基于InVEST模型的南北盘江流域产水量时空变化研究

[目的]研究南北盘江流域产水量的时空变化特征以及不同土地利用类型、土壤类型和地形之间的产水功能差异,以期为流域内水资源有效管理和生态修复提供科学参考。[方法]基于InVEST模型定量评估了2005—2020年南北盘江流域产水量的时空变化特征、内部差异性及植被恢复对该地区产水功能的影响。[结果] 2005—2020年流域内的平均产水总量小幅波动,在空间上呈现东北部与中部高,西南部低的趋势,总体产水格局与降水量时空变化具有空间吻合性。在不考虑降雨量显著变化的情况下,耕地与草地面积减少是导致流域内产水总量呈现出小幅波动下降趋势的主要原因。各土地利用类型中产水能力最强的类型为建设用地,其次分别为裸地、耕地和草地。常绿针叶林与灌林地的产水能力较弱。流域内的产水能力随海拔升高而逐渐降低,土壤以产水能力较强的黄壤与红壤为主。该流域产水高值区主要集中于低、中海拔,以黄壤与红壤为主的东北部与中部区域;低值区主要集中于高、较高海拔,分布着大量石灰(岩)土和紫色土的西南部。[结论]该流域产水量空间格局有一定变化,其产水高值区有向东、东北偏移的趋势。土地利用类型、气象因子、土壤质地、地形等因素对产水功能空间异...     

降雨、积雪以及土地利用复合影响下的额尔齐斯河流域土壤侵蚀分析

在我国西北高寒山区,冰冻圈环境导致土壤侵蚀过程更为复杂。因此,以新疆阿尔泰山额尔齐斯河流域为例,构建模型模拟典型流域降雨、融雪和土地利用变化(LUCC)综合影响下的土壤侵蚀过程,并揭示复合因素影响下土壤侵蚀的放大作用。为此采用InVEST模型分别对2000年、2005年、2010年和2015年土壤侵蚀空间分布进行了详细模拟,并建立了3种情景用于复合影响的分析,分别为降雨和土地利用变化、降雨和融雪变化以及降雨、融雪和土地利用变化对土壤侵蚀的复合影响。结果表明:(1)相较于2000年,2005—2015年3种情景土地利用分别发生1.67%,2.02%和4.19%的变化,使整个流域土壤侵蚀量比单一降雨侵蚀分别增加3.49%,3.02%和3.31%。(2)尽管2000—2015年降雪量仅占年降水量的30.49%,23.10%,38.46%和35.26%,但是融雪的出现致使流域土壤侵蚀量分别增加249.00%,88.00%,843.00%和566.00%,年平均侵蚀量增加了2 008.03万t,降雨和融雪情景下侵蚀量是单一降雨侵蚀量的4.2倍。(3)在融雪的背景下进一步考虑土地利用影响,2000—2015年土壤侵蚀量在此基础上又分别增加了2.99%,2.16%和3.50%。研究结果为寒区融雪影响土壤侵蚀提供了新的证据,为后续寒区水土保持提供了基础理论认知。     

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1 873.55 t/(km²·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km²,说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。     

太湖流域水生态系统服务及其空间差异

以太湖流域土地利用资料、水文水质资料和统计资料为基础,对流域尺度上水生态系统服务功能及其空间差异性进行了评价与分析。结果表明,太湖流域水生态系统的水供给功能为3.70×1010 m3/a,水产品功能为6 681.180t/a,水路旅客周转量为4.604×108人/(km.a),水路货运周转量为2.90×1011t/(km.a),蓄水总量为4.53×109 m3/a,调节水量为7.69×109 m3/a,固碳量为4.28×106 t/a,释放O2量为1.14×107 t/a,净化污水量为6.30×109 t/a,年输沙量为1.22×106 t/a,造陆面积为189.851hm2/a;水生态系统服务功能总价值为9.10×1010元/a,不同服务功能价值量排序为:旅游>航运>调蓄>水质净化>固碳释氧>水供给>水产品>输沙造陆;太湖流域单位面积水生态系统服务功能价值为19.22元/(m2.a),且存在较大空间差异,其顺序为:浦西区>武澄区>浙西区>杭嘉湖区>湖西区>阳澄区>太湖区。     

快速城镇化地区景观格局变化对水生态系统服务的影响

探究快速城镇化流域景观格局变化的水生态系统服务响应机制,对流域景观规划和生态系统服务提升具有重要意义。以太湖流域为研究区,基于土地利用数据,综合景观格局指数、应用SCS与InVEST、偏相关分析等模型与方法,在刻画景观格局以及雨洪调节、水土保持、水质净化3种典型水生态系统服务的空间分异特征基础上,重点探讨子流域尺度上水生态系统服务对不同景观格局特征的响应关系。结果表明：景观组成和配置对3类典型水生态系统服务的影响中,大部分结论与现有研究结论或认识一致,但也发现太湖流域耕地、林地景观斑块形状复杂程度均能改善河流水质,子流域中的湿地稀少斑块有利于减少面源污染。控制耕地规模、优化耕地与水体距离、减少坡耕地可以有效提升3种水生态系统服务;增加滨水地带林地面积并提高其斑块边缘密度、增加子流域湿地、草地比重有利于更好地控制水体污染;湿地、草地这类关键少量的景观类型的增加是提高水质净化服务最有效的途径。为更全面准确地刻画格局与水生态系统服务的响应关系,还需在生态系统服务流、非线性关系和阈值、不同格局特征对服务的相对贡献等方面开展深化研究。     

福建省碳储量时空特征及其对土地利用变化的响应

[目的] 研究福建省生态系统碳储量及其对土地利用变化的响应,为生态系统保护提供参考。[方法] 基于土地利用数据和碳密度数据,运用InVEST模型模拟福建省1980,2000,2020年碳储量;利用冷热点分布、转移图谱和矩阵分析碳储量和土地利用的时空特征;最后分析碳储量对土地利用变化的响应。[结果] ①福建省碳储量整体均较高,82.5%以上区域的碳储量为中等以上(＞3 000 t),主要分布在山地丘陵地区,也是高碳储量的热点集中区;高(热点)低(冷点)碳储量集中区转移较少;1980—2020年总碳储量波动略升高,2000—2020年不同碳储量等级彼此之间转移相对较多。②福建省土地利用/覆被以林地为主(61.4%~62.9%),其次是耕地(16.9%~18.3%)和草地(15.2%~17.2%);土地利用/覆被变化在1980—2000年较稳定,在2000—2020年较剧烈。③林地、草地和耕地的总碳储量较高,水域、建设用地和未利用地总碳储量较少;耕地总碳储量减少,建设用地总碳储量增加,林地和草地有增加也有减少;由土地利用/覆被变化导致的总碳储量转出和转入最多均为林地,其次是草地和耕地;总碳储量净转移为负的是林地,其他为正,林地转移引起的碳亏损最多。[结论] 耕地、林地和草地是福建省的主要土地利用类型,它们贡献了较高碳储量,并相互转移引起了碳储量变化。     

秦淮河流域径流过程对土地利用变化的响应

土地利用变化影响了流域产汇流机制,进而改变了流域洪水响应过程,成为流域径流演变的主要驱动因素,特别是城市化流域最为明显。为深入探究快速城市化背景下土地利用变化对流域径流的影响,该研究以南京市秦淮河流域为例,利用2005、2010、2015和2020年4期土地利用数据和2003—2020年18场小时尺度洪水过程,基于HEC-HMS(hydrologic engineering center-hydrologic modeling system)平台构建秦淮河流域水文模型系统,量化变化环境下降雨径流过程对土地利用变化的响应。结果表明:1)流域不透水面积增加了99.53%,而农田面积减少了6.57%,且增加的不透水面积主要来自农田转入,占比约96.42%;2)秦淮河流域洪水过程模拟结果显示HEC-HMS模型在秦淮河适用性较好,率定期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RMSE分别为-1.63%、-11.79%、0.854和159.73 m³/s,验证期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RM...     

澜沧江中下游流域土壤侵蚀时空演变特征

为了探究土壤侵蚀演变机制,以澜沧江中下游流域为研究区域,利用改进的土壤流失方程(RUSLE)模型,开展流域内土壤侵蚀时空演变特征研究,引入随机森林算法探讨了流域内土壤侵蚀因子的相对重要程度。结果表明:澜沧江中下游流域2005—2015年土壤侵蚀量为0～1.89万t/(km²·a),平均土壤侵蚀模数为0.252万t/(km²·a),中下游子流域平均土壤侵蚀模数处于较低风险以上和中风险侵蚀以下级别。自2005年以后,澜沧江中下游流域土壤侵蚀空间分布特征呈现中度侵蚀风险区域扩张,高度和低度侵蚀风险收缩的趋势。随机森林算法结果发现植被覆盖管理因子和地形因子是影响澜沧江中下游流域土壤侵蚀的主要因素,土壤可蚀性因子、降雨侵蚀因子和水土保持措施因子的相对重要程度偏低,均未超过20%。可见,土壤侵蚀的时空异质性主要是由于植被覆盖和地形影响改变了局部气候而导致的。     

土地利用变化对艾比湖流域生态系统服务价值的影响

基于遥感与GIS技术,运用生态系统服务价值系数分析了1970-2009年艾比湖流域生态系统服务价值的变化,探讨了干旱区典型内陆湖流域生态系统服务变化对土地利用/覆被变化(LUCC)的响应.结果表明,近40 a艾比湖流域土地利用状况变化显著,耕地和建设用地的面积增加,其他土地利用类型的面积减少;流域生态系统服务价值整体变化较小,总价值先增后减,林地、水域和草地面积的减少是总服务价值减少的主要原因,耕地面积的增加补偿了总价值的部分损失,但损失略大于收益;各项生态功能的服务价值对总生态系统服务价值贡献大小的等级基本稳定,其中,水源涵养、土壤形成保护和废物处理能力的贡献率最大;敏感性分析表明,研究区生态系统服务价值对于生态价值系数是缺乏弹性的,各土地利用类型生态系统服务价值敏感性指数都小于1,研究结果是可信的.     

滇中城市群碳储量时空演变及其对LULC变化的响应

[目的] 通过分析滇中城市群碳储量的时空演变特征及其对土地利用/覆被(land use/land cover,LULC)变化的响应,以深化对该区域碳循环的理解,从而有效地指导碳管理和生态恢复策略的制定。[方法] 利用InVEST和PLUS模型模拟并预测1990—2030年滇中城市群碳储量的时空演变规律,结合土地覆被变化数据,定量分析碳储量与LULC变化之间的响应关系。[结果] (1)1990—2020年滇中城市群的土地类型主要以林地、耕地和草地为主,林地、耕地和建设用地呈增长趋势,其中建设用地增幅最大;(2)滇中城市群碳储量呈现出"先增后减,逐渐趋于平稳"的变化特征,2000年达到最高值,为1.46×10⁹ t,到2020年下降到1.45×10⁹ t,空间上呈"西高东低"的分布特征;(3)未来不同发展情景下的碳储量预测显示,与2020年相比,4个情景到2030年碳储量均呈下降趋势,其中生态发展情景下降最少,相比2020年下降0.43×10⁷ t,而耕地发展情景下降最为显著,相比2020年下降1.05×10⁷ t;(4)耕地和林地间的转变是影响碳储量的主要因素,其中耕地向林地的转换对滇中城市群碳储量增加尤为关键,林地增加可显著提升区域碳储量,而草地减少则对碳储量产生负面影响。[结论] 林地和耕地转换对增加或降低滇中城市群碳储量具有显著影响。     

基于InVEST模型的渭河流域干支流生态系统服务时空演变特征分析

渭河作为黄河的最大支流,是生态保护建成区重点之一,对其生态系统服务研究有利于实现流域内高质量发展和生态保护之间的平衡关系,保持流域生态系统服务功能,促进流域生态系统恢复.基于InVEST模型分析渭河流域2000—2018年5期土地利用和干支流生态系统服务时空动态变化,采用相关性分析水源涵养、土壤保持和生物多样性之间的权...     

密云水库2008-2019年水生态服务功能评价

[目的]对重要饮用水源地密云水库水生态服务功能的动态变化及其受南水北调工程的影响进行分析,为该水库生态系统平衡和水资源保护提供依据.[方法]运用市场价值法、替代工程法、替代成本法、碳交易法、支付意愿法、比例折算法和成果参照法,定量研究密云水库水资源供给,提供水产品,调蓄洪水,增加湿度,夏季降温,净化水质,涵养水源,固定...     

泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性研究

[目的]探究泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性,阐明权衡/协同关系在子流域尺度发生变化的主要原因,为黄土高原地区的生态保护和高质量发展提供科学参考。[方法]利用SWAT模型、CASA模型、InVEST模型等量化粮食供给、土壤保持、产水、固碳、生境质量5种生态系统服务,并采用空间相关性统计方法从全流域和子流域两个尺度上进行生态系统服务及两两之间权衡/协同关系的尺度异质性研究。[结果](1)泾河流域粮食供给服务在流域东南部较强;土壤保持服务在流域北部、中部较弱,在西南部、东南部较强;产水服务在流域西部、南部以及东南部较强,在北部、东北部及东部地区较弱;固碳服务流域南部强于北部,东部强于西部;生境质量以中值区和高值区为主,其高值区主要分布在流域东部、东南部及西部,低值区主要分布在建设用地。(2)从全流域尺度来看,粮食产量和土壤保持、产水量、NPP和生境质量以权衡关系为主;土壤保持和产水量、NPP和生境质量以协同关系为主;产水量和NPP是协同关系为主,和生境质量是权衡关系为主;NPP和生境质量是以协同关系为主。(3)泾河流域生态系统服务之间的权衡/协同关系在部分子流域发生改变,土地...     

嘉陵江流域下游地表径流对土地利用变化的响应

近年来,嘉陵江流域下游发展迅速,流域内的土地利用发生了较大变化,下垫面的变化影响了流域的地表径流。在遥感和地理信息系统的支持下,通过解译1993年、2004年、2014年嘉陵江流域下游的遥感影像,获得了该流域不同时期的土地利用情况,并在此基础上,运用分布式水文模型的SCS模型模拟地表径流,分析了嘉陵江流域下游地表径流对土地利用变化的响应。结果表明:（1）1993—2014年,嘉陵江流域下游土地利用以耕地转出为主,耕地是研究区唯一减少的土地利用类型,而且减少量较大,居民点及工矿用地和草地以转入为主,其他用地的空间转移较为复杂;（2）以汛期6月份的累年平均降水量190 mm作为嘉陵江流域下游的降水量,土地利用类型综合产流能力1993年 > 2004年 > 2014年,径流系数分别为0.699,0.671,0.668,在空间分布上南部地区 > 中部地区 > 北部地区;（3）研究区不同类型土地利用的产流情况与土地利用类型面积相关联,当土地利用—土壤组面积发生变化时,其对应的产流能力也会发生变化,进而影响地表径流。     

2005-2015年小江流域生态系统服务供需变化及对石漠化的响应

喀斯特地区石漠化及其生态修复引起的土地利用变化,改变了地表植被覆盖等下垫面条件,进而对生态系统服务产生影响。为了探究石漠化治理工程以来生态系统服务变化情况,采用InVEST、CASA模型等多种模型和方法,研究了小江流域2005-2015年水服务、粮食服务和固碳服务的供需时空变化及对石漠化的响应。结果表明：（1）3种服务的供给水平整体都呈现递增趋势,增幅分别为14.34%,44.00%,40.11%,而需求方面,水服务和固碳服务呈现增加趋势,增幅为3.26%和61.54%,粮食服务呈现减小趋势,减幅为6.98%。（2）水服务和粮食服务的供需比均呈现增加趋势,且供给大于需求,而固碳服务的供需比呈现减小趋势,2015年供给小于需求。（3）石漠化面积越大的区域,粮食服务越低,随着石漠化程度的加重,水服务和固碳服务都呈现递减趋势,而随着石漠化面积减小,水服务和固碳服务变化不明显,粮食服务呈现一定程度的增加趋势,其中变化的面积越大,趋势越明显。流域内生态系统服务的供需状况及对石漠化的响应可在一定程度上反映石漠化治理对人类福祉的影响,能够为区域内生态系统的管理以及石漠化综合治理提供重要的参考。     

南京都市圈生态系统服务时空变化及权衡协同关系

[目的]全面理解生态系统服务的时空格局特征及其相互关系,可以丰富生态系统服务及可持续发展等相关理论,并对区域生态环境管理政策的制定具有重要指导意义。[方法]以南京都市圈为研究区,在评估2000—2020年的产水、粮食供给、土壤保持和碳固持等4种生态系统服务的基础上,分析各类型生态系统服务能力在地类和区域上的差异;通过识别生态系统服务热点区及其热点服务类型,评估不同区域服务供给能力;进而采用相关系数和差异比较等方法探究南京都市圈生态系统服务静态与动态的权衡/协同关系。[结果]2000年、2010年、2020年,南京都市圈的产水量、粮食产量、土壤保持量及碳固持量的三年平均值分别为522.12 mm, 4.20 t/hm²,42.61 t/hm²,44.57 t/hm²,除碳固持服务逐年下降,其他服务均呈逐年递增趋势。受土地利用类型和区域自然环境的作用,产水、土壤保持和碳固持服务呈南高北低的空间分布,粮食供给服务则呈南低北高的空间格局。由北向南依次形成了以粮食供给服务为主的1重服务热点区、以产水和粮食供给服务为主的2重服务热点...     

土地利用变化对干旱区典型流域生态系统服务价值的影响

运用遥感和GIS技术以及谢高地等人提出的生态系统服务价值系数.分析了近30年来玛纳斯河流域土地利用变化对生态系统服务价值的影响.结果表明,1976-2002年问玛纳斯河流域土地利用变化显著,以未利用地大量减少和建设用地持续增加为特点,所产生的环境响应是积极的,生态系统服务年度总价值在波动中提高,由1976年的103.57×10~8元增长到2002年的132.85×10~8元,各单项服务价值总体呈增加趋势,流域生态环境状况向良性发展.     

黄河流域城镇化与生态系统服务的时空互动关系

黄河流域是中国重要的生态廊道,黄河流域的生态安全关系着全国的生态安全水平。理清城镇化与生态系统服务之间的空间互动关系是黄河流域可持续发展的基础。通过分析2000-2018年黄河流域城镇化发展特征以及生态系统服务的空间分布格局,利用Pearson相关系数和双变量空间自相关方法进一步揭示了黄河流域城镇化和生态系统服务的时空作用关系及演变特征。结果表明:(1)2000-2018年黄河流域城镇化水平整体提升,综合城镇化指数增长了102.60%,经济城镇化发展速度普遍高于土地城镇化和人口城镇化,城镇化水平具有显著的空间差异性;(2)2000-2018年黄河流域粮食生产、固碳和土壤保持分别增长了65.32%,59.47%和46.27%,而产水服务减少了21.15%;(3)黄河流域城镇化与生态系统服务之间的关系在时空尺度上表现出了正向效应的减弱和负向效应的增强,并且城镇化和生态系统服务发展不协调的区域在不断扩张。     

窟野河流域生态系统服务功能变化及其驱动因素分析

[目的] 窟野河流域地处黄河流域重要补给段,是黄河中上游侵蚀最强烈的地区之一,其生态环境不仅影响自身的发展,还影响黄河下游的区域生态发展。[方法] 为了对窟野河流域生态系统服务功能有更加全面的认识与理解,运行InVEST模型定量评估1990-2020年生态服务功能(碳储量、土壤保持、水源涵养、生境质量),并采用地理探测器分析其驱动因素。[结果] (1)在土地管理政策的驱动下,建设用地的面积显著增加,未利用地的面积明显减少,主要土地类型以草地为主,植被覆盖度呈波动上升的趋势。(2)窟野河流域生态服务功能均表现出在2000年左右下降,2010年后波动升高,生境质量指数基本稳定在0.22~0.24,整体生境质量较差。(3)土壤保持和生境质量指数在流域内以低-低聚集的冷点分布为主,碳储量和水源涵养量冷点和热点的空间分布较为分散,高值和低值在空间上呈现交错分布。(4)近30年碳储量、生境质量主要受土地利用影响,土壤保持和水源涵养主要受地形、土壤类型和降水影响。[结论] 研究结果可为窟野河流域生态服务综合效益的提升和水土保持措施的配置提供科学的依据。