九寨沟流域森林覆被变化对径流的影响

覆被变化引起的径流响应研究不仅是流域水文学的热点之一,在九寨沟更是与流域的水景观核心遗产价值保护紧密相关,因此九寨沟流域水资源的研究是迫切需要关注的问题。以SWAT模型模拟为基本研究手段,对九寨沟流域2009—2017年森林覆被变化下的流域水文做定量研究,探究了九寨沟流域对森林覆被变化的响应机理。结果表明：(1)模型率定期的决定参数R²和纳什效率系数E_ns均为0.83,验证期的R²和E_ns均为0.7,说明SWAT模型对九寨沟流域径流量模拟具有较高的适用性。(2) 2016年九寨沟流域内森林覆被面积较2004年有增加的趋势,其中针叶林面积增加明显(增加了10.56 km²),而阔叶林面积有所减少(减少了2.57 km²)。(3)相比2004年,2016年的森林覆被下的9年内年均径流量增加0.13 m³/s。年际变化中显示阔叶林的调蓄能力强于针叶林,而在年内变化中针叶林有更好的调洪补枯能力。(4)在气象条件相同的前提下,2016年月径流相...     

土地利用和气候变化对流溪河水库流域径流的影响

[目的]探究径流对土地利用与土地覆被变化(LUCC)和气候变化的响应，为华南地区流溪河水库流域未来水资源的合理利用开发及社会经济可持续发展提供依据。[方法]通过构建分布式生态水文模型CHESS和设置情景模式，定量分析了土地利用和气候变化对径流的影响，同时结合CA-Markov模型，对流域未来径流变化进行了预测。[结果]CHESS模型在流溪河水库流域径流模拟中有很好的适用性，率定期的纳什系数(NS)为0.82,R²为0.91,验证期的NS为0.74,R²为0.86;土地利用变化方面，耕地转化为林地或草地会导致年均径流量减少，林地或草地转化为耕地会导致年均径流量的增大，耕地、林地、草地对径流形成的贡献能力为耕地>草地>林地；气候变化方面，年均径流量与降水量成正比，与温度成反比；2000—2020年，流域年均径流量逐渐增大，气候变化促进了径流的形成，土地利用变化抑制了径流的形成，且气候变化的影响占主要地位；未来预估情景下，2030年、2050年流域内建筑用地面积会增大，林地、草地面积会减小，耕地、水体面积变化不大，且在2040—2050...     

1970—2015年秦岭北麓径流重建及变化

渭河流域能否高质量发展的一个关键就是水资源的问题,而秦岭北麓是渭河的重要产水区。为探究秦岭北麓近年水资源的变化特征,采用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,基于水文相似性原理,运用典型流域参证法,重建了1970—2015年秦岭北麓径流变化。结果表明:VIC模型在观测流域有着较高的适用性,在月径流模拟中,纳什系数(N_S)大于0.76,相关系数(R²)大于0.91,相对误差(RE)小于±15%; 通过水文参数移植法模型可以真实还原无观测流域径流变化,在验证期N_S,R²,RE分别为0.81,0.94,4.6。近46 a来北麓径流总量在(16.01～65.4)亿m³/a波动,1983年径流量最高达到65.4亿m³,而1977年最小值仅为16亿m³,丰水年份是枯水年份的4倍,径流年际变化明显,过去46 a秦岭北麓多年平均径流值为35.2亿m³/a。降水是径流变化的主导因素,并且也是水文模拟中最重要的影响要素。     

基于滑动Copula函数的新疆干旱内陆河流水文气象要素变异关系诊断

选取乌伦古河流域源流区出山口二台水文站1959-2015年长系列实测月径流量和同步气象观测资料,采用累积距平法、R/S分析法、Mann-Kendall趋势检验法,在对水文、气象要素序列演变规律分析的基础上,运用Person相关系数法分析径流与降水、气温的相关性,将Copula函数与数据滑动窗口技术相结合分析了径流与气象要素（降水、气温）的内在关系及变异特征。结果表明:（1）乌伦古河源流区年径流量以0.026亿m³/10 a的微速率波动减少,减少趋势不显著（U_α/2=-1.96 < U=-0.15 < 0）,未来呈增加趋势（Hurst指数H=0.36<0.5）;同时段年降水量以7.52 mm/10 a的微弱增长速率波动增加,且在1990年后,波动较为频繁,未来呈持续增加趋势（Hurst指数H=0.63>0.5）,增加趋势显著（U=2.57>U_α/2=1.96）;（2）年降水量是影响乌伦古河源流区径流量的最主要因子;（3）将年降水作为气象因子与径流量构成联合序列,进行基于滑动Copula函数对乌伦古河流域源流区长系列径流-降水联合序列进行了变异特征分析与变异点诊断,表明:其径流-降水关系变异点位是1979年,且由第一阶段（1959-1979年）的Clayton-Copula函数分布变异到第二阶段（1980-2015年）的Gauss-Copula函数分布。研究结果与实际相符,造成该研究区径流序列变异的原因主要归结为第一阶段（1959-1979年）降水量和年均气温的显著减小趋势,以及1980年以后由于人类活动强度加大,二台水文站以上干支流先后修建了库容总量约3 000万m³的水库,对流域降水产汇流及河道上下游径流间的自然相关关系的改变。     

渭河水文情势变化评估及归因分析

河流水文情势关系着河流生态健康,对河流生态系统的完整性和稳定性具有重要影响。采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法及双累积曲线法分析了渭河流域咸阳、华县与状头3个水文站径流变化特征(1965—2018年),结合IHA-RVA法综合评估河川径流水文指标改变程度,揭示了人类活动对水文情势的影响。结果表明：1965—2018年渭河主干及子流域北洛河流域年径流量呈显著减少趋势(p<0.05),干流咸阳和华县站年径流减少速率分别为5.5×10⁷ m³/a和6.8×10⁷ m³/a,北洛河状头站年径流减少速率为8.0×10⁶ m³/a;咸阳和华县站年径流量突变年份均为1993年,状头站年径流量突变年份为1994年。对比突变前后水文指标变化程度,咸阳、华县与状头站水文整体改变度分别为48%,46%和50%,为中度改变。流量变化改变率及频率改变最为显著,水利工程与水土保持措施是河川水文情势变化的主因。研究结果可为流域水资源可持续利用与水土保持措施合理...     

土地利用和气候变化对黄土区典型流域水沙变化的影响

为了探究土地利用和气候变化对黄土高原地区水沙情势的影响,选择生态恢复效果非常显著的汾河上游岚河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验法、滑动t检验法和YAMAMOTO指数法对该流域1955—2018年的年降水量、年径流量和年输沙量进行变化趋势分析和突变检验,在此基础上,利用径流/输沙历时曲线分析黄土高原生态恢复背景下流域水沙的演变规律,并根据双累积曲线法定量评价土地利用和气候变化对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:岚河流域年降水量在1955—2018年期间呈现不显著的增加趋势,而同时期年径流量、年输沙量均呈现极显著的减少趋势,年均减少率分别为0.65 mm和38.95 t/km²,并均在1983年和1999年附近发生突变,具有较好的水沙变化同步性。与基准期(1955—1982年)相比,水土保持效应期(1983—1998年)的年均径流量减少29.07 mm,年均输沙量减少5917.88 t/km²,退耕还林效应期(1999—2018年)两者相应减少33.18 mm和6967.34 t/km²,而分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期、平水期和枯水期径流量和输沙量均呈现减少趋势,且输沙量的减少程度大于径流量的减少程度。流域水土保持效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为83.21%和83.52%,退耕还林效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为117.88%和103.48%。由此可见,各时期土地利用变化是流域水沙变化的主导因素,而气候变化对流域水沙变化影响较小。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主的水土保持措施,是实现黄土高原水土流失治理及生态保护的根本途径。     

三工河流域气候、水文变化及其影响

选取三工河流域内的山区和平原区40 a来气候资料和流域内三条河流20 a来径流资料,对气候和径流资料进行计算和相关性分析,结果表明:山区和平原区气温总体都呈上升趋势,90年代是升温幅度最大的年代,冬季气温升高幅度最大;山区和平原区降水整体呈增湿趋势,80年代增加显著,秋季是山区降水增多的季节而平原区降水增加最多的是夏季;三条河流径流量年内分配比较集中,主要出现在汛期,春冬两季径流量很少,90年代较80年代径流量减少,减少310.9×10⁴m³;夏季的降水是影响流域各季节的径流量主要季节,季节气温对流域的径流量变化影响不大。     

基于小波分析的开都河径流变化周期研究

基于开都河1956—2010年径流量资料,采用小波分析法对开都河径流变化特征进行研究,讨论开都河年径流在不同时间尺度下的小波变换时频分布特征及其丰、枯交替变化的周期规律。研究结果表明,开都河年径流变化具有同步性,现正处于偏丰期;年内径流分配主要集中于6—8月,各站点最大月径流量均出现在7月。55 a来开都河流域大山口站年径流量呈现递增趋势,变化率为1.382 m³/s,、焉耆站年径流量呈现下降趋势,变化率为-0.113 m³/s。开都河大山口和焉耆两站20~30 a左右时间尺度的周期震荡最显著,其次,11~17 a左右时间尺度的周期震荡也较为显著;开都河流域径流量变化的主周期为27 a,次周期为16 a。     

内蒙古东部中晚熟区青贮玉米产量和品质与气象因素的关系

为研究青贮玉米(Zea mays L.)产量和品质与气象因素的关系,于2018—2019年在通辽市农业科学研究院试验基地,以北农青贮368、东科301、京科青贮516及京科968为材料,设置D1(4月24日)、D2(5月1日)、D3(5月8日)和D4(5月15日)4个播期,比较不同播期条件下青贮玉米产量和品质的变化,分析青贮玉米产量和品质形成与气象因素的关系。结果表明,随着播期的推迟,各品种青贮玉米生育期缩短,株高和茎粗均呈增加趋势,绿叶数变化不大,D2播期的穗位较高。各品种在D2播期的平均生物产量最高(35.2～40.2 t·hm^-2)。随着播期推迟,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量呈增加趋势,粗蛋白含量变化不明显,D2播期淀粉含量较高。生育期日照时数(R²=0.381,P=0.031)和吐丝后日照时数(R²=0.507,P=0.003)与干物质产量呈负相关,生育期降雨量(R²=0.591,P<0.001)和吐丝后降雨量(R²=0.367,P=0.03...     

渠江流域降水时空分布特征

基于1961-2020年渠江流域13个气象站点降水数据,运用累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging插值等方法研究分析了流域降水量及暴雨事件的时空分布特征。结果表明:渠江流域60年年均降水量1 126.17 mm,年降水量整体呈缓慢上升趋势,降水倾向率为6.9 mm/10 a。年降水量波动剧烈,存在27年、15年的周期性变化。年均降水量呈现由西部向东北部递增的趋势,降水量高值区位于流域东北部万源地区,低值区位于西部巴中地区。年降水量倾向率呈现由西北部向东南部递增的趋势,东部及南部降水倾向率为10~15 mm/10 a。渠江流域降水呈季节性变化,春季、秋季降水量呈下降趋势,夏季、冬季降水量呈上升趋势。5年滑动平均数据表明,夏季降水倾向率为16.9 mm/10 a,秋季降水倾向率为-7.7 mm/10 a。季节降水量波动明显,突变点较多,春、夏、秋季突变点主要集中于1961-1980年和2010-2020年间,冬季突变点集中于1985-2005年间。渠江流域春、夏、秋、冬四季降水倾向率最高值分别位于流域南部、东北部、东南部和西部。渠江流域汛期暴雨年均日数为4.28日,暴雨日数整体呈上升趋势,60年内暴雨日数以0.21 d/10 a的速率增加。汛期暴雨日数年际波动明显,1965年、1983年、1984年呈显著增加趋势。汛期暴雨日数存在14年、21年的周期性变化。渠江流域多年平均暴雨日数呈现由西南部向东北部递增的趋势,流域南部达川地区的上升趋势最快,较流域整体上升趋势高0.15 d/10 a。     

亚热带3种森林凋落物量及碳氮归还动态变化

[目的]探明亚热带不同森林类型的碳汇功能,为森林经营和针叶林改造中的树种选择提供指导。[方法]基于月动态监测,研究了罗卜岩自然保护区亚热带常绿阔叶林(米槠林)、常绿-落叶阔叶混交林(闽桦-闽楠林)和针叶林(马尾松林)3种森林类型的凋落物产量及碳氮归还动态变化。[结果](1) 3种林分中马尾松林的年总凋落量最高[9 815 kg/(hm²·a)],其次为闽桦-闽楠林[9 207 kg/(hm²·a)],米槠林最低[8 083 kg/(hm²·a)],叶是闽桦-闽楠林和马尾松林凋落物的主要组分,而米槠林凋落物以碎屑等其他组分为主;3种森林的总凋落量、叶、花果和其他组分凋落量月动态均呈双峰型曲线,峰值分别出现在11—12月和次年的4—5月。(2) 3种林分总凋落物碳归还量为马尾松林[4 970 kg/(hm²·a)]>闽桦-闽楠林[4 458 kg/(hm²·a)]>米槠林[3 804 kg/(hm²·a)],总凋落物氮归还量为闽桦-闽楠林[160 ...     

消光系数估算方法对玉米冠层光能利用模拟的影响

以玉米品种大叶矮小型的矮单268（AD268）和小叶高大型的先玉335（XY335）为供试材料，设置低（3株·m⁻²）、中（6株·m⁻²）、高（9株·m⁻²）3个种植密度，综合利用冠层光合有效辐射（PAR）垂直分布数据、冠层三维模型与冠层光合模型，分析了对数法和回归法估算出的消光系数（k_log和k_nls）对品种和种植密度的响应及其差异，评估消光系数估算方法对冠层光能利用模拟的影响。结果表明：k_log与k_nls存在差异，这种差异在大叶矮小型品种AD268下表现更加明显，且差异随着种植密度的增加而加剧，基于k_nls对冠层光分布的拟合效果（R²=0.86）优于k_log（R²=0.77）；基于k_log和k_nls的玉米冠层光能利用特征对种植密度的响应规律在不同品种间存在明显差异，以k_log和k_nls模拟的AD268的日CO₂同化量、地上部干物质日积累量和光能利用效率在低密度下无明显差异，但在中高密度下差异较大，二者差异开始变大的临界密度为0.7～2.5株·m⁻²。     

长期施肥红壤稻田肥力与产量的相关性及县域验证

  【目的】  土壤肥力是水稻生产可持续发展的基础资源，研究长期施肥下红壤稻田土壤肥力变化特征以及土壤肥力质量指数 (SFI) 和水稻产量之间的相关性，以期科学指导红壤稻田土壤培肥和评估区域水稻产量。  【方法】  本研究基于1982年开始的红壤稻田有机无机肥配施长期定位试验，采用模糊评判法计算不同施肥处理的SFI，建立SFI和水稻产量之间的拟合方程，并结合典型县域数据对拟合方程进行验证。  【结果】  经过30年的培肥，M (有机肥)、NKM (氮钾肥 + 有机肥)、NPM (氮磷肥 + 有机肥)、PKM (磷钾肥 + 有机肥)、NPKM (氮磷钾肥 + 有机肥)、NPK (氮磷钾肥) 处理的SFI随施肥年限延长均呈缓慢线性增长趋势，年均增长0.0035～0.0136，而不施肥对照的SFI逐年下降。PKM和NPKM处理的年均SFI最高，比CK处理分别增加了70.6%和68.4%。5个施有机肥处理的年均SFI均高于单施化肥的NPK处理。线性拟合结果发现，1984、1988、1994、1998、2004、2008、2012年等7个年份的年均SFI与年均水稻绝对产量、相对产量呈显著线性正相关关系 (P < 0.05)，相关系数分别为0.708、0.683。县域尺度的验证结果表明，基于SFI预测的水稻绝对产量、相对产量与实际的绝对产量和相对产量 (RRMSE均小于25%) 均高度相符。  【结论】  有机肥的投入是红壤稻田提高土壤肥力的有效措施，在红壤丘陵双季稻区，SFI和水稻产量之间存在显著的线性正相关关系，且SFI和水稻产量尚有一定的提升潜力。通过SFI和水稻产量的关系模型预测评估该稻区县域的水稻产量是可行的。     

2001—2020年黄土高原干旱时空动态及其对气候变化的响应

为实现对黄土高原区域范围内旱情动态监测,基于MODIS NDVI和LST数据计算了温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),并基于TVDI时序数据探究了黄土高原2001—2020年TVDI时空动态、未来持续状态及降水、气温对TVDI的影响。结果表明:(1)20 a间黄土高原TVDI以0.000 2/a的速率增加,2005年、2007年大范围呈现重旱。春季TVDI增加速率小(增长速率=0.000 2/a,R²=0.000 3),夏季TVDI的增加速率为0.001 2/a,秋季TVDI的增加速率最大(增长速率=0.004 4/a,R²=0.283 6),冬季TVDI呈减小趋势。(2)春、夏两季将来一段时间内黄土高原大部分区域TVDI将呈减小趋势,秋季TVDI在将来一段时间内大部分像元数将呈变小趋势,将来一段时间冬季TVDI持续增加,尤在陕西中部地区的这种趋势更为明显。(3)除夏季TVDI与降水以正相关性为主外,其他三季均以负相关为主。春、冬季气温与TVDI以负相关为主; 夏、秋季以正相关性为主。综上,黄土高原未来一段时间内干旱程度可能会有所减小,但不同季节的干旱差异性较大,因此未来黄土高原生态恢复工程应综合考虑当地的水资源实现生态可持续发展。     

疏勒河流域潜在蒸散发时空演变及驱动因素量化分析

为了探明潜在蒸散发(ET₀)时空演变规律及其与气象因素间的复杂交互作用关系,揭示水循环过程对气候变化响应机制,基于疏勒河流域10个气象站点1984—2019年逐日资料,采用聚类分析、灰色关联度分析、通径分析、敏感系数法等多种定性定量分析方法,确定主导驱动因素以及ET₀变化对主导因子敏感程度及贡献大小。结果表明:ET₀年际变化上升趋势显著,空间上由东南向西北逐渐增加。ET₀季节排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季空间分布由东南向西北逐渐递增。聚类分析及灰色关联度分析显示T(日平均温度)、RH(平均相对湿度)、P(降水量)、n(日照时间)、u(风速)为5个关键因素,通径分析表明T是最主要因素,P作用最小。对ET₀变化,T,n,u起正向促进作用,RH起反向抑制作用,贡献率分别为7.96%,0.29%,3.14%,2.29%。ET₀呈现增大趋势,是由于RH多年减少和T升高、n增加、u增大等共同作用结果,T升高是造成ET₀增加的主要原因。探究疏勒河流域ET₀变化机理为河西干旱内陆河地区ET₀研究的方法理论及水资源合理、高效利用提供科学参考依据。     

陕北—湖北±800kV输电线路工程水土流失特征及其综合治理

输电线路作为路径长、跨度大的典型线型工程,在生态环境脆弱的丘陵地貌、山地地貌等山丘区进行建设,会破坏该区环境,加剧水土流失。为顺应当前国家生态文明建设新形势,以沿线涉及黄土丘陵地貌、山地地貌和平原地貌的陕北—湖北±800 kV特高压输电线路工程为例,通过野外调查和测钎法监测水土流失,对其水土流失特征、强度及其治理体系进行探讨。结果表明:(1)特高压输电线路工程水土流失具有点状线型分布特征; 其工程空间跨度大,侵蚀环境差异显著,侵蚀类型多且复杂。(2)输电线路工程在黄土丘陵地貌的土壤侵蚀模数〔12 000～25 000 t/(km²·a)〕明显高于山地地貌〔3 600～9 500 t/(km²·a)〕和平原地貌〔950～2 000 t/(km²·a)〕,是该工程重点土壤侵蚀防治区。(3)站区和塔基区是输电线工程造成最大土壤侵蚀量的水土流失单元,其土壤侵蚀量分别为27 267 t和37 478 t,应为水土流失重点防治单元。(4)在水土流失治理的工程措施基础上,融入近自然治理思想,优先选择乡土草、灌、树种,以此集成针对山丘典型生态环境脆弱区的输电线路水土流失综合治理体系。研究结果可为输电线路工程水土流失防治提供理论依据和决策支持。     

污泥堆肥施用对土壤单位有机碳矿化及温度敏感性的影响

[目的]揭示污泥堆肥施用后土壤单位有机碳矿化及温度敏感性(Q₁₀)对于市政污泥资源化利用和土壤碳库稳定性的主控因素,并进而为市政污泥处理及土壤有机碳固持提供理论支撑。[方法]以黄土丘陵区退化草地土壤为研究对象,测定了不同污泥堆肥添加比例(0,2.0%,5.0%,10.0%,15.0%,20.0%)和培养温度(15℃,25℃和35℃)下土壤有机碳矿化速率,探讨了污泥堆肥添加对土壤有机碳矿化特征和Q₁₀的影响。[结果](1)与CK相比,不同污泥堆肥添加在培养初期土壤单位有机碳矿化速率显著增加(p<0.01),之后迅速下降直至趋于稳定;而施用污泥处理组的土壤单位累积矿化量是CK的1.6～4.2倍,在施用比例达到10.0%～20.0%时其有机碳矿化速率与累积矿化量均差异不显著。(2)运用一级动力学方程,拟合不同温度不同污泥添加土壤单位有机碳矿化动态均达到较好效果(R²>0.95),潜在矿化势(C₀)值在6.92～39.60 mg C/g差异显著(p<0.05),土壤有机碳矿化速率常数(k)...     

近60年福建省极端降水的时空变化特征

[目的]探究我国东南沿海地区极端降水变化的新特征,对该地区防灾减灾具有重要意义。[方法]以福建省为例,基于1960—2019年67个气象站点逐日降水数据,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验等方法,分析了极端降水量(R95P)、极端降水频次(R95D)、极端降水强度(R95I)和极端降水贡献率(R95C)4个极端降水指数的时空变化特征,并阐明了极端降水指数与大气环流指数的相关性。[结果](1)近60年来福建省R95P,R95D,R95I和R95C呈现出增加趋势,变化率分别为24.90 mm/10 a, 0.34 d/10 a, 0.25(mm/d)/10 a和0.84%/10 a。(2) R95P,R95I和R95C均在1994年以后转为偏多(强)期,而R95D的突变点出现在1993年,由降水日数偏少期转变为偏多期。(3)西太平洋副高强度指数、南海副高强度指数和北半球极涡强度指数与极端降水指数之间有显著的相关性(p<0.05),特别是南海副高强度指数对转折后时段的R95D有显著影响。[结论]研究结果对该地区开展极端降水的生态风险评估提供重要参考。     

拉曼光谱法检测玉米中黄曲霉毒素B1和玉米赤霉烯酮

为提高激光拉曼光谱技术对不同霉变程度玉米中的黄曲霉毒素B₁(AFB₁)和玉米赤霉烯酮(ZEN)检测的准确率,本试验以6个不同霉变等级的玉米样品为研究对象进行拉曼光谱检测。首先采用迭代多项式拟合基线校正方法对原始拉曼光谱进行基线校正,去除荧光背景;然后采用多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)和高斯-洛伦兹混合函数峰位拟合(Gauss-Lor)3种方法对光谱进行预处理,并对预处理结果进行对比,确定GaussLor方法更为合适;运用竞争性自适应重加权算法(CARS)对AFB₁和ZEN分别选取了22和36个特征波长;最后运用BP神经网络(BPNN)和偏最小二乘(PLS)、支持向量机(SVM)分别在特征波长和全波长下对2种毒素含量进行预测。结果表明,基于所筛选出的特征波长光谱信息所建立的BPNN模型预测效果最佳,其对AFB₁和ZEN含量预测值的相关系数(R²)和均方根误差(RMSE)分别为0.986 9、0.098 7和0.967 3、0.092 2。本研究结果为激光拉曼光谱技术快速检测玉米中真菌毒素提供了一定的借鉴,并为其他谷物中真菌毒素的拉曼检测提供了参考。