基于功能空间分类的抚仙湖流域“3类空间”时空格局变化

为了了解高原湖泊流域“3类空间”的布局结构,探析流域在发展过程中“3类空间”的格局变化及其变化趋势,本文以抚仙湖流域为研究对象,从土地功能空间分类的角度研究抚仙湖流域“3类空间”分类体系,并分析了2005—2015年流域“3类空间”时空格局变化特征,为抚仙湖流域生态环境保护决策和国土空间格局优化研究提供理论参考。结果表明:（1）2005—2015年抚仙湖流域城镇空间呈上升趋势,10 a增加了71.37%,农业空间呈下降趋势,10 a减少了6.38%,生态空间先升后降,总体增加了0.48%;（2）2005年、2010年和2015年抚仙湖流域“3类空间”格局基本一致,以生态空间为主,但城镇空间格局、农业空间格局和生态空间格局的分布存在明显差别,城镇空间和农业空间主要分布于抚仙湖流域的北部,而生态空间除抚仙湖湖泊水面外在流域四周均有分布;（3）从变化程度上看,“3类空间”格局变化差异显著,城镇空间和农业空间格局变化主要发生在流域北部,而生态空间则在湖泊中部沿岸地区。     

呼伦湖流域近55年气候变化特征

收集了呼伦湖流域1960—2014年的逐日气温、降水、蒸发和相对湿度数据,提取了包括年平均、季节平均值及极端天气等9个指标,采用Mann-Kendall趋势检验、线性倾向估计法以及5a滑动平均等方法在年和季节尺度上分析了该地区的气候变化趋势,并利用Pearson相关系数探究这四个气象要素之间的相关性。结果表明:(1)年气温显著上升,降水变化不显著,蒸发显著减少,相对湿度显著降低,气候向暖干化方向发展。(2)春夏秋季温度、蒸发和相对湿度的变化趋势与年相同,最大升温速率发生在春季,每十年上升0.43℃,冬季变化均不显著。(3)平均降水和极端降水在冬春季节都显著增加,然而夏季降水以最大幅度减少,并且夏季持续时间较长的极端降水减少显著。(4)夏季气温升高最显著,相对湿度显著降低,容易发生干旱。冬季极端降水增多则可能导致雪灾加剧。     

2000-2014年艾比湖流域地表Ea与Ep时空分布特征及成因

为了探明干旱区流域地表蒸散量时空分布及其变化特征,从而为流域水资源规划、旱涝检测和生态需水量研究提供科学依据,本文基于MOD16蒸散产品和气象站观测数据,运用线性倾向率和相对变化率等方法,分析了艾比湖流域2000-2014年地表实际蒸散(Ea)与潜在蒸散(Ep)的时空分布特征及其变化趋势,进一步揭示二者之间的关系.结果表明:1)近15年内艾比湖流域地表Ea、Ep年际波动不大,多年平均Ea与Ep分别为315.76和1555.27mm,年平均Ea与Ep的较大差距说明流域整体上缺水、干旱.年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,夏季两者差距最大,此时流域最干旱、缺水;2)流域Ea与Ep的空间分布状况正好相反.西北山区、精河—博乐绿洲区、北天山的西段支脉,玛依力山脉等区域水分比较充足.流域东部大范围地区、精河—博乐绿洲周围等区域干旱缺水.3)影响因素分析显示气温是影响流域Ea、Ep时空分布变化的主要因素;4)2000-2014年间Ea总体上处于减少趋势,Ep处于增加趋势,说明流域近15年内干旱加重.     

黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献

为探明淤地坝拦沙作用对河流输沙量变化的影响,依据淤地坝作用年限、坝控面积、坝控流域侵蚀产沙模数及淤地坝排沙率,确定淤地坝拦沙量的估算方法,并结合2009年淤地坝安全大检查数据,分析黄土高原典型支流淤地坝拦沙对输沙量减少的贡献.延河与皇甫川淤地坝在不同年代的拦沙量分别在92.48万～854.35万t/a与36.47万～1 138.75万t/a之间,淤地坝拦沙量占人类活动影响的比例在一级和二级突变后分别为29.1％、28.5％与8.4％、18.2％;2000年以后延河与皇甫川输沙量减幅均达到85％以上,而淤地坝拦沙量的贡献率分别小于10％和20％.淤地坝的拦沙作用已不是目前输沙量减少的主要因素,但由于土壤侵蚀环境的不同,淤地坝在皇甫川对输沙量减少的贡献比在延河要大.     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

湖区小麦-玉米轮作模式下不同施肥措施调控氮磷养分流失研究

针对我国南水北调东线过水区南四湖富营养化问题,利用沿湖流域典型种植模式——小麦-玉米轮作体系,选择材料易获取的几种施肥措施,采用田间原位安装淋溶水采集器和地表水径流池收集水样,室内分析不同处理防控氮磷养分流失的效果。结果表明:各施肥措施在作物不同茬口均能降低氮磷养分的随水流失,不同模式防控养分流失效果有差异;氮径流损失中,硝态氮占主要比例,玉米季和小麦季分别为82.7%~86.4%和94.2%~96.5%,而淋溶途径中硝态氮比例略有下降;径流为氮损失的主要途径,玉米茬口氮损失比例占轮作周年的67.0%~71.4%;磷径流损失中可溶性磷和颗粒磷比例相当,而淋溶磷以可溶性磷为主;淋溶途径损失的磷养分比例稍高,仍以玉米茬口总磷损失为主,占54.4%~63.1%;防控氮磷流失结合周年作物产量,玉米上使用减量控释氮肥或优化施肥配合秸秆还田、小麦上优化施肥或使用减量控释氮肥是相对理想的养分运筹搭配模式。     

坡度和雨强对重庆市黄壤旱坡地产流产沙特征的影响

黄壤作为重庆市山地主要的土壤类型之一,对重庆市农业生产有重要影响。通过人工模拟降雨试验,研究不同坡度和降雨强度条件对黄壤旱坡地产流产沙特征影响及响应过程,结果表明：（1）输沙率随降雨强度的增大而增大,对于短历时强降雨来说,输沙率保持在一个相对平均的水平,比长历时中强度降雨的输沙率大。在坡度0°～25°以内,黄壤旱坡地产流量与坡度之间的关系可以用多相式进行拟合,得到产流临界坡度为22.83°;（2）土壤侵蚀量与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,重庆市黄壤旱坡地土壤侵蚀的临界值坡度为24.7°。在降雨特征参数中,平均降雨强度是反映黄壤旱坡地泥沙量、径流系数和径流泥沙含量的最好特征参数,时段最大降雨强度I10最能反映黄壤旱坡地径流量的变化特征;（3）在10°,15°,20°3个不同坡度下,径流量和产沙量与雨强均表现为幂函数关系,相关系数均在大于0.05置信区间呈显著相关性。     

天鹅湖沉积物对磷的吸附动力学及等温吸附特征

以荣成天鹅湖这一天然泻湖为研究对象,研究了6个样点沉积物对磷的吸附动力学曲线和等温吸附方程,并分析了沉积物理化性质与磷吸附参数间的关系.结果表明,天鹅湖不同区域沉积物对磷的吸附动力学均符合二级动力学方程,吸附反应主要在前10h内完成,且0～2h内反应迅速.根据Langmuir模型,6个样点沉积物对磷的理论吸附容量(Qmax)的范围为294.12～1 111.11 mg/kg,其中湖区北部和中部沉积物的吸附能力高于南部.沉积物对水体中磷的吸附解吸平衡浓度(EPC0)的变幅为0.002 ～ 0.033 mg/L,其与沉积物本底吸附态磷(NAP)呈较弱的正相关关系.本研究条件下,大部分样点的EPC0小于上覆水中磷的浓度,其中湖区西北部和东南部沉积物中磷具有向上覆水体释放的趋势.沉积物的NAP与总氮、有机质、活性铝和黏粒间均呈显著正相关,Qmax与铁铝结合态磷、有机质、活性铝和粉粒间呈显著的正相关关系.活性铝、有机质和粒度是影响沉积物磷吸附的主要因素.     

土壤及泥沙颗粒组成与养分流失的研究

利用自然降雨影响下的农田为试验样地,分析了降雨前后土壤颗粒组成与养分含量的变化,探讨了流失泥沙颗粒组成与养分的变化特征。结果表明,在降雨后,西瓜地与油菜地表土颗粒组成呈现粘粒与粉粒含量减少,砂粒含量相对增加的趋势;土壤养分含量都有不同程度的下降,其中水解氮与速效磷下降的幅度很大,西瓜地与油菜地水解氮降雨后降幅分别为9.67%和7.99%,速效磷的降幅分别为9.20%和8.76%;全氮养分降幅很小,西瓜地与油菜地分别为2.17%和1.54%;流失泥沙细小颗粒含量与养分含量随时间基本都呈降低的变化趋势,并且细小颗粒含量与携带流失的养分含量有显著甚至极显著的正相关性;流失泥沙具有富集粘粒和富集养分的特性,油菜地与西瓜地粘粒富集率分别为1.23和1.20,两样地全氮与速效磷的富集率都在1.3以上,而全磷和水解氮富集率基本处在1.1-1.3之间。     

华西雨屏区5种坡地利用方式产流产沙与养分流失特征

选择5种坡地利用方式,分别是裸地、农耕地(玉米)、荒草地、巨桉林地Ⅰ与巨桉林地Ⅱ,建立人工径流小区,对2006年6～11月各小区产流产沙及养分流失进行对比研究.结果表明:(1)5种坡地利用方式产流产沙差异显著(P＜0.05),径流深依次是裸地(250.9 mm)＞农耕地(232.9 mm)＞荒草地(175.4 mm)＞巨桉林地Ⅰ(170.5 mm)＞巨桉林地Ⅱ(141.3 mm);产沙量大小依次为:农耕地(313.63 t/km2)＞裸地(176.80 t/km2)＞荒草地(94.45 t/km2)＞巨桉林地Ⅰ(90.58 t/km2)＞巨桉林地Ⅱ(36.37 t/km2).(2)5种坡地利用方式养分流失差异显著(P＜0.05),其流失量大小顺序均为钾素＞磷素＞氮素.其中,氮素与磷素流失以水溶态为主,平均为96.16%与69.45%;钾素以颗粒态(与泥沙结合态)为主,平均为74.93%.(3)不同坡地产流产沙主要影响因素不同,裸地与农耕地受降雨影响较大,而荒草地与巨桉林地受人为干扰因素较大.(4)调整农事活动、改善经营措施与减少人为干扰对防止坡地产流产沙以及养分流失具有重要作用.