三峡水库消落带土壤团聚体微结构变化特征

三峡水库落差30 m的反季节水文节律使消落带的地形、植被和土壤发生了巨大变化,特别是土壤团聚体微结构对干湿交替作用极为敏感。为了明确三峡水库消落带水位周期性涨落对土壤团聚体微结构的影响,采集消落带145～155 m、155～165 m、165～175 m的表层土壤,以未淹水高程180 m的土壤为对照,采用同步辐射显微CT及图像处理技术,对土壤团聚体微结构变化特征进行分析。结果表明:(1)团聚体孔隙度随水位高程的降低而显著降低,与180 m的孔隙度相比,165～175 m、155～165 m和145～155 m的孔隙度依次降低了21.80%、47.68%和59.58%;孔隙数量和孔隙节点数量随水位高程的降低显著减少,最大降幅分别为56.64%和91.18%;孔隙分形维数随水位高程降低而降低,欧拉值则随水位高程的降低而增大;(2)团聚体孔隙度以100μm的通气孔隙度为主,随着水位高程的降低,通气孔隙度逐渐降低,而30μm的贮存孔隙度和30～100μm的毛管孔隙度先增加后降低;(3)团聚体孔隙形状以瘦长型孔隙为主,随着水位高程的降低,瘦长型孔隙占孔隙度的百分比显著降低,而规则孔隙和不规则孔隙占孔隙度的百分比显著增加。三峡水库消落带水位周期性涨落对团聚体孔隙数量、大小分布、形状特征等影响显著,团聚体孔隙特征参数随水位高程的变化,主要受淹水时间、淹水深度和干湿交替等因素的影响。研究结果可为三峡水库消落带土壤抗蚀能力及岸坡稳定性评价提供依据。     

Wetland-DNDC模型模拟密云水库消落带甲烷排放（英文）

淡水生态系统消落带是甲烷排放研究的热点区域,但相关数据的积累十分薄弱。本研究利用静态箱法和过程模型(Wetland-DNDC),研究了密云水库消落带CH_4排放通量。在消落带的三个水位梯度:即永久淹水深水区、永久淹水浅水区和季节性淹没区,选取九种典型植被进行CH_4排放通量的野外监测和模型模拟。结果表明:在三个水位梯度上,Wetland-DNDC模拟值与实测值拟合度分别为0.89、0.81和0.49(p0.001)。Wetland-DNDC模型抓住了水位波动、土壤温度和土壤有机质含量等因子对消落带CH_4排放的影响规律,成功地在时间、空间和数量级上对消落带CH_4排放通量进行了模拟,为评估水库温室气体排放提供了新方法。在密云水库生长季模拟的消落带CH_4总排放量为15.1 g CH4·m~(-2),在数量级上,与国内其他类型湿地消落带CH_4排放具有可比性。据此推算Wetland-DNDC模型适用于水库或湖泊消落带区域甲烷排放的模拟,对植被模块进行改进可以进一步提高模型模拟的准确性。     

基于GIS的长江三峡库区滑坡影响因子分析

利用GIS技术和统计方法,对三峡库区选定的研究区域(面积4539km2)滑坡空间分布和地形、地质等滑坡内部因子之间相关性进行统计计算。在建立地质、地形数据库等滑坡因子空间数据库和滑坡空间分布数据库(数据比例尺均为1∶10000)基础上,从地形数据库提取25m分辨率DEM,再派生出高程、高差、坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率等地形影响因子;从地质数据库提取地层和岩性组合影响因子。将各个定性的因子按一定规则进行重分类、转换为25m分辨率的栅格数据格式,在GIS中进行地图代数运算、统计计算滑坡和各影响因子相关性。结果表明,滑坡分布和Q4、J1x,J1z、S岩性岩组;90m以下、90～135m和135～175m三个高程带;15～20m局部高差;10°～25°坡度;北、南和西北方向及-1～1曲率范围等影响因子相关性等级都大于1,为滑坡发生的主要影响因子类属。研究的结果是进行滑坡易发性评价的基础,可以指导库区滑坡灾害管理、土地利用等。     

外来克隆植物大米草对模拟潮汐淹水时间的生理响应

为了分析大米草(Spanina anglica)在中国海岸带衰退过程中对潮汐淹没时间的生态适应性,通过人工模拟潮汐控制试验,对不同潮汐淹水时间处理(淹水时间分别为每天2 h,4 h,6 h,8 h和10 h)条件下大米草叶片的脯氨酸含量、可溶性糖含量、叶绿素含量和光合速率等生理指标及总生物量的影响进行研究.结果表明,随着淹水时间的延长,大米草叶片可溶性糖、光合速率及总生物量呈增加趋势,淹水6 h后又呈下降趋势,各指标均在6 h淹水时间处理条件下最大,显著高于其他处理(p<0.05);而叶片脯氨酸含量从淹水4 h后,呈现显著增加趋势,淹水10h时达到最高;淹水处理对叶片叶绿素b及叶绿素c含量影响显著,分别以淹水时间4 h叶绿素b含量和10 h时叶片叶绿素c含量最低,而对叶绿素a及叶绿素a/b值的影响无显著差异.综合分析大米草的生理指标对模拟潮汐淹水时间处理的适应性,推断大米草种群较适宜的潮汐淹水时间为6 h/d左右,而由于大米草在中国沉积型海岸带分布区高程的变化使大米草种群长期不能达到最适淹水时间,是大米草种群自然衰退的主要原因之一.     

数字地形分析的理论、方法与应用

数字高程模型自20世纪50年代首次被提出以来,就以其简洁的数据组织方式、对地形的直观表达、简单高效的地形因子解译方法而显示了其在地学领域应用的巨大潜力。本文在全面检索和分析前人相关研究成果的基础上,首先将数字地形分析 (Digital Terrain Analysis,简称DTA) 的各种分析方法总结为四类,即坡面地形因子分析、特征地形要素分析、地形统计分析以及基于DEM的地学模型分析,并简要总结了每种分析方法的主要内容;其次,探讨了数字地形分析的精度及尺度问题,指出尺度效应、最适宜尺度选择以及尺度转换是DEM地形分析中的基本尺度问题;然后,论文介绍了DTA在地貌、水文、土壤、地质灾害、农业等领域的应用现状;最后,提出了数字地形分析发展方向,指出数字地形分析的概念框架亟待完善、模型构建精度有待提高、地形分析方法需要扩展,尤其是实现DEM模型嵌入的一体化分析方法,以求得到与现实世界地理环境更为接近的模拟。     

水库消落带研究进展

水库消落带是因水库蓄水或泄洪而使土地周期性被水淹没或出露水面的特殊区域,消落带具有特殊的能量交换、物质循环和生态格局动态特征,从而成为对水库工程安全(如岸线稳定、地质灾害)和水生态环境演化(水质安全、水生态健康)具有重要作用的"生态交错区(ecotone)",是当前水库生态环境保护研究与可持续性管理实践的关注热点。对2008～2018年期间发表的有关水库消落带研究的论文内容进行了系统总结和分析,文献综述结果表明,2008～2018年有关水库消落带研究的论文发表数量快速增加,早期研究以水库岸线稳定、水库工程安全问题为侧重点,新的研究则注重于水库消落带生态系统功能和健康,水库消落带的变化机制受到广泛关注,水库消落带植被抗逆演替及格局动态、消落带物质循环的生物地球化学过程、消落带土壤(沉积物)的环境微生物作用、消落带生态格局与水库水质动态的互馈影响关系等问题成为研究前沿。未来,在水库消落带植被抗逆演替、干湿交替环境物质循环的微生物作用、消落带生态系统自组织完善、消落带与流域生态格局演化的协同发展等方面,还有待加强理论研究。     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模拟

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律。结果表明:受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡)     

三峡水库蓄水至156 m水位后白夹溪消落带植物群落生态学研究

三峡水库2006年10月底蓄水至156m水位后,已形成大面积消落带。为了解水位变动情况下,水库消落带植物群落的生态学特征,于2008年7～9月选择位于三峡水库腹心的澎溪河支流白夹溪,对145～156m高程消落带进行了调查。从植物群落的物种组成、生活型和结构特征等方面进行分析,并运用TWINSPAN法对消落带植物群落进行数量分类。结果表明,澎溪河支流白夹溪消落带植物群落物种较丰富,共有高等植物96种,分属36科73属,植物区系地理成分简单;植物群落生活型以一年生植物为主;植物种类构成以湿生、水生植物为主,占总种数的76.04%。TWINSPAN数量分类将调查的68个样方分为10个植物群落类型,其中最具代表性的群落有苍耳(Xanthum mongolicum)+狗牙根(Cynodon dactylon)群落、苍耳群落、双穗雀稗(Paspalum paspaeoides)群落、双穗雀稗(Paspalum distichum)+空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)群落和白茅(Imperata cylindrica)群落,群落特征明显表现出对水位涨落及小生境差异的适应。     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模式

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律.结果表明受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡).     

小尺度地形因子对农地土壤质量的影响研究

地形差异是土地利用结构和空间分布格局分异的重要影响因子,也是土地质量的重要参评因素.选择泰山东麓多种地貌类型过渡区,利用数字高程模型(DEM)提取研究区坡度、高程等地形因子信息,通过GIS空间分析划分研究区农地土壤质量等级,利用SPSS统计分析高程、坡度等地形因子对土壤质量的影响.结果表明:土壤质量等级随地形变化呈规律性演替,坡度和高程与土壤质量呈极显著相关关系,且坡度对土壤质量的影响大于高程;随着坡度的上升,土壤质量分值呈抛物线趋势,而随着高程的上升,土壤质量呈降低趋势,且各高程段内不同坡度等级土壤质量分值也呈抛物线走势;土壤质量的最高分值位于坡度2°～5°、高程0～150 m的地形部位.     

地形和气候对中国山地森林带界线的影响

山地森林带界线对地形差异和气候变化敏感,是地学、生态学研究的重要内容。利用13个气候指标进行主成分分析,提取出中国31个自然地带的气候指数,包括夏季温度变异指数(STVI)、冬季温度变异指数(WTVI)和干旱指数(DI),3个气候指数符合地带性分布规律,STVI从南向北递减,WTVI以东部地区和南疆部分地区最高,DI则从东南向西北递增。基于文献发表的中国28个典型山体的森林带界线数据,将其与山体基面高度、山体相对高度和地带性气候指数进行多元回归分析。结果显示,山体基面高度对森林带下线南北坡差异贡献最大(39.67%),山体相对高度对森林带上线南北坡差异贡献最大(39.34%)。3个地带性气候指数的累积贡献对森林带上线南北差异、下线南北差异和带宽南北差异的影响差别不大,在51.4%~55.9%之间,其中STVI贡献最大,其次是WTVI和DI。通过定量揭示地形和气候要素对山地森林带界线差异的贡献,可以为区域或全球尺度的山地森林带界线评价和模拟提供参考。     

腾格里沙漠不同类型沙丘土壤水分含量与地形-植被因子关系研究

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,其分布受气候、地形和植被等众多因素的影响。以腾格里沙漠沙坡头地区3种类型的沙丘（固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘）为研究对象,利用方差分析和冗余分析（RDA）等方法对沙丘不同部位和不同深度土壤水分的分布特征及其与地形-植被因子之间的关系进行了综合分析。结果表明：（1） 不同类型沙丘上0~300 cm的土壤水分随着深度的增加而增加,表层土壤水分的波动程度大于中层和深层。（2） 固定沙丘不同部位及不同深度的土壤水分之间没有明显的差异,半固定沙丘和流动沙丘迎风坡与丘底的土壤水分高于背风坡和丘顶。（3） 固定沙丘上的土壤水分受地形-植被因子的影响较半固定沙丘和流动沙丘小,影响固定沙丘土壤水分的主要因子有坡向、高差和灌木多度。（4） 地形-植被因子与研究区绝大多数半固定沙丘和流动沙丘的土壤水分均有负相关关系。研究揭示了腾格里沙漠土壤水分的分布规律及其与地形-植被因子的关系,对制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式有积极的指导作用。     

GAM模型在蝗虫地理格局分布研究中的应用——以黑河上游3种天然草地蝗虫为例

将基于样本调查数据的群落—地形因子回归分析与地理信息系统支持下的昆虫属性空间格局预测结合,是昆虫-地形关系定量研究的新途径.通用可加性模型(GAM)的非参数属性使之具有对不同数据类型的广泛适应性,成为这种“回归分析+空间预测”途经的有效手段.不同程度上依赖于数字高程模型的环境空间数据集是实现空间预测的必要条件.我们利用广义可加模型方法,定量分析了3种不同生态种蝗虫与地形因素的相关关系.结果表明:(1)3种不同生态种的蝗虫具有不同的模型结构、模拟效果以及结果的稳定性,反映了所受地形因子影响的差异.(2)蝗虫的广布种与地形因子关系最弱,局部地形的变化仅对其密度变化有影响;常见种受地形因子的影响明显高于广布种,同时受大尺度的海拔与微地形的剖面曲率影响;稀有种分布格局对地形条件的选择性最强,同时受限于海拔、坡度和坡向.(3)模拟结果对常见种以及稀有种的模拟全部有效;对广布种的预测基本失败.(4)模型预测变量的有效性和全面性决定了模型对数据的解释能力,非线性关系体现了蝗虫密度-地形指标的不确定性,除模型解释的变化外,其他生物因子、非生物因子以及随机因素也影响模型的可靠性.     

巴丹吉林沙漠南部高大沙丘包气带水分空间分布特征研究

水是影响沙漠生态系统的主要因子,决定着多年生植物的种类和数量。受恶劣的自然条件和研究手段限制,目前对沙漠地区包气带水分时空动态变化的研究相对薄弱。以巴丹吉林沙漠南部湖泊密集区为研究对象,通过随机采样和同一坡向剖面采样,综合运用DCCA和地统计学分析方法,揭示0～10 m较深层包气带沙丘水分的空间变化规律和局部控制因子对包气带水分的影响。结果表明,0～10 m沙丘包气带水分变化曲线呈指数、对数和对数正态分布3种类型,分别受地下水或下伏黏土层的毛管作用、湖心距和综合地形因子控制;影响沙漠包气带水分空间变化的主要局部控制因子与小流域的研究结果差异显著。地形、植被等局部控制因子影响对数分布型包气带水分的深度为表层1 m,而影响对数正态分布型的深度为3～4 m;沙丘水分随相对湖面高程空间变化差异显著,而空间相关距离则不显著。     

三峡水库消落带优势草本植物对土壤氮磷的吸收富集特征

三峡水库消落带春夏出露,植物生长茂盛,可能拦蓄提取大量库区营养盐,研究消落带植物对氮磷养分的富集特征及其种间差异将为三峡消落带高效截污植被的筛选与重建提供重要基础数据。本文通过三峡水库消落带实地调研,采集典型草本植物,测定生物量和养分含量,计算富集系数和养分累积吸收量,从生态计量角度分析种间差异。结果表明,(1)三峡水库消落带优势植物主要为草本植物,优势草本植物有苍耳、青蒿、籽粒苋、铁线蕨、鬼针草、水蓼、稗草、空心莲子草、狗牙根、牛鞭草等。地上生物量的种间差异显著,苍耳和青蒿的地上生物量最高,铁线蕨地上生物量最低。(2)不同种类草本植物的氮磷吸收富集能力差异显著,苍耳和水蓼的氮富集系数最高;狗牙根和青蒿对磷的富集系数最高,苍耳和青蒿氮磷累积吸收量最高。另据植物对氮磷的富集系数、累积吸收量和其地上生物量,可将消落带草本植物分为5类:强氮磷富集型(苍耳和青蒿)、氮富集型(籽粒苋)、磷富集型(狗牙根)、弱磷富集型(水蓼和空心莲子草)、弱氮磷富集型(稗草、鬼针草、铁线蕨和牛鞭草)。(3)若仅考虑植物对消落带土壤(底泥)的养分吸收,强富集型和富集型植被具有更强的光合吸收提取效率,生态截污能力强,因此,消落带截污植被恢复草本可选苍耳、青蒿、籽粒苋、狗牙根等。     

近40a阿尔金山冰川与气候变化关系研究北大核心CSCD

以Landsat MSS/TM/ETM+/OLI遥感影像和数字高程模型为数据源,在遥感和地理信息技术支持下,分析了阿尔金山地区1973、1999、2010、2015四期冰川变化特征。研究表明:(1)1973-2015年,冰川总面积共退缩了58.78 km^2,年均退缩率为0.40%·a^(-1),东段退缩速率最快,其次是西段,中段最慢,且冰川退缩速率呈现出先变快后变慢的变化趋势。(2)各个坡向都出现不同程度的退缩,偏南坡比偏北坡冰川退缩严重。(3)冰川面积退缩速率与规模等级呈现反相关关系,小规模冰川退缩速率快。(4)冰川分布随海拔变化呈正态分布,海拔越低退缩速率越快。统计分析气象数据表明,气候变暖是冰川退缩的主要原因,同时地形与冰川规模也影响冰川变化。     

人类活动对磨刀门水道河床地形和潮汐动力的影响

基于实测地形和水文资料,探讨人类活动对近期磨刀门水道河床地形和枯季潮汐动力变化的影响。研究结果表明:(1) 磨刀门上游河段大规模河床挖沙引起河床高程显著降低,水深增大,河槽容积增加,底坡降减小;口门围垦整治导致磨刀门口门区水域面积变小,入海口门向海延伸,入海水道增深。(2) 磨刀门水道河床地形变化引起枯季潮汐动力发生变化:上游河段低潮位降低,潮差增大,进潮量增加,潮汐动力明显增强;口门区潮差减小,横洲水道潮能汇聚,水位壅高;水面坡降减小,潮波传播速度增加,咸水界上移。     

复杂地形下长江流域太阳总辐射的分布式模拟

利用长江流域气象站1960-2005年的观测资料(包括常规气象站点资料和辐射站点资料)、NOAA-AVHRR遥感数据(反演地表反照率),以1km×1km的数字高程模型(DEM)反映地形状况的主要数据,通过基于DEM数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,分别建立了长江流域太阳直接辐射、散射辐射和地形反射辐射分布式模型,实现了长江流域太阳总辐射模拟,并对总辐射模拟结果进行了时空分布规律分析和对其受季节、纬度、地形因子(高度、坡度和坡向等)影响的局部规律分析,以及模拟结果的误差分析和站点验证分析。结果显示:太阳总辐射在季节上受影响的程度依次是春季>冬季>夏季>秋季;随着高度、坡度、纬度的增加,太阳总辐射受坡向影响的程度呈增强趋势,从坡向上看,向阳山坡(偏南坡)对太阳总辐射量明显高于背阴坡(偏北坡)。模拟的平均绝对误差为13.04177MJm^-2,相对误差平均值3.655%,用站点验证方法显示:模拟绝对误差为22.667MJm^-2,相对误差为4.867%。     

湖南东江湖湿地公园的资源(产)服务功能与价值研究

分析了拟建的湖南东江湖国家湿地公园的资源(产)与服务功能体系,主要包括物质生产、生态、旅游休闲功能和科研文化功能4个方面,并对其价值进行了定量估算,得出东江湖湿地公园总价值不完全估计可达1057070.74万元/a。定量化价值估算能更好地为东江湖湿地公园的规划和建设服务,以确保东江湖这一具有人类资源文化遗产价值的森林—湿地复合生态系统得到有效保护与可持续利用。     

六盘山华北落叶松林坡面土壤含水量的时空变化

受气象、地形、土壤、植被因子的影响,土壤水分具有坡面位置变化和空间尺度效应,需对此深入理解和精细刻画,以便为精细化森林管理、坡面生态水文研究中的代表性样地选择和尺度转化提供科学依据。在宁夏六盘山香水河小流域,选择一个设置有空间连续样地的华北落叶松人工林典型坡面,于2015年5—10月利用土钻取土,并烘干测定了0~100 cm土层的质量含水量,研究生长季内各月土壤含水量沿坡的时空变化规律。结果表明:(1)土壤含水量存在沿坡变化,在整个生长季表现为随水平坡长增加先逐渐升高,在坡中上部(水平坡长109.2 m)达到最大,之后逐渐降低并在坡中下部(水平坡长350.4 m)达到最小,之后又有所回升。各月的土壤含水量沿坡变化趋势与整个生长季基本一致。(2)土壤含水量存在坡面尺度效应,表现为土壤含水量滑动加权平均值随水平坡长增加有明显变化,整个生长季及各月的土壤质量含水量的坡面尺度效应的变化趋势基本一致,但数值大小有所不同。(3)在研究年份为平水年和降水较多的条件下,土壤持水性能是影响土壤质量含水量沿坡差异格局的主要因素,表现为各月土壤含水量均与土壤孔隙度、持水能力显著相关。(4)对整个坡面平均土壤质量含水量而言,最佳代表性样地位于坡中部相对水平坡长0.57处,可由此样地的土壤含水量测定值代表坡面均值,并可利用本文建立的该样地土壤含水量测定值与坡面均值的关系式精确上推估计坡面均值。