甘肃黄土高原区主要城市雨洪资源利用潜力

根据甘肃省黄土高原区城市雨洪资源的分布特征,选取主要城市兰州、定西、平凉、庆阳和天水为研究区,研究了各主要城市降水量特征变化规律,并对各主要城市雨洪资源利用潜力进行了分析计算。结果表明,兰州、定西、平凉、庆阳和天水雨洪资源的平均理论潜力分别为5.71×10⁷,8.61×10⁶,2.38×10⁷,7.62×10⁶和3.21×10⁷m³,平均可实现潜力分别为2.91×10⁷,4.65×10⁶,1.43×10⁷,4.87×10⁶和1.95×10⁷m³。计算结果说明,甘肃黄土高原区各主要城市雨洪资源利用潜力相对较大,具有很好的开发利用前景,并且可为黄土高原区城市雨洪资源高效利用和有效管理提供参考依据。     

南水北调中线水源地土壤侵蚀经济损失估算

在GIS的支持下,通过气象数据分析、实地调查、野外采样及室内分析、DEM计算、遥感解译等,构建了南水北调中线水源地丹江口水库库区流域地理信息数据库,并利用USLE估算了研究区的土壤侵蚀量。以1990年的价格为基准,利用市场价格法、机会成本法和影子工程法估算了水源区年均土壤侵蚀带来的经济损失。结果表明,水源区的年均土壤侵蚀模数为2394 t/(km²·a)。研究区表土流失造成的全氮、全磷、全钾和有机质损失量在分别换算成标准化肥磷酸二铵、氯化钾及薪柴后的经济损失分别为1.64×10⁸,7.25×10⁷,1.17×10⁹和2.97×10⁷元;年均侵蚀的土壤相当于61.94 km²的土地被废弃,经济损失为3.71×10⁷元。土壤侵蚀导致的涵养水分、泥沙淤积和泥沙滞留方面的经济损失分别为3.22×10⁵,1.88×10⁷和1.95×10⁶元。水源区年均土壤侵蚀总经济损失达1.50×10⁹元,其中养分损失占96.11%。     

稻鱼共生系统的推广潜力分析——以中国南方10省为例

稻田浅水环境为许多水产动物提供了生境,也为稻鱼共生产业的发展提供了基础。但是,一个区域的稻田是否适合发展稻鱼共生系统,常常受到当地自然和社会条件的影响,了解这些影响对有效推广稻鱼共生系统有重要意义。本文以我国南方10省为研究区域,从自然和社会经济因素两个方面分析了稻鱼共生系统的推广潜力。研究利用气象资料和农业统计数据,基于地理信息系统构建了研究区域内的稻田地理分布数据库,确定了15个影响稻鱼共生系统推广效率的指标,通过指标的层级模型和线性加权评分法对不同稻田的推广优先等级进行评估,并构建了基于稻田总面积、推广率和单产水平下鱼产量估算的简易模型。结果表明,综合自然和社会经济条件,研究区域内的稻田可划分为4个推广优先等级,面积占比分别为：等级1占29.6%（3.59×10⁶ hm²）,等级2占16.9%（2.05×10⁶ hm²）,等级3占24.2%（2.94×10⁶ hm²）和等级4占29.4%（3.57×10⁶ hm²）;其中湖南、四川、江西和浙江4省的稻田50%以上属于等级1和等级2,而在云南和贵州基本上所有的稻田都属于等级3和等级4。等级1和等级2的稻田适合推广集约型稻鱼共生模式,这两个等级的稻田每个生长季可产出最高鱼产量分别为3.77×10⁶ t和2.15×10⁶ t;而等级3的稻田适合进行粗放型和集约型模式相结合的推广方式,粗放型和集约型模式最高鱼产量分别为0.62×10⁶ t和3.09×10⁶ t。本研究主要结果为合理制定稻鱼共生系统推广策略提供借鉴,也可为国内外稻田水产养殖产业发展规划的制定提供参考。     

汶川地震后肖家沟泥石流活动特征与灾害防治

肖家沟是汶川地震震中映秀镇近邻的一条典型泥石流沟,位于渔子溪河左侧,沟域面积7.19 km²,沟床平均纵比降为485‰。"5·12"地震后该沟多次暴发泥石流。2010年8月14日,肖家沟暴发特大规模泥石流,一次冲出物方量约6.50×10⁵ m,堵塞渔子溪,堰塞湖溃决后造成洪水灾害。肖家沟泥石流物源条件非常丰富,地区降水充沛,危险性巨大,一旦发生泥石流,直接威胁S₃₀₃映秀段公路,造成交通中断;若发生大规模泥石流堵塞渔子溪形成堰塞体,堰塞体溃决之后,大量泥沙被洪水带至下游,抬高河床,将对下游映秀镇产生严重的洪水灾害。目前肖家沟沟域内共有松散固体物源量5.22×10⁶ m³,可参与泥石流活动的动储量为2.01×10⁶ m³。以肖家沟泥石流形成条件为基础,分析震后连续发生的泥石流类型与活动特征,并以此为依据探讨了肖家沟泥石流治理的简要思路。     

基于InVEST模型的祁连山国家公园碳储量时空分布研究

[目的] 研究祁连山国家公园碳储量及其时空分布,分析土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响,为提升国家公园生态价值、调整生态工程及土地管理政策提供科学依据。[方法] 结合土地利用变化动态指数和土地转移矩阵分析国家公园生态破坏和生态恢复前后的土地利用变化,然后基于InVEST模型Carbon模块,以土地利用遥感影像和碳密度为模型运行数据,计算土地利用变化导致的碳储量变化。[结果] ①祁连山国家公园1980,1990,2000,2010,2018年的碳储量分别为9.07×10⁸,9.07×10⁸,9.07×10⁸,9.16×10⁸,9.17×10⁸ t,呈现“先减后增”的趋势,累计增加9.86×10⁶ t。②碳储量空间分布与土地利用类型有一定联系。碳储量较高的地区主要集中在公园东段和中段东侧,以林地为主;碳储量较低的地区主要集中公园西段和中段西侧,以未利用地为主。③1980—2018年生态正向演变下的土地利用变化（耕地、草地和未利用地转为林地,耕地和未利用地转为草地,未利用地转为水域）是国家公园碳储量增加的主要原因。[结论] 巩固实施生态工程,着重保护草地资源、调整土地管理政策等方式能够有效促进生态系统正向演变,优化土地利用结构,有利于祁连山国家公园陆地生态碳储量的增加。     

径流季节变化对清水河河道生态环境需水量的影响

[目的] 估算清水河河道生态环境需水量,为保证清水河发挥其正常生态功能以及流域内水资源的合理配置提供依据。[方法] 通过对清水河流域用水情况实地调查,在分析整理多年水文统计资料的基础上,考虑生态用水安全,根据清水河径流随降水时间的季节性变化特点以及流域多年水文变化特征,在空间上选取清水河干流的不同断面计算河道生态环境需水量。针对需要满足河流不同生态功能要求,分别采用Tennant法、面积定额法,90%保证率最枯月水量法等方法计算河道基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量以及水体自净需水量。[结果] 清水河河道生态环境需水量包括基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量及水体自净需水量,年需水总量上游段为6.29×10⁶ m³,中游段为6.57×10⁷ m³,下游段为1.65×10⁸ m³。[结论] 清水河河道生态环境需水量与泥沙含量和水质有直接关系。泥沙含量高是清水河河道生态环境需水量高的最主要因素。     

长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

北京市城市绿化用水的供需风险评估

北京市水资源短缺的问题已成为制约社会经济发展和影响社会稳定的重要因素之一,因此,如何协调北京市城市绿化与水资源的合理有效利用问题亟需得到解决。基于北京市城市绿化现状及水资源利用现状,采用尺度扩展法,计算了2012年北京市城市绿化的生态需水量,并结合北京市有效降雨利用量和实地调查数据,求得2012年北京市城市绿化的理论供水量和实际供水量。在此基础上,利用灰色马尔科夫链模型与熵值法对北京市城市绿化供水的3种来源(地表水、地下水、再生水)做出评估,得出2014年实际供水量预测值区间。2012年北京市理论供水量为5.07×10⁸ m³,实际供水量为6.86×10⁸ m³。2014年预测实际供水量区间为7.29×10⁸~7.93×10⁸ m³。评估结果表明,北京市仍存在城市绿化用水供需风险问题,并据此提出相关节水措施和建议,为保障北京城市供水安全与水资源可持续利用相关研究提供参考和借鉴。     

清水河上游流域可收集雨水资源量估算与检验

以北京市西部山区典型流域——清水河上游流域为例,采用地理信息系统(GIS)和SCS(Soil Conservation Service)相结合的方法,估算了该流域不同土地利用类型在不同水文年6-8月可收集雨水资源量;并选取2008-2009年6-8月10场降雨的实测径流量数据,与SCS-CN模型计算的径流量进行误差分析,用来检验SCS-CN模型的精确度。结果表明:(1)研究区枯水年(p=75%),平水年(p=50%),丰水年(p=25%)6-8月可收集雨水资源量分别为7.16×10⁷,1.04×10⁸,5.71×10⁷ m³,占全年的平均百分比为82.43%;(2)不同土地利用类型在平水年6-8月可收集雨水资源量占总量百分比分别为:草地和林地占86.13%,耕地和园地占4.87%,工矿仓储用地、住宅等其他土地利用类型占9%;(3)利用SCS-CN模型计算径流值与实测值相比,合格率达到90%。     

鄱阳湖地区典型湿地碳储量时空演变与情景预测

[目的] 分析鄱阳湖湿地生态系统碳储量时空特征,为下一步鄱阳湖地区湿地保护,实现区域“碳达峰、碳中和”提供科学依据。[方法] 结合InVEST和GeoSoS-FLUS模型,计算2000—2020年鄱阳湖地区典型湿地碳储量,并预测自然发展情景与生态保护情景下2030年碳储量变化。借助地理探测器模型,探究碳储量变化的驱动因素。[结果] ①2000,2010,2020年鄱阳湖地区典型湿地碳储量分别为2.42×10⁶,2.48×10⁶,2.46×10⁶ t。②高碳储量集中于中西部林地,低碳储量集中于中东部、西部和北部的湖泊水域。③土地利用是碳储量转移的主导因素,其中沼泽草地、沼泽地、林地、耕地对碳储量转移的解释力依次降低。④相较于自然发展情景,生态保护情景2020—2030年碳储量变化速率由-17.81%变化为-1.09%。[结论] 合理的生态保护政策可以有效地保障湿地的固碳能力,应强化国土用途管制,落实生态保护措施,为提升区域碳储能力提供保障。     

基于GIS的内蒙古自治区植被生态需水量研究

[目地] 分析计算内蒙古自治区不同典型分区的植被生态需水量,为该区域水资源管理和生态保护提供科学建议。[方法] 以Penman-Monteith公式为基础,利用实测与多源遥感数据,对1990—2020年内蒙古自治区4个典型区域（西部地区、中部地区、东部地区、东北部地区）植被生态需水量（ecological water requirement,EWR）和单位面积植被生态需水量（ecological water requirement for vegetation per unit area,ET）进行反演,并分析其时空变化的主导因素。[结果] ①时间上,30 a间EWR呈现先降后升的趋势,就区域总量来看西部地区较为稳定,维持在3.00×10¹⁰ m³左右;中部与东部地区在6.00×10¹⁰ m³左右,变化幅度较大,年间最大变幅超1.00×10¹⁰ m³;东北部地区高,且稳定在1.00×10¹¹ m³左右。②空间上,总体呈现出自西向东逐渐升高的态势且东西差异巨大,东北部区单位面积植被生态需水量（ET）均值较西部地区高近250 mm。[结论] 降水蒸发主导下的气候因素与土地覆盖类型变化主导下的人为因素是内蒙古自治区植被生态需水量变化的关键因素,后者影响程度要大于前者。     

中国耕地利用净碳汇与农业生产的时空耦合特征

深入分析中国耕地利用碳源/汇,可为实现"双碳"目标提供耕地领域的数据参考。以中国30省(市、自治区)作为研究范围(港、澳、台、西藏数据缺失过多,难以纳入分析),核算耕地利用碳排放、碳吸收量,根据二者差值分析净碳效应,刻画其时空演进特征,进而采用耦合协调度与改进的Tapio耦合指数探索净碳效应与农业产值的关系变化。结果表明:(1)20年间,耕地利用碳排放量均值为2.33×10⁸ t,呈先升后降态势,于2015年达到峰值2.63×10⁸ t;碳吸收量则由5.19×10⁸ t升至7.86×10⁸ t;净碳汇由3.19×10⁸ t增至5.40×10⁸ t,表明中国耕地利用系统始终呈现为碳盈余,碳汇效应随时间推移不断增强。(2)就时序特征而言,净碳汇历经波动不定、高速增长、稳定增长3个阶段。从空间格局来看,净碳汇呈自东向西逐次递减的分布特征。(3)从数量角度而言,中国耕地利用净碳汇与农业生产的关系已由全局失调改善为部分协调;从速率角度而言,二者增速关系在多数年份体现为经济主导型耦合,省域状态由若干类型并存演进为以经济主导型耦合居多。据此,应加快耕地利用方式自农资驱动向技术驱动转型,促进种植业全产业链碳减排,分类分批推进排放大省减源增汇。     

门头沟西侧小流域地表雨水资源量预测

应用传统的径流系数法与SCS-CN模型法预测了北京市门头沟西侧小流域雨水资源利用潜力,并对比了不同方法预测的雨水资源量及其时空分布规律。结果表明,径流系数法预测的丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)和多年平均年份地表雨水资源量分别为:2.84×10⁷m³,1.98×10⁷m³,1.22×10⁷m³和2.14×10⁷m³。模型法预测的丰水年、平水年、枯水年和多年平均地表雨水资源量分别为:3.21×10⁷m³,2.16×10⁷m³,1.31×10⁷m³和2.50×10⁷m³,经验法预测值小于模型法。夏季的7月,地表的雨水资源利用潜力达到相应特征年份的最大值。     

石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算

基于遥感手段并运用ArcGIS 9.3软件统计获得石羊河流域1987,2000及2010年3期各类型天然植被面积数据,采用阿维里扬诺夫估算方法对石羊河流域各县区天然植被的生态需水量进行了估算。结果表明,石羊河流域1987,2000及2010年天然植被适宜生态需水量分别为2.43×10⁹,2.34×10⁹,2.06×10⁹ m³,其中各县区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为:肃南县> 天祝县> 永昌县> 民勤县> 古浪县> 凉州区> 金川区。石羊河流域林地、草地的生态需水量基本各占总需水量的1/2,但各县区林地、草地生态需水量的百分比差异明显,流域天然植被的水分利用率介于2.74~16.55 kg/(hm²·mm)。通过对石羊河流域3期天然植被适宜生态需水量的研究发现,流域天然植被无论从总需水量还是各优势盖度的需水量上均呈现减少趋势,因此确定天然植被的适宜生态需水量,对区域水资源的合理配置和科学制定生态恢复方案具有重要的现实意义和借鉴作用。     

西北干旱区不同土地利用情景下的碳储量及碳源/汇变化模拟与预估

[目的] 研究中国西北干旱区2000—2020年以及未来2100年不同发展情景下的土地利用变化,分析土地利用变化引起的碳储量、碳源/汇变化,以期为区域土地优化管理及碳汇增加和环境保护提供参考。[方法] 基于2000—2020年土地利用数据,采用FLUS模型模拟未来2100年土地利用情景;采用修正后的碳密度、土地利用数据,运用InVEST模型carbon子模块估算并分析2000—2020年及未来2100年不同土地利用情景下的区域生态系统碳储量、碳源/汇及变化。[结果] ①2000—2020年西北干旱区耕地、草地和建设用地面积持续增加,林地、水域和未利用地面积减少,21 a间全区域碳储量增长了1.60×10⁸ t,其中植被碳储总量增加2.89×10⁵ t,土壤碳储总量增加1.60×10⁸ t。②与2020年相比,2100年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下碳储量分别增加了6.37×10⁸,7.78×10⁸,8.49×10⁸ t,耕地、生态保护情景下碳储能力有明显的提升,是增加区域碳汇的重要途径。③西北干旱区碳储量值空间分布存在明显异质性,碳储量高值区（9 800～14 568 t）主要集中连片分布于山林区,而广大沙漠、戈壁区碳储量值较低（1 600～5 800 t）,这与区域土地利用类型的分布密切相关。④2000—2100年碳源/汇区呈嵌套、交错分布,碳源区主要分布于天山北坡、塔里木盆地绿洲边缘及昆仑山西部,碳汇区与碳储量中、高值区分布基本一致,集中在林地、草地广布的山区。[结论] 西北干旱区2000—2020年碳储量呈持续上升趋势,未来3种情景下碳储量也均有明显增加,特别是生态保护情景下碳储能力显著提升,有利于生态环境持续良性发展。     

1969-2018年黄河实测径流与天然径流的变化

[目的] 分析黄河实测径流与天然径流的变化规律，为探究人类活动对径流的影响提供依据。[方法] 基于1969—2018年黄河干流8个水文站的天然径流和实测径流数据，使用Mann-Kendall趋势检验与突变检验法，对比分析近50 a黄河干流实测径流和天然径流的变化规律。并结合近15 a各分区耗水数据探讨人类活动对于径流的影响。[结果] ①1969—2018年黄河上中下游实测径流整体呈降低趋势，兰州、花园口、利津3个代表站多年平均降低速率分别为5.10×10⁷，3.55×10⁸，4.13×10⁸ m³/a。②近50 a天然径流和实测径流趋势突变主要集中在1986和1990两个年份，结合前人研究和重要水事分析，1986年突变可能与1984年以来一系列水土保持措施实施以及1986年龙羊峡水库修建有关；而造成1990年径流突变的原因可能是80—90年代黄河流域用水量激增和流域下垫面改变。③天然径流与实测径流的差值从上游至下游水文站断面逐渐增大，这主要与近15 a平均耗水量也沿程增大相一致；另外多年平均实测径流在利津站仅占天然径流的42%。耗水量最大的两个分区为花园口以下和兰州—头道拐段，分别达到了1.06×10¹⁰和1.04×10¹⁰ m³。[结论] 人类活动中的各项耗水（尤其是农田灌溉）是造成兰州站以下地区天然径流与实测径流差值大的主要原因，因此，应进一步推进黄河流域节水农业的发展，合理分配各项耗水量。     

生物质炭对土壤N2O消耗的影响及其微生物影响机理

生物质炭在温室气体减排方面具有很大的发展前景,它不仅能实现固碳,对于在大气中停留时间长且增温潜势大的N₂O也能发挥积极作用。本研究采用室内厌氧培养试验,按照生物质炭与土壤质量比（0、1%和5%）加入一定量生物质炭,土壤重量含水率控制在20%。利用Robotized Incubation平台实时检测N₂O和N₂浓度变化,通过测定土壤中反硝化功能基因丰度（nirK、nirS、nosZ）分析生物质炭对N₂O消耗的影响及其微生物方面的影响机理。结果表明：经过20 h厌氧培养后,0生物质炭处理的反硝化功能基因丰度（基因拷贝数·g^-1）分别为6.80×10⁷（nirK）、5.59×10⁸（nirS）和1.22×10⁸（nosZ）。与0生物质炭处理相比,1%生物质炭处理的nirS基因丰度由最初的2.65×10⁸基因拷贝数·g^-1升至7.43×10⁸基因拷贝数·g^-1,nosZ基因丰度则提高了一个数量级,由4.82×10⁷基因拷贝数·g^-1升至1.50×10⁸基因拷贝数·g^-1,然而nirK基因丰度并无明显变化;5%生物质炭处理的反硝化功能基因丰度并未发生显著变化。试验结束时,添加生物质炭处理的N₂/（N₂O+N₂）比值也明显高于0生物质炭处理。相关性分析结果表明,nirS基因丰度和nosZ基因丰度均与N₂O浓度在0.01水平上显著相关。试验末期nirS基因丰度和nosZ基因丰度均随着N₂O浓度的降低而升高。因此在本试验中,添加1%生物质炭可显著提高nirS和nosZ基因型反硝化细菌的丰度,增大N₂/（N₂O+N₂）比值,促进N₂O彻底还原成N₂。生物质炭对于N₂O主要影响机理是增大了可以还原氧化亚氮的细菌活性,促进完全反硝化。     

氢氧化铁对土壤水浸液的澄清和NO2-测定的增敏作用

本文对浑浊的土壤水浸液必须使用的澄清剂进行了选择确定。对于澄清液在NO₂^--对氨基苯磺酸-α荼胺显色体系中所表现出来的增敏作用做出较全面的深入研究。ε值由4.60×10⁴提高到1.28×10⁵,应用于样品分析,SRD=1.34。     

草原生态系统土壤-植被组分中氮、磷、钾、钙和镁的循环

本文研究了内蒙古锡林河流域两种典型草原的生产力、营养元素在生态系统中的分配及其循环.研究表明,除C和N在植物组分中贮量稍高以外,P、K、Ca和Mg的99%以上存于土壤分室中.而植物组分中的营养元素则主要贮存于根系之中.1985年至1986年,羊草草原地上凋落物的形成量为234克·米^-2,大针茅草原为88.4克·米^-2;同期凋落物的消失量分别为219.6和91.1克·米^-2;从活根向死根生物量的年转移量分别为1712和920克·米^-2;根系的降解速率分别为0.00355和0.00365克·克^-1·天^-1.文中给出了诸元素在生态系统中的循环图,讨论了两类草原生态系统中元素循环的特点.