土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展??

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第一篇:土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展??

龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

作者:马玉霞

来源:《环境与发展》2014年第03期

摘要研究土地利用变化对土壤有机碳及其动态变化规律,有助于掌握全球气候变化与土地利用变化之间的关系。本文分别从土地利用及其管理方式变化的角度,综合阐述了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理。

关键词土地利用方式 土壤有机碳 温室效应

中图分类号 X14文献标识码 A文章编号1007-0370(2014)03-0064-04 Abstract: Studying the effect of land use change on soil organic carbon and its dynamic change rules,help to grasp the relationship between global climate change and the land use change.By literature review,this paper summarizes major research progresses on the effects of land use change on SOC,explaining the process and mechanism of SOC change induced by changes of land use and land management.Key words: Land use;Soil organic carbon;Greenhouse effect 土壤碳库是大气碳库的3.3倍,生物碳库的4.5倍,是陆地生态系统最大的碳库[1-2],也是最活跃的碳库之一。土壤碳可分为有机碳(SOC)和无机碳(SIC)。无机碳相对稳定,而有机碳则与大气频繁地进行着二氧化碳交换,与大气进行活性交换的SOC约占陆地生态系统碳的2/3[3],所以SOC的变化将会影响大气CO2浓度,进而改变全球碳循环[4]。SOC是直接影响土壤性质和植物营养系统的土壤重要属性之一,是二氧化碳、甲烷等温室气体的重要释放源,也是吸收汇 [5]。在人类活动扰动下,自然土壤原有的结构状态被破坏,改变了土壤碳库的正常代谢,从而影响大气中CO2浓度[6],增大了全球气候变暖的压力。

土地利用变化通过改变地表反射率和糙度[7],通过改变植被和土壤碳库的方式[8],影响地表的热量平衡、大气温室气体浓度[9-10]。自然生态系统转换到农业生态系统,其土地利用方式的改变会使SOC库在温带地区降低60%热带地区降低75%以上[1]。严重的SOC库缩减将使土壤质量、生物产量和水资源质量下降,也可能使预期的全球变暖现象恶化[1,11]。所以,了解土地利用变化对SOC的影响对认识气候变化具有重要的意义。1总有机碳(TOC)与溶解性有机碳(DOC)、有机质(OM)的关系

目前国内外对SOC的研究出于不同的研究目的、方法,主要以总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)和有机质(OM)为研究对象。有机碳与有机质是土壤中有机物质的不同表示方式,是土壤中较为活跃的部分,表示土壤肥沃程度的指标。TOC是通过将有机物全部高

龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 温燃烧成CO2,通过非分散红线外吸收法(NDIR)测定其浓度。有机质是使用重铬酸钾氧化,硫酸亚铁滴定测定有机碳含量,再乘以转换系数1.724换算成有机质含量。因此有机质是能被重铬酸钾氧化的物质的总合,即包括有机物,也包括还原性的无机物。对不同的实际样品,燃烧氧化与重铬酸钾氧化其氧化效率有所不同,因此测得有机质与有机碳比值有很大差异[12]。

SOC可分为溶解性有机碳和非溶解性有机碳。国内外有关土壤溶解性有机碳的术语很多,如有效碳、易氧化碳、可矿化碳、活性有机碳、微生物量碳。虽然溶解性有机碳只占SOC很小一部分,但参与土壤生物化学转化过程,是土壤微生物可直接利用的有机碳源[13],是陆地生态系统生物化学循环的重要组成部分,影响着全球SOC的平衡。2土地管理方式对SOC的影响

SOC的储量是进入土壤的植物残体量和分解损失量二者之间动态平衡的结果,如自然植被的清除、轮垦、耕地、施肥、作物残余物还田、土地撂荒、有机土壤的农业利用等[14]。土地利用变化既可以通过影响地表净初级生产量和死有机物质的滞留直接影响SOC的储量输入,也可以通过潜在改变土壤的生物、化学与物理过程而间接影响SOC的储量输出[15],因此,土地利用变化是影响SOC动态平衡的最主要人为因素。2.1农田的变化对其SOC的影响

影响农田中SOC的主要管理类型可分为:残余物管理类型、耕作管理、肥料管理、作物的选择和耕作系统的强度、灌溉管理,以及轮作等。由耕作引起的土壤有机碳的损失涉及3个过程。[16]:(1)由于土壤团粒结构被破坏,温度和湿度发生变化所引起的氧化和矿化过程;(2)可溶性有机碳或颗粒有机碳的淋溶和迁移过程;(3)加速的土壤侵蚀过程。传统耕作方式,会破坏土壤团粒结构,使土壤温度、湿度发生变化,加快氧化和矿化过程,并提高可溶性有机碳或颗粒有机碳的淋溶和迁移,加速土壤侵蚀,一般会引起SOC的损失。秸秆燃烧、湿地排水、翻耕以及类似的措施,去除作物残留物、夏闲和无覆盖播种,以及过度使用杀虫剂等均可使土壤碳库迅速下降。保护性耕作(少耕或免耕)、合理施用肥料、覆盖作物、应用深根且富含木质素的作物等[16]措施,增加了地表归还生物量,减弱了表土扰动和土壤有机质的氧化与矿化,使得土壤水稳性大团聚体数量增加,团聚体中的碳含量也相应增加,从而提高了SOC[15]。实施秸秆还田与免耕措施能够有效促进农田土壤有机碳贮量的增加[17],保护性耕作措施土壤有机碳增加量显著高于传统翻耕.秸秆还田处理0~10cm土层有机碳含量表现为深松>旋耕>免耕>耙耕>传统翻耕,说明保护性耕作措施能提高0~10cm土层的有机碳含量[18]。科学的农业措施包括保护性耕作、秸秆还田、覆盖作物、合理施肥、应用深根且富含木质素的作物等,会使碳损失量的60%-70%被重新被固定,SOC会得到较大提高[19-21]。

以有机肥或以化肥形式配合施用,不但可以极大提高土壤生产力,而且有益于增加土壤有机碳储量。有机肥对土壤有机碳含量的提高作用显著高于化肥[22]。施肥对土壤有机碳的影响随着土层深度的增加而下降,而土壤无机碳随着土层深度的增加而增加。化肥、有机肥长期配

龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 合施用和长期施用有机肥可以在0~30cm土层增加土壤有机碳含量[23,24]。将保护性耕作与合理配置施肥结合可显著提升SOC。因此,在我国现在措施下,减少化肥的同时增加秸秆还田比例和增施有机肥是既增加土壤有机碳含量又减少化肥污染的双赢措施[25]。化肥处理中不同氮肥施用量有利于耕层土壤有机碳及其组分的积累,配施秸秆还田效果更佳[26]。

灌溉被认为是最具固碳潜力的管理措施,灌溉能够改变土壤C输入、输出以及土壤C储量[27]。长期使用污染的渭水灌溉,使土壤中有机物质的质量分数明显增加。随着土壤剖面深度的增加,其增加幅度会显著降低[28]。渭河水中富含的有机污染物提升了灌溉农田土壤有机碳贮量[29]。干旱区荒漠土壤开垦为灌溉农田后,增施有机肥、秸秆覆盖还田、种植多年生苜蓿或苜蓿插入轮作体系是快速提升SOC水平[30]。2.2林地的变化对其SOC的影响

不同的森林管理活动,如轮伐期的长度、树种的选择、排水、采伐做法(全树或锯材原木、更新、部分采伐或疏伐)、整地活动(计划火烧、松土)以及施肥等,均会影响SOC库[31],其中采伐和火烧是造成林地SOC减少的主要的原因。森林采伐后,地表生物量大量减少,地表温度升高,水分蒸发加快,土壤微生物分解活动增强,加上表土扰动可能带来侵蚀,SOC 将会减少,但适度采伐的林地既能保持系统的平衡,又能调节林内环境因子,有利于系统内的元素转化利用。

不同强度火干扰对林地SOC 有不同的影响,一般而言,低强度火干扰长时间内不会导致SOC 减少,而高强度火干扰则会使SOC出现不同程度的下降[15]。重度火烧后土壤有机碳含量有极显著的即时下降,主导因素是表层有机碳燃烧损失和高温挥发损失,以及后期的侵蚀损失等所致[32]。高强度林火有使土壤有机碳在空间分布上具有“低值趋同”趋势[33]。合理的林地管理措施可以增加林地SOC,如增加林地储量、水土保持、减少风和火的干扰、林间道与沟渠灌排网络的设计、采用间伐减少森林砍伐量、提高生物多样性、短期木材林与能源作物轮作、肥料施用等[15],这些措施不仅可以维持或增加现有土壤碳库,还可以预防或减缓森林砍伐、限制森林退化,从而加强林地利用的可持续性。

林地转为农田或草地都会使SOC降低,因为植被净生产力降低减少了SOC输入量,覆被类型改变使地表温度升高而加快了SOC分解。实施退耕还林以后,土壤有机碳会有明显增加,0~20cm土层的土壤有机碳含量增加24.4%,退耕还林显著提高了土壤有机碳含量[34]。2.3草地的变化对其SOC的影响

影响草地SOC的管理措施主要包括开垦、放牧、火烧、肥料管理、石灰施用、灌溉等。草原开垦会使草原SOC大量释放,开垦活动减少了碳素向土壤输入,增强了有机质分解和土壤侵蚀活动,破坏了土壤颗粒有机碳和土壤团聚体。农地转为草地一般会使SOC提高,这是由于林、草地凋落物量和质量均较高且易分解,土壤有机质稳定性增强,而且随着林、草地郁

龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 闭度的提高,地表温度降低,土壤湿度和水分得以保持,从而降低了SOC的分解速率,促进了SOC的积累[15]。

只以打草场作为利用方式的表层土壤总有机碳含量较高,常年放牧场的总有机碳水平较低[12],过度放牧可使草原固碳能力下降,减少了其向土壤中的碳输入,因此使得有机碳含量明显低于其平均水平。一般情况下,不同强度的放牧都会造成草地表层(0-30cm)SOC的下降,且表现为过牧>重牧>轻牧>中牧,而补播、围封和禁牧将使SOC增加[35]。过度放牧,由于牲畜采食减少了植物向土壤的碳素归还量,加上过度放牧对土壤物理化学性质的干扰,加速了土壤的呼吸作用,造成SOC的损失。重建或修复开垦牧场可大幅增加SOC,在自然保护区和高草草原地区尤为明显。人为干扰对典型草原SOC含量具有明显影响,放牧导致SOC显著下降,而施肥和封育可以提高SOC[36]。3结语

土地利用方式的改变不仅影响土壤有机物的输入,也可通过对土壤条件的改变来影响SOC的分解速率,从而改变其含量。如林地、草地的退化,及其向耕地的转化都将使SOC净固存率降低,反之,退耕还林、退耕还草将增加SOC的净固存,提高土壤中有机碳的稳定性。

参考文献

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第二篇:气候与土地利用变化对水文水资源的影响研究的论文

随着人类工业化程度加深,全球温室效应加重,因此气候问题已经成了当今世界、广大学者和全人类共同关注的问题之一。气候变化也不可避免的导致全球水资源的变化,使得全球水资源无法像过去一样进行循环,使得水资源在时空分配开始改变,例如气温升高,北极冰川开始融化,随之影响了全球生态环境和社会经济。而土地利用变化也会改变原有水循环的节奏,因此进行气候和土地利用变化对水文水资源的研究,对保护生态环境和进行可持续发展具有重大的理论意义和现实作用。

气候变化对水文水资源系统影响的研究情况现状

中国气候变化和全球气候变化的趋势大致相同。这一百年来,中国整体气温升高0.4℃~0.5℃,略低于全球气温升高的0.6℃,在过去的一个世纪里,其问最温暖的时间在20世纪20~40年。在我国,西北、华北和东北三个地区气温变暖突出,特别在于我国西北地区气温升高最为显著,位于全国领先地位,但是在华东地区气温变暖不够明显。

1.具体研究步骤

因为生态环境是一个相互作用,联系紧密的整体,所以研究水文水资源,就必须从温度,降水,蒸发、气候和其他变化入手,根据这些和水文水资源息息相关的因素来判断预测水文水资源的趋势,对供水领域的供水量变化做出决定。在研究中主要采用“假设模型”的研究方法,例如通过检测气候出现了某种变化,进而考虑水文循环主要由哪几种部分组成,分析这些在这些因素的作用下,分预测会来各种变化,进一步分析气候变化对水文水资源的影响,研究主要通过以下四个步骤进行:

a.对气候变化情景进行科学严谨的定义

b.建立并且验证水文模型

c.把气候变化情景输入水文模型,进行科学模拟,从而分析气候变化区域的水文循环和水文变化流量

d.根据模型来预测气候变化对水文水资源的影响,并且根本预测结果来调整应对措施,从而降低不良影响结果。建立未来气候变化情景水文模型是判断水文水资源变化的关键环节。

2.气候变化对水文水资源的具体影响

气候变化对水文水资源的影响是巨大的,主要可以从以下两个方面进行考虑:第一,气候变化对天然径流量的影响;第二,气候变化对水资源系统的供应和该区域水资源需求量的影响。前者可以通过节水、节能来进行产生影响,例如服从自然规律;后者通过进行人工干预,例如建设工程设施、水资源管理和影响社会经济发展。研究表明气候对水文水资源主要为以下几个方面:

a.根据研究表明,我们可以看到径流对气候敏感变化的反应程度是不同的,主要趋势为从南到北、从湿润到干旱地区敏感程度逐渐上升,并且降水对温度变化的敏感程度也很好。中国河流的年径流变化的主要形式有:在全国的主要江河中,淮河以南地区的河流径流部门降低其水以上,北部略少。但是因為气候变化,全球气温升高,我国河流径流可以产生一下三种变化:第一,全国的大江大河径流不可避免的减少;第二,北部径流量减少南部径流量增加;第三:减少径流北部南径流量增加。

b.根据实际情况来改变水资源管理体系,提高管理效率,尽可能的建立适应气候变化的合理的管理机制,注意水资源管理和保护工作,完善相关法律法规,治理水资源必须要合法。随着全球变暖,大多数流域表现出干化的趋势,自然径流量减少显著,供水和需求之间的矛盾日益尖锐。

c.温室效应越来越严重,使得全球气温不可避免的升高,这将导致我国西北部高寒山区冰川萎缩,河流冰川补给大大减少;未来气候变化将会改变我国主要河流流域的水文变化,但是不会产生跨气候带的水文变化;中国水资源的变化会导致原生态敏感脆弱地区更加敏感脆弱,以至于产生不可逆转的后果。

根据科学研究表明,在二十世纪,地球表面生态系统的大规模水文循环具有非常重要的反馈。因此,全球变化对水文和水资源的影响已成为21世纪水文科学的前沿问题,这也需要各个地区之间进行更大程度地合作,特别是通过加强水文和大气物理学家之间的合作,积极追求“一个世界土地区域流域尺度水文循环”等科学研究。本文分析了气候变化对水文水资源系统的影响,为相关研究者从事具体研究提供了可行的参考。

第三篇:土地利用变化情况分析报告

唐山市曹妃甸工业区2011土地利用

变化情况分析报告

根据国土资源部《关于开展2011全国土地变更调查与遥感监测工作的通知》精神及省市国土部门的相关要求,我们以2010年曹妃甸工业区土地变更调查数据结果为基础,结合各园区指挥部、相关部门对工业区已开工建设项目用海、用地情况及204个遥感监测图斑通过外业实地调查、前期数据整理、调查地图编制等方式,初步完成了MAPGIS土地利用现状管理系统变更汇总准备工作。现将土地利用变化情况分析如下:

一、曹妃甸工业区土地管理情况及利用现状

(一)基本情况。根据《唐山港总体规划》及《曹妃甸工业区总体规划》,曹妃甸工业区西起双龙河嘴东口东至青龙河口,规划管理辖区近380平方公里,其中规划陆域面积约310平方公里,水域面积约70平方公里。规划形成陆域范围内原有收回南盐国有建设用地20平方公里,滦南、唐海未利用地约3平方公里,其余约287平方公里为海域使用管理范畴,需填海形成。按“国海发[2008]29号”文件精神,目前已填海形成陆域面积约200平方公里。

(二)土地利用现状。曹妃甸工业区近期和中期用海规划分别于2008年和2009年经国家海洋局批准,规划用海面积292平方公里,填海面积203.19平方公里,同时整个工业区已纳入唐山市2006-2020土地利用总体规划。截止2011年底,存量建设用地部分办理供地手续5.83平方公里,剩余全部纳入政府储备进行土地整理。未利用地部分仍未开发利用。填海形成的土地部分取得相关批复手续的面积为

74.91平方公里。

二、曹妃甸工业区土地利用变化情况分析

(一)2011土地变更依据及规模。按照《2011全国土地变更调查与遥感监测实施方案》规定,我们对2011下发的204个图斑及属性信息进行了逐一核实、测量,并进行内业量算。对唐海县行政县域范围内的11个图斑及监测图斑外的6个已实地发生变化的项目用地进行了变更,变更面积为350.34公顷;对滦南县行政县域范围内的153个图斑及监测图斑外的18个已实地发生变化的项目用地进行了变更,变更面积为2135.29公顷,合计2011曹妃甸工业区土地变更总面积为2485.63公顷。

(二)变化情况分析

曹妃甸工业区土地现状没有农用地及耕地,此次图斑占地不存在占用农用地及耕地,项目建设中占用一是存量建设用地,二是经国家海洋局批准的近、中期用海规划范围内的海域。不进行变更的图斑有40个,面积为61公顷,其中土地整治施工图斑有4个,面积为37公顷;临时建筑图斑有27个,面积为18公顷;临时堆场1个,面积为4公顷;简易工棚、活动板房图斑有8个,面积为2公顷,均不占用农用地及耕地。

特此报告。

唐山市国土资源(海洋)局曹妃甸工业区分局

二〇一二年一月五日

第四篇:土壤有机碳检测方法介绍与自我总结

土壤有机碳检测方法介绍

土壤有机碳是以有机物形式存在于土壤中的C元素的一种存在形式,作为土壤碳库中的重要组成部分,一方面在土壤品质监测中是一项重要的检测项目,另一方面对研究空气中二氧化碳来源也有很大的作用。

土壤有机碳根据其稳定性可分为活性有机碳、慢性有机碳和惰性有机碳三种,其中活性有机碳是反映土壤肥力和土壤管理措施的较好指标。而根据土壤中有机碳的溶解性质又可分为溶解性有机碳和非溶解性有机碳。非溶解性有机碳属于惰性有机碳,由于不能溶解不能被植物吸收也不易产生迁移,所以在土壤质量监控和环境监测方面没有实际意义,而活性有机碳和慢性有机碳大多属于溶解性有机碳。

目前土壤有机碳的检测方法主要是干烧法和湿氧化法。常用的重铬酸钾和浓硫酸湿氧化滴定技术由于不能确保样品完全氧化,检测效果较差检测结果必须进行修正。而干烧法目前又有土壤直接高温燃烧和土壤经溶液萃取后高温燃烧溶液两种方法。

土壤直接燃烧法大多需在样品燃烧前使用磷酸溶液或盐酸溶液去除土壤中的无机碳。磷酸酸性较弱不易将土壤中的难溶碳酸盐氧化(西南地区广布卡斯特地貌,碳酸岩形成的土壤比重较高),而直接燃烧需要在900℃以上的温度才能保证燃烧完全,碳酸盐在800℃左右就会分解,所以检测结果受无机碳干扰明显。盐酸溶液虽然可将大部分碳酸盐去除,但是残留的盐酸会对催化剂和检测器的寿命造成严重影响,使用时必须将样品再次淋洗、烘干才能上机检测,冲洗过程中又会造成溶解性有机碳的损失,所以检测结果也不是很准确。这正是Tekmar在第6带产品设计生产时取消固体进样器的一个主要原因。所以相对来说检测更准确的则是溶液萃取法。

溶液萃取法是通过一定浓度的盐溶液将土壤中的有机碳转移至液相后再对溶液进行检测的方法。一方面该方法只将溶液中的溶解性碳转移至溶液,溶液再上仪器进行检测,检测过程中仪器会自动清除无机碳,所以检测结果准确可靠;而不溶解性碳(包括难溶性碳酸岩和不溶性有机碳)不是土壤的有效养分或污染物所以实际监测意义不大,这也是为什么中国农科院和中科院下属单位长期将溶液萃取法作为土壤有机碳检测手段的根本原因。

第五篇:气候与土地利用变化对水文水资源的影响研究论文

随着人类工业化程度加深,全球温室效应加重,因此气候问题已经成了当今世界、广大学者和全人类共同关注的问题之一。气候变化也不可避免的导致全球水资源的变化,使得全球水资源无法像过去一样进行循环,使得水资源在时空分配开始改变,例如气温升高,北极冰川开始融化,随之影响了全球生态环境和社会经济。而土地利用变化也会改变原有水循环的节奏,因此进行气候和土地利用变化对水文水资源的研究,对保护生态环境和进行可持续发展具有重大的理论意义和现实作用。

气候变化对水文水资源系统影响的研究情况现状

中国气候变化和全球气候变化的趋势大致相同。这一百年来,中国整体气温升高0.4℃~0.5℃,略低于全球气温升高的0.6℃,在过去的一个世纪里,其间最温暖的时间在20世纪20~40年。在我国,西北、华北和东北三个地区气温变暖突出,特别在于我国西北地区气温升高最为显著,位于全国领先地位,但是在华东地区气温变暖不够明显。

1.具体研究步骤

因为生态环境是一个相互作用,联系紧密的整体,所以研究水文水资源,就必须从温度,降水,蒸发、气候和其他变化入手,根据这些和水文水资源息息相关的因素来判断预测水文水资源的趋势,对供水领域的供水量变化做出决定。在研究中主要采用“假设模型”的研究方法,例如通过检测气候出现了某种变化,进而考虑水文循环主要由哪几种部分组成,分析这些在这些因素的作用下,分预测会来各种变化,进一步分析气候变化对水文水资源的影响,研究主要通过以下四个步骤进行:

a.对气候变化情景进行科学严谨的定义

b.建立并且验证水文模型

c.把气候变化情景输入水文模型,进行科学模拟,从而分析气候变化区域的水文循环和水文变化流量

d.根据模型来预测气候变化对水文水资源的影响,并且根本预测结果来调整应对措施,从而降低不良影响结果。建立未来气候变化情景水文模型是判断水文水资源变化的关键环节。

2.气候变化对水文水资源的具体影响

气候变化对水文水资源的影响是巨大的,主要可以从以下两个方面进行考虑:第一,气候变化对天然径流量的影响;第二,气候变化对水资源系统的供应和该区域水资源需求量的影响。前者可以通过节水、节能来进行产生影响,例如服从自然规律;后者通过进行人工干预,例如建设工程设施、水资源管理和影响社会经济发展。研究表明气候对水文水资源主要为以下几个方面:

a.根据研究表明,我们可以看到径流对气候敏感变化的反应程度是不同的,主要趋势为从南到北、从湿润到干旱地区敏感程度逐渐上升,并且降水对温度变化的敏感程度也很好。中国河流的年径流变化的主要形式有:在全国的主要江河中,淮河以南地区的河流径流部门降低其水以上,北部略少。但是因为气候变化,全球气温升高,我国河流径流可以产生一下三种变化第一,全国的大江大河径流不可避免的减少;第二,北部径流量减少南部径流量增加;第三:减少径流北部南径流量增加。

b.根据实际情况来改变水资源管理体系,提高管理效率,尽可能的建立适应气候变化的合理的管理机制,注意水资源管理和保护工作,完善相关法律法规,治理水资源必须要合法。随着全球变暖,大多數流域表现出干化的趋势,自然径流量减少显著,供水和需求之间的矛盾日益尖锐。

c.温室效应越来越严重,使得全球气温不可避免的升高,这将导致我国西北部高寒山区冰川萎缩,河流冰川补给大大减少;未来气候变化将会改变我国主要河流流域的水文变化,但是不会产生跨气候带的水文变化;中国水资源的变化会导致原生态敏感脆弱地区更加敏感脆弱,以至于产生不可逆转的后果。

根据科学研究表明,在二十世纪,地球表面生态系统的大规模水文循环具有非常重要的反馈。因此,全球变化对水文和水资源的影响已成为21世纪水文科学的前沿问题,这也需要各个地区之间进行更大程度地合作,特别是通过加强水文和大气物理学家之间的合作,积极追求“一个世界-土地-区域-流域尺度水文循环”等科学研究。本文分析了气候变化对水文水资源系统的影响,为相关研究者从事具体研究提供了可行的参考。

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