基于生态系统服务的青海湖流域生态风险评估及其空间异质性影响因素分析

青海湖流域是我国西北部的"气候调节器"和"空气加湿器",其生态风险管控对青藏高原乃至我国西部的生态保护和可持续发展都有着重要意义。基于InVEST模型对青海湖流域2005年、2010年、2015年、2020年产水量、土壤保持、生境质量和碳储存4项生态系统服务进行定量评估,借助熵权-TOPSIS法,以生态系统服务的相对损失量来构建区域生态风险指数,并运用地理探测器和地理加权回归模型分析自然-社会要素对青海湖流域生态风险空间异质性的影响。结果表明:(1)2005-2020年青海湖流域产水量、土壤保持、生境质量和碳储存均呈现波动增加的趋势,增幅分别为10.17%、18.36%、9.84%、3.47%,各项生态系统服务的高值区分布于河流上游的河源区和植被覆盖率高的林地区域;(2)2005-2020年青海湖流域生态风险较高,但呈现波动降低的趋势。高风险区主要位于湖区、环湖区、布哈河河谷以及流域西北部;(3)青海湖流域生态风险的空间格局受地形及高程因子主导,但人为干扰度的影响力呈逐年上升趋势。驱动因子交互作用的解释力显著高于单因子;(4)主要驱动因子对研究区生态风险的作用方向及强度存在明显的空间分异特征,坡度呈正相关,年平均气温呈负相关,归一化植被指数(NDVI)和人为干扰度呈现出正负两种效应,但以正向效应为主。研究结果对青海湖流域生态风险管控和高原生态环境保护有一定借鉴意义。     

三峡库区黑沟流域AnnAGNPS参数空间聚合效应

农业非点源污染物是长江三峡库区主要污染源之一,已造成令人关注的生态、环境和健康等问题,流域模型(AnnAGNPS)与GIS结合,为空间数据组织和模型参数空间聚合提供技术基础,是其预测和流域规划与管理的有效途径.三峡库区小流域条件下,基于临界源面积(CSA)和最小初始沟道长度(MSCL)值域设定,形成不同流域划分方案,空间离散单元(SDU)水平,即SDU大小及数量,影响输入参数空间聚合效应及模型输出结果.在黑沟小流域(144.4 hm~2)应用已校准AnnAGNPS模型,设定CSA和 MSCL值域为0.5～15hm~2及7.5～200m,10种SDU水平、流域尺度和条件下,结果表明:空间参数聚合程度和模型输出结果均随SDU尺度改变而发生变化.土地利用与土壤类型等参数具有明显的聚合效应,径流、泥沙和养分输出具有不同的SDU适宜水平和范围.SDU尺度聚合效应对径流量影响较小,而对泥沙、总N、总P模拟影响较大;径流量、泥沙、总N、总P模拟输出误差可接受SDU尺度范围分别为0.5～18、2～6、0.5～6 hm~2.因此,应用AnnAGNPS模型,更需要注意不同子模型所需要适宜的SDU尺度水平.     

湖泊-流域生态系统管理的内容与方法

在流域生态系统管理研究综述的基础上,对湖泊一流域生态系统管理的概念进行了界定,对水环境管理、综合流域管理与流域生态系统管理之间的差异进行了对比分析。确定了生态系统生态学、流域生态学、生态系统健康和流域方法为湖泊．流域生态系统管理的理论基础,生态系统方法和流域分析为其方法学基础。在上述分析的基础上,提出了湖泊．流域生态系统管理的6个主要步骤：研究范围界定、基础信息收集与基本生态学问题的分析和评价、管理目标设定、系统综合、生态系统综合评价、适应性管理;识别出湖泊-流域生态系统管理中的3个关键问题：①生态系统管理中的不确定性和障碍分析;②流域土地利用变化对湖泊水质和生态系统的影响;③流域生态子系统与社会子系统的关联。     

延河流域本氏针茅(Stipa bungeana)分布预测——广义相加模型及其应用

物种分布预测,对于物种的保护、利用和恢复具有重要意义.利用广义相加模型(GAM,Generalized Additive Model),对延河流域典型地带性物种本氏针茅(Stipa bungeana)的空间分布预测进行研究,以期为该流域本氏针茅草地的保护、恢复等提供依据.结果表明,本氏针茅分布的环境梯度较广,在坡度、坡向、温度与降雨的各个梯度上都有分布,除高平地和侵蚀剧烈的沟道外,各种地形部位上亦可以存在.建立的广义相加模型表明,本氏针茅的分布主要取决于年均蒸发量和温度季节变化两个因子,而非单纯的降雨、温度因素.从其分布概率看,本氏针茅在延河流域大部分地区都有可能分布,但其分布集中区主要在中北部,与实际观测相符.模型检验表明,建立的模型满足统计要求.     

冬闯科考"禁区"

2007年1月,在《华夏地理》杂志、《人与生物圈》杂志、云南大河流域传播与推广中心、四川恒鼎实业和奥索克体育用品公司等的支持下,加上他们夏季考察所获得的稿费,共计不到20万元,在众人的不可思议的目光中,杨勇开始了绝对是挑战极限式的考察。     

石羊河流域河川径流对气候与土地利用变化的响应

应用流域气象和水文过程长期观测数据及四期TM影像数据,在建立基于气候及土地利用两种因素变化的径流过程模拟模型的基础上,分析河川径流对气候与土地利用变化的响应特征,并对其未来可能的变化趋势做出预测。结果表明,(1)1956—2009年,到达石羊河流域下游标志站蔡旗断面的河川径流量,由20世纪50年代的年平均5.392×108m3减少到目前的年平均1.096×108m3;1968年之前蔡旗断面径流量的波动主要是气候变化的结果,而1968之后,蔡旗断面径流量的变化是气候与土地利用变化共同作用的结果;(2)近30年来,气候变化对下游河川径流变化的贡献率平均为4.1%,而土地利用变化,尤其是耕地面积变化的贡献率平均为88.8%;中游灌溉定额平均分别减少5%、10%、15%和20%的情景下,下游河川径流量模拟值分别为1.591×108m3、2.427×108m3、3.262×108m3和4.098×108m3左右。     

延河流域森林草原区不同植物功能型适应策略及功能型物种数量随退耕年限的变化

不同退耕年限退耕地的环境差异以及不同生物间的相互作用导致各阶段植物功能型物种数量不同。研究退耕地植被自然恢复过程中不同植物功能型适应策略及功能型物种数量随退耕年限的变化,对于理解植物对环境的响应机制及植物的适应策略具有重要意义。采用空间序列代替时间序列的方法,以延河流域森林草原区不同退耕年限、自然恢复的植物群落为研究对象,调查了不同退耕年限的植物群落33个,共44种植物,涉及16个科35个属,分别测定了每个物种的叶厚度、比叶面积、叶组织密度、叶片氮含量、比根长、根组织密度、细根氮含量等7项能够反映植物生存对策且易于测量的功能性状。依据这7项植物功能性状,采用数量分类方法将全部物种划分为3个功能型。结果表明:(1)根据C-S-R理论,功能型Ⅰ植物用于防御的投资较多,生长速率处于中间水平,偏向于"胁迫-干扰型",功能型Ⅱ植物能够通过维持体内的养分平衡的方式对抗资源贫瘠或干旱的环境,偏向于"胁迫-竞争型"对策,而功能型Ⅲ植物吸收大量的营养和资源用于生长,偏向于"竞争型";(2)功能型Ⅰ在整个植被恢复时间序列中占据优势地位(61%—80%),并呈增加趋势,功能型Ⅱ则由恢复初期的25%降低为恢复后期的15%,功能型Ⅲ从恢复初期的14%降低到恢复后期的5%。同时,在功能型Ⅰ内部,优势物种也发生着相应的相互替代。虽然土壤养分含量整体上随着植被自然恢复时间的延长而呈上升趋势,但是植物的生存环境并未改善到不存在干扰与胁迫的程度。因此,在植被恢复初期的四、五十年内,"胁迫-干扰型"策略的植物占据着绝对优势。随着植被恢复时间的延长,能够高效利用资源且抗胁迫能力强的物种代替了以快速生长和传播为适应策略的物种。     

1961-2012年西藏色林错流域极端气温事件变化趋势

利用西藏色林错流域2个气象站1961—2012年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,分析了流域极端气温事件的变化规律。结果表明:近52年色林错流域TXx、TNn呈上升趋势,尤其是TNn升幅更大,达1.10℃/10a。极端气温暖指标(TNx、TX90p、TN90p)和生长季长度(GSL)呈明显的增加趋势,而极端气温冷指标(FD、ID、TX10p、TN10p)和DTR为显著的下降趋势。流域绝大部分极端气温指数的变化幅度均比全球、全国和青藏高原偏大,特别是TN90p的变幅最大。在10年际变化尺度上,TNn、TX90p、TN90p和DTR呈逐年代增加趋势,极端气温冷指数和GSL为下降趋势。从时间转折上看,各项极端气温指数均有突变发生,突变点主要出现在20世纪80年代中期以后。最低气温及与之相关的极端气温冷指数的显著上升与色林错湖泊面积的增加密切相关。     

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。     

流域生态学的发展困境——来自河流景观的启示

随着中国生态环境问题越来越多地呈现出流域特性,流域生态研究的重要性和紧迫性也日渐凸显。整合流域生态研究,形成一个有效的研究体系,流域生态学迄今未能予以实现。通过对"流域生态学"和"河流景观"这两个相近概念提出过程的比较研究,探讨流域生态学发展困境产生的原因,为流域生态研究体系的构建提供思路。分析结果显示流域生态学目前主要存在两个不足:1)因为提出流域生态学概念的关键现实需求不明确,导致难以确定其核心科学问题;2)因为没有相应的流域生态系统概念模型,进而也就难以带动相关研究落实跟进。要推进流域生态学的发展,第一步要做的就是明确流域生态研究体系构建的核心现实需求,并对流域生态系统进行一个概念模型上的相应设计。