当前,国际上生态系统服务功能研究体系框架已相对完善,但缺少一套针对森林生态系统服务功能评估体系。中国森林生态连清体系创建及完善,填补了这一空白。该体系巧妙地将森林资源清查体系和森林生态系统定位观测研究网络(CFERN)有机结合,通过森林资源清查体系直接获取森林资源信息,CFERN 生态站获取生态系统各个生态过程的机制及参数,实现了森林生态系统服务功能的科学化评估。通过CFERN 生态站连续观测对生态参数的纠偏,森林生态系统服务各项指标评估过程中所需的生态参数得以实时更新,使森林生态连清体系对森林生态系统服务评估具备了连续监测的功能。这一体系已在国家、林业重点工程、省级及地区等层面广泛应用,将森林生态系统服务功能评估工作推进了一大步,为我国森林经营管理、森林水土保持功能评估、生态恢复等提供科学的数据支撑。

为揭示三峡水库消落带不同自然环境因素对泥沙沉积过程的影响及判别人类活动的干扰程度,采用原位观测方法,对三峡水库干流消落带的泥沙沉积量及其潜在影响因素(消落带微地形、河流水文泥沙条件、消落带土壤侵蚀、消落带植被状况和人类活动)展开调查、分析和量化测算,并利用典型相关分析和方差分析,研究不同因素对泥沙沉积量的影响。结果表明:1)库尾江津—涪陵河段以人类活动的影响最为剧烈,自然环境因素与泥沙沉积量均无显著关系。2)库中涪陵—奉节河段以消落带地形特征中的坡度和高程影响较为明显,二者与泥沙沉积量的相关程度分别为-0.508 和-0.714;坡度越小,泥沙沉积越多;高程越低,消落带被含沙水流淹没的时间越长,泥沙沉积量也越多。3)库首奉节秭归段则以坡度的影响为主,其与泥沙沉积量的相关程度为-0.517,坡度越小,泥沙沉积越多,不同高程间的泥沙沉积量并无太大差异。研究说明,三峡水库干流消落带泥沙沉积影响因素主要包括消落带坡度、高程、河流水沙条件和人类活动4 种,植被盖度对消落带泥沙沉积过程没有影响,4 种因素的影响范围存在较明显的空间变异性。

通过室内人工降雨模拟试验,对不同暴雨条件下坡度和降雨强度对狗牙根草地产流的影响及整个产流过程为在不同空间尺度上对东北黑土区流域侵蚀产沙建立宏观认识,以松花江流域为研究区,选择不同尺度的典型流域,通过收集降水、遥感影像和土地利用资料,计算不同尺度流域土壤流失量;采用流域出口量水堰和水文站径流泥沙观测资料,计算流域输沙量,从而得出不同空间尺度典型流域悬移质泥沙输移比(SDR )。研究区小尺度流域全年SDR为0.33,大中尺度流域SDR变化于0.005 ~0.365 之间,平均仅0.051。本区SDR存在显著的季节差异:小尺度流域雨季SDR为0.38,春季融雪侵蚀期仅为0.17;流域面积(A)和主河道比降(SLP)是影响大中尺度流域SDR的重要因素;SDR与A 呈幂函数递减关系,这在丘陵漫岗区更为显著;山区的流域的SDR 随SLP 的增加而递增。研究成果有助于建立本区土壤侵蚀与流域产沙之间的定量关系,为流域水土保持规划提供科学依据。

金沙江上游地质灾害频发,地质环境演化相对复杂。为研究堰塞湖溃坝后堆积物的来源与坝体物质、沉积环境的关系,以金沙江上游雪隆囊古滑坡堰塞湖溃坝堆积物为主要研究对象,通过野外实地调查取样和室内粒度筛分试验,对雪隆囊滑坡堰塞湖溃坝堆积物的粒度进行测试,并分别对滑坡堰塞湖溃坝堆积物的上、中、下游3 段的粒度特征进行研究。结果表明:从溃坝堆积体的上游到下游,粒度分布曲线分别为单峰、多峰、双峰;上游粒度组成主要以砾石为主,中游和下游主要以细砂和极细砂为主,粒度从上游到下游依次有明显的细化趋势,平均粒度由粗变细,分选性整体上较差和差。以上这些特点综合反映出溃坝堆积体的上游段到下游段的水动力条件在逐渐减弱,其中堆积体上游段砾石部分来自坝体物质,而中、下游段细部分既可能来自坝体,又可能来自堰塞湖溃坝前的上游湖相沉积层。储量,持水特性和拦蓄变化规律。结果表明:1) 3 种林地枯落物总储量表现为油松林(24.40 t/ hm² ) > 刺槐林(19.68 t/ hm² ) > 侧柏林(9.58 t/ hm² ),其总储量要高于一般林地;总厚度表现为油松林(3.57 cm) > 刺槐林(3.30cm) > 侧柏林(1 cm)。2)最大持水量表现为阔叶林高于针叶林,其中刺槐林(48.77 t/ hm² ) > 油松林(40.27 t/ hm² )> 侧柏林(15.81 t/ hm² ),刺槐林与油松林差异性不显著,而侧柏与二者差异性显著。最大持水率表现出相同的规律,刺槐林(388.15%) > 油松林(276.49%) > 侧柏林(211.40%),三者差异性极显著,其中油松林的最大持水量和持水率低于全国平均水平。3)枯落物层的持水量、吸水速率与浸水时间分别符合对数函数和指数函数,而刺槐林持水量和吸水速率较大,推断出阔叶林在集中降水条件下的蓄水能力更强。枯落物有效拦蓄量与持水功能表现一致。均为阔叶林优于针叶林,有效拦蓄量表现为:刺槐林(46.80 t/ hm² ) > 油松林(38.72 t/ hm² ) > 侧柏林(14.19 t/hm²)。从枯落物总储量、最大持水量和最大持水率、有效拦蓄量等多个因素的计算判断出,半城子流域的枯落物呈现出针叶林枯落物量大但水文效应低,阔叶林量小但水文效应好的特征。因此,在林地树种配置与管理上,可以从枯落物的水文效应上考虑,提高流域林种结构的空间优化。通过研究枯落物的水文特性,可为当地造林树种选择和水源涵养生态服务评价提供理论基础和数据参考。

为探究辽东山区冰缘地貌表层土壤的质地特征及侵蚀强度,对48个典型冰缘地貌的土壤样品进行粒度测试分析,结果表明:研究区土壤级配良好,且径级跨度较大,质地以黏土质粉砂为主,粉砂其次,偶见砂质粉砂。土壤粒度整体较细(粒度参数平均粒径Mz的准值约6.45),分选差(标准偏差滓I 约1.89),以正偏居多(约占58%),峰态多为很窄峰(约占83%);粒度频率分布包括单峰(25%)、双峰(50%)和多峰(25%);结合萨胡判据和南北坡土壤粒度不对称等特征,初步推测早期土壤沉积组分来自近源浅表风化和远源风成沉降,其混合组分经冰缘流水搬运改造后形成土壤沉积。根据分维值(约2.28)、级配比例及敏感组分的提取可知,沉积水动力不强,地表植被覆盖越优良,对流水侵蚀能力的消耗和抑制则越显著。供试样品的粒度特征反映流水侵蚀强度不大,植被覆盖发挥了重要的水土保持功能。

对戈壁表面砾石粒径的研究,可帮助了解戈壁特征,分析戈壁造成自然灾害的原因,认识沙粒迁移、沙漠扩展以及指导防沙工程。本研究结合野外调查,分析噶顺戈壁洪积扇21 个样点砾石的粒度组成.平均粒径、分选系数、偏度和峰度等粒度特征。结果表明:1)受洪水、重力与风蚀等作用的影响,戈壁地表砾石均以中砾为主(66.35% ~95.04%)。海拔最高处以石质为主(85.54%),平均粒径准值为-9.09 (545.2 mm)。砾石质量分数呈现出随海拔增加,中砾质量分数降低,而粗砾质量分数升高的趋势。2) 粒度特征为:平均粒径准值变化范围为-9.09(545.2mm)~ -6.15 (153.9 mm);除样点12 为分选中等外,其余样点的均处于分选较好以上水平(0.28 ~0.53);偏度以负偏为主导(80.95%),地表以细砾和中砾等细粒径砾石为主;峰度中,宽平和很宽平占整体的57.14%,中等占23.81%,尖窄和极尖窄占19.05%,显示砾石分布相对较均匀,在不同位置的砾石,具有微弱的地表过程差异性。3) 分选系数与平均粒径之间,无明显的相关关系;而偏度与平均粒径间,存在正相关关系。研究结果对物源的岩性及戈壁发育环境具有重要的指示意义。

为掌握陕北黄土区不同植被特征对坡面微地形的响应,以陕西省吴起县合沟流域半阴、半阳2 个坡向的原状坡及其5 种微地形为研究对象,分析对比不同坡向各类微地形的物种组成、草本生物量、植被盖度及植物多样性特征。结果表明:1)各类微地形植物群落的物种组成、植被盖度、草本生物量及植物多样性指数多优于原状坡,其中切沟和塌陷的植被状况最优,其次为浅沟和缓台,陡坎最差;2)各类微地形植物群落的Simpson 指数与Shannon Wiener 指数变化趋势一致,均为切沟> 塌陷> 缓台> 浅沟> 陡坎> 原状坡,其中切沟和塌陷的植物群落所处的自然演替阶段高于其他微地形;3)经过15 年自然恢复,半阳坡形成以星毛委陵菜、赖草等多年生草本植物为优势种的植物群落,半阴坡形成以铁杆蒿、茭蒿等地带性多年生草本植物为优势种的植物群落,半阴坡各类微地形植物群落的物种组成状况、草本生物量、植被盖度以及植物多样性特征指数均优于半阳坡。掌握不同微地形植被配置的差异,有助于提高陕北黄土区植被恢复措施的有效性和持续性。

为研究培肥措施对红壤有机碳组成和团聚体稳定性的影响,以及有机碳与团聚体稳定性的关系,通过长期定位实验,选取不同施肥措施(未培肥CK、化肥NPK、化肥+ 秸秆NPKS 和粪肥AM)下的典型红壤为研究对象,分析土壤有机碳组成和团聚体稳定性差异,揭示3 种施肥措施下不同层次的有机碳组成和团聚体稳定性的变化规律。结果表明,3 种施肥措施均可以提高土壤表层(0 ~25 cm)有机碳质量分数(尤其是颗粒有机碳),其中AM 效果最显著,NPKS 次之。不同施肥措施下红壤不同层次的团聚体稳定性顺序为AM > NPKS > NPK > CK。与CK 相比,AM处理对表下层(5 ~15 cm)土壤的总有机碳和团聚体稳定性的提高效果最显著。回归分析表明,颗粒有机碳(POC)与湿筛法平均质量直径以及快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)、预湿润震荡(WS)3 种处理的平均质量直径的相关性最好(R² =0.79、0.80、0.66、0.81),说明相对于其他组分,颗粒有机碳更有利于降低消散作用以及抵抗机械破碎进而增强团聚体稳定性,是间接评价土壤团聚体稳定性的良好指标。

耕作侵蚀的过程机制和防治技术研究是我国现阶段水土保持科学与技术的重点研究领域,关于小型旋耕机耕作的土壤再分布过程和影响因素研究较少。应用磁性示踪法研究旋耕机等高耕作、向下耕作和向上耕作的土壤再分布模式和强度,查明耕作速度对旋耕机耕作侵蚀的影响。结果表明:不同耕作方向下旋耕机单次耕作过程中均引起土壤同时发生向上坡和向下坡移动,且均导致土壤发生向下坡净位移;不同耕作速度时等高耕作和向上耕作土壤净位移与坡度均呈显著正相关(P <0.01),而向下耕作二者无显著相关性(P >0.05);土壤净位移量表现为快挡等高耕作(11.53 kg/m) > 快挡向下耕作(11.40 kg/ m) > 快挡向上耕作(7.59 kg/m) > 慢挡向下耕作(7.33 kg/m) > 慢挡等高耕作(6.87 kg/m) > 慢挡向上耕作(6.29 kg/ m);快挡时上下坡交替耕作的耕作侵蚀速率小于等高耕作,但慢挡时二者相当。旋耕机耕作相比传统耕作机具的耕作侵蚀明显下降,其推广应用对于防治紫色土坡地耕作侵蚀和土壤退化有重要作用。

为系统了解淮河入海口两侧盐渍土养分及盐分分布状况,采用野外调查取样和室内分析相结合的方法,分析淮河入海口土壤养分(有机质、速效氮和速效磷)指标和盐分质量分数的空间分布特征。结果表明:1)研究区有机质和速效氮总体贫乏,随距入海口越来越远,呈缓慢上升趋势,速效磷总体适量。土壤养分有明显的表聚现象,与河漫滩相比较,对应堤防外侧土壤有机质、速效氮变异深度偏低,速效磷差异不明显。2)北堤河漫滩、南堤河漫滩、北堤外和南堤外临界脱盐位置分别在距入海口3 200 m、2 800 m、3 400 m 和600 m 处,土壤盐分剖面主要为表聚型、低聚型和平衡型,其分布较为集中,分别位于重度盐渍化区、中度盐渍化区、轻度盐渍化及脱盐区。3)有机质与速效氮呈极显著正相关,二者与土壤盐分呈显著性负相关,速效磷与其他3 个指标相关性均不显著。该结果可为淮河入海口盐渍土的分区、改良和合理利用提供参考。

封山育林、人工造林等治理措施能够有效改善土壤侵蚀区的生态环境,但伴随产生的碳汇效益长期以来并没有得到相应的重视。文章以福建省长汀县水土保持项目治理区为研究对象,定量分析该区自2000 年开展生态治理以来马尾松林碳储量的时空格局与碳增汇变化,同时借助2000—2013 年政策治理数据以及社会统计资料,利用主成分分析法探讨各主要驱动因素对森林碳增汇的影响。结果表明:1)2000—2013 年该治理区总碳储量由127.01万t 增加到189.96 万t,平均每年增长3.52%,远高于全县平均水平;当地2000、2006 和2013 年的马尾松林碳密度分别为27.95、32.82 和41.72 t/ hm² ,区域碳汇能力正在不断提高。2)在空间上,该区总碳储量的增长主要表现在海拔600 m 和坡度25°以下区域,总增长幅度分别达到41.6%和50.9%。马尾松林碳密度随海拔和坡度上升而明显增加,表明其碳汇能力仍具备较大恢复潜力。3)主成分分析表明,治理区马尾松林碳储量变化的主要驱动因素是政策治理、经济结构调整和农户增收,其中政策治理是该区马尾松林碳增汇能力提升的最显著因子。

森林生态系统土壤有机碳的储量及时空变化是制定森林生态系统可持续经营管理措施的重要依据,对全球碳循环与碳平衡的研究具有十分重要的理论价值。以华北土石山区不同密度油松和元宝枫人工林为研究对象,对不同林地类型的土壤密度、pH 值以及全氮、速效钾、有机碳的质量分数等参数进行测定,对比分析不同林地类型土壤有机碳的质量分数、土壤有机碳密度、储量及垂直分布特征,探讨土壤有机碳质量分数与土壤理化性状的相关关系。结果表明:元宝枫林的平均土壤有机碳质量分数和有机碳密度均大于油松林的;土壤有机碳质量分数和有机碳密度在土壤表层(0 ~10 cm)为最高值并随土壤深度的增加而降低;土壤有机碳质量分数表现为2 种林分密度下的元宝枫林无显著差异,而有机碳密度则表现为高密度元宝枫林> 低密度元宝枫林;在油松林中土壤有机碳质量分数、有机碳密度均表现为中密度油松林> 高密度油松林和低密度油松林。油松林和元宝枫林土壤有机碳质量分数与土壤密度均呈显著负相关,而全氮、速效钾与其呈显著正相关,油松林土壤有机碳质量分数与pH 值呈显著相关,而元宝枫林土壤有机碳质量分数与pH 值不相关。综上所述,华北土石山区元宝枫林较油松林具有更大的固碳潜力,而且土壤的有机碳质量分数及有机碳密度受树种和林分密度影响较大。

为解决青海高寒区绿化植物的栽培驯化问题,并为金露梅栽植的科学管理及高寒区水资源有效利用提供理论基础,以2 年生金露梅幼苗为研究对象,通过盆栽方法人为控制土壤水分条件,测定不同土壤水分条件下金露梅苗木的光合生理特征,研究金露梅光合生理特性及其与土壤水分的相互关系。结果显示:1)金露梅凋萎系数为4.02% 左右;2)土壤水分对金露梅叶水势及光合作用的影响具有阈值现象,净光合速率最大时土壤含水量为20.83%,水合补偿点为4.38%,水分利用效率最大时土壤含水量为13.82%;3)在砂壤土条件下,金露梅生长最适宜的土壤水分环境为8.33% ~12.71%,此范围内既可以维持植物基本的生长所需,又可以最大程度提高水分利用效率;4)青海地区在金露梅盛花期(7 月),在无降雨的情况下,每2 ~ 3 周补充一次水分能维持金露梅较好生长。2 ~3 周的持续干旱所造成的伤害在灌水后可逐渐恢复,但连续1 个月无任何供水会使金露梅死亡。

吸管法是测定颗粒组成的经典方法,激光法作为一种新兴的方法,近年被广泛应用于土壤和河流泥沙颗粒组成的分析中,并逐步应用到侵蚀泥沙粒径分析。为获取激光法与吸管法测定侵蚀泥沙特性指标和不同粒径的差异以及二者之间的转换关系,对18个黑土区侵蚀泥沙样品颗粒组成进行了测定和分析。采用中值粒径D50 和平均质量直径MWD 进行侵蚀泥沙样品特性分析,激光法比吸管法测定结果明显偏低;但2 种方法测定D50 和MWD 具有很好的线性转换关系(R² >0.9,P <0.001)。激光法测定的砂粒和黏粒质量分数低于吸管法测定值,测定粉粒质量分数明显高于吸管法测定值。测得砂粒、粉粒和黏粒含量在2 种方法间,均具有很好的线性转换关系(R² > 0.8,P <0.001)。进一步细分泥沙颗粒为大于中砂、细砂、极细砂、粗粉和细粉这5个粒级时,2 种方法间除极细砂(R² =0.764,P <0.001)外,其余粒级均具有很好的线性转换关系(R² >0.8,P <0.001)。

为了解褐煤基材料对土壤复合体铅形态的影响和污染退化修复机制,将褐煤以及褐煤基改性材料,混入铅污染的土壤中培养4 个月,提取其中的土壤复合体,测定各组复合体中的各形态铅。结果表明:施用褐煤基有机材料后,水稳性复合体增加。1)6 种铅化学形态在各复合体中分布状况不同。各改良剂处理的离子交换态、铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态铅在复合体中分布的大小顺序均为:G0 > G1 > G2 ,各处理从G0 到G1 ,交换态铅质量分数下降了8.74% ~32.22%,从G1 到G2 各处理下降了2.73% ~ 26.74%;弱有机态和强有机态、残渣态铅分布顺序为:G0 < G1 、G2 。2)施用有机材料均引起了3 组复合体中交换态铅质量分数的下降,各处理交换态铅质量分数平均下降了2.73% ~32.22%;普遍提高了弱有机态和强有机态铅质量分数,弱有机态铅最高提高51.23%,强有机态铅最高提高67郾65%,对残渣态铅没有显著影响。3)所有改性材料改性后均提高了G2 组中的交换态铅,普遍降低强有机态铅质量分数,碳酸盐态铅质量分数未有显著变化。因此,施用褐煤基有机改良剂,促进了水稳性复合体的形成,降低了复合体中交换态铅质量分数,对土壤铅起到了钝化作用。褐煤有机材料对交换态和有机态铅影响较大,对铁锰氧化物态、碳酸盐态和残渣态影响较小。

我国以防治水土流失为主的小流域治理历史悠久,以小流域为单元的水土流失综合治理经历了30 多年的探索和实践,逐步探索出适应我国实际情况的治理理念、治理措施及管理体系,取得了丰富的治理经验和显著的生态、社会和经济效益。自20 世纪80 年代初以来,我国先后对上万条小流域进行了综合治理,治理总面积达38 万km2 ;但是随着社会经济发展和人们对环境质量的要求不断提高,小流域综合治理也显现出一些问题,包括治理理念和治理目标不能满足群众需求、小流域管理机制不健全和资金投入体制亟待完善等。在新时期,小流域综合治理不能够仅仅局限于原有的思路框架中,要在继承治理经验的基础上,根据国家经济社会发展,赋予小流域综合治理新的内涵,使其产生新的活力,使之能够更好地满足我国广大民众对居住和生产环境条件不断提高的需求。在当前的小流域综合治理中应注重当地群众需求、因地制宜布设防治体系,逐步调整综合治理内容、治理措施和综合治理目标,完善资金投入机制、建立健全小流域综合治理的管护措施、完善相关法律法规建设,以不断适应时代发展对小流域综合治理的需求。

分布式水文模型的模拟精度受空间参数精度的影响。提升空间参数精度能较为精准描述流域空间特征,也会使空间数据量冗增,甚至影响模型运行效率。以分布式水文模型SWAT 为例,分析DEM、子流域划分、土地利用、土壤、降水站点等空间数据精度对模型模拟精度的影响。结果表明:1)对不同对象(流量、泥沙、营养元素等)进行模拟时,大多数空间数据分辨率阈值不同,分辨率超出阈值可能降低模型模拟的精度;2)DEM 分辨率降低,泥沙和总磷(TP)模拟结果的相对误差明显增加,而流量和硝态氮(NO3-N)模拟结果变化极小;3)DEM 分辨率达到一定精度后,进一步提高并不会使地表径流模拟精度得到改善,低分辨率DEM 获得的坡度较小,这会降低模型对流量的模拟,模拟的洪峰径流产生滞后现象;4)子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大。子流域和水文响应单元的划分数量对流域上游产沙量影响较大,而对流域出口处泥沙荷载影响较小;5)土地利用和土壤图精度主要通过影响模型中HRU 生成的数量而影响模拟结果;6)地表径流模拟上,能够体现对地表径流贡献较大的局地降水事件的分布式的降水数据要比利用气象站点获得的降水数据模拟结果的精度要高。研究结果可以为今后模型开发、利用、改进提供参考,提高模型模拟的精度。

耕作位移和耕作侵蚀主要是在重力作用下,由耕作工具触发的土壤侵蚀;是造成坡耕地土壤重新分布和坡耕地土壤侵蚀的重要过程之一;对坡面地形演化、土壤性质改变、土壤养分流失与重新分布、土地生产力降低、土壤碳储存变化等都有重要影响。在以往研究的基础上,总结耕作侵蚀的基本过程和机制、研究方法、影响因素和侵蚀速率的研究进展,讨论目前研究中的不足与未来可能的研究方向。不同于风蚀和水蚀,耕作侵蚀发生的动力条件是人为影响,而非自然发生的降水或风力;因而,其侵蚀过程和机制、研究方法、影响因素、侵蚀速率分布等均不同于风蚀和水蚀。耕作侵蚀主要受人为和自然因素的影响,人为因素驱动耕作侵蚀发生,坡面是耕作侵蚀的地形基础。人为因素主要有耕作工具特性、耕作方向、速度和深度等;自然因素主要包括坡面的形状和尺寸、地形、坡度和土壤性质等。强烈的耕作侵蚀主要发生在坡面上部和坡面曲率剧烈变化的部位。耕作侵蚀研究主要通过基于示踪技术的实测方法,结合模型预测开展。由于耕作侵蚀、风蚀和水蚀的研究方法各成体系,通用方法较少,因而,多营力侵蚀研究难度巨大。以137 Cs 为代表的核素在研究水蚀、风蚀和耕作侵蚀中均表现出独特的优势,为区分多营力侵蚀中各种侵蚀的速率和贡献提供了新的可能。