我国沙区人工植被系统生态-水文过程和互馈机理研究评述

土壤水分是沙区主要的生态限制因子, 沙区植被组成、格局和过程取决于水文过程, 植被的演替又改变着水文过程. 本文评述了干旱沙区人工固沙植被生态-水文过程研究所取得的进展, 并以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植被的演变为例, 分析了50余年来我国在该领域的主要研究成果, 进而结合沙区植被建设存在的主要科学问题, 提出了未来研究的重点.     

干旱区生态水文过程研究若干问题评述

评述了干旱区生态水文过程研究的若干进展,提出了临界生态需水量、最适生态需水量和饱和生态需水量的概念,探讨了相应的确定方法。强调了人工植被的建立应在加强对干旱区天然植被格局与生态水文效应、具有水力提升功能植物识别、植物吸收的水分来源、生态需水量及生态地下水水位等方面研究的基础上,从恢复生态学和生态水文学的角度,确定干旱区适宜人工植被的种类组成和格局。     

毛乌素沙地沙障固沙机制与效益评估

沙障是沙区广泛应用的一种固沙工程措施,准确理解沙障的固沙机制并优化其配置模式有助于防风固沙技术的完善.本文以毛乌素沙地腹地发育的4个新月形沙丘作为研究载体,通过对9类(3种材料×3种规格)沙障措施下的沙丘开展地形测量、风沙观测、沉积物采样、植被调查和室内分析等研究,揭示了沙障环境下沙丘的表面过程,评估了各类型沙障防风固沙效果及生态恢复效应.结果表明,沙障具有降低沙丘高度、重塑微地貌形态、降低近地表风速、拦阻沙物质输移以及促进植被恢复的作用,其作用强度大小受控于沙障材料、规格配置及铺设坡位;沙柳沙障是该区防风固沙和促进植被恢复的最佳选择,草绳沙障其次,聚乳酸(polylactic acid, PLA)纤维沙袋沙障最差;沙柳和草绳沙障在1 m×1 m规格下的固沙效益最佳,而PLA沙障在2 m×2 m规格下的固沙效益最佳.此外,本文认为,沙障的防风固沙效益受多个要素的共同影响,单以近地表风速大小或微地貌形态作为衡量标准是不充分的;沙障工程应依据区域固沙需求和实地环境,立足重点目标或需求,因地制宜选择出最适宜的沙障配置模式.     

陆地植被生态水文过程前沿进展:从植物叶片到流域

陆地植被生态水文过程是生态学、水文学和全球变化研究关注的前沿领域,更是生态水文学的关键理论基础之一.近年来围绕植被生态与水相互作用的研究范畴涵盖了从植物细胞到大陆尺度的几乎所有空间尺度,在不同尺度上分别在生态学和水文学各自视角取得了较大进展.但从生态水文学交叉学科角度,迫切需要整合生态学与水文学多尺度相关研究进展,系统性地归纳和总结跨尺度理论和方法进展,梳理理论前沿热点问题.为此,本文从近年来关于陆地植被生态水文过程与模拟研究进展中,系统提炼和总结了以植物水分利用与调控机制、碳氮水耦合循环过程与模拟、水循环关键过程的生态作用、植被生态作用下的径流形成与变化、植被生态水循环变化对大气降水过程的反馈影响等为主要研究热点的理论前沿方向,系统总结了这五方面在不同尺度及跨尺度方面所取得的主要进展,特别关注了基于过程机理的定量模型方面的发展状态.基于这些前沿热点面临的挑战性难题,提出了未来需要重点关注的核心问题,包括探索植物水分利用与调控的多尺度关联机制、发展基于过程机制的碳氮水耦合循环精准模拟方法、径流形成与动态变化的生态因素甄别与定量刻画等.对深入理解生态水文学国际前沿发展趋势,引导我国生态水文学学科的发展方向等有参考意义.     

利用气象卫星植被指数进行我国植被的宏观分类

在全球变化研究中,植被被认为是一个反映生态环境变化的敏感指示器,已成为一个研究热点,其中植被类型又是进行植被研究的基础.我国地域广阔、植被类型复杂,利用常规方法进行全国植被调查是一项耗资费时的艰辛工作.近年来日益成熟的遥感技术为植被的空间分类提供了一条新的途径.我国已多次利用多光谱的Landsat/TM,MSS数据,用于植被的光谱特性     

植被屋面的综合效益及工程实例

植被屋面作为新的绿地补偿方式时构建未来城市的可持续发展起到了重要的作用.文章主要对植被屋面的综合效益进行了阐述,并通过某一工程实例规划设计的介绍.为城市发展植被屋面提供借鉴.     

退化草原植被免耕补播修复理论与实践

退化草原植被修复是当前我国草原生态治理最紧迫的任务,免耕补播是退化草原植被修复关键技术,其意义是在不破坏或少破坏草原植被的条件下,通过补播适宜的优良草种,提高退化草原生产力和物种多样性.该技术与其他补播改良方式的不同之处在于免耕,难点也在于如何在不扰动或少扰动原生植被的前提下成功补播修复草原,其关键技术主要包括补播物种的选择、补播技术和补播后草原管理.本文针对上述技术难点,提出补播物种选择假说、免耕补播的空斑原则和补播后亚顶级群落管理模型,根据《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》国家标准,制定了针对不同退化程度草原的免耕补播技术方案;依据全国草原气候和土壤等条件,提出了全国草原实施免耕补播修复的规划,对我国草原生态文明建设具有重大意义.     

利用炭屑显微结构复原青铜时代的植被

根据扫描电子显微镜显微结构,对赤峰地区两处青铜时代遗址中的炭屑进行鉴定.经鉴定,两处炭屑标本均属蒙古栎（Quercus mongolica）,该种具有较强的气候指示意义.参照孢粉组合中出现的植物种（属）及其现代种（属）的生态气候指标和群落学特征,复原了赤峰黄土丘陵区青铜时代的植被.当时气候较为暖湿,地带性植被为蒙古栎林和油松林.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

城市水文学研究综述

城市水文学是水文学的一个重要分支,20世纪80年代正式独立成为一门学科.城市水文学发展早期重点关注城市供排水工程设计等水文计算问题.随着全球城市化进程的推进,城市水文过程演化及其伴生效应日益凸显,城市水循环机理发生了深刻变化.城市"雨岛效应"、"干/湿岛效应"等现象日益明显,城市暴雨内涝、水污染等事件频繁发生,这些新问题使城市水文学研究出现了新任务和新领域.目前城市水文学基础研究大体可分为两大主要方向:城市化的水文过程及其伴生效应识别与描述;城市水文过程机理解析与模拟计算.城市化的水文效应方面的研究较多,对"雨岛效应"产生机理的认识也较统一,但对城市"干/湿岛效应"的研究结论在不同地区并不一致.城市化伴生效应方面,近些年对水环境以及水生态效应的研究得到了重视和加强,建立了城市水质模型和生态承载力理论等.城市水文过程机理解析与模拟方面,"自然侧"的降水-产汇流研究比较系统,已建立了包括城市屋面、硬化地面、城市绿地等复杂城市下垫面的降水-蒸发-径流定量模拟模型;"社会侧"对城市用水规律和需求预测研究比较充分,然而对城市人工取用水的耗水机理研究较少.总的来看,城市水文学未来的发展需从城市耗用水机理、城市水文极端事件模拟与综合应对,以及城市群叠加水文效应的定量评估和预测等方面寻求突破.     

新世纪以来青藏高原绿度变化及动因

青藏高原作为中国乃至亚洲生态安全屏障的重要载体,其生态系统变化已成为公众和学者关注的焦点问题之一。基于前人的研究结果,并结合相关数据分析,从气候变化和人类活动视角阐释了2000—2013年青藏高原植被绿度变化的时空过程及其原因。结果表明:2000—2013年青藏高原生长季植被覆盖度总体增加3%~5%,或称变绿了,但局部地区植被覆盖度出现下降。约98.34万km~2的区域植被覆盖度呈现增加趋势,其中显著增加的地区面积为16.85万km~2,主要分布在高原中东部;约5.73万km~2的地区覆盖度呈现下降趋势,其中0.18万km~2的地区显著下降,主要位于西藏中西部。气候暖湿化和生态建设是高原植被绿度增加的主要因素,但局部区域人类活动强度增加和气候暖干化导致的高寒植被退化也不容忽视。     

近550年来青藏高原中部植被演化与气候变化研究

利用普若岗日冰芯中的花粉和氧同位素记录, 高分辨率恢复了青藏高原中部过去500多年来的植被演变和气候变化历史. 通过分析冰芯中花粉记录与现代气象观测数据的相关关系, 指出草原和草甸成分的植物花粉的百分比之和可作为夏季温度变化的良好代用指标, 而花粉中莎草科/(禾本科+蒿属)[Cy/(G+A)]和草甸植物花粉/草原植物花粉(M/S)比值可作为湿度变化的代用指标. 在此基础上结合冰芯δ¹⁸O值及冰川积累量, 探讨了过去500多年来研究区植被对气候变化的响应过程. 指出1450~1640 AD主要发育荒漠植被, 气候表现为寒冷特征. 1640~1915 AD总体上以暖干气候为主, 荒漠面积减小, 草原植被范围扩张. 1915~1980 AD气候稍变冷变湿, 草原植被范围缩小, 而荒漠植被扩大. 1980~2002 AD气候暖干, 荒漠植被范围急剧减小, 主要发育草甸草原植被. 提供了藏北地区第一个长达500多年的高分辨率的冰芯花粉记录.     

黄土高原地质、历史时期古植被研究状况

分析了目前对黄土高原古植被状况认识差异的可能因素, 对全新世不同地貌单元古植被记录做了初步分析, 认为黄土高原的古植被并没有严格按照植被地带性分布规律分布, 基岩山地、沟谷和塬面的植被类型有明显的差别, 全新世以来有厚层黄土分布的塬面上从来没有稳定的大面积的森林生长; 但在黄土高原南部沟谷和基岩山地全新世气候温暖期森林(疏林)可以得到较好的发育. 在黄土高原外围一些局地的植被群落, 更多的受到地形及地下水的控制.     

水文过程非平稳性研究若干问题探讨

探讨了水文过程非平稳性和全球变化水文响应等热点问题.首先明确了水文系统稳定性与水文过程非平稳性研究对象的差异:水文系统稳定性改变主要指环境变化影响下水文物理系统发生变化,即水文过程确定成分和确定性规律改变,而水文过程非平稳性主要指水文过程随机成分的统计特征发生变化.系统梳理了水文过程非平稳特性研究的若干关键问题,包括水文非平稳性的研究对象、表现方式、判别依据和方法、描述方法等.指出水文过程非平稳性研究应重点关注水文过程的随机成分,应使用三阶宽平稳对水文平稳性进行判别,以满足工程水文设计、水资源评价等需求;可利用随机水文学理论方法判别水文过程非平稳性,对水文过程周期和趋势等特性进行识别,再对随机成分的平稳性进行判断,为随机模拟和水文预报等奠定基础.上述水文过程非平稳性若干关键问题的界定和明确,有望为研究环境变化水文响应的关键科学问题提供借鉴和参考.     

裸地与柽柳生长条件下潜水蒸发计算模型

地下水是干旱区天然植被耗水的主要来源,通过潜水蒸发来研究天然植被的生态需水是一条有效的途径．为了研究塔里木河流域的生态需水,根据1989-1996年阿克苏水平衡站裸地潜水蒸发资料,分析了潜水蒸发、潜水埋深和水面蒸发的关系,以潜水蒸发极限强度为控制条件,以潜水蒸发与水面蒸发呈非线性关系这一客观规律为基础,建立了充分反映潜水蒸发规律的裸地潜水蒸发计算模式．根据2003-2004年柽柳生长条件下纯粹由蒸散发引起潜水位下降时期潜水埋深和土壤水分资料,计算了柽柳生长条件下的潜水蒸发量,建立了柽柳生长条件下潜水蒸发计算模型．以柽柳植被系数为纽带,可实现裸地和柽柳生长条件下潜水蒸发的互换计算．研究结果表明所建模型计算精度较高,适用于塔里木河流域．     

塔里木沙漠公路影响下的地表形态变化

通过野外试验、调查和实地测量,对塔里木沙漠公路防沙体系内外的地表形态变化进行了分析．研究结果表明,在防沙体系影响下,地表蚀积具有明显的空间分布规律,改变了原有的地表形态格局．防沙体系内部以积沙为主,地表高度逐渐增加,阻沙区(包括落沙带)形成顺沙垄走向延伸的横向沙垄,固沙带区则以一定厚度的积沙体加积于原有地形之上．在防沙体系设置初期,落沙带、固沙带内部和固沙带内沙丘迎风坡都形成风蚀,而在防沙体系下风侧原始地面中,整体表现为风蚀状态．     

植被屋面的综合效益及工程实例

植被屋面作为新的绿地补偿方式对构建未来城市的可持续发展起到了重要的作用。文章主要对植被屋面的综合效益进行了阐述,并通过某一工程实例规划设计的介绍,为城市发展植被屋面提供借鉴。     

西南喀斯特地区水土过程与植被恢复重建*

受地质背景的强烈制约,西南喀斯特地区地表缺水少土,生境异质性高,在人类不合理的土地利用下极易诱发石漠化,是我国生态治理、扶贫攻坚的重点和难点地区。在简要介绍西南喀斯特地区土壤-岩石环境特征的基础上,重点阐述了该区水文-侵蚀过程与规律,探讨了植被恢复现状与治理对策,并提出了未来的发展方向。认为今后应基于水土过程研究,将植被恢复与生态治理和惠民增收有机结合,促进西南喀斯特区域生态与社会经济可持续发展。     

我国大陆植被变化的气象卫星遥感

地球表面的植被状况对地气系统内的辐射能量交换(主要改变地表反照率)、热量交换和水汽交换过程有重要的影响,因此,植被在气候系统中的作用日益受到重视。 卫星遥感技术提供了监测区域和全球植被变化的有效工具。对非洲叫、北美、南美和澳大利亚等地区,特别是对非洲地区植被的气象卫星遥感研究已取得了重要进展。在我国,气     

中国植被净生产力的比较研究

利用3个光能利用率模式(CASA, GLOPEM和GEOLUE)和2个生态过程机理模式(CEVSA和GEOPRO)以不同空间分辨率和不同输入参数对中国植被净生产力(Net Primary Production, NPP)进行时空模拟, 对5个模式模拟的中国的NPP进行了时间序列和空间格局的对比分析所得结论如下: CASA, GLOPEM及CEVSA 3个模式对中国NPP的月、季和年的时空模拟符合中国植被季节变化规律和季风气候下的中国植被的空间变化规律, 近20 a来中国NPP变化趋势以增长为主; 5个模式模拟的中国平均NPP季节的值为春季约为(0.571±0.2) Gt C左右, 夏季约为(1.573±0.4) Gt C左右, 秋季约为(0.6±0.2) Gt C左右, 冬季约为(0.12±0.1) GtC左右; 中国植被净生产力年值约为(2.864±1) Gt C/a; 5个模式较好地模拟了中国不同类型生态群落的生物量的季节特征和空间格局状况. 研究为中国利用造林、再造林、森林和农田管理等人为活动引起的碳增汇用于抵消中国承诺的温室气体减排指标的计算及碳收支平衡的研究提供参考, 为植被净生产力总量的国家本底的确定提供了依据.