基于分布式水文模型的水源涵养不同功能评估方法——以渭河涵养区为例

为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法。为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法I和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法I和WEP-L模型法II,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法I和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000-2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m³)和12.08 mm(5.6亿m³),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法II计算结果数值相差较大,研究区2000-2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关。WEP-L模型法II评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006-2010年期间增加、2012年以后下降以及增加。2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系。通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据。     

新疆干旱区盐碱地生态治理关键技术研究

现阶段新疆干旱区高强度水土资源开发,致使传统灌排水盐平衡模式难于维继;高效节水灌溉技术应用改变农田土壤水盐运移规律,需要创新调控理论与技术体系;传统盐碱地农业开发利用模式资源效率低、维持成本高,需要以生物修复技术为核心构建盐碱地高效率资源化利用模式。针对上述问题,在国家重点研发计划(2016YFC0501400)的资助下,通过机理研究、关键技术研发、产品研制、县域集成示范实现:(1)建立新疆干旱区现代水盐平衡调控理论,(2)创新干旱区盐碱地生态治理模式,(3)建成盐碱地产业化集成示范区,形成全产业链的盐碱地生态治理技术服务体系,(4)稳定一支以新疆相关单位为主体,国内优势单位参与的根植新疆的盐碱地生态治理队伍。     

陆地生态系统碳平衡主要研究方法评述

陆地生态系统碳平衡是全球变化科学中的核心问题之一,目前也是生态科学中的前沿与热点问题,而陆地生态系统的复杂性与不确定性决定了对陆地生态系统碳平衡估测的复杂性和不确定性。为研究这一复杂性问题,已发展了许多研究方法。可分为“自下而上”与“自上而下”两种,各种方法都有其自身的优势和劣势。相关方向也已经有了大量的研究报道,但是,不同的研究由于在方法、时间与空间尺度等存在的差异,使得许多研究结果和预测很难被有效的整合或适用于大范围甚至全球水平。综述了陆地碳平衡的主要研究方法,分析和比较了各方法的特点,指出在研究中对不同方法的结果进行分析和比较,以及采用综合方法的必要性。     

北方森林土壤呼吸和木质残体分解释放出的CO2通量

北方森林因其面积大、土壤碳储量高以及对全球暖化响应敏感而在全球碳平衡和气候系统中起着至关重要的作用。土壤呼吸和木质残体分解释放出的 CO2 通量是北方森林生态系统输入大气圈的最主要的碳源。量化这个通量并深刻理解其中的机理过程 ,是评价和预测北方森林在全球变化中的作用必不可少的内容。综述了北方森林生态系统土壤呼吸和木质残体分解释放出的 CO2 通量随生态系统类型及环境条件而变化的一般格局以及自养呼吸和异氧呼吸在土壤表面 CO2 通量中的相对贡献 ;分析了影响北方森林土壤呼吸的主要生物物理因子 ;讨论了该领域研究存在的问题和今后的研究方向 ;并强调木质残体分解释放出的 CO2 通量虽然在以往的森林生态系统碳平衡研究中常被忽略 ,但在火灾频繁的北方森林中不容忽视     

137Cs示踪技术研究坡耕地黑土侵蚀和沉积特征

准确地测定研究区137Cs背景值,建立137Cs流失量与土壤再分布速率之间的定量模型是137Cs示踪技术的关键。通过野外选择参照样地和利用热核爆炸源137Cs背景值模型来确定研究区137Cs的背景值,在此基础上用体现耕作迁移的质量平衡模型估算黑土坡耕地不同地貌部位的土壤再分布速率,并对主要参数进行敏感性分析。结果表明(1)研究区实测的137Cs背景值为2376.81±108.46Bq/m2,模型预测值为2318.4Bq/m2,模型预测远离西北核试验基地的地区较为准确。(2)研究区中坡位(坡肩和坡背)137Cs含量最低,侵蚀最为强烈,平均侵蚀速率为33.56t/(hm2·a)和21.67t/(hm2·a);坡麓和坡足则明显表现沉积,平均沉积速率为-4.93t/(hm2·a)和-24.61t/(hm2·a)。(3)模型预测的侵蚀速率与耕层质量深度(d)、张驰深度(H)正相关,而与137Cs年沉降易被迁移的比例(γ)和颗粒校正因子(P)反相关。并且,模型对参数d、p的敏感性分别高于参数H和γ。     

亚热带-暖温带过渡区天然栎林的能量平衡特征

利用开路涡度相关系统和常规气象观测仪器观测了我国北亚热带-暖温带气候过渡带(河南南阳)的一片锐齿栎天然林的能量通量及常规气象。以一个完整年(2016年10月—2017年9月)的观测数据为依据,定量分析了此锐齿栎林的能量通量的日变化、季节变化以及各能量分量的分配特征,并计算了能量闭合度以及波文比。结果表明:锐齿栎林观测期间一整年净辐射为2626.17 MJ/m~2,感热通量为867.1 MJ/m~2,潜热通量为1417.25 MJ/m~2,土壤热通量为-2.60 MJ/m~2,土壤为热源;各能量分量日变化基本呈单峰型曲线,季节变化特征明显。非生长季,锐齿栎林的能量主要分配给感热通量,占净辐射的54.18%;生长季,能量主要分配给潜热通量,占净辐射的67.48%。观测期间研究区年降雨量较平均值稍大(1231.8 mm),森林蒸散量为579 mm,仅为降雨量的47%。波文比受森林物候变化影响较大,在非生长季平均值约为2.1,生长季约为0.2。土壤热通量在生长季2017年4—9月份为正值,土壤表现为热汇,其余月份皆为热源。土壤热通量的变化过程主要受净辐射调控,森林物候也起了一定的作用。河南宝天曼锐齿栎森林通量观测站全年能量闭合度为67%,在国际同类观测站的范围之内(55%—99%)。不能完全闭合的原因可能与通量源区面积不匹配、计算能量平衡时忽略冠层热存储等有关。     

夏季绿洲生态环境对荒漠背景地表能量过程的扰动

利用观测试验资料,对比分析了夏季典型晴天敦煌绿洲与周围荒漠戈壁背景地表过程的差异,揭示了绿洲生态系统对干旱区荒漠背景地表过程的扰动特征。结果表明:绿洲地表净辐射日平均要高出周围荒漠戈壁背景60 W/m2以上,约占绿洲净辐射的1/4以上。对绿洲高出的净辐射贡献最大的是绿洲相对低的地表长波辐射,其次是较高的太阳总辐射。而绿洲相对较低的大气长波辐射对高出的净辐射有较大的负贡献,特别是地表反射辐射也有很小的负贡献。绿洲高出的地表净辐射主要贡献于加强潜热和地热流量,还有一部分被绿洲地表能量不平衡差额所占,它实际上可能由一般地表热量平衡所不考虑的垂直热量平流来输送。而绿洲明显低于荒漠背景的感热通量则节省了一部分净辐射能量。     

北方草原牧户心理载畜率与草畜平衡生态管理途径

探讨牧户心理载畜率与草畜平衡生态管理的途径对于草原有效减畜、遏止草原退化、实现可持续发展具有重要意义。从生态学和社会科学相结合的角度,采用问卷调查、情景实验及综合分析等多种方法,探讨了北方草原牧户心理载畜率的存在、计算和影响因素,以及牧户生产决策行为特征和可能的生态管理途径。研究发现,在草甸草原、典型草原和荒漠草原,牧户行为属"有限理性",是有限理性的"生态经济人",风险规避是其基本特征,牧户生产决策表现出禀赋效应、损失厌恶、框架效应等;牧户草场所属草原类型和牲畜存栏数显著影响牧户对草场超载的认知和判断,在不同草原类型区,户主文化水平、性别、民族和是否嘎查干部等亦显著影响牧户对超载的认知和判断;需采取基于进化博弈的分步式、合作式及示范引导式的适应性减畜的生态管理途径,以实现牧户心理载畜率向生态优化载畜率的转移,实现优化牧户生产方式、减少牲畜数量、治理草原退化、北方牧区生态和牧民经济双赢的目标。     

肠毒素大肠杆菌定居因子抗原基因CFA—1在痢疾杆菌中的表达

通过体外重组的方法,构建了包含asd基因的重组表达质粒pZHY21,与福氏志贺氏菌Fwl101构成了宿主－载体平衡致死系统,Westem印迹结果表明,在没有抗生素条件选择的情况下,稳定表达肠毒素大肠杆菌定居因子抗原CFA－I。电镜结果显示,在重组菌株的菌体表面,表达产物能够装配成菌毛。重组菌通过口服和鼻饲免疫小鼠后,可以诱生CFA－I的抗体;同时可以检测到分泌型IgA产生,表明重组菌可以诱导相应的粘膜免疫反应。     

糙皮侧耳(平菇)疏水蛋白的分离纯化及其界面自组装特性研究

从糙皮侧耳Pleurotus ostreatus Pm039菌丝体中分离纯化到一种疏水蛋白并命名为Po.HYD1,SDS-PAGE显示其分子量约15kDa。Po.HYD1具有高度的表面活性,100μg/mL浓度下能够降低水表面张力至25.5mN/m。在1~100μg/mL浓度范围内存在6μg/mL和24μg/mL两个关键浓度,说明了不同浓度范围内自组装条件的改变。水接触角测定证明了Po.HYD1自组装膜的包被能够逆转固体表面的可湿润性。原子力显微镜分析揭示了Po.HYD1在云母表面形成厚度4.2±0.1nm"小杆层";在高定向热裂解石墨表面形成厚度3.2~3.8nm吸附层;在剧烈振荡诱导下的水溶液中形成形状相似、取向一致但体积大小不等的"耳型"颗粒。