Dynamics and interactions of water-related ecosystem services in the Yellow River Basin,China

Climate change and human activities have profoundly altered ecosystem services in the Yellow River Basin(YRB) since the Grain for Green project was implemented, but have not been accurately revealed on a year-by-year scale. This study combined the InVEST model to reveal the year-by-year changes in the water-related ecosystem services(WRESs)in YRB during 1990–2020, including water yield, soil conservation and water purification services. The trade-off/synergy of WRESs and impacts of land manageme...     

Revealing ecosystem services relationships and their driving factors for five basins of Beijing

A clear understanding of the relationships among multiple ecosystem services(ESs) is the foundation for sustainable urban ecosystem management. Quantitatively identifying the factors that influence ES trade-offs and synergies can contribute to deepening ES research, from knowledge building to decision making. This study simulated soil conservation, water yield and carbon sequestration in Beijing, China, from 2015–2018. The spatial trade-offs and synergies of these three ESs within the five major river basins in Beijing were explored using geographically weighted regression. Furthermore, geographical detector was applied to quantitatively identify the driving mechanism of the environmental factors for the ES trade-offs and synergies. The results show the following:(1) the spatial relationships between soil conservation and water yield, as well as between water yield and carbon sequestration, were mainly trade-offs. There was a spatial synergy between soil conservation and carbon sequestration.(2) Regarding the spatial trade-off/synergy between soil conservation and water yield in Beijing, the dominant influencing factor was temperature/elevation, and the dominant interactions of the spatial trade-off and synergy between these two ESs in Beijing and the Chaobai River Basin are all manifested in the superposition of precipitation and potential evapotranspiration, temperature, and elevation.(3) Topographic factors were the dominant factors influencing the spatial relationship between soil conservation and carbon sequestration in Beijing and its five major river basins. As a result of the distribution of water systems and hydrological characteristics of the basins, differences were observed in the effects of different combinations of interaction factors on the spatial relationship between these two ESs in different basins.(4) Temperature had the strongest explanatory power in terms of the spatial trade-offs and synergies between water yield and carbon sequestration. The interactions between precipitation and temperature and between precipitation and elevation were the dominant interactions affecting the spatial relationship between water yield and carbon sequestration in Beijing. Overall, the explanatory power of influencing factors on the trade-offs and synergies and the degree of interaction between factors coexist in different basins with consistency and differences. Therefore, understanding the quantitative characteristics of basin-scale spatial trade-offs and synergies between ESs is important for ecosystem management and the promotion of synergy in different basins.     

黄河流域农业绿色发展水平区域差异及影响因素

推进农业绿色发展,是推进农业高质量发展、农业农村现代化和实施乡村振兴战略的重大举措。从资源节约、环境友好、质量高效、乡村发展等4个方面构建评价体系,采用熵值法客观评价了2011—2019年黄河流域的农业绿色发展水平及各省区之间的差异,并运用地理探测器对影响黄河流域农业绿色发展水平空间分异的因素进行探测。结果表明：（1）2011年以来黄河流域九省区农业绿色发展取得了较好的成效,但仍存较大提升空间。资源节约指标得分远高于环境友好、质量高效和乡村发展指标。（2）从时间上看,2011—2019年黄河流域九省区的农业绿色发展水平都得到了较大提升。其中,青海省、甘肃省、宁夏回族自治区的年均增长率较高。从空间上看,2011—2019年,高值省区由1个增长到7个,低值省区由5个降至0个。（3）从流域整体差异来看,黄河流域农业绿色发展水平差异在不断缩小;从区域内部差异来看,下游和中游的内部差异较小,上游的内部差异较大但呈缩小趋势;（4）影响黄河流域农业绿色发展的主要因素有耕地复种指数、单位农业产值耗水量、节水灌溉面积占比、单位播种面积农业总产值、化肥施用强度、农村卫生厕所普及率、单位农业产值机械能耗、水土流失治理水平。     

黄河流域生态系统服务权衡协同关系时空异质性

探究流域生态系统服务的权衡协同关系及其尺度效应对合理制定生态环境政策和有效配置环境资源具有至关重要的意义。以黄河流域为研究对象,采用1990、1995、2000、2005、2010、2018年6期数据,采用InVEST和CASA模型评估产水量、碳储量、土壤保持量、生境质量和净初级生产力（NPP）5项生态系统服务,采用Spearman相关性分析黄河流域及其二级流域各项生态系统服务间的权衡关系。结果表明：全流域尺度上产水量与碳储量、生境质量呈权衡关系,其余各项服务间呈协同关系;产水量与碳储量、产水量与生境质量、碳储量与土壤保持量、碳储量与生境质量、碳储量与NPP、土壤保持量与生境质量之间的关系8个二级流域与黄河流域全域均保持一致。产水量与土壤保持量、产水量与NPP、土壤保持量与NPP以及生境质量与NPP的关系在二级流域间出现了差异。各生态系统服务整体表现出了明显的二级流域差异且显示地域规律性。多尺度评估生态系统服务间的权衡协同关系,可为制定黄河流域发展和生态保护双赢政策提供可靠参考。     

黄河流域水域生态系统服务与经济发展时空协调性

黄河流域对维护中国生态安全、促进社会经济发展具有重要的战略地位。基于2000、2005、2010、2015、2020年5期遥感解译数据和经济社会统计数据,测算了黄河流域9省71个市（州、盟）的水域生态系统服务价值,并通过构建生态系统服务与经济发展一致性指数对二者时空协调性进行分析。结果表明：（1）研究时段内,黄河流域水域面积逐年增加,其中上游地区增长最多、增幅较小,下游地区增长较多、增幅最大,中游地区有小幅度减少。从水域类型变化来看,水库坑塘增加最多、变化幅度最剧烈,滩地和滩涂面积缩小、变化较为平缓。（2）研究时段内,黄河流域水域生态系统服务价值逐年上升,但增幅逐渐趋缓,下游地区水域生态系统服务价值增幅最大、上游次之、中游最低,其中2015—2020年陕西省、山西省以及整个中游河段甚至出现了下降的情况。（3）总体上看,黄河流域水域生态系统服务与经济发展在研究时段内呈现出不协调状态,并以经济集聚高于生态系统服务集聚为主,并且长期保持不变,但这种不协调性在空间上出现分异,上游地区以生态系统服务集聚高于经济集聚类型为主,中、下游地区以及各省会城市以经济集聚高于生态系统服务集聚类型为主。     

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...     

黄河流域降水格局及影响因素北大核心CSCD

黄河流域位于干旱、半干旱与半湿润过渡地带,是中国重要的经济地带和生态屏障,研究流域降水时空格局及其对多驱动因素的响应具有重要意义。本文分析了近70年降水的时空格局规律、多尺度特征以及降水对不同气象要素与环流因子的响应。结果表明:黄河流域降水量呈下降趋势,降水变率为-0.88 mm/10a,而上游地区呈增加趋势。流域降水存在显著的年周期尺度;年际周期尺度为主导模态,集合经验模态分解(EEMD)的累积方差贡献率为94.85%。偏小波相干性(PWC)分析表明蒸散量为降水多尺度特征的主导气象因素,气象因素主要调制降水的季节性与年周期,环流因子主导降水的年际和年代际周期;不同类型因素的耦合可以增强对降水在所有周期尺度的解释能力。     

黄河流域城市化与生态系统服务价值协调性及障碍因素研究

关注生态系统服务价值(Ecosystem service value,ESV)与城市化耦合协调互动关系,对黄河流域高质量发展大有裨益。文章运用熵权法、耦合协调模型、空间自相关模型,障碍度模型分析了城市化与ESV的耦合协调关系及主导障碍因素。结果表明:(1)1995—2018年,黄河流域ESV发生了很大的改善,整体增加了33.05×10⁹元,且以调节服务为主导,草地、林地、耕地服务价值对总ESV贡献率较高。单位面积生态系统服务价值(PE)呈现南高北低、中游高上下游低的空间格局。(2)PE与城市化耦合协调度(Coupling coordination degree,CCD)逐渐改善,轻度耦合协调增加了27.12%,严重失调类型减少了45.46%,耦合亚型从城市化滞后型转变为ESV滞后型;从空间上看,CCD呈现南高北低、中游优于上游和下游的空间格局,协调度具有显著的空间正相关性,存在明显的高-高和低-低集聚特征,高-高集聚区主要分布在ESV高且城市化水平相对较高的中游和下游地区,低-低集聚区主要分布在ESV较低的上游地区。(3)1995—2018年主导障碍因素未发生明显...     

黄河流域旅游生态安全的动态演变特征及驱动因素

科学测度与审视旅游生态安全对促进黄河流域旅游经济和生态环境协调可持续发展具有重要的理论和实践价值。从流域可持续发展视角,基于DPSIR系统模型构建黄河流域旅游生态安全理论框架和指标体系,采用改进TOPSIS法、核密度曲线、空间自相关、传统和空间马尔可夫链及面板分位数回归方法对其动态演化特征和驱动因素进行探析。结果表明：① 时间上,旅游生态安全均值波动下降后上升,呈收敛趋势,且有向“双核”形态演变的趋势。空间上,旅游生态安全值整体较低（0~0.55）,由2008年以风险级为主（占89.04%）转变为2017年以风险级和恶化级为主（分别占60.27%和31.51%）,且仍存在较大下行转移风险。② 动态演化特征上,不考虑邻域条件下,旅游生态安全风险级、敏感级转移具有“路径依赖”与“自身锁定”效应。而恶化级、临界安全级保持初始状态概率较小,且类型转移通常发生在相邻等级递次转移。邻域背景在其动态变化过程中起着重要作用,且其动态演化特征具有显著时空异质性。③ 影响因素方面,环境污染对低层级单元的旅游生态安全负向抑制作用较为明显,旅游负荷水平对较高层级地区旅游生态安全的正向边际效应略大,而旅游发展水平、经济发展水平等变量则对较低等级单元旅游生态安全的正向边际效应较大。     

黄河流域水资源利用与经济增长脱钩及影响因素分解

水资源是黄河流域生态保护和高质量发展的最大刚性约束,识别流域水资源利用变化驱动因素具有重要意义。首先从结构视角测度黄河流域水足迹变化,进而基于Tapio脱钩模型与Kaya-LMDI分解模型,解析水足迹与经济增长脱钩状态,并从技术效应、结构效应、规模效应、禀赋效应、城市化效应和人口效应识别水资源利用变化驱动因素。研究发现：(1)黄河流域水足迹总体呈现上升趋势,农业水足迹占比高达85%,用水结构与产业结构倒挂问题突出。(2)黄河流域上下游水资源量与水足迹空间分布不匹配,中下游面临更严重水资源约束。(3)水足迹与经济增长关系主要表现为弱脱钩,但2015—2019年各省区开始向强脱钩转变。(4)规模效应、城市化效应和人口效应对水足迹变化起拉动作用,技术效应、结构效应和禀赋效应对水足迹变化起抑制作用,但仍有提升潜力,各省区影响因素存在一定差异。为此,需要强化水资源利用技术研发与推广,推动农业集约式发展,提升农业用水效率,进一步优化产业结构和新型城镇化建设,缓解水资源约束困境,推动黄河流域经济高质量发展。     

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明：① Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;② Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;③ GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;④ 通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。     

沿黄三大城市群城市网络结构演化特征与驱动因素

基于2000—2020年全行业企业总部-分支关系大数据,融合社会网络分析、多维邻近、空间分析等方法,从节点类型、层级关联、社区划分及影响因素4个方面揭示了沿黄三大城市群城市网络空间格局、时空演化及其驱动因素。研究发现：(1)城市网络节点强度空间极化显著并具有层级性。山东半岛城市群网络结构发育最成熟,一、二层级城市占比高,中原城市群次之,关中平原城市群最低。(2)城市网络轴线及其层级特征显著,网络关联程度东强西弱,并随时间演化而逐步增强。形成以青岛、济南、郑州、西安为中心的星形放射状骨架,但城市群之间横向跨界联系较弱。(3)青岛、济南、郑州、西安的中心度-中介中心度形成“高-高”组合,是城市群网络的“中枢”和“桥梁”。(4)城市网络社区受边界阻隔效应、邻域效应和外溢效应影响,总体形成“三大一小”的社区结构和“先集聚、后融合”的演变趋势。(5)地理邻近、制度邻近、社会邻近对城市网络发育具有正向作用,产业邻近发挥负向抑制作用。     

黄河流域植被净初级生产力时空特征及自然驱动因子

植被净初级生产力（NPP）是陆地生态系统的关键指标,是地表碳循环的重要组成部分,能够用来较客观地评价生态系统变化及其可持续性。利用MOD17A3HGF数据、土地利用数据、气象数据、地形数据,应用变化趋势分析、相关性分析及地理探测器模型等方法,探讨了2000—2019年黄河流域NPP（以C计量）时空格局及演变特征,并对影响NPP的自然因子进行量化研究。结果表明：（1）2000—2019年黄河流域植被NPP整体呈极显著上升趋势（）。流域平均年NPP为281.39 g·m^-2,变化范围为270—347 g·m^-2,增速为5.75 g·m^-2·a^-1。流域NPP显著增加的区域占整个流域面积的99.53%,空间分布呈西北低东南高的趋势。（2）不同土地利用类型的植被NPP年平均值差异较大,林地是对该区域植被NPP贡献最大的土地利用类型。（3）NPP与海拔之间存在一定相关性,NPP与气温、降水显著正相关的区域分别占总面积的23.20%和44.17%,自然驱动因子中海拔、气温及降水对植被NPP的驱动作用差异明显,降水>气温>海拔,各因子之间的交互作用均为双因子增强。     

Temporal change in the landscape erosion pattern in the Yellow River Basin,China

Using Landsat TM data from 1995 and 2000, changes in the landscape erosion pattern of the Yellow River Basin, China were analysed. The aim was to improve our understanding of soil‐erosion change so that sustainable land use could be established. First, a soil‐erosion intensity index model was developed to study soil‐erosion intensity change in the study area. Over the 5 years, the areas of weak erosion, moderate erosion, severe erosion, and very severe erosion all increased. The area of weak erosion increased dramatically by 7.94×10⁵ ha, and areas of slight erosion and acute erosion decreased by 1.93×10⁶ ha and 4.50×10⁴ ha, respectively. The results show that while the intensity of soil erosion has gradually been decreasing as a whole, in some regions the soil erosion is becoming more severe. Based on landscape indices, the pattern of changes in soil erosion over the past 5 years was analysed. The changes in landscape pattern of soil erosion resulted from human activities. Analysis showed that human impact increases fragmentation, having three major effects on landscape pattern, reduction in patch area, variations in patch shape, and changes in spatial pattern. In the study area, population growth, farming, governmental policy and forest degradation are the major factors causing soil erosion change over a 5‐year period.     

潮河流域降水-径流关系变化及驱动因子识别

基于1973-2010年长系列日降水、径流数据,利用降水径流双累积曲线、M-K统计检验和降水集中度等方法,结合HIMS模型模拟结果,分析了潮河流域降水-径流关系的变化及其原因。得到的主要结论如下：（1）近38年来,潮河流域降水变化较小,但径流下降趋势显著,降水-径流关系发生了两次突变,即在1973-1983年、1984-1998年和1999-2010年三个阶段降水-径流关系存在明显差异;（2）大雨日降水总和（P_≥20）与径流深关系较为密切,其变化是导致降水-径流关系在1983年发生突变的主要驱动因子;（3）HIMS模型模拟结果显示,1999-2010年潮河流域下垫面条件较前两阶段变化明显,人类活动引起的减水效应由第二阶段的14.93%增加至第三阶段的25.78%,人类活动是导致降水-径流关系在1998年发生突变的主要驱动因子。     

流域陆地生态系统水体净化服务表征及驱动力分析

陆地生态系统的水体净化服务能过滤地表径流中的污染物,有助于防控流域非点源污染。准确表征该服务的时空变化特征,定量探索其驱动机制则是生态系统服务应用的前提。论文以太湖流域典型地区为例,利用空间分布式的生物物理模型,研究流域陆地水体净化服务的空间格局与时间演变特征,并借助GIS空间统计方法及面板数据模型分析其主导驱动力。结果显示：2000—2010年间研究区59.19%、58.27%的面积分别为氮、磷净化服务的弱降低区。2000—2005年与2005—2010年两个时间段内研究区氮净化服务先下降后略有上升,其中苏州市区增幅最大;磷净化服务为下降趋势,以无锡和苏州市区降幅最大。气候因素和水网密度对水体净化服务具有显著正影响,而负向驱动力则存在差异。为此应采取适当的措施调整主导因素,提高陆地生态系统的水体净化服务,减少氮、磷排放,为流域非点源污染治理及水环境管理提供支撑。     

Analysis of the contribution of multiple factors to the recent decrease in discharge and sediment yield in the Yellow River Basin,China

The Yellow River basin is well known for its high sediment yield. However, this sediment yield has clearly decreased since the 1980s, especially after the year 2000. The annual average sediment yield was 1.2 billion tons before 2000, but has significantly decreased to 0.3 billion tons over the last 10 years. Changes in discharge and sediment yield for the Yellow River have attracted the attention of both the Central Government and local communities. This study aimed to identify the individual contributions of changes in precipitation and human activities (e.g. water conservancy projects, terracing, silt dams, socio-economic and needs, and soil and water conservation measures) to the decrease in discharge and sediment yield of the Yellow River. The study used both improved the hydrological method and the soil and water conservation method. The study focused on discharge analysis for the upper reaches and the investigation of sediments for the middle reaches of the river. The results showed that discharge and sediment yield have both presented significant decreasing trends over the past 50 years. Precipitation showed an insignificant decreasing trend over the same period. The annual average discharge decreased by 5.68 billion m³ above Lanzhou reach of the Yellow River from 2000 to 2012; human activities (e.g. socio-economic water use) contributed 43.4% of the total reduction, whereas natural factors (e.g. evaporation from lakes, wetlands and reservoirs) accounted for 56.6%. The decrease in annual discharge and sediment yield of the section between Hekouzhen station and Tongguan station were 12.4 billion m³ and 1.24 billion tons, respectively. Human activities contributed 76.5% and 72.2% of the total reduction in discharge and sediment yield, respectively, and were therefore the dominant factors in the changes in discharge and sediment yield of the Yellow River.     

黄河流域资源型城市转型效率及其影响因素

资源型城市是黄河流域分布较广和问题较突出的一类城市,提高城市效率、促进资源型城市转型是实现黄河流域生态保护和高质量发展的重要途径。论文利用DEA模型评价了2007—2017年黄河流域41个资源型城市的转型效率,通过固定效应模型对资源型城市转型效率的影响因素及其差异性进行了面板回归分析。结果表明：① 黄河流域资源型城市转型效率并不理想,2017年综合效率最优的城市只有39.02%,2015年以来城市间转型效率的差距有所扩大;② 规模效率是决定综合效率的主要因素,但规模效率最优的城市数量先增后减,规模报酬递减趋势愈发明显,说明部分城市的转型效率存在投入冗余现象;③ 总体看,人均GDP、政府财政收入占GDP的比重、普通高等学校在校学生数对资源型城市转型效率的影响显著为正,第三产业比重的影响显著为负;分类型看,外商投资工业企业占比对煤炭型城市转型效率的影响显著为正,采矿业从业人员占比对成熟型资源型城市转型效率的影响显著为正,不同城市间转型效率的影响因素存在差异性。     

近70a泾河流域径流变化及其驱动因素研究

定量评价流域径流变化特征并开展其归因识别研究是应对气候变化实现水资源合理开发利用的基础.本研究以泾河流域为研究区,采用M-K检验、滑动t检验、小波分析等方法分析流域近70 a的水文气象要素变化特征,并基于Budyko假设评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率.结果表明:(1)泾河流域年径流深以0.41 mm·a-1的...     

“蒸发悖论”在黄河流域的探讨

利用黄河流域72个气象站点1960-2010年的气象资料,系统分析了过去51年间气温、降水量以及潜在蒸散量的变化趋势,研究了气温、降水量与潜在蒸散量之间的长期变化趋势关系,对影响潜在蒸散量下降的主要因子进行了探讨,重点对黄河流域是否存在“蒸发悖论”进行验证.研究结果表明:(1)过去51年间,黄河流域内气温增加显著、潜在蒸散量呈下降趋势,总体上存在“蒸发悖论”;(2)“蒸发悖论”具有空间上和时间上的不一致性,随着气温增加,春、夏、冬三季潜在蒸散量呈减少趋势,减少区域主要集中于山西、河南大部分区域以及甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等少部分区域;时间上主要表现在1960-1979年潜在蒸散量变化趋势不明显,1980-2010年气温与潜在蒸散量变化趋势在空间分布上的逆向关系更加明显;(3)过去51年间,降水量无论是年际还是夏、秋季变化趋势都不明显,降水量与潜在蒸散量时空变化分布上大体呈现逆向变化关系;(4)从气象要素变化对潜在蒸散量变化的贡献率来看,近51年来风速的明显减小是导致黄河流域潜在蒸散量减少的主导因素.