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。     

汉江上游流域生态系统水源供给服务变化

[目的]研究汉江上游流域2000—2010年生态系统水源供给服务的时空变化及其影响因素,为区域水资源的科学管理与政策制定提供科学依据。[方法]基于InVEST模型的产水模块分析汉江上游流域生态系统的水源供给服务。[结果]10a间研究区林地、湿地和人工表面面积有所增加,耕地面积有所减少,草地面积基本稳定。年平均植被覆盖度总体呈上升趋势,变化率为0.005 1/a。2000,2005,2010年,汉江上游流域平均水源供给量分别为4.67×1010,5.22×1010,4.73×1010 m3。[结论]研究区水源供给量的时空变化是气候变化和土地利用共同作用的结果;降水增加对水源供给量增加起到一定的积极作用,土地利用变化导致的下垫面改变及生态系统好转可能是水源供给量下降的主要驱动力。     

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。     

重庆市三峡库区水源涵养重要功能区生态系统服务功能时空演变特征

[目的]揭示重庆市三峡库区水源涵养重要功能区2000—2010年生态系统服务功能的时空演变特征,为其生态环境的可持续性管理提供依据。[方法]在RS和GIS技术支撑下,选择生物多样性维持、土壤保持、水源涵养和碳固定4项生态系统服务功能建立评估模型。[结果](1)10a间,研究区生态系统服务功能高等级面积增加了386.14km2;(2)各单项服务功能中,水源涵养功能高等级面积增加了4 016.4km2,土壤保持功能高、较高和中等级面积分别增加了516.2km2,2 825.9km2和2 493.8km2;(3)空间分布显示,生态系统服务功能较好的区域主要集中于开县北部、巫山县北部,奉节县南部以及长江干流支流两岸和区内植被覆盖较好的山脊(呈带状分布);生态系统服务功能较差的区域主要分布于长寿、垫江、梁平地势较平缓地区和开县、云阳、奉节、巫山地势陡峭、地质灾害多发地区。[结论]研究区内生物多样性维持功能、水源涵养功能10a间总体呈上升趋势,土壤保持功能、固碳功能总体较差,但两者呈上升趋势,好转区域主要集中于季节性水位淹没形成新生湿地的长江干流沿岸。     

中国草地生态系统水源涵养服务时空变化

生态系统服务已成为国际上生态学和经济学研究的热点,水源涵养是草地生态系统重要的服务之一,是植被、水与土壤相互作用所产生的综合功能的体现。基于降水贮存量法,利用草地植被覆盖度确定水分调节参数,估算了中国不同区域、不同时段下草地生态系统的水源涵养量。通过前后两个10年(20世纪80年代末—2000年、2000—2010年)年平均水源涵养量的对比分析,评估中国草地生态系统水源涵养服务功能时空变化。结果表明,前后两个10年相比较,我国草地生态系统年平均水源涵养量增加了22.15亿m3/a,水源涵养服务功能保有率上升了4.80%,草地生态系统水源涵养服务功能有所提升。     

基于InVEST模型的大凌河上游汇水区水源涵养功能评估

[目的]对流域生态系统产水功能进行定量评估及空间表达,为流域水资源优化配置,水资源可持续管理及提高生态效率提供科学支撑。[方法]以2015年大凌河上游汇水区作为研究区,基于权衡多重生态系统服务、保护与发展的决策支持系统模型(InVEST模型)中的水源涵养模块(Water Yield),对大凌河上游汇水区水源涵养功能定量评价,分析其空间分布特征,对水源涵养量进行归一化处理,识别其水源涵养等级。[结果](1)2015年大凌河上游地区水源涵养总量达1.82×109 m3,水源涵养量空间异质性明显。(2)归一化处理结果表明,水源涵养较高等级区位于喀喇沁左翼蒙古族自治县中部、北部,水源涵养较低等级区位于内蒙古宁城县及敖汉旗北部、河北省平泉县。水源涵养中等级面积广泛,占据研究区面积的34.7%。(3)喀喇沁左翼蒙古族自治县、朝阳县西南部为重要水源涵养区,应加强水源管理与保护。[结论]土地利用类型、气候因子、土壤质地等因素对水源涵养空间异质性有重要影响,水源涵养量空间分布不均且差异显著。     

生态工程对科尔沁沙地主要生态服务功能的影响

[目的] 研究生态工程实施下科尔沁沙地主要生态服务功能的变化特征,为该区今后生态保护建设提供科学依据。[方法] 运用已有的生态服务评估方法定量评估了2001—2018年科尔沁沙地固碳量、水源涵养及水土保持服务功能的时空变化情况。[结果] ①科尔沁沙地土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,生态工程实施期间,林地、耕地面积分别增加8 448 km²,3 280 km²,草地面积减少12 639 km²; ②科尔沁沙地固碳量稳步增长,林地和耕地的固碳量均增加,草地的固碳量减小,但草地固碳量依然最高; ③科尔沁沙地水源涵养量呈先增加后略微减少的趋势,所有土地类型中林地水源涵养量持续升高; ④科尔沁沙地水土保持量持续上升,约增加1.38×10⁷ t,林地水土保持量增加最显著。受地势的影响,区域水土保持总量呈西高东低的分布特征。[结论] 科尔沁沙地生态工程建设效果良好,创造了显著的生态效益。     

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衡和协同。结果表明:19年间,研究区土地利用情况主要以耕地、草地和林地为主,占总面积的95%以上。流域内水源涵养呈现"先上升后下降"趋势,平均栅格单元产水量542.9 mm,渭河流域干流水源涵养量最高,为6.88×10~8 m~3,其次为北洛河和泾河流域,分别为3.36×10~8,5.04×10~8 m~3。土壤保持呈斑块状分布,流域整体土壤侵蚀状况为微度侵蚀,且渭河流域干流实际土壤侵蚀量总量最高为6.67×10~8 t,其次为北洛河和泾河流域,分别为6.22×10~8,3.13×10~8 t。生物多样性表现为生境质量高区集中分布在生态较好的森林生态保护区,人类活动较为密集地区生境质量较差。研究期间,渭河流域水源涵养与土壤保持、生态质量之间为高度协同关系,其他生态系统服务不显著,不同的土地利用类型对生态系统服务之间权衡和协同贡献值不一致。     

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...     

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。     

径流季节变化对清水河河道生态环境需水量的影响

[目的] 估算清水河河道生态环境需水量,为保证清水河发挥其正常生态功能以及流域内水资源的合理配置提供依据。[方法] 通过对清水河流域用水情况实地调查,在分析整理多年水文统计资料的基础上,考虑生态用水安全,根据清水河径流随降水时间的季节性变化特点以及流域多年水文变化特征,在空间上选取清水河干流的不同断面计算河道生态环境需水量。针对需要满足河流不同生态功能要求,分别采用Tennant法、面积定额法,90%保证率最枯月水量法等方法计算河道基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量以及水体自净需水量。[结果] 清水河河道生态环境需水量包括基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量及水体自净需水量,年需水总量上游段为6.29×10⁶ m³,中游段为6.57×10⁷ m³,下游段为1.65×10⁸ m³。[结论] 清水河河道生态环境需水量与泥沙含量和水质有直接关系。泥沙含量高是清水河河道生态环境需水量高的最主要因素。     

长江经济带坡面土壤保持服务功能时空格局及其变化特征

[目的]分析长江经济带2010—2015年坡面土壤保持服务功能的时空格局及其变化特征。[方法]采用修正的通用水土流失方程(RUSLE)分析长江经济带剖面土壤保持服务功能变化。[结果]2010—2015年,长江经济带年均剖面土壤保持量为1.88×1010 t/a,单位面积土壤保持量为91.54t/(hm2·a)。森林、草地、农田生态系统的单位面积坡面土壤保持量依次为129.09,111.47,40.38t/(hm2·a)。5a间,长江经济带坡面土壤保持服务功能总体呈现上升态势。国家级优化开发区、重点开发区、农产品主产区和重点生态功能区的坡面土壤保持服务功能依次增强。[结论]森林、草地、农田生态系统的坡面土壤保持能力依次降低。主体功能区战略的实施对于提升长江经济带生态安全保障能力具有重要意义。     

基于成本视角的水质水量双向调节生态补偿量研究

[目的]以黄河流域陕西片区为实例进行水质水量双向调节的生态补偿量研究,为解决黄河流域上下游生态权益分配矛盾,实现流域区域间公平发展提供理论依据。[方法]同时考虑成本、价值和奖惩3个方面,以基本补偿标准为基础,采用水质改良系数法和水量贡献度法,构建基于水质水量的补偿标准测算模型开展研究。[结果]黄河流域陕西片区生态补偿量的基本补偿标准为13.74亿元;基于水质、水量调节值分别为-5.66和6.84亿元;2018年陕西省获得生态补偿金额为14.92亿元。[结论]相比以往的测算模型,该模型的测算结果更符合实际情况,同时也更适应于外部环境要素的变化。     

基于生态需水的水资源分析——以贵州省盐津河流域为例

[目的]探究中国西南湿润地区流域生态需水量计算方法,为流域水资源配置提供科学的数据参考。[方法]选择贵州省盐津河流域为研究对象,采用彭曼法、Kristensen-Jensen模型、MIKE SHE分布式水文模型(DHI)、环境功能设定法等方法从农田系统、林草系统、水生态系统计算流域最小及满意需水量,并结合水资源状况对盐津河水资源配置提出建议。[结果]盐津河总生态需水量为1.39×10~7~2.04×10~7m~3,流域内农田用水较多的是4,7和8月,林草系统不存在缺水现象,河道内枯水期及丰水期水量差距较大,可利用水量为3.84×10~7~9.17×10~7 m~3,在保证枯水期生态水量同时,取水时间主要在5—8月。[结论]河道取水应注意考虑农田作物用水规律,在预留农业用水时需要考虑作物类型及种植面积,严格遵循降雨及生态用水规律,建立蓄水设施,保证全年的生产生态用水。     

基于Clue-S模型的石马河流域东莞段生态系统服务价值变化情景模拟

[目的]探究生态系统服务价值演变的内在作用机制,旨在寻求以流域为单元的生态农业和城镇的优化配置模式。[方法]基于土地利用及生态服务价值相关理论与方法,以石马河流域东莞段2010-2020年土地利用数据为基础,利用Clue-S模型对2025年土地利用格局进行模拟,得出2025年区域在生态安全、耕地优先和建设发展3种情景下的土地利用空间布局和优化配置结果,分析各情景下流域生态系统服务价值时空格局。[结果]在2010-2020年,石马河流域东莞段生态服务价值下降了1.80×10⁷元,主要为耕地、林地、园地转出。2025年在耕地优先、生态安全、建设发展的情境下ESV分别为9.44×10⁷,9.62×10⁷,9.38×10⁷元,除了生态安全之外,其余两个情景较2020年生态系统服务价值ESV都有下滑。[结论]对处于快速城镇化发展且生态与发展矛盾突出的地区,进行流域生态系统服务价值进行模拟与分析,有利于增强对区域在不同发展模式下生态系统服务价值空间布局的认识和理解,为土地利用规划与生态经济协调发展提供宏观的参考。     

汉江流域水源涵养功能的关键生态修复区识别与植被优化配置

[目的]识别汉江流域水源涵养关键生态修复区,进行植被优化配置和生态修复效果的验证,为生态修复工程实施范围提供科学依据。[方法]主要利用InVEST模型,估算2020年水源涵养量,通过水源涵养功能强弱识别关键生态修复区,将水源涵养弱功能区内有林地、灌木林、草地、未利用地和25°坡以上的耕地区域作为修复区,对修复区进行林地适宜性评价,依据林地适宜性评价结果完成各土地覆盖类型之间的优化配置,模拟完成配置后修复区的水源涵养功能,并与配置前进行比较。[结果]植被优化配置后,修复区产水量降低了6.97%,水源涵养总量提高了14.96%。[结论]汉江流域通过植被优化配置手段提升水源涵养功能具有一定的潜力,未来应在水源涵养功能的基础上同时考虑其他生态服务功能,进行汉江流域修复区识别,以便采取更全面的修复措施来解决汉江流域的生态问题。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

1999-2018年黄河源区水土流失动态变化

[目的] 研究1999—2018年黄河源区土壤侵蚀强度等级变化及空间分布情况,为该区生态环境建设和水土流失治理提供数据支撑。[方法] 利用1999,2011,2018年水土流失动态监测成果,开展黄河源区水土流失动态变化分析。[结果] 黄河源区水土流失面积表现为先增加后减少,与1999年相比,2011年水土流失面积增加1.89×10⁴ km²,增幅126%,2018年水土流失面积增加1.01×10⁴ km²,增幅67.33%。从空间数据来看,与1999年相比,77.97%的区域土壤侵蚀强度等级未发生变化,19.33%的区域土壤侵蚀强度等级降低,2.7%的区域土壤侵蚀强度等级增加。[结论] 水土流失面积增加主要与区域暖干化和人类活动引起的草场退化有关。应实施一批重大生态保护修复和建设工作,提升草场质量,改善区域生态环境。     

长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。