喀斯特灌丛坡地土壤-表层岩溶带产流及氮素流失特征

喀斯特二元结构发育,地表水大量漏失,养分表现出快速流失的特点,然而养分流失的途径和机制尚不清楚.本研究从喀斯特关键带三维空间的视角,通过监测喀斯特灌丛坡地雨季典型降雨产流和氮素流失特征,基于氢氧稳定同位素技术对主要水文路径“新旧水”比例进行划分,并探讨氮素流失的主要途径和机制.结果表明:深层渗漏和壤中流是喀斯特灌丛坡地主要水文路径,两者分别占降雨量的71%和9%,地表径流仅占2%;深层渗漏、壤中流均以“旧水”为主,“旧水”比例分别为85%、61%;硝态氮浓度在深层渗漏中最高(1.97 mg·L^-1),铵态氮浓度在壤中流中最高(1.18 mg·L^-1),深层渗漏对氮素流失的贡献率达89.4%,显著高于地表径流和壤中流;“旧水”比例与硝态氮、铵态氮浓度和流失总量均表现出显著正相关关系,“旧水”可能是喀斯特坡地土壤-表层岩溶带系统携带氮素迁移的主要介质.以上研究能够为西南喀斯特地区坡地水资源合理配置和养分流失阻控技术研发提供理论支撑.     

秦巴山区生态环境对当地居民毛发中微量元素的影响

测定了秦巴山区136例健康儿童及22例成人毛发中Zn、Fe、Ca、Cu、Mg、Al、Se、Mn、Pb、Cr共10种微量元素的含量,结果表明,在所测10种元素中,除Mg外,其余9种元素均有不同程度的缺乏或超标,其中Al、Mn与Cr含量严重超标,其均值分别是正常含量上限的2.04、1.67及2.07倍,超标人数比例分别高达83.54%、77.85%和72.78%;Zn和Se含量均值则比正常含量下限低,仅为正常含量下限的91.96%和68.33%,缺乏人数比例分别为69.62%和79.11%.结合当地的生态环境与地球化学背景,对微量元素缺乏或超量的原因及危害进行了分析.     

人工沙棘林水文水土保持作用机理研究

对黄土丘陵半干旱区人工沙棘林冠层、枯枝落叶层、根系土壤层的水文水保作用的研究结果表明：7～10龄沙棘林冠平均年截留率为8．5％;5～10龄沙棘林地枯枝落叶层单次可截留0．89mm的降水。和农地相比,沙棘成林、幼林分别可减小50cm、25cm土层深度的容重。沙棘枯枝落叶层自身和覆盖土壤具有增强土壤抗冲刷的能力,林地覆盖2cm以上厚度的枯枝落叶层可保护表层土壤免受降水侵蚀}沙棘林具有增强土壤抗冲刷和侵蚀的性能,其中：抗冲性能的强弱与同土层中毛根数量呈显著的幂相关,抗蚀性能的强弱与土层中腐殖质含量有关。     

苏北平原灌区小水利工程对沟渠水文连通结构的影响

平原灌区的水文情势复杂,且受农村小水利工程及人为管理影响强烈。本研究选取典型平原灌区——苏北阜东灌区作为研究区,构建沟渠网络连通指标及农村小水利工程的影响指标来定量分析水文连通程度,利用自组织特征映射(SOM)分析法,判断小水利工程对研究区沟渠网络结构连通性空间异质性的影响。结果表明: 阜东灌区各区域水文结构连通差异较大。其中,灌区北部连通性最好,灌区中南部连通性最差。研究区共有876个泵站、633个闸点和2420个涵洞。在没有小水利工程影响时,水文结构连通性极差的行政村共有13个,连通性较好和连通性最好的行政村共48个。在小水利工程的影响下,连通性极差的行政村减为8个,连通性较好和连通性最好的行政村增加为53个。由于闸点和涵洞的影响,阜东灌区共有26个行政村的水文结构连通性变差;由于泵站的影响,39个行政村的水文结构连通性得到改善。     

飞来峡水库蓄水初期浮游植物组成与数量的变化

于2000~2002年的丰水期和枯水期对飞来峡水新建后库的营养状态和浮游植物进行监测。结果表明,水库中氮盐的浓度无显著变化,总磷浓度下降显著。浮游植物优势种类和丰度有较大差异。2000年浮游植物种类为29种,2001和2002年增加到99种;其中以绿藻和硅藻增加的种类数最多,分别增加34和27种。浮游植物丰度为13.4×104~41.6×104cells.L-1,2000年最高,2001年最低。2000年丰水期优势种较为单一,主要以假鱼腥藻(Pseudoanbeanaspp.)为主,枯水期主要是硅藻中的颗粒直链藻(Melosira granulata)丰度较高;2001和2002年丰水期蓝藻、绿藻和硅藻共同占优势,浮游植物无绝对的优势种,蓝藻的相对丰度较高的为假鱼腥藻、蓝纤维藻(Dactylococcopsis acicularis)和粘球藻(Gloeocapsa magma),绿藻的优势种为衣藻(Chlamydomonassp.)和美丽胶网藻(Dictyospharium pul-chellum);硅藻的优势种为梅尼小环藻(Cyclotella menighiniana)和针杆藻(Synedraspp.),枯水期主要是硅藻占优势,优势种为颗粒直链藻、变异直链藻(Melosira varians)等。     

基于WRF模式评估土地利用/覆被变化的气候和水文效应

目前针对土地利用/覆被变化(LUCC)导致产汇流等水文过程(直接水文效应)变化的研究较多,而对于LUCC导致区域气候变化引起的径流变化(间接水文效应)研究却鲜有报道。采用天气预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF模式)和弹性系数等方法研究了沂河流域1990—2010年LUCC产生的间接水文效应。结果表明:WRF模式对研究区气温具有较好的模拟能力,模拟值与实测值的相关系数较高(0.86—0.97,P0.001);虽然模式对降水的模拟精度低于气温,但模拟值与实测值之间的相关系数(0.41—0.91)均达到了P0.05显著性水平。近20年来,研究区LUCC主要是从旱地向建设用地(747.3km~2)和裸地(132.4km~2)转化的过程。LUCC引起2013年1月和10月气温增加了0.2℃,导致7月气温减小了0.2℃,而4月气温基本稳定。LUCC对1月、4月和10月降水变化的影响很弱,而对7月降水变化影响较大,表现在使其减少了23.7mm。弹性分析表明,1960—2013年,流域年均降水和气温变化1%,将引起年径流量分别变化2.4%和1.8%。1990—2010年,LUCC引起2013年沂河流域降水和气温变化使得径流量分别改变了18.4%和1.7%。     

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。     

基于源汇景观单元的流域土壤侵蚀风险格局识别

人类活动影响下的土地利用及其景观格局会在一定程度上影响流域土壤侵蚀的发生发展。选取位于三峡库区的綦江流域作为研究区,利用2015年航空影像数据、数字高程模型和土壤数据库,进行水文响应单元的划分,以此作为研究区的源汇景观单元。综合景观类型、土壤和坡度对土壤侵蚀影响的贡献,构建源汇景观单元权重,在此基础上,对景观空间负荷对比指数进行修正并进行土壤侵蚀风险格局识别,最后利用修正的通用土壤侵蚀方程进行土壤侵蚀的模拟,以此验证风险格局的合理性,并综合分析了源汇景观空间特征:源汇景观单元组成结构、权重和土壤侵蚀风险。结果表明:(1)源汇景观单元权重大的地区主要分布在中低山区向低丘缓坡区过渡的地带,坡度较大、土壤可蚀性较高,以及水田、旱地和居民点的源汇景观单元也较为集中分布。(2)各子流域的景观空间负荷对比指数与平均土壤侵蚀模数具有显著正相关关系,因此基于源汇景观单元并赋予其权重的景观空间负荷对比指数能较好地反映流域内部土壤侵蚀规律,可作为流域土壤侵蚀风险评价的有效方法之一。(3)依据各子流域的景观空间负荷对比指数特征可将库区綦江流域划分为五大土壤侵蚀景观风险区:北部沿江地区各子流域耕地分布较为集中且相对水流路径较短,以及林草地较少,土壤侵蚀风险大;中部丘陵地区源景观单元分布较为分散,景观空间分布不均衡,存在一定的土壤侵蚀风险;南部中低山区以林地汇景观分布为主,源景观分布相对较小,土壤侵蚀风险较低。     

森林和沼泽对溪流水化学特征的影响

以小兴安岭北部公别拉河上游为研究区,于2004年7～9月对森林溪流和沼泽溪流水样进行水化学特征对比分析.结果表明,森林和沼泽溪流水化学类型均为重碳酸盐类钙组Ⅰ型水(C^Ca_Ⅰ).森林溪流水的pH、矿化度、总硬度、HCO₃^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe均低于沼泽溪流,而总氮、总磷、Cl^-、K⁺、Na⁺则高于沼泽溪流.森林溪流和沼泽溪流中重金属元素Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg和Pb含量较低,均未超过我国Ⅰ类地表水环境质量标准.森林溪流中总氮含量为（0.27±0.04） mg·L^-1、总磷含量为（0.040±0.005） mg·L^-1,明显高于沼泽溪流中总氮含量(（0.21±0.02） mg·L^-1)和总磷含量(（0.025±0.004） mg·L^-1),沼泽湿地对N、P有较强的储存和吸附能力,且对NH₄⁺-N的吸附作用远大于对NO₃^--N的吸附.沼泽溪流中Fe含量为（0.26±0.05） mg·L^-1,显著高于森林溪流Fe含量,沼泽湿地对Fe起到还原释放作用.     

土壤-根系统水分再分配:土壤-植物-大气连续体中的一个小通路

吸收和传导水分一直被视为植物根系最主要的功能之一,而人们对根系在某些情况下还可以向土壤释放水分的事实及其对植物生长和生态系统功能的影响了解得还很不充分,尽管这样的证据由来已久。土壤-根系统水分再分配(Hydraulic redistribution, HR)是近20年间被发现和证实的,指水分从土壤中较湿的部分经由植物的根系传导而运动到土壤中较干的部分,通常发生在蒸腾减弱的夜间,可以沿水势梯度下降的方向而在不同土层间向上向下或侧向运动。HR研究揭示了土壤-植物-大气连续体中有时会存在土壤-根-土壤的水流小通路,细化了土壤-根系统中水分储存和运输的时空动态和机制。土壤水分状况的连续监测、根木质部液流测量、稳定性同位素技术的使用构成了HR实验研究的三大手段。当土壤中深层水分充足的时候,HR可以提高根系吸收和传导水分的效率,有利于植物充分利用资源,延长了浅层土壤的水分可利用期,有利于维持植物组织的生理活性和水流传导;旱季后降水来临的时候,HR可以将一部分降水转移到深层土壤,增加了可利用性水分的总量。对于干旱半干旱的沙地和草原、季节性干旱的森林等类型,HR过程可能对生态系统水分循环产生重要影响。有必要在国内针对这些生态系统展开深入的实验研究,同时探索将HR过程适当结合到生态系统模型和水文模型中,从而更准确地研究和预测群落内植物水分关系和生态系统水分动态。此外,结合农林设计、植被恢复、生态需水量估算和农业节水等方面进行的HR研究也值得深入探索。