2013年水文土壤学与自然资源可持续利用国际学术研讨会述评

水文土壤学与自然资源可持续利用国际学术研讨会于2013年6月29日—30日在北京师范大学举行,共有来自国内外相关领域的150余位专家学者和研究人员参会。本届会议内容主要包括:水文土壤学基本理论与地球关键带,景观-土壤-水文过程的空间异质性与多尺度耦合,田间监测、制图与模型;会议强调在水文土壤学研究中应当注重多学科交叉、尺度转换和多功能综合监测站点建设等问题。会议认为,现阶段水文土壤学主要面临着尺度转换、技术和教育方面的挑战,同时也存在学者对水文土壤学基本概念的质疑。在今后发展中应重视多学科综合应用,通过创新技术和方法推进水文土壤学的发展。对我国水文土壤学研究主要有以下启示:(1)重视跨学科综合性人才的培养;(2)推进水文土壤学理论的进一步发展和完善;(3)加强国际交流,尽快缩短与国外的研究差距。     

川西亚高山流域水碳平衡研究

森林生态系统的产水量与固碳效益之间存在着一种可交易的平衡关系。基于WaSSI-C水碳耦合模型和趋势分析, 研究了1982-2006年川西杂古脑河上游22个子流域内不同植被类型空间分布对水碳平衡的影响并分析了其水碳耦合关系, 发现: 1)针叶林主导的流域在生长季增加土壤水分入渗的功能明显高于其他植被类型, 但不足以补偿其高蒸散带来的水分消耗, 因而其年平均土壤含水量明显低于高山草甸和混交林类型; 且森林土壤含水量随着森林覆盖率的升高而降低。2) 25年的土壤水分蓄变量的平均值, 高山草甸流域为-44 mm, 混交林为-18 mm, 针叶林为-5 mm, 说明川西亚高山植被的整体维持稳定产水量及其潜力在下降, 其中高山草甸流域下降趋势尤为显著。3)流域产流量和净生态系统生产力具有显著负相关性, 且不同植被组成对固碳和产水效益的转化具有重要影响: 高山草甸主导的子流域具有较高的产水量和较低的固碳能力, 常绿针叶林主导的子流域具有较高固碳能力和较低产水量, 且森林覆盖率越高, 产水量越低。三种植被类型的净生态系统生产力在研究期间均呈现上升趋势, 且高山草甸的上升趋势显著。     

徐家河水库翘嘴鲌的个体生殖力

2008年4-6月,在徐家河水库采集性成熟翘嘴鲌雌鱼,取鳞片鉴定年龄(A),测量其体长(L)、体质量(M)和性腺质量(M_o)等形态指标,用称量法计数个体绝对生殖力(F),据此计算体长相对生殖力(F_L)、体质量相对生殖力(F_M)、成熟系数（GSI）和肥满度(CF)等指标,对徐家河水库翘嘴鲌个体生殖力与形态指标的关系进行了分析.结果表明：调查样本由2⁺～5⁺龄组成,个体绝对生殖力与体长、体质量和年龄分别呈幂函数、幂函数和直线相关,体长相对生殖力与体长、体质量和年龄也分别呈幂函数、幂函数和直线相关,而体质量相对生殖力与各形态指标的相关性不显著.多元逐步回归分析结果表明,研究区翘嘴鲌个体绝对生殖力与体质量和性腺质量密切相关,体长相对生殖力与性腺质量、肥满度和成熟系数密切相关,而体质量相对生殖力仅与成熟系数相关.     

水分再分配对土壤-植物系统养分循环的生态意义

水分再分配(hydraulic redistribution, HR)作为一个普遍存在的生物物理过程, 在缓解植物干旱胁迫、调节植物种间关系和群落组成、影响生态系统水碳平衡等方面具有重要的生态意义。近年来, 同位素标记示踪技术的应用促进了HR的深入研究, 该文综述了HR对土壤-植被系统养分循环的影响。HR能改善干燥土层的水分状况, 防止根系栓塞, 促进细根存活与生长, 提高微生物活性, 从而促进植物对表层土壤养分(尤其是氮)的吸收; HR还通过水分下传作用促进植物对深层土壤中磷和金属离子的吸收。HR促进土壤养分库的上下交换与流动, 调节植物与土壤的氮磷比, 因此其影响可能具有全球意义。在全球变化(如氮沉降)背景下, 有必要深入探索HR在生物地球化学循环过程中的影响和作用, 并将其纳入生态系统模型中。     

大气CO_2浓度倍增对稻田生态系统钙、镁、硅离子流失的潜在影响

钙、镁、硅元素是土壤圈、水圈和生物圈的重要组成元素,其迁移与转化过程不仅影响到生态系统生产力,而且对全球碳循环起着重要的调控作用.大气CO2浓度升高可能直接通过影响土壤理化性状,或间接通过影响植物而作用于陆地生态系统矿质元素的迁移和转化过程,目前这方面的研究主要集中在旱地生态系统.为此,本研究借助国际上唯一的稻田FACE(Free Air CO2 Enrichment)实验(位于江苏省江都市,始于2004年),于2006年对稻田水体中这3种元素的浓度变化进行了动态监测.结果表明,FACE条件下稻田水体钙、镁、硅离子的浓度显著高于对照稻田(P<0.01),三者分别平均提高了32.26%,74.16%和77.88%.FACE条件下,稻田水体中钙离子浓度在水稻生育旺期提高最大,比对照平均提高了33.23%,初期提高最小,为28.66%,后期提高了32.94%;镁离子在初期提高最大,为112.96%,旺期提高最少,平均为62.89%,后期则提高了69.14%;硅离子也是在初期提高最大,为163.19%,后期提高最小,为31.43%,旺期则平均提高了64.92%.不同生育期之间,各离子浓度存在显著差异(P<0.01).上述结果表明,大气CO2浓度倍增可能通过田间排水尤其是由水稻生长前期暴雨而导致的洪涝来加重稻田生态系统钙、镁、硅的流失风险,潜在影响陆地生态系统与水生生态系统间矿质元素的交换及生物地球化学循环过程.     

松辽流域湿地生态水文结构与需水分析

以我国重要湿地生态区--松辽流域为对象,对其主要湿地的生态水文结构及生态需水进行分析计算.通过分析湿地水面面积变化与水文连接度的关系确定湿地中心区;通过分析保持生物完整性的生物场最小范围确定适宜活动区.通过典型研究与对水文地区规律分析,建立无资料地区生态水文结构分析计算经验公式.以湿地生态水文结构(中心区、适宜活动区)为边界条件,进行地表地下水转化的水量平衡模型分析,获得湿地生态需水.经过大量分析研究论证,总体而言,松辽流域湿地中心区水深占湿地多年平均水深接近2/3,中心区面积占湿地多年平均水面面积40%左右,这对控制湿地萎缩及湿地安全管理是一个重要指标.通过松辽流域湿地近几年的补水实践分析,发现计算结果基本合理,研究成果可为湿地的规划管理和安全保障提供科学依据.     

鼎湖山针阔叶混交林生态系统水文效应研究

对鼎湖山针阔叶混交林水文效应的研究表明2002年8月-2003年7月,大气总降水量为1 690mm,林内净降水量为1212.7 mm,占总降水量的72%,其中穿透雨量和茎流量分别为1 125.3和87.4 mm,占总降水量的.66.6%和5.2%.林冠截留量为477.3 mm,截留率28.2%.地表径流量62.1 mm,占总降水量的3.7%.在一定的降水量范围内,林冠对降水的截留量随着降水量的增加而增加,不同的雨量级,林冠截留量变化的趋势曲线不同,且一次截留降水量饱和值约为25 mm;穿透雨量、茎流量均随着林外大气降水量的增加呈线性增加;当日大气降水量在0-30 mm时,地表径流量很小,且呈线性递增;当日大气降水量＞30 mm时,地表径流量随降水量增加以对数递增.与马尾松纯林和季风常绿阔叶林相比,针阔叶混交林在减少地表径流和保持水土等方面具有更好的水文生态效应.     

森林植被变化（采伐）对小流域水文化学循环过程的影响

森林不仅调节流域的水文循环过程而且对流域的生物化学循环过程也产生重要的影响.森林流域通过林冠层截留、地被物层过滤、土壤入渗以及河岸植被缓冲带等环节,对降雨径流中的泥沙、有机物、污染物质进行有效的过滤、吸收和净化,从而达到改善水质的目的.回顾了国内外森林植被变化对小流域水文化学循环的影响研究,尤其是森林经营活动如采伐等对流域的河流水温、悬移质泥沙含量、溶解养分等方面的影响.多数研究认为森林采伐方式不同河流水温受影响程度不同;溶解养分与森林采伐的方式、地点及采伐流域的类型密切相关.特别指出河岸植被缓冲带在森林流域水质保护中的重要性,它的存在可以维持河流水温、有效防止和降低地表径流中携带的泥沙、污染物、有机质等进入河流,从而达到保护水质的目的.目前,我国在森林植被变化对流域水文化学循环影响领域的研究还主要侧重于森林减少泥沙效应方面,在森林的水质保护效应方面,多数的报道都集中在森林生态系统各要素(如林冠、地被物、森林土壤等)对大气降水化学物质输入的影响,而对小流域尺度森林植被变化(如采伐)对水文化学循环影响方面的研究开展得还很少.     

SWAT模型辅助下的生态恢复水文响应——以陇西黄土高原华家岭南河流域为例

生态环境问题受到了日益广泛的关注,生态恢复也在各地蓬勃开展,但生态恢复工程的开展迫切需要相关理论研究的指导.采用假定生态恢复情景的方法,在遥感和地理信息系统的支持下,利用分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对陇西黄土高原的典型流域--华家岭南河流域进行了多种生态恢复情景模型的设计,并模拟了不同生态恢复情景下径流和蒸散发的响应情况.得出:在南河流域草地比森林植被涵养水源的作用更强,模拟年均径流深比林地低9.1%,而蒸散发却高2.2%,所以南河流域生态恢复过程中种草是十分必要的.结果同时表明,应用SWAT模型进行流域尺度的生态恢复水文响应研究是可行高效的.     

帽儿山5种林型土壤碳氮磷化学计量关系的垂直变化

采用土壤分层取样法测定了帽儿山地区相同气候条件、不同立地条件下林龄相近的2种人工针叶林(红松林和兴安落叶松林)和3种天然落叶阔叶林(蒙古栎林、杨桦林、硬阔叶林)的土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量,以及土壤容重、土壤厚度等,研究土壤C、N、P含量和密度及化学计量关系的垂直变化特征.结果表明: 不同林型间土壤C、N、P含量和密度差异显著,其中硬阔叶林土壤O层和A层的C、N含量和密度均显著高于其他林型.所有林型土壤的C、N含量均随土层加深而下降;落叶阔叶林土壤P含量随土层加深而显著下降,但针叶林各土层间P含量差异不显著.不同林型间A层土壤C/N、O层土壤N/P,以及A和B层土壤C/P均存在显著差异.不同林型间土壤C-N存在显著的线性关系,且其斜率和截距在林型间差异均不显著,但土壤N-P、C-P关系只在阔叶林中存在显著相关关系.这表明不同林型间土壤C-N耦联关系有趋同现象,而土壤N-P和C-P关系随林型而变.