大兴安岭北部兴安落叶松林雪水文特征

目的研究大兴安岭北部地区兴安落叶松林雪水文特征,为今后积雪蒸发测定和区域水资源调控提供更为科学的数据支撑和理论基础。方法对观测期内16场降雪的大气降雪量以及对林内积雪深度、积雪密度以及雪水当量进行了周期性观测与统计分析。结果(1) 随着降雪级别的减少,兴安落叶松林的截留率呈现逐渐增加的趋势,分别为6.50%(暴雪)、9.04%(大雪)、9.8%(中雪)、15.7%(小雪)。可见,兴安落叶松林降雪截留最大截留率出现在小雪,暴雪时截留率则最小。(2)兴安落叶松林内积雪深度和林外相比差异不大,其中落叶松林林内积雪深度最深为68.6cm,林外空地积雪深度最深为74.8cm。(3)林内和林外的积雪密度在观测初期会随降雪的输入而降低,无降雪期有相应升高。融雪期随着气温的升高,雪密度减少速度会加快。在4月24—29日达到最大值,减少量分别为0.07和0.11g/cm3。(4)雪水当量速率减少量在4月24—29日达到最大值,分别为30.2和46.4mm。结论和林外空地相比,兴安落叶松林对积雪深度、积雪密度及雪水当量影响不大,说明兴安落叶松林在雪水文过程中对积雪特征影响尽管存在,但并不明显。该区雪蒸发日变化呈单峰曲线变化规律,积雪期的日蒸发量和蒸发速率均值分别为0.04mm和0.2×10-3mm/h,日蒸发量波动幅度在0.02~0.14mm之间,在融雪期间,日蒸发量和蒸发速率的均值分别为0.38mm和1.51×10-3mm/h,采用灰色关联度对各因子进行分析,得出净辐射是影响兴安落叶松林内积雪蒸发的主要因素。      

华北土石山区油松人工林耗水分配规律

通过野外和室内试验相结合,对华北土石山区油松人工林耗水分配规律进行研究。结果表明:林分总耗水主要包括3个方面:林冠截留蒸发、植物蒸腾耗水和土壤物理蒸发耗水。油松林地总耗水为516.52mm,其中林冠截留占总耗水量的25.63%,土壤蒸发占22.15%,植物蒸腾耗水占52.22%,三者比例为1:0.86:2.04。油松平均林冠截留率为25.4%,平均透流率为64.4%,平均干流率为0.55%,干流雨、林内降雨和林外降雨有很好的线性关系。油松林枯落物最大持水量为1.5mm、枯落物年截水量为48.7mm,占总降雨的10.42%。油松林林内土壤水分蒸发为114.41mm,林外蒸发为197.70mm。油松林生长季林木蒸腾耗水量为269.74mm,6、8月出现两个峰值。     

长三角地区杉木林降雨再分配特征

对长三角地区丰水季杉木Cunninghamia lanceolata林大气降雨量、穿透雨量以及树干径流量进行了定位观测,利用水量平衡方程计算得出林冠截留量。通过相关性分析筛选出影响降雨再分配的主要因子为降雨量和降雨强度,分别分析了降雨量与穿透雨、树干径流、林冠截留之间的关系,以及降雨强度与三者之间的关系。结果显示:2012年4月至9月长三角地区杉木林外降雨累计470.7 mm,研究区以小雨量、低强度的降雨事件为主,杉木林内累计穿透雨量344.1 mm,占降雨量的73.1%,树干径流总量10.3 mm,占降雨量的2.2%,林冠截留量达到116.3mm,占降雨量的24.7%。建立了降雨量、降雨强度与杉木林穿透雨量、树干径流量、林冠截留量之间的回归模型,利用拟合出的方程,可得出杉木林形成穿透雨的最小雨量为0.9 mm,形成树干径流的最小雨量为4.1 mm。     

兴安落叶松林林分健康评价研究——以杜香兴安落叶松林为例

以内蒙古大兴安岭西北坡杜香兴安落叶松林为例探索兴安落叶松林健康评价。在野外调查的基础上,运用主成分分析法提取指标、确定权重、构建评价模型,并用聚类分析法将杜香兴安落叶松林健康等级分为4级,对研究区内原始林、渐伐林、皆伐林3种类型的杜香兴安落叶松林进行了健康评价研究。结果显示:林分生产力、土壤养分、林分结构、抵抗力与恢复力4个方面的22个指标,能够初步构建兴安落叶松林林分尺度的健康评价指标体系。评价结果表明,原始林健康水平最高,为Ⅰ级健康;渐伐林次之,为Ⅱ级亚健康;皆伐林最差,其中,1/3的林分为Ⅲ级一般健康、2/3的林分为Ⅳ级不健康。     

环境因子对兴安落叶松林生态系统CO2通量的影响

采用涡度相关技术,研究了主要环境因子与兴安落叶松林生态系统CO2通量的关系。结果表明: 1)生长季,CO2通量表现出较显著的日变化特征,白天为碳吸收阶段, 12:30—13:30 CO2通量吸收出现峰值,而夜间为碳排放阶段,昼夜CO2通量变化幅度在-1.09~0.11mg/(m2·s)之间,生态系统整体表现出较强的碳汇特征;非生长季,昼夜CO2通量变化幅度在0~0.3mg/(m2·s)之间,生态系统整体表现为碳源。2)生长季光合有效辐射(PAR)与CO2通量呈对数相关(R2=0.4861),随PAR增强,生态系统碳汇能力增大,PAR是CO2通量的直接影响因子;非生长季CO2通量与PAR相关性不显著。3)在生长季,兴安落叶松林CO2通量与气温(ta)有很好的相关性,决定系数R2为0.6272,CO2通量随ta的升高而降低,ta是兴安落叶松林生态系统CO2通量的主要限制因子;非生长季的12月至次年2月份,气温的变化对CO2通量无显著作用。4)土壤温度(ts)和含水率(RH)对CO2通量的影响,主要体现在生态系统呼吸(Re)上,兴安落叶松林生态系统的土壤含水率在62%~87%之间,土壤含水率达到67%以上时,CO2通量基本上不受土壤水分大小的影响。在水分不成为CO2通量限制因子的情况下,土壤温度对兴安落叶松林生态系统CO2通量影响起主要作用,研究表明:土壤温度与CO2通量呈指数相关(生长季R2=0.2826,非生长季R2=0.2223);即在适当的温度范围内,土壤温度的升高会加速植物和微生物的代谢,从而增强森林生态系统的呼吸作用,促进CO2排放。      

森林火灾对兴安落叶松林生态系统碳素分布及储量的影响

运用森林生态学典型样地法设立样地并获取野外数据,采用燃烧法测定森林、土壤中的碳,研究过火和未过火两种兴安落叶松林生态系统的碳素分布及储量,结果表明:火干扰后,杜香—兴安落叶松林碳储量减少33.8127t/hm2,草类—兴安落叶松林碳储量减少104.9247t/hm2,其中,森林植被部分的干、枝、叶和根的碳储量都减少,其它组分因林分类型而异;土壤碳储量明显减少,但各层的碳储量空间分布变化不一致。     

兴安落叶松林细根解剖结构和化学组分对N沉降的响应

大气N沉降逐渐加强,可能会改变地下C循环和土壤C状态,促使细根结构及其化学组分发生变化。N沉降对细根动态和形态影响方面的研究较多,但对细根结构和组分的影响还没有系统的研究。于2012年5月,在大兴安岭北方森林统一立地条件下建立4个水平N肥处理,分别为对照(CK,0 g/(m· a))、低N处理(TL, 2.5 g/(m·a))、中N处理(TM, 5 g/(m·a))和高N处理(TH , 7.5 g/(m·a))。在2014年7月,植物生长季,利用挖掘法获取兴安落叶松完整根系,测定其1~5级细根在不同N沉降处理下皮层厚度、维管束直径、根系直径、维根比以及化学组分变化,旨在探讨不同水平N沉降对细根解剖结构和化学组分的影响。结果表明:落叶松细根直径、皮层厚度和维管束直径均随根序的增加而增加,而相同根序、不同水平N沉降处理之间细根直径、皮层厚度、维管束直径和维根比之间存在差异,不同直径等级根系化学组分差异显著。上述实验结果说明,N沉降可能通过影响细根直径、皮层厚度、维管束直径、维根比和化学组分来影响细根生理功能和活性,进而可能影响植物地上和地下C循环。      

全天候区域地表蒸散发反演——以黑河流域为例

【目的】蒸散发是生物圈、岩石圈、水圈、冰雪圈和大气圈中水分循环和能量传输的重要控制因素。为克服区域尺度方法的主观性和站点尺度方法难以反映气象因子空间异质性的局限,文章以中国境内黑河流域为研究区域,使用2012年6月1日至9月15日的MODIS数据与CLDAS格网气象数据探索区域尺度全天候蒸散发遥感反演。【方法】该文利用逐像元地表温度—植被指数特征空间方法和Penman-Monteith公式分别估算晴空像元和有云像元的地表蒸散发,实现了区域尺度全天候蒸散发遥感反演。在分析研究区CLDAS气象数据的精度基础之上,利用MODIS数据反演的短波辐射来替代CLDAS气象数据中的短波辐射,作为全天候地表蒸散发的输入参数。最后,利用黑河流域4个不同站点实测的地表蒸散发数据对反演值进行验证。【结果】利用MODIS短波辐射代替CLDAS气象数据中的短波辐射,能够显著提高蒸散发的反演精度,4个站点反演值与实测值之间的平均均方根误差为76.3 W/m2。【结论】利用MODIS数据和CLDAS数据可以获得区域尺度的全天候蒸散发。在缺乏短波辐射数据或短波辐射数据精度较低的情况下,利用MODIS数据反演得到的短波辐射作为蒸散发模型的参数输入,能较大地提高蒸散发的反演精度。     

北方农牧交错带农田生态系统健康评价 ——以武川县为例

采用生态系统健康的理论和评价方法分析评价农田生态环境问题具有重要的理论和现实意义,应用生态健康指数定量评价农田健康水平是生态系统管理的重要内容。以武川县农田为研究对象,选择水分、生物量、幅宽等代表性指标,分析了不同作物覆盖下农田生态健康指数。结果表明:不同种植模式间农田健康指数差别明显。播种期较早的小麦田最为健康,没有采用地膜覆盖的马铃薯田健康指数最低,而采用地膜覆盖的马铃薯田健康指数比较高。推广小麦栽培和覆膜栽培是北方农牧交错带农田很好的经营管理模式,具有推广价值,是缓解该地区环境的有效手段之一。     

基于土地利用—生态系统耦合模型的生态系统服务价值评估——以中国北方农牧交错带为例

土地利用是人地系统的重要组成部分,能够提供巨大的生态服务功能,它的变化也会导致生态服务价值的改变。考虑初级生产、维持CO2和O2平衡、养分循环、涵养水源、土壤侵蚀等主要服务功能,以我国北方农牧交错带为研究对象,提出了一个基于土地利用生态系统耦合模型的土地利用生态系统服务价值估算方法。估算结果表明,20世纪70年代—2000年我国北方农牧交错带生态系统总服务价值呈先下降后回升趋势,由1 434亿元降低到1 296亿元。土地利用数量结构和空间格局对生态服务价值也有较大影响,其中耕地和草地的贡献率最大,2000年分别达31%和44%;林地虽然所占面积小,但其生态服务价值比重也不断上升。总体来看,研究区还需进一步加强生态环境的可持续性保护。     

基于三维模型ENVI-met对黑河森林和北方森林的潜热及显热通量模拟

在非均匀混合场景下模拟区域能量,三维小气候模型比一维模型考虑因素更为全面,但三维模型较复杂,研究甚少。为探究三维模型在混合像元场景中的通量模拟能力,以ENVI-met模型为例,以黑河关滩森林和加拿大北方森林为实验区,比较森林通量模拟值和实测值的季节性和日变化差异,并模拟森林三维空间结构对通量分布的敏感性。结果表明:①模型在春季、夏季、秋季模拟拟合度（R2）分别为0.75,0.76,0.55。模拟显热通量、潜热通量日变化符合实测趋势,日平均实测值与模拟值之差均不超过10.0%。模型对显热通量、潜热通量和太阳短波辐射模拟精度分别为0.68,0.63,0.80。②模拟总体能量闭合率（E_BR）达92.9%,模型对气象参数微小变动不敏感,较为稳定。③自然参数不变场景下,团状分布通量值大于均匀分布,变化幅度剧烈,且显热通量对空间异质性较潜热通量更为敏感。研究结果肯定了ENVI-met模型模拟通量具有较好精度,且能够反映出森林空间分布格局在通量分配上的影响,为研究区域气候变化提供了有效手段。     

农田冠层与大气水汽通量耦合分析

退耦因子 (Ω)是表征作物与周围大气水汽交换的重要指标。研究了引入Ω评价冬小麦与大气系统潜热通量的耦合度。一般在早晨和接近傍晚时作物与大气之间有较好的耦合度 ,主要是由于此时冠层导度 (gc)小 ;中午时由于风速很大 ,并且gc 达到全天最大值 ,作物与大气耦合度较差。Ω的季节变化由gc 控制 ,而gc受叶面积指数的影响。在拔节期以前有均衡潜热通量 (LEeq) >实际潜热通量 (LE) >强加潜热通量 (LEimp)的趋势 ,而在拔节期以后则呈强加潜热通量 (LEimp) >实际潜热通量 (LE) >均衡潜热通量 (LEeq)的变化趋势。     

基于通量源区模型的雷竹林生态系统碳通量信息提取

基于浙江省临安市太湖源雷竹Phyllostachys violascens林涡度相关通量观测塔2013年全年数据,应用通量源区模型（flux source area model,FSAM）,分析不同大气稳定度条件、不同风向和不同时间段该观测点通量信息的贡献区的分布,并基于贡献区分析结果,从通量观测值中分解出来自雷竹林生态系统的碳通量信息。结果表明:90%贡献水平的通量贡献区在观测塔为中心的2.0 km 2.0 km范围内,大气稳定度相同时,4个不同方向的通量贡献区范围差别不大。通量贡献区长度在稳定的大气条件下要显著大于在不稳定大气条件下,前者为96.19～941.63 m,后者为28.62～313.54 m。通过雷竹林和非雷竹林在通量贡献区所占面积和各自的贡献率,从涡度相关所测通量数据中分解出雷竹林和非雷竹林的月平均碳通量。通量分解后的雷竹林生态系统年总净固碳量为4.25 thm－2a－1,当下垫面全部为非雷竹林时年总净固碳量为6.65 thm－2a－1。如果不进行碳通量的分解,把涡度相关所测通量值作为雷竹林的通量值,则年总净固碳量为5.46 thm－2a－1。该研究对于正确评价雷竹林生态系统的固碳能力可提供一定理论依据。图4表4参29     

Beyond deforestation: restoring forests and ecosystem services on degraded lands

Despite continued forest conversion and degradation, forest cover is increasing in countries across the globe. New forests are regenerating on former agricultural land, and forest plantations are being established for commercial and restoration purposes. Plantations and restored forests can improve ecosystem services and enhance biodiversity conservation, but will not match the composition and structure of the original forest cover. Approaches to restoring forest ecosystems depend strongly on levels of forest and soil degradation, residual vegetation, and desired restoration outcomes. Opportunities abound to combine ambitious forest restoration and regeneration goals with sustainable rural livelihoods and community participation. New forests will require adaptive management as dynamic, resilient systems that can withstand stresses of climate change, habitat fragmentation, and other anthropogenic effects.     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

农业生态系统协调度测度理论与实证研究

依据数理统计理论与方法构建了农业生态系统协调度测度理论和模型,包括功效函数、协调函数和协调度的变化范围和协调度等级,建立了农业生态系统系统评价指标体系,以湖南省益阳市资阳区为例进行了农业生态系统自协调发展实证研究。结果表明:该地区农业生态系统1990—2002年系统协调度呈现上升趋势、1990—1998年呈弱度失调在5级以下、1999—2002年呈弱度协调在6级以上;系统协调度的变化主要受子系统影响,1990年的系统协调度低主要是因经济和社会子系统的协调度太低,1998年系统协调度低的主要原因是生态子系统的协调度太低;从研究时段看,影响农业生态系统系统协调度主要随经济子系统和生态子系统的协调度变化而改变,通常表现为经济子系统是提升协调度、生态子系统是降低协调度,揭示出经济与生态的协调是农业生态系统协调发展的关键。     

县域农村金融生态系统评价与比较研究——基于重庆29个区(县)的数据分析

改善农村金融服务,构建良好的农村金融生态系统,对于繁荣农村经济,建设全面小康社会具有十分重要的意义。基于此,在厘清县域农村金融生态系统内涵和特征的基础上,构建了县域农村金融生态系统评价指标体系,并采用因子分析法对县域农村金融生态系统进行了评价和比较,以科学认识农村金融生态系统发展的水平,探寻影响农村金融生态系统建设的主要因子。结果表明,县域农村金融生态系统建设总体水平偏低,区域间发展极不平衡;县域农村金融机构的运行状况对当地农村金融生态系统的发展具有首要影响;良好的农村经济环境、社会环境及信用环境是促进区域内农村金融生态系统稳定发展的保障,农村社会的发展程度和产业结构调整力度将为农村金融生态系统的建设提供持续动力。建议提高农村金融机构运行效率,提升金融服务广度和深度;创新农村金融服务产品,丰富农村金融市场体系;深化经济体制改革,提高农村经济综合实力;健全农村风险补偿机制,完善担保信用体系;加大政府多种补贴支持,提供良好公共环境等相关政策措施。     

基于LUCC追踪分析的生态系统服务价值时空变化研究

  目的  为了更好地揭示生态系统服务价值时空变化特征及趋势,加强对生态系统服务价值（ESV）空间变化描述。  方法  该研究以博斯腾湖流域为例,结合使用逐像元的追踪分析、趋势分析等方法,试探究土地利用/覆盖变化（LUCC）对生态系统服务价值的影响。  结果  （1）博斯腾湖流域主要的土地利用类型是荒漠,其次是草甸和裸地。研究期内,水田、荒漠、草甸、湿地、水域、旱地、建设用地面积增加;草原、灌木、裸地、针叶、阔叶、冰川积雪面积减少,2005—2010年综合土地利用动态度最大。（2）2000—2018年博斯腾湖流域未发生变化的土地即稳定型占流域总面积的60.43%,中等变化型、回归型和激烈变化型多分布于人类活动较强的绿洲地区。（3）2000—2018年博斯腾湖流域ESV总体上呈现波动增长趋势,流域ESV主要由草甸、水域和湿地构成,水域、旱地、草甸和草原是流域ESV变化的主要贡献因子和敏感因子,其中草原为负向贡献因子。（4）博斯腾湖流域ESV呈西北高、东南低,高值（博斯腾湖）点缀在低值区的空间分布特征。有明显增大与明显减少趋势的地区均分布于博斯腾湖周围湿地,流域北部大部分ESV呈轻度增加趋势,绿洲区轨迹等级和ESV变化趋势从城市至绿洲边缘呈:中等变化型（ESV轻度减少）— 渐变型（ESV轻度增加）— 中等变化型（ESV轻度减少）环状相间结构。  结论  该研究发现博斯腾湖流域南部土地利用轨迹等级、ESV变化趋势均高于北部的空间差异,并采用土地利用追踪分析与ESV趋势变化相结合的方式,揭示了绿洲城市的土地利用冲突现状及ESV时空变化,对博斯腾湖流域土地利用调控和生态环境保护提供参考。      

基于LUCC的生态系统服务空间化研究——以张掖市甘州区为例

生态系统服务(ES)评价为减缓或阻止人类活动导致的各种复杂生态问题提供了一种可能的方法,同时也有助于解决日益增加的各种土地利用冲突。以张掖市甘州区为例,运用一种新的空间化方法开展生态系统服务研究,并注重实现与土地利用研究的集成分析。首先根据研究区不同的群落生境和土地利用类型划分生态系统服务类型,然后检验不同土地利用类型和方式对各类生态系统服务供给的影响,最后分析该方法和数据的不确定性。结果表明:1)在灌区和甘州区两个尺度上,4类ES生产能力值均表现为:文化服务>支持服务>调节服务>供给服务;2)2000-2009年,4类ES供给都呈递减趋势,同时,城镇用地、路网建设等人类活动驱动的土地利用方式迅速增加,整个绿洲农业区处于过度开发状态;3)该方法可操作性强,多学科的数据和知识分析是ES研究的难点。     

城市土地利用变化对生态系统服务的影响——以淮北市为例

城市是一类以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统.城市的快速蔓延及强烈的人类活动显著地改变了城市的土地利用结构,进而严重影响了城市生态系统服务及人居环境.通过遥感、GIS技术及生态系统服务价值评估等方法,对淮北市1987年、2000年和2007年3个时期20a间的土地利用结构及生态系统服务价值的演变进行定量评价.研究结果表明:1987-2007年间淮北市生态用地空间结构和面积发生剧烈变化,生态用地占城市面积的比例由91.45％降低至71.86％.1987-2000年,农田面积大幅度下降,而林地和水体都呈不同程度的增加趋势,建设用地面积增长迅速.2000-2007年,农田面积有所增加,林地和水体面积却明显下降,建设用地总面积虽然没有明显变化,但其聚集度显著增加.20年间,城市生态服务功能的价值呈现先增加后减少的趋势,在2000年达31.32亿元.2000-2007年,以废物处理和水源涵养功能退化最为严重.可见,城市土地利用结构的变化与生态服务功能密切相关,此结果可为淮北市景观格局优化及土地合理调控和管理提供一定的科学依据.