2种不同算法的水资源生态足迹动态比较分析——以山西省为例

为分析比较全球公顷和国家公顷核算水资源生态足迹的异同,基于水资源生态足迹理论与方法,构建出"全球公顷"和"国家公顷"的山西省水资源生态足迹计算模型,对其2007—2018年水资源生态足迹进行了测算与比较分析。结果表明:(1)2种不同算法得出12年间山西省人均水资源生态足迹、人均水资源承载力、人均水资源生态赤字变化趋势相似,整体均呈上升趋势,但用国家公顷法得出的结果均大于用全球公顷法得出的同1年份的结果。(2)2种不同算法得出山西省2007—2018年万元GDP水资源生态足迹均呈下降趋势,说明12年间其水资源利用率在提高。(3)2种不同算法得出这12年间山西省水资源生态压力指数远1,说明其水资源开发利用处于不安全状态。研究认为:(1)2种算法产生差异的主要原因在于采用的水资源均衡因子、水资源产量因子及区域水资源平均生产能力存在差异。国家公顷法比全球公顷法能更好地反映国家级以下空间尺度水资源开发利用态势。(2)需根据不同的研究目的,构建相应的计算模型进行水资源生态足迹的核算与分析,既有助于真实反映不同空间尺度上区域水资源开发利用态势,也有利于同级空间区域尺度上水资源生态足迹的比较。     

藏东南高寒土坡面细沟水流输沙能力变化特征

为探究高寒土坡面细沟侵蚀过程机理,建立科学的坡面细沟输沙能力因子模型,服务高寒坡面水土流失治理工作,以藏东南高寒土壤为研究对象,采用室内径流放水冲刷试验,探讨不同流量和坡度条件下细沟水流输沙能力特征。结果表明：（1）高寒土坡面细沟水流输沙能力的临界坡长随输沙能力的增加而变短,范围为3.27~8.31 m;坡度在15°~25°时,临界坡长大约稳定在5.0 m;（2）不同坡度下,高寒土细沟水流输沙能力与流量表现为明显的线性正相关关系（T_c=Aq）;小坡度的输沙能力受流量的影响程度大于大坡度;（3）高寒土细沟水流输沙能力与坡度可以用指数方程较好地表示（T_c=-ae^（-S/b）+c）,输沙能力随坡度的增大先快速增大,后逐渐过渡到平稳,当坡度达到15°时增幅平缓;（4）坡面细沟水流输沙能力可以用二元幂函数方程T_c=1697.83S^0.491q^1.043表示。通过本模型与其他模型的比较分析,ANSWERS模型在计算高寒土的坡面细沟水流输沙能力还值得商榷,本试验模型、Lei模型与Gao模型均能较好地模拟高寒区细沟侵蚀输沙能力。     

倭肯河上游两种林型枯落物和土壤持水特性

为探讨不同树种组成的林分持水特性,采用实地调查与室内浸泡法,对倭肯河上游杂木林和阔叶红松林枯落物的蓄积量和持水特性进行测定,采用环刀法对土壤持水量进行测定。结果表明:两种林型枯落物厚度约7.5 cm,蓄积量为8.07~9.85 t/hm²,最大持水量相当于可吸收2.0~2.5 mm的降水,有效拦蓄量相当于可吸收1.0 mm的降水。枯落物持水量与浸水时间呈对数函数关系(R 2>0.9843),吸水速率与浸水时间呈幂函数关系(R 2>0.9999)。两种林型土壤总孔隙度范围为50.32%~51.41%,非毛管孔隙度范围为3.00%~4.44%,土壤最大持水量范围为1509.74~1542.17 t/hm²,土壤有效持水量范围为89.96~133.32 t/hm²。阔叶红松林密度低,生产力高,枯落物层最大持水量、有效拦蓄量,土壤层最大持水量、有效持水量均高于杂木林,但各评价指标差异不显著(p>0.05)。两林地持水能力中等偏低,以提高森林水源涵养为目标时,可维持现有结构,进一步开展密度调整研究。     

中国水蚀区5种典型土壤的侵蚀性降雨阈值比较

[目的]准确拟定侵蚀性降雨阈值,区分侵蚀性与非侵蚀性降雨事件,为有效减少土壤侵蚀预报的工作量以及区域土壤侵蚀防治提供科学参考。[方法]在北京市房山区布设中国5个水蚀二级区典型土壤休闲小区,收集各小区2006—2019年的产流产沙监测资料,利用降雨侵蚀力偏差法分析各小区的侵蚀性降雨量(P)和最大30 min雨强(I₃₀)阈值。[结果](1)相比P阈值,I₃₀在识别侵蚀性降雨方面更为有效。(2)黑土和褐土小区侵蚀性降雨阈值较高,二者P阈值均为10.0 mm,I₃₀阈值均为10.2 mm/h;黄土小区次之,其P和I₃₀阈值分别为9.5 mm和8.9 mm/h。紫色土与红壤小区较低,二者的P阈值分别为5.4和6.1 mm,I₃₀阈值分别为3.2和5.2 mm/h。(3)各径流小区的监测资料年限达到12 a时,侵蚀性降雨阈值才可达到稳定。[结论]不同地区土壤的侵蚀性降雨阈值存在较大差异。侵蚀性降雨阈值不仅受土壤自身特性如粒径分布和有机质含量的影响,还与当地的气候状况如降雨雨型有关。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明：(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。     

基于突变级数法的江苏省资源环境承载力评价及障碍因素诊断

资源环境承载力研究对实现区域可持续发展,建设生态文明社会具有重要的意义。以江苏省作为研究区域,构建资源环境承载力评价指标体系,运用突变级数法对江苏省2004-2014年的资源环境承载力进行了动态评价,并运用障碍因素诊断模型进一步探索制约江苏省资源环境承载力提高的因素。研究表明:（1） 江苏省资源环境承载力在波动中逐步提高,承载力水平从2004年的0.829 0上升到2014年的0.967 8,资源环境承载能力由较弱承载力等级（Ⅱ）提高到较高承载力等级（Ⅳ）;（2） 经济社会复合系统承载力呈稳定上升趋势,承载力水平由2004年的0.682 7上升到2014年的0.993 1,而资源环境复合系统承载力呈波动上升趋势,承载力指数变化于0.687 3~0.936 6,经济社会复合系统与资源环境复合系统的共同作用促进了江苏省资源环境承载力的整体提高;（3） 经济子系统和资源子系统是制约江苏省资源环境承载力提高的主要因素,其中人均耕地面积是最重要的障碍因素。以上研究可为促进江苏省经济社会的可持续发展提供理论支撑。     

干旱区生态用水和土壤植被承载力综述

干旱区的生态恢复与植被建设均受到水分的严重制约,生态用水和土壤水分植被承载力的研究均为实现地区可持续发展的重要一环。生态用水影响土壤水分补给量,而土壤水分补给量是制约土壤植被承载力的因素之一。因此提高土壤植被承载力需要保证干旱区生态用水总量,而森林植被有保持水土、调节地表径流、增加入渗的功能,能够使得干旱区生态用水量增加,从而提高土壤植被承载力,形成良性循环,最终达到生态系统的稳定。综合提炼多篇相关文献的观点,从生态用水和土壤植被承载力的概念、研究发展现状、在植被建设的指导意义3方面综合阐述,讨论了生态用水以及土壤植被承载力的内在联系。     

耕地棕壤酸碱缓冲性能及酸化速率研究

辽宁省耕地棕壤自第二次土壤普查以来酸化趋势明显,pH整体平均值从第二次普查时期的6.42降至5.73。对辽宁省4个典型地区(昌图、沈阳、瓦房店、清原)的耕地棕壤耕层(0-20cm)缓冲性能、酸化速率及其影响因素进行研究,结果表明:各地区酸碱缓冲容量变幅为29.66～39.87mmol/kg.pH unit,其中辽宁北部和中部地区酸碱缓冲容量明显高于辽南和辽东地区。酸化速率以辽南地区下降速率最快,其值为2.69H+kmol/(hm2.a),而速率最慢的地区为辽东,其酸化速率为1.44H+kmol/(hm2.a)。土壤初始pH、阳离子交换量、颗粒组成及有机质含量均是影响酸碱缓冲容量变化的主要因素。北部和中部质地以粉(砂)壤土为主,阳离子交换量、盐基饱和度及粘粒含量均高于南部和东部地区,因此缓冲性能也较强。施肥及其他人为因素对辽宁耕地棕壤酸碱缓冲容量及酸化速率的影响有待进一步研究。     

植物叶面自由能特征和水滴形态对截留降水的影响

采用浸水法和喷水法测定21种植物叶片的最大持水量,初步探讨叶面润湿性、表面自由能及其极性和色散分量对叶片最大持水量的影响,并分析2种方法测定叶片持水量不同的可能原因。浸水法和喷水法测定的叶片最大持水量物种间有显著差异(P<0.001),叶片的最大持水量变化范围分别为29.4～180.0g/m2,94.1～278.3g/m2。浸水法测定的叶片最大持水量与表面自由能、色散分量分别呈正相关(P=0.002,P=0.000),与极性分量呈乘幂关系(P=0.006),与叶接触角呈指数关系(P=0.004)。喷水法测定的叶片最大持水量与表面自由能、极性分量、色散分量、叶接触角的相关关系均不显著(P>0.05)。这可能是由于喷水过程中,在叶片表面自由能的作用首先在叶面上形成了小液滴,随着喷水过程的进行,液滴在水的表面张力和重力的作用下逐渐聚集形成大的液滴。