青藏高原水分循环研究是一个受到广泛关注的热点问题,但流域尺度内水分运移的研究相对薄弱.本文基于氢氧稳定同位素技术(δ2H和δ18O)研究了青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(海北站)的典型流域内的降水、浅层地下水、中层地下水、沼泽水、泉水、河水、湖水和土壤水的时空变异,利用MixSIAR模型定量分析各水体的水分来源与交换.结果表明:海北站小流域不同水源氢氧稳定同位素特征存在显著差异,湖水和降水同位素值变幅大于其他水体,湖水同位素富集程度高于其他水体;浅层地下水(3 m)是小流域水源涵养发挥的重要调节库,泉水是浅层地下水的地表表现形式;土壤水是小流域重要的水源涵养体,是大气降水-浅层地下水(3 m)-中层地下水(20 m)垂向交换的过渡,土壤水、浅层地下水通过横向径流向河流、沼泽进行水分补充.本研究可为高寒小流域水文模型的优化和水资源利用提供依据.

植被对区域气候调节、水文循环等有着重要作用,在近年来中国南部地区极端气候频发的背景下,研究植被变化及胁迫意义重大.以珠江流域为研究区,利用MODIS EVI分析了植被的变化规律,并通过美国军事气象卫星DMSP灯光数据和气象数据探讨分析了人类活动和自然环境对植被变化的胁迫.结果显示:2004年到2013年期间珠江流域内年平均EVI介于0.33-0.38之间,EVI从高到底依次是常绿阔叶林＞混交林＞多树的草地＞常绿针叶林＞草地,不同植被类型的EVI变化趋势基本一致,同一植被类型EVI年际变化较小,其中混交林和草地年际最大变化量分别为0.07和0.04,而常绿阔叶林、常绿针叶林和多树的草地年际最大变化量均为0.06;在2004年至2013年年间,城市化水平增长了约71％,其年发展变化与EVI的年变化趋势相反:通过对比分析发现珠江流域人类活动对植被变化影响高于自然环境,即DMSP灯光变化与EVI变化的相关系数明显高于气温和降水.

本研究从森林生态系统的水文过程出发,介绍了其相关概念及发展史,总结了目前森林生态水文学的研究成果,对森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)的水文过程、影响因素及生态水文模型等方面的国内外研究进展进行了系统的阐述,同时也对森林生态系统的水土保持、水质净化和物质循环过程进行了归纳和总结.目前的研究还需要从以下几方面加以深入:(1)森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)功能性状与环境因子对流域水分储蓄、循环、入渗与产流过程的影响及其机理;(2)森林生态系统水土保持、水质净化、元素循环三者之间耦合机制方面的研究;(3)森林生态系统的水文过程与能量流动、物质循环之间的相互关系;(4)在时间尺度和流域尺度上研究森林生态系统生态水文过程的变化情况.因此,今后的研究应加强对森林生态系统多学科、多尺度的综合研究,同时要结合现代高新技术方法来研究不同植被类型的功能性状对水文过程的影响及其机制,为森林生态系统的管理提供科学依据.

通过土地利用结构优化能够实现区域生态效益的最大化.采用5期Landsat遥感影像数据,基于单位面积当量因子法,估算了玛纳斯河流域1990-2015年各项生态系统服务价值及其变化;并借助灰色线性规划模型(GLP)进行土地结构优化,探讨了最大化生态效益目标下优化前后研究区生态服务价值的比对及变动.结果 表明:(1)该流域草地和未利用地是主要的土地利用类型,所占比例达70％;建工用地和耕地面积逐期增加,而其他土地利用类型均逐渐减少.(2)研究期内流域生态服务价值(ESV)总体呈下降趋势,2015年较1990年减少了14.97％;各单项ESV大小依次为:水文调节＞气候调节＞土壤保持＞生物多样性＞气体调节＞净化环境＞美学景观＞食物生产＞原料生产＞维持养分循环＞水资源供给;从空间分布来看,流域生态服务价值呈片状分布,ESV等级分界线较明显,其中ESV最高的低山区占总价值的35.84％,气候、水文调节是主要的生态服务功能,其原因在于草地覆盖面积大.(3)优化配置后,未利用地面积明显减少,而其他土地利用类型均有所增加;总ESV较优化前增加了5.29％,且各单项ESV也均增加,特别是水文调节和气候调节的增加最为明显.本研究可为区域土地利用规划和生态文明建设等方面提供一定理论基础和实践参考.

乡镇土地整治是建设中国美丽乡村的重要途径,对当地生态环境带来正面和负面影响,如何准确评价其生态效益是国家开展土地整治和美丽乡村建设需要面临的重要科学问题.以中国西南部丘陵地区典型乡镇——四川省金堂县三星镇的土地整治工程为例,对比分析了生态系统服务价值当量修正法和单项服务评价法评估土地整治生态效益的异同,以期确定适合我国西南部丘陵地区乡镇土地整治生态效益评估的合理方法.研究结果表明:单项服务评价法的评估结果(生态系统服务价值约300万元)比当量修正法(生态系统服务价值约290万元)高3.5％.当量修正法评估的各项生态系统服务价值增量由高到低依次为:调节服务价值＞支持服务价值＞供给服务价值＞文化服务价值;单项服务评价法评估的生态系统服务价值增量大小排序为:调节服务价值＞支持服务价值＞文化服务价值＞供给服务价值.方法 依据和参数的选取不同,导致评估结果具有显著差异,主要表现在单项服务评价法测算的维持养分循环价值、美学景观价值分别是当量修正法的46.90倍和6.94倍,当量修正法测算的水文调节价值是单项服务评价法的5.93倍.单项服务评价法针对各项生态系统服务特征,灵活地选取差异化评估方法,因而其评估结果更准确、真实地反映了生态效益价值.建议运用单项服务评价法评估我国西南部丘陵地区乡镇土地整治的生态效益.

森林管理是实现森林生产效益最大化的主要措施,是增加碳吸收以减缓气候变暖的关键手段,是调节区域水文循环的有效途径,是保护地以外实现生物多样性保护目标的重要补充.然而,追求单一生产功能的传统森林管理弱化了其他生态功能,并对森林景观结构和生物多样性产生负面影响.全球80％以上森林由于人类活动呈现不同程度退化进而影响人类福祉,森林管理需要优化以追求多维生态功能的协同共赢.当前,对于森林管理的生态效应仍有较多争论或未形成明确认识,可持续森林管理能否取得额外的气候效益仍有待确认,森林管理如何影响不同区域的水文生态功能仍未形成明确认识,不同类型森林管理或多或少、或正面或负面影响栖息地及不同种类生物多样性的强度和方向不明确.因此,森林管理的生态效应是一个值得深入探索的问题,未来需要深入量化不同管理措施对气候变化缓解、水文循环调节、生物多样性保护乃至提供其他生态功能的作用,将维持或提升生态功能及生物多样性作为可持续森林管理的一个重要目标,通过优化森林管理策略开展森林提质增效以获得最大收益.

南水北调中线工程是我国迄今为止最重要的跨流域调水工程,为沿线二十四个大中城市提供了紧缺的生产和生活用水.但是,迄今为止人们对调水影响下南水北调中线工程途径区生态服务价值的动态变化过程所知甚少,阻碍了人们对该工程生态效益的科学评估与沿线土地资源的合理利用.南水北调中线工程建成前后的生态服务价值变化研究有助于沿线土地的合理规划和科学利用.为此,首先基于改进的当量因子法分析了2000、2005、2010、2015、2018年研究区生态服务的静态价值时空变化,然后利用优先指数重构了研究区生态服务的动态价值并探讨了其时空演变的特征.结果 表明:①2000-2018年,研究区生态服务的总价值先减后增,2018年达到峰值.研究区生态服务价值的增长在一定程度上归因于南水北调中线工程的影响.②研究区水文调节功能价值占总价值的比例最高,约占30％,养分循环功能的价值占比最低,约为1％;各年份林地、草地、耕地和水体均为研究区生态服务总价值的主要构成部分.③2000-2018年,研究区生态服务价值空间分布存在明显差异,自西部向东部递减,调水后北京市和天津市的高值区增加.④研究区生态服务的动态总价值(1.38×1012元)只有静态总价值(2.58×1012元)的一半,主要是由于动态与静态生态服务的价值系数差别较大.因此,应重视土地利用类型变化和薄弱生态服务功能对生态服务总价值的影响,优化土地利用结构,对南水北调中线工程沿线周边开展针对性保护,以稳步提升整个区域生态服务的总价值.

气候变化背景下,全球水循环加剧,出现了大气变干与植被变绿等陆地干湿变化趋势的解耦现象,旱区面积变化也存在争议.为回答上述问题,在梳理常见干湿指标变化趋势与驱动因素的基础上,根据指标变化方向对其进行归类,然后从机理角度解析影响不同指标趋势耦合或解耦的关键要素,并提出未来干湿变化研究展望.结果表明,气候变化背景下,饱和水汽压差、干燥度指数和土壤水分指标显著变干,植被绿度和生产力显著变湿(增加),降水、径流、陆地水储量和其他复合指标区域分异明显、但整体趋势不显著.二氧化碳浓度增加、气温升高和土地利用变化是导致不同指标趋势分异的重要因素,不同指标的趋势分异也解释了旱区面积评估在不同维度上的差异.未来研究中应开展干湿变化的综合评估,其综合性主要体现在以下四个方面:1)关注大气-生态-水文多维度评估;2)解析自然与人类双重压力下,不同维度要素间的关联、互馈过程,及其对系统干湿演变的促进、限制与调节作用;3)重视干湿演变程中的极端灾害事件和空间上以旱区为代表的气候变化敏感性区域;4)构建以脆弱性评估与适应性治理为核心的气候变化应对路径.