不同时空尺度下流域景观格局与水质的相关性研究——以嫩江右岸典型子流域为例

流域景观格局与水质的相关关系依赖于研究的时空尺度,区分时空尺度的研究有助于为流域水陆一体化管理提供准确依据。以嫩江右岸典型子流域为例,从亚流域、河流廊道2个空间尺度,丰水和枯水期2个时间尺度,研究了景观格局与河流水质的相关关系,分析了相关关系的时空差异。空间尺度上的研究结果表明：（1）亚流域尺度上与水质指标相关性显著的景观指标个数较河流廊道尺度多;（2）随尺度增大,NO3—N,综合污染指数与林地景观百分比的负相关性先增后减,400m处负相关性最强;TDS,NH4—N,NO3—N,综合污染指数与耕地景观百分比的正相关性先增后减,300m处正相关性最强,300～400m是嫩江支流廊道管理的关键区域。时间尺度上的研究结果表明,丰水期与水质指标显著相关的景观指数个数较枯水期多;丰水期林地、草地和耕地景观与水质指标的相关性强,而枯水期建设用地景观与水质指标的相关性强。     

河流生态修复研究进展

在河流生态系统普遍遭受严重破坏的今天,河流生态修复成为研究的热点。该文在广泛查阅国内外河流生态修复资料的基础上,分析认为河流生态系统的影响因素主要为水文条件、流域气候、河流地貌、河流的水力特性和水质,以及人类活动在传统水利工程、污染物排放、过量引水及农渔业活动方面对河流生态系统的胁迫作用。在明确河流生态修复概念与任务的基础上,对河流生态修复理论研究中的河流健康、河流生态需水、河流生态修复尺度与机理,以及河流生态修复模型进行了分析与综述。对河流生态修复原则及生态修复中的几个重要技术问题进行了分析与评价。最后提出了我国河流生态修复研究和建设中应特别关注的几个问题及发展建议。     

艾比湖流域年径流变化特征分析

以艾比湖流域的博尔塔拉河(博河)和精河为例,基于1961-2008年的径流序列,运用累计距平法、小波分析法和滑动t检验等方法,分析了艾比湖流域年径流变化的趋势特征、周期特征和突变特征,揭示了流域径流的变化规律,得出以下结论:(1)从长时间尺度上来看,艾比湖流域博河和精河两条河流的年径流量均呈增加的趋势;从短的时间尺度上来看,流域内两条河流的径流量又表现出一定的波动性。(2)艾比湖流域河流的年径流均存在明显的周期性。(3)在20～25年的时间尺度上,两条河流均经历了一个丰枯交替;在10～20年的周期尺度上,博河和精河径流量经历了多次丰枯交替;在10年以下的周期尺度上,两条河流的周期性都比较复杂。(4)博河和精河年径流量变化趋势比较显著,两条河流均在1998年发生了一次由少到多的转折突变。     

青藏高原流域廊道体系对生态环境的影响-以尼洋河流域为例

通过对尼洋河流域景观生态系统廊道体系构成和布局现状分析，揭示了流域内廊道体系的主要问题：构成单一、布局简单；详细分析了各种廊道对流域生态环境的有利和不利影响。在此基础上提出了流域廊道体系优化对策。     

黄土丘陵沟壑区径流输沙相关性的尺度效应分析

以陕北黄土丘陵沟壑区延河、清涧河、汾川河3条流域作为研究区域,针对该区9个水文站点的6-9月径流量、输沙量的数据,探讨了时空尺度变化对径流与输沙相关性的影响.结果表明二者在不同的时间尺度和空间尺度上其相关程度差异明显.基于径流因子与输沙因子的关系所拟合的曲线模型中,7,8月份的模型拟合优度在整体上高于6月、9月,汛期的模型拟合优度一般低于7,8月份的模型拟合优度.汛期清涧河流域的模型拟合优度高于延河和汾川河流域,区域的模型拟合优度高于延河和汾川河流域,但略低于清涧河流域.     

面向河流健康的鳌江综合整治研究

河流健康问题引起广泛重视,依据健康河流的要求实施综合整治,具有重要实践意义。分析了河流健康理念对河流综合整治的启示,从水质、水文与水生态三个方面,探讨了鳌江生态退化的驱动机制,并从流域及河流廊道两个尺度提出了鳌江综合整治对策与方案。     

近自然河道植物群落构建及其对生物多样性的影响

分析了河流作为重要地理要素和生态廊道在区域景观中的重要生态功能,以及河道建设中存在的主要问题。根据景观生态学原理,阐述了河道植物通过边缘效应、廊道效应和干扰效应可以对生物多样性产生积极影响。通过对10多个试点河段两年多的试验研究,提出河道建设要为植物措施创造条件,充分考虑生物多样性,恢复健康稳定的河道生态系统。认为河道生物多样性还需要考虑河流形态多样性,加强定位系统观测和注重研究植物群落演替规律。     

宁南山区集雨节灌工程建设管理机制研究与实践

解释了城市河流生态系统修复概念的内涵,认为其修复应是一种重建或改造活动,包括河流本体与社会经济两方面含义。提出了以城市河流生态系统健康为最终目标的多目标整体修复思想,界定了河流生态系统修复活动须遵循的原则。建立了“控源、截污、清淤、增容、拓岸、筑绿、造景、营栖”的城市河流生态系统修复模式,总结了修复的技术途径,包括河道外、河道内、栖息地与鱼道、物理形态结构修复4个方面。     

1990-2017年哈尔滨市城乡生态耦合及其安全格局构建

[目的]探究哈尔滨市中观尺度上城乡空间各类生态要素的衔接模式与生态廊道布局的细节优化措施,旨在实现城市内部与乡村的生态系统联动,提升区域生态效益,为相关生态规划部门提供决策参考。[方法]基于景观生态学原理及GIS技术,以生态阻力值较大的重要河流廊道为边界,根据城市发展动向,裁切出哈尔滨市城乡空间在中观尺度上的研究范围。通过分析哈尔滨市1990-2017年土地利用变化,得出各类生态要素在时空尺度上的耦合模式演变,为生态安全格局构建及优化提供方向。运用形态学空间格局分析法(MSPA)对研究区域生态要素的核心区、桥接区及岛状斑块等进行识别与评价,根据dPC指数提取出重要生态源地,基于最小累积阻力模型(MCR)得出潜在生态廊道,通过科学计算对连通性较弱的区域进行规划补充,归纳廊道缓冲区宽度、核密度及生态断裂点,并结合生态耦合机制的时空变化对生态安全格局进行细节优化。[结果]通过各类生态要素在中观尺度上的耦合模式变化,确定了哈尔滨市城乡生态源地及廊道细节优化策略,形成稳定可持续的生态安全格局,归纳总结了因地制宜的优化建设措施。[结论]哈尔滨市共计15处核心区为原生态源地,重要生态廊道为42条,一般生态廊道为63条,主要分布于研究区域北部。优化后的生态安全格局补充了11处生态源地和220条潜在规划生态廊道,廊道适宜建设宽度为60 m。     

云南省澜沧江流域自然保护地生态网络构建

[目的]构建云南省澜沧江流域自然保护地生态网络,为该流域的生态安全与保护提供科学依据。[方法]以云南省澜沧江流域为研究区,选取距水体距离、距建成区距离、植被覆盖度、土地利用、坡度、高程6个生态因子构建最小积累阻力模型,将流域内国家级、省级、市县级自然保护地作为生态源地,识别源与源之间的最小阻力路径作为潜在的生态廊道,在此基础之上识别生态节点与生态断裂点,以此构建出云南省澜沧江流域的生态网络。[结果]云南省澜沧江流域生态源地数量为43个,主要集中在流域中游与下游。共构建出67条生态廊道,与澜沧江主体水系重叠度达59%;在生态网络基础之上识别出20个生态节点与41个生态断裂点,为后期生态网络的优化与修复和区域道路建设提供参考依据。[结论]根据生态源地、生态廊道、生态网络分布特点,增加澜沧江上游、威远江流域、黑江、黑河流域等地生态源地的数量,提升罗闸河、黑河、黑江、南览河流域等地河流岸边的生境质量,以生态节点和生态断裂点生态化建设作为补充,形成完整的生态保护网络,缓解栖息地孤岛化问题,促进生态源地之间的物种流动,保护区域内的生物多样性。     

红枫湖流域非点源污染控制区划

非点源污染发生的广域性、分散性、随机性等特征使得对其进行效管控难度较大。以非点源污染关键源区识别为基础,对流域进行分区管控是实现非点源污染控制的有效途径。基于源头削减和过程管控协同管理的思路,将GIS技术、ArcSWAT模型、非参数检验和因子分析技术相结合,以农耕养殖程度较高的贵州红枫湖上游羊昌河流域为研究区,通过对流域近5 a非点源污染负荷特征进行模拟,识别影响非点源污染流失的关键因素,在此基础进行污染控制区划。结果表明：1）总氮和总磷负荷高风险区主要集中于地势较高且农业耕作活动频繁区域,刘官乡、黄腊乡、旧州镇及白云镇是非点源污染控制的重点乡镇;2）采用多因素方差分析7种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明,施肥量是影响总氮、总磷输出的最主要的因子,坡长、坡度及土地利用方式是次重要因子。针对羊昌河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现实特征来看,土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响;3）羊昌河流域可划分为3个污染控制区,第1类：生态农业综合整治区（以近河道耕种区为主,面积254.4 km2）;第2类：污染治理区（农村生活及畜禽养殖区为主,面积405.74 km2）;第3类：生态修复区（高坡度强降雨区为主,面积464.47 km2）。研究结果可有效提升羊昌河流域非点源污染治理的效率,为水源地环境保护提供参考。     

黄土丘陵沟壑区多尺度地貌单元输沙能力及水沙关系

以黄土丘陵沟壑区裴家峁沟为原型观测流域,利用流域内相互嵌套的全坡面径流场、水文站网等观测设施,定量研究黄土丘陵沟壑区不同空间尺度地貌单元水沙关系和输沙能力特征。结果表明:1)坡面尺度地貌单元的径流深和输沙模数在多年平均时间尺度上均大于流域尺度地貌单元。当地貌单元空间尺度达到流域尺度时,多年平均径流深随着流域尺度增加而增加,输沙模数与流域面积之间存在着负相关关系。但在次降雨条件下,不同空间尺度地貌单元径流深和输沙模数峰值可能出现在全坡面、桥沟一支沟、桥沟或裴家峁沟。2)不同空间尺度地貌单元水流输沙能力随着空间尺度的增大而减少,相对于裴家峁沟,全坡面径流场、桥沟一支沟和桥沟的单位水流功率含沙量分别是裴家峁沟的186、77和58倍。3)不同空间尺度地貌单元径流量与输沙模数的水沙关系表现出较好的线性关系,且径流量与输沙模数关系随着空间尺度增加更为密切,但随着空间尺度增加,径流量和输沙模数的水沙关系曲线斜率急剧减小。研究成果可为水土流失空间尺度效应及尺度转换的研究提供科学依据。     

流域侵蚀输沙空间尺度效应及其影响因素研究进展

侵蚀输沙空间变异及其尺度效应是流域水文过程研究的一个重要内容,对流域水土流失控制和水沙资源科学管理具有重要意义。通过对流域侵蚀输沙空间尺度效应研究成果的系统回顾,从坡面到流域,阐述了降雨、土壤和植被等环境要素对侵蚀输沙尺度效应的影响,梳理了尺度效应产生机制方面的认知,总结了不同条件下坡面产流和侵蚀输沙尺度转换的代表性方法。在此基础上,对流域侵蚀输沙空间尺度效应研究的发展趋势进行了讨论,未来应增加新技术和数据的应用,建立具有明确物理机制的侵蚀输沙空间尺度转换方法,同时,急需突破剧烈环境变化对空间尺度效应影响的研究。本文的梳理与总结可为流域侵蚀输沙过程的深入研究提供参考,为土壤侵蚀防治和河流水沙的综合管理提供一定的科学支持。     

农林复合生态系统的生态学原理及生态经济功能研究进展

 农林复合生态系统是一种人工自然复合生态经济系统,对植被恢复和持续发挥土地生产力,具有极为重要的生态经济价值。在综述前人研究的基础上,论述农林复合生态系统生态学原理及生态经济功能的一系列问题:解析农林复合生态系统的定义和基本特征;归纳农林复合生态系统构建的生态学原理和生态经济功能,其中着重说明农林复合生态系统结构组分选择的原则、依据和结构优化的标志,在生态过渡区构建农林复合生态系统,可发挥双向生态缓冲功能。认为:今后农林复合生态系统的研究,应以受干扰较轻的自然生态系统为参照模式,研究农林复合生态系统组分间的生态关系,生物组分生态和谐机制,小尺度的空间异质性对局部生境植被恢复与构建的生态效应,并加强农林复合生态系统的生态定位研究。     

煤矿排土场复垦干扰指数构建及其时空分异

排土场复垦后受干扰情况影响重建生态系统的稳定性,直接关系煤矿区生态修复成败,针对长期恢复过程的干扰状况评价尤其重要。该文在MODIS全球干扰指数的基础上,将地表温度与增强型植被指数相结合,构建基于Landsat影像的排土场复垦干扰指数(dump reclamation disturbance index, DRDI),并计算山西平朔安太堡露天矿排土场28 a间的干扰指数及其时空分异特征。结果表明:复垦初期干扰强烈区呈现较强空间聚集特性,植被结构和功能恢复至自然水平的平均时长约为10a,单个排土场受干扰面积可下降至1.32%～17.76%之间。平朔安太堡露天煤矿4个排土场在稳定时限和干扰分布特征上呈现典型差异,受排矸方式、复垦方向、年限及地形地貌等因素驱动。DRDI可评估复垦排土场重建生态系统稳定时限,有效识别重建生态系统因干扰造成植被退化的空间范围和严重程度,应用于排土场复垦效果评价将为优化复垦模式、提高复垦效率提供参考。干扰指数对自然及人为因素响应的定量分析是未来研究重点。     

对土壤侵蚀研究的几点思考

土壤侵蚀是现代地理环境条件下改变地貌景观的主要过程,也是引起土壤质量退化、沙漠化与石漠化的核心因素,与土壤、生态、水文等多个地表过程密切相关。虽然土壤侵蚀研究需要气候、地质、地貌、土壤、水文、生态等相关学科的基本知识,分析土壤侵蚀发生、发展过程的动力机制,但需要明确界定土壤侵蚀研究的时空尺度。土壤侵蚀与水土保持之间相互联系、相互促进。土壤侵蚀研究的时间尺度以次降雨、月、年为主,研究主题为次降雨侵蚀过程、土壤侵蚀季节变化与年际变化,时间尺度不宜超过100年。土壤侵蚀研究的空间尺度以小流域为主,基于土壤侵蚀垂直分带性,可以进一步分为样点、坡面、沟坡与小流域。在不同空间尺度上,研究内容与研究方法差异明显。土壤侵蚀过程包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积,各个过程的主控因素存在差异,研究成果积累差异明显,研究重点会随着时空尺度的变化而有所不同。在土壤侵蚀过程研究中,应充分理解分离控制和输移控制及其时空转换阈值。虽然土壤侵蚀研究已经取得了大量成果,但在细沟网络结构及其时空变化、泥沙沉积过程、沟蚀形成与演变动力机制、重力侵蚀发育过程动力学机理、小流域土壤侵蚀过程模型等诸多方面,亟待加强研究。     

黄土区不同空间尺度土壤侵蚀预报模型研究

土壤侵蚀预报模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域三个层次。坡面尺度主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度不但要考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙及泥沙输移的影响;区域尺度主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。     

基于SWAT模型的延河流域径流侵蚀能量空间分布

降雨侵蚀力是通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)等流域土壤侵蚀模型中应用最广泛的侵蚀动力因子,但仍具有一定的局限性,相比之下,径流侵蚀功率可以更充分地反映地表水力侵蚀动力的综合作用。分析径流侵蚀功率的空间分布,以期从能量的角度阐明流域侵蚀的分布情况,研究流域空间侵蚀的特征。该研究运用SWAT模型在延河流域的模拟结果,将次暴雨径流侵蚀功率推广到年尺度,提出年径流侵蚀功率的概念,并研究年径流侵蚀功率的空间分布规律及尺度效应。研究结果表明:在延河流域年径流侵蚀功率的空间分布具有"支流大、干流小;上游大、下游小"的特点;将子流域出口断面控制面积作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈幂函数关系,空间尺度效应阈值在155 km2;将子流域出口断面以上河长作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈指数函数关系,且干、支流的空间尺度效应不同。研究结果从能量角度阐明了延河流域水力侵蚀动力的空间分布,为在延河流域不同地区进行针对性的水土资源管理、水土保持工程建设提供理论支持。     

黄河健康评价与修复基本框架

河流健康评价与修复是当前河流管理领域的研究热点。黄河生态退化日趋严重,研究其健康评价与修复,具有较强的理论与现实意义。在探讨黄河健康内涵的基础上,构建了黄河健康评价框架,包括干流与支流健康,河源、上游、中游、下游与河口段健康,流域社会经济与自然生态系统健康;建立了包括水质、水量、水生生物、物理结构与河岸带等5个要素的黄河健康表征指标体系;还提出宏观、中观与微观3个层次上的黄河河流修复内容,识别出黄河修复的优先行动领域。