ppt-景观格局与生态水文过程耦合方法

中国科学院生态环境研究中心2012年5月傅伯杰景观格局景观格局与与生态水文过程耦合方法生态水文过程耦合方法北京师范大学地表过程讲座中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciencesz引言z基于直接观测的格局-过程耦合z基于模型的格局-过程耦合报告提纲中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„自然环境和人类活动特征均表现为空间异质性，研究这些异质性环境下的区域生态过程和效应是地理学和生态学研究的前沿。„景观生态学强调空间格局与过程的相互作用,发展格局与过程耦合方法是其重点。„研究格局与过程的关系为综合自然地理学拓展了新的方向,也是地表过程研究的突破点。景观格局与生态过程耦合是景观格局与生态过程耦合是地理学和生态学研究的前沿地理学和生态学研究的前沿中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciencesz格局与过程结构功能动态驱动力过程机制要素相互作用格局与过程相互作用z综合与集成要素集成---自然、经济、社会过程集成---物理、化学、生物区域集成---尺度转换与效应基本科学问题中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences景观格局与过程‰景观格局是指不同生态系统和景观单元的空间关系。如：大小、形状、数量、类型及空间组合；‰过程：自然过程（元素和水分的分布与迁移、物种的分布与迁徙、径流与侵蚀、能量的交换与转化…...）；社会文化过程（交通、人口、文化的传播…...）‰格局影响过程，过程改变格局。中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences时间尺度景观生态研究中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences空间尺度景观生态研究中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences1）格局--过程--尺度相互作用2）自然--经济--社会相互联系3）地貌--水文--生态过程相互耦合4）生态过程与资源环境效应相结合5）区域综合研究重点中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„空间统计分析„景观格局指数分析„格局动态模型„不足¾景观格局指数生态学意义缺乏深入探讨，缺乏与生态过程的紧密联系¾景观格局模型仅通过确定景观转移概率或邻域规则，模拟预测景观格局动态，常常忽略生态过程景观格局研究景观格局研究中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„实地观测„模型模拟„不足¾小尺度观测的可控性与代表性¾过程模型参数化的尺度较小，景观格局和空间异质性的量化集成尚显薄弱生态过程研究生态过程研究中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„耦合途径：直接观测、系统分析与模拟¾基于直接观测的耦合通常在较小的空间尺度上开展，观测成果可以作为较大尺度系统分析与模拟的基础¾模型或模型系统的建立是系统分析和模拟的关键内容。景观格局与生态过程耦合景观格局与生态过程耦合中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences格局对过程的影响格局对过程的影响格局变化情景中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences过程对格局的影响过程对格局的影响过程变化情景中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciencesz引言z基于直接观测的格局-过程耦合z基于模型的格局-过程耦合报告提纲中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences格局与过程观测与调查延河流域小区观测对比观测流域采样样带调查流域观测梯度对比中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences研究区域：陕西省延安市羊圈沟小流域（延河流域二级子流域）年平均降雨量：535mm主要降雨期：6~9月主要土地利用类型：荒草地、灌木地、林地和农田坡面和小流域尺度生态水文过程监测与分析中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences  径流和侵蚀监测单一覆被类型的微型小区不同覆被类型和退耕年限的径流小区不同覆被格局的径流小区中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences典型植被类型土壤水分和温度的实时监测（0~1m深度，10min采集1次数据）刺槐林绣线菊铁杆蒿须芒草玉米土壤水分监测（点尺度）中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences不同土地利用结构坡面坡1：成熟林—幼林—荒草坡2：幼林—灌丛—荒草坡3：荒草—成熟林坡4：成熟林—灌丛—荒草坡5：荒草—幼林坡1坡4坡3坡2坡5土壤水分监测（坡面尺度）降雨事件前后取样分析0~200cm各土层土壤含水量中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences刺槐：55柏树：1杨树：4林灌：23草灌：6灌丛：8草地：11坡耕地:1梯田：7果园：21裸地：1坝地：15雨季前（6月中下旬）、雨季（8月下旬）和雨季后（10月中下旬）采样分析0-10cm,10-20cm,20-40cm,40-60cm,60-80cm,80-100cm土层土壤含水量小流域土壤水分监测中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„小流域土地利用变化景观格局动态变化与空间异质性199820061984199620062011中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„景观尺度不同植被格局的水土流失效应不同生态系统组合的水土保持功能植被格局产流产沙尺度变异Liu,Fu.etal.,2011.Geomorphology,doi10.1016中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences不同生态系统组合的水土保持功能评价坡面尺度土地利用结构与水土流失137Cs示踪¾坡中部位林地和草地结构能够抑制土壤侵蚀，侵蚀量较小；¾坡面土壤侵蚀量受土地利用类型分布和坡位共同影响；Fu,B.J.etal.,2009.ProgressinPhysicalGeography,33：793-804中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences林地－草地－耕地具有较好的土壤水分和养分保持能力。林地－草地－耕地具有较好的土壤水分和养分保持能力。每年全氮少每年全氮少流失流失1717％，有效氮少流失％，有效氮少流失12.5%12.5%；有机质少流失；有机质少流失15%15%；全磷少流失；全磷少流失7.4%7.4%。。土地利用结构与土壤水分和养分类型a:林地-耕地-草地b:林地-草地-耕地c:草地-林地-耕地Fuetal.Catena,2000Catena,2000b:b:林地林地--草地草地--耕地耕地0.050.0540.0580.0620.066abc全氮(%)TotalN(%)0.750.80.850.90.951abc有机质(%)Organicmatter(%)151616171718abc土壤含水量Soilmoisture(%)0.0520.0540.0560.058abc全磷TotalP(%)中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciencesz1998-2006年，坡面I、II、III土壤有机碳分别增加24.6%，21.4%和8.6%；z坡耕地退耕向荒草地和灌木林地的转变，荒草地类型随着系统的顺行演替，都能显著提高土壤有机碳固定能力。坡面尺度土地利用与土壤固碳19982006Wang&Fuetal,Catena,2011中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences„0-5cm深度内，土地利用对SOC存在显著性影响；„小流域综合治理和生态恢复，土壤表层有机碳固定功能提高19%，固碳速率为19.92tCy-1km-2。小流域尺度土地利用与土壤固碳Wang&Fuetal,QuaternaryResearch,2010中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences流域尺度土地利用与水土流失评价（1）小流域尺度土地利用变化与水土流失的137Cs示踪¾1984年，1996年，2006年流域平均土壤侵蚀强度分别为：6007.8t•km-2•a-1、5553.7t•km-2•a-1和4370.0t•km-2•a-1¾土壤侵蚀强度逐渐减小，由强度侵蚀变为中度侵蚀，土地利用是影响土壤侵蚀的昀主要因素。198420061996Wang&Fuetal,QuaternaryResearch,2010中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences沿着大致南北向的生态梯度，通过野外调查和取样测试，研究了造林地土壤水分随恢复年限的变化规律，以及区域造林对土壤水分的影响。陕北地区人工造林对土壤水分的影响中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciencesz引言z基于直接观测的格局-过程耦合z基于模型的格局-过程耦合报告提纲中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences景观生态学地貌学水文学景观格局土壤侵蚀过程一、基于土壤侵蚀过程的景观指数研究„景观格局与土壤侵蚀中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences2012年5月23日星期三景观格局分析过程模拟基于土壤侵蚀过程的景观指数研究„景观格局与土壤侵蚀研究方法中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences¾优点：数据要求低，方便快捷¾需注意的问题：„景观指数与过程变量间的统计关系„景观指数变化的过程意义2012年5月23日星期三基于土壤侵蚀过程的景观指数研究„景观指数方法中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences‹基于离散斑块镶嵌景观范式（Fragstat软件）景观指数（如边界/斑块密度、形状、连接性、多样性等指数）是对景观的空间或非空间特征的描述，大部分针对生物过程建立，在应用于土壤侵蚀过程研究时，其存在很大的局限性。‹在景观水平上，景观指数难以明确指示景观格局及其变化的土壤侵蚀效应。但在类型水平上，这些指数在指示景观格局的土壤侵蚀效应上具备一定的潜力。2012年5月23日星期三基于土壤侵蚀过程的景观指数研究„传统的景观指数中国科学院生态环境研究中心ResearchCenterforEco-EnvironmentalSci