森林生态系统是陆地生态系统中重要的组成部分,枯落物又是森林结构中重要的一环,具有涵养水源、拦蓄降水、减少径流、维持土壤湿度、防止土壤水分散失和土壤溅蚀等重要的水文生态功能.研究影响枯落物持水特性的因素,揭示各因素与枯落物持水特性之间的关系,对研究森林的水土保持能力,合理规划和利用水资源方面具有重要的意义.笔者了影响枯落物持水特性的重要因素(如森林类型、林分特征和成土因素等),探讨了各因素与枯落物持水特性之间的关系及影响程度,以期为人工林立地环境的筛选、造林树种的配置、以及天然林与人工林的营林措施选择方面提供合理的建议和参考.

水源涵养有助于拦蓄降水、调节径流,影响着生态系统水文调节、水质净化等功能.在城市化及气候变化的背景下,水资源供需矛盾、水体污染等生态环境问题不断加剧.深入理解流域水源涵养过程、能力及作用是防治上述生态环境问题的基础.随着同位素水文学的发展,同位素技术在水文水资源的研究中的优越性逐渐得到凸显.氢氧同位素是天然示踪剂,在水分溯源、水分滞留时间估算等方面具有独特优势.但相关研究多关注水文过程的某一具体方面,没有形成系统、明确的水源涵养研究框架.为更好地促进氢氧同位素技术在水源涵养研究中的应用,研究总结了应用氢氧同位素技术刻画水源涵养过程、能力和作用的相关研究.从水源涵养的能力估算、过程刻画、水源涵养的"蓝""绿"作用等方面,梳理了基于氢氧同位素技术的水源涵养研究框架,明确了本领域亟待加强的研究方向.研究对于理解流域水源涵养的机理、科学评估水源涵养服务价值等方面具有重要的理论和实践意义.

评估人类活动对径流的影响,对区域水资源开发管理有借鉴和指导意义.利用柴达木盆地北部山区7个祁连圆柏树轮宽度数据,建立区域平均树轮宽度年表.通过对区域平均树轮宽度年表与巴音河水文站径流量进行相关、滑动相关和回归分析,模拟了巴音河1956-2002年6月天然径流量变化,进而分析出人类活动对径流量的影响.结果表明:树轮平均年表与6月径流量的相关性最强(r=0.63,P＜0.01),两者相关系数在1986年后下降;基于1956-1986年树轮平均年表与6月径流量建立的转换方程,方差解释量为50.8％;基于转换方程模拟的1987-2002年径流量均值与实际观测径流量存在显著差异,模拟均值比观测均值大3.01m3·s-1.上游人类活动已经对巴音河径流量的变化带来了明显的影响.因此,在巴音河流域未来水资源开发利用规划中,有必要将人类活动作为重要的影响因素加以考虑,以保障可持续的水资源利用.

随着人类对于河流的开发利用日益增强,显著改变了河流的天然径流过程,生态供水不足成为流域生态系统健康的重要制约因素.以山西省汾河流域为研究区,基于天然和实测径流数据,利用SWAT模型分别模拟了流域近30年天然径流和近10年跨流域调水情况下现状径流过程,并在此基础上对流域各河道生态流量及现状径流量进行时空量化,探讨了不同生态流量标准下生态缺水量在时间和空间上的变化情况.研究结果表明:(1)汾河流域各河道生态流量时空差异明显,汛期(0.50-18.80m3/s)河道生态流量需求显著高于非汛期(0.05-1.81m3/s),总体分布特征为中下游干流远高于上游支流;(2)在Tennant法的不同生态流量标准下,汾河流域非汛期生态流量保障情况整体优于汛期,高频缺水区主要分布在支流,呈上下游分散分布;(3)在中等级生态流量标准下,流域约84％的区域能保障基本生态流量需求,关键缺水区为岚河、潇河、浮山县及涂河地区;(4)建议流域生态补水在时间上侧重汛期补水,空间上侧重高频缺水地区,基于流域生态缺水量时空分布特征分配跨流域调水资源,提高水资源利用效率.研究从时空上量化了跨流域调水工程实施后流域生态流量满足程度,可以为未来流域水资源管理提供有效指导.

河流生态系统健康是流域可持续发展的基础,水文情势自然变化是维持河流生态健康的关键因素,因此需进行变化环境下水文情势演变归因研究.以老哈河流域为例,基于1964-2016年水文气象资料,利用趋势及突变检验方法,确定径流序列突变点,划分研究期,并结合可变下渗容量模型重建天然径流;通过主成分分析法确定生态最相关水文指标(ERHIs),并利用变化范围法评估水文指标的改变程度;基于"观测-模拟"对比分析法,定量评估气候变化和人类活动对河道径流和ERHIs的影响.结果表明:流域年径流序列呈现显著减少趋势,突变点为1979年和1999年,将研究期划分为基准期、变化期Ⅰ和变化期Ⅱ;筛选出7个ERHIs,分别为2月流量、6月流量、最大7日流量、年最小流量出现时间、低流量年内发生次数、高流量年内平均历时、上升率;7个ERHIs中,大部分表现为下降趋势,综合改变度在变化期Ⅰ和变化期Ⅱ分别为0.45和0.74;定量归因结果表明,人类活动是影响ERHIs变化的主要因素,其在变化期Ⅱ对水文情势的影响较变化期Ⅰ更为剧烈.研究提供了生态相关水文指标优选及其演变归因的综合方法,揭示了不同时期流域ERHIs变化的主要驱动因子,为河流适应性管理提供科学依据.

掌握内陆河流域绿洲时空动态是内陆河流域实现水资源优化配置和动态管理的基本前提.基于Landsat系列数据,结合面向对象随机森林和目视解译方法,分析了1975—2020年疏勒河流域绿洲的时空格局、结构变化及其成因,并探讨了人工/天然绿洲比例变化对生态环境的影响.结果表明:(1)2020年疏勒河流域绿洲面积为5790.24km2,占流域面积比例的4.65％,其中人工绿洲、自然绿洲和过渡带分别占绿洲总面积比例为45.29％、51.07％和3.64％;(2)疏勒河流域绿洲分布模式主要为内陆河沙漠区模式和干流模式;(3)1975—2020年疏勒河流域绿洲面积整体上呈扩张趋势,且绿洲变化以人工绿洲扩张、天然绿洲和荒漠-绿洲过渡带减少为主要特征,土地类型的主要变化为草地和荒漠被开垦,绿洲变化可分为1975—2000年缓慢扩张和2000—2020年迅速扩张2个阶段,主要原因为流域径流量增加和外来移民输入;(4)随着人工与天然绿洲面积之比由3:7(1975年)增加到5:5(2020年),流域绿洲生态环境质量呈现先上升后下降趋势,2005年达到最高.研究可为疏勒河流域绿洲生态系统稳定发展提供数据支撑和科学依据.