状数据转化的可能;3)初损率(λ)多组取值法可有效提高干旱半干旱地区大尺度流域径流模拟精度。     

梯级水坝运行对漫湾库区底栖动物群落结构及分布格局的影响

底栖动物是对水生态系统退化和生境条件改变最为敏感的生物类群之一,同时也是开展梯级水坝水生态系统变化和演替研究的指示生物.本研究以国际生物多样性保护及水电梯级开发生态影响研究的热点地区澜沧江中下游为例,以澜沧江干流兴建的第一座水坝漫湾库区为研究区域,分别于2011和2016年开展底栖动物定点采样,并结合其蓄水前(自然河段,1996年)和单级水坝蓄水初期(1997年)的历史调研数据,全面分析了梯级水坝运行前后漫湾库区底栖动物群落的结构、分布格局及演变趋势.结果表明: 漫湾库区底栖动物群落的优势种组成逐渐由寡毛纲和昆虫纲种类演变为软体动物门类占绝对优势;沿库区生境的纵向梯度变化,底栖动物密度和生物量均表现为升高的趋势,而静水区增加更为显著;对底栖动物功能摄食群的分析表明,静水区由掠食者和收集者占优势演变为滤食者类占绝对优势;梯级水坝运行后,采用生物指数评价结果表明,2016年库区综合水质指标明显优于2011年.漫湾库区底栖动物群落的演变与上游梯级小湾水坝的调度运行及库区的水文状况和泥沙淤积情况密切相关,并随着梯级水坝的运行处于动态变化之中.     

塔玛亚历山大藻对氮和磷的吸收及其生长特性

参照塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)赤潮爆发时的物理条件,以f／2加富的人工海水为培养基,设定了不同的氮、磷水平,研究了在室内批量培养条件下,塔玛亚历山大藻对无机氮、磷的吸收和无机氮、磷对塔玛亚历山大藻细胞生长的影响．结果表明,3种氮浓度条件下,塔玛亚历山大藻的比生长速率几乎没有差异,但低氮(0．0882mmol·L-1)条件下,藻细胞的生物量最低;中氮(0．882mmol·L-1)条件下,藻细胞具有最大的生物量,分别比高氮(2．646mmol·L-1)和低氮下增加44．7％和53．6％．随着培养基中磷浓度的升高,藻细胞生物量也升高,在高磷(0．108mmol·L-1)条件下达到最大值17200cell·ml-1,但在中磷(0．036mmol.L-1)条件下藻细胞具有最大的比生长速率．藻细胞对氮、磷的吸收速率与生长状态有密切关系,氮、磷限制条件下生长的藻细胞对氮、磷有快速的吸收．研究显示,低的N／P比有利于塔玛亚历山大藻的生长分裂,对数生长后期适当补氮则有利于其生物量的积累．     

城镇化过程中流域不透水面演变格局——以天津于桥水库流域为例

不透水面是衡量流域城镇化发展状况的一个关键指标,其扩展对流域生态水文过程产生重要影响.本文以天津于桥水库流域为例,在ENVI 5.1软件支持下,利用遥感影像获取1984、1994、2004和2013年4个时相的不透水面信息,采用修正后的归一化水体指数剔除水体信息,排除水体对不透水面提取精度的影响,运用线性光谱混合分析法生成流域不透水表面指数(ISA),并对其时空演变格局进行分析.结果表明: 模型均方根误差(RMSE)为0.005,像元精度为85.4%,试验结果准确可靠.1984—2013年,流域内不透水面覆盖度ISA平均值从0.16线性增长到0.23,在全流域范围内的不透水面面积增加了4.9%,其总不透水面面积增加近1倍.不透水面沿城镇区域呈现辐射式增长,沿子流域路网呈现填充式增长.不透水面覆盖度为中等等级的斑块形状不规则,破碎化程度最高.整个流域景观破碎化程度和多样性均逐年增高,人为干扰强度不断增大.