基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明：2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381.75、162.75 km²,而荒漠和农田分别减少了2 165.25、20.50 km²;2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228.64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7.60 mm·a^-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1.45、-0.67 mm·a^-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

南北盘江森林生态系统水源涵养功能评价

森林生态系统水源涵养功能是植被层、枯枝落叶层和土壤层对降雨进行再分配的复杂过程。运用综合蓄水能力法,基于森林资源二类调查数据,估算了贵州省南北盘江流域不同类型森林生态系统的林冠层截留降水量、枯落物持水量和土壤蓄水量,分析了流域尺度森林生态系统的水源涵养能力及其时空变化。结果表明：① 南北盘江流域森林涵养水源总量约6.13×10⁸m³,单位面积水源涵养量629.85 t/hm²,森林水源涵养能力空间分布呈现东高西低的趋势;② 不同类型森林来说,阔叶林和灌木林对区域水源涵养总量的贡献率最大,而混交林的单位面积水源涵养量最高;③ 不同林龄比较,幼龄林对区域水源涵养贡献率最高,达45.95%,但其单位面积水源涵养能力最差,过熟林的单位面积水源涵养能力最高;④ 就坡位而言,平地和中坡森林对区域水源涵养总量的贡献率最大,山谷森林单位面积水源涵养能力最高,山脊森林单位面积涵养水源能力最低;⑤ 近35 a来,随着生态工程的实施,森林生态系统水源涵养总能力以1 447.89×10⁴m³/a速度持续提升,单位面积水源涵养量以每年5.33 t/hm²的速度稳步提高。     

干旱半干旱区生态保护红线划分研究——以“多规合一”试点榆林市为例

划定生态保护红线是构筑区域生态安全屏障的基础,是经济社会可持续发展的基本保障;干旱半干旱区水资源短缺是威胁区域生态安全的首要因素,生态保护红线划分应切实以保护水资源安全供给为根本。以干旱半干旱区“多规合一”试点地区榆林市为例,通过对关键生态系统服务功能评估和生态敏感性评价,以水资源约束为核心,提出了生态保护红线体系与划分方法。结果表明：① 榆林市生态保护红线总面积16998.59 km²,占到全市国土面积的39.60%;其中水源涵养功能红线面积5147.15 km²,秃尾河、榆溪河、芦河、无定河上游是水源涵养核心区域,产水总量高达34.57×10⁷ m³;丘陵沟壑区和风沙滩区植被覆盖较高的区域生态功能极为重要,其中12.38%和23.25%的国土面积分别提供了50%以上的水土保持功能和防风固沙功能。② 水源涵养、防风固沙、生物多样性维护功能红线和禁止开发区红线主要分布于西北风沙滩区;南部沟壑区以水土保持功能为主,红线类型较单一。因此,西北风沙滩区的生态保护对榆林市生态安全维护更重要。研究结果可为“多规合一”各类规划间相互矛盾的有效化解提供决策依据,同时为其他干旱半干旱区生态保护红线的划定提供参考。     

太行山淇河流域2000-2015年土壤侵蚀和水源供给变化研究

山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化对评估区域生态环境质量有重要意义。基于2000-2015年四期土地利用数据,借助InVEST模型对淇河流域近16年间山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化进行评估。结果表明：① 研究区主要土地利用类型为耕地、草地和林地,共占流域总面积的90%以上。近16年间淇河流域的耕地面积显著减少,草地和水域面积大幅增加,建设用地扩张明显。② 平均土壤侵蚀模数显著降低,2000年土壤侵蚀模数为154.27 t/（hm²·a）,2015年减少到32.09 t/（hm²·a）;强度侵蚀、极强侵蚀和剧烈侵蚀由9.03%、12.19%和25.96%分别减少到7.17%、6.36%和4.21%,微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀由24.31%、16.96%和11.57%增加到41.89%、27.71%和12.68%;退耕还林、还草措施优化了土地利用格局,促进植被恢复,对治理土壤侵蚀起到了显著效果。③ 水源供给量整体呈现先增加后减少的趋势,2005年达到峰值（1.79亿m³）。相邻两期水源供给量增减变化不一,2000-2005年水源供给量增加的面积大于减少的面积,其水源供给的量值也呈增加趋势,水源供给能力整体增强;而2005-2010年、2010-2015年的水源供给能力随之减弱,其中,2010-2015年水源供给减少的较小;林地和草地面积的增加造成水源供给量降低,土壤水源涵养能力增强。土壤侵蚀和水源供给是山地生态脆弱性响应的重要指标,制定合理的水土保持措施对增强山区生态系统的服务能力具有重要意义。     

甘肃省玛曲县土地沙漠化发展及其成因分析

利用遥感和GIS空间分析技术,以多期遥感数据为主要信息源,对甘肃省玛曲县土地沙漠化进行监测,在此基础上进行沙漠化成因分析。研究结果表明,1975-1990年研究区沙漠化处于强烈发展阶段,沙漠化土地面积增加了44 093.8 hm²,其中流动沙地、半固定沙地、固定沙地面积分别增加了39.9 hm²、27 702.7 hm²、16 351.2 hm²。1990-2000年沙漠化程度加剧,沙漠化总面积增加了142.4 hm²,其中流动沙地和半固定沙地分别增加了200.1 hm2、326.6 hm2,而固定沙地面积减少了384.3 hm²。2000-2005年玛曲县沙漠化发生逆转,沙漠化土地面积减少了3 226.2 hm²。分析表明,长期过度放牧,气温显著升高,人类不合理的活动和鼠虫害的泛滥是造成玛曲县土地沙漠化的主要原因。     

纳木错流域近30 年来湖泊 - 冰川变化对气候的响应

利用1970 航测地形图和1991、2000 年两期卫星影像数据, 人工建立数字高程模型 (DEM), 解译不同时期的湖泊、冰川边界, 在GIS 技术支持下采用图谱的方法, 定量分析了 湖泊、冰川的面积变化情况。结果表明, 自1970~2000 年期间, 纳木错湖面面积从1941.64 km² 增加到1979.79 km², 增加的速率为1.27 km²/a; 流域内冰川的面积从167.62 km² 减少到141.88 km², 退缩速率为0.86 km²/a。其中, 湖面面积在1991~2000 年的增加速率为1.76 km²/a, 明显大于其在1970~1991 年的1.03 km²/a; 而冰川面积在1991~2000 年的退缩速率为 0.97 km²/a, 明显大于其在1970~1991 年的0.80 km²/a。对比该流域前后两个时期的气温、降水和蒸发变化, 发现升温幅度的增加是冰川加速退缩的根本原因, 而湖面的加速扩张主要受冰川的加剧退缩及其引起的融水增加影响, 但与区域降水量略微增加和蒸发量显著减少也具有密切联系。区域降水增加和蒸发减少及其与湖面扩张之间的内在联系仍是一个需要深入探讨的问题。     

2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征

土地利用/覆被变化是人类活动对地球表层及全球变化影响研究的重要内容。本文基于Landsat 8 OLI、GF-2等遥感图像和人机交互解译方法,获取的土地利用数据实现了中国2010-2015年土地利用变化遥感动态监测。应用土地利用动态度、年变化率等指标,从全国和分区角度揭示了2010-2015年中国土地利用变化的时空特征。结果表明：2010-2015年中国建设用地面积共增加24.6×10³ km²,耕地面积共减少4.9×10³ km²,林草用地面积共减少16.4×10³ km²。2010-2015年与2000-2010年相比,中国土地利用变化的区域空间格局基本一致,但分区变化呈现新的特征。东部建设用地持续扩张和耕地面积减少,变化速率有所下降;中部建设用地扩张和耕地面积减少速度增加;西部建设用地扩张明显加速,耕地面积增速进一步加快,林草面积减少速率增加;东北地区建设用地扩展持续缓慢,耕地面积稳中有升,水旱田转换突出,林草面积略有下降。从“十二五”期间国家实施的主体功能区布局来看,东部地区的土地利用变化特征与优化和重点开发区的国土空间格局管控要求基本吻合;中部和西部地区则面临对重点生态功能区和农产品主产区相关土地利用类型实现有效保护的严峻挑战,必须进一步加大对国土空间开发格局的有效管控。     

基于Landsat TM/ETM数据的锡林河流域土地覆盖变化

根据1987年、1991年、1997年和2000年4期Landsat TM/ETM影像的土地利用/土地覆盖分类结果,运用地理信息系统空间分析方法,分析了内蒙古锡林河流域1987~2000年间各土地利用类型及草甸草原、典型草原、荒漠草原的数量变化和空间变化特征。分析结果显示,锡林河流域土地利用/土地覆盖变化的主要特征为草甸草原、典型草原面积的大幅减少和荒漠草原、农田和沙漠化土地面积的大幅增加及城镇的扩张。其中面积增加最大的是荒漠草原,增加了2328 km²;相当于1987年荒漠草原面积的56 %。农田和城镇面积逐年增大,分别从1987年的114.3 km²和25.2 km²增加到2000年的332.1 km²和43.6 km²。面积减少最多的是羊草＋丛生禾草、羊草＋杂类草等优良高产温带典型草原类型,共减少2040 km²。草甸草原面积亦呈逐年减少的趋势,从1987年的1103 km²减少到2000年375 km²,面积减少了65.9 %。农田、沙化地及城镇等非草原土地利用类型面积增加了62.5 %。     

准噶尔盆地东部土壤风蚀危险度评价

以准噶尔盆地东部露天矿区为研究区,基于GIS技术和土壤风蚀理论,结合研究区自然环境现状,选取植被覆盖度、土地利用类型、土壤可蚀性指数（K值）、地形起伏度为土壤风蚀危险度评价因子,建立土壤风蚀危险度模型,对研究区土壤风蚀危险度进行评价分析。结果表明：研究区土壤风蚀无险型区域面积28.99 km²（0.13%）,轻险型区域面积为2 100.66 km²（9.42%）,危险型区域面积为5 066.56 km²（22.72%）,强险型区域面积为14 593.12 km²（65.44%）,极险型区域面积为646.7 km²（2.29%）。在各个因子的影响下,研究区的风蚀危险度极高,强险型为研究区内最主要的等级程度。研究区土壤风蚀危险度从南向北危险度有增加的趋势,且成片状分布,与实际情况相吻合,说明基于GIS技术的土壤风蚀危险度评价可宏观地揭示新疆准东地区土壤风蚀危险度空间格局分异特征。     

1990—2010年黄河宁蒙段所处流域土地利用变化

以Landsat TM和ETM+遥感影像为基础数据源,应用地理信息系统技术,对黄河宁蒙段所处流域1990-2010年土地利用变化进行了监测,并结合气候变化、人类活动和政策因素探讨了土地利用变化的驱动力,初步分析了土地利用/覆被变化对流域水-沙关系的影响。结果表明：（1）20年来研究区建设用地面积增加了1 310.04 km²,耕地面积增加了611.15 km²,水域和草地面积分别减少了1 499.51 km²和474.93 km²;（2）20年来黄河宁蒙段所处流域土地利用变化速度经历了缓慢变化-显著变化-急剧变化的过程。各土地利用类型在后10 年（2000-2010年）的变化速度均比前10年（1990-2000年）大;（3）研究时段内草地和未利用地转化为林地,草地和耕地被开发为建设用地,未利用地和草地被开垦为耕地;（4）人类活动和政策因素是影响20年来土地利用变化的主要驱动因子,但人口数量的增加、经济的发展及环境政策的调整对研究区土地利用变化的影响更为显著;（5）1990-2010年流域耕地和林地面积分别增加了611.15 km²和543.19 km²,植被覆盖度由1990年的34.7%增加到2010年的40.8%。林地和耕地面积的增加均使得流域总蒸发量增加,灌溉用水增加,从而径流量减少,植被覆盖度的增加使得流域径流量和输沙量均降低。     

Assessing spatial and temporal variability in water consumption and the maintainability oasis maximum area in an oasis region of Northwestern China

Water consumption is a key role in improving the efficiency and sustainability of water management in arid environments.In this study, we explored an approach based on meta-analysis, MODIS NDVI products, land-use spatial distribution, and soil water physical parameters to gain insight into long-term and large scale distribution of land use and water consumption, maintain maximum Zhangye Oasis area according to Heihe River runoff, and suitable water resource management in Zhangye Oasis. This approach was initiated in order to improve the efficiency of irrigation and water resource management in arid regions. Results showed that Heihe River runoff can maintain a maximum Zhangye Oasis area of 22.49×10~4 hm~2.During the 2000-2016 growing seasons, actual oasis water consumption ranged from 11.35×10~8 m~3 to 13.73×10~8 m~3, with a mean of(12.89 ± 0.60)×10~8 m~3; if maintaining agricultural production and oasis stability was chosen, oasis water consumption ranged from 10.24×10~8 m~3 to 12.37×10~8 m~3, with a mean of(11.62 ± 0.53)×10~8 m~3. From the perspective of water resources management and ecosystem stability, it is necessary to reduce the area of Zhangye Oasis or choose the minimum water consumption method to manage the oasis, to ease the pressure of water shortage and maintain stable and sustainable development of the Zhangye Oasis. These results can provide future practical guidance for water resource management of coordinated development of the economy and the environment in an arid area.     

长江、黄河流域生态系统服务变化及权衡协同关系研究

长江、黄河流域是中国重要的生态屏障,近几十年来强烈的人类活动改变了长江、黄河流域的自然景观,使生态系统功能遭到破坏,了解流域内生态系统服务的变化、相互作用和驱动因素是流域生态系统管理和调控的重要基础。本文利用土地利用、土壤类型和气象等数据,对2000—2016年长江、黄河流域的NPP、土壤保持和产水服务进行时空变化分析;采用相关分析法和约束线研究生态系统服务之间的权衡协同关系和约束效应。结果表明：① 2000—2016年,长江、黄河流域的NPP分别以3.21 gC/m²和3.92 gC/m²的速率递增,产水量和土壤保持量在长江流域分别以1.25 mm/a的速率递增和55 t/hm²的速率递减,而在黄河流域,产水量和土壤保持量分别以0.04 mm/a的速率递减和3.31 t/hm²的速率递增。② 长江、黄河流域的NPP、土壤保持和产水服务之间互为协同关系。长江流域的NPP和产水服务与土壤保持服务之间为驼峰型约束,NPP与产水量之间为凸波型约束。③ 黄河流域的NPP与土壤保持间的约束线形态为凸波型,NPP与产水量之间为驼峰型约束,而产水量与土壤保持之间为指数型。定量化研究不同流域的生态系统服务并探究其影响因素,对于了解和优化不同地区的生态系统服务有重要意义。     

塔里木河近期治理评估及对编制流域综合规划建议

从2001年《塔里木河近期治理规划》经国务院批准实施以来,取得了显著成效。累计向大西海子水库以下输水43.0×10⁸ m³,平均每年下泄3.3×10⁸ m³,累计补给地下水25.0×10⁸ m³,使地下水埋深由8~12 m上升到4.0 m以内,达到适合天然植被生长的深度。乔、灌、草面积分别增长2.4倍、0.36倍和1.8倍,2006年恒定植被面积达到570 km²,2010年植被覆盖面积为1000 km²;植物种类由输水前的9科13属17种增加到输水后的15科36属46种。水域面积明显扩大,进水河道长度增加156.2 km,河水漫溢面积174.6 km²,连续干涸17 a的台特玛水域面积189.7 km(2包括康纳克湿地)。沙漠化得到逆转,由以前的年增长0.27%变为-0.30%,使塔克拉玛干沙漠和库鲁克沙漠已不可能合拢,218国道基本无沙害,畅通无阻。为了使现正在编制的流域规划能够顺利通过国家评审、立项和实施,建议规划中应强调流域生态环境脆弱和社会经济发展滞后,干旱、风沙、盐碱危害严重,是国家级连片扶贫区,这些问题都必须通过合理规划水资源利用、提高用水效益,强化管理和调控来解决。     

Areas Benefiting from Water Conservation in Key Ecological Function Areas in China

Ecosystem services are transferred from the service-providing area to the service-benefiting area to satisfy human needs through some substance, energy or information. Most studies focus on the provision of ecosystem services and few focus on the demands on ecosystem services and their spatial distribution. Here, on the basis of the flow of water conservation services from the providing area to the benefiting area, the benefits produced by water conservation service are investigated and the benefiting areas are identified. The results indicate that in 2010 the water conservation service of key ecological function areas provided irrigation water for 1.67×105 km² of paddy fields and 1.01×10⁵ km² irrigated fields, domestic water to urban residents and industrial water to factories, mines and enterprises of 2.64×10⁴ km² urban construction land and domestic water to rural residents across 3.73×10⁴ km² of rural settlements and formed 6.64×10⁴ km² of inland water which can be used for freshwater aquaculture, downstream regions comprise 1.31×10⁴ km of navigable river, which can be used for inland shipping. The benefit areas of the key function areas located in the upper and middle reaches of the Yangtze River are greater and more influential benefit areas. To protect these key function areas, more attention should be paid to the maintenance and improvement of water conservation. Some benefit areas have access to the benefits produced by water conservation of nine key ecological function areas and cover 17% of the overall benefit area and the length of their channels benefited accounts for 7%. Multiple key ecological function areas should be taken into account equally in the formulation of ecological compensation policies. These research findings can serve as a scientific basis for the compensated use of and ecological compensation for ecosystem services provided by key ecological function areas.     

基于InVEST模型的宁夏盐池县禁牧草地生态补偿标准空间识别

以农牧交错带宁夏盐池县草地为研究对象，综合集成草地植被与土壤调查、草地信息提取、遥感反演、空间分析等技术方法，基于本地化的InVEST模型，选取碳储存、土壤保持和水源涵养3项关键生态系统服务类型，对禁牧前后（2000年，2015年）草地生态系统服务物质量进行精准评估，在此基础上，采用市场价值法对其价值化，测算禁牧前后草地生态系统服务价值变化量，以此确定生态补偿标准，并借助冷热点、三维趋势分析对生态补偿标准进行不同尺度的空间识别。结果显示：① 禁牧以来，盐池县草地生态系统服务显著增强，其中碳储量增加45.66×10⁴ t、强度增加0.42 t/hm²，水源涵养量增加9 351×10⁴ t、强度增加211.14 t/hm²，土壤保持量增加2 091×10⁴ t，强度增加44.93 t/hm²；② 草地生态补偿标准县域为309.21元/hm²、乡镇尺度介于7.25~1 146.36元/hm²、村级介于3.04~2 074.56元/hm²，村级尺度更能体现草地的生态贡献；③ 补偿标准的三维趋势呈现由西向东提高、南北向呈“U”型分异的特征，补偿热点区集中于盐池县东南部和东北部。     

基于土地利用变化情景的生态系统碳储量评估——以太行山淇河流域为例

区域土地利用变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,影响其碳源、碳汇效应,但以往结合时空尺度探讨流域未来土地利用变化对生态系统碳储量影响的研究尚不多见。以太行山淇河流域为例,分析2005-2015年土地利用变化,采用Markov-CLUE-S复合模型预测2025年自然增长、耕地保护及生态保护情景下的土地利用格局,并基于土地利用数据,运用InVEST模型的碳储量模块评估2005-2015年及未来不同情景下的生态系统碳储量。结果表明：① 2015年淇河流域生态系统碳储量和平均碳密度分别为3.16×10⁷ t和141.9 t/hm²,自2005年以来分别下降0.07×10⁷ t和2.89 t/hm²。② 2005-2015年碳密度在低海拔区域以减少为主,在高海拔区域增加区与减少区比例相当,淇河中下游地区建设用地的大肆扩张以及上游林地的退化是导致碳密度下降的主要原因。③ 2015-2025年自然增长情景下碳储量和碳密度下降仍较明显,主要是低海拔区域固碳能力的减弱;耕地保护情景减缓了碳储量和碳密度的下降幅度,主要是由于低海拔区固碳能力的增强;生态保护情景下,碳储量和碳密度显著增加,分别达到3.19×10⁷ t和143.26 t/hm²,主要发生在海拔高于1100 m的区域。生态保护情景能够增强固碳能力,但不能有效控制耕地面积的减小。因此,研究区土地利用规划可统筹考虑生态保护和耕地保护情景,既能增加碳汇,又能保障耕地质量和粮食安全。     

生态政策驱动下的内蒙古自治区杭锦旗土地利用及生态系统服务价值变化

基于1989、2001、2013年的遥感影像解译数据,采用生态系统服务价值评估方法,对生态政策实施前(1989—2001年)及实施后(2001—2013年)的内蒙古自治区杭锦旗土地利用及生态系统服务价值变化进行了对比分析。结果表明:生态政策实施后杭锦旗林地面积变化量为12.84×10⁴ hm²,高于实施前的0.24×10⁴ hm²;沙地面积变化量为-7.20×10⁴ hm²,高于实施前的-0.27×10⁴ hm²。生态政策实施后土壤形成与保护功能的生态系统服务价值增加4.22亿元,高于实施前的0.20亿元;水源涵养功能的生态系统服务价值增加3.43亿元,高于实施前的2.19亿元;总生态系统服务价值增加23.82亿元,高于实施前的5.61亿元。通过实施生态政策,杭锦旗土地利用结构得以优化,生态系统服务价值得以提高,水土保持能力得以增强。但水域退化、耕地转换合理度较低等问题仍有待解决,论文对此也提出了相应的对策建议。     

不同水平年塔里木河流域“四源一干”可承载灌溉面积研究

利用水量平衡原理,基于流域水资源量及水资源利用水平、灌溉定额等资料,计算探讨了塔里木河流域“四源一干”现状水平年（2010年）和规划水平年（2020年、2030年）可承载灌溉面积、不同来水频率下规划年灌溉面积超载和生态水保证情况。结果表明：（1）现状水平年,流域可承载灌溉面积为129.06×10⁴ hm²,除和田河流域外其它区域均超载,超载面积为41.7×10⁴ hm²。（2）2020年,25%来水频率下,除开都-孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为10.21×10⁴ hm²与28.05×10⁴ hm²,管理部门应对规划方案进行科学论证。75%来水频率下,流域生态水保证率为76%,表明枯水期生态水供应存在压力。（3）2030年,25%来水频率下,除开都-孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为7.06×10⁴ hm²与24.09×10⁴ hm²。75%来水频率下,流域生态水保证率为81%,表明枯水期生态水供应仍然存在压力。研究结果为流域水资源配置及区域可持续发展提供了重要数据支撑与理论依据。