黑河上游青海云杉森林生态系统蒸散发分割

通过对黑河上游排露沟流域海拔2 700 m和2 900 m处青海云杉森林生态系统不同季节的土壤水、 植物水和大气水汽等不同水体稳定氧同位素组成（δ¹⁸O）的测定, 运用Craig-Gordon模型、 同位素稳态假设和Keeling Plot模型分别得出土壤蒸发、 植物蒸腾和蒸散发的δ¹⁸O, 结合多元线性混合模型将生态系统蒸散发分割为土壤蒸发和植物蒸腾。结果表明： 土壤蒸发水汽的δ¹⁸O_E、 植物蒸腾水汽的δ¹⁸O_T及蒸散发水汽的δ¹⁸O_ET分别介于-35.9‰ ~ -25.2‰、 -9.0‰ ~ -4.2‰和-18.5‰ ~ -10.2‰之间, 三者顺序为δ¹⁸O_T > δ¹⁸O_ET > δ¹⁸O_E, 满足同位素稳态假设。植物蒸腾对蒸散发的贡献率（f_T）在52.2% ~ 88.4%之间变化, 土壤蒸发对蒸散发的贡献率（f_E）在11.6% ~ 47.8%之间变化, f_T远大于f_E, 说明生态系统蒸散发大部分来自于植物蒸腾, 即植物蒸腾是青海云杉森林生态系统蒸散发的重要组成部分。f_T与气温呈负相关, 而与相对湿度呈正相关, 说明气温对f_T起抑制作用, 相对湿度对f_T起促进作用, 但是相关系数不高, 说明f_T在自然环境下还可能受除气温和相对湿度外的多种环境因素和生物因素综合影响, 具体影响机理有待进一步探究。本研究结果可为进一步研究黑河流域区域内循环和流域尺度水循环研究提供理论依据。     

近40年来青藏高原典型高寒草原和湿地蒸散发变化的对比分析

青藏高原地表蒸散发是决定亚洲水塔水储量变化的关键要素.在快速升温背景下,长时间尺度的青藏高原地表蒸散发如何响应气候变化亟需深入探讨.以青藏高原两种典型高寒生态系统(草原和湿地)为研究对象,以野外观测和互补蒸散发模型为研究手段,利用常规气象资料驱动互补蒸散发模型,应用于青藏高原的典型资料稀缺地区,并就模拟结果进行验证评估,揭示了两种典型高寒生态系统近40年的蒸散发变化特征.结果 表明,校正参数后的非线性互补蒸散发模型可较为准确地模拟两种下垫面的蒸散发,亦即该模型在青藏高原资料稀缺区具有较好的应用潜力.1973-2013年,青藏高原典型高寒草原蒸散发呈不显著的增大趋势,而高寒湿地则以2.0 mm/a的速率显著增大.相关分析表明,高寒草原和湿地蒸散发的年际变化主要与水汽压(即空气湿度)有关.阶段性分析发现,1970s至1990s末期,两种生态系统蒸散发皆在波动中逐渐增大;而1997年以后,高寒草原和高寒湿地蒸散发的变化模式表现出明显差异:前者在波动中逐渐减小,后者则持续增大至2000s中期.造成这种差异的原因可归结为高寒湿地受冰川融水的影响,土壤含水量可维持在较高的水平,加之2000s高寒湿地的水汽压和日照时数增大,使得该时段内地表蒸散发仍呈增大之势,亦即上游的冰川融水对下游的湿地蒸散发有重要影响.结果 表明,空间距离较近的两种典型高寒生态系统,由于所受水源补给不同,局地蒸散发对气候变化的响应模式可能有较大差异.     

新疆阿克苏河上游高寒草甸蒸散发观测与估算

蒸散发是水循环的关键环节, 是水量平衡的重要组成部分. 由于在高寒山区进行长期野外观测的难度较大, 导致对区域实际蒸散发的认识不清, 从而无法明确区域水资源分配与不同植被的生态水文功能. 在天山山区, 高寒草甸占其总面积近15%, 其对降水的调节作用巨大, 但目前高寒草甸的实际蒸散发量多用潜在蒸散发进行推算, 缺少实际观测数据. 2012年10月-2013年9月, 利用3个小型蒸渗仪观测了阿克苏河上游科其喀尔冰川综合考察站附近山区的高寒草甸的实际蒸散量, 并尝试利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)估算实际蒸散发. 结果表明:研究区高寒草甸全年内实测蒸散量511.3 mm, 日均蒸散量为1.4 mm·d^-1; 在不同时期, 蒸散量变化剧烈, 冻结期、生长前期、生长期和生长后期的蒸散量分别为53.9、41.0、363.8和52.6 mm, 分别占全年蒸散量的10.5%、8.0%、71.2%和10.3%. 最小二乘支持向量机对实际蒸散发的估算精度较高, 对观测资料相对缺乏的高寒山区来说, 不失为一种较好的估算蒸散发方法.     

寒旱区草地不对称增温现象对蒸散发的影响分析

选取1981—2020年海拉尔河流域及周边地区气象站点观测资料, 结合水文数据, 利用适用于植被稀疏下垫面的BTOP(Block-wise use of TOPMODEL)分布式水文模型估算区域蒸散发量, 进而在不对称增温现象影响下, 分析其对蒸散发的影响特征。结果表明: ①流域内1981—2020年不对称增温现象显著, 主要表现为因夜间温度升幅较大为主的昼夜不对称增温及地表温度升幅较大为主的地气不对称增温; ②影响蒸散发的主要气象因子依次为相对湿度、风速、地气温差、地表温度和昼夜温差, 且相对湿度、昼夜温差及地气温差与蒸散发量变化趋势相反, 其中相对湿度及风速影响强度年际变化平稳, 温度因子影响强度则逐年增强; ③不对称增温对于流域蒸散发量的影响逐年增强, 地表增温速率的增强是造成地气不对称增温的主要原因, 在此影响下, 区域蒸散发呈现减小趋势, 故在探究蒸散发量变化原因时, 温差变化不可忽视。     

基于SEBS模型和Landsat 8数据的黑河下游蒸散发时空特性分析

对黑河下游地区蒸散发量的估算及其时空特性的研究,有助于进一步了解流域水循环,合理利用水资源,防止生态环境进一步恶化。利用SEBS模型估算了黑河下游额济纳绿洲2014年15天的日蒸散量,将SEBS估算的日蒸散与不同下垫面5个站点的EC实测值进行对比,其均方根误差和确定性系数分别为1.2 mm、0.85（5个站点）,0.5 mm、0.96（2个站点）,表明SEBS模型的结果是合理的,可以适用于黑河下游额济纳绿洲地区的地表蒸散量的估算。同时分析了黑河下游蒸散发的时空变化规律,结果表明,黑河下游额济纳绿洲地区,蒸散发在时间上存在明显的季节变化规律：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季;空间上呈现明显的沿河分布的趋势。不同土地覆被类型蒸散发有相似的季节变化特征,但其季节变化幅度并不相同,规律为：水体 > 耕地 > 灌丛地 > 草地 > 裸土地 > 沙地。     

基于MODIS蒸散量数据的淮河流域蒸散发时空变化及影响因素分析

淮河流域作为我国重要的粮食产地,其水资源利用情况具有很高的研究价值。利用MODIS蒸散发数据产品（MOD16/ET）、降水和气温时序数据以及土地利用数据,探讨了淮河流域2000—2014年蒸散量时空变化特征及其对气候变化、土地利用的响应。结果表明:淮河流域蒸散量在空间上表现为南高北低,蒸散量多年均值为589.1 mm,夏季最高,冬季最低。整体而言,淮河流域15年间蒸散量具有先增加后减少的趋势;趋势分析结果显示,31.4%的地区蒸散量呈显著或极显著减少趋势,5.4%的地区蒸散量呈显著或极显著增加趋势,63.2%的地区蒸散量无显著变化。从蒸散量的气候因子分区看,52.0%的区域表现为非气候因子驱动型,44.1%的地区为降水驱动型,双因子驱动型和气温驱动型范围很小,面积占比分别为2.4%、1.5%,表明人类活动对蒸散发的影响巨大。四种植被覆盖土地利用蒸散量均值表现为林地>水田>旱地>草地。根据2000—2014年土地利用转变引起蒸散量变化的统计结果,草地转变为水田时蒸散量明显增加,旱地转变为草地、林地转变为旱地后蒸散量明显减少。     

长江源区高寒退化湿地地表蒸散特征研究

青藏高原作为“亚洲水塔”,对东亚乃至全球大气水分循环都有非常显著的影响.高寒退化湿地是高原上生态多样性的保证,也是水汽循环和地表径流的重要源地,其地气之间水分交换不但可以反映气候变化,而且也对生态环境保护具有重要意义.以长江源区隆宝滩湿地连续一年、每10分钟一次的观测资料为基础,利用FAO Penman-Monteith方法分析了长江源区高寒退化湿地蒸散量的变化特征及其与环境因子之间的关系.结果表明：1）牧草生长期,潜在蒸散量日、月变化特征显著;实际蒸散量整体表现为冬小、夏大,夏季蒸散贡献最大.2）观测期间,蒸散量远大于降水量,水分亏损严重,局地蒸散对降水的贡献较高.3）土壤温度对蒸散发过程影响显著,尤其是表层5 cm地温与蒸散发相关性较好,土壤湿度变化表明其为蒸散发过程提供了充足的水分.4）全年变化中,气温是影响蒸散的主要因素.晴天中,高寒退化湿地实际蒸散量与辐射具有几乎相同的变化趋势,气温对蒸散量影响较小,蒸散量与相对湿度呈现显著的反相关.     

生态系统评估的国际案例及其经验

为了给决策者和公众提供客观的生态系统状态信息,国际上开展了一系列的生态系统评估项目。这些生态系统评估可以归结为两个发展方向,一是从科学的角度客观公正地评估生态系统的状态,其主要代表是美国国家生态指标研究和美国生态系统的状态评估;二是在生态系统状态评估的基础上进一步分析生态系统与社会经济系统的联系以服务于后续的政策干预,其主要代表是千年生态系统评估和UNEP全球环境展望。综合分析这些案例发现,这些生态系统评估项目存在如下几个方面的特点或经验：①合适的生态指标是生态系统评估的科学基础;②合理的概念性评估框架是生态系统评估的核心支柱;③将生态系统与社会经济系统联系起来使评估结果能直接服务于政策;④生态系统管理的复杂性和长期性要求必须对生态系统进行连续滚动评估;⑤多利益相关方的参与是使生态系统评估的结果得到广泛认可和应用的最有效途径。如果能够将这两个发展方向结合起来,生态系统评估将能更好地服务于生态政策制定和区域可持续发展。     

中国省域生态系统服务价值评价与生态地质调查工作建议

【研究目的】保护生态环境,推动可持续发展是各国共同责任。开展全国生态系统服务价值评价有利于促进生态环境保护,建立人与自然和谐共生的现代化。【研究方法】生态系统服务价值评价已成为生态学领域国际研究热点。本研究基于Costanza等于2014年提出的生态系统服务价值评价方法,运用居民消费指数、人民币和美元购买力指数,建立了生态系统服务价值动态评价模型,基于第三次全国国土调查数据对中国省域生态环境进行评价,并采用热点分析技术研究了中国省域生态系统服务价值空间分布规律。【研究结果】2019年度中国大陆生态系统服务价值为35.79万亿元人民币。中国青海省属于热点区域,黑龙江省属于次热点区域,贵州省和重庆省属于次冷点区域,陕西省属于冷点区域。【结论】针对青藏高原地区、东北地区、黄河流域、长江流域和海岸带等“两区三带”地质本底和生态特征,提出开展“山、水、林、田、湖、草、沙”一体化生态地质调查建议：一是在青藏高原生态屏障区开展冰川冻土消融、草原退化和土地沙化调查;二是在东北地区开展森林质量、生态多样性和湿地资源调查;三是在黄河流域开展上游生态退化、中游水土流失和下游湿地萎缩调查;四是在长江流域开展上...     

高寒湿地生态系统土壤有机物质补给及地-气CO2交换特征

海北高寒湿地植物地上、地下生物现存量较高,2004年海北高寒湿地植物净初级生产力为1799.7 gC·m^-2.由于家畜对湿地植物采食量低,每年将有大量的枯黄植物残留于地表,表现出地上、地下生物量以及苔鲜均成为土壤有机物质的补给源.由于区域温度低,积水严重,对植物残体分解缓慢,导致湿地土壤有机质含量很高,形成了厚达2 m左右的泥炭层.观测结果表明,海北高寒湿地净生态系统CO₂交换量具有明显的季节变化,年内4月和10月存在两个CO₂释放高峰期,夏季的7~8月为一个强吸收期,全年来看为一个巨大的碳源.2004年净生态系统年碳交换量为76.7 gC·m^-2.计算结果表明,植被的呼吸消耗量每年为1199.8 gC·m^-2,其植物总固碳量为2999.5 gC·m^-2,而土壤呼吸为1876.4 gC·m^-2.     

典型断陷盆地流域生态系统服务价值时空差异研究

以典型断陷盆地——小江流域为研究对象,以1982年的TM影像、2003年的Landsat ETM+影像和2016年的Landsat OLI影像为数据源,结合云南省测绘局所提供的150 000的土地利用状况图,采用 Costanza 公式对生态系统服务价值进行评估,精细刻画出云南小江流域“盆—山”共存的地质分异结构下生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明:（1）小江流域以农田生态系统为主,研究期内生态系统格局总体稳定,耕地、建设用地、林地和园地都有不同程度的增加,而未利用地面积减少,水域面积基本不变;（2）1982-2016年,研究区生态系统服务总价值呈上升趋势,1982、2003和2016年生态系统服务总价值分别为90.11×108元、105.65×108元和136.81×108元,耕地、林地、园地和水域的生态系统服务价值整体上升,而未利用地的生态系统服务价值减少;（3）整体上,小江流域南部和东部生态系统服务价值增加明显,而中部和西部地区生态系统服务价值呈阶段性变化或持续下降趋势,小江岩溶河谷区的生态系统服务价值最高,而沉积平坝区的生态系统服务价值密度最低,且为唯一一个衰退型生态系统服务功能区;（4）研究期内小江流域各项生态系统服务价值均呈上升趋势,调节服务居主导地位,且以气候调节服务价值最高。小江流域生态系统服务价值缺乏弹性,水域生态系统面积变化对研究区生态系统价值的变化具有放大作用。实施封山育林、退耕还林、小流域治理工程等石漠化综合治理工程可增加生态系统服务价值。      

贡嘎山暗针叶林区森林蒸散发特征与模拟

通过对贡嘎山森林区的蒸发实验观测,利用修正的Penman-Monteith公式对地面和冷杉林蒸散进行模拟,并与水面实际观测资料进行对比。结果显示:控制该区蒸散的主导因子是太阳有效辐射、大气温度以及植被类型;对裸地、灌草、森林模拟的年内变化过程与水面蒸发的实际观测值趋势一致,分别在4月和9月出现两个明显的蒸发高峰。原始Penman公式可以用于裸露地面和短草地面的蒸发计算,然而对森林蒸散发应采用Penman-Monteith公式模拟,其模拟结果显示,在非生长季节森林蒸散发低于非森林地面,而在森林生长季节的蒸散发比非林地要高,其变化差异在±25%之间。因此修正的Penman-Monteith公式是森林地区水量平衡计算的有效工具。     

岩溶生态系统中的植物

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,是脆弱的生态系统,缺水、少土、富钙是岩溶生态系统无机环境的基本特征,植物与岩溶环境长期的相互作用,演化出独特的岩溶植物。岩溶植物具有喜钙性、石生性、旱生性,其多样性表现为少属科、寡种属和特有种,更有岩溶生态系统中特有的洞穴弱光带、天坑植物群落。植物是生态系统的生产者,肩负着生态系统的生产力、生态服务功能的重任,退化岩溶生态系统的修复,需要根据中国岩溶生态系统发育特色,探索发展具有仿自然特色的生态产业,走出岩溶区“绿水青山就是金山银山”的道路,完善中国岩溶生态系统理论。      

不同林草系统对集水区水量平衡的影响研究

应用SWAT99.2模型(Soil and Water Assessment Tool),系统地研究了红壤丘岗集水区4种林草系统(自然草被、阔叶林、混交林和针叶林)的地表径流、根层渗漏、蒸发蒸腾、土壤蓄水量的时空特点,并用实测的地表径流对模型进行校正和验证,月地表径流的Nash-Sutcliffe模拟效率系数达到0.74,模拟值和观测值的决定系数达0.90。结果表明,降水的年内分配不均造成了径流、渗漏、土壤蓄水量月份之间的差异,年际间气象条件(特别是降水)的差异性导致了水量平衡支出项的年际差异,其中径流量和渗漏量受降水的影响最大,蒸发蒸腾量次之,土壤蓄水量的年变化量受降水的影响最小;林地能有效地减少区域的地表径流量,其中以阔叶林和混交林的效果最好;林地入渗性能大于草地;蒸发蒸腾量是林地水量平衡支出中最大的一项,且3种林地的蒸发蒸腾量均大于草地。水量平衡的预测结果显示,土地利用方式是区域短期水量平衡的主要影响因子。     

喀斯特生态系统服务研究进展与展望

喀斯特生态系统是全球典型的脆弱生态系统之一,它为人类提供了重要的服务功能和价值。回顾国内外喀斯特生态系统服务研究的文献可发现,当前研究多遵循“土地利用变化—生态系统服务价值响应”的研究范式,仅重视中小尺度喀斯特生态系统服务价值的空间异质性,强调土地利用变化和生态工程对生态系统服务价值的影响。而今后应加强基于“生态系统结构、过程—功能—服务”级联框架的喀斯特生态系统服务研究,构建喀斯特生态系统服务分类体系,突出大尺度喀斯特生态系统服务评估,拓展喀斯特生态系统服务之间权衡与协同及喀斯特生态系统服务对人类福祉的影响,定量分析自然和人为因素对喀斯特生态系统服务的影响。      

Method study on relative assessment for ecosystem service: a case of green space in Beijing, China

Ecosystem service assessment methods are commonly based on converting absolute service values into a monetary or energy equivalent. However, the absolute assessment value is always much higher than market price and dramatically different by different estimators. In fact, the purpose of regional ecosystem service assessments is mainly to recognize the superiority and vulnerability of the local ecosystems and explore the potential for ecological construction. Therefore, this study promotes the concept of the ideal forest equivalent and uses it as a reference point to measure the relative value of ecosystem service. A case study of Beijing was conducted ecosystem service using this relative assessment method on the support of geographic information systems (GIS) software platform. The basic data included remote sensing data, digital elevation map (DEM), a land use map, socioeconomic statistics, and climate data. The assessment results were as follows: (1) the ecosystem service for the Beijing green space was 555,234 ideal forest equivalents, which correspond to 36.38 % of the ideal forest cover in the area; (2) forest exhibited the largest proportion of service functions, which was followed by wetlands, gardens and farmland; (3) the distribution rule of comprehensive ecosystem service value was indicated; and (4) the Beijing region has the potential to improve and increase green space service functions. Finally, the results of this study recommend relevant countermeasures to ecological construction.     

喀斯特生态环境敏感性评价指标分级方法研究——以都匀市土地利用类型为例

应用数学、统计学等方法建立"比较矩阵"分析模型,对喀斯特地区生态环境敏感性评价指标的分级方法进行研究.与此同时,以都匀市土地利用类型为例,从生物多样性、系统承载力、环境容量、气候调节、物质循环与能量流动、水土保持与流失、环境污染、土地退化等11个指标来对13种土地利用类型分别做比较分析与敏感性量化,然后进行敏感性排序和有序聚类分级,并借助GIS软件绘成都匀市土地利用类型生态敏感等级分布图.研究结果认为,Ⅰ级敏感的土地利用类型包括灌木林地、有林地,Ⅰ级敏感包括天然草地、稻田、园地、水域,Ⅲ级敏感包括旱地、陵墓地,Ⅳ级敏感包括城镇、公路、农村居民点,Ⅴ级敏感包括独立工矿用地、未利用地.      

黄土丘陵沟壑区山地苹果林蒸散特征

以黄土丘陵沟壑区的典型代表米脂为研究区,选取苹果林地生态系统为研究对象,揭示苹果林地的蒸腾蒸发耗散规律及其影响机制,为指导有限水资源条件下苹果产业发展科学布局、优化管理措施及充分挖掘苹果林地的生产潜力提供科学依据.运用热扩散茎流计（TDP）、小型蒸发皿测定了组成苹果林地蒸散的果树蒸腾量和土壤蒸发量,运用水量平衡公式计算了冠层截留量,分析了各气象因子与蒸腾速率的关系,并评估了苹果林地的蒸散量,以期正确认识和评价苹果林地生态水文效应.不同生育期的日均蒸腾速率大小依次为果实膨大期>果实着色期>新梢生长及幼果发育期>萌芽开花期,小时尺度下,不同生育期蒸腾速率到达峰值的时间不同.不同天气条件下,晴天状况下树干蒸腾量明显大于阴天,影响苹果林地蒸腾速率的主要气象因子为太阳辐射和空气温度.果实膨大期及果实着色期为果树耗水的主要时期.降水对蒸腾的影响表现出滞后效应.植被蒸腾量、土壤蒸发量、冠层截留量对蒸散的贡献率由大到小依次为58.9%、26.8%、14.3%.试验期间,降水量大于蒸散量,果园水分收支略有盈余,不同月份土壤水分收支情况不同,应加强萌芽开花期、新梢生长及幼果发育期果园的水分管理.      

岩溶山区不同利用方式下土地蓄水能力研究——以重庆市中梁山为例

分析研究了中梁山岩溶山区竹林、灌丛、草地、园地、坡耕地5种土地利用方式的凋落物和土壤的蓄水功能。结果表明,自然利用的竹林地、灌丛地、草地的凋落物蓄积量和最大持水量都远远大于其余两种农耕利用的土地。当自然利用土地改为园地、坡耕地以后,其表层土壤的最大蓄水能力下降31. 2%、非毛管蓄水能力下降65. 5%、坡耕地的毛管蓄水能力下降34. 3%。与此同时由于土地利用方式不同,还使园地整个土壤剖面( 60cm)蓄水潜力增大4. 4% ,坡耕地蓄水潜力减少6.1% ,园地、坡耕地剖面土壤非毛管蓄水能力较自然利用方式土地剖面非毛管蓄水能力下降55. 7%。毛管蓄水量和前期含水量具有极显著的正相关,整个剖面毛管蓄水量和前期含水量都以园地最高。从保水能力上考虑,园地是岩溶山区开垦土地较为理想的利用方式。建议加强园地凋落物的保护;在雨季尽量不让坡耕地空闲裸露,以防止水土流失。