甘肃白龙江流域水源涵养服务时空格局及其影响因素

白龙江流域是长江上游的主要生态屏障和水源涵养区,对维系流域生态和可持续发展至关重要。以甘肃白龙江流域为例,基于参数本地化的InVEST模型对1990—2016年水源涵养时空变化及其影响因素进行分析。结果表明:流域多年平均水源涵养深度为47.50 mm,呈现先减少后回升的趋势。空间上,其高值区主要集中于迭部、文县和舟曲的中高山阴陡坡林区(平均涵养深度在该三县2500～3500 m海拔段、阴坡和半阴坡、25°以上坡段和林地高于流域的平均涵养深度);低值区主要位于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区(平均涵养深度在该两县2500 m以下海拔段、阳坡和半阳坡、25°以下坡段和耕、草地低于流域的平均涵养深度)。气候背景下,人类活动驱动的土地利用/覆被格局空间差异是影响水源涵养时空变化的重要因素,退耕还林对减缓气候变暖背景下水源涵养深度的下降具有重要意义。     

基于InVEST模型的官厅水库流域产水和水质净化服务时空变化

官厅水库是北京市及其周边地区重要的水源地之一,曾因水质污染严重而被迫退出北京市饮用水供应系统,经过全面治理后于2007年恢复成为北京市备用水源地.为了从整体上定量分析官厅水库流域生态系统的产水和水质净化服务,基于InVEST模型,选择官厅水库退出北京市饮用水供应系统和恢复成为北京市备用水源地为时间节点,定量评估1995-2010年官厅水库流域生态系统的产水量和TN、TP输出量,分析其产水服务和水质净化服务的时空变化.结果表明:1995-2010年,官厅水库流域产水服务表现为先减弱后增强,但整体呈减弱趋势,流域产水量由1995年的18.85×108 m3降至2010年的14.33×108 m3,产水服务减弱24.0%.水质净化服务表现为先减弱后增强,但整体呈增强趋势,流域的TN、TP输出量分别由1995年的4028.7、379.7 t降至2010年的3611.4和354.0 t,TN、TP净化服务分别增强10.4%和6.8%.研究显示,气候变化和土地利用变化是导致官厅水库流域产水服务发生改变的主要原因,不同时期的水资源保护政策导向也与水质净化服务变化趋势相吻合.      

基于GIS和InVEST模型的海岸带生态系统服务价值时空动态变化分析-以龙海市为例

本文选取地处海西城市群的漳州龙海市为研究区,基于联合国千年评估提出的生态系统服务框架,借助GIS技术、InVEST模型和经济价值模型评估方法,评估龙海近30 a(1986~2010)生态系统服务价值时空动态变化。结果表明:从1986至2010年,龙海生态系统服务价值整体呈降低趋势,尤其在南溪河口区、卓岐镇海区、海门岛及漳州开发区更为明显;龙海研究区域内生态系统服务价值存在明显空间差异性,单位面积生态系统服务价值较高为卓岐镇海区、漳州开发区、隆教湾、海门岛,人类干扰强度最大的龙海市中心为最低;龙海生态系统服务价值中养分调节、污染处理与控制及休闲娱乐价值明显高于其他服务价值,且七个分区生态系统服务主导功能存在明显差异,南溪河口区、海门岛、漳州开发区和紫泥岛有红树林的存在,红树林提供的气候调节和维持空气质量服务价值及防洪防潮稳定岸线服务价值较高。本研究可为龙海市海岸带空间规划和管理提供参考。     

基于PLUS与InVEST模型的鄱阳湖流域碳储量时空变化与预测

城市扩张、土地利用变化引起流域生境及其碳储量改变,为探明土地利用更替对碳储量造成的影响,以鄱阳湖流域为研究区域,应用InVEST和PLUS模型甄别鄱阳湖流域土地利用及碳储量时空分布特征,探索自然发展、城市建设和生态保护情景下流域碳储量时空演变及响应机制。结果表明：2000—2020年鄱阳湖流域水域、建设用地均呈扩张趋势,而土地碳储量持续下降;在自然发展和城镇发展情景下,林地、草地和未利用地数量均减少,在生态保护情景下,草地呈现减少而林地呈现扩张,在自然发展情景中耕地呈现扩张;较2020年,在自然发展、城镇发展和生态保护情景下的2030年碳储量,分别下降19万,149万和上升25万t,且土地利用分布与碳储量分布呈高度一致性。明确鄱阳湖流域土地利用及碳储量时空演变特征,预测其未来变化趋势,有利于流域土地利用可持续发展,为推进流域“双碳”目标实现提供参考。     

甘肃白龙江流域景观生态风险评价及其时空分异

以我国典型生态环境过渡带——甘肃白龙江流域为对象,借助GIS技术和Fragstats软件,基于土地利用变化的生境脆弱度和景观生态损失度构建了流域景观生态综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展了土地利用变化及其生态风险评价与时空分异研究.结果表明:1990~2010年白龙江流域土地利用变化明显,林地和建设用地呈现增长趋势,耕地和草地面积呈现减少,未利用地和水域则呈波动变化.研究区景观生态风险空间分布差异明显,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部、东部和南部.同时,各风险等级上呈现“两头小中间大”的趋势,即中等风险区面积呈扩张的态势,低风险区和高风险区呈减弱的趋势.流域景观生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系,这可能是流域生态风险时空分布与土地利用强度、土地利用结构及人类活动之间关系密切.     

基于InVEST模型的伏牛山地区生态系统碳储量时空变化模拟

在生态文明建设高质量的发展环境下,探究国土空间规划视角下土地利用合理规划与碳减排关系有重大现实意义.山地生态系统作为自然、社会和经济的综合生态系统,对区域生态环境质量提高和可持续发展具有重要影响.以河南省伏牛山区为研究对象,采用InVEST与CA-Markov模型预测2000～2030年多情景下伏牛山生态系统碳储量的时空分布差异.结果表明：(1) 2000～2020年,伏牛山地耕地和林地大面积减少,水域和建设用地增加.自然增长情景下耕地持续减少;耕地保护情境下耕地面积减少速度得到有效缓解;生态保护情景下,林地草地面积得到了有效保护.(2) 2000～2020年,伏牛山地生态系统碳储量减少2.62×106 t;自然增长情景下,生态系统碳储量持续减少;耕地保护情景稍有缓解;生态保护措施有效缓解了碳损失.(3)碳储量随海拔升高呈驼峰状变化,随着坡度升高而呈现增加的趋势.因此,在未来伏牛山地区国土空间规划中,可综合考虑生态保护与耕地保护情景,在增加碳储量的同时也保证了粮食生产.     

南四湖流域产水量空间格局与驱动因素分析

流域生态系统产水服务功能的空间化和定量化评估,对流域水资源管理、优化配置以及提高流域水生态保护效率具有重要意义。以山东省南四湖流域为研究对象,基于1990-2013年土地利用、降水、蒸散以及土壤属性等基础地理数据,以InVEST模型为基础,评估和模拟南四湖流域近25 a的产水量,并采用ArcGIS分析产水量的空间分布格局以及变化趋势,探讨了降水、地形等自然地理要素以及人口、土地利用和国内生产总值（GDP）等社会经济因素与产水量空间格局动态变化之间的关系,并在此基础上划分出南四湖流域生态系统产水功能区。研究结果表明：流域产水量在空间格局上呈现出由东向西递减的趋势,东部、东北部等山区、丘陵地区产水量高,西部平原地区产水相对较低;受自然地理要素影响,流域产水量空间分布与社会经济发展水平即GDP、人口密度的空间分布格局有较大差异。近25 a来,流域产水量呈现减少趋势,且产水量峰值区域由东北部向偏南地区转移,最低值区由西部向中部地区转移。降水、海拔和坡度等地理环境与产水量的空间变化呈显著正相关,其中降水量的相关程度最强;人口、GDP等社会经济数据与产水量变化也呈显著正相关,主要原因在于城市化的发展,城市建设用地等不透水层增加,促进了流域产水量。研究结果可以为流域水资源政策制定以及社会经济发展规划等宏观决策提供科学支撑。     

宁夏回族自治区生态系统服务时空变化及其权衡研究

综合土地利用、高程及降水等多源数据,采用InVEST模型、PLUS模型及相关性分析、热点分析等方法,探究2000～2020年宁夏生态系统服务(水质净化、土壤保持、碳存储及生境质量)时空特征及其权衡/协同关系,并进行2030年生态系统服务的模拟.结果表明:研究期内,近10年土地利用类型变化相对较大,且人类活动为其主要驱动因素;2000～2020年,除土壤保持服务外,宁夏的水质净化、碳存储及生境质量均呈下降趋势;相关性分析表明,氮输出与土壤保持及碳存储之间呈协同效应,土壤保持与碳存储之间存在协同关系,生境质量与氮输出及碳存储之间存在权衡关系;热点分析显示,水质净化服务与生境质量之间热点重叠区相对较高(均值达6.5%),但单位面积能够同时提供多种生态系统服务的区域占比较低且呈下降趋势;除土壤保持服务外,生态保护情景下更有利于生态系统功能的改善.研究结果凸显了生态保护在土地利用管理中的重要性,可为区域土地格局优化及资源的有效配置提供基础参考.     

大清河-白洋淀流域生态功能评价及分区初探

基于生态系统服务功能对流域生态环境进行功能分区是流域生态环境保护与修复的重要基础.本研究使用InVEST模型,对大清河-白洋淀流域2010、2015及2018年的生境质量、碳储量及土壤侵蚀等生态系统服务功能进行评价.结果 表明:2010-2015年流域生态环境相对稳定;2015-2018年生境质量提升,土壤侵蚀缓解,但...     

基于InVEST与CA-Markov模型的昆明市碳储量时空演变与预测

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-Markov模型,分析2000～2020年及“三线”约束下未来不同土地利用情景陆地生态系统碳储量变化的时空差异特征.结果表明：(1)昆明市土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,土地利用转移也发生在三者之间.(2)2000～2020年,昆明市碳储量整体表现为南低北高的空间分布特征,碳储量逐年下降,累计损失5.27×10⁶ t,林地和草地退化是碳储量减少的主要原因.(3)2020～2030年,4种情景碳储量均有所减少,其中惯性发展情景碳储量下降最明显,主要是建设用地快速扩张引起;耕地保护情景相比惯性发展情景有效减缓了碳储量减少幅度;生态保护情景则能够增强研究区固碳能力,碳储量达到262.49×10⁶ t,但不能有效控制耕地面积的减少;防止城市扩张情景有效抑制了建设用地无序扩张,间接防止了碳储量进一步减少.因此,研究区可统筹考虑耕地保护情景、生态保护情景和防止城市扩张情...     

基于InVEST和GeoSoS-FLUS模型的黄河源区碳储量时空变化特征及其对未来不同情景模式的响应

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,预测未来土地利用变化对碳储量的影响对于碳储功能的可持续发展具有重要意义.近年来,在自然和人为因素的共同作用下,黄河源区土地利用变化显著,其碳储功能也相应发生改变.本研究结合InVEST和GeoSoS-FLUS模型,评估黄河源区2000~2020年以及不同情景下2020~2040年土地利用变化及其对碳储量的影响.结果表明：① 2000~2020年黄河源区碳储量整体呈上升趋势,共增加11.59×10⁶ t.② 20年间,黄河源区土地利用变化以低覆盖度草地、建设用地和湿地的面积增加和高覆盖度草地、中覆盖度草地和未利用地面积减少为主,未利用地大面积减少以及草地和湿地的面积增加是导致碳储量增加的主要原因.③ 2040年自然变化情景下黄河源区生态系统碳储量为871.34×10⁶ t,较2020年增加3.92×10⁶ t.生态保护情景下碳储量增幅明显,较2020年增加13.53×10⁶ t.该研究结果可以为黄河源区土地利用管理决策以及碳储功能的可持续发展提供科学参考.     

厦门市生态系统供水服务量化与价值评估

突出的水污染问题严重影响生态系统供水服务,针对现有研究对水质影响和供水价值的评估考虑不足,尚无法将水质、供水服务及其价值与管理措施相联系,难以满足水资源和水环境管理的决策需求等问题,综合考虑水资源和水环境,建立了水质水量-供水服务-供水价值的联系,应用于厦门市生态系统供水服务评估并提出管理建议.采用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型模拟水量,引入主要污染物超标当量和水质当量的概念评估水质,采用市场价值法和环境恢复成本法评估其价值.结果表明:2015年厦门市生态系统供水量为9.26×108 m3,供水价值量为14.82×108元,比2010年分别增加了1.77×108 m3和2.60×108元.2015年和2010年厦门市水质恶化导致供水价值量分别损失0.31×108和0.27×108元.厦门市供水服务具有较强的时空异质性和水体差异性,发掘潜力较大,受到总体下降的水质影响,建议从提升水源涵养能力和改善水质这两方面入手开展研究,以提升供水服务.该研究方法操作简单,评估结果易于比较和被决策者理解,但对经济发展程度的影响和水质定价考虑不足,在今后研究中应将地方经济发展程度纳入评估体系,并修正水污染处理成本.      

基于InVEST模型的北京山区森林生态系统碳储量评估分析

本文基于北京山区遥感影像数据和标准样地调查数据,利用In VEST模型碳储量模块,评估分析了北京山区森林生态系统的碳储量。结果表明,北京山区森林生态系统的平均碳密度为99. 95 Mg/hm~2,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层平均碳密度分别为10. 51、3. 16、0. 86、8. 61、76. 81 Mg/hm~2。植被碳密度与土壤碳密度呈现显著正相关关系,土壤碳密度与凋落物碳密度呈现显著正相关关系。各林分类型平均碳密度表现为落叶针叶林(153. 99 Mg/hm~2)针阔混交林(132. 45Mg/hm~2)落叶阔叶林(125. 10 Mg/hm~2)常绿针叶林(111. 78 Mg/hm~2)灌木林(72. 26 Mg/hm~2)。北京山区森林生态系统总碳储量为77. 41 Tg,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层的碳储量分别为8. 14、2. 45、0. 67、6. 67、59. 48 Tg。各林分类型总碳储量表现为落叶阔叶林(43. 23 Tg)灌木林(25. 90 Tg)常绿针叶林(6. 21 Tg)针阔混交林(1. 42 Tg)落叶针叶林(0. 65 Tg)。落叶阔叶林和灌木林是北京山区森林生态系统碳储量的主要贡献者,分别占55. 84%和33. 46%。在北京山区各个区县中,怀柔区碳储量最高(15. 37 Tg),平谷区碳储量最低(4. 89 Tg)。北京山区森林生态系统碳储量分布不均,总体表现为北京山区北部区县较高,西部区县偏低,中部和东部最低。     

基于PLUS-InVEST模型的哈尔滨市土地利用及生境质量预测

分析城市土地利用与生境质量时空演变,能够揭示土地利用和生境质量的关联性,有助于城市土地政策合理决策和生态环境高质量发展.研究基于土地利用转移矩阵和IM模型分析哈尔滨市2000~2020年土地利用的变化,并结合PLUS模型进行各用地类型扩张因子的驱动探究以及2030年自然发展情景、生态保护情景、耕地保护情景和城镇发展情景下的土地利用预测,最后利用InVEST模型完成生境质量分析.结果表明：①哈尔滨市土地利用类型以耕地、林地和草地为主,2000~2020年期间,草地、耕地、林地和人造地表转入面积较多,土地利用强度变化倾向性特征明显;水体、裸地和湿地类型的转入较少,多呈现抑制性特征. ②高程是影响草地、耕地、林地、裸地、湿地和水体扩张的主要因子;影响人造地表扩张的主要因子是社会经济因素. ③模拟哈尔滨市2030年4种情景下各土地利用类型面积,其中林地面积均增加,草地面积均减少,湿地、水体和裸地面积变化均不显著;除生态保护情景外,人造地表面积均增加,耕地面积均减少. ④2000~2020年间,哈尔滨市生境质量整体提高. ⑤2030年哈尔滨市4种情景下生境质量空间格局演变规律整体保持一致,生境质量均呈现变好趋势,其中生态保护情景下低、中等生境质量面积减少,而较高、高生境质量面积有所增加,生境质量提升相对明显.研究结果可为哈尔滨市生态文明发展以及城市规划建设提供一定的科学依据及思路.     

我国东部河流水文水质对气候变化响应的研究

基于A2和B2气候变化情景,采用统计降尺度模型SDSM,将由3个国际上流行的大气环流模式GCMs(Had CM3、CSIRO-Mk2和CGCM2)模拟的未来我国东部长乐江流域的气温和降水,与水土评价模型SWAT相耦合,分析了该流域水文水质对气候变化的响应,并比较了3个大气环流模式模拟结果的异同.结果表明,所有气候情景下,TN浓度有明显的升高趋势;TP浓度有增有减,总体上仍呈微弱增加趋势.河川径流呈微弱减少趋势,而营养物负荷量呈微弱增加趋势,说明该流域水文水质状况受气温升高的影响大于降水微弱增加的影响.另外,在不同的气候变化情景下,年内径流和营养物负荷变化情况存在较大差异.研究结果可为理解河流水环境对气候变化的响应及其应对管理提供理论依据.     

基于系统水平的湖泊流域生态风险评估

为实现流域范围内的生态环境管理和生态风险控制,在生态风险评估框架基础上,基于相对风险模型构建了系统水平的湖泊流域生态风险评估模型. 模型分析了社会经济系统与生态系统的耦合方式,将生态系统整体作为风险受体、生态系统服务作为评估终点,通过风险组分及其关系的分析量化实现了区域相对生态风险水平的表征,并以太湖流域上游区域为例进行了试算. 结果表明:研究区内无锡-江阴区域(沿江水系)生态风险最高,溧阳-宜兴、常州-金坛、湖州-德清和长兴-安吉区域风险值分别为无锡-江阴区域的73.2%、78.8%、74.4%和59.9%;长兴-安吉区域(西苕溪水系)生态风险最低. 不同区域风险主要来源不同,湖州-德清区域主要受水利设施影响,长兴-安吉区域各风险源贡献率较为均衡,其他区域主要风险源为工业、种植业和水产养殖业,其风险贡献率分别为13%~18%、12%~19%和8%~15%;研究区域内,水产品、水质净化等生态系统服务的产出受到较大影响.      

利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS（地理信息系统）,利用L-THIA（long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价）模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列（2009—2014年）逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108 m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH₃-N、COD_Cr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH₃-N、COD_Cr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH₃-N、COD_Cr的输出范围分别为（0.08~0.15）（0.14~0.27）（2.19~3.89）t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.