“第七届中国水土保持学会青年科技奖”获奖者名单
黄汲清青年地质科技奖
黄汲清青年地质科技奖野外地质工作者奖获得者韩润生昆明理工大学研究员，博士生导师，有色金属矿产地质调查中心西南地质调查所所长，九三学社会员。
1964年11月出生，男，陕西咸阳市武功县人。
1986年7月毕业于昆明工学院地质系矿产普查与勘探专业，1989年7月获昆明工学院硕士学位，1998年获昆明理工大学博士学位，2002年中国科学院地球化学研究所博士后出站，并评为研究员，1989年进入昆明工学院工作。
现为云南省跨世纪中青年学术和技术带头人（2004），享受云南省政府特殊津贴（2001），国家教育部“新世纪优秀人才计划”入选者（2004），新世纪百千万人才工程国家级人选（2006），西南科技大学兼职教授等。
韩润生同志主要从事隐伏矿定位预测、构造地球化学、构造成矿动力学及矿产地质勘查的科研与教学工作。
他针对国家矿产资源安全及“四矿”问题尖锐的矛盾，带领学术团队围绕国家的战略需求和大-中型老矿山隐伏矿定位预测的地学难题，先后承担和完成国家、省部级和企业合作攻关项目10余项，总结提出构造成矿动力学主要研究内容与方法，已形成受构造控制金属矿床的隐伏矿定位预测的方法框架，并逐渐形成其工作规范和特色。
在构造地球化学、矿田构造学研究等方面有创新。
他注重野外第一手资料，善于把地质成矿理论和方法研究与找矿实践有机结合，应用隐伏矿定位预测的方法技术，在云南会泽铅锌矿、易门铜矿、昭通毛坪铅锌矿、保山核桃坪铅锌矿及陕西铜厂铜金多金属矿田等多个矿山深部及外围取得了隐伏矿定位预测的重大突破与新进展，多项成果在生产实践中获得显著的经济、社会效益。
其中与合作单位完成的会泽麒麟厂铅锌矿床深部找矿预测研究，提出了矿床成矿新模式及构造控矿规律等新认识，应用构造地球化学找矿方法发现8号隐伏矿体，批准的铅锌金属(B+C+D+E)储量70.7万吨，其经济价值64.4亿元（不含锗、银）。
按当时的生产能力，可延长矿山服务年限10余年。
“研究成果在隐伏矿定位预测中有重大发现，取得理论上有创新、方法上有发展、生产上有效益、找矿上有突破的优秀成果”。
东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析
第30卷第6期2023年12月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .30,N o .6D e c .,2023收稿日期:2022-10-10 修回日期:2022-11-09资助项目:江西省教育厅科学技术研究项目(G J J 212701);广西自然科学基金(2020G X N S F B A 297160) 第一作者:胡佶熹(1981 ),男,江西萍乡人,博士研究生,研究方向为土地资源管理㊂E -m a i l :h j x 198118@163.c o m 通信作者:徐勇(1988 ),男,湖南益阳人,博士,副教授,主要从事气候变化和植被覆盖反演研究㊂E -m a i l :y o n gx u @g l u t .e d u .c n h t t p :ʊs t b c y j .p a p e r o n c e .o r gD O I :10.13869/j.c n k i .r s w c .2023.06.005.胡佶熹,周清华,徐勇.东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析[J ].水土保持研究,2023,30(6):274-283.H uJ i x i ,Z h o uQ i n g h u a ,X uY o n g .S p a t i o t e m p o r a lV a r i a t i o no fV e g e t a t i o nC a r b o nU s eE f f i c i e n c y a n d I t s I n f l u e n c i n g F a c t o r s i nN o r t h e a s tC h i n a [J ].R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2023,30(6):274-283.东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析胡佶熹1,周清华2,徐勇3(1.萍乡学院商学院,江西萍乡337055;2.玉林市福绵区自然资源技术信息中心,广西玉林537000;3.桂林理工大学测绘地理信息学院,广西桂林541006)摘 要:[目的]揭示东北地区植被碳利用率的时空分布特征,探明植被C U E 与影响因子间的关系,为监测区域生态环境质量和植被生态系统状况提供参考㊂[方法]基于MO D I SG P P 和N P P 数据,结合气象数据,采用一元线性回归分析㊁M a n n -K e n d a l l 显著性检验和偏相关分析等方法,探讨了2000 2020年东北地区植被C U E 的时空变化特征,分析了植被C U E 与气候因子的相关关系及时滞效应,揭示了影响植被C U E 变化的气候驱动机制的空间分布特征㊂[结果]2000 2020年东北地区多年平均植被C U E 为0.64,在空间上呈现东高西低的分布格局㊂近21年,东北地区植被C U E 呈缓慢上升趋势,变化斜率为0.002/a ㊂变化斜率大于0的区域占69.22%,植被C U E 呈极显著上升和极显著下降的占比分别为6.28%,1.11%,极显著下降区域主要位于黑龙江省的东北部地区㊂植被C U E 与气温㊁日照时数和相对湿度整体呈负相关,与降水整体呈正相关,且降水对植被C U E 的影响强于其他气候因子㊂东北地区植被C U E 主要响应于当月气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度的变化,且植被C U E 主要受气温㊁降水㊁日照时数㊁相对湿度弱驱动㊂[结论]东北地区植被C U E 总体呈上升趋势,且主要受当月气候因子的影响㊂研究结果可为制定东北地区植被生态系统可持续发展方针提供参考依据㊂关键词:东北地区;植被碳利用率;气候驱动机制中图分类号:Q 948 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2023)06-0274-10S p a t i o t e m p o r a lV a r i a t i o no fV e g e t a t i o nC a r b o nU s eE f f i c i e n c y an d I t s I n f l u e n c i n g Fa c t o r s i nN o r t h e a s tC h i n a H u J i x i 1,Z h o uQ i n g h u a 2,X uY o n g3(1.S c h o o l o f B u s i n e s s ,P i n g x i a n g U n i v e r s i t y ,P i n g x i a n g ,J i a n gx i 337055,C h i n a ;2.T e c h n o l o g y I n f o r m a t i o nC e n t e r ,N a t u r a lR e s o u r c e sB u r e a uo f F u m i a nD i s t r i c t ,Y u l i n ,G u a n g x i 537000,C h i n a ;3.C o l l e g e o f G e o m a t i c s a n dG e o i n f o r m a t i o n ,G u i l i nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,G u i l i n ,G u a n gx i 541006,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h e a i m s o f t h i s s t u d y a r e t o r e v e a l t h e t e m p o r a l a n d s pa t i a l d i s t r ib u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o f v e g e t a t i o n c a r b o nu s ee f f i c i e n c y i nn o r t h e a s tC h i n a ,a sw e l l a s t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nv e ge t a t i o nC U E a n d i nf l u e n c i ng f a c t o r s ,th e y c a n p r o vi d ea r e f e r e n c e f o rm o n i t o r i n g r e g i o n a l e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t q u a l i t ya n dv e g e t a t i o ne c o s ys t e ms t a t u s .[M e t h o d s ]B a s e do n MO D I SG P Pa n dN P Pd a t a ,c o m b i n e dw i t h m e t e o r o -l o g i c a l d a t a ,t h e l i n e a r r e g r e s s i o na n a l y s i s ,M a n n -K e n d a l l s i g n i f i c a n c e t e s t ,a n d p a r t i a l c o r r e l a t i o na n a l ys i s w e r eu s e d t o e x p l o r e t h e s p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n o f v e g e t a t i o nC U E ,t o a n a l y z e t h e c o r r e l a t i o n a n d l a g e f f e c t o f v e g e t a t i o nC U Ew i t hc l i m a t e f a c t o r s ,a n d t or e v e a l t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h e c l i m a t e -d r i v e nm e c h a n i s ma f f e c t i n g v e g e t a t i o nC U Ev a r i a t i o n i nn o r t h e a s tC h i n a f r o m2000t o2020.[R e s u l t s ]T h e a n n u a l a v e r a g e v e g e t a t i o nC U Ew a s 0.64i nn o r t h e a s tC h i n a f r o m2000t o 2020,d i s p l a y i n g a s pa t i a l d i s t r ib u -t i o n p a t t e r no f h i g h i n t h e e a s t a n d l o wi n t h ew e s t .I n t h e p a s t 21y e a r s ,t h e v e ge t a t i o nC U Es h o w e d a s l o w Copyright ©博看网. All Rights Reserved.u p w a r d t r e n di nn o r t h e a s tC h i n a w i t ha ni n c r e a s i n g m a g n i t u d eo f0.002/a.T h ea r e a s w i t ha ni n c r e a s i n g m a g n i t u d e g r e a t e r t h a n0a c c o u n t e d f o r69.22%o f t h e s t u d y a r e a,a n d t h ea r e a sw i t he x t r e m e l y s i g n i f i c a n t i n c r e a s e a n d e x t r e m e l y s i g n i f i c a n t d e c r e a s ea c c o u n t e d f o r6.28%a n d1.11%o f t h es t u d y a r e a,r e s p e c t i v e l y. T h e a r e a sw i t he x t r e m e l y s i g n i f i c a n td e c r e a s ew e r em a i n l y l o c a t e d i nt h en o r t h e a s t e r n p a r to fH e i l o n g j i a n g P r o v i n c e.V e g e t a t i o n C U E w a sn e g a t i v e l y c o r r e l a t e d w i t ht e m p e r a t u r e,s u n s h i n ed u r a t i o n,a n dr e l a t i v eh u m i d i t y,a n d p o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h p r e c i p i t a t i o na saw h o l e.I na d d i t i o n,p r e c i p i t a t i o nh a das t r o n g e ri m p a c t o nv e g e t a t i o nC U Et h a no t h e r c l i m a t i c f a c t o r s.T h e v e g e t a t i o nC U E m a i n l y r e s p o n d e d t o t h e c h a n g e s o f c u r r e n tm o n t ho f p r e c i p i t a t i o n,a i rt e m p e r a t u r e,s u n s h i n ed u r a t i o n,a n dr e l a t i v eh u m i d i t y i nn o r t h e a s t C h i n a,a n d t h e v e g e t a t i o nC U Ew a sm a i n l y d r i v e nb y w e a k c o m b i n a t i o n e f f e c t o f a i r t e m p e r a t u r e,p r e c i p i t a t i o n, s u n s h i n ed u r a t i o n,a n dr e l a t i v eh u m i d i t y.[C o n c l u s i o n]T h ev e g e t a t i o n C U Ei nn o r t h e a s tC h i n ah a d g e n e r a l l y i n c r e a s e d,a n dw a sm a i n l y a f f e c t e db y t h e c o n c u r r e n tm o n t ho f t h e c l i m a t e f a c t o r s.T h e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v i d e t h e r e f e r e n c e f o r f o r m u l a t i n g s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t p o l i c i e s f o r v e g e t a t i o n e c o s y s t e m s i nn o r t h e a s t C h i n a.K e y w o r d s:n o r t h e a s tC h i n a;v e g e t a t i o n c a r b o nu s e e f f i c i e n c y;c l i m a t e-d r i v e nm e c h a n i s m植被作为地球表层生态系统的重要组成部分[1-2],因其对气候变化响应较为敏感,且作为陆地表面主要的碳库,具有较高的碳密度和较快的碳积累速度,在减缓大气C O2浓度升高和全球气候变暖方面发挥着关键的作用[3-5]㊂植被碳利用率(c a r b o nu s e e f f i c i e n c y,C U E),即植被净初级生产力(n e t p r i m a r y p r o d u c t i v i t y,N P P)与植被总初级生产力(g r o s s p r i-m a r yp r o d u c t i v i t y,G P P)的比值,可反映植被将初级生产力转化为植被生物质储存在生态系统中的效率,是碳循环研究的核心主题[6-9]㊂随着遥感技术的快速发展,学者在不同时空尺度上研究了植被碳利用率的时空变化特征及其影响因素,并取得了丰硕的成果㊂在全球尺度上,H e等[7]基于遥感影像和过程模型研究了全球植被C U E时空变化特征,结果表明,全球植被C U E呈现明显的纬度地带性,高纬度地区植被C U E较高㊂植被C U E 随气温的上升呈非线性下降趋势,但对降水的增加表现较为稳定㊂Mäk e lä等[10]研究发现在60ʎ 70ʎN,随着纬度的上升,由于碳通量和存量的下降,针叶林C U E和N E P均呈梯度下降趋势㊂在中国,C h u a i 等[11]研究表明2000 2015年中国植被C U E呈微弱上升趋势,寒冷干燥地区植被C U E通常较高,而温暖湿润地区植被C U E通常较低㊂G a n g等[12]研究发现中国北方同一时期草地的C U E比森林的C U E 高,并且森林C U E受近期干旱的影响比草地更大㊂兰垚等[13]研究表明青海湖流域中部地区在生长季初期和末期C U E值偏高,生长旺盛期较低,青海湖边界地区与中部地区相反㊂郑飞鸽等[14]研究表明降水量是影响植被C U E变化的主要因素,并且月均植被C U E与年均植被C U E存在较大的差异㊂此外,罗赵慧[15]㊁安相[16]和刘福红[17]等分别对粤港澳大湾区㊁东亚森林和草地㊁鄱阳湖流域的植被C U E进行了深入的研究,研究结果表明不同地区和不同植被类型的植被C U E存在较大差异㊂以上研究主要分析植被C U E时空变化特征,及其与降水和气温的相关关系,但植被C U E除受气温和降水影响外,还受其他气候因子的影响,且植被C U E对气候变化存在滞后效应,因此,在研究中应当充分考虑其他气候因子对植被C U E的影响㊁植被C U E对气候变化的滞后效应以及各气候因子对植被C U E变化的综合驱动作用㊂东北地区作为我国生态敏感区之一,研究其植被C U E的时空动态变化及其对气候变化的响应有着重大意义㊂因此,本文以东北地区作为研究区,探讨2000 2020年东北地区植被C U E的时空变化特征,分析植被C U E与气候因子的相关关系及时滞效应,揭示影响植被C U E变化的气候驱动机制的空间分布特征,以期为东北地区生态建设与保护提供理论参考和科学依据㊂1研究区概况东北地区包括吉林㊁黑龙江和辽宁3个省份,地理位置为118ʎ 135ʎE,48ʎ 55ʎN,北面与俄罗斯相邻,东面与朝鲜接壤,隔日本海和黄海与日本㊁韩国相望,南濒渤海与华北区相邻(图1)㊂东北地区总面积为7.89ˑ105k m2,约占全国总面积的8.3%,受纬度㊁海陆位置㊁地势等因素的影响,东北地区属大陆性季风型气候,自北而南由温带向暖温带过渡,年平均气温约为4ħ,年累积降水量约为1183mm,年平均湿度约为65%,蕴含着丰富的森林资源,总蓄积量约占全国的1/3,主要以栽培植被㊁阔叶林和针叶林为主㊂572第6期胡佶熹等:东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析Copyright©博看网. All Rights Reserved.注:基于标准地图服务系统下载的审图号G S(2016)600号的标准地图制作,底图未做修改,下图同㊂图1研究区气象站点空间分布F i g.1S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f t h em e t e o r o l o g i c a ls t a t i o n s i n t h e s t u d y a r e a s2数据源及研究方法2.1数据源植被G P P和N P P数据来源于美国国家航空航天局发布MO D I S系列产品数据集,其中,G P P来自M O D17A2H G F产品数据集,N P P来自M O D17A3H G F 产品数据集,空间分辨率均为500m,为剔除缺失值㊁水㊁云㊁重气溶胶和云影对试验结果的影响,本文采用最大值合成法得到2000 2020年植被G P P时间序列,并对G P P和N P P数据进行投影变换㊁掩膜㊁裁剪和重采样等处理,得到覆盖研究区空间分辨率为1 k m的G P P和N P P时间序列,然后计算N P P和G P P的比值,得到研究区植被C U E栅格数据集㊂气象数据资料来源于中国气象数据网(h t t p:ʊd a t a.c m a.c n)提供的1999 2020年2416个气象站点的逐日气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度数据,其中东北地区覆盖站点数为200个,在考虑高程㊁经度和纬度的基础上,经过A n u s p l i n模型插值后得到空间分辨率为1k m的东北地区的气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度栅格数据集㊂2.2研究方法2.2.1一元线性回归分析一元线性回归分析可用来估算变量在长时间序列上的变化趋势,本文采用一元线性回归分析在区域和像元尺度上计算植被C U E 的变化斜率[18],以探究东北地区植被C U E的变化特征,计算公式如下:s l o p e=nˑðni=1(iˑC U E i)-ðn i=1iˑðn i=1C U E inˑðni=1i2-(ðn i=1i)2(1)式中:s l o p e为变化斜率;C U E i为第i年的植被C U E;n为研究年限,当s l o p e>0时,表示植被C U E 在该时段内处于上升趋势,反之,则为下降趋势㊂2.2.2 M a n n-K e n d a l l显著性检验M a n n-K e n d a l l 显著性检验[18-19]作为常用的非参数检验法,不需要样本遵循一定的分布规律㊂本文运用该方法对2000 2020年植被C U E时间序列的变化趋势进行显著性检验,计算公式如下:S k=ðk i=1ði j=1s g n(x i-x j)(2)E(S k)=k(k-1)4(3)v a r(S k)=k(k-1)(2k+5)72(4)U F k S k-E(S k)v a r(S k)(5) U B k=-U F k(k=n+1-k)(6)式中:x i和x j分别为第i个和j个样本的值;S k为第i 个样本的累积量;E(S k)为S k的均值;v a r(S k))为S k的方差;U F k为S k的标准差,U B k是对U F k进行倒置再取负㊂在给定显著性水平α下,在正态分布表中查临界值Z1-α2,当|Z|<Z1-α2时,趋势不显著;当|Z|>Z1-α2,则认为趋势显著㊂本文给定当|Z|>2.58时,为极显著变化;当|Z|>1.96时,为显著变化,否则,为轻微变化㊂2.2.3相关分析和偏相关分析法相关分析法可用于表征两个因子之间的相关程度㊂本文采用相关分析[20]探究植被C U E与影响因子间的相关关系㊂计算公式如下:r x y=ðn i=1(x i-x)(y i-y)ðn i=1(x i-x)2ðn i=1(y i-y)2(7)式中:n为研究年限;i为年序号;y为植被C U E对应像元21a平均C U E值;x为气候因子㊂当多个因子同时与植被C U E存在相关关系时,使用偏相关分析[21-22]可以在控制其他影响因素的条件下,衡量2个因子间的相关关系(表1)㊂本文采用偏相关分析法,计算植被C U E与气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度的偏相关关系,计算公式如下:r x y.z1z2 z n=r x y.z1z2 z n-1-r x z n.z1z2 z n-1r y z n.z1z2 z n-1(1-r2x z n.z1z2 z n-1)(1-r2y z n.z1z2 z n-1)(8)672水土保持研究第30卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.式中:r x y.z1z2 z n为控制自变量z1,z2, ,z n时,变量x和y的偏相关系数㊂采用t检验法对最大偏相关系数进行显著性检验,定义p<0.01为极显著相关;0.01ɤp<0.05为显著相关;pȡ0.05为不显著相关㊂表1植被C U E变化气候驱动类型判定T a b l e1D e t e r m i n a t i o no f c l i m a t e-d r i v e n t y p e o f v e g e t a t i o nC U Ec h a n g e气候驱动类型偏相关系数C U E_T e m C U E_P r e C U E_S d C U E_R h复相关系数C U E_T P S R气温驱动p<0.05pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05p<0.05降水驱动pȡ0.05p<0.05pȡ0.05pȡ0.05p<0.05日照时数驱动pȡ0.05pȡ0.05p<0.05pȡ0.05p<0.05相对湿度驱动pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05p<0.05p<0.05气温㊁降水驱动p<0.05p<0.05pȡ0.05pȡ0.05p<0.05气温㊁日照时数驱动p<0.05pȡ0.05p<0.05pȡ0.05p<0.05气温㊁相对湿度驱动p<0.05pȡ0.05pȡ0.05p<0.05p<0.05降水㊁日照时数驱动pȡ0.05p<0.05p<0.05pȡ0.05p<0.05降水㊁相对湿度驱动pȡ0.05p<0.05pȡ0.05p<0.05p<0.05日照时数㊁相对湿度驱动pȡ0.05pȡ0.05p<0.05p<0.05p<0.05气温㊁降水㊁日照时数驱动p<0.05p<0.05p<0.05pȡ0.05p<0.05气温㊁降水㊁相对湿度驱动p<0.05p<0.05pȡ0.05p<0.05p<0.05气温㊁日照时数㊁相对湿度驱动p<0.05pȡ0.05p<0.05p<0.05p<0.05降水㊁日照时数㊁相对湿度驱动pȡ0.05p<0.05p<0.05p<0.05p<0.05气温㊁降水㊁日照时数㊁相对湿度强驱动p<0.05p<0.05p<0.05p<0.05p<0.05气温㊁降水㊁日照时数㊁相对湿度弱驱动pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05p<0.05非气候因子驱动pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05pȡ0.05注:C U E_T e m表示植被C U E与气温;C U E_P r e表示植被C U E与降水;C U E_S d表示植被C U E与日照时数;C U E_R h表示植被C U E与相对湿度;C U E_T P S R表示植被C U E与气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度㊂3结果与分析3.1植被C U E时间变化特征由图2可知,东北地区植被C U E总体呈现波动上升趋势,上升速率为0.0023/a㊂近21a来,研究区植被C U E平均值为0.64,其中,最高值出现在2003年㊁2009年㊁2014年,为0.68,最低值出现在2000年,为0.57㊂总体来看,2000 2020年东北地区植被C U E的变化大致经历了4个阶段:2000 2003年植被C U E呈上升趋势,上升幅度为0.11,并且在2003年达到最大值;2004 2007年植被C U E呈下降趋势,并且在2007年出现波谷,下降幅度为0.04~0.05; 2008 2009年呈上升趋势,上升幅度为0.07,并在2009年出现波峰;2010 2020年呈波动上升趋势,波动幅度为0.02~0.04,总体变化较为平稳㊂省级尺度上看,近21a辽宁省多年平均植被C U E最高,为0.72,黑龙江省最低,为0.61㊂黑龙江省植被C U E年际变化趋势与东北地区植被C U E变化趋势较为一致,辽宁省和吉林省植被C U E年际变化斜率与东北地区植被C U E变化斜率差异较大㊂辽宁省植被C U E上升斜率为0.0032/a,高于东北地区植被C U E变化斜率,而吉林省植被C U E上升斜率仅为0.0014/a,远低于东北地区植被C U E变化斜率㊂总体而言,东北地区及其3个省份的植被C U E 年际变化趋势均表现为上升趋势,其中,辽宁省植被C U E的上升速率最快,且多年平均植被C U E最高,吉林省植被C U E的上升速率最慢,而黑龙江省的多年平均植被C U E最低㊂图22000-2020年东北地区植被C U E时间变化F i g.2T e m p o r a l v a r i a t i o no f v e g e t a t i o nC U E i nN o r t h e a s t C h i n a f r o m2000t o2020772第6期胡佶熹等:东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析Copyright©博看网. All Rights Reserved.3.2植被C U E空间变化特征采用自然间断点法将东北地区植被C U E分成5类,以揭示2000 2020年东北地区多年平均植被C U E空间分布特征㊂由图3A可知,2000 2020年东北地区植被C U E空间分布差异显著㊂总体来说,植被C U E整体的空间分布呈 东高西低 的空间分布格局,均值在0.26~1.00,平均植被C U E为0.64,植被净收C O2的能力中等,总体的标准差为0.11,反映了东北地区局部碳利用率的水平差异较大㊂其中,植被C U E高值区域(0.71~1)占25.37%,主要分布在东北地区的东南部;植被C U E低值区域(0~0.53)占18.08%,主要分布在东北地区的西部和东北部区域㊂由图3B可知,东北地区植被C U E的变化斜率为-0.030~0.039/a,变化斜率呈东南低㊁西北高的空间分布格局㊂由图3C可知,东北地区植被C U E呈上升趋势的面积占69.39%,其中,呈显著和极显著上升趋势的面积占18.09%,主要位于黑龙江省中部和辽宁省西部㊂东北地区植被C U E呈下降趋势的面积占30.61%,其中,呈极显著下降趋势的面积占1.00%,主要分布在黑龙江省东北部㊂省级尺度上,黑龙江省㊁辽宁省和吉林省植被C U E呈上升趋势的面积分别占72.03%, 74.57%,59.12%,其中,黑龙江省和辽宁省植被C U E呈显著和极显著上升趋势的面积分别占20.07%,23.62%,而吉林省植被C U E呈显著和极显著上升趋势的面积仅占8.86%㊂此外,黑龙江省㊁辽宁省和吉林省植被C U E呈下降趋势的面积分别占27.97%,25.43%, 40.88%,其中,呈显著和极显著下降趋势的面积占比均较低,分别为3.70%,1.65%,1.79%整体而言,东北地区植被C U E呈 东高西低 的空间分异特征㊂在区域和省级尺度上,植被C U E呈上升趋势的面积均大于呈下降趋势的面积,其中,黑龙江省和辽宁省植被C U E呈上升趋势的面积占比大于吉林省㊂图32000-2020年东北地区植被C U E空间变化F i g.3S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f t h e d y n a m i c v a r i a t i o no f v e g e t a t i o nC U E i nN o r t h e a s t C h i n a f r o m2000t o20203.3植被C U E与气候因子的相关关系如图4A D所示,整体上,东北地区植被C U E 与降水和气温呈正相关关系的面积大于呈负相关关系的面积,与日照时数和相对湿度呈负相关关系的面积大于呈正相关关系的面积㊂东北地区植被C U E 与降水的最大偏相关系数平均值为0.12,呈南北强㊁东西弱的响应特征,呈正相关关系的区域占总面积的63.93%,其中,呈极显著正相关关系的区域占6.45%,主要分布在黑龙江省中部和西北部㊂研究区内45.59%的植被C U E与气温呈负相关关系,主要零散分布在东北地区的东部和西部区域,植被C U E与气温的最大偏相关系数的平均值为0.03㊂对比植被C U E与降水和气温的偏相关关系可以发现,植被C U E与降水和气温的响应特征存在较大的空间差异,植被C U E与降水呈极显著正相关关系的区域,与气温却呈极显著负相关关系,这说明不同的气候因子对植被C U E的影响存在明显空间分异特征㊂植被C U E与日照时数最大偏相关系数的平均值为-0.14,植被C U E与日照时数呈不显著相关关系占比最大,为85.64%;仅有0.37%呈极显著正相关关系,主要分布在辽宁省的东部地区㊂东北地区植被C U E与相对湿度呈微弱的负相关关系,最大相关系872水土保持研究第30卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.数的平均值为-0.05,研究区内57.94%的植被C U E与相对湿度呈负相关关系,极显著负相关关系占1.61%,主要分布在黑龙江省与吉林省的交界处;极显著正相关关系和显著正相关关系占3.54%,主要分布在黑龙江省西部㊁吉林省西部和辽宁省中部㊂综上可知,东北地区植被C U E对各气候因子变化的最大响应呈明显地域差异㊂总体上,日照时数㊁降水㊁相对湿度和气温对东北地区植被C U E的响应强弱程度依次降低㊂植被C U E与降水和气温呈正相关的面积大于日照时数和相对湿度㊂图4东北地区植被C U E与气候因子偏相关关系空间分布F i g.4S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f p a r t i a l c o r r e l a t i o nb e t w e e nv e g e t a t i o nC U Ea n d c l i m a t e f a c t o r s i nN o r t h e a s t C h i n a由图5A可知,东北地区的植被C U E复相关关系均为正相关,且极显著正相关面积占比最大,为38.73%,主要分布在黑龙江省中部㊂根据表1气候因素驱动机制分类准则,耦合植被C U E与各气候因子的偏相关和复相关结果可得图5B㊂由图5B可知,东北地区植被C U E变化受气候因素和非气候因素驱动的占比分别为69.41%,30.59%㊂单因子驱动中,东北地区植被C U E受降水㊁日照时数㊁气温和相对湿度单独驱动的面积占比依次下降,分别为9.76%,7.91%,6.55%,4.65%,其中,降水对植被C U E的影响最强,主要分布在黑龙江省的中部地区㊂在多因子联合驱动中,受气温㊁降水㊁日照时数㊁相对湿度弱驱动面积占比为27.36%,主要分布在黑龙江省的北部和吉林省的东部区域㊂东北地区植被C U E变化受非气候因子驱动占比为30.59%,主要分布在东北区域的东北部以及南部地区㊂综上可知,西南地区植被C U E变化受气候因素的驱动大于受非气候因素的驱动㊂单因子驱动中,东北地区植被C U E受降水的影响强于其他气候因子;多因子联合驱动中,东北地区植被C U E主要受气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度弱驱动㊂图5东北地区植被C U E与气候因子的复相关关系和驱动因素分区F i g.5M u l t i p l e c o r r e l a t i o nb e t w e e nv e g e t a t i o nC U Ea n d c l i m a t e f a c t o r s a n d t h e d i v i s i o no f d r i v i n g f a c t o r s i nN o r t h e a s t C h i n a3.4植被C U E与气候因子的时滞效应计算植被C U E与气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度0 3个月的相关系数,然后根据最大相关系数得到植被C U E对各气候因子最大响应的滞后期㊂972第6期胡佶熹等:东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析Copyright©博看网. All Rights Reserved.如图6A D所示,东北地区植被C U E最大响应于当月气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度的变化的面积最大,分别占49.10%,48.51%,52.70%,48.98%㊂对降水响应滞后0个月主要分布在黑龙江省西北部和辽宁省的西南部㊁吉林省的东部地区;对日照时数响应滞后0个月主要分布在东北地区的东部;对气温响应滞后0个月主要分布黑龙江省和吉林省的东部地区;对相对湿度响应滞后0个月主要分布在黑龙江省,有少部分零散分布在辽宁省和吉林省㊂总体而言,植被C U E最大响应于当月气候因子的变化㊂不同影响因子的时滞效应有着相似之处,从图6A D可以看出,气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度这4个气候因子对东北地区植被C U E响应滞后各气候因子1个月和2个月均分布在东北地区的西北部以及中部区域㊂图6东北地区植被C U E与气候因子最大响应滞后期空间分布F i g.6S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f t h em a x i m u mt i m e-l a g e f f e c t s o f v e g e t a t i o nC U E i n r e s p o n s e t o c l i m a t e v a r i a t i o n i nN o r t h e a s t C h i n a4讨论4.1东北地区植被C U E时空变化特征研究结果表明,时间尺度上,2000 2020年东北地区植被C U E呈显著上升趋势,上升斜率为0.0023/a;空间尺度上,东北地区植被C U E呈上升趋势的面积大于呈下降趋势的面积,其中,呈显著和极显著上升趋势的面积占18.09%,主要分布在黑龙江省中部和辽宁省西部㊂一方面,黑龙江省中部主要为大小兴安岭地区,植被覆盖以林地为主,植被群落较为稳定㊂由图7可知,研究时段内该地区降水主要呈显著和极显著上升趋势,气温呈轻微上升趋势,而日照时数和相对湿度分布有轻微上升和轻微下降,且由图4可知,该地区植被C U E与降水主要呈极显著正相关关系,因此,东北地区降水的增加导致了区域植被C U E的上升,这与已有研究结果一致,已有研究结果表明,降水与植被C U E呈正相关关系,降水的增加能有效提高区域植被C U E[9,17,24-25]㊂辽宁省西部主要土地利用类型为农田,区域内气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度主要以轻微变化为主,但是得益于近年来农业水利设施的修建,节约型农业的发展,人为灌溉㊁施肥和杀虫等科学田间管理的开展,削弱了气候变化对植被自养呼吸作用的影响,使得植被同化和固定大气C O2的能力增强,从而增加了植被了C U E[9]㊂另一方面,以上地区为天然林保护工程实施区,有效的森林资源的保护㊁培育和发展,使得环境得到改善,植被生长情况较好,提高了植被C U E[22-23,26]㊂4.2东北地区植被C U E与气候因子的相关性研究结果表明,植被C U E与降水整体呈正相关,而与气温㊁日照时数和相对湿度整体呈负相关,这与已有研究结果一致[17,21,24-25]㊂这与陈智[21]研究发现降水与东北森林植被C U E呈正相关关系,且降水是影响东北森林植被C U E变化的主要气候驱动因素这一结果高度一致㊂由图8可知,研究时段内东北地区气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度呈上升趋势㊂降水的增加会减弱植被根系活力与根系呼吸作用,自养呼吸作用降低,从而导致植被C U E升高,而气温㊁日照时数和相对湿度的增加会显著影响植被光合作用的能力和呼吸作用的速率,而呼吸作用的速率对以上3个因子的敏感程度高于光合作用,导致植被N P P增加的速率会低于植被G P P的增加的速率,从而导致植被C U E 下降,因此,植被C U E降水整体呈正相关,与气温㊁日照时数和相对湿度整体呈负相关[15,27-28]㊂东北地区植被C U E对气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度的变化存在一定的时滞效应,滞后月份均以0个月为主,滞后期为0个月的区域主要分布在东北地区西082水土保持研究第30卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.部,以上地区主要土地利用类型为农田㊂相较于其他植被生态系统,农田植被生态系统对气候变化的响应更为敏感[29-30],主要响应于当月气候变化㊂滞后1个月和2个月的分布情况较为相似,主要呈条带状从中部由南北方向贯穿整个东北地区以及东北地区西部㊂以上地区主要土地利用类型为林地,林地生态系统相较于其他植被生态系统更加稳定,对气候变化的响应存在一定滞后期,这与已有研究结果一致[29-30]㊂图72000-2020年东北地区气候因子变化趋势空间分布F i g.7S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f c h a n g i n g t r e n do f c l i m a t e f a c t o r s i nN o r t h e a s t C h i n a f r o m2000t o2020图82000-2020年东北地区气候因子时间变化趋势F i g.8T e m p o r a l v a r i a t i o no f c l i m a t e f a c t o r s i nN o r t h e a s t C h i n a f r o m2000t o20205结论(1)时间上,2000 2020年东北地区植被C U E 呈显著上升趋势,上升斜率为0.0023/a(p<0.05),且辽宁省植被C U E上升斜率高于黑龙江省和吉林省㊂空间上,东北地区植被C U E变化斜率呈东南低㊁西北高的空间分布格局㊂植被C U E呈上升趋势的面积占69.39%,主要分布在黑龙江省中部和辽宁省西部㊂(2)整体上,东北地区植被C U E与降水呈正相关,与气温㊁日照时数和相对湿度呈负相关㊂但东北地区植被C U E与降水和气温呈正相关关系的面积大于呈负相关关系的面积,而植被C U E与日照时数和相对湿度呈正相关关系的面积小于呈负相关关系182第6期胡佶熹等:东北地区植被碳利用率时空变化及其影响因子分析Copyright©博看网. All Rights Reserved.的面积㊂东北地区植被C U E变化受非气候因子驱动占比最大,为30.59%,主要分布在东北区域的东北部以及南部地区㊂(3)东北地区植被C U E主要响应于当月气温㊁降水㊁日照时数和相对湿度的变化,分别占49.10%, 48.51%,52.70%,48.98%㊂东北地区植被C U E响应滞后各气候因子1个月和2个月均分布在东北地区的西北部以及中部区域㊂参考文献:[1] C h a p e l a-O l i v aC,W i n t e rS,O c h o a-H u e s oR.E d a p h o-c l i m a t i cd r i ve r s o ft h eef f e c to fe x t e n s i v e v eg e t a t i o nm a n a g e m e n to ne c o s y s t e m s e r v i c e sa n db i o d i v e r s i t y i nv i n e y a r d s[J].A g r i c u l t u r e,E c o s y s t e m s&E n v i r o n-m e n t,2022,339:108115.[2] G a r cía-P a r d oKA,M o r e n o-R a n g e l D,D o mín g u e z-A m a r i l l o S,e t a l.R e m o t es e n s i n gf o r t h ea s s e s s m e n to fe c o s y s t e ms e r v i c e s p r o v i d e db y u r b a nv e g e t a t i o n:A r e v i e w o ft h em e t h o d s a p p l i e d[J].U r b a nF o r e s t r y&U r b a n G r e e n i n g, 2022,74:127636.[3] Y uZ,C i a i sP,P i a oS,e ta l.F o r e s te x p a n s i o nd o m i-n a t e sC h i n a'sl a n dc a r b o ns i n ks i n c e1980[J].N a t u r eC o mm u n i c a t i o n s,2022,13(1):1-12.[4] P i a oS,W a n g X,P a r kT,e t a l.C h a r a c t e r i s t i c s,d r i v e r sa n df e e db ac k so f g l o b a l g r e e n i n g[J].N a t u r e R e v i e w sE a r t h&E n v i r o n m e n t,2020,1(1):14-27.[5]张春华,王莉媛,宋茜薇,等.1973 2013年黑龙江省森林碳储量及其动态变化[J].中国环境科学,2018,38(12):4678-4686.Z h a n g CH,W a n g LY,S o n g X W,e t a l.B i o m a s s c a r b o ns t o c k s a n dd y n a m i c s o f f o r e s t s i nH e i l o n g j i a n g P r o v i n c ef r o m1973t o2013[J].C h i n a E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e,2018,38(12):4678-4686.[6]舒树淼,朱万泽,冉飞,等.贡嘎山峨眉冷杉成熟林碳利用效率季节动态及其影响因子[J].植物生态学报,2020,44(11):1127-1137.S h uS M,Z h u W Z,R a nF,e t a l.S e a s o nd y n a m i c so fc a r b o nu s ee f f i c i e n c y a n di t si n f l u e n c i n g f a c t o r si nt h eo l d-g r o w t h A b i e s f a b r i f o r e s ti n G o n g g a M o u n t a i n,w e s t e r nS i c h u a n,C h i n a[J].C h i n e s eJ o u r n a lo fP l a n tE c o l o g y,2020,44(11):1127-1137.[7] H eY,P i a oS,L i X,e t a l.G l o b a l p a t t e r n s o f v e g e t a t i o nc a r b o nu s ee f f i c i e n c y a n dt h e i rc l i m a t ed r i ve r sd e d u c e df r o m MO D I Ss a t e l l i t ed a t aa n d p r o c e s s-b a s e d m o d e l s[J].A g r i c u l t u r a la n dF o r e s t M e t e o r o l o g y,2018,256:150-158.[8] C h o u d h u r y BJ.C a r b o nu s e e f f i c i e n c y,a n dn e t p r i m a r yp r o d u c t i v i t y o ft e r r e s t r i a lv e g e t a t i o n[J].A d v a n c e si nS p a c eR e s e a r c h,2000,26(7):1105-1108.[9] Y eX,L i uF,Z h a n g Z,e t a l.S p a t i o-t e m p o r a l v a r i a t i o n so f v e g e t a t i o nc a r b o nu s e e f f i c i e n c y a n d p o t e n t i a l d r i v i n gm e t e o r o l o g i c a l f a c t o r si nt h e Y a n g t z e R i v e rB a s i n[J].J o u r n a l o fM o u n t a i nS c i e n c e,2020,17(8):1959-1973.[10] Mäk e läA,T i a nX,R e p oA,e t a l.D om y c o r r h i z a l s y m b i-o n t sd r i v el a t i t u d i n a lt r e n d si n p h o t o s y n t h e t i cc a r b o nu s ee f f i c i e n c y a n dc a r b o ns e q u e s t r a t i o ni n b o r e a lf o r e s t s[J].F o r e s t E c o l o g y a n dM a n a g e m e n t,2022,520:120355.[11] C h u a i X,G u oX,Z h a n g M,e t a l.V e g e t a t i o na n d c l i m a t ez o n e sb a s e d c a r b o n u s e e f f i c i e n c y v a r i a t i o n a n d t h em a i n d e t e r m i n a n t sa n a l y s i si n C h i n a[J].E c o l o g i c a lI n d i c a t o r s,2020,111:105967.[12] G a n g C,Z h a n g Y,G u oL,e t a l.D r o u g h t-i n d u c e d c a r b o na n dw a t e ru s ee f f i c i e n c y r e s p o n s e si nd r y l a n dv e g e t a-t i o no fn o r t h e r nC h i n a[J].F r o n t i e r s i nP l a n tS c i e n c e,2019,10:00224.[13]兰垚,曹生奎,曹广超,等.青海湖流域植被碳利用效率时空动态研究[J].生态科学,2020,39(4):156-166. 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植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展
第29卷第2期2022年4月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .29,N o .2A pr .,2022收稿日期:2021-03-04 修回日期:2021-04-03资助项目:国家自然科学基金(42077452,41771549) 第一作者:苏卓侠(1997 ),女,山西临汾人,博士研究生,研究方向为植物凋落物分解与土壤固碳㊂E -m a i l :S Z X 1212@n w a f u .e d u .c n 通信作者:上官周平(1964 ),男,陕西扶风人,研究员,博士生导师,主要从事旱地农业㊁植物生态研究㊂E -m a i l :S h a n g gu a n @m s .i s w c .a c .c n 植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展苏卓侠,苏冰倩,上官周平(西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)摘 要:凋落物是植物向土壤输入有机碳的主要途径,源于凋落物的碳一部分以C O 2的形式散失到大气,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中,在土壤微生物的作用下经过一系列的周转参与稳定有机质的形成㊂但土壤作为 黑箱 ,凋落物向土壤有机碳转移的过程和作用机理仍不明确㊂结合国内外该研究领域的主要成果,简要介绍了植物凋落物分解的研究方法㊁土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性,并从植物凋落物分解对土壤有机碳及其组分㊁土壤呼吸和激发效应㊁土壤微生物群落结构及酶活性的影响以及植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响等方面进行概述,厘清植物凋落物分解与土壤稳定有机碳形成的关系,并提出了未来该领域亟待关注的研究方向和研究内容㊂关键词:凋落物分解;土壤有机碳;稳定性;微生物中图分类号:S 153;S 154 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2022)02-0406-08A d v a n c e s i nE f f e c t s o fP l a n tL i t t e rD e c o m po s i t i o no n t h e S t a b i l i t y o f S o i lO r ga n i cC a rb o n S UZ h u o x i a ,S U B i n g q i a n ,S H A N G G U A NZ h o u p i n g(S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g on t h eL o e s s P l a t e a u ,N o r t h w e s tA&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100,C h i n a )A b s t r a c t :L i t t e r i s t h em a i nw a y f o r p l a n t s t o i m p o r t o r ga n i c c a rb o n i n t o t h e s o i l .P a r t o f t h ec a r b o n f r o mt h e l i t t e r i s l o s t i n t o t h e a t m o s p h e r e i n t h e f o r mo fC O 2,a nd t he o t h e r p a r t i s i n p u t i n t o t h e s o i l i n t h ef o r mo f o rg a n i c c a r b o n .U n d e rth ea c ti o no fs o i l m i c r o o r g a n i s m s ,t h el i t t e r -d e r i v e dc a r b o nu n d e r go e sas e r i e so f p r o c e s s e s t o p a r t i c i p a t e i n t h e f o r m a t i o no f s t a b l e o r ga n i cm a t t e r .H o w e v e r ,t h e s o i l i s ab l ac kb o x ,a nd t he p r o c e s s a n dm e c h a n i s mof t h e t r a n s f e r o f l i t t e r t o s o i l o r ga n i c c a rb o na r e s t i l l u nc l e a r .T h i s a r t i c l e c o m b i n e s t h em a i n r e s u l t so f t h i s r e s e a r c hf i e l da th o m ea n da b r o ad ,a n db r ief l y i n t r o d u c e s t h er e s e a r c h m e t h o d so f p l a n t l i t t e r d e c o m p o s i t i o n ,s o i l o rg a n i c c a r b o n c o m p o n e n t s a n d s o i l o r g a n i c c a r b o n s t a b i l i t y,a n d s u mm a r i z e s t h e e f f e c t s o f p l a n t l i t t e r d e c o m p o s i t i o no n s o i l o r g a n i c c a r b o na n d i t s c o m p o n e n t s ,s o i l r e s p i r a t i o n ,p r i m i n g e f f e c t s ,a n d s o i lm i c r o b i a l c o mm u n i t y s t r u c t u r e a n de n z y m e a c t i v i t y a n d t h e e f f e c t o f p l a n t -s o i l -m i c r o o r g a n -i s mi n t e r a c t i o n p r o c e s s o n t h e s t a b i l i t y o f o r g a n i c c a r b o n .T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p l a n t l i t t e r d e c o m p o s i t i o n a n d t h e f o r m a t i o n o f s t a b l e s o i l o r g a n i c c a r b o n i s c l a r i f i e d .T h e f u t u r e u r g e n t l y ne e d e d r e s e a r c hd i r e c t i o n s a n d r e s e a r c hc o n t e n t i n t h i sf i e l d a r e p o i n t e do u t .K e y w o r d s :l i t t e r d e c o m p o s i t i o n ;s o i l o r g a n i c c a r b o n ;s t a b i l i z a t i o n ;m i c r o o r g a n i s m 土壤作为陆地生态系统最大的碳汇载体(1500G t),其碳储量超过了植被和大气碳储量的总和[1],在表层30c m 土壤中,有机碳储量每年增加4ɢ,就会抵消掉每年人为排放C O 2增量[2]㊂关于土壤中有机碳储存的一个关键问题是其在土壤中保留的时间长短即有机碳稳定性问题[3]㊂增加有机碳的存储和稳定是 双赢 的策略:除了缓解气候变化外,更高的有机碳还有助于改善土壤肥力㊁土壤结构稳定性和生产力㊂因此,土壤固碳效应及其稳定机制也成为当前土壤学㊁植物营养学和生态学研究的热点㊂在生态系统内,植物产生凋落物并将其归还给土壤,凋落物是分解者物质和能量的来源,是连接土壤碳库和植物碳库的重要组分,对陆地生态系统碳循环具有重大影响[4]㊂凋落物作为植物向土壤输入有机碳的主要途径,其分解过程中一部分碳以C O2的形式进入到大气中,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中[5],源于凋落物的碳可能会导致原土壤有机碳(S O C)的分解(激发效应)或增加㊂目前对源于凋落物碳是如何固存在土壤中并稳定存在的机制仍然缺乏清晰的认识㊂因此,本文通过综述凋落物输入土壤后对土壤有机碳及其组分㊁土壤呼吸以及微生物特性的影响,以期厘清植物凋落物-土壤-微生物在稳定有机碳形成过程中的作用,从而全面理解土壤碳循环过程㊂1凋落物分解研究方法凋落物是指在生态系统中由植物组分产生并归还到土壤表面,为分解者提供能量和物质,从而维持生态系统功能的有机物质[6]㊂凋落物分解研究方法起步较早,常用的有尼龙网袋法㊁小容器法㊁室内分解培养法等[7]㊂尼龙网袋法操作简单,能最大程度模拟凋落物自然分解状态,目前常用于测定凋落物分解速率,但它耗时较长,且网袋孔径大小会限制土壤动物及微生物的活动,使得凋落物分解减慢㊂小容器法使内部微环境与外部环境完全隔绝,不能完全模拟自然环境下的分解㊂室内分解培养的方法即在室内模拟枯落物的自然分解状态,与野外试验相比,室内培养试验温度㊁水分等生境条件可人为控制,枯落物分解速率较快,可在短时间内使土壤总有机碳发生变化,但所得数据在非自然状态下产生,只具有相对意义㊂在森林生态系统中,经常用凋落物添加和去除试验(D I R T,D e t r i t u s i n p u t a n d r e m o v a l t r e a t m e n t s)来研究凋落物分解,又称凋落物添加和去除转移试验(D I R T),它是研究植物凋落物输入来源和速率如何影响森林土壤有机质(S OM)和养分的积累和动态的重要手段[8]㊂随着科技的发展,近红外光谱分析技术(n e a r i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y,N I R S)㊁核磁共振技术(n u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c e,NM R)㊁气相色谱-质谱(g a s c h r o m a t o g r a p h y-m a s s s p e c t r o m e t r y,G C/M S)等技术已经应用于凋落物分解及土壤固碳方面的研究㊂近红外光谱分析技术(N I R S)是利用化学物质在近红外光谱区的光学吸收特性,快速测定某种样品中的一种或多种化学成分含量和特性的技术[9]㊂核磁共振技术(NMR)具有无损和非侵入等特点,可了解凋落物不同有机碳组分的分解特征,从而得知不同凋落物组分在土壤中的相对稳定性,及其对S O C形成和稳定的贡献程度[10]㊂同位素法可以让有机物处在自然环境中,不会改变它们的生境要素㊂A l m e i d a等[11]提取了同位素标记(13C)的桉树(E u c a l y p t u s g r a n d i s ˑE.u r o p h y l l a)植物的叶子㊁树枝㊁树皮和根,然后采用G C/M S系统观测了各组分的分子组成,将植物凋落物的生物化学组分㊁分解特性和土壤有机质的形成联系了起来,其耦联分析方法为深入探究凋落物分解在S O C形成㊁稳定中的作用提供了重要的技术手段,对于定量理解植物凋落物的转化和稳定S O C的形成等生物地球化学过程具有重要意义㊂2土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性土壤有机碳(S O C)在全球碳循环中扮演了重要角色,通过储碳和充当温室气体排放的碳库来缓解潜在的气候变化[12]㊂土壤中有机碳相对组成的差异往往会导致土壤有机质的稳定性不同[1]㊂P a r t o n等[13]将S O C分为活性碳库㊁慢性碳库及惰性碳库等㊂其中,活性碳库也被称为易分解碳库,是容易被土壤微生物分解矿化的碳库,对植物养分供应起着直接作用,活性碳库的周转率为几周㊁几月或者几年;慢性碳库活性介于活性和惰性碳库之间,也被称为难分解有机碳,其周转率长达几十年;惰性碳库是指存在于土壤中的惰性碳和极难分解的被物理保护的部分有机碳,其物理化学性质非常稳定,转换时间为数百至数千年㊂活跃的和稳定的有机碳在土壤碳库周转和养分循环中起不同的作用㊂不同组分碳代表着不同功能碳库,具有不同周转期,通常活性有机碳对生境因子变化的反应比总有机碳更为敏感[14]㊂根据土壤有机碳提取方法的不同,可以从物理-化学-生物化学等不同的视角对有机碳进行分组(表1)㊂物理组分是基于有机碳化合物与矿物质结合状态进行分组,化学分组是基于不同的浸提剂与土壤有机碳化合物的相互作用,生物分组是区分活体细胞与死亡细胞㊂近年来对生态系统S O C稳定性机制的研究,一直是生态学与土壤学关注的热点领域,但仍未达成一致意见[18]㊂土壤科学经典的观点认为,稳定的有机质由腐殖质等化合物组成,由于其复杂的高度芳香的结构而抵抗分解㊂M a r s c h n e r等[19]假设认为稳定的S O C库由难分解的有机分子组成,如木质素等,由于其复杂的化学结构,在植物组织腐烂过程中被选择性地保存下来㊂L o r e n z等[20]认为有机碳长期稳定经历两个重要的过程:(1)物理保护过程,即分解者或其水溶性降解酶在空间上无法接近有机碳;(2)有机矿物配合物和有机-金属相互作用,即有机碳与矿物㊁金属离子和其他有机物的相互作用㊂物理保护可能会使有机碳分解延缓几十年到几百年,而有机矿物配合物或有机金属相互作用可能是几个世纪到几千年大多数有机碳稳定的原因[21]㊂随着研究手段与技术的704第2期苏卓侠等:植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展迅速发展,更多研究关注微生物对稳定土壤有机碳的调控,并提出新的S O C 形成和稳定机制 土壤微生物碳泵(m i c r o b i a lc a r b o n p u m p,M C P )概念体系 [22],即微生物通过同化作用将有机碳合成为自身生物量,再通过残留物形式不断输入到稳定土壤有机碳库中㊂这一概念体系强调了土壤微生物同化合成产物对于土壤稳定有机碳库形成的重要作用,对深入认识陆地碳汇功能和应对气候变化具有重要意义㊂表1 土壤有机碳组分分类名称界定特点参考文献物理组分(按粒径分)颗粒态有机碳(P O C )通常由未分解或半分解的动植物残体和根系残体组成,是与土壤砂粒组分结合的那部分有机碳相对未受保护的有效碳库,周转速度较快[15]矿质结合态有机碳(MA O C )是与黏粒和粉粒结合的那部分碳有相对较长周转时间,性质较稳定化学组分溶解性有机碳(D O C )能通过0.45μm 微孔滤膜且能溶于水㊁酸或碱的有机物质占土壤有机碳的比例一般不到3%,但它是土壤微生物的主要能源[16]易氧化有机碳(R O C )能被330mm o l /L 高锰酸钾氧化的碳,该组分可基本区别土壤稳定性碳占土壤有机碳总量的13%~28%,在土壤中移动比较快㊁不稳定㊁易氧化㊁分解㊁矿化[17]生物组分微生物量碳(M B C )土壤中体积<5000μm 3活的和死的微生物体内碳的总和在土壤碳库中占比很小,是土壤中最活跃的有机碳组分[14]3 凋落物分解对土壤有机碳库稳定性的作用机理凋落物是生态系统的重要组成部分,凋落物分解作为生态系统物质循环的核心过程,参与生态系统中养分的周转与循环,对生态系统健康可持续发展起着重要作用[23],凋落物的分解也影响着生态系统碳平衡㊂凋落物在土壤碳动态转化中发挥着重要作用(图1)㊂图1 凋落物碳在土壤碳库的动态转化3.1 凋落物对土壤有机碳及活性碳组分的影响凋落物是影响S O C 周转的重要驱动力,是S O C 形成的重要来源(图1)㊂P a l v i a i n e n 等[24]研究表明全球森林生态系统每年通过凋落叶分解归还到土壤有机碳含量约为50G t ㊂凋落物分解对有机质形成的贡献主要通过两个路径:(1)高质量凋落物(通常是水溶性碳)快速降解,在稳定在矿质结合态有机质之前,被微生物或其他土壤有机体同化㊂(2)植物结构性物质被机械拉开,直接通过物理方式掺入下层矿物土壤的颗粒有机质中[25]㊂较高的生物量或凋落物产量并不意味着较高的土壤有机碳储量㊂凋落物分解过程中产物去向决定了土壤有机碳的赋存状态,高质量的凋落物其分解产物向土壤转移的比例更高[26]㊂添加凋落物对土壤有机碳含量的影响表现为增加或影响不显著[27]㊂M i t c h e l l 等[28]使用13C 同位素标记作物残体,追踪新鲜残余物进入到土壤组分的命804 水土保持研究 第29卷运,结果表明植物残体输入使土壤中源于凋落物有机碳增加了4~5倍,同时也抑制了原土壤有机碳的激发效应㊂源于凋落物的溶解性有机碳(D O C)被微生物群落所固定,并固存在森林土壤中[29]㊂Z h o n g等[4]研究表明凋落物添加显著增加了各恢复阶段土壤水溶性碳氮的含量,说明这些来自凋落物分解的养分输入增强了其在土壤中的浓度㊂此外,凋落物分解过程中所释放的挥发性有机化合物(V o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d,V O C)能够直接扩散到土壤基质中,具有促进稳定矿质结合态有机质形成的潜力,V O C可能是植物来源的碳进入土壤并促进有机质形成的重要机制[25]㊂3.2凋落物分解对土壤呼吸及激发效应的影响凋落物是土壤呼吸的重要碳源,凋落物分解是养分循环的核心过程(图2)㊂它通过改变土壤微环境条件[30]㊁增加土壤碳的有效性[31],影响根系生长和土壤微生物结构和功能等[32],进而影响到土壤呼吸过程㊂图2凋落物分解与土壤呼吸间的关系关于凋落物分解对土壤呼吸的影响已有许多工作,不少研究表明添加凋落物能促进土壤呼吸,如Z h o n g等[33]对子午岭完整的次生林演替序列进行研究,发现未添加凋落物时,由于演替后期土壤养分有效性提高,演替后期的土壤呼吸更高;但添加凋落物后,演替前期土壤呼吸最高,表明在演替早期微生物分解能力较强,这一发现表明新碳源(凋落物)的添加可能在形成微生物功能方面发挥重要作用㊂Y a n等[34]研究同样表明微生物呼吸作用随演替而增加,并且添加凋落物显著促进了微生物呼吸(16.5%~72.9%),特别是在演替初期(草地和灌丛)㊂凋落物输入和清除处理(D I R T)试验为研究地上凋落输入对土壤呼吸的影响及植物碳输入对土壤的贡献提供了一个很好的机会㊂W a n g等[35]对杉木林进行了4a的碳输入模拟,发现减少碳输入会显著减少土壤呼吸㊂土壤异养呼吸(由微生物分解的土壤有机质)占土壤总呼吸的52.1%,地上新近凋落物分解和地下自养呼吸(活根和相关微生物)分别占土壤总呼吸的23.7%,24.2%㊂众多研究均表明凋落物添加能促进微生物呼吸,但不同类型凋落物分解对促进土壤微生物呼吸的程度以及对固碳的影响仍有待进一步探究㊂激发效应(p r i m i n g e f f e c t,P E)是连接土壤中碳输入和输出的机制之一,实际上P E被定义为在加入一定量的新鲜有机质后土壤有机质分解速率的变化[36]㊂外源基质输入的改变会通过激发效应改变土壤有机碳储量㊂添加基质引起有机物分解的增加为正激发效应,反之为负激发效应[37]㊂P E的大小和方向取决于添加的底物的量和化学计量及底物的化学结构,不稳定底物比顽固性904第2期苏卓侠等:植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展底物具有更大的激发效应[38]㊂关于激发效应的本质可用两种替代机制来解释,即 化学计量分解 理论( s t o i-c h i o m e t r i c d e c o m p o s i t i o n t h e o r y)和 微生物氮挖掘 理论( m i c r o b i a l n i t r o g e nm i n i n g t h e o r y)㊂ 化学计量分解 理论[39]指当底物化学计量与微生物需求相匹配时,快速生长的微生物(R-策略)可能会由于微生物活性的增加而刺激有机质的分解㊂而 微生物氮挖掘 理论(也被定义为优先底物利用)[40]强调当外源碳充足时,P E的方向取决于氮的可用性㊂具体来说,基质中高比例的碳氮比可能导致正的P E,因为微生物必须分解更多的土壤腐殖质来获得足够的氮来满足它们的需求㊂相比之下,基质中较低的碳氮比通常会导致负的P E,从而限制了有机碳的分解㊂最初认为微生物对土壤有机质分解的贡献受微生物群落的生长策略和氮有效性的控制,但随着分解的进行,这两种机制也可能随着时间的推移而变化,这可能与不同演替阶段微生物群落和功能有关㊂此外,增加底物输入引起的S OM分解温度敏感性(Q10)的变化也决定了陆地碳平衡对全球变暖的响应[41]㊂目前,凋落物添加对土壤微生物呼吸和温度敏感性的影响尚无一致结论㊂较多的研究发现难分解有机碳的Q10要大于易分解有机碳的Q10,如C h e n 等[42]研究表明秸秆添加降低了土壤微生物呼吸的温度敏感性,但与秸秆类型无关㊂W a n g等[41]探究在不同林型中增加凋落物对土壤有机质分解的温度敏感性的影响,结果表明针叶林土的Q10由不添加凋落物处理的2.41降低到增加凋落物处理的2.05,阔叶林土壤Q10由2.14降低到1.82,表明增加凋落物降低了Q10㊂这一现象可以用碳-质量-温度(C Q T)假说来进行解释,即复杂底物的分解需要更高的总活化能,因此比简单的碳底物的分解对温度的升高更为敏感[43]㊂但也有研究发现难分解有机碳的Q10并不比易分解有机碳的Q10值高,如两种凋落物处理的土壤碳分解均比单纯土壤处理对温度更敏感(Q10更高)[44]㊂所以,关于凋落物分解对土壤有机质分解的温度敏感性仍有待进一步研究㊂改善全球变暖条件下土壤有机碳动态的预测对于理解温度和凋落物输入对S O C分解的共同作用具有重要意义㊂3.3凋落物分解对土壤微生物群落结构及酶活性的影响凋落物分解的主要参与者是土壤微生物,在凋落物分解过程中微生物把大分子有机物分解为能够被植物吸收利用的小分子物质,对植物生长和土壤改良等起着重要作用㊂首先,凋落物自身特性会影响到土壤微生物群落㊂凋落物的数量与质量[45]㊁组成[46]㊁多样性等[47]都会影响着土壤微生物的群落结构㊂陈法霖等[48]研究表明,添加桉树凋落物的土壤中细菌㊁真菌㊁放线菌以及磷脂脂肪酸的总丰度显著高于不添加凋落物的土壤㊂源于凋落物的挥发性有机组分(V O C)也能影响细菌和真菌群落的多样性和组成[25]㊂真菌和细菌的比值常用来反映分解过程中微生物群落结构的变化及评价生态系统的稳定性,真菌/细菌的比值越高,表明真菌的生物量及菌丝体增加,能够固定更多的养分,使得土壤生态系统更加稳定㊂其次,凋落物分解通过改变土壤环境影响到土壤微生物群落结构㊂凋落物初始养分含量及分解过程中养分的释放对土壤微生物的生长与分布具有一定的选择作用,凋落物碳氮比越低,越易分解,会向土壤输送大量有机碳,且分解过程中温湿度增加会进一步促进微生物的生长[49]㊂树木通过凋落物和根部形成周围环境,从而产生小规模的异质性,并可能控制土壤生物的群落模式㊂土壤酶是土壤微生物作用于土壤环境的媒介,它是由微生物活动㊁植物根系分解以及动植物残体腐解的过程中释放到土壤中具有催化作用的生物活性物质㊂它是最活跃的土壤有机组分之一,反映了土壤中生物化学过程的方向及强度,对土壤生态系统有机碳的固定具有重要作用[50]㊂H u等[51]研究发现与单一叶凋落物相比,杉木[C h i n e s e f i r-C u n n i n g h a m i a l a m c e a l a t a (L a m b.)H o o k]㊁枫香(L i q u i d a m b a f o r m o s a n a H a n c e)及桤木(A l n u s c r e m a s t o g y n e B u r k)混合凋落物处理更利于土壤酶活性(脲酶㊁转化酶㊁脱氢酶活性)升高;凋落物分解过程中释放的D O C促进了胞外酶的活性[52]㊂G e 等[53]发现马尾松(P i n u sm a s s o n i a n a)人工林凋落物剩余质量与酶活性之间呈显著的线性关系,突出了酶活性在影响凋落物分解过程中的重要作用,这将进一步影响森林生态系统中的养分循环㊂总的来说,凋落物添加之后酶的活性会上调,但上调的程度取决于凋落物类型[54]㊂但部分树种凋落物中含多酚类或单宁等次生代谢物质,可能会使土壤酶的结构在一定程度上遭到破坏,抑制土壤微生物的活动,进而抑制土壤酶的产生,严重时还会导致部分土壤酶失活㊂3.4植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响研究表明,多种因素可以影响碳封存和有机碳稳定性,包括植物(植被覆盖㊁凋落物㊁根系分泌物㊁细根)㊁土壤(土壤类型㊁土层深度以及矿物学)以及微生物(群落组成㊁功能基因)等[12,15],但植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响还有待进一步研究㊂不同植被恢复年限和不同土层深度有机碳的稳定014水土保持研究第29卷性存在一定的差异㊂在早期恢复阶段,植被组成和多样性相对简单,群落结构不稳定,地上植被进入到土壤中的S O C相对较少,土壤有机碳分解和转化活动较弱,土壤有机碳相对稳定㊂随着恢复年限的增加,植被组成结构变的多样化和稳定,凋落物量㊁细根和根系分泌物显著增加,更多的有机物质进入到土壤中,土壤微生物活动增加,加速了土壤活性有机碳的分解和转化,降低了土壤有机碳的稳定性[55]㊂此外,植物碳的输入主要决定了土壤碳在表层土壤中的长期持久性,而矿物保护则在底层土壤中占主导地位[56]㊂深层土壤有机碳主要来源于根部残留物和分泌物,随着土层深度的增加,各恢复类型土壤有机碳和活性有机碳含量逐渐降低,土壤渗透性差㊁微生物分解活性和根系吸收减少,有机质的输入受到限制,且分解者难以接近深层土壤有机碳,因此,有机碳稳定性增加[57]㊂在演替的过程中,演替早期微生物群落的生长主要受土壤养分的限制,一般来说,演替早期微生物碳分解基因丰度较高,与氮分解相关的基因丰度增加,导致凋落物的快速分解和土壤养分的增加㊂随后,主要的资源限制从养分限制转换为另一种环境因子的限制㊂因此,在演替后期,充足的土壤养分有效性可能导致微生物碳分解基因丰度的下降,导致演替后期凋落物的分解速率的降低[33]㊂微生物在介导凋落物分解过程中发挥着重要作用,凋落物-微生物-土壤环境三者之间是互相调控的一个动态过程,通过这一系列的反馈与调控,实现生态系统的平衡和稳定(图3)㊂图3凋落物特性-微生物-土壤环境互相调控的动态过程4研究展望凋落物分解对土壤固碳及其稳定性方面的研究已有不少,但土壤作为 黑箱 ,土壤有机碳的转移和固定仍存在着很大困难,未来需要生态学㊁植物学和土壤学工作者的关注㊂因此,未来亟待强化如下3个方向的研究工作:加强地上-地下凋落物分解对土壤碳动态影响的协同作用机制研究㊂目前凋落物分解对土壤碳动态的研究多关注凋落叶的分解,而忽略了地下凋落物对土壤有机碳库的贡献㊂一般来说,植物根以根凋落物和根沉积碳的形式向土壤提供有机碳,来控制和影响土壤有机碳的动态㊂根通常与菌根菌丝结合形成土壤团聚体来促进土壤有机碳的稳定㊂此外,根是一个分级系统,不同直径级别的根的形态㊁根沉积物的数量和质量㊁化学计量特征以及菌根真菌性状等方面存在差异,会对分解过程产生影响㊂植物地上/地下生物量是一个相互联系的有机整体,在植物生长过程中存在着不同的碳分配策略,未来应加强研究地上/地下凋落物分解对土壤碳动态的协同效应㊂加强植物凋落物向土壤有机质转化的微生物学机制的研究㊂在考虑影响凋落物分解的食物网中,不仅要考虑到土壤动物(如蚯蚓,线虫)对凋落物的破碎作用,也要关注土壤微生物对凋落物的腐解作用㊂土壤微生物具有分解与合成有机质的双重功能,因此,将凋落物分解的土壤微生物学过程与土壤有机质(碳)的稳定性联系在一起,是未来研究的重要课题㊂此外,目前凋落物分解试验的周期较短,短期的室内分解无法反映真实的分解状态,应加强室内模拟与长期野外分解的连结性㊂加强新一代技术手段的开发与应用㊂凋落物通过影响土壤微生物活性和土壤酶的能力来调控土壤碳循环,但是关于凋落物分解对碳代谢相关功能基因的调控仍然缺乏清晰的认识,未来有望结合代谢组学等技术在该方面进行深入研究㊂此外,目前缺乏对凋落物-土壤有机质-微生物系统不同来源碳的输入㊁转化和稳定的定量研究,未来可进一步结合稳定同位素示踪技术,明确凋落物输入后外源碳在土壤中周转和稳定过程之间的关系,认识土壤固碳的本质㊂参考文献:[1] L e h m a n nJ,K l e b e r M.T h ec o n t e n t i o u sn a t u r eo fs o i lo r g a n i cm a t t e r[J].N a t u r e,2015,528(7580):60-68.[2] P a u s t i a nK,L e h m a n nJ,O g l eS,e t a l.C l i m a t e-s m a r tS o i l 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[3] H o b l e y E,W i l l g o o s eG R,F r i s i aS,e t a l.S t a b i l i t y a n ds t o r a g e o f s o i l o r g a n i c c a r b o n i nah e a v y-t e x t u r e dK a r s ts o i l f r o m s o u t h-e a s t e r n A u s t r a l i a[J].S o i lR e s e a r c h, 2014,52(5):476-482.[4] Z h o n g Y,Y a nW,W a n g R,e t a l.D i f f e r e n t i a l r e s p o n s e so f l i t t e rd e c o m p o s i t i o nt on u t r i e n ta d d i t i o na n ds o i lw a t e ra v a i l ab i l i t y w i t h l o n g-t e r mv e g e t a t i o n r ec o v e r y[J].B i o l o-g y a n dF e r t i l i t y o f S o i l s,2017,53(8):939-949.[5] R u b i n o M,D u n g a i t JAJ,E v e r s h e dRP,e t a l.C a r b o n114第2期苏卓侠等:植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展。
第一届中国水土保持学会科学技术奖获奖项目
第一届中国水土保持学会科学技术奖获奖项目等级项目名称完成人完成单位获奖项目编号一等黄土区基于水平衡的水土保持林草覆被及林分结构设计技术朱清科毕华兴张建军魏天兴张宇清张学培查同刚张岩尹忠东李永芳北京林业大学SBXH2007-J-1-01二等水土保持生态环境建设对黄河水资源和泥沙影响评价方法研究陈江南王云璋徐建华王国庆熊维新康玲玲穆兴民吴发启金双彦史学建李雪梅1．水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院2．水利部黄河水利委员会水文局3．中国科学院水利部水土保持研究所4．西北农林科技大学SBXH2007-J-2-01二等黄土高原农果复合型生态农业运行机制与关键调控技术研究吴发启李凯荣黄占斌朱德兰王健李会科杜翠萍佘雕张青峰杜文才徐军宏1．西北农林科技大学2．中国科学院、水利部水土保持研究所3.陕西省延安市农科所SBXH2007-J-2-02二等水土保持辅助规划设计软件史明昌黄兆伟计文琦李团宏刘瑜高勇郑国柱于波曹刚马海宽张瑞霞北京地拓科技发展有限公司SBXH2007-J-2-03二等岩质坡面喷混植生技术成果转化与推广张长印吴卫文章梦涛李光辉王富永袁建平许峰王康宾邹东平鲁胜力丛佩娟1．水利部水土保持监测中心2．深圳市如茵生态环境建设有限公司SBXH2007-J-2-04三等金沙江流域退耕还林（竹、草）综合配套技术研究与试验示范李昆方向京毕玉芬廖声熙孟广涛张春华李贵祥1．中国林业科学研究院资源昆虫研究所2．云南农业大学3．云南省林业科学院4．鹤庆县林业局5．彝良县林业局SBXH2007-J-3-01三等高塬沟壑区果园集雨节水灌溉技术示范与研究李怀有陈智汉郭永乐王斌闫剑张西宁安润莲1．水利部黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站2．水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局SBXH2007-J-3-02三等齐家川示范区径流高效利用技术体系研究赵安成李怀有郭锐刘文宏王斌张西宁水利部黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站SBXH2007-J-3-03三等矿区废弃地植被综合恢复王兵赵广东苏铁成白秀兰李刚1．中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所SBXH2007-J-3-04技术研究门树海关树军2．辽宁省抚顺矿业集团有限责任公司林业处3．辽宁省抚顺市环境监测站三等小流域坝系监测方法及评价系统研究党维勤王晓马三保艾绍周王秦湘赵牡丹高银富1．水利部黄河水利委员绥德水土保持科学试验站2．西北大学3．黑龙江省水土保持科学研究所SBXH2007-J-3-05三等高等级公路建设中水土流失预测模式及对策研究宋国平谭认贾志宏贺曦谭昌明四川省交通厅公路规划勘察设计研究院SBXH2007-J-3-06三等豫西山区雨水集蓄利用技术研究及工程示范双瑞陈维杰范宗桂张国亮路振广李重新吴培林1．河南省水土保持监督监测总站2．河南省水利科学研究院3．河南省汝阳县水利电力勘测设计室4．河南省汝阳县水土保持科技推广站5．河南省嵩县水土保持科学研究所SBXH2007-J-3-07三等花岗岩侵蚀区水土保持植物优化组合技术区域试验与示范左长清杨洁谢颂华喻荣岗张华明胡建民彭冬水江西省水土保持研究所SBXH2007-J-3-08三等四川丘陵生态保护型高效农业发展模式与技术研究赵燮京邓家林刘永红朱钟麟吴晓军夏先玖赵小蓉1．四川省农业科学院土壤肥料研究所2．四川省农业科学院作物研究所3．四川省农业科学院园艺研究所4．四川省畜牧科学研究院5．四川省农业厅SBXH2007-J-3-09三等广东省高速公路用地的生态恢复与水土保持研究李定强卓慕宁郑煜基贺新良吴志峰林锡奎莫顶勋1．广东省生态环境与土壤研究所2．广东省长大公路工程有限公司3．广东南粤物流实业有限公司SBXH2007-J-3-10三等浙江省开发建设项目水土流失成因及防治技术研究陈晨宇廖承彬陈奉良叶永棋李健杜运领尉全恩1．浙江省水土保持委员会办公室2．中国水电顾问集团华东勘测设计研究院SBXH2007-J-3-11三等黄河流域水土保持数据库朱小勇曹炜喻权刚王峰周鸿文1．水利部黄河水利委员会水土保持局SBXH2007-J-3-12表结构与信息代码编制规定郭玉涛陈平2．水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局三等叶用型沙棘育种研究邰源临卢顺光金争平温秀凤顾玉凯李永海张红梅1．水利部沙棘开发管理中心2．高原圣果沙棘制品有限公司SBXH2007-J-3-13三等小流域水土保持生态经济型治理模式研究张志芬张国权吴文奇李洪源张旭孙广军吴志远1．内蒙古通辽市水土保持局2．内蒙古通辽市水利技术推广站3．内蒙古通辽市库伦旗水务局水保站4．内蒙古通辽市奈曼旗水保局5．内蒙古兴安盟水务局水保站SBXH2007-J-3-14三等低山丘陵区沟壑水土保持三维梯级治理开发模式研究丁福俊吴钢戴武刚李春华杨春胡加琪王再祥1．辽宁省朝阳市水土保持工作总站2．中国科学院生态环境研究中心SBXH2007-J-3-15三等水土保持与绿化技术的绿化植生带技术推广应用匡尚富胡春宏王向东苏晓波曹文洪万育生徐永年中国水利水电科学研究院SBXH2007-J-3-16三等福建省人为水土流失调查与综合防治研究陈善沐林文莲王维明徐玉华陈明华吴清泉王二朋福建省水土保持监督站SBXH2007-J-3-17三等辽宁省东部山区水土保持生态自我修复研究侯俊华霍进臣高云彪刘君牛萍邵子玉李仁辉辽宁省水土保持局SBXH2007-J-3-18三等程海环湖生态防护林营造示范方向京雷玮孟广涛李贵祥王丽张正海刘开瑞1．云南省林业科学院2．云南省永胜县林业局SBXH2007-J-3-19三等水土保持术语（国家标准）张学俭牛崇桓鲁胜利王礼先佟伟力郭志贤苗光忠1．水利部水保司2．陕西省水土保持局3．水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局4．水利部长江水利委员会水土保持局SBXH2007-J-3-20。
中国水科院科学技术奖2017年度获奖成果汇编-IWHR
成果全面支撑了我国首个也是迄今唯一正式实施的跨省江河水生态补 偿试点（新安江），补偿标准达到 5 亿元/年，实施 3 年来省界断面水质稳定 达到 II 类水标准，千岛湖高锰酸盐指数、氨氮、总磷浓度比试点前分别下降 了 19%、54%、28%，富营养指数降低到 30 以下。成果为《青海三江源生态 保护和建设二期工程规划》采纳，支撑了规划从传统陆域生态保护为主向陆 域和水域并重的转变，提出的建议推动了三江源国家公园的申报工作并获国 务院批复。主要成果在国家发改委、水利部等部门制定水生态补偿政策中借 鉴采用，在承德（京津冀水源区）、固原（泾河源区）等河源区生态保护规 划与政策设计中得到应用。
主要内容
通过对水生态补偿物理学基础、生态学效应、经济学依据和社会学伦理 的解析，在前人研究基础上提出了江河源区水生态保护“人地-人际”二元 补偿理论，构建了水生态保护投入成本（最小）、基本水公共服务投（基 本）、发展机会损失（完全）、下游效益增量（最大）四级补偿标准体系；
选择典型源区开展水生态保护作用机理与效应监测试验，构建江河源区 大尺度生态水文模拟模型；建立基本水公共服务均等化表征指标体系和 投入核算方法；应用系统动力学模型评价源区发展机会损失；开展水生 态保护生态环境和直接经济效益核算，形成了四级补偿标准的具体测算 技术方法；
许凤冉，翟家齐，王庆明
背景
2016 年 4 月国务院办公厅下发《关于健全生态保护补偿机制的意见》， 明确提出“在江河源头区……，全面开展生态保护补偿”。由于水的循环再 生与流动特性，水生态保护补偿的途径与方法与陆域生态补偿存在较大差 异，特别是上下游关系引起的外部性传导问题。尽管水生态补偿对流域生 态环境保护的作用早已形成共识，但由于理论技术与实践操作上的复杂性， 在本项目成果应用实施之前，国内尚没有跨省水生态保护补偿的先例。
宁都县水土保持规划生态建设效益分析研究
宁都县水土保持规划生态建设效益分析研究∗张利超１ꎬ４刘昭１徐爱珍１汤崇军１张翔２叶爱中３宋月君１钱堃１杨洁１(１.江西省水土保持科学研究院 江西省土壤侵蚀与防治重点实验室ꎬ江西南昌３３００２９ꎻ２.武汉大学水利水电学院ꎬ湖北武汉４３００７２ꎻ３.北京师范大学地理科学学部ꎬ北京１００８７５ꎻ４.江西农业大学国土资源与环境学院 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室ꎬ江西南昌３３００４５)中图分类号:Ｓ１５７㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３－５３６６.２０１９.０６.１１摘要:根据第一次全国水利普查江西省水土保持专项普查成果ꎬ宁都县水土流失面积以及严重程度均位于赣南地区之首ꎬ在江西全省也居于前列ꎬ宁都县是江西省最大河流赣江的源头ꎬ多年来都是国家级水土流失重点治理县ꎬ因此ꎬ编制«宁都县水土保持规划»ꎬ同时对规划的生态建设效益进行分析研究具有典型代表性和重要意义ꎮ基于第一次全国水利普查江西省水土保持专项普查成果㊁«江西省水土保持规划(２０１６－２０３０年)»与«江西省水土保持区划及防治布局研究»等全省性重要基础㊁关键成果ꎬ根据宁都县水土保持的概况㊁宁都县水土保持规划的防治任务等主要内容ꎬ详述了规划效益分析的依据㊁原则以及指标确定与结果等ꎬ可为其他县级水土保持规划的编制㊁水生态文明建设中大江大河上游地区㊁南方红壤区水土保持综合效益评估提供重要的参考与借鉴ꎮ关键词:红壤ꎻ水土保持ꎻ规划ꎻ生态效益ꎻ效益分析㊀㊀江西省位于南方红壤地带的中心区域ꎬ为我国水土流失严重的省份之一ꎮ江西省水土保持工作虽然经过多年的努力取得了巨大成效ꎬ但水土保持生态建设工作依然任重道远[１－８]ꎬ水土流失依然是制约该省社会经济可持续发展的主要因素之一[９]ꎮ根据第一次全国水利普查江西省水土保持专项普查系列重要成果ꎬ宁都县水土流失面积与严重程度位居赣南地区之首ꎬ在全省也居于前列ꎮ同时ꎬ宁都县是江西省最大河流赣江的源头ꎬ一直以来都是国家级水土流失重点治理县ꎬ连续开展逾３０ａ的水土保持工作得到各级政府㊁主管部门的高度重视与充分肯定[７ꎬ１０－１１]ꎮ２０世纪８０年代以来ꎬ宁都县陆续实施了国家以工代赈水保项目㊁全国八片水保重点防治项目以及国家水保重点建设工程等ꎮ工程的实施显著改善了项目区的生态环境与各项基础条件ꎬ提高了项目区防洪抗旱减灾能力[１０]ꎮ因此ꎬ在编制«宁都县水土保持规划»过程中对规划的生态建设效益进行分析研究具有典型代表性和重要意义ꎮ１㊀宁都县水土保持概况宁都县位于江西省东南部ꎬ属于赣江流域贡水上游ꎬ土地总面积达４０５３ｋｍ２ꎮ同时ꎬ宁都也是赣南水土流失最严重的县ꎬ２０世纪８０年代被专家称为 江南红色沙漠 ꎮ自２０１３年８月水利部对口支援宁都县以来ꎬ水利部从组织领导㊁规划编制㊁项目建设㊁水利改革㊁人才培养等多方面加快推进ꎬ宁都县水土保持工作取得了显著的进展与明显的成效[１２－２５]ꎮ同时ꎬ宁都县是赣江源头ꎬ发源于宁都的梅江ꎬ是赣江流域面积最广㊁长度最长㊁径流量最大的支流ꎬ因此ꎬ按照新水土保持法的要求ꎬ编制好宁都县水土保持规划㊁做好宁都县水生态文明建设工作意义重大[１０]ꎮ２㊀水土保持规划主要内容２.１㊀规划总体概况«宁都县水土保持规划(２０１６－２０３０年)»不仅是新水土保持法颁布实施以来赣南首个县级水土保持规划ꎬ同时也是江西省首个通过专家审查的面积达千平方公里级的县域综合性水土保持规划[１３ꎬ１７]ꎮ本次规划范围为宁都县范围２４个乡镇级行政单元的所有陆域面积ꎮ全县现有水土流失面积８９９.６４ｋｍ２ꎬ占土地面积的２２.２２％ꎮ规划基准年２０１５∗资助项目:江西水利科技项目(ＫＴ２０１６１４ꎻ２０１８２１ＺＤＫＴ１６ꎻ２０１８２１ＺＤＫＴ１８ꎻ２０１８２１ＺＤＫＴ１７ꎻＫＴ２０１７１９ꎻＫＴ２０１６２０ꎻ２０１８２０ＹＢＫＴ２０ꎻ２０１９２１ＢＺＫＴ０４)ꎻ水利部技术示范项目(ＳＦ－２０１８０５)ꎻ江西省重点研发计划项目(２０１８１ＢＢＧ７００３８)ꎻ江西省青年科学基金项目(２０１７１ＢＡＢ２１３０２１)ꎮ年ꎬ规划近期水平年２０２０年ꎬ远期水平年２０３０年ꎮ根据全省水土保持生态建设事业长远发展的重要基础性支撑研究成果:«江西省水土保持区划及防治布局研究»ꎬ对宁都县水土保持工作进行系统全面规划ꎬ为加快推进宁都县域经济科学发展体制创新试验区建设ꎬ谱写美丽中国 宁都诗篇 提供支撑和保障ꎮ２.２㊀规划防治任务规划整体以乡镇级行政区为基本单元ꎬ基础资料来源于第一次全国水利普查江西省水土保持专项普查成果和已公布的宁都县统计年鉴ꎬ土地利用基础资料采用各乡镇上报的土地利用变更调查成果ꎬ衔接与协调了发改㊁水利㊁自然资源㊁生态环境㊁矿管㊁农业农村㊁林业㊁果业等部门的相关规划成果ꎮ本次规划系统科学地进行了宁都县水土保持区划ꎬ划分了宁都县级水土流失重点防治区ꎻ提出了全县水土保持工作 一源三库梅江清ꎬ一防三治宁都秀 的总体布局ꎬ明确了水土保持目标与任务ꎬ并对近期(２０１６ ２０２０年)重点项目进行了部署ꎮ规划期内(２０１６ ２０３０年)完成水土流失综合防治面积１４６６.１２ｋｍ２ꎬ其中:重点预防保护面积６５５.１２ｋｍ２ꎬ综合治理面积８１１ｋｍ２ꎮ规划近期(２０１６ ２０２０年)完成综合防治面积４１４.２ｋｍ２ꎬ其中重点预防保护面积１３９.２ｋｍ２ꎬ综合治理面积２７５ｋｍ２ꎻ规划远期(２０２１ ２０３０年)完成综合防治面积１０５１.９２ｋｍ２ꎬ其中重点预防保护面积５１５.９２ｋｍ２ꎬ综合治理面积５３６ｋｍ２ꎮ３㊀效益分析依据与原则３.１㊀效益分析依据根据«水土保持综合治理效益计算方法»(ＧＢ/Ｔ１５７７４ ２００８)ꎬ结合宁都县水土流失综合治理调查实际ꎬ按不同措施实施后的生效年限进行累计计算ꎮ３.２㊀效益分析原则(１)效益计算期ꎬ根据各水土保持治理措施的使用年限ꎬ一般取２０ａꎬ使用年限较短的措施ꎬ如谷坊㊁拦沙坝的淤积年限按５ａ和８ａ计算ꎬ淤满后不再计算保土保水效益ꎮ(２)各项水土保持治理措施数量ꎬ均采用实际保存数量ꎬ保存率根据工程实践经验和调研结果按照种草和生物隔篱带７５％㊁水保林８０％㊁经果林和坡改梯９０％㊁小型水利水保工程８５％的保存率计算ꎮ(３)各项水土保持治理措施基础效益及经济效益的计算主要定额参考«江西省水土保持规划(２０１６ ２０３０年)»㊁«赣州市水土保持规划(２０１６ ２０３０年)»㊁«２０１６年宁都县统计年鉴»㊁历年«江西省水土保持公报»和科考成果«中国水土流失防治与生态安全:水土流失影响评价卷»等资料基础上ꎬ结合宁都县水土流失综合治理实际调查确定ꎮ(４)各项水土保持治理措施均从开始生效之年起计算效益ꎮ４㊀效益分析指标确定４.１㊀基础效益基础效益是指各项水土保持治理措施的保水蓄水效益及保土效益ꎬ主要包括:(１)保水量:各项林草措施㊁治坡工程及各类谷坊㊁塘坝㊁蓄水池等水土保持工程措施增加土壤入渗㊁拦蓄地表径流的保水量ꎮ(２)保土量:各类林草措施㊁治坡工程及工程措施(谷坊㊁坝等)拦蓄沟坡的泥沙量ꎮ４.２㊀经济效益经济效益是指实施水土保持措施后所产生的直接经济效益和间接经济效益ꎬ本规划中只考虑直接经济效益ꎬ主要包括:(１)实物量:各类水土保持措施产品的增加量(粮食㊁果品㊁活立木㊁薪材等)ꎮ(２)价值量:各类水土保持措施产品在未加工转化以前的增加值ꎮ４.３㊀社会效益社会效益是指实施水土保持措施后ꎬ在减少旱涝灾害ꎬ改善农业生产条件ꎬ提高防灾减灾能力ꎬ减轻对河道㊁库塘等淤积ꎬ保护交通㊁工矿㊁水利㊁电力㊁旅游设施及城乡建设㊁人民生命财产安全㊁促进区域经济发展等所带来的效益ꎮ４.４㊀生态效益生态效益是指实施水土保持措施后ꎬ在改善局部生态环境㊁土壤理化性质㊁保护水源㊁净化水质及提高林草覆盖率等方面生态环境向良性循环发展获得的效益ꎮ５㊀效益分析结果５.１㊀水土保持基础效益分析本项目规划实施后ꎬ结合各项水土保持措施的蓄水保土定额(见表１㊁表２)计算得到:各项水土保持措施的蓄水保土量可分别达到７.５８亿ｍ３和０.２８亿ｔꎬ年均新增蓄水量０.３８亿ｍ３ꎬ年均减少土壤流失量０.０１亿ｔꎮ各项水土保持治理措施的近期实施蓄水保土效益详见表３㊁表４ꎮ通过近期水土保持治理工程的实施ꎬ各项水土保持治理措施的蓄水保土量可分别达到２４.１９亿ｍ３和０.８４亿ｔꎬ年均新增蓄水量０.８３亿ｍ３ꎬ年均减少土壤流失量０.０３亿ｔꎮ各项水土保持治理措施的远期蓄水保土效益详见表５㊁表６ꎮ表１㊀林草措施和治坡工程蓄水保土定额表１)梯田水保林经果林种草封禁坡改梯生物带Ｗ１８００１１００８００４５０９００１８００４５０Ｓ４０４５３０３０２５４０３０Δ９０８０９０７５８０９０７５Ｔ１３３１２１１)Ｗ为蓄水定额ꎬｍ３/ｈｍ２ꎻＳ为保土定额ꎬｔ/ｈｍ２ꎻΔ为措施保存率ꎬ％ꎻＴ为起始效益年ꎬａꎬ下同ꎮ表２㊀小型水利工程措施蓄水保土定额表塘坝谷坊蓄水池沉沙池拦沙坝沟渠挡土墙Ｗ２００００１２２５１４５０１０/Δ８５８５８５８５８５８５８５７Ｔ１１１１１１/Ｓ６０８０/１.５３０００/５００Ｔ１１/１１/１表３㊀近期实施林草措施和治坡工程蓄水保土效益表(２０１６ ２０２０年)１)梯田水保林经果林种草封禁坡改梯生物带Ａ/１０４.３９６０.８８２７３２６.６７/０.２８Ｖ/１６５３５.３８７８９０.０５１８２２.５０４４６８８.４６/１８.９０Ｇ/６７６.４５２９５.８８１２１.５０１２４１.３５/１.２６１)Ａ为面积ꎬｋｍ２ꎻＶ为保水量ꎬ万ｍ３ꎻＧ为保土量ꎬ万ｔꎬ下同ꎮ表４㊀近期实施小型水利工程措施蓄水保土效益表(２０１６ ２０２０年)塘坝/座谷坊/座蓄水池/ｍ３沉沙池/个拦沙坝/座沟渠/ｋｍ挡土墙/ｋｍ措施数量２９３４６１３５２３１０４５２０３１８７.６８２.３４Ｖ９８６.００１.７６５７４.７３１.７８６２.１２３１９０.５６/Ｇ２.９６１１.７６０.００２.６６４１４.１２/１.９９表５㊀远期规划林草措施和治坡工程蓄水保土效益表(２０２１－２０３０年)梯田水保林经果林种草封禁治理坡改梯生物带Ａ６.３７１６０.７７９１.３６２８.２８３０.２７/４.２１Ｖ２０６３.８８２５４６５.９７１１８４０.２６１９０３.５０１１３５８０.９４/２８４.１８Ｇ４５.８６１０４１.７９４４４.０１１２６.９０３１５５.０３/１８.９５表６远期规划小型水利工程措施蓄水保土效益表(２０２１－２０３０年)塘坝/座谷坊/座蓄水池/ｍ３沉沙池/个拦沙坝/座沟渠/ｋｍ挡土墙/ｋｍ措施数量５６５０７２７４９０.８５２５６３３５８３６３.６７２.４４Ｖ１９０４.００２.５９１１６８.３６０.２６１０９.５５６１８２.３９/Ｇ５.７１１７.２４０.００６.５４７３０.３２/２.０７５.２㊀农业增产ꎬ农民增收效益分析本规划实施后ꎬ结合粮食及其副产品㊁林产品及饲草计算定额表计算得到:各项水土保持治理措施可实现累计净产值２６.０３亿元ꎬ其中ꎬ活立木蓄积量增加９３.９９万ｍ３ꎬ实现净产值３.５７亿元ꎻ薪材量增加１１６.５４万ｔꎬ实现净产值２.２４亿元ꎻ果品增产达８５.４８万ｔꎬ实现净产值１８.９６亿元ꎻ饲草增产达６４.８０万ｔꎬ实现净产值１.２６亿元ꎮ通过远期的实施ꎬ各项水土保持治理措施全面发挥效益后ꎬ累计实现净产值３４.８６亿元ꎬ其中ꎬ粮食产量增加５.７３万ｔꎬ实现产值０.３３亿元ꎻ活立木蓄积量增加１７９.５１万ｍ３ꎬ实现产值６.９４亿元ꎻ薪材量增加２６０.８２万ｔꎬ实现净产值５.３５亿元ꎻ果品增产达１１０.３０万ｔꎬ实现净产值２０.９３亿元ꎻ饲草增产达６７.６８万ｔꎬ实现净产值１.３１亿元ꎮ５.３㊀社会效益分析本规划实施后ꎬ宁都县各项水土保持治理措施的蓄水保土效益得以有效发挥ꎬ在减轻坡地水土流失及面源污染的同时ꎬ可使坡地的水土资源得到持续利用ꎬ保证了宁都县在干旱缺水季节农业的稳产增产ꎬ提高了宁都县的土地利用率㊁产出率㊁商品率和劳动生产率ꎬ保障粮食及林果的安全生产ꎬ为当地农业经济的持续㊁较快㊁健康发展奠定基础条件ꎮ其次ꎬ规划的实施ꎬ将有效发挥水土保持作为生态文明建设基础性工作的作用ꎬ在优化国土空间开发格局㊁破解资源环境约束㊁维护生态功能和环境承载力㊁提高可持续发展能力等方面发挥积极作用ꎬ对于宁都县经济社会全面㊁协调和可持续发展将起到不可替代的作用ꎮ５.４㊀生态效益分析本规划实施后ꎬ宁都县累计治理水土流失面积８１１.００ｋｍ２ꎬ治理程度高达９０.０％以上ꎬ水土流失基本得到控制ꎬ通过林草工程[２６]等措施ꎬ植被得到较快恢复与改良ꎬ植被覆盖度显著提高ꎬ林草覆盖率提高５％以上ꎬ植物由单一化向多种群㊁多层次植物种群结构演替ꎬ生物多样性提高ꎮ水土保持措施发挥效益后ꎬ坡地水土流失面貌大为改观ꎬ农田土壤氮磷㊁有机质等养分将增加ꎬ土壤理化性质得以改善ꎬ土壤肥力㊁土壤动物和微生物量将增加ꎬ通过蓄水池[２７]等工程措施ꎬ坡面雨水资源得到高效利用ꎬ农田抗灾能力变强ꎬ土地生产力提高ꎬ生态环境明显改善ꎬ促进了本区生态环境与农业等的良性发展ꎮ６㊀结㊀语宁都县水土保持规划的完成对指导宁都县今后的水土保持工作具有十分重要的意义ꎬ规划编制中的生态建设效益分析等内容对其他县级水保规划的编制也具有重要的参考与借鉴意义ꎬ同时ꎬ能为水生态文明建设中大江大河上游地区㊁以及南方红壤区水土保持综合效益评估提供重要的参考与借鉴ꎮ[参考文献][１]何长高ꎬ刘茂福ꎬ张利超ꎬ等.江西省水土流失治理历程及成效[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１７(８):１０－１４. [２]张利超.江西省水土保持区划及防治布局研究[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１６(２):３６－４１.[３]张金生ꎬ张利超ꎬ王农.江西省 四型 小流域综合治理模式初探[Ｊ].江西水利科技ꎬ２０１６ꎬ４２(２):１４８－１５２. [４]张利超ꎬ喻荣岗ꎬ陈浩ꎬ等.江西省水土流失易发区划分研究[Ｊ].水土保持应用技术ꎬ２０１７(６):３９－４２. [５]张利超ꎬ王农.江西省水土保持现状分析及防治对策研究[Ｊ].水土保持应用技术ꎬ２０１５(６):４２－４６. [６]江西省水利厅.江西省水土保持规划(２０１６ ２０３０年) [Ｒ].南昌:江西省水利厅ꎬ２０１６.[７]张利超ꎬ谢颂华.江西省水土流失重点防治区的复核和划分[Ｊ].水土保持通报ꎬ２０１６ꎬ３６(１):２３０－２３５. [８]张利超ꎬ王辉文ꎬ谢颂华.江西省水土流失现状与发展趋势分析[Ｊ].水土保持研究ꎬ２０１６ꎬ２３(１):３５６－３５９. [９]左长清ꎬ谢颂华.江西省水土流失动态监测与分析[Ｊ].水土保持通报ꎬ２００６ꎬ２６(６):５５－５８.[１０]张利超ꎬ葛佩琳ꎬ李高峰等.宁都县小布镇钩刀咀生态清洁小流域建设实践与成效[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１８(６):２４－２７.[１１]喻荣岗ꎬ张利超ꎬ李高峰ꎬ等.宁都积极创建钩刀咀生态旅游型清洁小流域[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１８(８). [１２]刘柏根ꎬ温桃芳ꎬ梅宗焕.宁都县不同岩性区水土流失防治措施[Ｊ].水土保持研究ꎬ２０００(３):１７１－１７３. [１３]江西省水土保持科学研究院ꎬ宁都县水土保持局.宁都县水土保持规划(２０１６ ２０３０年)[Ｒ].南昌:江西省水土保持科学研究院ꎬ宁都县水土保持局ꎬ２０１８.[１４]刘柏根ꎬ张声林.积极引导民间资本参与水保科技示范园建设的几点做法[Ｊ].水土保持应用技术ꎬ２０１５(６):４６－４７.[１５]刘柏根.江西省宁都县实施国家水保重点建设工程的成效与做法[Ｊ].亚热带水土保持ꎬ２０１２ꎬ２４(４):３５－３７. [１６]温芳委ꎬ柯鹏程.宁都县 抓六改㊁治五乱 水土保持效果好[Ｊ].中国水土保持ꎬ１９８６(９):５６.[１７]张声林.宁都县水土保持生态建设现状与发展对策[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１０(２):５３－５４.[１８]符广东.宁都县小流域规划突出农民主体地位[Ｊ].中国水土保持ꎬ２００８(９):５９.[１９]张利超.«宁都县水土保持规划(２０１６－２０３０年)»顺利通过专家审查[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１８(１２):８１. [２０]张利超.江西水保院为县级乡村振兴专题培训班宣讲水土保持生态环境保护知识[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１９(２):６.[２１]张利超ꎬ谢颂华.基于功能的江西省生态清洁小流域分类研究[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１８(１):７－１０.[２２]张利超ꎬ葛佩琳ꎬ喻荣岗.江西小流域综合治理与水生态文明村建设整合研究[Ｊ].中国水利ꎬ２０１８(１８):６－９. [２３]刘柏根ꎬ张声林.宁都县水土保持综合治理成效显著[Ｊ].中国水土保持ꎬ２００５(１１):２６－２７.[２４]江西省水土保持科学研究院ꎬ宁都县水土保持局.宁都县小布镇钩刀咀生态清洁小流域工程设计[Ｒ]ꎬ南昌:江西省水土保持科学研究院ꎬ宁都县水土保持局ꎬ２０１８. [２５]张利超ꎬ刘窑军ꎬ汤崇军ꎬ等.红砂岩侵蚀区小流域综合治理工程设计研究 以宁都县还安小流域为例[Ｊ].中国水土保持ꎬ２０１９(９):１９－２３.[２６]张利超ꎬ葛佩琳ꎬ谢颂华ꎬ等.江西省小流域治理林草工程设计标准探讨[Ｊ].水土保持应用技术ꎬ２０１８(５):２１－２４.[２７]张利超ꎬ谢颂华ꎬ喻荣岗ꎬ等.小流域治理中蓄水池工程设计探讨[Ｊ].人民长江ꎬ２０１９ꎬ５０(１):１４８－１５２.收稿日期:２０１９－１０－２１作者简介:张利超ꎬ身份证号:２３０８１１１９８３０３∗∗∗∗１５ꎬ博士研究生ꎬ高级工程师ꎬ工作于江西省水土保持科学研究院ꎬ江西省土壤侵蚀与防治重点实验室ꎬ主要研究方向:水土保持科学研究㊁科技成果转化与推广应用㊁规划设计㊁普查与监测等ꎮ通讯作者:杨洁ꎬ身份证号:３６０１１１１９５８０８∗∗∗∗２５ꎬ博士ꎬ教高ꎬ工作于江西省水土保持科学研究院ꎬ江西省土壤侵蚀与防治重点实验室ꎬ研究方向:水土保持科学研究ꎮ(责任编辑㊀戈素芬㊀责任校对㊀赵旭珍)。
海绵城市的降雨径流控制分析—一以聊城市为例
!(
环#境#工#程
第 !" 卷
究方法很多"以 利 用 降 雨 场 次 百 分 点 法 确 定 水 文 控 制 指标+!, 的研究较普遍#长序列分析法是目前中国在海
绵城市建 设 中 总 体 规 划 阶 段 中 确 定 指 标 最 常 用 的 方
法& 因此"以城市气象降雨资料为基础"在分析径流控
制率和降雨量关系的基础上"得出不同地区海绵城市 建设的径流控制+’=, "已是普遍的依据&
BA研究方法
土地利用类型数据来源于全国第 % 次土地调查 %&’& 年变更 数 据+’(, "径 流 系 数 来 源 于 - 海 绵 城 市 建 设技术指南. +’, "气象数据来源于中国气象数据网"
按照气象部门的规定"根据降雨量分为无雨/小雨/中 雨/大雨/暴雨和大暴雨等 " 个等级! 表 ’$ +’;, &
第 !" 卷#第 $ 期 %&’( 年 $ 月
环#境#工#程 )*+,-.*/0*123)*4,*00-,*4
5.36!" # 7.6$ 89-6#%&’(
海 绵 城 市 的 降 雨 径 流 控 制 分 析 !!! 以 聊 城 市 为 例 !
毛甘霖#刘加珍#靖淑慧#张天举
! 聊城大学 环境与规划学院"山东 聊城 %=%&=;$
@A引A言 海绵城市是指城市能够像海绵一样"下雨时吸水/
蓄水/渗水/净水"需要时将蓄存的水) 释放* 并加以利 用"具有自然积存/自然渗透/自然净化功能+’, & 海绵 城市是通过低影响开发模式达到控制雨水目标+%, "解 决城镇水问题"从而)弹性适应* 环境变化与自然灾害& 水文控制对海绵城市建设具有导向作用+!, "表现为不 透水面积增大"径流系数变大"地表径流量增加+$, & 陆 !#国#家#自#然科#学#基#金 !#$&;&’%<" $ #山 东 省 优 秀 中 青 年 科 学 家 科 研 奖 励
第一届中国水土保持学会科学技术奖获奖项目
第一届中国水土保持学会科学技术奖获奖项目等级项目名称完成人完成单位获奖项目编号一等黄土区基于水平衡的水土保持林草覆被及林分结构设计技术朱清科毕华兴张建军魏天兴张宇清张学培查同刚张岩尹忠东李永芳北京林业大学SBXH2007-J-1-01二等水土保持生态环境建设对黄河水资源和泥沙影响评价方法研究陈江南王云璋徐建华王国庆熊维新康玲玲穆兴民吴发启金双彦史学建李雪梅1．水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院2．水利部黄河水利委员会水文局3．中国科学院水利部水土保持研究所4．西北农林科技大学SBXH2007-J-2-01二等黄土高原农果复合型生态农业运行机制与关键调控技术研究吴发启李凯荣黄占斌朱德兰王健李会科杜翠萍佘雕张青峰杜文才徐军宏1．西北农林科技大学2．中国科学院、水利部水土保持研究所3.陕西省延安市农科所SBXH2007-J-2-02二等水土保持辅助规划设计软件史明昌黄兆伟计文琦李团宏刘瑜高勇郑国柱于波曹刚马海宽张瑞霞北京地拓科技发展有限公司SBXH2007-J-2-03二等岩质坡面喷混植生技术成果转化与推广张长印吴卫文章梦涛李光辉王富永袁建平许峰王康宾邹东平鲁胜力丛佩娟1．水利部水土保持监测中心2．深圳市如茵生态环境建设有限公司SBXH2007-J-2-04三等金沙江流域退耕还林（竹、草）综合配套技术研究与试验示范李昆方向京毕玉芬廖声熙孟广涛张春华李贵祥1．中国林业科学研究院资源昆虫研究所2．云南农业大学3．云南省林业科学院4．鹤庆县林业局5．彝良县林业局SBXH2007-J-3-01三等高塬沟壑区果园集雨节水灌溉技术示范与研究李怀有陈智汉郭永乐王斌闫剑张西宁安润莲1．水利部黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站2．水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局SBXH2007-J-3-02三等齐家川示范区径流高效利用技术体系研究赵安成李怀有郭锐刘文宏王斌张西宁水利部黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站SBXH2007-J-3-03三等矿区废弃地植被综合恢复王兵赵广东苏铁成白秀兰李刚1．中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所SBXH2007-J-3-04技术研究门树海关树军2．辽宁省抚顺矿业集团有限责任公司林业处3．辽宁省抚顺市环境监测站三等小流域坝系监测方法及评价系统研究党维勤王晓马三保艾绍周王秦湘赵牡丹高银富1．水利部黄河水利委员绥德水土保持科学试验站2．西北大学3．黑龙江省水土保持科学研究所SBXH2007-J-3-05三等高等级公路建设中水土流失预测模式及对策研究宋国平谭认贾志宏贺曦谭昌明四川省交通厅公路规划勘察设计研究院SBXH2007-J-3-06三等豫西山区雨水集蓄利用技术研究及工程示范双瑞陈维杰范宗桂张国亮路振广李重新吴培林1．河南省水土保持监督监测总站2．河南省水利科学研究院3．河南省汝阳县水利电力勘测设计室4．河南省汝阳县水土保持科技推广站5．河南省嵩县水土保持科学研究所SBXH2007-J-3-07三等花岗岩侵蚀区水土保持植物优化组合技术区域试验与示范左长清杨洁谢颂华喻荣岗张华明胡建民彭冬水江西省水土保持研究所SBXH2007-J-3-08三等四川丘陵生态保护型高效农业发展模式与技术研究赵燮京邓家林刘永红朱钟麟吴晓军夏先玖赵小蓉1．四川省农业科学院土壤肥料研究所2．四川省农业科学院作物研究所3．四川省农业科学院园艺研究所4．四川省畜牧科学研究院5．四川省农业厅SBXH2007-J-3-09三等广东省高速公路用地的生态恢复与水土保持研究李定强卓慕宁郑煜基贺新良吴志峰林锡奎莫顶勋1．广东省生态环境与土壤研究所2．广东省长大公路工程有限公司3．广东南粤物流实业有限公司SBXH2007-J-3-10三等浙江省开发建设项目水土流失成因及防治技术研究陈晨宇廖承彬陈奉良叶永棋李健杜运领尉全恩1．浙江省水土保持委员会办公室2．中国水电顾问集团华东勘测设计研究院SBXH2007-J-3-11三等黄河流域水土保持数据库朱小勇曹炜喻权刚王峰周鸿文1．水利部黄河水利委员会水土保持局SBXH2007-J-3-12表结构与信息代码编制规定郭玉涛陈平2．水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局三等叶用型沙棘育种研究邰源临卢顺光金争平温秀凤顾玉凯李永海张红梅1．水利部沙棘开发管理中心2．高原圣果沙棘制品有限公司SBXH2007-J-3-13三等小流域水土保持生态经济型治理模式研究张志芬张国权吴文奇李洪源张旭孙广军吴志远1．内蒙古通辽市水土保持局2．内蒙古通辽市水利技术推广站3．内蒙古通辽市库伦旗水务局水保站4．内蒙古通辽市奈曼旗水保局5．内蒙古兴安盟水务局水保站SBXH2007-J-3-14三等低山丘陵区沟壑水土保持三维梯级治理开发模式研究丁福俊吴钢戴武刚李春华杨春胡加琪王再祥1．辽宁省朝阳市水土保持工作总站2．中国科学院生态环境研究中心SBXH2007-J-3-15三等水土保持与绿化技术的绿化植生带技术推广应用匡尚富胡春宏王向东苏晓波曹文洪万育生徐永年中国水利水电科学研究院SBXH2007-J-3-16三等福建省人为水土流失调查与综合防治研究陈善沐林文莲王维明徐玉华陈明华吴清泉王二朋福建省水土保持监督站SBXH2007-J-3-17三等辽宁省东部山区水土保持生态自我修复研究侯俊华霍进臣高云彪刘君牛萍邵子玉李仁辉辽宁省水土保持局SBXH2007-J-3-18三等程海环湖生态防护林营造示范方向京雷玮孟广涛李贵祥王丽张正海刘开瑞1．云南省林业科学院2．云南省永胜县林业局SBXH2007-J-3-19三等水土保持术语（国家标准）张学俭牛崇桓鲁胜利王礼先佟伟力郭志贤苗光忠1．水利部水保司2．陕西省水土保持局3．水利部黄河水利委员会黄河上中游管理局4．水利部长江水利委员会水土保持局SBXH2007-J-3-20。
环境保护部办公厅关于推荐“十一五”环保科技工作先进集体和先进
环境保护部办公厅关于推荐“十一五”环保科技工作先进集体和先进个人表扬名单的通知【法规类别】环保综合规定奖惩【发文字号】环办函[2011]1495号【发布部门】环境保护部【发布日期】2011.12.17【实施日期】2011.12.17【时效性】现行有效【效力级别】XE0303环境保护部办公厅关于推荐“十一五”环保科技工作先进集体和先进个人表扬名单的通知（环办函[2011]1495号）各省、自治区、直辖市、副省级城市环境保护厅（局），新疆生产建设兵团环境保护局，部直属单位，各国家环境保护重点实验室和工程技术中心，各有关单位：“十一五”期间，在环境保护部党组的领导下，各级环境保护科技管理部门、各有关科研机构紧密结合国家环境保护的中心任务和重点工作，坚持以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，深入践行科学发展观，贯彻落实《关于增强环境科技创新能力的若干意见》精神，努力工作，勇于创新，涌现出一批环保科技工作先进集体和个人，推动了环保科技事业的长足发展，为国家环境保护与管理工作提供了有力的支撑。
为了树立当代环境保护科技工作楷模，进一步激励广大环境科技工作者崇尚诚信、勤奋敬业、开拓创新、创先争优，为探索出一条代价小、效益好、排放低、可持续的中国环保新道路提供强有力的科技支撑，促进社会、经济与环境的和谐发展，环境保护部决定在第二次全国环保科技大会期间表扬一批“十一五”环境保护科技工作先进集体和个人。
现将有关事项通知如下：一、表扬范围在“十一五”期间围绕《关于增强环境科技创新能力的若干意见》中的重要部署，承担环境保护部科技标准任务，在环境科学研究、技术开发、标准制修订、产业发展、环境与健康、应对气候变化、科学普及、能力建设、人才培养、学科建设以及环境科技管理等方面取得突出业绩，为促进历史性转变、实现污染减排目标和解决影响群众健康的突出问题做出重要贡献的先进集体和个人。
二、表扬对象（一）“十一五”环境保护科技工作先进集体（以下简称“先进集体”）先进集体表扬对象包括：（1）组织和承担环境保护部科技标准任务，执行过程中支撑服务有力、管理规范高效、成果显著、有效指导和规范了各项管理工作的单位或团队，可以是法人单位，也可以是围绕某一领域长期开展科技工作的二级单位或团队；（2）已建成的并取得突出业绩的国家环境保护重点实验室和工程技术中心；（3）国家环境保护科普基地；（4）环保科技管理单位和部门。
传承傅焕光创新的生态理念 科学发展我国水土保持事业——纪念傅先生诞辰120周年
巴， 一块长满 了草 ， 一块 啥都 没长 光秃秃 的 。只见他 拿起 喷 壶
先浇没草的 ， 结果流下来的水很浑 浊 ； 然后 再浇有 草的 ， 流下来 的水就清澈得 多。接下来 ， 傅先生给大 家上 了一 堂生 动的水 土 保持科普课。此后 ， 他带领大家精神饱 满地大力 营造水 土保持
林， 修筑侵蚀沟谷坊和坡地沟洫梯 田工程 ， 河谷滩 地柳篱挂 淤 ，
理 实 践 的探 索 ， 出 了突 出 贡 献 。时 至 傅 焕 光 先 生 诞 辰 １０周 作 ２
传统 观念相结合 ， 出了综合 治理 黄河 的新 主张 ， 提 拟订 了治 理
大 纲 ， 养 了治 河 人 才 ， 行 了 测 量 、 验 、 计 等 基 础 工 作 。 培 进 试 设
早在 １２ ９ １年 ， 傅先生发表文章 《 提倡造林 以弭苏省 水灾》 。 文中详 细分析了江苏 省水 旱灾 害的原 因 ， 出了治 理途 径 ： 提 营
农 田垄作 ， 种植牧草 ， 步控制 了水土 流失 。 初
傅焕光在天水期间陆续 招聘 了叶培忠 、 蒋德麒 、 黄希周 、 张
绍钫 、 德 常、 敬 立 、 学 训 、 章根 、 中伦 、 新 民、 张 吴 徐 魏 吴 董 吕本
呼吁要注重南方水土保 持工作 ，防止 长江变成 第二 条黄河 ， 并
用 管理制 度 ， 做到专款 专用 、 专人 管理 ， 杜绝挤 占、 留和挪用 截 现 象。加强项 目审计 ， 自觉接受 审计 部 门监督 ， 确保 工程安 全 、 干部安 全和资金安全 。建 立“ 审批 、 淮 谁验 收 、 负责 ” 谁 的工作 机制 ， 严把工程验收关 。加强治理成 果管护 ， 确保治 理一片 、 巩 固一 片、 见效一片 。做 好工 程效 益监测 评价 工作 ， 国家宏 观 为 决策和项 目实施 提供 有力 的科 技支撑。 （ ） 实加强 机制 创新 。进一 步强 化 “ ４切 政府 主 导、 水保 搭 台、 部门唱戏 、 社会参 与” 的工作机制 ， 大项 目整合力 度 ， 加 多渠
河套灌区农田防护林网内土壤季节性冻融过程及水盐运移
第36卷第1期2022年2月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .36N o .1F e b .,2022收稿日期:2021-07-14资助项目:国家自然科学基金项目(31870706) 第一作者:郝可心(1996 ),男,硕士研究生,主要从事土壤水盐运移研究㊂E -m a i l :h k x h a o k e x i n @163.c o m 通信作者:肖辉杰(1978 ),男,教授,主要从事林业生态工程研究㊂E -m a i l :h e r r _x i a o @h o t m a i l .c o m河套灌区农田防护林网内土壤季节性冻融过程及水盐运移郝可心1,肖辉杰1,辛智鸣2,王百田1,曹琪琪1(1.北京林业大学水土保持学院,北京100083;2.内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站,内蒙古磴口015203)摘要:为了解内蒙古河套灌区农田防护林内冻融期土壤水盐状况及运移规律,在2020年10月至2021年4月实测土壤水分㊁盐分㊁温度及相关气象数据,并进行相关分析㊂结果表明:土体表层温度波动较大,随土层深度加深土体温度变化逐渐平缓㊂冻结期气温下降速率低于消融期气温回升速率,加之土壤温度变化的滞后性,冻结期比消融期长10天左右㊂季节性冻融冻结作用导致表层土壤含水量升高㊁深层含水量降低,消融解冻时期,土壤含水量逐渐降低㊂两侧林带农田边缘(0.3H ㊁4H )土壤表层含水量相比农田内部(1H ㊁2H ㊁3H )含水量低,近林带土壤含水率较小的现象随土层加深逐渐消失,在100c m 土层距离林带不同距离土壤含水率几乎没有差别㊂经过冻融过程土体盐分含量呈现增高态势,土壤冻结导致盐分在各个土层出现聚积,且不断积累,消融时融解层土壤盐分向地表汇聚,同时深层土壤出现一定程度盐分流失现象㊂近林带农田土壤盐分积聚程度强于远林带㊂土壤水盐运移基本呈显著相关,同时土壤盐分变异性大于土壤水分变异性,说明土壤盐分的运移过程更为复杂㊂研究结果揭示了冻融期防护林网内农田土壤水盐运移规律,为灌区防护林内农业发展提供了基础理论依据㊂关键词:季节性冻融;温度;土壤水盐;农田防护林中图分类号:S 152.7;S 152.8 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2022)01-0231-07D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2022.01.030T h e S e a s o n a l F r e e z i n g a n dT h a w i n g Pr o c e s s o f t h e S o i l a n d t h e C h a r a c t e r i s t i c s o fW a t e r a n dS a l t T r a n s po r t i n t h eF a r m l a n d S h e l t e rF o r e s tN e t i n t h eH e t a o I r r i ga t i o nD i s t r i c t H A O K e x i n 1,X I A O H u i j i e 1,X I NZ h i m i n g 2,WA N GB a i t i a n 1,C A O Q i qi 1(1.S c h o o l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,B e i j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100083;2.I n n e rM o n go l i a D e n g k o uD e s e r tE c o s y s t e m N a t i o n a lO r i e n t a t i o nO b s e r v a t i o na n dR e s e a r c hS t a t i o n ,D e n g k o u ,I n n e rM o n go l i a 015203)A b s t r a c t :T ou n d e r s t a n d t h e s t a t u s o f s o i lw a t e r a n d s a l t a n d i t sm i g r a t i o n l a w s d u r i n g t h e f r e e z i n g an d t h a -w i n gp e r i o d i n t h e f a r m l a n d s h e l t e r f o r e s t i n t h eH e t a o I r r i g a t i o nD i s t r i c t o f I n n e rM o n go l i a ,t h e s o i lm o i s -t u r e ,s a l i n i t y ,t e m p e r a t u r e a n d r e l a t e d m e t e o r o l o g i c a l d a t aw e r em e a s u r e da n da n a l yz e d f r o m O c t o b e r 2020t oA p r i l 2021.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e s u r f a c e s o i l t e m p e r a t u r e c h a n g e d s i g n i f i c a n t l y ,a n d l e v e l e do f f a s t h e i n c r e a s i n g s o i l d e p t h s .T h e r a t eo f t e m p e r a t u r ed e c r e a s ed u r i n g t h e f r e e z i n gpe r i o dw a s g r e a t e r t h a n t h e r a t e of t e m p e r a t u r e r i s ed u r i ng th e t h a wi n gp e r i o d .C o n s i d e r i n g t h eh y s t e r e s i so f s o i l t e m p e r a t u r e c h a n g e s ,t h e f r e e z i n gp e r i o dw a s a b o u t 10d a y s s h o r t e r t h a n t h e t h a w i n g p e r i o d .S e a s o n a l f r e e z i n g ca u s e d t h e i n c r e a s e d w a t e r c o n t e n t i n t h e s u r f a c e s o i l ,a n d t h ed e r e a s e ds o i lw a t e r c o n t e n t i n t h ed e e p l a y e r .D u r i n g t h e t h a w i n gp e r i o d ,t h e s o i lw a t e r c o n t e n t g r a d u a l l y d e c r e a s e d .T h e s u r f a c e s o i lw a t e r c o n t e n t i n t h e f a r m l a n d e d ge s (0.3H ,4H )of t h e f o r e s t b e l t s o n b o t h s i d e sw a s s m a l l e r t h a n t h a t o f f a r m l a n d (1H ,2H ,3H ).T h e p h e n o m e -n o no f l o ws o i lw a t e r c o n t e n t i nf o r e s tb e l t sg r a d u a l l y d i s a p p e a r e dw i t hth ed e e p e ni n g o f s o i l l a y e r s .T h e r e w a s a l m o s t n od i f f e r e n c e i n s o i lw a t e r c o n t e n t a t d i f f e r e n t d i s t a n c e s f r o mt h e f o r e s t b e l t i n 100c ms o i l l a ye r .D u r i n g t h ef r e e z i ng a n d th a wi n g p e r i o d ,t h e s a l t c o n t e n t i n s o i l i n c r e a s e d .S o i l f r e e z i n g ca u s e d s a l t t o a c c u m u -l a t e i nv a r i o u s s o i l l a y e r s .D u r i n g t h e t h a w i n g ,s o i l s a l t a c c u m u l a t e d t o t h e s u r f a c e l a ye r ,a n d s a l t r e d u c e d i n t h e d e e p s o i l .T h e d e g r e e of s o i l s a l t a c c u m u l a t i o n i n f a r m l a n dn e a r f o r e s t b e l tw a s s t r o n ge r t h a n t h a t i nf a r f o r e s t b e l t .T h e t r a n s p o r t s o fw a t e r a n d s a l t i n s o i l b a s i c a l l y s h o w e d a s ig n i f i c a n t c o r r e l a t i o n s ,a n d th e v a ri a -b i l i t y o f s a l tw a s g r e a t e r t h a n t h a t o fw a t e r ,i n d i c a t i n g t h a t t h e p r o c e s s o f s a l t t r a n s p o r tw a sm o r e c o m pl i c a t -e d .T h e r e s u l t s o f t h i s s t u d yr e v e a l e d t h e l a wo f s o i l w a t e r a n d s a l tm o v e m e n t i n t h e f a r m l a n dw i t h i n t h e p r o -t e c t i o n f o r e s t d u r i n g t h e f r e e z i n g a n d t h a w i n gp e r i o d,a n d c o u l d p r o v i d e ab a s i c t h e o r e t i c a l b a s i s f o r a g r i c u l-t u r e i n t h e i r r i g a t i o na r e a.K e y w o r d s:s e a s o n a l f r e e z i n g a n d t h a w i n g;t e m p e r a t u r e;s o i lw a t e r a n d s a l t;f a r m l a n d s h e l t e r b e l t盐渍土广泛分布在我国西北㊁华北㊁东北及沿海农业产业区内,是我国最主要的中低产土壤类型之一[1]㊂北方地区土壤季节性冻融加剧土壤积盐[2],从而造成季节性冻融区土壤盐渍化[3]㊂春季土壤积盐严重损害农作物幼苗,降低农作物产量[4],制约农业产业及生态环境可持续发展㊂因此,针对季节性冻融时期农田土壤水盐运移规律的研究具有十分重要意义㊂土壤冻融是一个十分复杂的过程,伴随物理㊁物理化学㊁力学的现象和子过程,包括水分㊁热量的传递㊁水分的相变以及盐分聚集[5]㊂我国对于非冻融时期土壤水盐方面的研究较多,对于冻融时期土壤相关研究起步较晚,上个世纪80年代才出现针对土壤冻结㊁土壤消融以及土壤冻胀㊁土壤盐胀方面的研究[6-7],但对于冻融条件下土壤水盐运移仍然处于探索阶段㊂而农田防护林系统保护的农田土壤冻融机理更为复杂,影响因素更多,目前研究较少㊂已有研究[6]表明,土壤冻融过程中,土壤剖面发生结构变异,形成冻结层㊁似冻层㊁非冻结层,冻结时期冻结锋面从地表向下发育过程中,土壤液态水㊁气态水运动状态均呈上渗型,向冻结层下界面运移,土壤中水分迁移在毛管力作用下形成土壤水势,导致土壤表层水分含量增加㊂于炜等[7]在探讨不同外界条件对土壤冻融作用中发现,土壤冻结作用可以增加水分迁移量,在0 30,100 140c m深度下的土层中水分迁移作用明显,而在30 60,60 100c m深度下的土层迁移作用不显著,针对冻结土壤水分的运移也有学者进行了相关模型运用及数值模拟[8]㊂在盐分运移方面,国内外针对不同土壤覆盖方式㊁灌溉方式㊁土壤质地㊁蒸发作用对作物生长㊁水盐运移规律以及水盐积聚特征的影响做了一定探究[6-9]㊂张殿发等[10]研究认为,冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制,冻融条件下土壤中盐分迁移是水分对流㊁浓度梯度㊁温度梯度㊁不同溶质㊁土壤结构及质地等因素作用下的综合结果,温度是导致土壤中水分与盐分迁移的驱动力㊂李瑞平等[11]进行了季节性冻融期土壤水盐的B P神经网络模拟,得到了水盐迁移的动态变化规律㊂目前研究认为,土壤水盐运移存在一定协同性,并且对农田土壤具有一定影响㊂张光辉等[12]对防护林带边缘及周围农田土壤水分的研究发现,林带及草被蒸腾耗水及拦截径流会导致农田土壤含水率降低的现象;张宇清等[13]在植物根系对土壤水分影响的研究中证明,新疆杨根系分布会造成土壤水分亏缺,影响农作物生长㊂陈作州等[14]在利用根障减轻防护林与农田竞争并分析此举对农作物产量的影响㊂农田土壤水分亏缺容易造成土壤盐分积聚,影响农作物生长发育㊂本文以内蒙古河套灌区内防护林农田试验场为研究对象,揭示季节性冻融过程及土壤水盐运移特征规律,探究农田防护林对土壤水盐的影响效果,为防治土地盐渍化及农田防护林建设提供科学依据㊂1材料与方法1.1研究区概况试验地位于内蒙古磴口县荒漠生态系统国家定位研究站,主要研究区位于中国林科院沙林中心第二试验场农田防护林内,地理坐标为(106ʎ35' 106ʎ59'E, 40ʎ17' 40ʎ29'N),海拔1050m㊂该区属于温带干旱荒漠气候,年平均降水量145m m,蒸发量为2387.6m m,年平均气温7.6ħ,昼夜温差大,日照充足,年日照时间约3000h,无霜期136天,多年平均降水量约145m m,降雨主要集中在6-9月,约占全年降水量的70%~ 80%,冻融期降水量较小㊂防护林林带㊁林网结构为小网格㊁窄林带,树种主要有新疆杨㊁小美旱杨㊁二白杨㊁沙枣等,对防护林结构进行调查,农田土壤类型为砂质壤土,主要农作物为玉米㊁西葫芦及向日葵㊂本次研究选取研究地区应用较多的2行小美旱杨和2行二白杨行间混交的4行防护林配置,林带340mˑ120m,南北走向,树龄25年,树高25m,株行距2.5mˑ1.5m㊂1.2试验设计试验在2020年10月至2021年4月冻融期进行,在防护林网内的农田进行取样,防护林主林带为西林带,沿主林带方向布设3条样线,分别在距离主林带0.3H(农田边缘)㊁2H㊁3H㊁4H(另一侧林带边缘)处布设取样点(图1)㊂整个冻融期内在各取样点进行人工取样,冬季冻土采用冲击土钻获取土样,取样深度分别为0 20,20 40,40 60,60 80, 80 100c m,为保证采样间隔密集,数据具有时间连续性,同时避免农业措施等影响,每月取样2~3次㊂取样密封装袋,在室内测定土壤含水量和电导率,设置3次重复;取样时同时使用土壤温度多参数记录仪测定土壤温度;气象数据(气温)利用当地生态观测站获取㊂1.3测试指标1.3.1土壤水分将取好的土样放入铝盒中,带回实验室,采用烘干法(105ħ,12h)测定土壤含水量㊂232水土保持学报第36卷图1 农田内试验点分布1.3.2 土壤盐分测量 土壤中盐分只有溶解到溶液中才能对作物产生严重危害,而土壤溶液电导率与土壤含盐量显著相关,土壤溶液电导率中的电解质浓度能够作为溶液中盐离子浓度反应土壤盐分情况,成为衡量土壤盐分的指标[15]㊂土样经自然风干㊁磨细并过1mm 筛后,按土水质量比1ʒ5制备土壤浸提液,采用D D S -307A 型电导率仪测定浸提溶液E C 值,然后根据经验公式换算为土壤水溶性全盐质量分数㊂C =(S +9.2)/2000(1)式中:C 为土壤盐分质量含量(g /k g);S 为25ħ时土壤水浸出液的电导率(μS /c m )㊂1.3.3 土壤温度 在取样点利用HH 2M o i s t u r eM e t e r 土壤温度多参数记录仪测定,采用多时段定期测定的方式㊂1.4 数据处理采用E x c e l 软件对数据进行统计分析,使用O r i gi n 2017软件绘图,使用S P S S25软件进行皮尔逊相关性分析,使用S u r f e r 16软件制作等高线图㊂2 结果与分析2.1 防护林内农田土壤冻融过程2.1.1 冻融期气温与土壤温度变化 由图2可知,农田地表温度随气温降低而降低,且具有一定滞后性,土体温度随土层深度加深变化愈加平缓㊂11月15日气温首次出现持续大幅下降,降温达16.32ħ,而20c m 表层土壤温度在11月17日开始出现下降趋势,下降幅度为10.31ħ㊂温度变化幅度上表层土壤(0 20c m )温度受气温影响变化最剧烈,变化趋势同气温变化最为接近,随土层深度加深,土壤温度变化渐趋平缓㊂整个冻融期气温温差最大可达38.59ħ,0 20,20 40c m 土层温差最大为25.56,20.87ħ,而40 60,60 80,80 100c m 土层下温度变化都在10ħ左右㊂在冻融时间上,土壤冻结过程比消融时间更长,且随着土层深度增加,冻结和消融消耗时间逐渐减少㊂从10月25日开始,气温出现波动式下降,在11月21日出现负温,负温状态持续到2月末,气温上升过程在4月1日趋于平稳㊂土壤从表层开始冻结,0 20c m 土层在11月27日出现负温,随土层加深,负温出现越来越晚,土壤各层均在3月逐渐解冻,在4月1日基本消融㊂图2 冻融期防护林内农田土壤不同土层温度与气温变化2.1.2 距林带不同距离土壤冻融过程 盐渍土冻融过程也会受土壤水盐含量影响,因为土壤含水量和含盐量会对冰点产生影响,土壤含水量越小,含盐量越大,土壤冻结温度越低[16],有研究[17-19]表明,在土壤含水量20%左右,含盐量1g /k g 左右,土壤冻结温度在-0.01ħ㊂结合已有研究结论,以0ħ作为土壤冻结温度,冻结深度作为土壤冻结锋面,相应日期为土壤冻结日期㊂由图2可知,根据气温变化及相应土壤温度变化,将土壤冻融过程划分为3个阶段,从11月21日气温开始出现负温,在距离林带不同距离(0.3H ㊁1H ㊁2H ㊁3H ㊁4H )上,农田表层土壤分别从11月25日,12月3日,12月9日,11月27日,11月29日出现负温,林带两侧树木遮挡太阳辐射,秸秆和枯枝落叶的回收使得土壤缺乏隔温层,表现出近林带土壤冻结时间开始较早,到12月20日左右,昼夜气温温差较大,表层土壤出现昼融夜冻现象,土壤产生水 冰㊁冰 水的交替相变过程[20],这一阶段为初始冻结期㊂12月20日之后气温逐渐下降,到第2年1月6日,日平均气温达到最低-16.49ħ,此时土壤持续冻结,冻深不断增加,土壤开始持续进行水 冰的相变过程㊂此后,气温逐渐稳定,土壤温差变化幅度不大,1月6日至2月中旬为稳定冻结期,2月中下旬进入消融解冻期,气温逐步回升,表层土壤受气温作332第1期 郝可心等:河套灌区农田防护林网内土壤季节性冻融过程及水盐运移用迅速升温,深层土壤温度变化幅度小且接近0ħ,因此土壤从地表和下部冻层同时解冻㊂整个冻融过程中,近林带土壤冻结期更长,同时消融时间相似,导致土壤中水分㊁盐分积聚程度不同㊂2.2冻融期农田防护林网内距林带不同距离土壤水分变化由图3可知,冻融期防护林网内农田土壤含水量在各个土层呈现出不同变化,冻结作用导致表层土壤含水量升高,深层含水量降低㊂在0 20c m表层土壤含水量于11月5日初始冻结开始到12月15日之间出现先升高㊁后降低㊁再升高的现象,整个冻融期期间土壤表层含水量平均增加14.87%,土壤含水量最高达31.60%,同期20 40,40 60c m土层含水量变化不明显,含水量在27.23%~37.53%,在60 80,80 100 c m土层含水量分别降低12.38%~14.13%㊂消融解冻时期,土壤含水量呈下降趋势,20 40c m土层含水率下降幅度最大,消融期结束土壤含水量下降15.59%㊂对比距离林带不同距离处土壤水分,农田边缘林带(0.3H㊁4H)表层土壤含水量相比远林带(1H㊁2H㊁3H)含水量小,农田边缘林带表层土壤含水量平均为27.12%,农田内部远林带土壤含水量平均能达到30.26%,近林带含水量小的现象随土层加深慢慢消失,在80 100c m土层距离林带不同距离含水率几乎没有差别㊂冻融期不同土层对比下,表层土壤含水量明显低于深层,含水量总体变化范围在25.27%~45.68%㊂2.3冻融期农田防护林内土壤盐分变化由图4可知,冻融期表层土壤出现2次盐分大量积聚,并且经过冻融时期土体盐分含量呈现增高态势㊂12月5日冻结前期0 20c m表层土壤盐分首次大幅度提升,并在短期达到最大值0.46g/k g,此时80 100c m处深层土壤盐分含量也维持较高水平㊂第2次表层土壤盐分提升在3月25日,含量达0.48g/k g㊂随土层加深,盐分总体变化趋势相似,相比表层土壤,深层土壤盐分抬升时期滞后,总量低于表层土壤㊂由图5可知,在距离不同林带距离上,盐分呈现出不同时空分布㊂冻结前期,表层土壤盐分含量较低,盐分在80 100c m土层出现聚积㊂10月5日至11月15日,距离林带不同距离0 20c m土层土壤平均含盐量0.21g/k g,80 100c m土层平均含盐量达到0.35g/k g㊂冻结期,盐分随土壤水分迁移到冻层附近,土壤盐分含量最高可达0.57g/k g㊂消融期,融解层土壤盐分向地表汇聚,释放水分,盐分在地表出现快速积累,表层(0 40c m)盐分普遍较高,最高可达0.56g/k g,同时深层土壤出现一定程度盐分流失现象,在0.3H距离的近林带60 80c m土层出现最低含盐量0.26g/k g ㊂图3冻融期防护林内不同距离农田土壤不同土层含水量变化432水土保持学报第36卷图4冻融期防护林内农田土壤不同土层含盐量变化林网内距林带不同距离处土壤盐分含量不同,近林带(0.3H㊁4H)总体土壤盐分含量略高于远林带(1H㊁2H㊁3H),近林带土壤盐分含量平均为0.35g/k g,远林带土壤盐分平均含量为0.33g/k g㊂稳定冻结期深层土壤盐分积累以及消融期表层土壤返盐程度近林带都明显强于远林带㊂稳定冻结期深层土壤盐分聚积,在距林带0.3H处,80 100c m土层盐分含量最高达到0.61g/k g㊂消融期0 20c m土壤表层积盐达到0.67g/k g㊂相同土层稳定冻结期远林带处平均土壤盐分含量只有0.36g/k g,消融期远林带(1H㊁2H㊁3H)处平均表层积盐仅有0.43g/k g㊂2.4土壤水分与盐分时间变异特征由表1可知,冻融时期土壤水盐变化在不同土层呈现出不同相关程度㊂0 20c m表层土壤水盐相关系数为0.173,相关性不显著;随土层加深,20 40, 40 60c m土层相关系数分别为0.357,0.329,呈极显著相关;60 80c m土层相关系数为0.245,呈显著相关;80 100c m土层土壤水盐相关系数呈负,但并未达到显著相关水平㊂利用经典统计学方法对冻融期不同深度土壤水分㊁盐分的均值㊁标准差㊁变异系数进行分析[21],土壤变异系数E<10%为弱变异,10%<E<100%为变异[22]㊂对初始冻结期㊁稳定冻结期㊁消融解冻期3个时期土壤水分㊁盐分变异性进行分析㊂由图6可知,盐分变异系数总体大于水分变异系数,盐分变异系数最高可达24.28%,水分变异系数最高只有10.36%㊂除初始冻结期表层土壤水盐变异程度较低,其余均为变异程度,3个时期均在40 80c m较为深层的土壤中含盐量变异程度达到最高,最高可达24.28%㊂3讨论季节性冻融气温变化导致土壤温度变化,形成冻土层[16]㊂图5冻融期防护林内不同距离农田土壤含盐量时空变化表1冻融期不同土层土壤水盐相关性土层深度/c m相关系数0-200.173N S20-400.357**40-600.329**60-800.254*80-100-0.195N S注:表中数据为P e a r s o n相关系数;**表示p<0.01,*表示p<0.05,N S为不显著㊂532第1期郝可心等:河套灌区农田防护林网内土壤季节性冻融过程及水盐运移图6冻融期防护林内农田土壤水分、盐分变异程度气温变化主导的季节性土壤冻融冻结作用由地表向下单向发生,在土壤冻结时,土壤水分吸收热量,造成土壤负温,随着土层加深,负温消耗增加,冻结时间进而延长;消融期表层土壤受温度作用,土壤存在非冻结层,深层土壤在土层保温及地下水作用下进行双向融解㊂整个冻融期冻结时间长,消融时间短,土壤消融速度比冻结速度更快㊂春季土壤快速消融导致土壤水分快速蒸发,土壤盐分快速积聚㊂冻融初期表层土壤含水量呈现出波动状增加㊂土壤从表层开始冻结,昼夜气温温差大,表层土壤出现冻结融化交替出现,夜间气温下降,土壤水分冻结㊂受到黏滞性和水膜表面张力作用形成毛管水,土壤颗粒与冻结冰晶之间形成水势差,冻结时水分聚集到冰晶上[23],而白天土壤融化又使液态水增加,昼融夜冻下水分不断迁移,冻结作用强于融化作用导致土壤含水量增加,有学者[22]通过对土壤中水流迁移及通量模拟中得出,土壤水在水势和温度梯度作用下在冻结锋处聚集形成通量峰值,冻结作用强于融化作用,与本研究结论一致㊂稳定冻结期持续发展,深层土壤水分补给逐渐变少,受到表面蒸发㊁缺乏降水的作用,土壤含水量减小㊂消融阶段,土壤表层含水量下降㊂气温不断攀升,表层融化水分蒸发,土壤水势下降,深层土壤随融化水分逐渐饱和,随气温升高土壤不断解冻㊂冻结初期及稳定冻结期,距离林带不同距离下近林带农田边缘土壤含水量低于远林带农田内部土壤,这种现象在表层土壤最为明显,随土层加深含水量差异逐渐消失,冻融期间土壤含水量受到地表蒸腾及林带根系作用,林带遮光及根系吸水造成近林带土壤冻结早㊁冻结快,林带边缘含水量小㊂土壤属于多孔介质,盐分以对流和弥散的形式在土壤中迁移[22],冻融时期土壤中盐分以不同方式存在,部分盐分跟随水分冻结,部分盐分在冰晶中析出,溶于未冻水运移[20]㊂冬季持续的土壤冻结,盐分在冻层聚积,主要原因是似冻层水分向冻层迁移,土体冻胀导致土壤空隙扩大,水分随之进入冻结至饱和状态,盐分此时在冻结层累积,此外由于秋浇等农业行为,加之蒸发作用逐渐减小,造成部分表层土壤盐分被淋洗至深层土壤㊂随冻结锋面不断加深,盐分在冻结过程中形成不同浓度梯度进行弥散运移,冻层继续加深,冻结锋面向下发展,在温度和水势梯度作用下,大量盐分在冻结层聚积㊂消融期由于地表蒸发,上部土壤水分蒸发消耗,中间层冻土阻隔表面融水下潜,形成上层滞水,诱发盐分的二次抬升,导致土壤整体盐分含量上升,尤其是表层土壤积盐严重,形成春季返盐,王维真等[24]在对不同冻融土壤及覆盖类型的研究中,也得到了相同结论㊂冻融时期土壤盐分的二次抬升导致表层积盐在诸多研究中被证实,与本次研究结论相同㊂此外,本次研究还发现,消融时期由于消融速度快,部分盐分向下层土壤流失,造成深层土壤脱盐㊂同时针对防护林带内土壤水盐运移情况发现,距离林带不同距离农田土壤盐分聚积效果不同,可能是由于林带遮挡导致阳光辐射程度不同,蒸发效果不同导致,由于树木根系作用,导致近林带农田土壤盐分积聚程度强于远林带㊂林带边缘土壤盐分的大量聚积导致林带胁地效果加强,影响农作物春季生长发育㊂可以通过农业措施减轻林带的积盐效应,有研究[25]显示,采用不同覆盖方式能够实现蓄水保墒控盐作用㊂此外,在土壤水盐相关性方面,20 80 c m土层中土壤水盐基本呈显著相关,说明冻融主要发生在此土层深度范围内,且水盐运动程度相对一致㊂同时土壤盐分时间变异程度高于土壤水分变异性,说明盐分迁移程度高,且土壤盐分运动相对土壤水分更复杂,需要进一步深入研究㊂4结论季节性冻融农田防护林内土壤冻结期比消融期时间长,冻融从地表开始向下发生㊂农田地表温度随气温降低而降低,且具有一定滞后性,土体温度随土层深度加深变化愈加平缓㊂冻结期冻结作用导致表层土壤含水量升高㊁深层含水量降低;农田边缘近林带(0.3H㊁4H)表层土壤632水土保持学报第36卷含水量相比农田内部远林带(1H㊁2H㊁3H)表层土壤含水量小,近林带土壤表层含水量下降时间相比远林带延后,近林带含水量较小的现象随土层加深慢慢消失㊂冻融期表层土壤在冻结和消融时期分别出现2次盐分大量积聚,并且经过冻融时期土体盐分含量呈现增高态势,深层土壤出现脱盐现象近林带农田土壤盐分积聚程度强于远林带㊂冻融期土壤水盐运移大体呈现出显著相关性,冻融时期不同土层盐分变异系数基本大于水分变异系数,农田防护林内土壤盐分运移机制比水分复杂程度更高㊂参考文献:[1]杨劲松.中国盐渍土研究的发展历程与展望[J].土壤学报,2008,45(5):837-845.[2]富广强,李志华,王建永,等.季节性冻融对盐荒地水盐运移的影响及调控[J].干旱区地理,2013,36(4):645-654.[3] Z h a n g DF,W a n g S J.M e c h a n i s mo f f r e e z e-t h a wa c t i o ni n t h e p r o c e s s o f s o i l s a l i n i z a t i o n i nn o r t h e a s t C h i n a[J].E n v i r o n m e n t a lG e o l o g y,2001,41(1/2):96-110.[4]J i a n g J,H u oZL,F e n g SY,e t a l.E f f e c t s o f d e f i c i t i r-r i g a t i o nw i t hs a l i n ew a t e ro ns p r i n g w h e a t g r o w t ha n dy i e l d i na 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新安江流域水生态环境形势分析及对策研究
新安江流域水生态环境形势分析及对策研究常文婷１，叶敏１，盛海燕１，单亮１，杨文杰２（１．杭州市生态环境科学研究院，浙江杭州３１００１４；２．生态环境部环境规划院，北京１０００１２）摘要㊀新安江作为皖浙两省人民共同的母亲河，承担着饮用水源供给㊁水源涵养㊁水土保持等重要生态服务功能，战略地位举足轻重㊂２０１２年以来，新安江流域生态保护工作取得积极成效，但仍然存在部分水体水质不稳定㊁局部水体藻类水华风险较高等问题㊂剖析当前新安江流域水生态保护面临的突出问题，建议通过加快推进共保规划实施㊁加大污染防治力度㊁从严防范水风险㊁加强流域共保联治等措施，着力解决流域突出的水生态环境问题，确保新安江流域生态环境保护和高质量协同发展稳步推进㊂关键词㊀新安江流域；水生态保护；形势；对策中图分类号㊀Ｘ５２㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２３）１６－００５４－０３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２３．１６．０１３㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＳｉｔｕａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅＳｔｕｄｙｏｆＷａｔｅｒＥｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎＸｉｎ ａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎＣＨＡＮＧＷｅｎ⁃ｔｉｎｇ，ＹＥＭｉｎ，ＳＨＥＮＧＨａｉ⁃ｙａｎｅｔａｌ㊀（ＨａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｃｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００１４）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｘｉｎ ａｎＲｉｖｅｒ，ｔｈｅｍｏｔｈｅｒｒｉｖｅｒｏｆｂｏｔｈＡｎｈｕｉａｎｄＺｈｅｊｉａｎｇ，ｐｌａｙｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｏｌｅｉｎｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙ，ｈｅａｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａ⁃ｔｉｏｎ，ａｎｄｗａｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｄｅｓｐｉｔｅｇｒｅａｔａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＸｉｎ ａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎｓｉｎｃｅ２０１２，ｔｈｅｒｅｒｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｕｎｓｔａｂｌｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈａｌｇａｌｂｌｏｏｍｒｉｓｋｓｉｎｓｏｍｅａｒｅａｓｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒ．Ｇｉｖｅｎｔｈｅｆｏｒｅｇｏｉｎｇ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｔａｃｋｌｅｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｍｉｎｅｎｔｗａｔｅｒｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｊｏｉｎｔｐｒｏ⁃ｔｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｓ，ｇｒｅａｔｅｒｅｆｆｏｒｔｓｏｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｓｔｒｉｃｔｗａｔｅｒｒｉｓｋｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，ａｎｄｇｒｅａｔｅｒｅｆｆｏｒｔｓｏｎｊｏｉｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔ⁃ｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒ，ｓｏａｓｔｏｓｔｒｉｋｅａｇｏｏｄｂａｌａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｈｉｇｈ⁃ｑｕａｌｉｔｙｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅＸｉｎ ａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｘｉｎ ａｎＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ；Ｗａｔｅｒｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ；Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ基金项目㊀杭州市科技计划引导项目（２０２０１２３１Ｙ００５，２０２１１２３１Ｙ０１９）㊂作者简介㊀常文婷（１９８３ ），女，安徽涡阳人，高级工程师，硕士，从事水生态环境研究㊂收稿日期㊀２０２２－０９－２２；修回日期㊀２０２２－１１－１０㊀㊀新安江发源于安徽省黄山市休宁县六股尖，地跨皖浙两省，为钱塘江正源，是安徽省内的第三大水系，也是浙江省千岛湖最大的入湖河流，占千岛湖年均入库水量的６０％以上，对千岛湖水质起着决定性的作用㊂２０世纪末，随着新安江上游人口增长与经济发展，水污染问题逐渐加重，千岛湖库区水体综合营养状态指数呈中营养，发生水华次数渐多［１］㊂为了解决新安江上下游发展与保护的矛盾，２００７年，国家发改委㊁财政部㊁国家环境保护总局等初步明确将新安江流域作为跨省流域生态补偿机制建设试点［２］㊂２０１１年２月，习近平在全国政协‘关于千岛湖水资源保护情况的调研报告“上做出重要批示，强调 千岛湖是我国极为难得的优质水资源，加强千岛湖水资源保护意义重大，在这个问题上要避免重蹈先污染后治理的覆辙 ，希望 浙江㊁安徽两省要着眼大局，从源头控制污染，走互利共赢之路 ，从此拉开了全国首个跨省水环境生态补偿试点的大幕［３－５］㊂２０１１年９月，财政部㊁环境保护部印发‘新安江流域水环境补偿试点实施方案“，为试点的高效实施和整体推进提供了政策保障㊂２０１２年，财政部㊁环境保护部㊁浙江省㊁安徽省签订协议，新安江流域水环境补偿试点正式启动㊂截至２０２０年，皖浙两省已开展了三轮九年生态补偿试点，新安江流域生态保护工作取得积极成效，但仍然存在部分水体水质不稳定㊁局部水体藻类水华风险较高等问题，氮磷防控压力尚未根本缓解，流域水生态保护形势依然严峻㊂因此，该研究剖析新安江流域水生态保护存在的问题及形势，提出急需解决的问题及对策建议㊂１㊀流域概况新安江流域总面积约１１４５２．５ｋｍ２，其中，安徽省黄山市境内面积５８５６．１ｋｍ２，宣城市绩溪县境内面积８８０．７ｋｍ２，浙江省杭州市境内面积４７１５．７ｋｍ２㊂截至２０２０年，新安江流域户籍人口２２３．８万人，地区生产总值１０９１．０２亿元㊂千岛湖位于浙江省杭州市淳安县境内，小部分连接杭州市建德市西北，是１９５７年开建新安江水电站拦蓄新安江上游而成的人工湖，设计水位１０８ｍ，库容１７８．４亿ｍ３，水域面积约５８０ｋｍ２㊂２０１３年底，国家发改委发布‘千岛湖及新安江上游流域水资源与生态环境保护综合规划（２０１３ ２０２０）“，将千岛湖及新安江上游流域首次定位为 长三角地区重要战略水源地生态屏障 ㊂２０１９年９月，千岛湖正式成为杭州市重要饮用水源地，年供水规模９．７８亿ｍ３，惠及人口１０００余万㊂新安江流域上游共设置坞口㊁篁墩㊁临河大桥㊁横江大桥㊁率水大桥㊁浦口㊁新管㊁街口８个国控断面，２０２０年各断面年均水质均达到河流Ⅱ类㊂新安江流域下游千岛湖湖体共设置小金山㊁三潭岛㊁大坝前３个国控断面，以及航头岛㊁茅头尖２个入湖河流国控断面，２０２０年，除小金山断面年均水质为湖库Ⅱ类外，其他断面水质类别均为Ⅰ类㊂２㊀水生态环境２．１㊀部分水体水质不稳定㊀新安江干流汛期水质受降雨影响较大，部分断面易出现总磷等指标超标现象；同时受上游来水影响，千岛湖总氮浓度长期处于高位，小金山等点位部分月份总磷指标未达到国家考核要求㊂尽管千岛湖部分水质断面能阶段性保持贫营养水平，但较大比例水域已处于中㊀㊀㊀安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２３，５１（１６）：５４－５６营养，且在时间上存在不稳定性，暴雨入库期全库总磷平均值可达枯水期的３倍，不同月份浮游植物生物量差异可达１５倍，表明千岛湖水质的稳定达标存在较大挑战［６］㊂２．２㊀局部水体藻类水华风险较高㊀近５年千岛湖西北湖区（安徽省来水方向）局部水域夏季不同程度发生蓝藻水华，并逐步向千岛湖中心湖区推移［７］㊂千岛湖热容大㊁换水快㊁水温增加较慢，在春季因温度低不易形成蓝藻水华，但在梅雨之后，营养盐大量入库及伴随的高温晴热天气共同作用，往往诱发出蓝藻水华［８］㊂朱广伟等［６］调查发现，千岛湖西北库湾在２０２１年４月㊁５月均出现了明显的硅藻异常增殖现象，千岛湖水库中硅藻水华问题也应引起关注㊂２．３㊀千岛湖水生生态系统存在一定风险㊀自２０００年以来，千岛湖水生生态系统中的浮游植物群落㊁浮游动物群落及鱼类结构均发生了一定的变化㊂浮游植物群落整体数量呈上升趋势，结构上出现蓝藻化倾向，以硅藻为优势的群落结构逐渐变为以蓝藻为优势㊂浮游动物群落结构由大型的枝角类趋向小型化，导致轮虫相对生物量增加，而对藻类有控制作用的浮游甲壳动物相对生物量减少㊂千岛湖鱼类中鲢鳙鱼的优势度较大，导致鱼类的物种多样性降低㊂３㊀水生态环境保护面临的突出问题３．１㊀农业污染尚未有效控制㊀基于第二次全国污染源普查数据，新安江流域总氮㊁总磷的贡献主要来源于农业源㊂以杭州市淳安县为例，总氮㊁总磷来源中农业源占比高达６７％㊁７８％，其中，种植业总氮㊁总磷排放量分别占８６％和７４％㊂通过２０２０年５月 ２０２１年４月在千岛湖开展的为期一年的逐月水环境调查发现，千岛湖总氮浓度存在明显的季节差异性，春㊁夏㊁秋㊁冬总氮浓度平均值呈季度下降趋势，也反映了春耕㊁夏播等农业活动对总氮的贡献，应将农业污染作为下一步总氮㊁总磷治理的重点㊂３．２㊀城镇污染仍未根本解决㊀新安江上游流域内城镇连续分布，老城区及城郊接合部等区域仍存在污水收集能力不足㊁污水处理厂进水化学需氧量等浓度偏低等问题㊂赵星辰等［７］研究了城镇分布对新安江水系及千岛湖营养盐浓度的影响，研究表明，城镇污染对水体营养盐浓度影响显著，水体流经人口集中㊁城镇化程度高的黄山市屯溪区后，ＴＮ㊁ＴＰ和ＮＨ４＋－Ｎ浓度平均增幅分别为８６．１％㊁７７．７％和１６４．４％，干流水体受纳黄山市歙县城镇三大支流来水后，ＴＮ㊁ＴＰ浓度平均增幅分别为４７．６％㊁７０．３％，枯水期城镇污染对水体氮浓度的影响更大㊂３．３㊀农村基础设施急需加强㊀新安江流域上游地区农村生活污水处理率不高［９］，新建设施的运维管理水平仍需提升㊂新安江流域下游地区虽然基本实现了农村生活污水治理设施及运维管理全覆盖，但２０１４年以前建设的部分农村生活污水治理设施，缺乏相关的设计规范及经验，存在设计工艺不合理㊁铺设管网不规范㊁未按要求设置检查井等问题，从而影响污染物去除效率㊂３．４㊀流域生态补偿机制仍需完善㊀２０２０年，新安江流域水环境补偿三轮试点收官，但仍存在评估体系不完善㊁补偿方式单一㊁长效机制尚未健全等问题㊂同时，随着试点纵深推进，所面临的形势㊁任务与工作要求也发生了变化㊂‘长江三角洲区域一体化发展规划纲要“‘长江三角洲区域生态环境共同保护规划“均明确要继续完善新安江流域横向生态补偿试点机制，建设新安江 千岛湖生态补偿试验区㊂３．５㊀流域协商合作机制有待完善㊀新安江流域上游黄山市建立的新安江流域生态建设保护中心仅负责协调本市内的流域生态保护活动，皖浙两省主要以联席会议的方式进行协商合作，缺乏常态化的组织平台㊂由于跨省流域水生态保护涉及范围广㊁牵涉部门多㊁权责不明确，需要有一个国家或流域层面的权威机构，发挥引导㊁统筹㊁协调㊁仲裁作用㊂４㊀对策与建议４．１㊀统筹协调，推进共保规划实施㊀‘中华人民共和国水污染防治法“第十六条明确规定了防治水污染应当按流域或者区域进行统一规划㊂２０２１年１月，推进长三角一体化发展领导小组办公室印发‘长江三角洲区域生态环境共同保护规划“，为解决新安江流域系统性㊁区域性㊁跨界性生态环境突出问题提供了依据［１０］㊂２０２１年６月，杭州㊁黄山两市已完成‘新安江流域水生态环境共同保护规划（２０２１ ２０２５年）“编制工作，需加快推进共保规划实施，加强上下游指导协调，督促规划任务和目标有效落实，推进流域重点工程实施㊂各级政府应按照 党政同责 一岗双责 要求，细化明确各部门水生态环境保护职责，分解落实规划任务，形成有效水生态环境保护合力㊂４．２㊀突出重点，加大污染防治力度４．２．１㊀加强种植业污染防治㊂优化调整新安江流域种植业结构与布局，减少临湖和临河地区农业开发，推动设施菜地采用水肥循环模式，桑园采用节水减肥绿色生产模式，茶园采用坡地与沟塘源汇平衡模式等㊂加大有机肥替代化肥㊁测土配方施肥㊁病虫害统防统治和全程绿色防控应用力度㊂加快 肥药两制 改革，推行肥药实名购买，严格执行主要作物化肥定额施用标准，推行水稻农药定额施用，开展规模主体免费测土配方服务㊂完善农药㊁化肥区域统一配送管理制度，引导农民科学施肥，优化肥料施用结构㊂加强种植业污染治理，开展河湖岸线周边以水稻㊁油菜等农业种植为主平缓型农田面源污染治理㊂因地制宜建设茶园生态拦截工程，降低春季汛期施肥造成的氮磷负荷压力㊂４．２．２㊀深化城乡生活污染治理㊂重点开展黄山市屯溪区和歙县城镇污染防治工作，加快城镇污水处理提质增效，按照 因地制宜㊁逐步同标 的原则，科学确定上下游城镇污水处理设施排放标准㊂推广浙江省经验，开展镇街 污水零直排区 建设，推进流域污水直排 全面清零 ㊂完善农村生活污水管网建设，提高农村生活污水收集效率与运行管理水平，实施临湖农村无动力污水处理设施提标改造，按照分区分级㊁宽严相济㊁回用优先㊁注重实效㊁便于监管的原则［１１］，逐步统一新安江流域农村生活污水收集㊁处理排放标准，提升农村生活污水处理终端标准化运维水平㊂４．２．３㊀加强排污口排查整治㊂按照 有口皆查㊁应查尽查 要求，综合运用卫星遥感㊁无人机航拍㊁智能机器人探测㊁人工５５５１卷１６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀常文婷等㊀新安江流域水生态环境形势分析及对策研究攻坚等方法，开展新安江流域入河湖排污口排查溯源，摸清从污染物产生到入河湖排放的全过程，形成全流域排污口清单，厘清各类排污口责任主体㊂按照 依法取缔一批㊁清理合并一批㊁规范整治一批 要求，以截污治污为重点，扎实推进排污口整治工作㊂建议将黄山市屯溪区㊁歙县以及杭州市淳安县农业排口㊁城镇雨洪排口以及其他排口纳入管理，针对汛期水质明显反弹断面，深入开展溯源分析，精准实施面源污染治理㊂４．２．４㊀提升流域水源涵养能力㊂以小流域或区域为单元谋划治理项目，统筹实施山水林田湖草系统治理㊂推进水源涵养区保护㊁河流生态改造和湖库周边岸坡林草恢复，通过关键地带生态重建恢复流域生态系统对氮磷的拦截机制㊂逐步推进实施２５ʎ以上坡耕地退耕还林还草，对于耕地短缺㊁退耕确有困难的，修建梯田或者采取其他水土保持措施㊂加强废弃矿山生态修复工程，统筹推进矿山地质环境治理㊁水资源保护㊁土壤质量修复㊁植被恢复等工作㊂４．３㊀加强监管，从严防范水风险４．３．１㊀加强饮用水水源保护㊂严格落实饮用水水源保护区制度，全面消除饮用水水源保护区污染隐患㊂完善饮用水水源地突发环境污染事件和藻类防控应急预案，建立高效的应急组织指挥体系㊂上下游联合开展环境应急演练，有效提升突发环境事件应急处置能力㊂建立健全水源地 一源一档制度，定期开展饮用水水源环境状况调查评估㊂加强饮用水水源水质监测，建立县级及以上和 千吨万人 水源地水质自动监测网络体系㊂以千岛湖为重点，开展持久性有机污染物㊁内分泌干扰物㊁抗生素㊁微塑料等新污染物监测［１２］，精准识别重点管控新污染物，及时摸清其来源途径，实施禁止㊁限制㊁限排等环境风险管控措施㊂４．３．２㊀提升监控预警能力㊂开展新安江流域水生态环境信息平台建设，整合流域上下游生态环境监测网络和平台，共享流域水质监测数据，及时开展上下游水环境形势分析，掌握流域总磷㊁总氮变化趋势和千岛湖营养状态㊂整合政府㊁科研机构㊁企业等多方资源，为流域水生态环境问题诊断提供大数据㊂加强重要水体水质预报预警，构建集数据收集㊁分析㊁预警发布一体化的全流域水环境预警预报体系，逐步实现水质变化趋势预测和蓝藻等生态环境灾害预警㊂４．４㊀深化协作，加强流域共保联治４．４．１㊀健全流域协商合作机制㊂加强皖浙新安江流域水生态环境共同保护，打破行政区划界限，实行流域管理和区域管理相结合的方式，完善流域水生态环境议事协调机制，共商解决流域治理和高质量发展中的重大问题㊂建议成立新安江流域协调委员会，统筹新安江流域保护工作，筹措流域保护资金和组织项目运作，以两地生态环境准入清单为基准，制定统一的项目准入标准，建立常态化项目会商机制㊁重大项目评价和统筹落地联合审议机制㊂加强流域上下游联合执法㊁交叉执法，健全环保㊁公安联动执法机制，不断完善执法协作机制㊂深化上下游协同联动，注重部门协作配合，建立流域上下游突发水污染事件联防联控机制㊂４．４．２㊀完善流域生态补偿机制㊂在总结三轮试点经验与不足的基础上，进一步完善流域生态补偿机制，尽快签订新一轮流域生态补偿协议，推进新安江 千岛湖生态保护补偿试验区建设㊂按照目标导向㊁问题导向原则，突出流域氮磷防控重点，进一步优化补偿指标设置，建立科学的补偿测算体系㊂加强多元化生态补偿，由 输血式 补偿向 造血式 补偿转变，不断深化皖浙在交通互联互通㊁旅游资源合作㊁产业联动协作㊁公共服务共享等方面的协同发展，逐步缩小上下游发展差距㊂通过设立绿色基金㊁ＰＰＰ和融资贴息等方式，引导社会资本加大新安江流域污染治理㊁生态修复㊁绿色产业等投入㊂围绕水权交易㊁排污权交易㊁碳排放交易等，打造长三角区域性生态产权交易中心㊂５㊀结语２０１２年以来，皖浙两省深入贯彻习近平生态文明思想和习近平总书记重要指示批示精神，转变发展理念，压实主体责任，深入实施新安江流域水环境补偿试点，水生态保护与治理工作成效显著，流域总体水质为优并稳定向好，跨省界街口断面水质达到地表水环境质量Ⅱ类标准，千岛湖湖体水质总体保持Ⅰ Ⅱ类㊂对标新安江流域高标准保护要求，仍然存在部分水体水质不稳定㊁局部水体藻类水华风险较高等问题，未来一定时期新安江流域水生态保护形势依然严峻㊂针对目前新安江流域水生态保护存在的农业污染尚未有效控制㊁城镇污染仍未根本解决㊁农村基础设施急需加强㊁流域生态补偿机制仍需完善㊁流域协商合作机制有待完善等突出问题，建议通过推进共保规划实施㊁加大污染防治力度㊁从严防范水风险㊁加强流域共保联治等措施，确保新安江流域生态环境保护和高质量协同发展稳步推进㊂参考文献［１］陈方舟，王瑞芳．新安江流域生态补偿机制长效化研究［Ｊ］．人民长江，２０２１，５２（２）：４４－４９．［２］沈满洪，谢慧明．跨界流域生态补偿的 新安江模式 及可持续制度安排［Ｊ］．中国人口㊃资源与环境，２０２０，３０（９）：１５６－１６３．［３］乐天中．新安江流域生态补偿机制政策探究［Ｊ］．环境保护与循环经济，２０１９，３９（８）：１－３．［４］项金如．一江碧水照丹青：新安江流域生态补偿机制试点过程的一点记忆［Ｊ］．江淮文史，２０２１（１）：４－１３．［５］常河，陆健．皖浙共唱 护水歌 ［Ｎ］．光明日报，２０２２－０８－１０（００１）．［６］朱广伟，程新良，吴志旭，等．千岛湖水体营养盐时空变化及水环境挑战［Ｊ］．环境科学研究，２０２２，３５（４）：８５２－８６３．［７］赵星辰，许海，俞洁，等．城镇分布对新安江水系及千岛湖营养盐浓度的影响［Ｊ］．环境科学研究，２０２２，３５（４）：８６４－８７６．［８］ＧＵＯＣＸ，ＺＨＵＧＷ，ＰＡＥＲＬＨＷ，ｅｔａｌ．Ｅｘｔｒｅｍｅｗｅａｔｈｅｒｅｖｅｎｔｍａｙｉｎ⁃ｄｕｃｅＭｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓｂｌｏｏｍｓｉｎｔｈｅＱｉａｎｔａｎｇＲｉｖｅｒ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０１８，２５（２２）：２２２７３－２２２８４．［９］陈建军，林郁．农村河湖污染与水生态环境保护研究［Ｊ］．安徽农业科学，２０１９，４７（１５）：６０－６３，８４．［１０］曾凡银．共建新安江 千岛湖生态补偿试验区研究［Ｊ］．学术界，２０２０（１０）：５８－６６．［１１］徐文江，刘芳，李安峰．农村生活污水排放标准的探讨［Ｊ］．环境保护，２０２１，４９（２２）：６１－６５．［１２］湖南省人民政府办公厅．湖南省人民政府办公厅关于印发‘湖南省 十四五 生态环境保护规划“的通知［Ｊ］．湖南省人民政府公报，２０２１（２０）：３４－６９．６５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年。
黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展
第29卷第4期2022年8月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .29,N o .4A u g.,2022收稿日期:2021-06-18 修回日期:2021-07-08资助项目:国家自然科学基金(41877083,41440012,41230852) 第一作者:许小明(1990 ),男,山西广灵人,博士研究生,研究方向为植被恢复的水土保持效益评价㊂E -m a i l :1559668557@q q.c o m 通信作者:张晓萍(1971 ),女,河南温县人,研究员,博士生导师,主要从事植被恢复的水土保持效益评价研究㊂E -m a i l :z h a n g x p@m s .i s w c .a c .c n 黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展许小明1,易海杰2,何亮1,吕渡2,贺洁1,邹亚东1,王浩嘉1,薛帆1,田起隆2,王妙倩1,张晓萍1,2(1.西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌712100)摘 要:枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用㊂黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗㊁产汇流等水文和土壤侵蚀过程㊂为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态㊁蓄积量变化㊁截留降雨㊁阻延地表径流㊁提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史㊂分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌㊁多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管㊂关键词:林地;枯枝落叶层;水土保持效应;黄土高原中图分类号:S 714 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2022)04-0415-07R e s e a r c hA d v a n c e s o n W a t e r a n dS o i l C o n s e r v a t i o nE f f e c t s o fF o r e s tL i t t e rL a ye r o n t h eL o e s sP l a t e a u X U X i a o m i n g 1,Y IH a i j i e 2,H EL i a n g 1,L ÜD u 2,H EJ i e 1,Z O U Y a d o n g 1,WA N G H a o j i a 1,X U EF a n 1,T I A N Q i l o n g 2,WA N G M i a o q i a n 1,Z H A N G X i a o p i n g1,2(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g on t h eL o e s sP l a t e a u ,I n s t i t u t e o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,N o r t h w e s tA&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100,C h i n a ;2.I n s t i t u t e o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,C A S &MW R ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100,C h i n a )A b s t r a c t :L i t t e r i sa n i m p o r t a n t l a y e r i n v o l v e d i nt h eh y d r o l o g i c a l c yc l e p r o c e s s i nt h ev e r t i c a l s t r u c t u r eo f f o r e s t l a nd s ,a n d p l a y s a n i n d i s pe n s a b l e r o l e i nw a t e r r e t e n t i o na n d s o i l c o n s e r v a t i o n .Af t e r 20y e a r s o f r a p i d v eg e t a t i o nr e s t o r a t i o no nth eC hi n e s eL o e s sP l a t e a u ,l i t t e rc o v e r a g ei nf o r e s t l a n d sh a sc a u s e ds i gn i f i c a n t c h a n g e s i nv e g e t a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n de c o l o g i c a l p r o c e s s e s o n t h en e a r s u r f a c e ,w h i c hw i l l c e r t a i n l y a f f e c t t h eh y d r o l o g i c a l a n d s o i l e r o s i o n p r o c e s s e s s u c h a s s o i l i n f i l t r a t i o n ,s u r f a c e r u n o f f a n d c o n f l u e n c e .I no r d e r t o c o m p r e h e n s i v e l yg r a s p t h e d y n a m i c s o f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n e f f e c t s o f l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d s o n t h e L o e s sP l a t e a u ,w e s y s t e m a t i c a l l y r e v i e w e d t h e r e s e a r c h p r og r e s s o f l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d s i n t e r m s o f t h e l i t t e r d y n a m i c s ,a c c u m u l a t i o n c h a ng e s ,r a i n f a l l i n t e r c e p t i o n ,s u r f a c e r u n o f f i n t e r c e p t i o n ,s o i l e r o s i o n r e s i s t -a n c e a n d s o i l i n f i l t r a t i o n .S o m e e x i s t i n gp r o b l e m s i n th e c u r r e n t s t u di e so n l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d so nt h e L o e s sP l a t e a uw e r e a n a l y z e do b j e c t i v e l y .I n t h e f u t u r e ,t h e l o ng -t e r mi n -s i t u m o n i t o r i n g a n d r a i n f a l l e x pe r i -m e n t s o nf i e l ds l o p e ss h o u l db es t r e ng th e n e d ,a n d m u l ti -l a n d f o r m a sw e l la s m u l t i -s c a l ed yn a m i cs t u d i e s s h o u l db e c a r r i e do u t .I na d d i t i o n ,w ea r es u p p o s e d t o p a y a t t e n t i o nt o t h ec o m p a r a t i v es t u d i e so nt h ee c o -h y d r o l o g i c a l f u n c t i o n so f l i t t e rl a y e r i nn a t u r a l f o r e s t sa n da r t i f i c i a l f o r e s t s ,a n de s t a b l i s hh y d r o -p h ys i c a l p r o c e s sm o d e l s a n dd e t e r m i n e t h e r e l e v a n t k e yp a r a m e t e r s ,a sw e l l a s e n h a n c e t h e p r o t e c t i o n a n d s u pe r v i s i o n of l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d s .K e y w o r d s:f o r e s t l a n d s;l i t t e r l a y e r;s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o ne f f e c t s;L o e s sP l a t e a u全球范围内,黄土高原以水土流失最为严重而闻名于世[1]㊂据陕县水文站观测资料显示,1919 1959年黄土高原地区多年平均输沙量为16亿t[2-3]㊂为控制严重水土流失造成的原位效应和异位效应,自20世纪70年代末期,国家和地方各级政府陆续实施了流域综合管理(1970s 1980s)和退耕还林(草)(1999年至今)等一系列重大水土保持措施㊂据统计,黄土高原地区水土流失面积由1980年代早期的4.3ˑ105k m2下降到2018年的2.14ˑ105k m2[1,3]㊂多年平均输沙量由过去的1.6ˑ109t减少至2000 2018年的2.44ˑ108t[2,4-5]㊂植被恢复是遏制黄土高原地区土壤侵蚀和控制黄河输沙的最重要的因子且其作用具有长效性[6],这已被1999年至今黄土高原地区锐减且近些年保持低位稳定的年输沙量所证明[2,7-8]㊂过去有关植被水土保持功能的研究,主要关注林冠层降雨截留㊁削弱雨滴动能[9-11]和根系土壤层在增加降雨入渗㊁固土防蚀能力和减少径流输移等[12-15]方面的作用㊂然而针对黄土高原林地枯枝落叶层的水土保持效应研究比较薄弱㊂枯枝落叶层,即死地被物层,是森林垂直结构中最重要的层次,是参与森林水文循环过程中的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用[16-18]㊂国内学者就黄土高原地区典型天然林地和人工林地(乔木㊁灌木)枯枝落叶层凋落速率㊁分解速率㊁蓄积量变化㊁水分含量㊁截留降水㊁持水能力㊁降低雨滴溅蚀㊁抑制土壤蒸发㊁阻延地表径流㊁土壤表层理化性质改善㊁养分归还和提高生物活动强度等方面开展了一些有意义的研究[10,18-22],有助于明晰林下枯落物的分布特征和减轻土壤侵蚀的重要作用㊂较为系统性地归纳和分析黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持综合效应,可以及时报导最新研究成果,促进对黄土高原半干旱㊁半湿润地区主要林地枯落物分布规律的深入认识,并深刻理解其持水能力㊁拦蓄径流和调控土壤侵蚀的生态功能㊂本文从6个方面梳理当前黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持功能的研究现状,并对其进行综合评价,提出需要进一步研究的科学问题,以期为黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持功能的深入研究㊁植被恢复措施优化和森林抚育管理提供科学支撑㊂1林地枯枝落叶层水土保持效应研究现状森林是陆地防止水土流失的积极因素,枯枝落叶层(O层)是森林生态系统特有的层次,是近地表水文效应的主要作用层,对保护森林土壤资源,减轻土壤侵蚀具有非常重要的作用,根据分解程度,划分为3个层次,即未分解层㊁半分解层和粗腐殖质化层[6,18,23]㊂国内外科研工作者很早认识并重视到枯枝落叶层在涵蓄降水㊁拦蓄泥沙方面的水文功能,并陆续开展了一系列野外定位研究和室内试验,取得了许多重要成果[18,24-38]㊂由图1可知,以往有关黄土高原地区乔木㊁灌木群落枯枝落叶层的野外调查样地(黑色点位)主要分布在区域中南部㊂土石山区㊁丘陵沟壑区和高塬沟壑区虽均有分布,但以土石山区研究最多,主要涵盖六盘山㊁子午岭㊁黄龙山和秦岭地区,而水土流失严重的丘陵沟壑区和高塬沟壑区的研究相对较少㊂以往研究主要采用野外坡面样地调查㊁定位监测㊁野外自然和人工模拟降雨㊁室内人工模拟降雨和浸泡等方法来研究天然林和人工林主要恢复植被类型[山杨(P o p u l u sd a v i d i a n a D o d e)㊁油松(P i n u s t a b u l i f o r m i s C a r r.)㊁刺槐(R o b i n i a p s e u d o a c a c i a L.)㊁栎树(Q u e r c u s L.)和沙棘(H i p p o p h a er h a m n o i d e s L i n n.)等]枯枝落叶层的水土保持效应(表1)㊂图1黄土高原不同地貌类型区林地枯枝落叶层主要调查样地的空间分布1.1枯枝落叶层凋落及蓄积量动态变化枯枝落叶层是森林生态系统物质能量循环中的一个重要垂直结构层次,具有重要的生态水文功能,研究枯落物的凋落动态对掌握枯枝落叶层积累特征,识别枯落物初级生产力具有重要意义㊂常见的枯落物凋落动态研究方法主要有野外样地凋落物收集器法和蓄积量定期实测法[22]㊂气候植被带和植被类型等是导致林地枯枝落叶凋落起始时间和凋落过程产生差异的重要影响因子㊂黄土高原地区不同气候带或同一气候带内典型植被类型枯枝落叶在年㊁季节㊁月和半月尺度的凋落速率已被研究[22,43]㊂北部森林草原带和南部森林带落叶乔木㊁灌木植被分别在9月中下旬和10月上中旬叶片开始凋落㊂受不同树种生态学特性影响,其凋落过程存在差异㊂研究表明,黄614水土保持研究第29卷土高原地区落叶阔叶林和灌木林地,如山杨㊁栎树㊁刺槐㊁桦树(B e t u l a p l a t y p h y l l a)和沙棘等枯枝落叶以9月和10月最为集中,该阶段凋落量约占全年凋落总量的75%以上[19]㊂而针叶林如油松,其凋落过程主要发生在10月 次年4月,呈现明显的节律性[53]㊂凋落物主要成分均为落叶,约占总凋落量的60%~90%[43],又以半分解层为主[54-55]㊂森林枯枝落叶层蓄积量随凋落量和分解量的变化而一直处于动态变化中㊂以乔木群落为例,吴钦孝等[54]认为陕北丘陵沟壑区人工山杨林和油松林枯落物分别以1月份和4月份蓄积最大,而10月和7 8月蓄积量分别达到全年最低值㊂在中龄林的林分结构下,山杨林和油松林枯落物蓄积量均无明显增减㊂蓄积量受植被类型㊁密度㊁林龄㊁地形因子㊁气候(温度和降水)和人为活动等因子的影响㊂黄土高原地区枯落物蓄积量表现为乔木群落>灌木群落>草本群落[39];针叶林枯落物蓄积量>落叶阔叶林[48]㊂六盘山地区华北落叶松(L a r i x p r i n c i p i s-r u p p r e c h t i i M a y r.)枯落物厚度和蓄积量随密度增大存在一定上限,密度在1600株/h m2时厚度和蓄积量最大[55]㊂不同坡向㊁坡度㊁坡位等地形因子的对比分析表明阴坡枯落物蓄积量较阳坡枯落物蓄积量明显增加,陡坡不利于枯落物蓄存,枯落物蓄积量表现出下坡位>中坡位>上坡位㊂黄土高原从南到北,随降水量的递减,枯落物蓄积量表征为减少的趋势㊂人为放牧㊁火灾和采伐林木等也会减少枯落物的蓄积量㊂表1黄土高原地区林地枯枝落叶层主要研究成果地貌类型调查地点植被类型测定指标研究方法参考文献丘陵沟壑区陕西安塞站及纸坊沟流域陕西宜君县 内蒙古鄂尔多斯陕西安塞站刺槐㊁油松㊁沙棘和狼牙刺刺槐㊁杨树㊁柠条和黄蔷薇沙棘凋落动态和持水性质凋落物蓄积量空间变化蓄积量和持水特征野外样地调查㊁定位监测和浸泡法野外样地调查浸泡法[22][39][40]土石山区六盘山香水河小流域黄龙山铁龙湾林场子午岭连家砭林场秦岭山地桦树㊁辽东栎和华北落叶松山杨㊁油松和沙棘柴松㊁油松㊁山杨㊁辽东栎㊁桦树㊁沙棘㊁白刺花㊁虎榛子和胡枝子锐齿栎㊁油松和华山松凋落物持水特征和截持降雨过程凋落和分解速率㊁蓄积量㊁截留降雨㊁拦蓄效应㊁击溅侵蚀㊁提高土壤抗冲性和增加土壤入渗等凋落物厚度㊁蓄积量㊁分解状况㊁持水特征和拦蓄效应凋落速率和蓄积量㊁地表蒸发量㊁持水特征和养分含量野外定位监测㊁人工模拟降雨试验和浸泡法野外定位监测㊁溅蚀板法㊁水槽法㊁人工模拟降雨试验野外样地调查㊁定位监测和浸泡法野外定位监测㊁浸泡法和化学分析[10],[18],[20],[21],[40],[41][19],[42],[43],[44],[45],[46][47],[48][29]高塬沟壑区山西吉县蔡家川流域山西吉县红旗林场山西吉县蔡家川流域甘肃泾川县官山林场刺槐㊁油松㊁沙棘和虎榛子油松㊁刺槐和山杨刺槐㊁油松和刺槐ˑ油松混交林刺槐截持降雨能力凋落物糙率系数n值蓄积量和持水特征蓄积量和持水特征野外定位监测试验槽法野外样地调查和浸泡法野外样地调查和浸泡法[49][50][51][52]1.2枯枝落叶层截留降雨能力森林垂直结构分层中,除林冠层以外,枯枝落叶层具有截留林内降水,减少林地净雨量,延缓地表产汇流过程,补充土壤水分的作用[25,44],其截留机理一直被关注[56]㊂依据枯落物的截留速率,将其划分为截留阶段㊁渗透阶段和饱和阶段[18,20,57]㊂截留量大小不仅与不同植被类型枯落物蓄积量存在直接关系,还与其自身特性(分解速率和持水能力)有关[58]㊂随林地郁闭度增加,枯落物厚度和蓄积量一般越大,截留降水能力越强㊂当枯落物厚度超过标准厚度(0.8~ 1.2c m),在场次降雨过程中,枯落物厚度的差异不会造成其截留降水量的显著差异[57]㊂持水能力越大的枯落物层,分解速率越高,截留能力越强[59]㊂此外,枯落物干湿程度㊁降雨特征(降雨量㊁降水时长和雨强等)和植被类型等均会影响其截留量[18]㊂马雪华[59]研究认为,在降水初期,枯落物较为干燥,其截留量随降水量增大而增大,而截留率表征为相反的变化特征;截留量存在最大阈值,不会随降水过程的持续继续增加[18,49]㊂黄土高原典型土石山区 六盘山主要森林类型枯枝落叶层对大气降水截留的研究结果[18]表明,针叶林林内年截留量和截留率明显高于阔叶林,截留量总体与枯落物蓄积量呈正比例关系㊂此外,枯落物截留降雨能力具有明显的季节和月尺度变化㊂以油松林为例,季节尺度上,截留量表现出夏季>秋季>春季>冬季;月尺度上,6 9月截留量超过全年总截留量的50%[18]㊂1.3枯枝落叶层阻延地表径流能力地表径流流速及流量是土壤侵蚀的主要动力,枯落物覆盖能够直接增大近地表粗糙度,致使地表径流阻力系数增加,径流流动时间延缓,坡面径流流速降低,有利于增加林地土壤入渗,减小径流冲刷土壤,抑制洪峰形成或推迟洪峰过程㊁削减洪峰流量[16,18,41,50,58]㊂枯落物714第4期许小明等:黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展层在很大程度上就是黄土高原国土整治28字方略 全部降水就地入渗拦蓄 中 拦蓄 作用的具体物质和功能化结构的重要部分[60]㊂研究表明子午岭地区不同植被类型枯落物拦蓄量的大小表征为森林>灌丛[47]㊂黄土高原25ʎ坡面覆盖1c m厚度的枯枝落叶,其径流速度为裸坡的1/10~ 1/15[61]㊂坡长(60m)相同时,天然次生林㊁人工林和裸露荒坡的汇流时间分别为30~40m i n,10~20m i n和5.9 m i n,林地汇流时间明显长于裸露荒坡,枯枝落叶层对径流的阻延作用非常显著[62]㊂坡度和径流深(或降雨强度)与枯枝落叶层阻延地表径流速度呈反比,枯枝落叶层厚度则与其呈正比[18,41,57]㊂不同植被类型对比发现,宁南六盘山区华北落叶松枯枝落叶层有效拦蓄深(1.63mm)为辽东栎(Q u e r c u sw u t a i s h a n i c M a r y.)ˑ少脉椴(T i l i a p a u c i c o s t a t a M a x i m.)混交林(0.56mm)的2.9倍,这主要源于华北落叶松枯落物蓄积量较大[63],这已被在子午岭地区的研究结果[48]所证明㊂1.4枯枝落叶层持水能力栽植密度㊁枯落物类型㊁蓄积量㊁组分㊁分解程度的不同,会造成截持降水能力的差异[64]㊂目前,多数研究采用风干枯落物浸泡法来实测枯落物的最大持水量㊁最大持水率和持水过程[20-21]㊂研究结果表明枯落物在浸水前期(2h以内),吸水速度快,尤其在0.5h以内;随浸泡时间延长吸水能力逐渐下降,24h基本达到饱和;枯落物持水量与浸泡时间表征为对数函数关系[65]㊂人工降雨法实测的枯落物持水量也经历了从快速增加到缓慢增加直至趋于稳定的过程[57]㊂不同栽植密度的华北落叶松人工林枯落物最大持水率总体随栽植密度增大而增大,但存在一定的上限,密度在1600株/h m2持水率达到最大值[55]㊂黄土高原地区主要林分类型枯枝落叶层吸水量呈现出华北落叶松>青杨(P o p u l u s c a t h a y a n a R e h d.)>油松>樟子松(P i n u s s y l v e s t r i s v a r.m o n g o l i c aL i t v.),这主要与不同林分叶片生物学特性和结构有关[18]㊂枯落物持水量多少受蓄积量影响,据研究,宁南山区主要乔木和灌木群落枯枝落叶层最大持水率介于177%~387%,乔木群落枯落物蓄积量和最大持水量均大于灌木群落[21]㊂相同林龄条件下,针叶林由于分解速率慢,蓄积量大,其最大持水量>针阔混交林>阔叶林㊂从枯枝落叶层各组分来看,半分解层蓄积量㊁最大持水量和最大持水率均高于未分解层[18]㊂1.5枯枝落叶层抗蚀抗冲能力林地枯枝落叶层覆盖地表对减轻或消减土壤溅蚀具有决定作用㊂黄土高原地区林地土壤溅蚀量通常发生在7 8月,约占全年总溅蚀量的60%以上㊂在土壤类型和坡度相同情景下,枯枝落叶层厚度㊁最大30m i n雨强和林内降雨量是影响林内土壤溅蚀量的主要影响因素[66]㊂吴钦孝等[18]研究结果表明,随油松林和山杨林枯落物厚度增加,林地表土溅蚀量迅速减少,当枯落物厚度达到2c m以上,溅蚀量基本趋近于0㊂和山杨林相比,油松林随枯落物厚度的增加溅蚀量减少较慢,可能由于油松松针较山杨树叶地表覆盖度低㊁分解速率慢和叶片形态小等因素导致㊂林地枯枝落叶层有利于削减坡面径流流速和动能,提高土壤抗冲能力,研究发现林地枯落物随厚度增加抗冲能力明显增强,当枯枝落叶层厚度达到2c m厚度时,即使在暴雨条件下,坡面土壤侵蚀总体得到控制[44,46]㊂汪有科等[45]研究表明黄土高原地区主要植被类型枯枝落叶层抗冲能力表征为油松>山杨>沙棘>刺槐㊂在覆盖1c m厚度枯落物的油松㊁山杨㊁沙棘和刺槐林地上,冲刷1g土壤所需消耗的能量比坡耕地分别增大27.3,24.0,6.5,3.5倍㊂1.6枯枝落叶层增加土壤入渗能力枯枝落叶层能够有效增加土壤入渗,减少地表径流,发挥森林涵养水源的重要作用[67-68]㊂其一,枯枝落叶层覆盖地表,减轻了降雨溅蚀力,保护表土结构和土壤孔隙,阻滞径流[69],利于降雨入渗,增加土壤含水量;其二,枯枝落叶层参与土壤团粒结构形成,改善了表土结构和土壤物理性状,尤其是对0 10c m土层的改善作用最为明显,提高了土壤表层的腐殖质层厚度[44,64]㊂林地表层土壤疏松,有机质含量高,土壤容重小,根系发育,总孔隙度和毛管孔隙度增加,透水性好,促进降雨就地迅速入渗,滞后雨季降水汇流过程,是改变黄土高原地区以超渗产流为主要侵蚀动力土壤侵蚀模式的关键地表结构组成[18,53]㊂郭忠升等[69]对宁南六盘山区主要林分土壤入渗特征的研究表明,林区样地土壤稳渗速率主要介于7.14~22.32m m/m i n,不同土地利用类型土壤平均稳渗速率表征为天然林>人工林>灌木林>草地>农地,其中未采伐林地>采伐林地,与刘向东等[10]在六盘山区森林表层土壤的入渗规律基本一致㊂陈云明等[40]对黄土丘陵沟壑区人工沙棘林地和荒坡土壤入渗能力的对比研究表明,人工沙棘林地在整个测定时段内土壤入渗速率均高于荒坡,尤其以入渗前期差异最大㊂2研究中存在的问题目前,围绕黄土高原主要地貌类型区林地枯枝落叶层的生态水文功能开展的系列研究,对于深刻理解林地枯落物这一特殊层次在拦蓄地表径流,增加土壤入渗,814水土保持研究第29卷发挥水土保持作用等方面具有重要的理论和实践指导意义,有利于重视和保护枯落物层,提高林地经营管理水平,促进当地生态环境保护和高质量发展㊂通过梳理文献,发现以往枯落物的研究过程中,仍然存在一些尚需研究的问题㊂例如,一些研究在估算森林恢复过程中的水土保持效益时,更多地关注和考虑了林冠层盖度,对森林垂直结构分层中非常重要的近地表枯枝落叶层重视程度不够㊂部分土壤侵蚀预报模型缺乏从林地枯枝落叶层盖度㊁厚度及其生态水文功能的角度来评估其水土保持功能㊂目前,黄土高原地区不同气候植被带枯枝落叶层水土保持功能的对比研究有所不足㊂枯枝落叶凋落速率观测方面,对植被快速恢复和生态环境持续改善的丘陵沟壑区和高塬沟壑区长期定位连续观测明显不够㊂枯落物持水能力方面,主要基于充分供水条件下即采用室内浸泡法来研究其最大持水量㊁吸水速率和模拟持水过程,计算出的结果和野外大雨量级(20~30m m/24h)降雨条件下枯落物的最大持水能力基本一致[58]㊂缺乏对不同气候带典型树种在年内自然场次降雨事件和人工降雨变雨强情景下,野外坡面原位枯枝落叶层持水能力的对比分析㊂同时,对不同演替阶段主要树种枯枝落叶层保水保土效益的对比研究不足,缺乏植被演替过程上的分析㊂天然林和人工林枯枝落叶层生态水文功能的对比研究需要进一步加强,以明晰天然林和人工林枯落物水土保持功能的差异㊂另外,有关枯枝落叶层水文功能建立的大多为经验统计模型,物理过程模型存在空白[70]㊂3进一步研究的科学问题黄土高原地区近20a来,随着植被迅速恢复和生态环境持续改善,河川径流和输沙量锐减[7,71]㊂裸露荒坡林草植被建设,尤其是乔灌林地枯枝落叶这一明显而又关键的层次对减轻坡面土壤侵蚀,增加降雨就地入渗具有十分重要的意义[6,18,57]㊂枯枝落叶层水文过程是森林水文过程中不可忽视的一环,理解林地坡面土壤入渗 产汇流过程,明确枯枝落叶层在林地恢复中的水土保持意义对提高林地质量,促进黄土高原生态保护高质量发展具有重大意义㊂基于目前枯枝落叶层生态水文功能研究中存在的一些问题,未来可以考虑从以下几个角度,瞄准科学问题开展进一步的研究㊂3.1开展长时间㊁多气候梯度㊁多地貌和多尺度研究黄土高原从东南到西北跨越温带落叶阔叶林带㊁森林草原带㊁典型草原带和荒漠草原带4个陆地自然带,调查不同气候植被带主要植被类型枯落物厚度㊁盖度和蓄积量长时间序列动态变化特征,未来着眼于不同地貌类型区㊁不同气候梯度带枯落物生态水文功能的对比研究,开展微地貌㊁多尺度(坡面尺度 小流域尺度 大流域尺度 区域尺度)的枯落物水文过程研究㊂土石山区作为重要的河源区,开展秦岭㊁子午岭㊁吕梁山和太行山等水源涵养区枯枝落叶层保持水土的研究工作有助于深刻理解林地枯落物在山区薄层土壤分布带的生态水文意义㊂3.2增强野外坡面长期观测和原位降雨试验研究在黄土高原典型地貌类型区,依据气候植被带从南到北的梯度变化,分别选取区域有代表性的乔灌木林分坡面样地,定位观测枯枝落叶在年㊁季和月尺度上的凋落动态和蓄积量的时空变化特征并予以对比分析㊂考虑到枯枝落叶层在野外的自然结构状态不被破坏,基于此,分别开展自然场次降雨事件和人工模拟变雨强情景下不同林分枯落物类型㊁不同厚度枯落物在截留降雨㊁拦蓄地表径流和抗冲抗蚀能力的对比研究,以揭示和理解林地枯落物在保持水土中的特殊意义㊂加强枯枝落叶层在极端降雨条件下减少坡面地表径流的贡献率分析,有助于理解枯枝落叶层在森林水文过程中的重要作用㊂3.3加强天然林和人工林枯枝落叶层的对比研究黄土高原地区天然林基本上为天然次生林,主要分布在子午岭㊁秦岭㊁黄龙山和六盘山等土石山区,而人工林主要指在历史时期为减少水土流失通过人工措施形成的森林㊂自1999年国家退耕还林政策实施以来新增加的林地以人工林为主,其中丘陵沟壑区和高塬沟壑区分布最多㊂在相似气候条件和地形因子条件下,开展天然次生林和人工林相同林分类型随林龄㊁林分密度变化下枯枝落叶层蓄积量㊁厚度㊁盖度特征及其生态水文功能的对比研究,对于厘清天然次生林和人工林枯落物在水土保持效益中的差异,指导人工林营林规划方案设计和造林地管理具有突出的实际指导意义㊂3.4物理模型建立和参数确定枯枝落叶层作为近地表特殊的水土保持作用层,在林地水土保持效益中,发挥主导作用㊂枯枝落叶层作为联结土壤-植被-大气连续体中非常重要的薄层介质,尤其是枯枝落叶-腐殖质层这一复合层次在减轻土壤侵蚀㊁改善土壤质量和增加土壤入渗方面的综合效益日益受到更多的关注㊂开展黄土高原不同地貌类型区典型植被类型枯枝落叶层水文动态特征,建立具有物理意义的林地枯枝落叶层水土保持评价模型,对影响模型评估结果的主要参数,如枯落物种类㊁厚度㊁盖度㊁堆积状态㊁分解状态和叶片特征等进行确定和修正㊂914第4期许小明等:黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展。
从黄土高坡走出的湿地专家——记全国林草系统先进工作者谭芳林
福建林业｜从黄土高坡走出的湿地专家———记全国林草系统先进工作者谭芳林文/黄海渣福建林业已在多个沿海省份快速蔓延，严重威胁滨海湿地生态安全和沿海地区群众生产生活。
如何控制其肆意扩张，也成为他关注的头等大事。
多年来，互花米草的治理一直是个世界性难题，各国科学家尝试过各种方法，终因除治效果、环保问题、治理成本等因素影响，鲜有成功的案例，大面积推广的更是少之又少。
2001年底，当他回国后，由于当时湿地不归林业部门管辖，互花米草又不属于林业研究范畴，因此，多次申报互花米草治理的相关课题均未获立项，但他并不气馁，以“咬定青山不放松”的精神，始终坚守着自己的研究领域。
2005年，针对互花米草治理，他申报了滨海湿地生物多样性保护及恢复项目，终于获得国家林业局立项，成为国家“948”技术引进项目。
他带领团队，从美国引进互花米草的治理技术和管理模式，结合福建实际进行消化和吸收，通过治理互花米草，恢复滩涂生境和底栖生物，从而提升滨海湿地生物多样性。
之后，又先后主持、参与了多项国家级和省级科技项目，始终围绕着互花米草除治技术、除治滩涂生境恢复，以及除治滩涂上红树林或其他乡土植被恢复技术等开展科学研究，带领学科团队披荆斩棘，在湿地动态演化、退化湿地生态系统恢复、互花米草治理、红树林和乡土植被恢复等方面取得突破性进展。
“现在，我们可以很自豪地说，治理互花米草已经不再是世界性难题了！”，经过多年持续攻关，他带领团队总结提出的“刈割加旋耕法”治理互花米草的技术体系，以及互花米草治理滩涂上红树林恢复技术，先后在漳江口、泉州湾、闽江河口湿地的生态修复实践中取得了显著成效，随后又在全省得到大面积推广运用，为福建湿地生态保护发挥了重要作用。
献计献策攻坚战役，他勇毅前行2022年9月，为了彻底消除互花米草的严重危害，福建省吹响了“向互花米草宣战”的号角，在这场声势浩大的除治攻坚行动中，谭芳林被寄予厚望，成为了技术组的主要专家。
技术路线正确与否，事关攻坚成败。
211235487_基于InVEST模型的伊洛河流域水源涵养能力评估
第37卷第3期2023年6月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .3J u n .,2023收稿日期:2022-09-26资助项目: 十四五 国家重点研发计划项目(2021Y F C 3201104);国家自然科学基金项目(U 2243228,52121006,41961124007) 第一作者:贾雨凡(2000 ),女,硕士研究生,主要从事水文水资源方面的研究㊂E -m a i l :J y f 20000509@163.c o m 通信作者:王国庆(1971 ),男,博士,教授,主要从事气候变化㊁水文水资源等方面的研究㊂E -m a i l :g q w a n g@n h r i .c n 基于I n V E S T 模型的伊洛河流域水源涵养能力评估贾雨凡1,2,3,王国庆2,3,4(1.河海大学水文水资源学院,南京210098;2.河海大学水安全与水科学协同创新中心,南京210098;3.长江保护与绿色发展研究院,南京210098;4.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京210029)摘要:水源涵养是生态系统最重要的服务功能之一,黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要强调聚焦重点区域,恢复重要生态系统,对强化水源涵养能力提出了新的要求㊂收集并分析伊洛河流域1975-2019年的气象及下垫面资料,采用I n V E S T 模型产水模块计算1975-2019年伊洛河流域每5年1期共9个时段的产水量,采用流速系数㊁土壤饱和导水率等对产水量进行修正,估算流域的水源涵养量,具体分析伊洛河流域降水㊁产水与水源涵养的特征及其相关关系㊂结果表明:1975-2019年,伊洛河流域多年平均水源涵养量为11.3mm ,多年平均产水量为143.2mm ,产水量及水源涵养量整体呈现先增后减的变化趋势,在1980-1984年达到峰值;流域水源涵养能力空间分布特征为上游植被丰富㊁土石山区水源涵养能力强,中下游相对较弱;对流域气象要素单相关及复相关分析,水源涵养能力与降水显著正相关,与参考作物蒸散发相关性不显著;流域内土地利用变化在一定程度上影响水源涵养能力空间分布,上游水源涵养高值区及退耕还林还草区受影响显著㊂研究结果可为相似流域水源涵养能力的评估提供参考㊂关键词:水源涵养能力;I n V E S T 模型;伊洛河流域中图分类号:Q 948.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)03-0101-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.03.014A s s e s s m e n t o fW a t e rC o n s e r v a t i o nC a p a c i t y ofY i l u o R i v e rB a s i nB a s e do n t h e I n V E S T M o d e lJ I A Y u f a n 1,2,3,WA N G G u o q i n g2,3,4(1.C o l l e g e o f H y d r o l o g y a n d W a t e rR e s o u r c e s ,H o h a iU n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210098;2.C o o p e r a t i v e I n n o v a t i o nG e n t e r f o rW a t e rS a t e f y a n d H y d r oS c i e n c e ,H o h a iU n v e r s i t y ,N a n j i n g 210098;3.Y a n g t z e I n s t i t u t e f o rC o n s e r v a t i o na n dD e v e l o p m e n t ,N a n j i n g 210098;4.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fH y d r o l o g y -W a t e rR e s o u r c e s a n d H y d r a u l i cE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g H y d r a u l i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ,N a n j i n g 210029)A b s t r a c t :W a t e r c o n s e r v a t i o n i s o n e o f t h em o s t i m p o r t a n t s e r v i c e f u n c t i o n s o f t h e e c o s ys t e m ,a n d t h e o u t l i n e o f t h eY e l l o w R i v e rB a s i nE c o l o g i c a l P r o t e c t i o na n d H i g h -q u a l i t y D e v e l o p m e n tP l a ne m p h a s i z e s f o c u s i n g on k e y a r e a s a n d r e s t o r i n g i m p o r t a n t e c o s y s t e m s ,w h i c h p u t s f o r w a r d n e wr e q u i r e m e n t s f o r s t r e n g t h e n i n g w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y .W e c o l l e c t e d a n d a n a l y z e dm e t e o r o l o gi c a l a n d s u b s u r f a c e d a t a o f t h eY i l u oR i v e r b a s i n f r o m1975t o 2019,c a l c u l a t e d t h ew a t e r y i e l do f t h eb a s i n f o r a t o t a l o f n i n e t i m e p e r i o d s i ne v e r y f i v e -y e a r p e r i o dd u r i n g 1975t o2019u s i n g th ew a t e r y i e l dm o d u l eo f t h e I n V E S T m o d e l ,a n d t h ew a t e r c o n s e r v a t i o n w a s o b t a i n e d b y u s i n g t h e f l o wr a t e c o e f f i c i e n t a n d s o i l s a t u r a t i o n c o n d u c t i v i t y t o c o r r e c t t h ew a t e r yi e l d .T h i s s t u d y s p e c i f i c a l l y a n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o r r e l a t i o n sb e t w e e n p r e c i p i t a t i o n ,w a t e r y i e l da n dw a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h eY i l u oR i v e rB a s i n .T h er e s u l t ss h o wt h a t f r o m 1975t o2019,t h ea n n u a l a v e r a gew a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h eY i l u oR i v e rB a s i n i s 11.3mm ,a n d t h e a n n u a l a v e r a g ew a t e r y i e l d i s 143.2mm ,a n d t h e o v e r a l lw a t e r y i e l da n d w a t e rc o n s e r v a t i o ns h o w at r e n do f f i r s t i n c r e a s i n g a n dt h e nd e c r e a s i n g ,r e a c h i n ga p e a kf r o m 1980t o1984.T h es p a t i a ld i s t r ib u t i o n o f w a t e rc o n s e r v a t i o nc a p a c i t y int h er i v e rb a s i ni s c h a r a c t e r i z e db y a b u n d a n t v e g e t a t i o n i n t h e u p s t r e a ma n d s t r o n g w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t yi nm o u n t a i n o u s a r e a s o f e a r t h a n d r o c k ,w h i l e t h em i d d l e a n d l o w e r r e a c h e s a r e r e l a t i v e l y w e a k .T h e r e s u l t s o f s i n g l e -c o r r e l a t i o n a n d c o m p l e xc o r r e l a t i o n a n a l y s i so f m e t e o r o l o gi c a le l e m e n t si nt h e b a s i n s h o w t h a tt h e w a t e rc o n s e r v a t i o n Copyright ©博看网. All Rights Reserved.c a p a c i t y i s s i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h p r e c i p i t a t i o n,b u t n o tw i t he v a p o t r a n s p i r a t i o no f r e f e r e n c e c r o p s.T o a c e r t a i ne x t e n t,t h e c h a n g eo f l a n du s e i n t h e r i v e rb a s i na f f e c t s t h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fw a te r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y,a n d t h e a r e a sw i t hh i g hv a l u e o fw a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h e u p p e r r e a c h e s a n d t h e a r e a s w h e r ef a r m l a n di sr e t u r n e dt of o r e s ta n dg r a s s l a n da r es i g n i f i c a n t l y a f f e c t e d.Th er e s u l t sc a n p r o vi d ea r e f e r e n c e f o r t h e a s s e s s m e n t o fw a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y i n s i m i l a r r i v e r b a s i n s.K e y w o r d s:w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y;I n V E S T m o d e l;Y i l u oR i v e rB a s i n联合国政府间气候变化专门委员会(i n t e r g o v e r n-m e n t a l p a n e l o n c l i m a t e c h a n g e,I P C C)第六次评估报告[1]明确指出,2010 2019年全球平均气温较1850 1900年升高1.07ħ,气候变化已是毋庸置疑的事实[2]㊂工业革命以来,随着科学技术的发展,人类活动对于生态环境的影响日趋显著㊂如何应对人类活动和气候变化共同影响下的变化环境成为生态及水文等多学科多领域的研究重点㊂水源涵养作为水文生态交叉学科 生态水文学的研究范畴,是生态系统服务功能的重要内容之一㊂水源涵养功能是一个动态的㊁不断发展的概念[3-4],主流观点[5]认为,水源涵养功能是指生态系统在特定时间㊁特定条件下的保水能力,进一步可细分为狭义和广义2种定义㊂狭义的水源涵养功能通常指林地㊁草地等生态系统拦蓄降水㊁调节径流的功能;广义的水源涵养功能则考虑森林㊁草地㊁林地㊁沼泽㊁湖泊多种生态系统,以及水㊁土㊁气多种生态因子,涵盖拦蓄降水㊁调节径流㊁净化水质㊁水土保持㊁减少植被退化㊁改善下垫面条件㊁保护生物多样性㊁调节气候等多方面的生态环境保护功能㊂厘清水源涵养能力的概念和内涵㊁系统分析影响水源涵养能力的驱动因素㊁科学认识水源涵养能力评价方法的适应条件,不仅是环境科学㊁生态科学和水文科学交叉研究的核心内容,而且对生态恢复措施建设㊁区域水土保持和水资源合理调配具有相当重要的意义[6]㊂如何有效评估生态系统水源涵养能力是水源涵养功能研究的重点㊂主流的评估方法包括传统水文学方法和水文模型法2大类[7]㊂传统方法注重试验,结果相对准确,但多以点尺度为主,无法很好反映空间分布情况㊂典型的方法如林冠截留剩余量法[8]㊁降水储存法㊁年径流量法[9]等均存在类似缺陷㊂相对完善的是综合蓄水能力法,该法统筹考虑林冠层㊁枯落物层和土壤层,将3个层面的总拦蓄降水作为森林水源涵养量,全面分析森林生态系统的各个水文过程㊂但由于层次较多,实测资料需求复杂,实际操作存在困难[10]㊂与传统方法相对的水文模型法则在大尺度研究中具有显著优势,但计算准确度受计算资料的精度和长度控制,对资料的要求较高[11]㊂目前,国内外学者常用的水文模型包括美国农业部水土保持局开发的S C S模型[12]㊁生态系统服务和权衡的综合评估模型[13]㊁温度植被干旱指数模型[14]和S WA T模型[15]等,以斯坦福大学环境研究所㊁世界自然保护基金会等联合开发的I n V E S T模型在水源涵养评估领域应用最为广泛㊂通过收集到的气象站点数据及下垫面资料分析伊洛河流域降水的演变特征㊂在此基础上,采用I n V E S T 模型产水模块对伊洛河流域1975 2019年每5年1期的产水量进行计算㊂对计算得到的产水量数据,采用土壤饱和导水率㊁流速系数等进行修正,得到伊洛河流域9期平均水源涵养量并分析其时空分布特征,以期为流域水源涵养能力的评估与提升提供参考㊂1材料与方法1.1研究流域伊洛河流域发源于河南省栾川县(34ʎ49'30ᵡN, 111ʎ28'01ᵡE),是黄河三门峡以下最大的支流,同时也是河南省境内最大的黄河支流㊂河流分有伊河㊁洛河两支,全长447k m,总面积18881k m2㊂流域大部分隶属于华北山地丘陵区和华北平原区,上游为土石山区,植被丰富;下游多低山丘陵㊁河谷平原㊂伊洛河地处湿润半湿润区,是黄河流域重要的水源涵养区之一,属大陆性季风气候区,夏季炎热多雨,冬季寒冷多雪[16]㊂研究区域多年平均降水量为660mm,其中6 9月汛期降水占全年的60%㊂从空间分布上看,上游降水相对丰沛,下游偏少[17]㊂流域多年平均参考作物蒸散发为1100mm,东西部蒸散较中部偏少㊂研究区域地理位置及气候站点分布情况见图1㊂图1伊洛河流域地理位置及气象站点分布研究采用地理空间数据云提供的D E M(90mˑ90 m)数据和基于美国陆地卫星L a n d s a tT M影像的1k m 栅格数据,将流域的主要土地利用分为耕地㊁林地㊁草201水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.地㊁水体㊁建设用地以及未利用地6种类型㊂收集整理研究区域及周边共11个气象站点逐日降水资料㊁最高和最低气温资料,采用改进H a r g r e a v e s公式计算参考作物蒸散发(E T0)[18]㊂土壤数据采用国家科技基础条件平台 国家地球系统科学数据中心 土壤分中心(h t t p://s o i l.g e o d a t a.c n)提供的资料[19]㊂植物可利用水量由周文佐[20]提出的土壤质地相关公式计算㊂1.2I n V E S T模型I n V E S T模型是由斯坦福大学环境研究所㊁世界自然保护基金会等联合开发的生态系统服务评估与权衡模型,模型产水模块基于B u d y k o水热耦合公式及水量平衡方程对区域各网格产水进行评估,其基本原理见图2㊂I n V E S T模型产水模块计算的基本公式为:Y x=(1-A E T x P x)㊃P x(1)式中:A E T x表示栅格单元x的实际蒸散发(mm); P x栅格单元x的年降水量(mm)㊂图2I n V E S T模型产水模块水量平衡示意产水水量平衡公式中土地利用为植被的实际蒸散由Z h a n g等[21]提出的B u d y k o水热耦合公式计算,公式为:A E T xP x=1+P E T xP x-[1+(P E T xP x)ωx]1ωx(2)式中:A E T x表示潜在蒸散发量(mm);ωx表示自然气候-土壤性质的非物理参数㊂其他土地利用/覆被类型(开放水域㊁城市㊁湿地)的实际蒸散发通过参考作物蒸散发直接计算,由降水量决定其最大值,计算公式为:A E T x=M i n(K c(l c)㊃E T0,P x)(3)式中:K c(l c)为特定土地利用类型对应的植被蒸散系数,通过生物物理系数表进行匹配㊂模型得到的产水还需利用地形指数等将其进行修正为水源涵养量[22],修正公式为:WR=M i n(249/V,1)ˑM i n(1,0.9ˑT I/3)ˑM i n(1,K/300)ˑY(4)式中:WR为研究区域水源涵养量(mm);T I为地形指数;V为流速系数;K为土壤饱和导水率(c m/ d a y);Y为模型计算的产水量(mm)㊂地形指数通过流域D E M计算得到,公式为:T I=l o g(D/SˑP)(5)式中:D为集水区栅格数量,无量纲;S为土层深度(mm);P为百分比坡度,由流域D E M计算得到㊂流速系数根据植被类型查阅参考文献[23]获得,水田㊁水体㊁建设用地取2012,林地㊁草地㊁岩石及裸地分别取200,500,1500㊂土壤饱和导水率采用C o s b y土壤传递公式计算[24],公式为:K s=1.148ˑ10(-0.6+1.26ˑ10-2c2-6.4ˑ10-3c1)(6)式中:K s为土壤饱和导水率(m/d);c1㊁c2分别为土壤的黏粒和砂粒含量(%)㊂研究区域土壤饱和导水率计算结果见图3㊂图3伊洛河流域土壤植被参数空间分布2结果与分析2.1伊洛河流域降水演变特征伊洛河流域多年平均降水量为669m m,由图4可知,1975 2019年流域年降水量及其5年滑动平均过程,年降水量呈现非显著性下降趋势,降水量最低值为443m m,出现于1997年;最大值为944m m,出现于1984年㊂从滑动平均过程来看,1983年前后明显偏高,达940 m m,此后,年降水量总体稳定在660m m左右㊂对研究区域各栅格单元的降水及参考作物蒸散发45年数据进行线性拟合,拟合斜率即为研究时段内流域降水及蒸散变率㊂由降水变率的空间分布情况(图5a)可知,年降水量呈现自西南向东北㊁自上游向下游递减的空间格局;从多年平均降水量的空间分布(图5b)来看,1975 2019年伊洛河降水量在流域下游表现出较显著的下降趋势,而在上游则有所增加,二者互相抵消,流域整体降水量变化不大㊂301第3期贾雨凡等:基于I n V E S T模型的伊洛河流域水源涵养能力评估Copyright©博看网. All Rights Reserved.图41975-2019年伊洛河流域年降水量变化过程降水是影响流域水源涵养能力的重要气象要素,由图6可知,1975 2019年伊洛河流域5年平均降水量的空间分布情况,伊洛河源头区2005年以前降水呈现明显的先增加后减少的趋势,此后稳定在675m m左右㊂其中,2000 2004年源头区降水显著减少,流域下游降水显著增加,呈现出与整体相反的趋势㊂对该特殊规律进行进一步分析发现,上游华山站在2001 2002年降水量均在600m m以下,明显低于该站多年平均值(783 m m)㊂相对应的是,中游孟津站在2003年降雨则罕见地达到1000m m以上㊂这一降水分布规律同时对该时段产水及水源涵养造成一定的影响㊂图5伊洛河流域多年平均降水量及年降水变率的空间分布图6伊洛河流域降水空间分布情况2.2伊洛河流域产水量时空变化以5年为1个时段,将1975 2019年划分为9个时段,采用伊洛河流域气象资料5年平均栅格数据及对应时段末年份的土地利用资料,输入I n V E S T 模型计算流域的5年平均产水量㊂由于缺少1979年的土地利用资料,1975 1979年土地利用资料采用1980年的资料替代㊂研究采用伊洛河流域控制站黑石关站多年平均天然径流数据对模型产水模块进行校准㊂图7和图8分别为伊洛河流域产水量的年代际变化过程和流域9个时段产水量的空间分布状况㊂由图7可知,伊洛河流域多期平均产水量为143.2 m m㊂其中,1980 1984年流域产水量最高,达222.1m m; 1995 1999年产水量最低,仅为107.3m m㊂流域整体产水量呈现先增后减的趋势,1985年及1980年降水量较高,对应的产水在1980 1984年达到峰值㊂同理可见, 1985 1994年连续的降水减少使产水在1990 1994年跌入低谷㊂从年际变化上看,产水和降水呈现高度一致,表明模型在产水模拟上准确性较高㊂由图8可知,流域产水量在1975 2019年间呈现相似的规律为上游降水丰沛的地区产水量高,中下游产水相对较少㊂源头区产水量呈现先减少后略增加的趋势㊂2000 2004年受华山站附近降水的减少及孟津降水剧烈增加的影响,源头区产水呈现明显的降低趋势,2005年以后降水恢复平均水平,源头区产水逐步回升㊂产水的9期空间分布规律基本与降水分布对应,进一步论证I n V E S T模型在该流域的适应性㊂401水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图7 伊洛河流域降水量及产水量过程2.3 伊洛河流域水源涵养量时空分布研究采用土壤饱和导水率㊁流速系数等对模型计算的产水量进行修正,进而估算各期水源涵养量㊂图9和图10分别为伊洛河流域水源涵养量年代际变化过程和9个时段水源涵养量的空间分布特征㊂伊洛河流域多年平均水源涵养量11.30m m ㊂其中,1980 1984年水源涵养量最大,达18.98m m ;1995 1999年水源涵养量最低,仅为8.26mm ㊂水源涵养量在45年间变化趋势与产水量基本一致,水源涵养量与产水量比值在8%左右,波动不大,且该比值与降水量的正相关关系㊂图8 伊洛河流域产水量空间分布图9 伊洛河流域水源涵养量及降水量年代际变化过程图10为伊洛河流域水源涵养量的空间分布情况,伊洛河水源涵养高值区出现在流域上游西北部,低值区广泛分布于流域中部和东北部地区,整体呈现自东向西增加趋势,这一趋势与降水空间变化基本一致㊂此外,流域内不同地区水源涵养量存在较大的差异㊂降水量大且蒸散相对较小的地区水源涵养能力显著高于其他地区㊂相反,从年际分布上看,流域水源涵养量整体下降,1975 1984年以后出现明显下降趋势㊂3 讨论为进一步分析水源涵养量时空分布变化的原因,研究对评估过程各要素进行具体分析㊂水源涵养能力的空间分布主要受气候条件和土地利用变化的影响㊂由图9可知,水源涵养量较高的时期降水量较大,随着降水减少和温度逐年上升,流域水源涵养量出现逐期下降的趋势㊂为量化体现降水对水源涵养量的影响程度,对二者进行单相关和偏相关分析,由图11可知,气象要素与水源涵养量的相关系数分布情况,降水量在流域绝大部分地区与水源涵养量存在显著的正相关关系㊂为分析人类活动影响下土地利用变化对流域水源涵养功能的影响过程,选取受人类活动影响前的土地利用资料(1980年)计算当前气象条件(20152019年)背景下的伊洛河流域水源涵养量(图12)㊂结果显示,流域整体水源涵养量变化不大,平均水源涵养量较变化前降低0.08mm ,仅占2020年水源涵养的0.15%㊂表1为1980-2019年间流域土地利用501第3期 贾雨凡等:基于I n V E S T 模型的伊洛河流域水源涵养能力评估Copyright ©博看网. All Rights Reserved.的变化情况,由表1可知,1980 2020年虽然耕地和林地草地总面积变化幅度不大,但相互转化面积较多㊂西部水源涵养高值区和退耕还林还草区水源涵养量变化相对剧烈,其余地区则变化较小㊂图10伊洛河流域水源涵养量空间分布注:a㊁b㊁c㊁d分别为降水量与水源涵养量单相关系数分布㊁参考作物蒸散发与水源涵养量单相关系数分布㊁降水量与水源涵养量偏相关系数分布㊁参考作物蒸散发与水源涵养量偏相关系数分布㊂图11气象要素相关分析图12水源涵养量变化量分布基于水文模型对区域水源涵养能力进行大时空尺度评估是生态系统服务功能中水源涵养研究的未来发展方向㊂其中,I n V E S T模型在湿润半湿润地区水源涵养能力评估具有良好的适应性,能够有效反映区域水源涵养的空间分布情况㊂不同学者采用I n-V E S T模型的水源涵养评估存在一定的差异,刘树锋等[26]在杨溪河流域的研究显示流域水源涵养在一定程度上高于流域产水;刘宥延等[27]在黄土高原评估的水源涵养则占产水的12%左右㊂本文计算的水源涵养量大约占产水的8%,该占比随降水波动轻微变化㊂水源涵养与产水的数量关系主要受产水修正公601水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.式中参数取值的影响,修正公式中的流速系数与土壤饱和率和地形指数为主要控制指标㊂针对不同地区选取不同流速系数和地形指数可能对水源涵养评估结果产生较大的影响㊂表1伊洛河流域土地利用变化年份农田面积/k m2占比/%林地面积/k m2占比/%草地面积/k m2占比/%水体面积/k m2占比/%建设用地面积/k m2占比/%未利用地面积/k m2占比/%1980644434.94889848.25262114.213561.931230.6710.01 1990642034.75894048.38265814.393371.821200.6520.01 1995635834.36888248.00269714.583842.081820.9800 2000634934.31887347.95270614.623892.101861.0100 2005628933.99887547.97271214.664142.242131.1500 2010626633.91887248.02270014.614132.242241.2120.01 2015619233.46886547.91272414.724492.432731.4800 2020590831.91881647.62284615.375633.043802.05004结论为进一步分析水源涵养量时空分布变化的原因,研究对评估过程各要素进行具体分析,水源涵养能力的空间分布主要受气候条件和土地利用变化的影响㊂本文根据I n V E S T模型[25]输入数据对降水量㊁蒸散发和土地利用类型3种水源涵养能力影响因素进行分析㊂由降水与水源涵养逐期演变(图9)可见,水源涵养量较高时期降水量较大,随着降水减少和温度逐年上升,流域水源涵养量出现逐期下降趋势㊂温度升高在I n V E S T模型产水计算中主要体现为参考作物蒸散发的变化,为量化体现降水和参考作物蒸散发对水源涵养量的影响程度,对二者分别进行单相关和偏相关分析,由图11气象要素与水源涵养量的相关系数分布情况可知,降水量在流域绝大部分地区与水源涵养量存在显著正相关关系,参考作物蒸散发的影响相对较小㊂为分析人类活动影响下土地利用变化对流域水源涵养功能的影响过程,研究选取受人类活动影响前土地利用资料(1980年)计算当前气象条件(2015-2019年)背景下的伊洛河流域水源涵养量(图12)㊂结果显示,流域整体水源涵养量变化不大,平均水源涵养量较变化前降低0.08mm,仅占2020年水源涵养量的0.15%㊂由1980-2019年流域土地利用的变化情况(表1)可知,1980-2020年建设用地和水体增加显著,农田面积有所减少,林地草地总面积变化幅度不大,但二者和耕地间相互转化较多㊂由于伊洛河流域1980年至今各土地利用类型相互转换多,总量变化少,因此,研究模拟的水源涵养量空间分布变化大,总量下降不显著㊂与土地利用变化相对应的西部水源涵养高值区和退耕还林还草区水源涵养量变化剧烈,其余地区变化较小㊂参考文献:[1]I n n v a eS,V i s tG,T r o m m a l d M,e t a l.H e a l t h p o l i c y-m a k e r s'p e r c e p t i o n s o f t h e i r u s e o f e v i d e n c e:As y s t e m a t i c r e v i e w[J].J o u r n a l o fH e a l t hS e r v i c e sR e s e a r c ha n dP o l i c y,2002,7(4): 239-244.[2]赵晓涵,张方敏,卢琦,等.未来气候情景内蒙古蒸散和产水量的变化特征[J].水土保持学报,2022,36(4):151-159. 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祖国情 泥沙缘
2014年11月·综合 科学中国人 17【年度人物】在数千年的华夏文明中，富饶的泥沙曾孕育出大片人类赖以生存的农田；而现如今，大量的泥沙却对人类的生存造成严重的威胁。
为此，许多专家前赴后继、不惜倾注一生的心血和热情，为祖国的泥沙领域研究而不懈地努力。
而汤立群教授就是这其中的杰出代表。
28年来，他始终坚守在泥沙研究领域，以江河为伴，以泥沙为魂，通过系统的研究和刻苦的钻研为守护祖国的壮丽河山做出了卓越贡献。
汤立群教授现任中国水利水电科学研究院泥沙研究所副所长，水利部水土保持生态工程技术研究中心副主任，主要从事河口海岸泥沙动力学、土壤侵蚀与水土保持等方面的科研工作。
同时，他还是中国侨联首批入选特聘专家，中国侨联特聘专家委员会材料与工程专委会秘书长，中国水利学会河口治理与保祖国情 泥沙缘——记中国水利水电科学研究院泥沙研究所副所长汤立群本刊记者 鲁长国护专委会副主任委员，中国海洋工程学会理事，中国水利学会泥沙专业委员会委员，《水道港口》杂志编委。
众多职位集于一身，足以说明汤立群教授能力的突出和成就的显著。
“一定要回去”初次见到这位从小生长在山清水秀的富春江边的中青年泥沙专家时，从他那爽朗的笑容和儒雅的风度中，记者分明能感觉到汤教授如水般澄明透彻却又不失细腻的性格；然而在同汤教授的交谈过程中，记者又发觉了他性格中的另一个突出点——严谨质朴的科学作风，这又是什么带给他的呢？面对记者的疑问，汤教授深情地说，这大概是在与他长期研究、始终牵系并结下深深情缘的老伙伴——泥沙打交道的过程中慢慢形成的。
采访到这里，记者的好奇心已完全被引发：江南的诗情画意和泥沙的质朴无华，这两者是如何被他巧妙地融合在一起的呢？或许我们可以从他的人生经历中找到一些答案。
1985年，汤立群从华东水利学院（现河海大学）陆地水文专业毕业，之后分配到当时的水电部上海勘测设计研究院工作，主要从事位于福建汀江棉花滩水电站的水文与水能计算。
工作后不久，他总觉得知识欠缺，做什么都显得有点力不从心，继续深造的想法在他心中渐渐萌生。
科学技术部关于表彰野外科技工作突出贡献者先进个人和先进集体的决定-国科发基[2009]277号
![科学技术部关于表彰野外科技工作突出贡献者先进个人和先进集体的决定-国科发基[2009]277号](https://img.taocdn.com/s3/m/ec03a414bb1aa8114431b90d6c85ec3a87c28bbe.png)
科学技术部关于表彰野外科技工作突出贡献者先进个人和先进集体的决定正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 科学技术部关于表彰野外科技工作突出贡献者先进个人和先进集体的决定（国科发基〔2009〕277号）野外科技工作是我国科技工作的重要组成部分。
建国以来，特别是改革开放30年以来，野外科技工作走过了一条艰苦卓绝的发展道路，在科学数据积累、原始性科学发现、科学规律认知、新技术研发、科技试验示范等方面取得了一大批有影响力的科技成果，对于推动我国科技进步、促进经济建设和社会发展发挥了不可替代的重要作用。
为表彰先进，弘扬野外科技工作者求真务实、开拓创新、艰苦奋斗、无私奉献的科学精神，引导各方面充分认识野外科技工作的重要性和艰巨性，营造有利于野外科技工作发展的良好环境，科技部决定对在野外科技工作中做出突出成绩的个人和集体予以表彰。
根据有关部门推荐和专家评审意见，决定授予施雅风、袁隆平等20名同志“全国野外科技工作突出贡献者”称号，授予安芷生、陈家宽等192名同志“全国野外科技工作先进个人”称号，授予“中国南极内陆冰盖科考队”、“陕西安塞农田生态系统国家野外科学观测研究站”等46个科研集体“全国野外科技工作先进集体”称号（具体名单见附件）。
附件：野外科技工作突出贡献者、先进个人和先进集体名单中华人民共和国科学技术部二ＯＯ九年六月五日附件：野外科技工作突出贡献者、先进个人和先进集体名单一、野外科技工作突出贡献者（按姓氏笔画为序）丁国瑜田大伦石元春刘更另孙鸿烈朱显谟许志琴吴征镒李院生李振声陈毓川施雅风殷鸿福秦大河袁隆平顾慰祖傅廷栋焦培南程国栋董玉琛二、野外科技工作先进个人（按姓氏笔画为序）丁访军于丹卫志斌山发寿马月辉XXX章马林波卞林根方盛国方智远方精云牛书安王川婴王云龙王立全王传宽王兆印王汝建王兵王希华王连仲王和洲王坤波王建忠王昆王玮王育青王彦辉王树发王晓强王艳芬王堃王登红车洪军邓晓红卢琦叶天竺司振江左余宝皮玉龙刘文兆刘永智刘玉成刘兆普刘兴良刘庆忠刘宝元刘贤德刘保金刘顺喜刘海坤刘继顺刘静印开蒲吕世海吕洪波孙立广孙航安芷生庄灿涛曲少军曲国胜朱金兆汤良杰齐维君何兴金何剑何清余世孝余成群余扬文余新晓吴文会吴兑吴和平吴学峰吴桑云宋长春宋立荣张小曳张小玲张方秋张世富张立军张立峰张克信张志诚张忠华张泽华张晓宝张晓春张瑞强李占双李华李林李武全李显森李洪潮李晓刚李意德李德华杨大荣XXX 杨君兴杨建思杨经绥汪思龙沈禹颖沈渭寿沙金庚肖文交肖玉仲辛晓平邵龙义陆会胜陈泽涛陈金标陈家宽陈浩如周丰年周怀刚周静屈绍东林位夫林荣澄林超文欧阳竹武向平武顺智武毅罗俊范庆元范有明郑宝山非明伦侯光才侯琼咸付生姚华舟姜栋施炜纲祝意青胡永乐胡春胜胡海波胡维平胡道功赵曰瑕赵秀海赵学勇赵新全郝晋珉闻学泽唐建江夏斌徐才国徐行徐祥德徐锡伟徐麟祥柴炽章秦勇秦晓洲袁玉江袁道先袁道阳郭文福陶春辉高振会黄学斌彭云彪彭苏萍景建斌曾馥平程尊兰程登发董树文蒋有绪韩士杰韩晓增蓝东兆雷加强雷瑞德熊伟蔡道基谭有恒樊廷录樊巍薛宝林魏文博魏辅文瞿锋三、野外科技工作先进集体（排序不分先后）河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站湖北梁子湖湖泊生态系统国家野外科学观测研究站武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究站北京科技大学腐蚀与防护中心腐蚀控制系统工程研究室中国地质科学院青藏铁路沿线活动断层调查与地应力监测项目组中国地质调查局成都地质调查中心中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部大陆动力学重点实验室环境保护部华南环境科学研究所云南工作站环境保护部南京环境科学研究所自然保护与生物多样性研究室安徽省?水利部淮委水利科学研究院五道沟水文水资源实验站水利部黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站农业部廊坊有害生物防治重点野外科学观测试验站农业部曲周农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站湖南祁阳农田生态系统国家野外科学观测研究站农业部南海渔业资源环境重点野外科学观测试验站农业部太白小麦条锈病菌重点野外科学观测试验站农业部镇原黄土旱塬生态环境重点野外科学观测试验站国家农作物种质资源野外观测研究圃网江西大岗山森林生态系统国家野外科学观测研究站海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站中国林业科学研究院林业研究所防治荒漠化研究室内蒙古锡林郭勒草原生态系统国家野外科学观测研究站河南封丘农田生态系统国家野外科学观测研究站藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害国家野外科学观测研究站陕西安塞农田生态系统国家野外科学观测研究站中国科学院紫金山天文台青海观测站中国科学院青藏高原环境变化与地表过程实验室中国科学院古脊椎动物与古人类研究所热河生物群课题组中国科学院中国大陆绝对重力基准观测团队北京国家地球观象台中国地震局第二监测中心中国地震局地质研究所活动构造研究室中国大气本底基准观象台中国遥感卫星辐射校正场野外试验队中国气象科学研究院大气成分观测与服务中心灾害天气国家重点实验室国防科技工业自然环境试验研究中心核工业二一六大队中国南极内陆冰盖科考队国家海洋局第二海洋研究所北京房山人卫激光国家野外科学观测研究站黑龙江测绘局极地测绘工程中心——结束——。