地下水依赖型生态系统生态水文研究进展

地下水依赖型生态系统(GDEs)中植被动态和土壤水盐平衡受地下水影响显著。从地下水与植被、土壤水、地表水和盐分动态关系、气候变化与人类干扰下的GDEs响应、GDEs模型与管理等方面综述了GDEs生态水文研究进展。指出在地下水环境变化后GDEs植被如何响应、GDEs功能是否发生突变、发生突变的生态阈值等是其可持续管理亟待回答的问题,其关键和难点是如何刻画地下水到地表土壤介质中的生态水文过程,加强相应的观测与模拟研究是未来的重要方向。此外,实现GDEs可持续管理还需要明确4个问题:(1)如何界定GDEs的范围,哪些物种和生境依靠地下水存在?(2)GDEs可持续发展需要何种地下水条件?(3)在社会资源有限的情况下如何管理地下水资源;(4)观测哪些生态参数来体现GDEs管理措施的有效性?     

陆域蒸散的测算理论方法:回顾与展望

蒸散是地球水分循环与能量转换的关键环节.陆域蒸散的精准测算是地球物理、生物乃至环境过程研究的共同科学难题.以英国Dalton和Penman等人为代表的开创性工作,以及大气边界层湍流交换理论与实验的不断发展,奠基了现代主流的蒸散测算方法.20世纪90年代以来技术趋于成熟的涡动相关系统和卫星遥感等观测手段,跨越寒带到热带、干旱区到湿润地区,涵盖水体、湿地、森林、农田、草地、裸地、城市等不同下垫面类型,极大地拓展了对蒸散过程认知的深度和广度;捕捉了诸如地表夜间蒸散、蒸散迟滞现象、非均匀下垫面的湍流间歇、平流关联的岛屿效应、下垫面转捩效应等新的现象和事实,对经典相似性理论和蒸散测算理论等提出了新的挑战;最大熵增蒸散模型和非参数化蒸散模型等新方法和新理论的萌芽已经出现.与此同时,点位高频观测和航空航天遥感技术构筑了从植物气孔到叶片、植株、冠层、景观、流域等跨尺度测算手段,在地表蒸散过程观测及机理解析上,形成纵向深化及横向综合的新进展.陆域蒸散新理念、新模型、新技术的综合性发展,成为突破蒸散精准测算难题的基础条件,这将为揭示地球系统的水-热-碳循环机理等全球性重大基础理论问题,为满足农业灌溉与粮食安全、水资源精细化管理与生态环境保护、城市热环境调控与全球升温适应对策等国家重大需求,提供更为严谨坚实的科学理论依据和实验支撑.     

我国陆相中高熟页岩油富集条件与分布特征

我国相继在多个盆地陆相页岩油勘探中获得突破,展示了良好的发展前景。基于现阶段勘探认识,本文认为陆相页岩油富集主要条件是：(1)稳定且有规模和适宜热成熟度的富有机质页岩是重要物质基础,以TOC含量>2%,最佳为3%～4%、母质类型Ⅰ和Ⅱ₁型为主,R_o>0.9%或更高(咸化环境0.8%);(2)有一定容积规模的微纳米孔隙且具脆性的多类储层是重要条件,页岩储层有效孔隙度宜>3%～6%;成岩阶段偏低时,纯页岩段不是中高熟页岩油富集段,致密砂岩和混积岩黏土含量宜<20%;成岩阶段高时,页岩黏土含量可高至40%左右;(3)滞留烃数量大且品质好是重要保证,以S₁>2 mg/g为门限,最佳>4～6 mg/g;气油比>80 m³/m³,最佳150～300 m³/m³;(4)顶底板具封闭性保持超压且滞留足够多轻-中组分烃类。陆相页岩油分布特征是：(1)有外物质注入的深-半深湖相是页岩油主要富集区;(2)具备“四高...     

黑河流域荒漠区土壤水分对降水脉动响应

 利用气象站资料,对黑河流域荒漠区降水特征及其土壤水分对降水脉动响应进行了系统研究。结果表明,荒漠区降水属于降水脉动事件,降水前后土壤水分特征存在显著差异,且随土层增加差异逐渐变小。土壤水分在降水量、土壤深度和降水前后的差异极显著,交互效应也极显著(P<0.0001),表明荒漠区土壤水分对降水脉动具有显著的响应现象。土壤水分的降水脉动响应表现为降水后土壤含水量激增,在蒸散作用下缓慢减小。降水前后土壤含水量的时间序列变异规律均能较好地拟合成变异函数的理论模型。降水前后土壤含水量随机变异均小于结构性变异,反映出荒漠区土壤水分在时间尺度上具有较强的自相关性格局。降水使土壤水分空间结构差异呈现下降趋势,在时间序列上异质性降低。     

河西走廊水文过程变化对荒漠绿洲过渡带NDVI的影响

在中国干旱区内陆河流域,人为活动几乎控制了所有的地表水文过程,而且人为对水文过程的调控力度随塔里木河、黑河和石羊河流域水资源综合管理等工程的实施而逐渐明显.对人为调控水文过程所引起的绿洲水文与生态变化及其环境效应虽然引起了广泛的关注,但相关研究仍很薄弱.本文研究了地处黑河中游荒漠绿洲边缘的平川灌区绿洲荒漠过渡带水文与生态过程的变化,结果表明,近20年来,特别是自2000年实施国务院确定的黑河分水方案以来,平川灌区河水灌溉量年平均减少1.498×107 m3,井水灌溉量年平均增加1.457×107 m3,分水前地下水埋深变化在2.44~3.19 m,平均(2.73±0.24)m,而分水后地下水埋深变化在3.08~4.01 m,平均(3.79±0.62)m.在空间上表现为埋深3 m的分布区域面积减少,由原来的3612 hm2减少到394 hm2,而埋深3 m的分布区域面积增加,由原来的853 hm2增加到3843 hm2.尽管绿洲的水文过程发生了变化,但尚未对荒漠-绿洲过渡带的植被生产力产生明显影响.     

内陆河小流域综合治理对景观格局的影响——以童子坝河流域为例

以1987年、2000年、2008年3期Landsat TM影像为信息源,在GIS 技术和景观分析软件Fragstats3.3支持下,获得了民乐县童子坝河流域研究区不同时期的景观类型信息和描述景观格局特征的8个景观指数数据,利用这些数据分析了实施综合治理前后流域景观格局的变化。结果表明:①在类型水平上,各种草地景观类型的斑块呈现边缘整齐、形状规则的特点,斑块的破碎化程度减小,聚合度增加;特别是高覆盖度草地的斑块数目、平均斑块面积都呈增加趋势,斑块边界形状变得连续、规则,显现出人为干扰的痕迹;河床、河漫滩景观的斑块数目减少,斑块边界形状趋于规整,贯穿连通性增强\.②在景观水平上,景观空间格局规整有序,景观多样性提高,异质性增加,破碎化程度减小,空间连接性增强,以高覆盖度草地为主的景观优势显著体现出来。③综合治理措施实施对童子坝河流域景观格局的影响是积极有效的,这可为内陆河小流域继续开展生态环境建设提供科学依据。     

有限灌溉对荒漠绿洲春玉米产量及产量性状的影响

对干旱环境下临泽荒漠绿洲春玉米进行了有限灌溉试验研究,旨在探究有限灌溉对绿洲玉米农田生产力的影响。结果表明,在所有处理中,全生育期灌水最少的处理MI1玉米籽粒产量比灌水量略高于它的处理MI2和灌水量较高的处理MI4增产25.7%和38.8%,但MI1与其他处理及对照间差异不显著。MI1处理全生育期灌水量最少,其产量不但未显著下降,反而高于灌水最多的对照CK。不同灌溉处理及对照间玉米穗粗、秃顶长、穗行数均不存在显著差异,但个别处理及对照间其他产量性状却存在差异,其中对照CK、处理MI5、MI1的穗长分别比处理MI4增加15.3%、13.6%和12.4%,对照CK和处理MI1、MI5的行粒数分别比MI4处理增加17.3%、13.9%和12.2%,对照CK的穗粒数分别比处理MI4、MI2和MI3增加19.3%、19.1%和14.5%,处理MI1的千粒重分别比MI4、MI5、CK增加26.9%、14.0%和14.0%。     

荒漠绿洲过渡带柽柳和泡泡刺光合作用及水分代谢的生态适应性

对分布于荒漠绿洲过渡带的柽柳(Tamarix ramosissima)和泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)光合和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明,柽柳和泡泡刺：①净光合速率与环境因子响应具“光合下调”现象,其曲线符合Gauss model。②净光合速率最大值分别为20.2 μmol CO2·m-2·s-1和23.8 μmol CO2·m-2·s-1;光补偿点和饱和点为244.62 μmol·m-2·s-1和1 180.31 μmol·m-2·s-1,73.67 μmol·m-2·s-1和1 467.85 μmol·m-2·s-1。③净光合速率近似双峰型抛物线;光能利用效率单峰曲线;柽柳蒸腾速率和水分利用效率为单峰旗形,泡泡刺波浪型。 ④泡泡刺利用较高的净光合速率、蒸腾、水分利用效率,柽柳通过高光能利用效率来适应荒漠生态环境。因此,光抑制所导致的“光合下调”现象是柽柳和泡泡刺对水分胁迫所产生的保护性机制,反映了荒漠植物在与环境协同进化过程中的生态适应性;较低的水分利用效率是荒漠植物对其环境响应的普遍适应机理。     

黑河中游灌区地下水位短期季节性变化趋势预测

利用黑河中游平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区8眼观测井的1985-2002年逐月实测平均地下水位埋深资料(共1728个月),基于帕森斯季节性指数理论,分别建立了黑河中游灌区具有代表性的平川、板桥、鸭暖、蓼泉四灌区共8眼观测井季节地下水位埋深动态变化预测模型,并用2003年各观测井的资料进行了趋势预测进行检验.结果表明:观测井地下水位变化过程呈线性递减的相关系数越显著,其拟合误差和预测误差越小.各观测井地下水位帕森斯季节性指数模型拟合差≤0.05 m的月数占总检验月数的比例平均为38.33%,拟合差≤0.10 m的月数占总检验月数的比例平均为72.50%,>0.25 m的月数占总检验月数的比例平均为2.00%;各观测井预测误差≤0.05 m的月数占总预报月数的比例平均为36.46%,预测误差≤0.10 m的月数占总预报月数的比例平均为64.38%,>0.25 m的平均比例仅为2.00%,说明帕森斯季节性指数模型可以对短期黑河中游典型灌区地下水位动态趋势进行预测.     

中国绿洲化及其研究进展

绿洲化是干旱区人与自然因素共同作用下荒漠向绿洲转变的过程。中国绿洲面积从20世纪50年代初期的20 000 km²扩展到2000年的86 000 km²,扩大了3.3倍。绿洲化过程不仅伴随着景观格局的变化,而且会引发土壤、生物、气象和水文等要素的变化。分析了近2 000 a来中国干旱区绿洲的演变过程,评述了绿洲化过程中景观变化,其对绿洲稳定性的影响及绿洲化过程中土壤要素、气象水文要素变化等诸多方面的研究进展,同时提出未来的研究中应加强绿洲化过程研究框架的建立、绿洲化过程中关键因素变化及绿洲化关键过程研究。