以沂蒙山区88 个雨量站点1980—2010 年日降水数据为基础,采用普通克里格法和回归克里格法对多年平均降雨侵蚀力进行空间插值预测,分析评价不同空间插值方法预测结果的精度及差异性,掌握沂蒙山区降雨侵蚀力及空间分布特征。结果表明:1)2 种方法降雨侵蚀力插值结果空间分布规律一致,但回归克里格法对局部变异性描述更为精确;回归克里格法降雨侵蚀力预测值与实算值接近,降雨侵蚀力预测相对精度较普通克里格法提高53.64%。2)沂蒙山区降雨侵蚀力最大值为5 438.22 MJ·mm/ (hm²·h·a),最小值3 033.23 MJ·mm/ (hm²·h·a),均值4 133.92 MJ·mm/ (hm²·h·a);半方差函数分析显示,年均汛期降雨量和年均侵蚀性降雨量是影响降雨侵蚀力空间变异的主要因素。3)沂蒙山区降雨侵蚀力空间分布上遵循从南向西北和东北2 个方向逐渐递减的特征,降雨侵蚀力在沂蒙山区空间分布上属中等变异,但在县域尺度空间分布上呈弱变异(邹城除外)。

砒砂岩是一种特殊的泥岩、泥沙岩,是黄河中下游粗泥沙的主要来源。通过试验,观测了砒砂岩的耐水性,测试了砒砂岩的抗压强度、颗粒粒径分布、最大干密度等物理性能指标,利用X 射线衍射测试了砒砂岩的矿物成分和化学成分,并通过光学电镜和扫描电镜观察了砒砂岩的微观结构。结果表明,砒砂岩力学强度在0.4 ~ 2.8 MPa 之间,主要矿物成分为石英、长石和赤铁矿,氧化物成分为氧化硅、氧化铝和氧化钙。微观结构分析表明,砒砂岩结构疏松,孔隙较多,胶结物质主要为碳酸盐和黏土物质。

基于1960—2011年福建省17 个气象站点逐日降水资料,运用线性趋势、Mann-Kendall 非参数检验和R/S方法分析福建省不同等级降水量和降水时间的时空变化特征。结果表明:1960—2011年期间福建省年均降水量增加,年均降水时间明显减少;各季节小雨、中雨降水量和降水时间呈现减少趋势,大雨、暴雨降水量和降水时间有增加趋势;各季节不同等级降水的降水量和降水时间的空间分布差异较大,中部屏南—九仙山一线为小雨降水量和降水时间的高值区,东南沿海为暴雨的高值区。春夏冬3季的大雨、暴雨降水量和降水时间将持续增加, 极端降水基于1960—2011年福建省17个气象站点逐日降水资料,运用线性趋势、Mann-Kendall 非参数检验和R/S方法分析福建省不同等级降水量和降水时间的时空变化特征。结果表明:1960—2011年期间福建省年均降水量增加,年均降水时间明显减少;各季节小雨、中雨降水量和降水时间呈现减少趋势,大雨、暴雨降水量和降水时间有增加趋势;各季节不同等级降水的降水量和降水时间的空间分布差异较大,中部屏南—九仙山一线为小雨降水量和降水时间的高值区,东南沿海为暴雨的高值区。春夏冬3季的大雨、暴雨降水量和降水时间将持续增加,极端降水概率增大,小雨和中雨的降水量和降水时间将持续减少,发生阶段性干旱的可能性增大。

利用黄土高原65 个小流域2441 场次降雨数据,分析黄土高原小流域次暴雨洪峰流量与降雨、地形和径流参数的相关关系,探讨不同副区、不同流域面积尺度和不同降雨月份对上述相关性规律的影响。结果表明:1)黄土高原小流域次暴雨洪峰流量与雨量雨强参数(降雨量与降雨强度的乘积)、流域面积、主沟道长度、流域宽度、主沟道比降以及径流量、径流深和径流系数等参数存在着较好的相关关系;2)各参数与洪峰流量的相关性受各副区自然地理条件和流域面积尺度的影响显著;3)为准确预测黄土高原小流域次暴雨洪峰流量,可以将雨量雨强参数、流域面积和径流量等参数作为参考变量,在各副区和各流域面积尺度分别建立洪峰流量经验公式,构建黄土高原小流域次暴雨洪峰流量经验模型,为小流域水土保持工程措施的设计奠定基础。

为了使基于人工模拟降雨装置的水土保持试验更可靠,采用人工降雨试验方法,通过研究QYJY-503C 人工模拟降雨装置的降雨特性,探讨该装置在水土保持科学试验中的适用性。结果表明:1)雨滴达到终速时雨滴色斑直径的关系为d=0.3839D0.709 ;2)QYJY 503C 人工模拟降雨装置有效降雨均匀度超过80%;3)在试验范围内,雨滴直径随降雨强度增大而增大,雨滴中数直径与降雨强度呈d50 =0.559 5I0.280 5 的幂函数关系,相同降雨强度条件下的雨滴直径较天然雨滴偏小20% ~70%;4)降雨动能与降雨强度呈E=0.004 2I -0.021 的线性关系,可通过控制降雨强度实现降雨动能与天然降雨的相似性;5)QYJY-503C 人工模拟降雨装置性能稳定、可控性强,可适用于室内土壤侵蚀的研究。

采用室内人工模拟降雨试验,设计试验坡度为10°、15°、20°、25°,降雨强度为90 和120 mm/ h,坡长为5 和7m,研究不同降雨条件下降雨过程中侵蚀泥沙分形维数的变化特征。结果表明:1)侵蚀泥沙分形维数与黏粒、粉粒体积分数呈极显著正相关,与砂粒体积分数呈极显著负相关;2)侵蚀泥沙分形维数随降雨强度增强有减小趋势,受坡度、坡长影响变化规律不明显,在5 m 坡长条件下,侵蚀泥沙分形维数随着降雨历时的延长有先降低后升高趋势,7 m 坡长条件下,10°、15°坡度情况下,侵蚀泥沙分形维数随降雨历时变化规律不明显,而在20°、25°坡度情况下,侵蚀泥沙分形维数有随降雨历时增大趋势;3)坡度为10°的条件下,细沟出现后侵蚀泥沙分形维数明显小于细沟出现前,在坡度为15°、20°、25°条件下,细沟出现后侵蚀泥沙分形维数明显高于细沟出现前。

从粒度组成变化情况上探索砒砂岩作为一种固沙新材料的可能性,可为毛乌素沙化治理、保持水土、发展农业种植提供科学支撑。将砒砂岩与风沙土分别按1:0、1:1、1:2、1:5和0:1质量比复配,用激光粒度分析仪对其粒度组成及级配特性进行分析研究。结果表明:砒砂岩与风沙土复配后,改变了风沙土以砂粒为主、结构松散、易风蚀的特点,随着砒砂岩质量的增加, <0.05 mm 粒径的质量分数增加,质地呈现砂土-砂壤-壤土-粉壤的转变;且风沙土的粒度分布范围小、均质性强等特点得到一定程度改善,砒砂岩与风沙土复配后,其粒度分布范围变广,当砒砂岩与风沙土复配的质量比为1:5(不均匀系数为54.71,曲率系数为2.54)或1:2(不均匀系数为76.21,曲率系数为1.12)时,其颗粒级配连续,且级配特性良好。因此,从粒度组成上看,砒砂岩具有固沙的可能,质地条件随砒砂岩质量的增加而变好,级配特性以砒砂岩颐风沙土按1:2或1:5质量比进行复配为宜。

为揭示人工林在生长过程中对森林水文功能的影响,于2013 年6—7 月,利用双环入渗法对三峡库区重庆四面山5 种人工林(杉木纯林、杉木+ 马尾松针叶混交林、木荷+ 杉木+ 马尾松针阔混交林、木荷+ 香樟+ 石栎+ 枫香阔叶混交林、木荷+ 石栎阔叶混交林)的土壤入渗特性进行研究,并与2008 年相同实验方法所得数据进行对比。结果表明:1)4 种混交林的土壤储水能力均大于杉木纯林,在5 种林地土壤饱和储水量中,杉木纯林2013 年比2008年减小11.76%,针叶混交林、针阔混交林、阔灌混交林、阔叶混交林2013 年较2008 年分别提高了19.24%、11.94%、17.98%和7.53%;2)人工林的生长可以增强林地的入渗能力,与2008 年相比,2013 年5 种林地的土壤水分入渗初渗速率分别增加了52.8%、115.8%、51.1%、15.9%和49.9%,平均入渗速率也有增加;3)对5 种林地的土壤水分入渗进行模拟,Horton 模型比Kostiakov 模型及Philip 模型模拟效果更好。

于2014年3月,通过对长江三峡库区消落带中山杉的保存率与生长状况进行调查,研究中山杉的耐淹性。结果表明:1)中山杉在163 ~174 m 高程范围内的平均保存率为98.1%,消落带坡度对水淹后中山杉的保存率具有显著影响,消落带原土地利用类型对其保存率影响不显著;2)中山杉在各高程上的平均树高均超过3.5 m,平均胸径均超过4cm,水淹深度对中山杉的高生长没有显著影响,对其胸径生长有显著影响;3)消落带坡度对中山杉树高和胸径生长存在显著影响,但消落带原土地利用类型对其树高和胸径生长没有显著影响。中山杉极强的耐淹性为生物治理长江三峡库区消落带奠定了基础。

为了探究黄土高原区植被覆盖的空间分布特征、不同退耕坡度区域和不同气候带区域植被恢复程度,采用黄土高原区2000—2013 年的MODIS/ NDVI 数据进行分析。结果表明:1)2000—2013 年黄土高原区的归一化植被指数均值从东南向西北逐渐递减,呈3条带状: <0.2、≥0.2 ~0.4、≥0.4,大致对应于中国农业气候分区的干旱中温带、中温带、南温带3个气候区。2)2000—2013 年黄土高原区植被覆盖呈增加趋势,增加区域的面积比例超过88%,且夏季比年均表现更明显。50%以上区域年均植被覆盖呈现中度改善或明显改善,50% 区域上夏季植被覆盖明显改善。3)黄土高原区中温带的年均植被覆盖呈中度改善趋势,夏季植被覆盖呈明显改善趋势;干旱中温带、南温带的年均植被覆盖处于轻微改善状态,夏季植被覆盖以中度改善和轻微改善为主。4)≥15°~ 25°的坡度区域,植被恢复效果都好于其他坡度条件,夏季明显改善和中度改善的面积比例超过60%,年均也超过40%;坡度<6°或≥35°的区域,年均植被覆盖基本不变和退化面积比例接近20%。

为了研究大兴安岭地区重度火烧区火烧迹地森林植被人工恢复规律,采用由植被空间序列推断时间系列的方法,分析大兴安岭地区重度火烧后人工恢复兴安落叶松林的植被恢复演替过程。结果表明:火后初期,林分灌木和草本物种数迅速增多,随着火后年限的推移,灌木和草本物种数均减少,草本物种数减少较多;乔木和灌木盖度随火烧年限的增加而增加,草本盖度呈下降趋势。对物种相似度研究发现,火烧后不同年限样地灌木相似度较大,而草本植物年限相近样地相似度较高,年限相距较大的不同样地相似度较低,而且随着年限的增加,不同样地间的相似度降低。重度火烧后,人工恢复对林分恢复起到加速作用,经研究,火后25 年人工恢复兴安落叶松人工林基本恢复到未火烧落叶松天然林水平。

针对黄土干旱阳坡植被恢复问题,以山西省方山县黄土弃土边坡为研究地,在2012年4月26日和7月20日分别布设人工生物质结皮进行试验,并于11月30日结束全部试验。通过2次试验研究人工生物质结皮在黄土边坡植被恢复过程中对土壤微生态环境的改善及对植被生长的影响。结果表明:1)人工生物质结皮可提高浅层土壤温度,最高达1.9°;2)人工生物质结皮可增加土壤含水量,10cm土层土壤含水量比对照区高35.8%;3)人工生物质结皮对边坡侵蚀具有防护作用,结皮区降雨形成的水蚀细沟体积小于对照区的1/2;4)氮源肥料和碳源生物高分子同时施用时边坡植物生物量超过二者单独使用时的4倍;5)人工生物质结皮可促进土壤种子库植物的萌发,其中土壤种子库植物占结皮区植物生物量的83.06%;6)人工生物质结皮区植被盖度超过90%,远高于裸露黄土对照区和自然坡面的30%和35%的覆盖率,植物鲜质量生物量达1.65t/hm2 ,分别为自然坡面和对照区生物量的10.50和20.48倍;7)利用人工生物质结皮可以在一个生长季内在黄土边坡形成高盖度植被,这种方法适用于水土流失严重的黄土丘陵沟壑区的边坡植被快速恢复。

干旱瘠薄山地造林树种选择是制约这一特殊生境植被修复的关键问题。为明确不同树种对干旱瘠薄生境的生态适应策略,为困难地造林树种选择提供依据,采用挖掘法获取树木整体根系,用根系扫描仪测定细根形态参数,对比分析鲁中南干旱瘠薄山地黑松、侧柏、黄连木、麻栎、黄栌、扶芳藤6个造林树种根系构型及细根形态特征,阐明干旱瘠薄生境中不同树种根系形态的差异性及其对特殊生境的适应性。结果表明:1)相同立地条件下6树种根系构型差异较大,黑松、侧柏、扶芳藤根系表现为浅根性,依靠水平空间的拓展获得水分和养分是它们对干旱瘠薄生境的适应策略;而黄栌、黄连木、麻栎根系则为深根性。2)各树种细根形态存在较大差异,扶芳藤各级细根数量最多,且长度、表面积和体积显著高于其他树种(P <0.05),表明其具有极强的生根能力及水分和养分利用能力。3)麻栎和扶芳藤低级细根(1 ~2 级)的比根长在所有树种中最大,表明它们的细根具有良好的吸收功能。根据各树种的根系形态特征,在干旱瘠薄山地造林实践中,可利用其根系生长策略的不同考虑树种混交,营建针阔混交、乔灌混交等多种林型,充分发挥森林固水保土等生态效益。

生物多样性保护作为生态系统的支持性基础功能,其价值评估受到普遍关注,但评价方法一直是困扰学界的主要问题。基于能值理论对我国荒漠生态系统动物物种多样性保护价值进行核算,并参考世界自然保护联盟(IU-CN)物种濒危等级分级标准,计算引入濒危指数对动物物种由于其稀缺性得到的价值增值。结果显示,我国荒漠生态系统动物物种多样性保护总价值为35万1 000亿元,其中稀缺性价值为3万6 400亿元,哺乳动物保护价值占总价值的52.41%,鸟类保护价值占42.04%。结果表明,我国荒漠生态系统具有巨大的动物物种多样性保护价值,其价值分布趋势由东向西、由南向北递增。从研究范围内各省区的情况来看,新疆的动物物种多样性保护价值最高,为21万1 000 亿元,青海、西藏、内蒙古、甘肃价值数接近,陕西、山西、河北、吉林、黑龙江、辽宁价值较低。

内蒙古东胜矿区地处生态环境脆弱区,在全球气候变化和露天煤矿开采背景下,研究近50年该区地表干湿状况的变化特征具有重要意义。在采用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量的基础上,以其与降水量的比值作为干燥指数指标,分析内蒙古东胜矿区1957—2012 年地表气候干湿状况和其时程变化趋势,以及频率分布特征和周期特征,并用全导数的方法探讨引起该区地表干湿变化的主导气象因子。结果表明:1)研究区干燥指数的多年平均值为3郾2,上升幅度为0.004/a;2)除夏季有逐渐变干的趋势外,其他季节都呈现出变湿的趋势,但变化都不显著;3)在18~25 年和7~12 年尺度上地表干湿变化周期最明显,震荡主周期为12年;4)干燥指数最大值和最小值的重现期都超过了50年,1998年可以认为是一个突变年;5)引起干燥指数变化的主导气象因子是最高气温,其次是降水量和风速。

通过福建省重大科技专项的实施,阐明山地水土流失治理与循环农业开发有效结合的协同性,并以长汀县、宁化县、平和县等水土流失重点治理县为例提出提升建议。结果表明:1)进行山地植被恢复,可推广“乔灌草冶立体覆盖种植;2)山区开展生态养殖,可采用“林草牧肥冶优化耦合模式”有利于农牧结合优势的充分发挥; 3)应用固液分离收集处理猪粪技术,生产果树专用肥,COD 累积去除率达99.8%;4)长汀县79.94% 耕地适宜烟稻轮作,并可循环利用秸秆培肥地力;5)紫色土壤区的山地适宜发展“草牧沼油茶冶生产模式。提出的提升建议:水土流失治理要实施系统工程,水土保持应与循环农业发展紧密结合,促进双赢互利发展;要健全政策机制,鼓励更多企业、个人投入山地水土流失治理与循环农业综合开发之中,以取得经济、社会与生态的综合效益。

为了加快太行山北段东麓采石废弃地的植被恢复,选取地形、植被、土壤等14个指标,采用相关性分析、主成分分析、聚类分析等方法,探讨影响采石废弃地植被恢复的主要影响因子,明确划分太行山北段东麓采石废弃地的立地类型并进行立地评价。结果表明:1)土壤养分质量分数、土壤层厚度和地形特征等因子是研究区植被恢复的主要限制性因子,同时也是研究区采石废弃地上判断某一立地条件优劣的重要因子;2)依据主成分分析、聚类分析结果以及调查结果,可将研究区采石废弃地分成8 类立地类型;3)根据立地质量评价结果,可将立地类型划分为立地条件较好的立地(综合得分逸24)、立地条件稍差的立地(综合得分20 ~ 24)、立地条件较差的立地(综合得分18 ~20)和立地条件较为恶劣的立地(综合得分<18)4 类,并按照立地情况提出相应的植被恢复建议。

滑坡是当今世界上不可避免的一种地质灾害形式,严重地威胁着人民的生命财产安全。采用综合治理措施不仅可解决边坡稳定性问题,而且可以使边坡的生态环境得到有效恢复。以浙江省建德市叶家路滑坡边坡为研究对象,探讨采用机械削坡、锚杆加固、喷混植生、人工种植等综合治理措施的效果。结果表明,综合治理措施可在短期内使边坡具备稳定性,治理效果显著。研究结果可为同类地区滑坡边坡治理提供技术参考。

我国城市化和工业化的飞速发展带来一系列环境问题,突出的表现是大气环境的严重污染。城市基建的大规模开展导致地表裸露,从而使空气中PM _2.5质量浓度增加。城市水土保持工程措施、临时防护措施以及植物措施都可以在一定程度上减PM _2.5在扬尘中的贡献,降低空气中PM _2.5的质量浓度。城市水土保持措施对于防治PM _2.5 危害十分重要。

凝结水作为降水的一种形式,是区域水循环中的重要环节;但由于凝结水数量较少,在大多的水分研究中经常会被忽略。通过系统总结凝结水研究意义、现状及存在问题发现,原有研究大多集中在凝结水量、影响因素、凝结时间等方面,在水汽来源、凝结水的区分以及数值模拟方面相对较少,建议应该加强凝结水的形成规律以及凝结水对植物生长影响等方面研究。