基于水源涵养参照系的中国生态系统水源涵养功能优劣评估

为解决水源涵养优劣评估结果空间可比性差的问题,在拟合1990—2018年中国生态系统水源涵养动态数据基础上,构建基于参照系的水源涵养功能优劣等级评估方法体系,从全国和分区尺度揭示中国生态系统水源涵养功能优劣格局与演变规律,阐明该方法的优越性。结果表明：(1)2015年中国全国生态系统水源涵养功能以差级别占主导,约占总面积的44.8%,主要分布于西北、青藏高原、华北平原和东北平原。1990—2018年中国生态系统水源涵养功能中等级面积极显著降低,差等级面积显著增加,其余类型呈波动变化。(2)各气候区生态系统水源涵养优劣等级构成因气候、生态系统构成等差异而不同,一般为气候区愈湿润,其优良等级比重愈高。1990—2018年,共有10个气候区的优、良、中、低或差等级面积发生了显著变化,主要为优、良、中等级以显著降低为主,差等级全显著增加。(3)与其他方法相比,基于参照系的生态系统水源涵养功能优劣评估法因引入分区分类评估思想,评估结果更科学,空间可比性显著提高。     

若尔盖高原生态系统水源涵养功能时空变化特征

若尔盖高原具有重要的水源涵养功能。基于气象和遥感数据,利用水量平衡法,模拟研究2001—2017年若尔盖高原水源涵养量的时空变化特征,探究土地利用和气象因子变化的影响。结果表明:若尔盖高原水源涵养量的空间差异性较大,整体上呈从北向南逐渐增加趋势,研究区2000—2017年平均单位面积水源涵养量<100、100～200、200～300、300～400、400～500和>500 mm的面积比例分别为15.43%、63.66%、18.66%、2.22%、0.03%和0; 17年平均水源涵养总量为阿坝藏族羌族自治州>红原县>若尔盖县>玛曲县>碌曲县;研究区2001—2017年单位面积平均水源涵养量总体表现出微弱的上升趋势,水源涵养量显著减少、中等减少、轻微减少、几乎不变、轻微增加、中等增加和显著增加区域所占的面积比例分别为50.64%、16.81%、11.64%、5.20%、4.52%、7.31%和3.88%;阿坝藏族羌族自治州和若尔盖县呈增加趋势,其他三县(玛曲、碌曲和红原县)呈减少趋势;降雨量和高程是影响研究区水源涵养量时空变化特征的主要因子。     

都江堰市水源涵养功能空间格局

水源涵养是生态系统的重要服务功能之一.识别水源涵养重要区对于制定水源保护规划,落实陆域-水域综合保护,防治水体污染,保障区域用水安全具有重要意义.以2008年四川都江堰市为研究范围,采用生态系统服务功能综合权衡工具-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs(InVEST)中的水源涵养模型对县域生态系统的水源涵养功能进行了空间制图,然后采用综合指数法将水源涵养功能与植被减洪能力和水源地保护区进行叠加计算水源涵养重要性指数.结果表明:尽管汶川地震导致都江堰市域部分地区水源涵养功能降低,但都江堰市水源涵养功能整体仍然较高,部分地区多年平均水源涵养量超过200mm/a.都江堰市的水源涵养极重要区面积为421km2,占全市总面积的34.9％,远大于目前县域的水源保护区面积,未来应进一步加强对这些极重要区的保护,以保证本市以及成都平原的供水安全.水域涵养功能及其重要性都存在较明显的空间分异,大致呈现由西北向东南减少的趋势,水源涵养重要性与水源功能的分布密切相关,但又不完全一致.因此,在县域尺度上采用服务功能空间化评估结果进行重要性评价能够比较精细地反映生态系统水源涵养重要性的空间差异.但该方法还需要将人类用水需求进行空间表达,与本文的方法进行结合,以更准确反映水源涵养重要性的空间分异.     

北京市森林生态系统的水源涵养功能

以北京市森林资源第6次二类调查数据为基础,采用区域水量平衡法和土壤蓄水能力评估了森林水源涵养的功能,并重点分析了不同类型和区位条件下森林涵养水源功能的差异。结果表明：2004年北京市森林生态系统涵养水源1.26&#215;10^9m^3;其中,怀柔区、延庆县、密云县、门头沟区和房山区的森林是水源涵养功能的主要贡献者（累积贡献率63.3%）;从森林类型来看,阔叶林和灌木林是水源涵养的主体（累积贡献率80.8%）;位于不同海拔高度的森林对水源涵养功能的贡献不同,其中位于海拔〈100m、100～500m和500～800m森林的贡献率分别为29%、30.7%和23.3%;而且位于不同坡位的森林涵养水源的贡献也不同,其中平地和全坡的森林最高,贡献率分别为37.12%和40.7%。     

森林生态系统水源涵养服务功能解析

森林水源涵养功能作为森林生态系统服务的一个重要方面,在国内的研究已有数十年的历史。多数研究中将森林水源涵养功能狭义地等同于森林对降雨的拦蓄能力或对径流的调节能力,而忽略了其对各水文过程的整体性作用以及对气象和土壤因子的综合性影响。此外,在不同研究区域中,对于森林水源涵养功能的理解和研究方法往往一概而论,并未考虑研究区域的自然条件特性和社会经济特征,这使得研究结果的区域针对性不足,限制了对其进一步的应用推广。针对上述问题,在全面分析森林水源涵养的含义和特征之后,定义了不同区域的水源涵养功能内涵和主导服务,并给出了不同区域森林水源涵养功能的适宜计算方法,以期为不同区域森林水源涵养功能的全面提升和水源涵养林生态修复工程提供科学依据。     

河湟谷地水源涵养功能空间格局研究

河湟谷地水源涵养能力空间分布的科学分析,为区域生态文明战略实施与兰西城市群水资源开发利用提供依据.采用水量平衡方程来计算河湟谷地水源涵养能力,进行GIS空间分析,并结合自然保护地(国家自然保护区、国家公园、水源地)分布,综合划分区域水源涵养功能分区.结果表明:本区北部祁连山脉的冷龙岭、达坂山一带为水源涵养功能极重要和重...     

森林生态系统的水源涵养功能及其计量方法

为全面认识与正确评价森林生态系统的水源涵养功能,本文探讨了其概念、表现形式及其计量方法,认为：1）森林的水源涵养功能是一个动态、综合的概念,随着人们对森林水文作用认识的不断深入,其内涵不断丰富扩大,因此森林的水源涵养功能概念存在狭义和广义之分;2）森林的水源涵养功能（广义）有多种表现形式,包括拦蓄降水、调节径流、影响降雨和净化水质等,不过其具体表现形式与研究对象、研究目的以及研究尺度有关;3）目前森林拦蓄降水功能的计量方法主要有土壤蓄水能力法、水量平衡法、年径流量法和多因子回归法等8种,不过这些方法都存在一定的局限性,实际应用中需要综合考虑。     

2030年闽三角城市群土地利用变化对生态系统水源涵养服务的影响

生态系统水源涵养服务作为水资源得以持续的基础和保障,正持续遭受着人类活动的干扰和影响,土地利用变化作为主要的方式之一,对水源涵养的影响广泛而且深远。运用InVEST模型模拟了闽三角城市群2015年和2030年的水源涵养情景,发现到2030年闽三角城市群区域内水源涵养量总体会下降0.24×10⁸ m³;对比发现：土地利用变化对水源涵养的影响主要主要表现在变化面积、变化方向、作用强度以及面积补偿作用四个方面。首先面积变化方面,水源涵养量同用地类型的面积大小正相关,但二者的变化量并不正相关;其次变化方向方面,相比变化为城市生态系统和水域生态系统而言,变化为自然生态系统和农业生态系统的土地利用变化更有利于生态系统水源涵养;再次,土地利用变化对水源涵养产生作用的强度由强及弱以此为林地、其他土地、草地、农田、建设用地、水域及滩涂;最后,面积变化后的补偿作用方面,由于不同用地类型水源涵养能力和面积变化量的差异,由农田、林地、草地及其他土地面积下降导致的水源涵养量损失并不能通过建设用地、水域及滩涂用地类型面积的增加得以完全补偿。     

典型气候条件下东北地区生态系统水源涵养功能特征

东北地区是我国重要的生态功能区,其包含的典型生态系统具有独特的水源涵养功能,在防洪减灾,保障生态安全和人居安全中发挥着关键作用。以往有关水源涵养功能的研究主要是依托不同水文模型方法,从单一年份或多个年份的角度进行研究,较少考虑不同气候条件下水源涵养功能的空间分异特征。采用标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)划分研究区的典型气候年份(干旱、正常和湿润);基于水量平衡法,结合SCS-CN模型以及Penman-Monteith方程对东北地区典型气候条件下生长季内的水源涵养功能进行研究。结果表明:(1)研究区水源涵养功能在不同气候条件下差异明显,三个典型气候年份生长季内的水源涵养总量分别为:干旱年(SPEI=-1.26)为2214.64亿m~3、正常年(SPEI=-0.22)为3231.49亿m~3和湿润年(SPEI=1.05)为3969.33亿m~3。(2)水源涵养功能空间变异突出,但在三种典型气候条件下呈现出一致变化,均表现为长白山地区水源涵养量最大,大小兴安岭地区次之,水源涵养量最低的地方主要出现在呼伦贝尔以西的草原地区,在东北平原的部分地区也有低值的出现,如白城、通辽、鸡西等地区,水源涵养量较一般的地方出现在东北平原大部分以农田为主的地区。(3)水源涵养功能除受气候因素的影响外,还取决于土地利用类型的变化,对于整个东北地区来讲,水源涵养总量表现为林地农田草地湿地,单位面积水源涵养量在干旱年和正常年表现为林地农田湿地草地,在湿润年份表现为林地湿地农田草地。研究结果揭示了东北地区三种典型气候条件下重要生态系统的水源涵养功能大小、空间分布特征及其主要驱动因素,可为区域生态空间规划和生态系统管理提供科学指导。     

东江流域森林水源涵养功能空间格局评价

东江流域森林水源涵养功能对于保障流域可持续发展具有重要作用。应用In VEST模型,结合东江流域土地覆盖分类数据、气候数据、土壤数据评估了东江流域森林水源涵养功能的空间分布。结果表明:东江流域森林生态系统水源涵养总量为47.29×10~8m~3,水源涵养功能最高为572.6 mm,平均水源涵养功能为204.15 mm。东江流域森林水源涵养功能在空间上呈现出不同的分布特征,流域内森林水源涵养功能随海拔升高呈现先上升后降低的趋势,在海拔900—1200 m范围,水源涵养功能平均值达到最大值270 mm;流域内森林水源涵养功能随坡度升高呈增加趋势,在坡度大于50°的区域,森林水源涵养功能平均值增加到327.2 mm,高于流域平均水平60%。流域水源涵养功能呈现中游下游上游的空间格局,流域上、中、下游地区的水源涵养总量占流域的比例分别为11%、72%、17%。     

内蒙古生态系统质量空间特征及其驱动力

植被作为生态系统的重要组成部分,联结着大气、水分和土壤等自然过程,其变化将直接影响该区域气候水文和土壤等状况,是区域生态系统质量变化的重要指示器。植被状况的好坏,主要通过生物量和植被覆盖度因子来表示。内蒙古自治区是我国北方生态环境问题十分严重的省份,弄清当前区域生态系统质量状况与变化及其近10年来变化的驱动因素,对分析与制定区域生态环境保护决策具有十分重要的意义。基于2000—2010年生物量和植被覆盖度,并结合地区植被区划数据,对内蒙古植被生态系统质量状况进行分析,并评估其与气候(降水、温度),人类活动(交通密度、农业发展、生态恢复工程)的相关关系,在此基础上探讨了气候和人类活动对近年来内蒙古生态系统质量变化的影响。结果表明:(1)内蒙古生态系统质量状况整体偏低,其中森林生态系统平均质量最高,灌丛、草原生态系统次之。空间分布呈明显的经度地带性,由东向西,质量逐渐降低。2000—2010年内蒙古生态系统质量总体上呈现缓慢增长趋势,但局部地区生态系统质量仍存在恶化,其中在107°E以东的草原和森林区域,生态系统质量变化十分剧烈。(2)近10年来内蒙古生态系统质量的变化与气候和人类活动的关系非常密切,其与降水、GDP1、化肥施用量、天保工程和退耕还草工程呈现明显的正相关。而与温度、道路密度和京津风沙治理工程呈现明显的负相关。其中,生态保护工程实施区域内和区域外的相关性存在显著的差异性。随着内蒙古社会经济的快速发展,人类活动对生态系统质量的影响逐渐加强,但降水仍是该地区生态系统质量的主要影响因子。(3)在内蒙古生态系统质量变化典型区域内,质量的增长主要是由于降水的增加、温度的降低、农业的发展、退耕还草工程的作用和交通发展的放缓。质量的降低则是因为降水的减少、温度的增加、农业发展缓慢和交通发展的加快所致。     

中国北方农牧交错带生态系统服务空间格局及影响因子——以内蒙古中西部地区为例

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾。生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一。以北方农牧交错带的核心区域--内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G^*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子。结果表明：（1）净初级生产力（NPP,Net primary productivity）、土壤水蚀控制服务（SC,Soil conservation）、产水量（WY,Water yield）及三层土壤含水量（SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer）在东部较高,防风固沙服务（SF,Sand fixation）在南部和西部较高;（2）以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异。NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著。研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会-生态矛盾提供科学依据和案例参考。     

海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素

土壤保持是生态系统提供的重要调节服务之一,在区域侵蚀控制以及生态安全的维持方面具有不可替代的作用.以基于生态系统服务价值化和权衡得失综合评价工具InVEST,对海南岛生态系统土壤保持功能的空间特征及其影响因素进行了分析与探讨.结果表明:(1)海南岛土壤保持总量为8.16×108 t,平均单位面积土壤保持量为247.28 t·hm-2·a-1,空间上呈现中部高四周低的分布格局,中部山区国家级生态功能保护区在土壤保持功能的保育方面发挥着重要作用;(2)不同生态系统类型的土壤保持功能从大到小依次为:灌丛＞天然林＞草地＞橡胶林＞浆纸林＞热作园＞水田＞旱地＞红树林＞防护林,自然生态系统整体优于人工生态系统;(3)除自然因素外,经济发展、人口增长以及农田扩张都是影响土壤保持功能的重要因素,其中单位面积地区生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度以及农田比例与单位面积土壤保持量显著负相关(P＜0.05),橡胶林比例与土壤侵蚀强度显著正相关(P＜0.01),说明海南岛的经济发展与人口增长会削弱生态系统土壤保持功能,应权衡它们之间的关系,探索一条发展经济与保护生态系统土壤保持功能并举的可持续发展之路.     

1990-2018年中国生态系统水源涵养功能时空格局与演变

探明生态系统水源涵养服务格局演变对中国生态系统水源涵养保护和管理具有重要意义。采用水量平衡模型,探明1990-2018年中国生态系统水源涵养分布特征,从全国、分区和栅格3个尺度揭示中国水源涵养演变规律。结果表明：（1）中国生态系统水源涵养时空异质性显著,整体南高北低、东高西低。不同植被水源涵养服务差异显著,以常绿阔叶林最高,草地最低。（2）中国水源涵养服务随高程升高呈阶梯式下降,随坡度变化因坡度梯度而不同,平坡区随坡度升高而升高,缓坡-陡坡区随坡度升高而降低。（3）中国多年平均水源涵养量为1.54×10¹² m³/a,以热带-亚热带季风区为主导,约占总量的77.9%。水源涵养服务演变全国尺度显著下降,分区尺度仅温带大陆气候区显著下降。（4）栅格尺度仅16.0%栅格变化显著,主要为极显著降低和显著降低,约占栅格总数的7.61%和5.30%,主要分布于藏东南、云贵高原西部、冀东北、浑善达克沙地、天山东麓和台湾省等地,它们是中国水源涵养保护与建设的重点区域。     

基于地理探测器的云南省生态系统产水服务的空间异质性及驱动因素

产水服务作为重要的生态系统服务功能,准确把握其空间分异特征、明确不同地域的关键驱动因子是维系生态安全和可持续发展的关键。以地理空间异质性显著的云南省为研究区,借助InVEST模型模拟1992—2019年云南省产水量时空分布,通过地理探测器探析气候、植被、土壤、地形、土地利用等因子对产水服务的空间驱动特征。结果表明: 1992—2019年,云南省产水量呈先增大后减小的波动变化趋势,各年产水量空间分布格局相似,总体趋势是自西北、西部、西南部向中部和东部逐渐递减。气候类因子(降水量和实际蒸散量)是导致产水服务空间分异的主要驱动因子。在不同的流域分区,各驱动因素对产水量的影响具有明显的空间异质性:云岭-元江一线以西,伊洛瓦底江、怒江上游、怒江下游、澜沧江上游、金沙江上游、元江、李仙江一带,降水量是主要的控制因子;云岭-元江一线以东,喀斯特地貌区(南广河、赤水河、乌江、右江、盘龙河)以及人口密度大、耕地资源短缺的金沙江下游地区,实际蒸散量和土地利用类型是主要的控制因子。本研究结果可为云南省水资源管理政策和生态文明建设工作提供参考依据,对促进高原山地复杂区生态系统服务优化和可持续发展具有一定的指导意义。     

人类活动对生态系统服务流的影响

生态系统服务流对生态系统服务地形成、输送、转化和维持具有重要作用,搭建起了生态系统服务供给与人类需求之间的桥梁,成为近期学者关注的焦点之一。随着人口数量的急剧增加和经济社会的快速发展,人类的物质需求呈非线性方式增长。人类在利用生态系统服务流带来惠益的同时,也给生态系统服务流带来压力。综述了生态系统服务流的内涵和属性特征,包括生态系统服务流的定义、分类、时空尺度、载体特征和量化属性等。分析了人类活动对生态系统服务流的影响机制,即积极的与消极的人类活动通过对生态系统服务流的空间单元、传递载体和量化属性等方面的影响进而影响到具体的生态系统服务流并最终影响人类福祉。探讨了通过生态系统服务流价值和风险评估、生态系统服务流保护规划、生态系统服务流恢复与重建等积极的人类活动,来实现生态系统服务流传输功能的可持续。未来可以通过对生态系统服务流路径载体衰减效应研究、多尺度分析处理系统的使用和生态系统服务流传输网络动态耦合模型的构建等来制定合理的生态系统服务流集成管理。通过对人类活动与生态系统服务流相互关系的研究,有利于对退化的生态系统服务流进行保护和恢复,也可为生态系统服务流相关研究奠定基础。