2000—2019年京津冀地区水源涵养功能时空格局变化及其驱动因素

[目的] 研究京津冀地区水源涵养功能时空格局变化及其驱动因素,为区域协同发展过程中的生态保护和建设工作提供科学支撑。[方法] 基于研究区基础地理数据和相关参数,利用InVEST模型及水源涵养公式,在ArcGIS平台上采用一元线性回归模型、变异系数和土地利用转移矩阵等空间分析法,分析2000—2019年京津冀地区水源涵养功能时空格局变化特征及主要驱动因素。[结果] ①京津冀地区多年平均产水量为1.87×10¹⁰ m³,产水量空间格局为东高西低。②京津冀地区水源涵养量空间格局呈东北—西南燕山、太行山较高,西北—东南坝上高原、河北平原较低。③水源涵养量年际变化较大,多年平均水源涵养量为7.85×10⁹ m³,2002年最低,2012年最高。像元尺度上,2000—2019年水源涵养功能增强区面积大于减弱区,增强区占研究区67.49%,减弱区占研究区32.51%。20 a间水源涵养功能呈“中低波动为主,少数区域波动强烈”的特征,低波动、相对低波动区占93.96%,中等波动、相对高波动和高波动区占6.04%。④京津冀地区水源涵养功能变化主要驱动因素为降水、潜在蒸散发和土地利用变化,典型区水源涵养深度与降水量呈显著正相关,与潜在蒸散发量呈显著负相关。在土地利用变化方面,退耕还林还草等生态工程使林地、草地面积提高,水源涵养能力相对增强;而工矿等建设用地扩展侵占林草、耕地面积,水源涵养能力相对降低。[结论] 京津冀地区水源涵养功能时空格局变化明显,水源涵养功能主要驱动因素是气象因子与土地利用变化。     

基于In-VEST模型的汉江上游森林生态系统水源涵养服务功能研究

生态系统服务功能及变化是生态系统评估的核心,是生态学、环境经济学等领域的研究热点。汉江上游秦巴山地是中国重要的水源涵养和供给功能区。近年来,受自然与人为双重驱动因子影响,森林生态系统出现退化现象,水源涵养及供给能力受到一定影响。以汉江上游流域森林景观为研究对象,运用In-VEST模型水源涵养模块对其水源涵养功能进行动态变化分析。结果表明,汉江上游森林生态系统水源涵养总量为1.21×10¹⁴ m³,最大涵养水源深度为362.51 mm,平均水源涵养深度为80.69 mm。在各森林景观中,常绿阔叶林水源函养量最大,乔木园地最小。在空间上,南北秦巴山地地区水源涵养量较大,水源涵养服务功能明显。     

秦岭水源涵养功能解析

稳定且良好的水源涵养功能是区域发展的基础，生态系统的水源涵养功能是当下区域生态水文研究的关键领域。秦岭因其重要的生态功能与地理环境特征，掌握其水源涵养功能的变化、水源涵养功能空间格局、影响因素敏感性等信息具有科学和实践指导双重意义。选取陕西秦岭为研究区，基于InVEST产水模块和水源涵养模型，计算秦岭2000—2014年15年间水源涵养量的变化，从坡度、高程、坡向方面分析了水源涵养空间格局，选取降水、蒸散发、季节常数、根系深度、叶面积指数等因素敏感性。结果表明：（1）年均水源涵养量与年均降雨量基本同步波动，2000—2014年15年间秦岭水源涵养总量呈增加趋势，年均增加值为2×10⁹ m³，并且增加的趋势越来越明显。秦岭主要流域年平均水源涵养量为汉江流域 > 丹江流域 > 渭河流域 > 洛河流域 > 嘉陵江流域。（2）秦岭水源涵养功能与高程、坡度、植被覆盖度呈正相关，阴坡水源涵养量大于阳坡，子流域水源涵养功能以中等重要和重要为主，一般重要和极重要较少。（3）影响水源涵养功能关键因子参数敏感性为降雨 > 潜在蒸散发 > 叶面积指数 > 季节常数 > 植被根系深度。     

吉林省西部盐碱地综合开发多情景模拟与水资源效应

[目的] 盐碱地综合开发利用是提高农业生产力、践行大食物观的必然选择。但受限于开发利用模式单一、耗水压力较大,亟待探索多元化治理模式并依据其水资源效应开展优化调控。[方法] 以吉林省西部地区为研究区,采用FLUS模型预测2030年盐碱地资源在自然发展、粮食安全、粮饲综合开发和生态安全4种情景下的开发利用格局,并对不同情景下的产水量变化进行评估。[结果] (1)2000—2020年研究区开发利用盐碱地1 540.18 km²,主要被恢复为草地或开垦为耕地,但其中旱地次生退化风险较高。(2)不同情景下盐碱地开发均以耕地利用为主。粮食安全情景下水田和旱地开垦面积占比分别为67.48%,4.23%。相较于自然发展情景,粮饲综合开发情景下盐碱地恢复为草地的面积增加139.18 km²,生态安全情景下生态用地规模显著提高。(3)至2030年,4种发展情景下研究区产水量较基期均有所下降,生态安全情景下降幅度最大,达到3.71×10⁸ m³。相比之下,粮饲综合开发情景充分保障粮食和饲草生产,同时缓和盐碱地治理所导致的水资源压力。[结论] 松嫩平原盐碱地开发利用应充分考虑粮饲综合开发模式,统筹粮食和饲草供应,协调粮食和生态安全,以大食物观引领国土空间生态修复和退化土地的开发利用。     

基于SDG15.3.1的土地利用变化对生态系统服务价值的影响

[目的] 可持续发展目标15.3.1是表征土地退化的重要指标之一,探析土地利用变化和生态系统服务价值(ESV)对可持续发展目标15.3.1的影响是改进土地退化的关键因素。基于土地利用及碳储量变化对SDG15.3.1指标制定新的评价规则,并对SDG15.3.1完成情况进行评估。[方法] 采用等效因子法计算生态系统服务价值,以定量分析土地利用变化对ESV的影响。[结果] (1)研究区土地利用类型转换频繁,主要表现为高林地、水体和建设用地增加,耕地、草地和灌木林减少,未利用地基本保持不变。(2) ESV在空间上呈中间高、四周低,西部高、东部低的分布格局;2000—2020年总ESV损失7.32×10⁸元。其中,2000—2010年,土地退化区域的ESV损失3.03×10⁹元;2010—2020年,土地退化区域的ESV损失2.28×10⁹元。(3)根据SDG15.3.1评估结果显示,2000—2010年和2010—2020年SDG15.3.1指标分别为5.22%和4.77%,而土地净恢复面积分别为-1.62×10⁵ hm²和-2.4×10⁵ hm²。SDG15.3.1指标的完成情况有所提高,但仍未实现土地退化零增长目标。[结论] 研究结果为高原城市群在实现可持续发展目标15.3.1过程中土地利用变化对生态系统服务价值的影响提供参考。     

半干旱地区矿区生态系统土壤保持功能评价——以神府—东胜矿区为例

[目的] 评价2000—2020年神府—东胜矿区生态系统土壤保持功能变化情况,探讨矿区生态系统功能现状和存在问题,总结半干旱地区生产建设项目集中区生态功能提升途径,为半干旱地区生产建设项目区生态和经济协调发展提供借鉴。[方法] 采用中国土壤流失方程(CSLE)和风力侵蚀模型,基于栅格像元计算不同时期(2000,2010和2020年)神府—东胜矿区土壤保持量,评价不同土地利用类型、不同植被覆盖度、不同矿井土壤保持量的时空变化。[结果] ①神府—东胜矿区潜在土壤侵蚀量为3.76×10⁶ t/a,矿区生态系统土壤保持量由2000年的2.30×10⁶ t增长到2010年的3.17×10⁶ t,矿区生态系统减少风蚀量作用显著增加。②2000—2020年,矿区耕地、沙地和裸土地面积持续减少,园林草地面积持续增加。园林草地土壤保持量由1.18×10⁶ t/a增加到2.78×10⁶ t/a。③矿区植被由低覆盖度向中高覆盖度转变。2020年,中覆盖度和中高覆盖度林地土壤保持量占矿区生态系统土壤保持总量的67.12%。④治理程度不同的矿井土壤保持量均明显提高。[结论] 2000—2020年,神府—东胜矿区土壤保持功能显著提升。半干旱地区生产建设项目可以通过实施有效的生态措施,改善生产、生活环境,探索生态经济实现路径,实现经济发展和生态改善双赢。     

1996—2020年海南岛水源涵养量时空变化及地理探测

[目的] 分析影响海南岛水源涵养量时空变化的主要驱动因素,为海南岛生态系统水源涵养功能重点区域识别及保护,水资源管理及区域可持续发展等方面提供决策依据。[方法] 基于InVEST模型产水量模块,定量分析海南岛1996—2020年水源涵养的时空变化,并对海南岛的水源涵养影响因素展开地理探测分析研究。[结果] ①1996—2020年海南岛水源涵养总量略微上升,多年平均水源涵养量为41.77 mm,水源涵养总量为1.42×10⁹ m³。空间上,海南岛水源涵养分布呈现东高西低及北高南低的特征。各地类中,林地的水源涵养能力较强,且面积占比大,对海南岛水源涵养量的贡献显著。②水源涵养量有较强的空间正相关性,呈现明显聚集特征,水源涵养重点区域主要分布于海南岛东中部、东部沿海海岸带以及海口市西部的火山熔岩湿地。③各因子对水源涵养影响力从大到小依次为降水量、土地利用类型、实际蒸散发和高程;因子交互作用,尤其是降水与土地利用的交互显著增强水源涵养分布的解释。[结论] 气候作用和人类活动主导了海南岛水源涵养量空间格局。未来既要充分考虑气候变化对水源涵养的影响,通过建立有效措施确保海南岛生态系统水源涵养功能有效适应全球变化,又要通过土地资源的合理利用与管理,确保土地生态安全。     

基于GIS的内蒙古自治区植被生态需水量研究

[目地] 分析计算内蒙古自治区不同典型分区的植被生态需水量,为该区域水资源管理和生态保护提供科学建议。[方法] 以Penman-Monteith公式为基础,利用实测与多源遥感数据,对1990—2020年内蒙古自治区4个典型区域（西部地区、中部地区、东部地区、东北部地区）植被生态需水量（ecological water requirement,EWR）和单位面积植被生态需水量（ecological water requirement for vegetation per unit area,ET）进行反演,并分析其时空变化的主导因素。[结果] ①时间上,30 a间EWR呈现先降后升的趋势,就区域总量来看西部地区较为稳定,维持在3.00×10¹⁰ m³左右;中部与东部地区在6.00×10¹⁰ m³左右,变化幅度较大,年间最大变幅超1.00×10¹⁰ m³;东北部地区高,且稳定在1.00×10¹¹ m³左右。②空间上,总体呈现出自西向东逐渐升高的态势且东西差异巨大,东北部区单位面积植被生态需水量（ET）均值较西部地区高近250 mm。[结论] 降水蒸发主导下的气候因素与土地覆盖类型变化主导下的人为因素是内蒙古自治区植被生态需水量变化的关键因素,后者影响程度要大于前者。     

2000—2020年陕西省陆地生态系统NPP时空变化与潜力

[目的] 在“双碳”战略实施背景下,准确评估陆地生态系统固碳现状、速率与潜力对实现“碳中和”目标意义重大。陕西省横跨3个气候带,南北气候差异大,植被类型丰富。近年来,由于多项生态工程(退耕还林还草、三北防护林等)的实施,陕西省植被覆盖度进一步提升至60.7%,固碳能力巨大。陆地生态系统NPP(植被净初级生产力)是反映植被固碳能力的重要指标,然而,关于陕西省NPP的时空动态变化,以及NPP未来潜力的空间分布鲜有研究。[方法] 以陕西省陆地生态系统为研究对象,利用CASA模型和邻域相似空间分布法评估陕西省植被NPP及其潜力的时空分布特征。[结果] (1)陕西省植被总固碳量在2000年和2020年分别为687,1 020 Tg,增加333 Tg,增幅为48.5%。(2)陕西省NPP呈南高北低,中间存在最高值或最低值的空间分布态势,平均值在2000年和2020年分别为333.2,494.8 gC/m²,共增加161.6 gC/m²,增加幅度呈北高南低的分布态势。(3)陕西省生态系统NPP的实际最大潜力为2 304 Tg,相比于2020年增加41.3%,空间分布态势表现为由南到北逐渐降低,且空间分布特征均表现高度空间自相关特性,但局部差异较大。[结论] 陕西省植被总固碳量在2000—2020年显著增加,同时,未来植被固碳潜力巨大。评估和预测陕西省区域尺度生态系统NPP时空动态变化及潜力空间分布特征,可为科学评价提升区域碳汇能力提供一定的评价体系和理论参考。     

鄱阳湖地区典型湿地碳储量时空演变与情景预测

[目的] 分析鄱阳湖湿地生态系统碳储量时空特征,为下一步鄱阳湖地区湿地保护,实现区域“碳达峰、碳中和”提供科学依据。[方法] 结合InVEST和GeoSoS-FLUS模型,计算2000—2020年鄱阳湖地区典型湿地碳储量,并预测自然发展情景与生态保护情景下2030年碳储量变化。借助地理探测器模型,探究碳储量变化的驱动因素。[结果] ①2000,2010,2020年鄱阳湖地区典型湿地碳储量分别为2.42×10⁶,2.48×10⁶,2.46×10⁶ t。②高碳储量集中于中西部林地,低碳储量集中于中东部、西部和北部的湖泊水域。③土地利用是碳储量转移的主导因素,其中沼泽草地、沼泽地、林地、耕地对碳储量转移的解释力依次降低。④相较于自然发展情景,生态保护情景2020—2030年碳储量变化速率由-17.81%变化为-1.09%。[结论] 合理的生态保护政策可以有效地保障湿地的固碳能力,应强化国土用途管制,落实生态保护措施,为提升区域碳储能力提供保障。     

川西高原土地利用碳储量估算及多情景预测

[目的]区域碳储量与土地利用密切相关。在“双碳”目标下,从碳储量视角开展重点区域土地利用变化预测研究,对协调与优化区域土地利用格局、提高区域生态系统未来固碳潜力具有重要参考价值。[方法]以川西高原为研究区,以2000年、2010年和2020年土地利用为数据源,预测不同情景下2030年土地利用,结合修正的土地利用碳密度数据和InVEST模型估算区域碳储量变化。[结果](1)从各地类相对研究区的面积占比变化看,2000—2020年草地从65.20%逐步缩减到63.65%,林地从31.73%不断扩张到32.92%,未利用地先减后增且净增0.57%,水域和耕地先增后减均净减0.11%,湿地持续增加,共净增0.07%;研究区2000年、2010年、2020年碳储量分别为24.26×10⁸,24.29×10⁸,24.27×10⁸ t,呈先增后减趋势。(2)与2020年相比,2030年自然发展情景下碳储量减少3.19×10⁵ t,在耕地保护情景、生态保护情景、耕地生态联合保护情景下将分别固碳4.29×10     

基于SWAT和PLUS模型的窟野河流域径流对土地利用变化的响应及预测

[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R²和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.877 4,Kappa系数为0.802 1,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km²,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km²;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河...     

基于PLUS与InVEST模型的内蒙古自治区土地利用变化及碳储量评估

为实现内蒙古自治区的“双碳”目标。根据内蒙古自治区2000年、2010年和2020年土地利用数据(LULC),按照内蒙古自治区“十四五”政策规划，建立自然发展、耕地保护与生态保护3种情景，利用PLUS模型对内蒙古自治区2030年土地利用空间分布进行预测分析，并用InVEST模型对内蒙古自治区不同开发情景下碳储量的变化进行分析。结果表明：(1)2000—2020年间内蒙古地区林地与建设用地面积均有增加，耕地、水域、草地与未利用地面积均呈减少态势，且转移方向上主要表现为耕地转为建设用地。(2)自然发展状态下，草地、耕地、水域及未利用地呈下降趋势，林地及建设用地呈上升趋势；在生态保护状态下，林地、草地和水域面积均比自然开发情景有所增加；耕地保护情景下，耕地面积相较于自然发展情景呈扩张趋势，扩张面积达4.69×10⁴ hm²。(3)2000年、2010年、2020年内蒙古地区碳储量分别达到1.371 7×10¹⁰,1.370 9×10¹⁰,1.370 6×10¹⁰ t,呈逐年减少趋势。...     

海河流域水土保持生态用水研究

 为确定海河流域不同类型区水土保持综合治理的减水减沙作用,并为估算生态用水提供依据,采用定性与定量相结合的方法,划分海河流域生态环境建设区;在分区的基础上,根据多年来小流域治理减水减沙作用的观测成果,分析、计算黄土丘陵沟壑区、土石山区、石质山区的减水减沙定额;以各分区水土流失综合治理的保存面积及规划治理面积为依据,计算出海河流域现状、2010年及2030年的水土保持生态用水分别为26.06亿、42.92亿及71.53亿m3。     

陕西省水土流失重点防治区的划分方法及指标体系

[目的]划定县级以上水土流失重点防治区,指导水土保持措施的科学制定和提高水土流失防治成效。[方法]在参加国家水土流失重点防治区复核划分工作和完成陕西省水土流失重点防治区划分工作的基础上,通过调查及分析研究,提出了土壤侵蚀强度、林草覆盖度和水土流失治理度等定量指标和江河源头、引水水源、基本农田等保护区的定性指标。[结果]利用GIS和RS技术,以乡镇行政区划为基本单元,按照定量指标,解译遥感影像数据,生成了陕西省水土流失重点防治区划分成果图。利用定性指标,按照相对集中连片,突出重点,适当概化的原则,对划分成果进行了归类修正。以地貌类型为主线,并参照水土保持功能,对水土流失重点防治区进行了分类和命名。[结论]陕西省划分为6个水土流失重点预防区和6个水土流失重点治理区共计12个大片区,是编制《陕西省水土保持规划》、规范生产建设项目中水土保持监督工作的重要依据,也为市县级水土流失重点防治区的划分提供参考。     

基于RUSLE模型的黑龙江省2000-2010年土壤保持量评价

黑龙江省是我国重要的粮食产区,同时也是东北地区重点生态保护区,黑龙江省土壤保持量的研究对维持生态安全与可持续发展有重要作用。基于黑龙江省2000年、2005年和2010年的降雨、土壤、高程等数据,结合GIS空间分析方法,运用修订的通用土壤流失方程(RUSLE),估算了2000—2010年黑龙江省土壤保持量,并对其空间分布及变化趋势进行模拟分析。结果表明:2000—2010年,黑龙江省土壤保持能力整体增强,土壤保持量增加了5.34%,且除牡丹江和哈尔滨地区外,各行政区的土壤保持量均有所增加;各土地利用类型的年均单位面积土壤保持量以森林最多,为3 384.36 t·km-2·a-1,裸地最少,为177.17 t·km-2·a-1,10年来除农田和灌丛外,各土地利用类型的单位面积土壤保持能力均增强;2000—2010年黑龙江省高等级土壤保持量比例及低等级转化成高等级土壤保持量的面积都在提高,黑龙江省土壤保持能力10年来趋于好转。     

秦岭北麓陆地生态系统水源涵养功能的空间格局

[目的]对秦岭北麓陆地生态系统水源涵养功能空间格局进行分析,为该地区的水资源空间规划与管理,均衡各流域的水资源分配及城市经济发展等提供科学参考。[方法]基于InVEST模型从流域尺度分析秦岭北麓2000年和2010年的水源涵养能力与空间格局异质性,并对水源涵养能力的影响因素进行分析。[结果](1)2000年秦岭北麓水源涵养总量为4.02×10~9 m~3,平均水源涵养能力为242.37mm;2010年水源涵养总量为4.45×10~9 m~3,平均水源涵养能力为265.33mm。(2)黑河、石头河、灞河和浐河流域为秦岭北麓主要的水源涵养区,其高值区出现在黑河流域南部、石头河流域南部、神沙河流域、灞河流域南部小流域。(3)气候因子与水源涵养能力密切相关,土地利用/覆被通过植被面积变化影响到区域水源涵养功能的发挥,从植被类型来看,水源涵养贡献率最高的是落叶阔叶林;从土壤属性来看,棕壤的水源涵养贡献率最高。[结论]区域的水源涵养能力受气候、土地利用方式、植被覆盖及土壤条件等的综合作用而产生差异。秦岭北麓的水源涵养能力总体表现为越靠近秦岭主脊水源涵养能力越强。     

长江中游城市群生态网络构建、优化与协同治理

[目的] 科学构建长江中游城市群生态网络,为跨区域生态保护和协同治理提供科学依据。[方法] 遵循"源地识别—阻力面构建—廊道提取"框架构建多时点生态网络,基于网络属性和人类活动进行网络评价。[结果] (1)研究区生态源地面积由2000年的2.67×10⁴ km²下降到2020年的2.29×10⁴ km²,主要分布在湖北省西北部山区、江西、湖南交界处的山脉及鄱阳湖流域等地区。生态廊道数量由69条下降为42条,总长度由1.53×10⁴ km下降到1.16×10⁴ km。研究区内生态阻力逐渐上升,网络重心由湖北省转移至湖南省,形态上由"三横两纵"的条带式分布转变为集中组团式分布。生态网络全局集程度、网络连通性均在减弱,总体上呈现结构收缩、功能减弱的变化趋势。网络周围5,15 km范围受人类活动影响最为明显。(2)在网络优化中,基于生态网络与交通网络交汇识别102个断裂点,基于源地间距离设置17个踏脚石。在生态网络5,15 km的范围设立"核心保护带"和"生态控制带",总长1 505 km。[结论] 在协同治理中,省级层面上湖北、江西两省应当完善流域跨省生态补偿机制,湖南、江西两省应当强化协同机制实施中的司法保障;市级层面上针对管理重点实行差别化管控,通过规划潜在生态廊道推进市域层面协同治理。优化后的生态网络集程度由0.22提升至0.30,有效提升区域间生态连通性。