基于SWAT模型的内蒙古闪电河流域径流模拟研究

以内蒙古闪电河流域为研究对象,采用分布式水文模型SWAT对闪电河流域水文过程进行模拟,模型采用1962～1975年月径流资料进行参数率定,将1986-2001年作为模型的检验期对模型的适用性进行评估。结果表明:实测与模拟的逐月流量总体较为接近,率定期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.60,实测与模拟的月流量之间的相关系数在0.65以上,率定期的多年平均相对误差小于5%。由于人类活动的影响,验证期的模拟误差相对较大,超过12%。总体来看,SWAT模型参数经多次率定之后,能够较好地模拟干旱半干旱地区的径流过程,在同类地区具有一定的适用性。模拟过程中,对于降水量突然增大的月份,SWAT模型对月径流量的模拟结果往往超过实测值一倍,直接导致整个模拟过程的误差偏大。然而,模拟值与降水量在年内分配上却表现出很好的相关性,降水偏大的月份径流量敏感性大。同时,SWAT模型模拟径流结果受参数影响很大,调整融雪参数值,模拟精度在原有基础上相对提高。     

科尔沁草甸生态系统净碳交换特征及其驱动因子

以2013年10月-2014年9月连续观测的CO₂通量数据为基础,分析了科尔沁草甸生态系统净碳交换量(NEE)的时间变化特征及其驱动因素。结果表明,NEE日变化季节差异明显,生长季变化幅度大,净CO₂日吸收速率7月>8月>9月>6月>5月;生长季内,NEE主要受控于叶面积指数和光合有效辐射。NEE与光合有效辐射(PAR)之间的关系可用直角双曲线方程来描述,拟合得到的表观初始光能利用率α为0.0015 μmol CO₂/μmol PAR,最大光合速率P_max为0.65 μmol CO₂/(m²·s)。叶面积指数(LAI)对NEE的影响可由分段函数表示,当LAI>3.08时,表现为渐进饱和型,且LAI越大NEE对PAR的响应越明显;当高饱和水汽压差(VPD)在1.5~2.0 kPa时,光合作用开始降低,NEE明显受到VPD值的抑制;短暂强降雨(累计降雨量>40 mm/d)对昼间NEE有一定的抑制,而持续低强度降雨(降雨时长>15 h)对夜间NEE存在激发作用;夜间NEE随土壤温度呈指数增长,温度敏感系数(Q₁₀)为2.63。     

放牧对干旱半干旱草原植物群落结构和生态功能的影响

放牧是全球草地生态系统最主要的人为干扰因素之一。为了解放牧对草原群落特征和生态功能的影响,以锡林郭勒盟典型草原为研究对象,在2015—2017年调查了26个不同放牧条件点的地上生物量(Above Ground Biomass,AGB)和群落结构,分析了二者在不同放牧条件和高程下的变化规律,在此基础上结合全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)遥感日降水数据,讨论了降水在不同放牧条件下对草地生物量的影响。结果表明:(1)禁牧点植物高度不同高程梯度均存在显著差异,放牧点植物种类G_3和G_1,G_2存在显著差异。随高程梯度的增加,植物种类先升高后降低,高程为860～1 100 m放牧点植物高度、植物种类和AGB要小于禁牧点,而放牧点在较高高程长势较好;(2)无论禁牧还是放牧,植物高度同AGB的积累均呈显著正相关且放牧点相关性更大,植物种类与AGB的相关性明显低于植物高度与AGB的相关性,放牧对AGB积累的影响更显著;(3)不同放牧条件改变AGB与降水量的关系,但不改变植物种类与降水量的关系,放牧条件下植物种类与降水量的关系与生长期降水量的多少有关。     

大河口水库表层沉积物有机质特征及来源解析

为深入分析水库生态系统的污染来源和水环境的营养状况,本文对大河口水库表层沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量的分布特征,碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和C/N值的组成进行分析,探讨了沉积物中有机质的来源。结果表明:大河口水库表层沉积物以远源搬运的风成沉积物为主,TOC含量在1.38%～3.52%,平均值为2.34%;TN分布范围在0.06%～0.21%,平均值为0.11%;δ~(13)C分布范围在-2.69%～-2.41%,平均值为-2.54%,δ~(15)N范围在0.19%～0.54%,平均值为0.39%。通过端元混合模型对沉积物有机质来源进行定性和半定量分析表明,陆生C3植物、土壤有机质和淡水水生植物是大河口水库沉积物有机质的3种主要来源,其中陆生C3植物贡献最大,其次是土壤有机质,个别断面有淡水水生植物来源。研究表明,大河口水库整体的初级生产力不高,有机质来源组成差异较小,有机质来源大都为外源。     

放牧对典型草原区土壤水分及其对降雨响应规律的影响

为研究放牧对典型草原区土壤水分及其对降雨响应规律的影响,通过在内蒙古西乌珠穆沁旗设置试验,对禁牧区和放牧区5cm、10cm、15cm、30cm层土壤体积含水率和降雨量进行监测和分析。分析表明:放牧会导致草原地上生物量减少,植被抑制土壤蒸发的作用减弱,降雨转化率降低;放牧会破坏0~15cm层植被根系,根系吸水能力减弱,上层土壤水分向下运移,从而放牧区0~15cm层含水量小于禁牧区,30cm层却大于禁牧区;禁牧区与放牧区5cm、10cm和15cm层土壤水分对降雨的响应相似,单次或累积降雨量大于10mm时,土壤含水量即有显著增加,但会因干旱间隔(两次降雨事件之间无降雨日数)时间的不同而变化,禁牧区含水量更加敏感,增加幅度较大;禁牧区30cm层土壤水分对降雨的响应有滞后现象,单次降雨量大于30mm或累积降雨量大于20mm且干旱间隔时间≤3d时,才有显著增加,放牧区30cm层只在干旱间隔较短(≤2d)的连续大降雨后有明显波动;禁牧区0~30cm层土壤水分的增加都与降雨量、降雨强度极显著相关,放牧区0~15cm层与降雨量极显著相关,0~10cm层与降雨强度极显著相关。     

科尔沁沙地典型沙丘植被光谱特征数据的匹配

地物光谱数据是多因素共同作用的结果,可能会出现“同物异谱”或“异物同谱”现象。以科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间区域为研究区,以野外实测沙丘植被光谱数据为基础,利用最小距离法、光谱相似角度、光谱相关系数和光谱信息散度4种光谱匹配算法,对去噪后植物光谱特征数据进行匹配分析,发现最小距离法可以区分出本区沙丘典型植被。在此基础上,对光谱导数进行匹配分析,发现光谱相似角度和光谱相关系数识别效果增强明显,二阶导数光谱特征匹配度甚至出现了多个负值。最后选取TM1、TM2、TM3和TM4波段植被光谱数据做同样处理,证实TM2、TM4波段能够提高识别精度;同时,基于统计学基础分析单波段基础信息,发现单波段所包含信息量依次为TM1> TM4>TM2>TM3,综合考虑TM1波段内各植被光谱反射率特征曲线重叠严重和单波段植被光谱特征匹配度结果,认为TM4波段为该地区植被物种识别的首选波段。     

基于遥感的沙壕渠控制区作物种植结构与空间分布研究

河套灌区作物种植分类是在河套灌区进行灌溉农业研究的基础,但是仅利用遥感影像提取作物种植结构及种植面积时其精度远远不够,往往难以满足农业遥感在应用上的需求。通常多利用多元影像融合、多时相遥感影像以及遥感影像结合地面采样点来进行作物分类,以提高分类精度。本文以河套灌区内部的沙壕渠控制区为试验区,采用TM遥感影像,以实际地面采样点作为感兴趣区创建训练样本,利用最大似然法进行分类,成功提取了小麦、玉米、葵花及其他作物的种植结构及种植面积,分类总体精度达到了85.87%,Kappa系数为0.769 6。     

锡林河流域气候变化特征诊断分析

以锡林河流域为研究对象,利用研究区内锡林浩特站及周边阿巴嘎旗站和林西站3个国家气象站1960-2010年的逐日气象数据,通过对气温、降雨进行滑动分析、线性倾向分析、R/S分析、Mann-Kendall、Pettitt突变分析、Morlet小波变换周期分析,探讨了近51年来锡林河流域气温、降雨的年、季趋势变化、突变情形、周期变化和未来变化趋势。结果表明,锡林河流域年平均气温呈上升趋势,且上升趋势显著,四季变化中,冬季气温升高对全年增温贡献较大。年平均气温以1987年为突变年,突变前后上升了1.36℃。在20-32a的时间尺度上出现了冷-暖交替的准两次震荡。年平均降雨呈下降趋势,下降趋势不显著,夏季降雨的减小对全年降雨贡献极大。冬季降雨在1987发生了突变,突变前后降雨增加了1.64mm,在20-32a时间尺度上出现了湿-干交替的准两次震荡。整个流域环境呈现出"冷湿-暖干-冷湿-暖干"的变化规律。     

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5 cm、10 cm、15 cm、30 cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3 a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5 cm、10 cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5 mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h~(-1)时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15 cm和30 cm层分别需要7.9 mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5～6 mm·h~(-1)的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5 cm),强度大于15 mm·h~(-1)的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30 cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0～5 cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。     

特色果品种植区土壤重金属空间变异规律研究——以河北省沧州为例

以沧县、献县、泊头和黄骅为研究区,采用地理信息系统(GIS)和地统计学相结合的方法,研究了该特色果品种植区的表层1470个样点土壤全量Cu、Zn、Pb、Ni、Cd、Cr、Hg、As元素的空间分异规律及其影响因子。结果表明:除Hg、Cr、Pb外其他5种元素的最大值均超出土壤环境质量一级标准,说明研究区还存在一定程度的重金属污染。变异系数分析表明,Cr最小,为0.10;Hg最高,为0.40。8种重金属之间均为1%水平显著正相关关系;块金效应分析结果显示Ni和Cr空间相关性较强,而其余6种重金属则呈现中等强度空间相关性。而从变程来看,Cd最大,为108.80 km,说明该元素与土壤母质关系密切,Cr最小,仅为25.99 km,说明该元素空间自相关距离大于取样间隔距离。8种重金属空间分布结果表明,整体呈现西部高于东部的特征;其原因除母质等自然因素外,人为因素如工业发达、交通尾气和农药化肥施用等也是影响其空间分布的重要原因。