为了详尽研究皇甫川流域降雨侵蚀力变化规律,基于皇甫川流域及周边15 个雨量站1954—2004 年日降雨资料估算降雨侵蚀力R 值,并借助Mann-Kendall 非参数检验法和Kriging 空间插值法对流域R 值时空变化特征进行分析。结果表明:1)皇甫川流域降雨侵蚀力R 值与总降雨量和侵蚀性降雨量的时空变化特征大体一致,自西北向东南逐渐增大,同时R 值等值线自西北向东南逐渐稀疏;2)R 值年内分布十分集中,7、8 月R 值之和占到全年的 72.4%,5—9 月R 值占到全年的96%以上;3)15 个站点的R 值变化趋势不同,9 个站点R 值呈增大趋势,其中仅2 个站点增大趋势显著,而其余6 个站点的R 值呈减小趋势,其中也仅有2 个站点减小趋势显著,对整个流域而言, 51 年间流域降雨侵蚀力R 值与降雨量和侵蚀性降雨量变化一致,呈现不显著的减小趋势。

针对南方花岗岩发育的红壤侵蚀区,在赣县大田乡选择5 个低丘马尾松林,利用植物样方调查方法对样地的地形、土壤、植被、侵蚀沟进行调查和测量,基于获取的数据,利用统计学方法分析植被特征与土壤侵蚀的关系。结果表明:1)马尾松人工林郁闭度低,林木生长状况差,林地阳坡半阳坡植被总盖度仅为36.9%;2)林下灌草生物量低,物种丰富度、多样性、均匀度差,物种较为单一;3)林下植被以草本为主,草本以芒萁为主,其生物量占草本总生物量的75%以上;4)马尾松林下细沟、浅沟发育,土壤侵蚀严重,仅细沟、浅沟流失的土壤厚度达71.2 mm;5)不同坡位的侵蚀沟发育相关性显著,侵蚀沟与坡面的微环境差异明显,尤其是土壤密度和土壤水分差异显著;6)马尾松林下土壤侵蚀量对植被恢复具有抑制作用,但沟壑密度的发育能够提高灌草物种丰富度、多样性,以及促进灌草均匀性分布。

仅利用分形无法充分揭示坡面细沟发育的形态特征,还应引入反映细沟发育阶段的地貌信息熵。把分形理论和熵相结合,系统研究坡面细沟沟网分形结构、地貌信息熵及其侵蚀演化之间的关系。通过实例分析发现,细沟分维值能够准确量化沟网平面形态的复杂程度,但当沟网基本稳定,细沟开始向纵深发展时,分形维数对侵蚀强弱动态变化的表达就显得力不从心。坡面地貌信息熵值随侵蚀量的增加呈单调增加趋势,且具有较高相关性,可以作为坡面地貌系统分析中的重要参数。

为研究晋西黄土丘陵区不同植物群落与土壤结构特性和入渗特性的关系,探索土壤结构的定量化描述,运用分形学原理和方法,研究晋西黄土丘陵区油松纯林、刺槐纯林、油松+ 刺槐混交林、侧柏纯林、黄刺玫灌丛、柠条灌丛及荒地7 种植物群落的土壤分形维数与土壤质地、密度、孔隙度、含水量及饱和导水率的关系。结果表明:1)植物群落具有改善土壤颗粒结构的作用,其改善作用以针阔混交林(油松+ 刺槐混交林)最好,阔叶林(刺槐纯林、黄刺玫纯林)次之,针叶林(油松纯林、侧柏纯林)最低。2)研究区土壤颗粒分形维数在2.799 ~ 2.805 之间,黏粒 ( <0.002 mm)质量分数偏高。3)土壤颗粒分形维数与土壤黏粒质量分数呈显著正相关关系,与土壤砂粒(2.00 ~ 0.02 mm)质量分数、土壤总孔隙度、含水量及饱和导水率呈显著负相关关系。因此,土壤颗粒分形维数可以表征土壤结构特性和入渗特性的好坏。不同的植物群落对土壤的改良效果不同,研究结果可为研究区域植树造林提供参考依据。

根系生物量在不同直径根系中的分配是根系重要的结构特征,采用分层挖掘法,研究大汶河流域杨树不同径级根系的生物量组成和空间分布。结果表明:1)不同直径根系的生物量差异显著,其中根系直径d 为10 mm < d < 20 mm 的根系生物量最大,其次是d <2 mm 的根系,d >20 mm 根系的生物量最小。2)不同直径根系生物量的空间分布规律基本一致,在水平方向上各土层间分布的根系生物量差异性极显著,距离树干愈远,土层中的根系生物量愈小。垂直方向上杨树根系生物量集中于0 ~60 cm 土层中,各土层间根系生物量差异性显著,但其空间分布无明显规律。3)土壤有机质及有效氮、磷、钾等养分质量分数总体上随着土层的加深递减,细根生物量的空间分布与土壤养分呈弱正相关性。

土壤饱和导水率K_s 是最基本的水力参数之一,而已知实验室内其值的确定受土柱尺寸的影响。以关中的塿土为研究对象,在室内,采用定水头法,研究5 ~30 cm 内6 个不同土柱尺寸对扰动黏壤土K_s 测定的影响。结果表明:随着时间的延伸,K_s 逐渐减小,其值最初降幅较大,其后趋于稳定,且在5 ~30 cm 土柱直径范围内,K_s 随着土柱直径的变大,扰动黏壤土的K_s 递增,二者线性相关,y =0.000 4x +0.003 7(R² =0.965 1)。研究结果可为测定K_s 合理测定时间段及合理尺寸的选择提供参考。

为探讨黄土丘陵区黄刺玫对水分的利用效率,以黄刺玫3 年生盆栽植株为材料,利用CIRAS-2 型便携式光合作用系统,在8 种土壤相对含水量R_WC条件下测定黄刺玫叶片光合生理参数的光响应过程,研究黄刺玫水分利用效率W_UE与土壤相对含水量和光照强度(光合有效辐射量P_AR)的定量关系。结果表明:1)黄刺玫净光合速率P_n 对土壤相对含水量R_WC的变化具有一定的响应关系,P_n在R_WC为44.5% ~66.5%时具有较高水平,在R_WC为66.5%时的水平最高;2)黄刺玫蒸腾速率对R_WC变化的响应比较敏感,蒸腾速率在R_WC 为66.5% 时达到最高水平,在R_WC 增大或减小时都会明显降低;3)黄刺玫水分利用效率在R_WC为22.9% ~54.5%时较高,在R_WC 为44.5% 时水平最高, 黄刺玫水分利用效率对P_AR变化的响应不敏感,在P_AR为800 ~2 000 μmol/ (m²·s)时都具有较高水平。

基于延河流域1956—2010 年气象水沙数据,研究流域降水、径流和输沙量动态变化趋势及时间序列分布特征,并分别采用最小二乘法和分位数回归分析方法研究降水、径流及输沙三者间的相关关系。结果表明:1956— 2010 年流域年降水量、径流量、输沙量整体呈下降趋势,具有阶段性波动特征,并存在不同程度的异常值;最小二乘回归(OLSR)分析可以描述降水、径流和输沙量三者之间的平均相关关系,但当数据存在偏态、异常值或数据随机误差项为异方差时,最小二乘回归分析受到一定限制;分位数回归(QR)分析更加符合实际的气象、水文数据特征, 特别是在分位数子位于高分位部分,分位数回归拟合的有效性比最小二乘回归更好,可以更真实、准确地反映更多的局部信息。研究结果为河流水沙动态分析提供了一种新方法,可为客观准确地认识河流水沙关系提供参考。

采用称量控水方法,设置正常供水(CK)、轻度干旱胁迫(LD)、中度干旱胁迫(MD)和重度干旱胁迫(SD)4 种水分处理,研究不同程度干旱胁迫对1 年生台湾栾树盆栽苗生长和生理生化指标的影响,探讨台湾栾树耐旱机制。研究发现:随干旱胁迫程度的加剧,台湾栾树幼苗高生长量和生物量逐渐降低,但根冠比显著提高;台湾栾树幼苗叶丙二醛浓度、可溶性糖及脯氨酸质量分数增加,K⁺ 和Ca²⁺ 质量分数在LD 处理略有升高后缓慢下降,Mg²⁺ 质量分数则只有轻微减少;而叶可溶性蛋白质质量分数及CAT、POD、SOD、APX 等活性表现为先增加后降低的规律,且在MD 处理均达到最大。结果表明:干旱胁迫下台湾栾树膜脂过氧化加剧和生长受到抑制,但其能通过提高抗氧化酶系统的活性和积累可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白质等渗透调节物质来保护膜结构,使其保持正常的生理活动,从而表现出较强的抗旱能力。

2013 年6—7 月,在小兴安岭凉水国家级自然保护区谷地云冷杉林1.5 hm² 的固定样地内,通过调查36 株掘根倒木的树种、直径、倒向、腐烂等级、形成的坑丘复合体的微立地特征及样地内植物的种类、高度、多度、盖度,计算云冷杉林风倒区坑丘物种的丰富度和重要值。结果表明:1) 掘根倒木的形成树种共有4 种,出现频率大小依次为冷杉(54.1%) > 云杉(27%) > 白桦(13.5%) > 红松(5.4%);2) 36 株掘根倒木中的29 株倒向偏北方向;3) 掘根倒木形成的坑丘的体积分别与坑宽、丘高呈显著正相关,坑深与丘厚呈显著正相关,丘和坑的体积分别与丘的表面积呈显著正相关;4) 在3 个微立地上,物种丰富度、均匀度指数、物种多样性指数均为完整立地> 坑底> 丘顶; 5) 库页悬钩子在丘上的重要值最大,坑底有利于荨麻、水金凤的生长;6) 当掘根倒木腐烂等级为域级时,丘顶上的物种丰富度最高,为吁级时,坑底的物种丰富度最大,植物平均总盖度和平均密度的大小顺序均为完整立地> 丘顶> 坑底。

以河南省中低产区砂质潮土为对象,研究不同有机物料(豆秆、玉米秆、鸡粪和猪粪)还田处理对土壤微团粒结构分形和不同粒级有效养分质量分数的影响。结果表明:1)与不施有机物料处理相比,随有机物料添入量增加, 0.1 ~0.053 mm 土壤粒级所占比例高于对照7% ~13%,达到5%显著性差异水平; <0.053 mm 土壤粒级的质量分数相应小于对照处理。2)土壤分形维数在2.52 ~ 2.72 之间,与0.1 ~ 0.053 mm 土壤粒级质量分数存在极显著负相关,相关系数为-0.945;与<0.053 mm 土壤粒级存在极显著正相关,相关系数为0.981。随着从单施到混合配施的处理,有机物料改变微团粒结构的分配比例,分形维数变小。3)与对照相比,有机物料的加入均能使土壤以及各粒级的速效养分质量分数呈显著性增加。施入有机物料后,碱解氮、速效钾和速效磷的质量分数在0.1 ~ 0.053 mm土壤粒级中分别比对照提高了168% ~528%、141% ~ 1000% 和16% ~ 81%,在< 0.053 mm 的粒级中分别比对照提高了13.4% ~44%、17% ~170%和21% ~66%。土壤碱解氮质量分数表现为秸秆施用(73.1mg/ kg) >秸秆与粪肥双倍混合施用(69.3 mg/ kg) > 秸秆与粪肥单倍施用、猪粪施用(63.0 mg/ kg) > 鸡粪施用(59 mg/ kg) > 对照 (49.9 mg/ kg);速效钾质量分数表现为豆秆施用(140 mg/ kg) > 秸秆与粪肥双倍混合施用、玉米秆施(120 mg/ kg) > 秸秆与粪肥单倍施用(86.5 mg/ kg) > 粪肥施用(76.8 mg/ kg) > 对照(56.5 mg/ kg);有效磷质量分数表现为玉米秸秆(40.9 mg/ kg) > 粪肥处理、秸秆与粪肥混合处理(35.91 mg/ kg) > 豆秆处理(30 mg/ kg) > 对照(26.8 mg/ kg);土壤总养分质量分数表现为豆32 和玉32 处理(259 mg/ kg) > 秸秆与粪肥倍量处理及豆16 处理(225 mg/ kg) > 玉16 处理(210 mg/ kg) > 秸秆与粪肥单倍量和猪8 处理(191 mg/ kg) > 鸡粪处理(173 mg/ kg) > 猪4 处理(161 mg/ kg) > 对照处理(133 mg/ kg)。总之,施用有机物料处理砂质潮土,无论是不同粒级的养分质量分数还是土壤的速效养分质量分数均得以提高。

东北低山丘陵区土地利用复杂,常有上坡积雪优先融化产流现象,不同产流模式融雪侵蚀过程不同。为深入了解上坡积雪优先融化条件下坡面融雪产流过程,采用室内模拟融雪试验,研究解冻期上坡融雪径流、坡度、坡长及积雪密度对坡面融雪产流过程的影响。结果表明:1)影响积雪融化速率的主要因素为上坡融雪径流,上坡融雪径流量为0.1 L/ s 时,融雪速率为591 g/ min,上坡融雪径流量增加至0.5 L/ s 时,融雪速率提高到1 121 g/ min,融雪速率加快近2 倍;2)坡度与积雪融化速率呈正相关关系,坡度为2°时,融雪速率为766 g/ min,坡度提高至14°时,融雪速率增大到1 002 g/ min;3)融雪速率随坡长增加整体呈上升趋势;4)积雪密度变化与积雪融化速率之间线型关系不明显。研究结果可为融雪侵蚀预报模型研究提供参考。

为减少评价过程中指标信息筛选和权重赋予的人为主观影响,提出粗糙集和突变级数相耦合的区域水资源可持续利用评价方法。以福建省为例,以9 个设区市为研究单元,从水资源条件、开发利用、生态环境和经济社会等方面,构建由4 大准则20 项指标组成的指标体系,进行水资源可持续利用评价。结果表明:1)应用粗糙集约简冗余指标,依据属性重要度对指标排序,并耦合突变级数法进行水资源可持续利用评价是可行的,不仅可筛除冗余指标信息,而且无需过多人工干预,可很大程度地减少人为主观影响;2)福建省各设区市水资源可持续利用水平排序为龙岩> 三明> 宁德> 南平> 漳州> 福州> 泉州> 莆田> 厦门,呈现自西向东、西北向东南可持续利用水平递减的空间格局,且根据评价结果划分的4 个可持续利用分区,可为水资源分区开发利用和管理保护提供理论依据。

为了研究黄河三角洲盐碱地混交林土壤盐分在旱季和雨季的空间分布特征,以黄河三角洲新造的由11 个树种组成的混交林为研究对象,利用经典统计学和地统计学相结合的方法,绘制上层(0 ~15 cm)和下层(15 ~30 cm) 土壤电导率的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图,研究春季和秋季不同深度土壤电导率的空间变异特征。结果表明:1)土壤电导率平均值在春季和秋季有显著差异,不论是上层还是下层,春季均大于秋季。春季上层和下层土壤电导率变化范围分别为1.12 ~5.18 和0.83 ~3.72 mS/ cm,变度分别为4郾06 和2郾89 mS/ cm。秋季上层和下层土壤电导率变化范围分别为0.85 ~2.91 和0.62 ~3.05 mS/ cm,变度分别为2.06 和2.43 mS/ cm。春季土壤电导率变异系数较大,而秋季则较小。2)春季混交林上层和下层土壤电导率均有强烈的自相关性,变程分别为13.47 和12.72 m。秋季上层和下层土壤电导率变异函数的半方差图几乎为直线,变程分别为213 和71 m,超出了取样范围,表明在该取样尺度下没有自相关性。3)Kriging 插值结果表明,混交林地春季土壤电导率斑块化程度高于秋季。

通过野外调查,研究鄱阳湖生态经济区城市化进程中农田生态系统撂荒后,自然更新和人工更新2 种方式下的植物多样性和群落物种结构。结果表明:1)在撂荒地共发现42 种植物,隶属22 科42 属,其中自然更新群落样地有10 科20 属,人工更新群落样地有19 科34 属;2)2 个群落的科、属、种数在统计上差异不显著,只表现出人工更新群落稍高于自然更新群落,植物丰富度、多样性指数在统计上差异不显著,但是呈上升趋势;3)自然更新和人工更新2 个群落间的植物种相似系数为0郾44,自然更新和人工更新2 个群落中的共有植物种类为12 种,以一年生草本居多;4)应用除趋势对应分析排序方法(DCA)分析表明,2 个群落结构间已形成梯度,在人工更新群落增加了多年生草本、多年生草质藤本和小灌木,人工更新减缓了植物多样性丧失的速度。在城市化圈地过程中,建议在撂荒期栽植乔木树种,有利于生物多样性的保护。

通过调查北京地区潮白河上游河流河岸断面和岸坡形态,将河岸断面分类为V 型、U 型、漫滩型,根据岸坡坡度、岸坡高度,分析得出北京市适宜的可采取生态护岸措施的岸坡,并提出相应的生态护岸措施,同时进行柳桩护岸、石笼护岸及堆石护岸3 种生态护岸的实例设计,为北京市山区河岸生态修复和生态治理提供参考。

城市群土地综合承载潜力和承载量是衡量城市人口集聚、经济发展、生态环境现状及未来发展空间大小的重要指标。从耕地承载力、建设用地承载力和生态用地承载力3 个层面选择指标,分别构建土地综合承载潜力和现实承载量评价指标体系,并对湖南省“3 + 5”城市群的8 个城市分别进行土地综合承载潜力和现实承载量定量评价。结果表明:1)娄底市的土地现实承载量超过了土地综合承载潜力,其比值为1郾383 8,为超载区;2)益阳、长沙、株洲、衡阳这些城市的土地现实承载量已非常接近甚至达到了土地综合承载潜力,其比值分别为1.022 8、0.951 0、 0.923 8、0.920 4,为满载区;3)岳阳和常德这2 个城市的土地资源还可承载部分人类经济活动,土地现实承载量与土地综合承载潜力比值分别为0.867 6 和0.854 7,为尚可承载区;4)湘潭市的土地现实承载量相对土地综合承载潜力而言最低,其比值为0.685 5,为可承载区。针对不同的承载情况分别提出有针对性的提高承载潜力或降低承载量的措施,这将对促进区域土地与人口、经济、环境之间的可持续发展具有重要的意义。

城镇化要坚持生态文明的理念和原则,中央要求加强生态文明制度建设,依靠制度保护生态环境。城镇化进程的加快和社会发展急需加快城市水土保持立法。城市水土保持法规应重点落实城市各功能区的政府水土保持目标责任,建立相关规划的水土保持协调机制,结合城市特点明确重点预防区和治理区,实行最严格的生产建设项目水土保持管理制度,加强城市雨洪和土石方管理,加快水土流失治理与生态修复,实行水土保持监测、公示、公报制度,建立社会监督机制,明确法律责任,增加处罚条款。

随着经济社会的飞速发展,农业面源污染已成为导致河流、湖泊、水库等水体水质恶化、营养化的重要原因。居于水陆交界处的河岸缓冲带对净化河流水质具有重要作用,被认为是控制面源污染的“最佳管理措施冶(BMPs) 之一。在系统地总结国内外河岸缓冲带净污机制及其净污效果影响因子所取得的主要研究成果的基础上,针对目前研究中存在的不足,提出净污机制研究不局限于氮、磷等营养元素以及地表径流去污的机制研究,除考虑自然因素外,还应综合考虑人为因素对河岸带净污效果的影响。