干旱半干旱区天然植被的地下水水文生态响应研究

在干旱半干旱地区,天然植被与地下水关系是生态水文地质学的重要研究内容之一.生态地下水埋深等概念建立了生态地下水位的基本框架,但研究成果仅是定性或半定量的描述.为弥补这一不足,国内外学者开展了大量的理论和实验研究.在理论研究方面,提出了植物蒸腾地下水临界水位埋深理论公式,确定了植被受水分胁迫响应的评价方法,并利用植物生理...     

黄土高原植被覆盖变化对生态系统服务影响及其阈值

黄土高原是退耕还林工程的核心区域,是中国生态恢复成效最显著的区域。明确黄土高原植被恢复对生态系统服务的影响,识别植被影响的阈值效应,是学术研究和管理实践共同的需求。然而,目前相关研究仍存在研究空缺,特别是在区域尺度对生态系统服务随植被变化阈值进行识别的研究较少。本文选择植被覆盖度（FVC）为指标表征2000—2015年黄土高原植被恢复情况,以土壤保持服务、产水服务和碳固定服务为指标表征研究区生态系统服务情况,对二者的时空变化及交互作用进行分析,评估植被覆盖变化对生态系统服务的影响,并对影响的阈值进行定量识别。结果显示：① 2000—2015年黄土高原植被显著恢复;生态系统服务变化差异明显,碳固定服务明显增强,土壤保持服务得到一定改善,产水服务较为稳定。② 植被覆盖变化与生态系统服务变化的相关程度存在差异,植被覆盖与碳固定服务的关联性最强,其次为土壤保持服务。③ 植被覆盖增加能够促进区域生态系统服务总体提升,但促进作用存在阈值效应。植被覆盖影响的阈值在林地区、林地—草地区、草地区和草地—沙漠区分别为44%、32%、34%和34%,超过上述阈值,植被覆盖增加的促进作用趋于减弱。     

沙坡头人工固沙植被演替过程中主要结皮生物生态位和种间关联变化特征

为探究干旱沙区人工固沙植被演替过程中结皮生物的种间关系变化规律,利用空间代替时间的方法,调查了宁夏沙坡头地区分别始建于1956、1964、1981、1987年人工固沙植被区（分别代表固沙植被建立后的64、56、39、33年4个演替阶段）中发育的6种典型结皮生物——蓝藻（Cyanobacteria）、球胶衣（Collema coccophorum）、石果衣（Endocarpon pusillum）、真藓（Bryum argenteum）、土生对齿藓（Didymodon vinealis）和齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）的盖度及频度变化,并以不同样方作为资源状态计算其生态位宽度和重叠值,随后利用方差比率法、卡方检验和种间关联系数分析了它们在固沙植被演替过程中种间关联性变化规律。结果表明：（1）随着固沙植被演替,结皮生物的生态位宽度与重叠指数因具体结皮生物的不同而显现出显著差异：蓝藻生态位宽度迅速变窄（由演替33年的3.865降到演替64年的0）,且与其他结皮生物之间生态位重叠值逐渐降低;真藓与球胶衣生态位宽度基本保持不变且高于其他类型,且二者保持较高生态位重叠;土生对齿藓、齿肋赤藓和石果衣生态位宽度在固沙植被演替前期较小,但随着固沙植被演替的进行明显上升（分别由演替33年1.607、0和0.693上升到演替64年的3.699、3.227和3.373）,三者间生态位重叠值也随之提高。（2）结皮生物的种间总体关联性随着固沙植被演替由负关联向正关联转变,在演替64年时达到最大值（VR=1.15）;不同结皮生物间联系随着固沙植被演替逐渐增强,地表隐花植物群落结构和种类组成趋于稳定。本研究不仅为揭示干旱沙区结皮生物的相互作用、共生共存及演变机制提供了依据,而且对以结皮生物作为新型固沙材料及相关技术的研发具有重要的参考价值。     

退化山地生态系统植被恢复水文效应的SWAT模拟

植被恢复是改善退化生态环境的重要途径.位于闽东南沿海的晋江西溪流域是我国南方典型的水土流失区.应用基于SWAT的晋江西溪流域产流产沙分布式模型,结合流域内退化生态系统重建要求设定不同植被恢复情景,模拟分析植被恢复下的水文效应.模拟结果表明:SWAT模型能较好的用于流域退化生态系统重建的水文模拟;研究区内,还林比还草更有利于流域的水土保持和生态重建,植被恢复对流域产沙量的影响大于产流量.     

苔藓植物的生态功能及在植被恢复与重建中的作用

苔藓植物由于形体微小,传统上被误认为缺乏经济价值而常被忽略。作者从CO₂的固定、水土保持和涵养水源、营养物质的循环与贮存和森林更新等方面,详细论述了苔藓植物在生态系统中的生态功能,对有关苔藓植物在退化生态系统植被恢复与重建中的重要作用的国内外研究进展进行了综述,并提出了干旱半干旱地区苔藓植物多样性与生态学研究的方向和着眼点。     

LASCAM水文模型在流域生态水文过程研究中的应用——模型理论基础

LASCAM水文模型是一种大尺度分布式概念水文模型,介于高精度分布式水文模型和集总式经验模型之间,是基于亚流域空间单元建立的中等精度的分布式概念模型。LASCAM模型在亚流域空间单元定义了3个概念性土壤水库,在经验方程的基础上:①建立亚流域各土壤水库与亚流域生态特征(LAI)和气候(降雨)之间函数关系;②通过对亚流域的降雨-植冠截流过程、地表产流过程、表层入渗-亚表层产流过程、亚表层入渗过程的模拟,揭示降雨在亚流域的(地表和亚表层)径流和入渗等环节的再分配过程;③基于亚流域各土壤水库的水量(水位)建立了各土壤水库之间的水通量过程方程;④建立亚流域各库的蒸散发与生态特征(LAI)之间的函数关系模拟各库的蒸散发过程。最后,通过河道径流演算法则,并依据亚流域与流域总体之间的分布式关系,将各亚流域的径流汇总到整个流域,从而将亚流域空间的水文响应扩展到流域整体空间上,实现了大尺度异质性流域的水文过程和水量平衡模拟。     

生态塘-人工生态岛技术在修复南四湖湖滨带湿地中的应用

南四湖湖区内造田圩田、挖池养鱼等破坏湿地行为比较突出,导致该湖滨带出现水位变化幅度大、生境恶化、水体富营养化等问题。为改善湖滨带生态环境,在客观评估湖滨带生态环境本底和现状诊断的基础上,应用生态塘-人工生态岛技术在南四湖湖西湖滨带开展湿地修复,取得了显著的生态修复效果。     

沙坡头人工固沙植被生态系统土壤恢复研究进展

土壤是荒漠生态系统的重要组成部分,沙化土地的治理与恢复是人们关注的重点。沙坡头人工固沙植被区的土壤经过50 a的恢复,已得到显著的发育。结皮及亚表土层厚度随固沙年代的增加而增大,土壤颗粒组成中粘粒和粉粒含量增多,土壤容重降低,有机质和氮、磷、钾等营养元素含量增加,流动风沙土已发育成为钙积旱成土。本文探讨了降尘、生物土壤结皮和土壤微生物对土壤恢复的影响,分析土壤发育与人工植被演替的相互作用,并提出了今后的研究重点方向。     

腾格里沙漠人工固沙植被区生物土壤结皮对降水的拦截作用

在沙坡头人工植被区对人工模拟降水及天然降水后生物土壤结皮层含水率进行了动态定位监测,并分析了生物土壤结皮拦截降水的作用.结果表明:①生物土壤结皮的发育改变了原来沙丘剖面的水分分配格局,10%～40%的年降水量被拦截到结皮层;②随固沙年限的增加,生物土壤结皮的进一步发育和演变,其对降水的拦截能力也进一步提高;③生物土壤结皮对降水的拦截有明显的季节变化,7～10月份平均拦截雨量比4～6月份平均高出12%.     

Soil restoration research advances of artificial sand-binding vegetation ecosystem in the Tengger Desert,Northern China

Soil plays an important role in desert ecosystem, and is vital in constructing a steady desert ecosystem. The management and restoration of desertified land have been the focus of much discussion. The soil in Shapotou desert region has developed remarkably since artificial sand-binding vegetation established in 1946. The longer the period of dune stabilization, the greater the thickness of microbiotic crusts and subsoil. Meanwhile, proportion of silt and clay increased significantly, and soil bulk density declinced. The content of soil organic matter, N, P, and K similarly increased. Therefore, soil has developed from aeolian sand soil to Calcic-Orthic aridisols. This paper discusses the effects brought about by dust, microbiotic soil crust and soil microbes on soil-forming process. Then, we analyzed the relation between soil formation and sand-binding vegetation evolution, in order to provide a baseline for both research on desert ecosystem recovery and ecological environment governance in arid and semi-arid areas.     

试论中国荒漠区人工绿洲生态系统的形成演变和可持续发展

绿洲是干旱区特有的生态系统，尤其是通过灌溉发展起来的人工绿洲，成为干旱区人类生存和繁衍的基地，它是由山地、绿洲和荒漠构成的干旱区三大生态系统的核心，发展绿洲是遏制土地沙漠化的重要措施。我国西北干旱区的绿洲形成，经历了三个时期：受到人类轻微干扰的自然水系时期，很多古代绿洲多分布在河流下游；受到人类较强干扰的半人工水系时期，在山前地带形成旧绿洲，下游古代绿洲衰亡；受到人类强烈干扰的人工水系时期，新扩大的绿洲多在旧绿洲边缘和外围。由于绿洲发展改变了水资源的时空分配和消耗方式，使得人工绿洲与沙漠同时扩大，而处于两者之间的自然水域、林地、草地面积和野生动物数量减少，形成沙漠危逼绿洲的态势。所带来的有利影响是水资源利用效益提高，土地生产潜力得到发挥，人工绿洲小气候条件改善，人口承载能力增加；不利方面是水土、水盐平衡失调，生物多样性减少，沙漠与绿洲间过渡带缩小。为了适应西北地区人口和经济增长，预测未来绿洲发展，将以提高现有绿洲生产潜力为主，重点是加强中低产田改造；通过节水及水资源合理调配，适度扩大新绿洲。以保护自然生态来维护人工绿洲生态的稳定性，以发展人工绿洲生态来减轻自然生态的压力，实现可持续发展。     

基于生态水文过程的塔里木河下游 植被生态需水量研究

根据2005年塔里木河下游8个断面25眼地下水位观测井和25个植物样地野外采集的数据,运用DPS统计软件计算植被物种多样性指数,进而对地下水、土壤水与植被的关系进行了分析,结果表明地下水位、土壤含水量与植被多样性之间都有极强的相关性,在此基础上确定出塔里木河下游潜水蒸发的极限埋深是5 m。并采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河下游天然植被的月潜水蒸发量进行计算,将两者计算结果加以算术平均得到塔里木河下游不同埋深对应的潜水蒸发量;采用两种方法对植被面积进行分类,在此分类基础上计算生态需水量,将两个结果再次平均,得到天然植被全年最低需水量约为3.2×10⁸ m³。通过对月生态需水量的分析发现4月到9月的生态需水量占全年的81%,尤其是5、6、7三个月占全年总需水量的47%,是生态需水的主要时期。     

民勤沙井子地区40a来荒漠植被变迁初探

随着地下水位下降,民勤沙井子地区荒漠植物种类和植被类型趋于旱化,湿生和中生植物相继退化,白刺已成为主要建群种,40 a来荒漠植被变迁巨大。     

黄土高原西部荒漠草原植被恢复的土壤水分管理研究

针对兰州地区荒漠草原带具有代表性的三种地带性植被：草本植被短花针茅、灌木植被珍珠猪毛菜、荒漠锦鸡儿,对其0~2.0 m的土壤含水量进行了比较,同时对草本和灌木植被的根系进行了测定。结果表明：天然植被对土壤含水量的影响在1 m以上。随着土壤深度的不断加深,土壤含水量呈减少趋势而后趋于稳定。短花针茅区1 m以上含水量比珍珠猪毛菜和荒漠锦鸡区平均高1.08和1.21个百分点;1 m以下土壤含水量变化情况是:珍珠猪毛菜区最高,荒漠锦鸡儿区最低。本文在分析了兰州地区荒漠草原区土壤水分动态的基础上,提出了这一地区植被恢复的对策。     

植被盖度变化背景下的中国北方风蚀区植被防风固沙功能研究(英文)

本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ模型,结合风蚀季节的植被盖度变化对近30年的土壤风蚀量和植被的防风固沙服务功能的时空变化趋势进行了定量评估,揭示了植被盖度变化对防风固沙服务功能的影响。研究表明:中国北方多年平均土壤风蚀量为160.1亿t,并处于下降趋势,土壤侵蚀强度大的区域主要集中在各大沙漠区和植被盖度较低的草地,且春季为我国土壤风蚀的多发期,占全年风蚀量的45.93%;中国北方多年平均防风固沙量为203.1亿t;防风固沙服务功能保有率的分布特征表现为由东南到西北逐渐降低的趋势;工程实施后春季植被盖度的提升区主要集中在黄土高原、青藏高原、河北北部、内蒙古东部以及东北地区;大部分区域的春季植被盖度减小(提高)与防风固沙的服务保有率的下降(提升)呈显著正相关(r0.7,p0.01);前后两个十年相比较草地生态系统的防风固沙服务功能提升幅度最大(2.02%),其次为林地(1.15%)、农田(0.99%)和荒漠(0.86%)。     

腾格里沙漠东南缘荒漠植被盖度月变化特征及生态恢复

 研究表明:封育区植被盖度一年四季大于未封育区,在正常年份的生长季内前者植被盖度为17.89%~29.39%,后者为11.60%~16.05%。封育区和未封育区150 m样线上的灌木植物在70~90株(丛)和60~70株（丛）之间,基本保持稳定;草本植物个体数月变化则显著,未封育区从4月份以后数量递增, 7、8月显著增加,8月底达到最大值,而封育区则表现为4、 5月增加,6月减少,7、8、9月线性增加,达到最大值,且未封育区草本植物的数量少于封育区。未封育区由于植被盖度低,灌丛分布不均匀,沙面裸露多,地面风沙流活动强烈,白刺沙包风蚀严重;而封育区植被盖度较大,灌丛分布较均匀,风沙流活动弱,白刺沙包稳定,形成了较为稳定的自然植被生态系统。试验表明,在当地气候和地理条件下,通过封育或避免人为干预,荒漠区生态植被的自然恢复,可大大增加防风固沙能力,改善当地的生态环境。     

沙坡头站雨养人工生物防护体系水平衡研究五十年

中国沙漠科学以沙坡头为标志在水平衡研究领域走过了 50 a的历程。理性认识从最初了解水环境发展到今天不同尺度的土壤植被大气连续体的水分运动、迁移、平衡和转换的综合研究;实验设备从最初的土钻、烘箱、天平改善成今天的均衡式张力计、中子水分仪、时域反映仪(TDR)、人工气候生长箱、生态系统降水模拟设备等,使水平衡研究初步达到人工模拟的实验条件;试验场地从无控的流动沙丘、固沙区到蒸渗池、Lysimeter、水分平衡观测场、自动定点监测系统。50 a的研究初步明确了人工雨养生态系统水平衡演变的过程和机理。水环境变化趋势预测、微量水循环研究和生物水分调控技术研发将成为水平衡关注的新焦点。