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?     

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。     

祁连山浅山区草地生态系统点尺度土壤水分动态随机模拟

土壤水分动态随机模拟研究是定量理解植被对水分胁迫响应、土壤养分循环的水文控制、植物水分竞争等生态系统动态的关键, 已成为生态水文学的研究热点. 利用2002~2005年生长季土壤湿度连续监测数据及1994~2006年日降水资料, 结合Laio土壤水分动态随机模型与蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法, 研究了祁连山浅山区草地生态系统点尺度生长季土壤水分动态与土壤湿度概率密度函数特征. 结果表明: 生长季土壤水分年际变化差异显著, 但无论是丰水年还是枯水年, 表层0~20 cm土壤湿度变异系数均基本保持在0.23左右, 土壤湿度变异系数最大值并不一定发生在表层. 2002~2006年生长季植物根际层土壤湿度概率分布呈单峰状, 峰值出现在s=0.28处, 统计结果与Laio土壤水分动态随机模型模拟结果一致. 将长序列降水信息输入模型, 使用蒙特卡罗方法分析求解得到降水随机波动因素影响下的土壤湿度概率密度函数, 并与不考虑随机波动因素条件下的对比发现: 年际降水随机波动并没有导致土壤湿度概率密度函数出现双峰现象, 但峰的位置却发生了显著偏移, 峰的阔度明显减小, 相应的峰值明显增加.     

基于土壤水分动态随机模型的土壤湿度概率密度函数研究进展

简要回顾和评述了几个典型土壤水分动态随机模型和相应的土壤湿度概率密度函数,并基于这些模型的模拟结果就系统随机波动、气候因素、土壤特性、植被条件、地形特征对稳定状态土壤湿度概率密度函数的影响分别进行了分析和讨论,同时还引用相关的实验结果对这些影响进行佐证.结果表明,土壤湿度概率密度函数对以上因子的响应非常敏感,对揭示土壤水分动态和诠释生态水文现象有很好的指导意义.指出未来土壤湿度概率密度函数的研究方向:开发更加逼近真实情况的随机模型;用土壤湿度概率密度函数的思想量化植被水分胁迫、耦合土壤水分动态与养分动态;对某一地区建立其土壤湿度概率密度函数,并用该函数指导其他相关的生态建设和研究.     

基于地下水位与土壤含水量的地下水蒸散发估算北大核心CSCD

地下水蒸散发(Groundwater evapotranspiration,ET_(g))是地下水浅埋环境中垂向水文循环的重要组分,是干旱区地下水主要的自然排泄方式(>70%)。准确估算ET_(g)对科学管理干旱区农业与水资源、合理保护和修复地下水依赖型植被意义重大。本文基于地下水位和土壤水分波动方法估算了甘肃临泽县锁龙潭湿地附近的沙枣(Elaeagnus angustifolia)林2017—2018年生长季(4月15日至10月15日)的ET_(g)。结果表明:(1)2017、2018年生长季ET_(g)分别为275、511 mm,在实际蒸散发(ETa)中分别占73%、87%;其中7—8月约占整个生长季ET_(g)的48.2%、48.4%,大致与地下水位变化及植被生长过程同期。(2)ET_(g)及其占总蒸散发的比例与潜在蒸散发、土壤储水量、地下水位正相关(P<0.05),这3个要素对ET_(g)的方差解释率均较高(2017年48%、21%、31%,2018年24%、24%、52%)。(3)数据驱动方法在荒漠绿洲过渡带地下水浅埋环境ET_(g)量化评估中虽然可行,但时间分辨率较低,融合机制模型的数据驱动方法是未来提高ET_(g)估算精度的重要思路。     

农业水生产力研究进展

文章系统阐述了农业水生产力概念的发展过程，综合分析了影响农业水生产力的主要因素，详细列举了不同尺度上评估农业水生产力所需的水流及产出计算方法，给出了4种主要农作物在全球范围内的水生产力的分布范围与空间格局，并从提高水分利用效率、加强田间水资源管理、选择适宜的种植模式和栽培技术以及培育更加高效的农作物品种4个方面全面综述了各种水生产力提高策略。指出在未来的水生产力研究中还需要强调农户的参与以及学科间的协作，加强水生产力尺度效应、水权与水价问题、虚拟水交易、水生产力提高措施对环境影响等方面的研究。     

“Ecohydrology of Water controlled Ecosystems—Soil Moisture and Plant Dynamics”评介

水文学是众多地学分支中发展最快的学科之一，约40年前水文学开始成为一门研究流域水流运动物理规律的专门学科，30年前人类开始认识到水是控制全球气候的主要因素之一，三态水之间的转化和循环成为研究热点，在近10年内，人类进一步认识到：水循环强烈影响着氮、碳等元素的循环，陆地生物圈内水资源的可获得性控制着植物的生长、氮元素的提升以及碳蓄积速率，植被因素和水文循环开始同时受到气候、水文以及生态学研究组织的高度重视，水文学发展到了生态水文学阶段。生态水文学自诞生之日起就在朝着两个不同的方向发展：一类是由生态学家发起的集中于植被对微气候响应的研究，另一类是由水文学家发起的不同复杂程度的水文模型与植物模型耦合研究。如此看来生态水文学进一步的发展必将是：前者会不断增加观测试验的分类程度，而后者则会逐渐提高模型的复杂程度，两个方向交叉的可能性将很小。但Ignacio Rodriguez-hurbe与Amilcare Porporato吸收了成熟的非线性科学思想以及早期发展的降水模型随机理念，提出了一种在解释各种生物物理过程时既能保证其简单性又不失系统非线性本质的低维模型，为生态水文学的两个发展方向找到了一个交叉点，也为该学科创造了一个全新的学科增长点。