基于可拓云模型的区域生态安全预警模型及应用——以祁连山冰川与水源涵养生态功能区张掖段为例

针对区域生态安全预警中的不确定性问题,考虑生态安全等级边界信息的随机性、模糊性及动态性,利用可拓学中兼具定性和定量分析及动态性的物元理论和具有不确定推理特性的云模型,提出了基于可拓云模型的区域生态安全预警模型;运用该模型对祁连山冰川与水源涵养生态功能区张掖段2005—2015年生态安全进行了定量评估,并对2017年生态安全环境进行动态预警。结果表明:祁连山生态功能区张掖段2005—2015年的生态安全整体水平均处于"理想"以下,其变化趋势为"较差"到"一般"再到"良好";2017年祁连山冰川与水源涵养生态功能区张掖段生态安全为"蓝色"预警,但有向"黄色"转变的趋势,其中工业三废、环保投入强度、森林覆盖率及人均水资源量是影响祁连山冰川与水源涵养生态功能区张掖段生态安全的主要因素。     

基于地块尺度的黑河中游地区农业结构变化及其驱动因素分析——以张掖市为例

黑河中游是我国西北干旱区重要的粮食基地,研究其农业结构变化及其驱动因素对农户种植决策及推动当地农业发展具有一定参考意义。论文以位于黑河中游地区的张掖市为例,基于统计年鉴和农户问卷调查数据,从地块尺度分析了研究区2001—2014年期间农业结构变化,并在定性分析的基础上,从地块与农户两个层面,运用二元Logistic模型及投入-产出法定量分析农业结构变化驱动因素。结果表明：1）研究区作物种植类型趋于多样化。2001年,研究区主要种植作物为小麦、玉米、大麦及“小麦和玉米套作”,其种植地块数占所调查总地块数的81%,2014年种植作物种类增多,且蔬菜、马铃薯、油菜等经济作物种植数量较2001年有所上升。2）由种植小麦为主（占总地块数的31%）转变为种植制种玉米为主（占总地块数的38.7%）;套作转单作。2001年,共有58个套作种植地块,占调查总地块数的22%,其中“小麦和玉米套作”最多,有47个地块;而在2014年,作物套作地块数锐减为2个,“小麦和玉米套作”全部转换为其他单作,其中51%转为制种玉米;水稻种植消失,主要转为普通玉米。3）地块层面上,种植地区的海拔、灌溉定额、河源来水量对农业结构变化影响非常显著（显著水平达到1%）,地下水对农业结构变化影响较为显著（显著水平达到5%）。4）农户层面上,农户作为理性经济人,“收益”是影响其种植行为的最关键因素,其次是政策因素（在5%的水平上显著）,务农劳动力与劳均耕地面积也有一定的驱动作用。     

参与式灌溉管理对农户用水行为的影响

参与式灌溉管理的核心在于保障农业高效、公平用水和农业灌溉的可持续发展.本文通过对甘肃省张掖灌区用水户协会参与灌溉管理制度对农户用水行为影响的实证分析结果表明,用水户协会的成立、排灌系统的完善、农业生产结构的调整和水权市场的建立等因素,在一定程度上提高了农户灌溉水的利用效率,缓解了张掖灌区水资源短缺的局面.然而,由于当前用水者协会"自上而下"的行政管理导致用水户在灌溉管理中并不具有真正的发言权和决策权,用水户对灌溉管理的民主参与并没有达到节约用水的目标.为此,我国应建立完善用水户参与灌溉管理的激励机制和灌溉管理中的民主决策机制,使协会成员真正参与到灌溉工程的建管、灌溉水价的制定和剩余水权的流转和分配中来,保证农户通过参与灌溉管理获得更为可观的效益,是我国未来用水户协会灌溉管理制度改革的一项重要内容.     

张掖市城区大气细颗粒物PM2.5的化学组成及来源解析

为研究张掖市城区大气细颗粒物（PM_2.5）的污染特征和来源,于2020年9月至2021年7月在张掖市城区的河西学院和湿地博物馆2个采样点进行了PM_2.5样品采集,对PM_2.5浓度、化学组成（水溶性无机离子、碳质组分和元素）和来源进行分析.结果表明,河西学院和湿地博物馆两个采样点的年均ρ（PM_2.5）分别为（73.7±31.8）μg·m^-3和（68.1±33.3）μg·m^-3,季节浓度均值均呈现春季>冬季>秋季>夏季的变化.河西学院采样点的二次水溶性无机离子（SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺）年均值高于湿地博物馆.河西学院采样点的ρ（OC）和ρ（EC）分别为（9.6±5.7）μg·m^-3和（2.9±1.6）μg·m^-3,湿地博物馆采样点的年均ρ（OC）和ρ（EC）分别为（9.2±5.8）μg·m^-3和（2.5±1.3）μg·m^-3,河西学院的含碳组分在各季节均高于湿地博物馆.河西学院和湿地博物馆两个采样点的年均二次有机碳（SOC）在OC中的质量分数分别为49.4%和43.7%,表明张掖市存在较为严重的二次污染.河西学院和湿地博物馆两个采样点的元素浓度年均值分别为（6.0±3.5）μg·m^-3和（5.8±3.9）μg·m^-3,受到人为源的影响,Zn、Ca、Al和Fe等元素浓度水平相对较高.正定矩阵因子分解模型（PMF）结果表明,张掖城区PM_2.5的主要贡献源为二次气溶胶（28.0%）、交通源（25.8%）、扬尘源（15.2%）、燃煤源（14.0%）、生物质燃烧和垃圾焚烧源（12.5%）和工艺过程源（4.5%）.     

张掖市生态功能分区

生态功能分区是依据生态环境敏感性和生态服务功能重要性等特征的空间分异规律而进行的地理空间分区。针对张掖市存在的主要生态环境问题,利用调查资料和相关研究成果,在GIS支持下,对张掖市生态敏感性和生态服务功能重要性进行了评价,明确了生态敏感性和服务功能重要性空间分布格局,在此基础上,将张掖市划分为5个生态功能区,并提出了各功能区生态保护与建设的重点与措施,为区域土地利用规划、生态环境保护与建设规划提供科学依据。     

西北干旱区作物灌溉技术效率及影响因素

水资源短缺是制约西北干旱区可持续发展的硬约束,提高作物灌溉技术效率、压缩农业灌溉用水是缓解水资源供需矛盾的可能途径之一。基于2014年张掖市农户调研数据,采用DEA-Tobit模型,分析了黑河流域中段不同类型灌区作物灌溉技术效率及其影响因素。结果表明：（1）典型灌区主要作物灌溉技术效率均存在改进空间,节水潜力较大。在其他投入保持不变的情况下,如果典型灌区主要作物灌溉技术效率达到目前的最高水平,平原灌区生产同样产量的制种玉米和大田玉米,灌溉用水可分别减少34.47%和38.15%;北部荒漠灌区生产同样产量的棉花、制种西瓜和玉米套小麦,灌溉用水可分别减少48.42%、34.82%和22.99%;沿山灌区生产同样产量的小麦、马铃薯、大麦和大田玉米,灌溉用水可分别减少14.48%、30.75%、25.50%和35.96%。（2）不同灌区之间作物灌溉技术效率的变异系数与作物种植面积占比呈负向关系,同一灌区内部种植相同作物的农户生产管理水平存在明显差异。（3）农地细碎化程度和农户耕地面积扩大会降低作物灌溉技术效率,改善耕地质量能提高北部荒漠灌区作物灌溉技术效率,增加井水灌溉会提高平原灌区大田玉米和沿山灌区作物灌溉技术效率,灌溉次数与多数作物灌溉技术效率呈“倒U型”关系,而农户耕作需求及其对风险态度的影响需结合具体情况进行判断。合理确定种植规模、加快农地空间优化,因地制宜地改善耕地质量,完善水利设施、合理使用井灌、增强河水灌溉放水的灵活性,是提升黑河流域作物灌溉技术效率的主要途径。     

不同生计方式农户的碳足迹研究——以黑河流域中游张掖市为例

大气中二氧化碳浓度的增加导致全球变暖,已经是不争的事实。虽然碳排放量大部分来自发达城市,但是由于中国农村人口占全国的一半以上,因此农户的碳排放对全球气候变化的影响也不容忽视。论文将二氧化碳的质量作为碳足迹的单位,以黑河流域中游张掖市为例,基于入户调查资料,测算了当地农户碳足迹,运用单因素分析法和Gini 系数分析了不同生计方式农户碳足迹的结构特点,并且运用最小二乘法分析了影响农户碳足迹的因素。得出以下结论：①张掖市农户碳足迹总量为1.63×10⁹ kgCO₂,人均碳足迹为2.14×10³ kgCO₂;②从碳足迹类型来看,农户的碳足迹主要来自于能源消费,其次是房屋建设,食物生产加工和交通运输所占比例最小;③从碳足迹内部结构来看,张掖市不同生计方式农户的碳足迹有较大差异,非农户的碳足迹最大,其次是兼业户,纯农户的最小;④从碳足迹占有量的公平性看,碳足迹占有量偏差最大的为交通运输,Gini系数为0.51,其次是能源利用,Gini系数为0.41,食物生产加工碳足迹占有量比较合理,Gini系数为0.35,房屋建设的碳足迹占有量高度平均,Gini系数仅为0.12;⑤人口数量、收入水平和非农化是影响碳足迹的主要因素,随着人口数量增大、收入水平的提高和非农化程度的加深,农户碳足迹在不断增加。     

水资源管理“三条红线”约束下的城镇化水平阈值分析——以张掖市为例

水资源与城镇化的关系问题是水科学研究的热点,二者之间存在着复杂的交织关系。论文选取典型干旱区城市张掖市为研究对象,以最严格水资源管理制度为约束条件,基于水资源约束下的城镇化水平阈值计算思路,引入节水量和灰水足迹测算方法改进了传统水量水质双要素水资源承载力计算模型,并在此基础上统筹可供水量、可节水量及水功能区纳污能力构建了水资源管理“三条红线”约束下的城镇化水平阈值计算模型;通过分析张掖市城镇化水平与水资源开发利用的历史数据并进行情景模拟,对2020年和2030年张掖市城镇化水平阈值做出了预测。结果表明：1）在水资源开发利用红线约束下,到2030年张掖市可利用水资源量为23.02×10⁸ m³,与现状基本一致,且以当前的水资源开发利用水平,水量承载能力难以支撑政府未来规划中的城镇化进程与经济增长的用水需求;2）严格遵照用水效率控制红线中所规定的用水定额标准时,张掖市将有望改善水量承载能力不足问题,且到2030年时,水量承载城镇人口能力可达331.91×10⁴人,其中水量承载能力提升主要得益于农业部门节水;3）在水功能区限制纳污红线的约束下,2030年张掖市水质可承载能力上限为62.47×10⁴人,仅为规划城镇人口数量的78%,水质可承载能力对城镇化进程形成了强烈的约束作用,约束力主要来自于城镇区域氨氮排放;4）在水资源管理“三条红线”约束下,到2030年时张掖市城镇化水平阈值上限为48.05%。     

黑河流域张掖市生态系统服务恢复价值评估研究——连续型和离散型条件价值评估方法的比较应用

条件价值评估法的调查问卷格式主要有连续型(包括开放式、支付卡式)和离散型(即封闭式)两种类型。针对黑河流域张掖市生态系统退化的现状,在连续型的支付卡问卷格式调查的基础上,以离散型单边界两分式和双边界两分式的封闭式问卷格式各设计了400份调查问卷,调查了黑河流域居民对恢复张掖市生态系统服务的支付意愿。封闭式两分式问卷调查结果的分析表明,黑河流域90.2%的居民家庭对恢复张掖市生态系统服务存在支付意愿。单边界两分式和双边界两分式问卷分析的黑河流域居民家庭对恢复张掖市生态系统服务的平均最大支付意愿每户每年分别为162.82元和182.38元。按黑河流域有支付意愿的家庭数量计算,用单边界两分式和双边界两分式问卷分析,恢复张掖市生态系统服务的经济效益每年分别为7094.36×104元和7946.66×104元。由于双边界两分式问卷更能逼近市场行为,以双边界两分式问卷的结果作为条件价值评估的结果相对比较恰当,因此,未来5年时间恢复张掖市生态系统服务总经济价值的现值为3.7478×108元。由于恢复张掖市生态系统服务具有巨大的正外部效应,因此,仅就黑河流域居民家庭数量估计的经济价值是对恢复张掖市生态系统服务的经济价值的最低估价。     

甘肃张掖市退耕还林(草)工程影响综合评价

利用抽样调查和收集资料得到的数据,对张掖市实施退耕还林（草）工程的影响从社会、经济和生态三个方面进行了评价。结果表明：张掖市退耕还林（草）社会可持续性的评价结果为“较好”;2002—2004年的退耕还林（草）工程在三年内给农户带来了17229．62万元的纯收入;通过三年的退耕还林（草）,能增加植物碳量累积（NPP）170658．11t,NEP总量增加44544．94t。同时,还针对退耕还林（草）政策的完善提出建议：希望继续增加退耕还林（草）面积,在今后的退耕还林（草）工程中安排合理的还草面积,增加退耕还林（草）工程的配套费用。政府有关部门应切实解决退耕农户关心的问题。