耕地保护对生态系统水源涵养功能的影响——以武汉市为例

耕地保护是我国粮食安全的根本保障。然而,在快速城市化背景下,耕地保护导致生态用地加速流失造成对生态系统服务功能的影响往往被忽略。以武汉市为例,采用模型模拟的方法,利用基于元胞自动机的土地利用变化模型——LANDSCAPE模型设定严格、适度耕地保护情景,进而基于InVEST模型定量评估耕地保护对生态系统水源涵养功能的影响,为科学认识耕地保护政策的实施对生态系统服务功能的影响提供新的视角。结果表明:（1）严格、适度耕地保护情景下武汉市2020年生态系统水源涵养功能存在显著差异。相较于适度耕地保护情景,严格耕地保护情景下,位于武汉市东北地区的低水源涵养区分布范围明显增多,高水源涵养区分布明显较少;（2）在水源涵养总量方面,严格耕地保护情景下的水源涵养总量为4.33×10⁸ m³,适度耕地保护情景下的水源涵养量为4.58×10⁸ m³,两者差异显著。（3）严格、适度耕地保护情景中草地、林地、水体等生态用地的水源涵养总量分别为1.06×10⁸ m³,1.27×10⁸ m³。其中林地水源涵养量最高,水体、草地次之。     

基于Budyko假设和SCS-CN模型的河源区水源涵养功能研究

河源区作为一种重要生态功能区,具有重要的生态系统服务功能。以沁河源区为例,利用Budyko假设和SCS-CN模型研究了其水源涵养功能空间分布特征,并比较了不同土地利用类型、海拔和坡度下的水源涵养能力。结果表明:（1）沁河源区多年平均水源涵养量为306.48 mm,水源涵养总量为4.19亿m³;（2）不同土地利用类型水源涵养功能不同,落叶阔叶林和常绿针叶林的水源涵养贡献率和水源涵养量均值最大,贡献率分别为43.99%和42.00%,水源涵养量均值分别为330.41 mm和364.53 mm;（3）不同海拔高度上水源涵养功能不同,海拔1 000～1 500 m地区是水源涵养功能的主体,水源涵养量均值在海拔1 500～2 000 m地区最大,为401.71 mm;（4）不同坡度上水源涵养功能不同,缓坡和斜坡的水源涵养贡献率最大,急坡、陡坡和险坡上水源涵养量均值分别为373.62 mm,368.32 mm和363.94 mm。     

中国平原林业工程涵养水源生态服务功能价值估算

平原林业是我国林业建设事业的一个重要组成部分。在过去几十年的发展中,平原林业在生态、经济、社会中发挥了重要作用。为了探讨平原林业在涵养水源生态服务功能方面的贡献,运用水量平衡法、替代工程法以及影子价格,对我国平原林业的涵养水源物质总量和经济价值进行了定量评估。经估算,2005年我国平原林业水源涵养总量是1019.4亿m³,其中华东地区为453.5亿m³,中南地区为304.9亿m³;我国平原林业涵养水源的总价值是5810.56亿元,占2005年全国林业产业总产值的68.69%,单位面积平均涵养水源的价值是23154.7元/hm²,其中中南地区和华东地区分别是34 005.8元/hm²和30334.2元/hm²。     

浑河上游新宾县土地利用演变对水源涵养能力影响评价

[目的]阐明水源保护区浑河上游新宾县土地利用变化与水源涵养功能的关系,指导当地或类似地区土地利用和水资源优化管理。[方法]基于ArcGIS平台,采用土地利用转移矩阵研究新宾县1995年、2000年、2005年、2010年和2015年土地利用变化;在此基础上,运用InVEST模型评估1995—2015年区域及不同土地利用类型的产水功能和水源涵养功能。[结果](1) 1995—2015年新宾县土地利用类型始终以林地和草地为主,21年来,林地、其他用地(湿地为主)、水域和建设用地的面积均增加,其中林地面积增加最大,耕地和草地的面积在减少;(2) 1995—2015年,林地、其他用地、建设用地和水域面积的增加来源于耕地和草地;(3)新宾县多年平均产水量为1.564×10⁹m³,水源涵养量为6.2×10⁸ m³,作为重点水源涵养区域,新宾县平均水源涵养能力193.62 mm,多年来呈现波动变化趋势,产水量的变化与分布、土地利用直接影响着区域的水源涵养量大小;(4) 1995—2015年不同土地利用类型的水源涵...     

滇中城市水源地水源涵养能力研究

水源涵养能力是水源地保护研究的主要内容。基于昆明、玉溪、楚雄3个城市水源地内的中和、大矣资、马家庄和凤屯（二）站1982—2011年实测流量数据,通过总径流和基流的变化来揭示水源涵养能力的时空变化规律,并依据MODIS,Landsat遥感影像分析其主要影响因素。结果显示:总径流和基流均为凤屯（二）站最大,马家庄站最小,两站分别相差48%,70%;1982—2011年,总径流和基流除大矣资站呈显著下降趋势（α≥99.6%）外,其余站变化趋势不显著;总径流和基流与降水量、林地面积比率呈较好正相关（R²≥0.814 4）,与园地面积比率呈负相关（R²＝0.687 7）,与植被覆盖率、耕地面积比率相关性不明显（R²≤0.379 8）。可见九龙甸水库的水源涵养能力最强,东风水库最弱;松华坝水库、九龙甸水库和东风水库的九溪河流域的水源涵养能力无显著的变化趋势,东风水库的董炳河流域呈显著减弱的趋势;水源涵养能力随降水量、林地面积增大而增强,随园地面积增大而减弱,植被覆盖率的大小不能反映水源涵养能力的强弱。     

黄土高原丘陵区人工灌草生态系统水土保持功能评估

人工灌草复合植被是黄土高原植被恢复与重建的主要植被类型,在该区域水土保持中发挥着重要的作用。以定西市安定区为例,基于InVEST模型对该区人工灌草生态系统的水土保持功能进行定量化评估,以期为黄土高原丘陵区生态恢复与水土资源的可持续利用提供决策支撑。评估结果为:(1)人工灌草地单位面积的水源涵养量为369.25 m~3/hm~2,是草地的90.5%、林地的134%和耕地的110%;该区的水源涵养总量为3 970.99×10~4 m~3,人工灌草地水源涵养量占该区总水源涵养量的29.9%。(2)人工灌草地单位面积的N保持量为2.4 kg/hm~2,净化率为72.21%,P保持量为0.12 kg/hm~2,净化率为71.07%。(3)人工灌草地单位面积的土壤保持量为308.76 t/hm~2,比草地、林地和耕地分别高1.88,1.44,6.01倍,该区的土壤保持总量为3 310.21×10~4 t,人工灌草地土壤保持量占总土壤保持量的54.82%。结果表明,人工灌草地的水源涵养能力仅次于草地,高于其他土地利用类型,但土壤保持能力是6种土地类型中最强的,具有较好的水土保持功能,是黄土高原丘陵区适宜的植被类型和土地利用方式。     

2000-2015年新疆伊犁河谷草地NPP时空变化特征

以伊犁河谷为研究区,基于Modis NPP遥感数据,并借助于GIS空间分析技术及Mann-Kendall检验和Theil-Sen median趋势分析等方法,对伊犁河谷2000-2015年草地NPP的时空变化进行了分析。结果表明:（1）伊犁河谷全区草地NPP多年平均值为272.99 g C/（m²·a）,大部分草地NPP值介于200~400 g C/（m²·a）,主要分布于河谷内的中山、高山及昭苏盆地等区域,各草地类型中山地草甸分布面积最广,NPP平均值也最大;（2）草地NPP总体呈非显著减少趋势,平均减小速率为0.94 g C/（m²·a）,空间上,全区73.94%草地的NPP出现不同程度的减少,减小速率主要介于1.0~5.0 g C/（m²·a）,类型主要属于山地草甸、温性草原及高寒草甸;（3）伊犁河谷草地NPP减小速率总体随NPP的增加而逐步增大,但NPP值介于300~400 g C/（m²·a）的平均减小速率最大;（4）海拔分异上,1 000~2 000 m海拔带内NPP减少最为明显,而NPP有所增加的草地主要分布于2 000~3 000 m海拔带内。     

基于GIS的陕南水源区农产品虚拟水空间差异分析

基于GIS支持,采用Renault等的计算方法,对2010年陕南水源区主要农产品虚拟水空间结构进行分析。结果表明:三市间农产品虚拟水总量差异很大,汉中约52亿m³,安康约37亿m³,商洛约23亿m³;汉中、安康虚拟水结构比较类似,以猪肉（19%,22%）、油料（21%,22%）、稻谷（25%,14%）为主,商洛虚拟水结构与汉中、安康差异很大,以猪肉、小麦、玉米为主（21%,17%,20%）。县域尺度上,虚拟水总量、猪肉、油料、家禽、水果、蔬菜、稻谷虚拟水均表现出沿汉江河谷地带高,向两侧山区递减,南部大巴山区高于北部秦岭山区的特征;玉米、小麦虚拟水丹江流域多于汉江流域;奶类虚拟水更集中于区域中心市区及周边。传统习惯、地理条件、农业结构调整等是造成虚拟水空间差异的主要因素。     

灌溉定额对膜下滴灌玉米生理性状及产量的影响

通过不同灌溉定额对膜下滴灌套播玉米生理性状及产量指标影响的研究,为套播玉米膜下滴灌栽培技术的应用和推广提供科学依据。在田间试验条件下,设置不同灌溉定额处理3 000 m³/hm²（D1）,4 500 m³/hm²（D2）,5 250 m³/hm²（D3）,6 000 m³/hm²（D4）和6 750 m³/hm²（D5）和常规地面灌（CK）处理,采用随机区组试验设计,研究不同灌溉定额对套播玉米生理性状和产量指标的影响。不同灌溉定额下套播玉米茎粗、株高、叶面积和SPAD值随灌溉定额的增加而增大,表现出D5 > D4 > D3 > D2 > D1,玉米整个生育期高灌溉定额（D5）比低灌溉定额（D1）分别平均提高21.74%,17.36%,18.73%,18.50%;产量及产量构成在一定灌溉定额下（3 000~6 000 m³/hm²）随灌溉定额的增加而增大,超过一定的灌溉定额（> 6 000 m³/hm²）对玉米的产量及产量构成无显著提高。膜下滴灌条件下,南疆套播玉米灌溉定额在5 250~6 000 m³/hm²内比较合适。     

黑河流域水循环特征研究

为了系统地研究黑河流域的水量平衡,该文应用Penman-Monteith模型和波文比公式估算黑河流域的蒸散发量,并结合流域的流量观测与已有的研究成果,首次将流域的大气输送水量与地面水循环结合起来研究分析:黑河流域上空大气水汽输送净收入量约288亿m³;上游山区为多降水中心,成为河流的发源地,降水总量约有141.68亿m³;中下游内陆盆地成为低降水极值中心,降水总量约有55.13亿m³;黑河流域总蒸散量约为195.6亿m³,其中在上游山区蒸散约95.44亿m³的水分,中下游蒸散损失的水量达到100.16亿m³。结合黑河流域水资源量的时空变化情况,从分析内陆河水循环主要环节出发,揭示了黑河流域水循环在山区形成水资源、在中下游内陆盆地散失水资源的特征。     

子午岭林区林地和开垦地土壤侵蚀特征研究

利用大型坡面径流场和小流域的观测资料研究了子午岭林区林地开垦前后土壤侵蚀特征,其结果为林地土壤侵蚀很轻微,侵蚀强度小于15t/（km²·a）,径流模数小于2400m³/（km²·a）。地形和降雨特征对土壤侵蚀的影响不甚明显,植被和土壤成为影响土壤侵蚀的决定性因子。而当林地被开垦后,土壤侵蚀由自然植被覆盖下的自然侵蚀转变为人为加速侵蚀,侵蚀模数达1000t/（km²·a）以上,径流模数在27480m³/（km²·a）以上。降雨和地形特征对土壤侵蚀的影响非常明显。土壤加速侵蚀量与10min 或15min 最大雨强（Ⅰ₁₀或Ⅰ₁₅）的关系最为密切,坡面汇流增加,谷坡侵蚀产沙系数为27.7%。     

滦河上游不同密度油松林水源涵养功能研究

为了探知不同密度油松林人工林的水源涵养功能高低,选取木兰围场8个密度油松林的枯落物与土壤进行研究,利用水源涵养指数来比较各林分的水源涵养功能的高低,结果表明:（1）枯落物重量与有效拦蓄量变化趋势是随着密度的增加而增大,而枯落物最大持水量处于自身重量的2～4倍,最大持水率在250.61%～310.66%。（2）随着密度的增加土壤的最大持水量、非毛管孔隙度与非毛管蓄水量都是先是增加后减小,而最大持水量在1 800株/hm²达到了最大值为2 868.0 t/hm²;毛管孔隙度、毛管蓄水量与总孔隙度都没有明显的规律可言。（3）随密度的增加油松的水源涵养指数是呈现增加趋势的,其中的最大值是最小值的1.35倍,当密度处于1 500株/hm²时,指数趋于稳定,在1 500～1 800株/hm²时水源涵养指数较高。     

沙质海岸5种植被类型土壤物理性状及其水源涵养功能

通过对沙质海岸5种植被类型的土壤物理性状和水源涵养功能的研究,结果表明:(1)混交林和草地的土壤物理性状及贮水能力明显优于纯林地的土壤物理性状;(2 ) 5种植被类型土壤的涵养水源能力大小依次为草地>黑松刺槐混交林>黑松纯林>柽柳林>刺槐纯林;表层土壤高于底层土壤;(3)各植被类型枯落物的饱和持水率在10 5 12 % 4 5 3 6 4 % ,水容量在4 5 833 17t/hm2 之间;刺槐纯林枯落物的水源涵养功能最大;(4) 5种植被类型的涵养水源量在14 76 6 6～1870 38t/hm2 之间。各植被类型的土壤蓄水量占总涵养水源量的98%以上     

土地利用变化对区域生态服务价值的影响研究

本文利用三峡库区1996年、2000年和2005年土地利用数据,采用动态度模型和生态服务价值模型,分析了耕地、林地、草地和水域这四种土地利用系统结构和生态服务价值的变化规律。研究结果表明:（1）1996—2005年林地、水域面积在增加,耕地和草地面积在减少;林地、水域增长的速度较快,而耕地、草地减少的速度较慢。（2）三峡库区1996年、2000年及2005年土地生态服务价值分别为485.96亿元、726.32亿元和902.29亿元,林地的生态服务价值占主导。（3）经济发展会影响区域生态服务价值的提升,尤其是城市化对生态服务价值的负面影响最为明显。（4）生态服务价值的分区变化比较明显,但是高价值区和低价值区变化比较小。（5）从生态服务价值的内部结构来看,水源涵养的功能占主导。     

2005-2014年南方农牧交错带净初级生产力时空分布特征

为了解我国南方农牧交错带内生态系统生产能力的变化程度,以2005—2014年MOD17A3H数据为数据源,利用简单差值法和一元线性回归分析法,对区内的植被年均NPP空间分布及变化趋势进行了分析。结果表明:（1）2005—2014年南方农牧交错带内植被NPP分布差异较大,整体呈南部高北部低。（2）年均植被NPP为389 gC/（m²·a）,平均植被NPP变化范围在344～426 gC/（m²·a）之间。（3）2014年较2005年相比,南方农牧交错带植被NPP增加了106 gC/（m²·a）。但10年间植被NPP总体变化呈略微减少趋势,减少的地区面积占南方农牧交错区总面积的57%。（4）不同生态系统平均植被NPP均值表现为:森林生态系统 > 农田生态系统 > 灌丛生态系统 > 湿地生态系统 > 草地生态系统;不同生态系统植被NPP变化相似,呈波动略微减少变化。说明区域内生态系统变化波动较为明显,应对该区域生态系统给予更多的保护。     

农牧交错带禁牧草地生态系统服务空间权衡与协同关系

为明确农牧交错带禁牧草地生态系统主要服务间的相互作用关系,以宁夏盐池县草地为研究对象,借助本地化的InVEST模型,对禁牧以来(2000-2015年)草地碳储存、水源涵养、土壤保持3项关键服务进行精准测度,明确其时空变化特征,以此为基础,通过逐像元相关系数法对3种服务间的权衡作用进行定量可视化表达,分析乡镇尺度各服务间的空间权衡与协同关系。结果表明:1)禁牧以来,草地生态系统碳储存、水源涵养和土壤保持功能显著增加,但增加过程存在一个显著的"N"型波动,碳储存总量及单位面积均值由217.46万t、5.78t/hm~2增加到263.12万t、6.19 t/hm~2;水源涵养总量及单位面积均值由2 884万t、76.69 t/hm~2增加到6 118万t、143.92 t/hm~2;土壤保持总量及单位面积均值由1 383万t、36.78 t/hm~2增加到3 474万t、81.71 t/hm~2。碳储存功能与草地覆被关系密切,年际波动小、增长稳定,水源涵养和土壤保持功能受降水和地形显著影响,年际波动大、空间差异显著。2)草地土壤保持与水源涵养功能呈显著的空间协同关系(面积占86.34%),碳储存与水源涵养功能关系复杂,空间权衡与协同关系不显著(面积分别占47.66%和52.34%),碳储存与土壤保持功能呈空间协同关系(面积占69.55%)。通过定量可视化评估草地生态系统各服务间的空间权衡与协同关系,可为草地生态系统优化提供科学依据,为草地资源管理提供参考。     

2000-2015年黄河流域植被净初级生产力时空变化特征及其驱动因子

黄河流域区域性差异显著,生态系统环境脆弱敏感,研究植被NPP对其生态环境生产能力的了解具有重要意义。基于MOD17A3 NPP数据、气象数据和土地利用/覆盖类型数据,采用偏差分析、趋势分析、相关性分析及马尔科夫转移模型对黄河流域2000—2015年植被NPP的时空格局、变化趋势及驱动因子进行了研究。结果表明:（1）2000—2015年黄河流域植被年NPP均值为228.2 g C/（m²·a）,变化范围为179.6～258.1 g C/（m²·a）,整体上呈现微小波动增加趋势,植被NPP偏差值呈现先减少后增加的趋势;上中下游植被NPP年均值呈明显的梯度分布,即上游<中游<下游,说明中上游区域生态环境相对脆弱。（2）黄河流域植被NPP具有较强的空间分异性,呈南向北带状递减分布;上中下游植被NPP总量差异显著,其中中上游植被NPP总量约占整个流域的96%,可见中上游对整个黄河流域生态环境的影响举足轻重,故加强对中上游区域生态环境建设与保护至关重要;流域大部分地区植被NPP以增加为主要趋势。（3）流域植被NPP受气候因素中降雨影响较大,以气候因素强驱动的区域主要分布在川西高原、鄂尔多斯高原及华北平原等地区。农用地转建设用地及草地转荒漠是黄河流域植被NPP损失的主要方式,可见城市加速扩张以及过度开垦、放牧等人类活动是植被NPP损失的主要驱动力,近几年林地、草地面积有所增加,植被NPP整体上损失程度有所减小,可见实施退耕还林还草政策已见成效。     

三维土工网防护边坡侵蚀特性的试验研究

为了揭示三维土工网防护坡面侵蚀规律,利用室内模拟放水冲刷试验,定量研究了不同坡度（5°,10°,15°,20°,25°,30°）、不同流量（1 m³/h,1.5 m³/h,2 m³/h）条件下,三维土工网防护坡面的侵蚀过程及侵蚀特征。结果表明:（1）累积侵蚀量随坡度和流量的增大而增大,且冲刷最初10 min内得到的侵蚀量占侵蚀总量的70%左右,而冲刷末期的坡面流含沙率仅在0.01～0.04 g/cm³内波动;（2）随着坡度增大,累积侵蚀量的贡献率增大,流量对累积侵蚀量起主导作用,在大流量冲刷的条件下,流量对累积侵蚀量的贡献率比流量较小时更加显著;（3）累积侵蚀量与坡度呈正相关的幂函数关系,相关性显著;（4）三维土工网防护边坡的坡面流为紊流,累积侵蚀量与雷诺系数的关系可以表示为:M=0.186Re^0.672,相关系数R²=0.9429。     

修河上游流域4种森林类型的水源涵养功能评价

为定量评价修河上游流域森林生态系统的水源涵养功能,对流域内4种主要森林类型（杉木林、马尾松林、阔叶林、毛竹林）枯落物层和土壤层的结构、持水性能进行了研究。结果表明:（1）4种森林类型枯落物现存量的变化范围为3.50～5.99 t/hm²,其中杉木林枯落物的现存量最大,毛竹林最小;枯落物最大持水量表现为阔叶林 > 马尾松林 > 杉木林 > 毛竹林,说明阔叶林的枯落物层比针叶林和毛竹林有更大的水源涵养能力;（2）4种森林类型的土壤容重表现为马尾松林 > 杉木林 > 毛竹林 > 阔叶林,表明4种森林类型中,阔叶林更有利于改善土壤结构;土壤水源涵养能力表现为毛竹林（376.50 t/hm²） > 阔叶林（373.17 t/hm²） > 马尾松林（213.50 t/hm²） > 杉木林（186.42 t/hm²）;（3）林分枯落物层和土壤层的综合水源涵养能力表现为毛竹林 > 阔叶林 > 马尾松林 > 杉木林。结果说明修河上游流域阔叶林、毛竹林的水源涵养功能优于针叶林,建议加强保护阔叶林和毛竹林,适当改造针叶林,以提高当地森林生态系统的整体水源涵养能力。     

草地开垦人为加速侵蚀的人工降雨试验研究

通过野外人工降雨试验分析了人为破坏草被对土壤加速侵蚀的影响。研究结果表明天然草地基本上不发生径流和土壤流失。天然草被破坏开垦后径流量增加1273～3050m³/km²,产沙量增加500～1700t/km²。撂荒地（4年）的径流量明显高于天然草地,但土壤侵蚀量很小,撂荒地开垦后径流和流失量明显高于天然草地开垦后的径流量和侵蚀量,其中产沙量为新开垦天然草地的6.2倍。草地的地上部分吸水量占降雨量的15.5%,天然草地上地形、降雨因子对土壤侵蚀的影响甚微。草地开垦后,土壤侵蚀量随雨强和坡度的增加而增大。