基于管理目标的黄河三角洲湿地生态需水量

独特的地理位置和气候特征 ,使黄河三角洲湿地自然保护区孕育了丰富的自然资源和生物多样性。然而近些年来由于黄河上、中游开发不断 ,砍伐、引水工程等引发了下游特别是河口三角洲一系列的生态问题。表现在水资源紧缺、水体污染以及生物多样性减少等。根据黄河三角洲湿地自然保护区的现实问题以及 Ram sar公约要求 ,确定了黄河三角洲湿地自然保护区管理目标即保护新生湿地和鸟类资源 ,栖息地恢复与保护 ,生态系统功能与过程的维持等 3个层次的目标。通过分析湿地生物和水量的相关性 ,计算了不同层次管理目标的黄河三角洲湿地生态需水量 ,即在不考虑输沙用水的情况下 ,黄河三角洲湿地最小生态需水量、适宜需水量和理想需水量分别为 4 0 .95× 10 8m3、5 2 .4 5× 10 8m3和 6 7.93× 10 8m3;在考虑输沙用水的情况下 ,湿地最小生态需水量、适宜需水量和理想需水量分别为 190 .95× 10 8m3、2 0 2 .4 5× 10 8m3和 2 17.93× 10 8m3。     

海河流域生态需水核算

从生态系统角度分析了生态需水内涵和生态需水与生态用水概念的差别。探讨了海河流域自然陆地、河流、湿地、城市 4种生态系统类型生态需水核算方法 ,并对其生态需水量进行了核算。大气降水首先被天然植被利用后形成地表径流 ,才能被人类管理利用来满足经济水量和生态水量需求。从水资源管理来说 ,河流、湿地、城市等生态需水来源于径流性水资源可称为狭义生态需水 ,而包括利用降水性水资源的天然植被生态需水在内的全部生态系统生态需水可认为是广义的生态需水。狭义生态需水是水资源管理及生态需水研究和关注的重心。研究结果表明 :海河流域河流生态需水 31.6 4× 10 8m3,占多年平均天然径流量的 12 % ;湿地生态需水为 34.31× 10 8m3,占 13% ;城市生态需水量 10 .83× 10 8m3,占 4 .1% ,3项合计占径流总量的 2 9.1%。生态需水量是一个动态的值 ,随生态保护目标的提高和经济的发展核算结果必然发生变化 ,维护生态环境质量的状况不同 ,也存在最大、最小生态需水量的阈值问题 ,此类问题需今后进一步研究     

河湖生态系统生态用水优化研究——以滇池流域为例

生态需水是河流与湖泊生态系统健康的重要基础。湖泊流域的河流与湖泊生态系统之间存在密切的水量联系,目前对流域内生态用水的研究多为单一生态系统生态需水简单相加,忽略了河流和湖泊之间复杂的水量联系。基于河湖复合生态系统之间的水量联系构建了河湖生态系统生态用水优化模型,并以滇池为例分析了河湖生态系统生态用水规律。结果表明：湖泊流域中单一河流或湖泊生态需水计算结果不能满足复合生态系统的生态用水要求,需要综合考虑河流和湖泊之间的水量联系;在当前水质状况下,牛栏江每年的调水量不能满足滇池流域的生态用水要求;滇池流域水体污染对流域内生态用水影响较大,随着水体污染程度的下降,流域生态用水量和调水量呈指数下降,河流生态用水呈线性下降。     

面向居民生态福祉的国土空间生态网络构建——以临沂市为例

构建面向居民福祉的生态安全体系，统筹考虑生态安全格局中的生态系统要素连通关系和生态系统服务供需关系，是强化国土空间生态修复规划成果，提升居民生态福祉的重要途径。研究基于"源-汇"理论，构建景观生态安全维育网络与生态系统服务亲近网络。结果显示：（1）45%的生态系统服务保护目标是实现高生态系统服务供给和低机会成本的合理阈值，基于此识别的生态供给源地面积为1230.89km²，中心城区及部分主要街道的生态系统服务供需关系呈现高需求-低供给现象；（2）共识别景观生态安全维育廊道75条，其中重要廊道1054km，次重要廊道1154km，一般廊道1366km；（3）生态系统服务亲近廊道分为10个组团，网络化程度低，西北部主要由森林构成，中东部主要由沿河湿地提供服务；（4）构建临沂市"三区两带五廊多组团"的国土空间生态安全格局，在保障景观生态安全的同时有效协调区域生态系统服务供求关系，促进生态-社会协同可持续发展。     

干旱半干旱区植被生态需水量计算方法评述

植被是生态系统的重要组成部分,在维持生态系统的平衡和稳定中起着重要的作用。对植被生态需水研究已成为水资源优化配置和生态环境建设研究中的热点问题。在综合分析有关研究文献的基础上,介绍了植被生态需水的概念。对干旱半干旱区植被生态需水量常用的几种计算方法——面积定额法、潜水蒸发法、植物蒸散发量法、水量平衡法、生物量法、基于遥感技术的计算法进行了详细综述,并对这些方法在实际应用中的优缺点予以评析。最后指出在“3S”技术应用、数值模型建立、尺度转换等方面加强研究,应是未来植被生态需水量计算方法完善创新的方向。     

湿地生态水文结构理论与分析

针对水土资源开发利用引发的湿地消退问题,通过研究湿地水分运动与补给规律,分析湿地和径流进退的关系、湿地生境和生物的扩展关系,分析湿地水文连接度下降引起的湿地消退效应.根据湿地水循环原理和湿地生境空间分布规律,建立湿地径流场与生物多样性场的概念,从而提出湿地生态水文结构理论.以维持湿地存在、保障湿地生物多样性为目标,通过湿地径流场与生物多样性场的耦合关系,将湿地划分为中心区和适宜活动区,以维持湿地生态水文结构所需要的水分条件定义为湿地生态需水.湿地生态需水问题的核心为确定湿地生态水文结构,并以湿地中心区和适宜活动区为边界条件,通过地表水地下水转化的水量平衡模型对湿地生态需水量进行分析计算.以维持中心区的水分条件作为最小生态需水;维持适宜活动区的水分条件作为适宜生态需水.湿地生态水文结构更对湿地管理提供生态安全阈值.根据湿地生态水文结构的稳定程度,建立湿地生态安全危机管理机制,进行不同级别的预警管理.     

基于农户感知的黄河下游人-水关系结构分析

人-水关系研究是社会-生态系统研究的重要领域。识别黄河下游农户对人-水关系的感知及其影响因素,对黄河下游因人施策开展生态保护与高质量发展政策调控具有重要作用。但已有研究多从区域水资源、水环境、水文化等某一种或几种关系开展居民感知调查及归因,忽视了人-水关系之间结构化的相互影响机制。基于对黄河下游山东省10个县的农户发放的1651份问卷,经过验证性因子分析后,最终引入水资源与生态关系、水文化与旅游关系、居住地生态功能、河口湿地功能、文化旅游功能五个潜变量,建立结构方程模型发现：农户对水资源与生态关系的认识正向影响其对居住地生态功能和河口湿地功能的评估,农户对水文化与旅游关系的认识正向影响其对居住地生态功能、河口湿地功能和文化旅游功能的评估。研究结果通过基于农户感知刻画人-水关系结构,揭示人-水系统功能认知的影响机制,有助于为黄河下游地区生态保护和乡村振兴提供决策参考。     

湿地生态单元定义及其在湿地恢复中的应用

生态单元的概念在生态系统的环境保护和生物保护中被广泛应用。通过阐述湿地生态单元的定义、内涵和外延，分析了湿地生态单元的特征，介绍了湿地生态系统的内部生态单元、湿地"外援"生态单元和人工重建湿地生态单元等在湿地恢复中的应用案例，并对湿地生态单元未来需要关注的研究方向进行了总结，以期为湿地保护与精细化管理提供理论基础和科学依据。     

基于不同保护目标的河道内生态需水量分析——以琉璃河湿地为例

为探索不同阶段保护目标下的河道内生态需水量,以北京市房山区琉璃河为研究区域,基于琉璃河湿地工程的特殊性,在同一工程项目中不同阶段创新应用环境需水量和生态需水量两种方法,分别计算在截污工程完成前满足水质要求的河道内环境需水量和截污工程完成后满足以生态修复及维系为目标的河道内生态需水量。结果表明:(1)在考虑景观娱乐水量的情况下,二者一次生态需水量均为196.78万m~3;(2)以消纳污水为目标的河道内,在考虑河道稀释及自净能力的情况下,利用水环境容量法计算净化需水量为30.39万m~3/d,景观娱乐需水量为180.43万m~3,河道内的土壤储水量为16.136万m~3,水体年蒸发量为78.03万m~3,日均0.21万m~3,水体渗透量21.69万m~3,日均渗漏量0.03万m~3;(3)以生态修复及维系为目标的河道中,河道内的水生生物栖息地需水量为71.73万m~3。(4)在截污工作未完成之前,琉璃河内需每日注入30.39万m~3/d的湿地出水以保持水质。在不同保护目标下,如何依据河流实际情况,满足不同的需求,完善生态需水的计算方法,维持生态系统的稳定健康,将是未来关注的重点。     

内陆河干旱区生态需水分析

根据水分驱动生态演变模型 ,以水分运动和补给条件 ,研究了内陆河平原生态系统的需水结构。生态需水分为过渡带生态需水 ,绿洲生态需水 ;绿洲生态需水又进一步分为天然绿洲生态需水和人工绿洲生态需水。通过流域水分平衡和地面观测资料确定了生态圈层结构的水分需求 ,以及降水与径流对水分需求的补给比例。生态需水的分析计算 ,类似于供需平衡分析。从植物生理角度分析生态需水 ,得到天然植被的总腾发量 Et,作为植被生态需水总量。各典型天然植被的 Et通过实验资料获得。将植被和水面的总生态需水量扣除有效降水补充的部分 ,即为径流性生态需水量 GE。另一方面 ,以流域为单元进行降水和径流统一考虑的水分综合平衡 ,进行生态可利用水量分析。得到生态系统可能实际利用的径流性水资源量 GR。　　将生态需水量 GE与生态系统可能实际利用的水资源量 GR进行平衡分析 ,计算实际生态耗水 ,并分析盐碱地无效耗水。根据 2 0 2 0年生态状态情景分析 ,作出了 2 0 2 0年生态需水与生态系统结构演变的预测     

黄河流域青海片生态承载力动态评价

采用基于生态系统健康的生态承载力评价模型与方法,研究了黄河流域青海片生态承载力的动态变化。结果表明:生态承载力指数随时间的推移呈下降趋势,由1985年的0.5096降至1999年的0.4700和2015年的0.4263;黄河流域青海片生态系统健康等级较低,多处于亚健康状态或不健康状态;空间上,以湟水流域和黄河干流区域生态系统健康等级最低;各项分指数中,以资源环境承载力指数相应的生态系统健康等级最高,多处于健康状态;人类潜力和生态弹性力是制约黄河流域青海片生态系统健康的主要因素。     

黄河流域生态水文分区及优先保护级别

在分析相关分区研究的基础上,探讨流域生态水文分区的内涵;并结合黄河流域的实际情况,从生态重要性、水文特征、生态背景和人类活动影响等方面建立分区的指标体系;为便于管理,分区以县为基本单位,由指标层定量计算县的准则层指标值,根据准则层对应的级别确定各县的分区类型,将黄河划分成20个一级分区和51个二级分区;最后采用RIAM模型选取生态重要性指标,确定二级分区的优先保护级别,其中2个重点优先保护区、11个中等优先保护区需要重点保护。优先保护区集中分布在以下四个地区,分别是流域的源区、贺兰山以东和鄂尔多斯以西、三省(山西、陕西和河南)交界山区、河口三角洲。     

黄河流域草地净初级生产力时空动态及其驱动机制

黄河流域是生态系统的敏感区，流域草地生态系统在气候变化和人类活动驱动下发生了显著变化。基于多源遥感影像和气象站点资料等，采用改进后的CASA模型估算2001—2018年黄河流域草地净初级生产力(NPP),评估定量反演结果精度，分析研究时段内流域草地净初级生产力时空动态，探讨气候要素和人类活动对流域草地净初级生产力的影响。结果表明：1)基于改进的CASA模型能够高精度模拟黄河流域草地NPP。2)2001—2018年黄河流域草地NPP呈增加趋势，且在2013年发生突变。2001—2013年气候和人类活动均促进流域草地NPP增加，而2013年后人类活动抑制流域草地NPP增加的作用明显增强，抑制区域面积较前一阶段增加34.89%。整体上，人类活动对草地NPP的影响强度低于气候要素影响强度。3)耕地和建设用地面积的变化，是驱动实际净初级生产力动态的重要人类活动要素。耕地和建设用地面积的增加与草地面积减少、实际净初级生产力增加速率的降低紧密相关。伴随经济发展，应坚持实施退耕还林还草政策，并加强对草地生态保护的监督。     

基于供需视角的黄河流域甘肃段生态安全格局识别与优化

利用多源空间数据，计算生态系统服务的高值区，识别生态源地，在计算土地利用程度、地均GDP和人口密度确定生态系统高需求区的基础上，通过夜间灯光数据修正生态阻力面系数，利用最小累积阻力模型提取源地与高需求区之间的生态廊道，以此构建并优化区域生态安全格局。结果表明：(1)黄河流域甘肃段生态源地总面积4.59×10⁴ km²，占研究区总面积的32.1%，集中分布于甘南和陇东中部地区。(2)生态系统服务高需求区总面积2.18×10⁴ km²，占研究区总面积的15.2%，主要集中于陇中及陇东的城市建成区，生态系统服务供应和需求空间匹配度差。(3)生态廊道总长度2908.3 km，整体格局上形成了东西向与南北向两大主要廊道轴线。生态廊道的识别中重点考虑了生态需求空间，提出了基于"两带-三区"的流域生态安全格局优化建议。     

新安江流域生态系统服务演化过程及权衡协同关系

新安江流域作为长三角一体化发展的战略水源地与水源涵养区,其生态系统服务变化与权衡协同关系研究对于推进流域生态文明体制建设,促进人地关系协调发展具有重要意义。基于生态系统服务变化指数、相关系数及空间自相关等方法,对新安江流域1999-2019年生态系统服务价值及权衡协同关系进行定量分析。结果表明：（1）新安江流域生态系统服务价值整体呈波动下降态势,改善趋势渐显,生态补偿工作的系统实施强化了河流、湖泊的生态保护效应与地位;（2）新安江流域地均生态系统服务价值空间分布较为稳定,空间相关类型以正相关为主,生态系统服务价值增益相对明显地区多分布在上游安徽省境内;（3）协同关系是新安江流域生态系统服务间相关关系的主体,生态补偿试点工作实施后,水文调节服务与其他服务之间的相关关系发生明显转化,各乡镇单元生态系统服务的相关关系以协同关系为主。     

黄河流域城市群土地利用及生态效率时空演变分析

黄河流域城市土地资源的合理高效利用和生态环境的治理可加强其生态保护和高质量发展进程,有效测度城市土地利用及生态效率至关重要。基于随机前沿分析（Stochastic Frontier Analysis,SFA）模型测算黄河流域7个城市群59个城市的土地利用效率（Land Use Efficiency,LUE）、生态绩效指数（Ecological Performance Index,EPI）和生态效率（Ecological Efficiency,EE）,探究其时空变化规律并进行空间自相关分析。结果表明：对比分析非约束模型与约束模型的结果可知,加入生态变量后的LUE平均值增加4.43%。黄河流域城市群LUE年平均值为0.89,多数城市LUE呈增加趋势,空间上呈现出西低东高的分布特征;EPI大于0的城市占比90%以上,其对土地利用效率有正向贡献;城市群EE年平均值为0.62,在空间上呈现出西高东低的分布格局,并存在显著正向的空间聚集格局特征;EE与LUE呈U型关系变化,LUE随EE增大呈现出先降低后提升的变化趋势。未来黄河流域应提高资源利用强度,优化资源配置,深化城市群跨区域交流合作,注重城市生态效率提升,构建高质量发展大格局。     

黄河流域生态环境质量时空格局与演变趋势

黄河流域是我国重要的生态功能区，在我国经济社会发展和生态安全方面的作用举足轻重。如何及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势，对黄河流域生态环境保护和建设具有重要意义。利用Google Earth Engine（GEE）平台，筛选目标年份及其前后各1年的夏季（6-9月）Landsat遥感影像，去除有云像元，掩膜水体信息，采取中值合成提取绿度、湿度、热度和干度4个生态指标，通过主成分分析快速构建遥感生态指数（RSEI）。结果表明：（1）绿度（NDVI）、湿度（Wet）、热度（LST）和干度（NDSI）4个指标在第1主成分（PC1）上的平均贡献率为89.60%，依据PC1构建遥感生态指数（RSEI）在黄河流域是可行的。（2）1990-2019年，黄河流域RSEI总体呈现出"快速变好→缓慢转好"2个阶段，1990-2000年增长趋势平均为0.005/a，增长率为11.69%，生态环境质量等级由差转为较差（10.18万km²）、较差转为中等（5.69万km²）、中等转为良（7.08万km²）贡献较大；2000-2019年增长趋势平均为0.001/a，增长率仅为3.86%，生态环境质量等级由较差转为差（6.10万km²）、良转为中等（4.09万km²）贡献较大。（3）1990-2019年，黄河流域生态环境质量提升的面积占黄河流域总面积的76.38%，其中显著提升的面积占26.14%；生态环境质量降低的面积占黄河流域总面积23.62%，其中显著降低的面积仅占1.46%。30年来黄河流域生态环境质量整体向好，实施生态工程的黄河上中游地区生态环境质量提升最快，而一些国家重点经济开发区生态环境质量有所恶化，使用GEE平台可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势。     

水源涵养与水文调节:和而不同的陆地生态系统水文服务

水与生态系统的关系是重要的科学问题,并且受到社会广泛关注。水源涵养和水文调节都是陆地生态系统所能提供的水文服务,并从生态水文和水资源角度把生态系统的健康和完整性与人类社会的持续发展紧密联系起来,从而也要求动态和综合的视角加以深入研究。基于生态水文过程原理,对水源涵养和水文调节的概念进行了辨析,认为前者是后者的有机组成部分,相对具体、应用中务求精确明晰;后者则更具包容性、客观性和广泛适用性。文章进一步简要分析了当前国内外生态系统水源涵养和水文调节服务的主导评估方法,结果表明,水源涵养的评估以储水量法为主,而水文调节则以基于降水和蒸散的水量平衡法及综合模型法(如SWAT)为主。从生态系统服务相互作用的角度考量,实际上水源涵养和水文调节及其相关的其它服务类型(如固碳、土壤保持、生物生产、淡水供给等)存在着复杂的动态权衡或协同关系,在科学研究和生态系统管理实践中必须统筹考虑,以确保对科学问题的准确把握和促进"水-生态-社会系统"的高效、可持续发展。为此,必须加强对生态水文过程的长期观测和实验研究,并且关注空间异质性及尺度效应、时间动态性和利益相关者需求的多维性。     

河势特征分界下的黄河滩区周边城镇生境质量与景观格局演变

在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,加强对黄河滩区生境质量及其驱动机制研究对区域生物多样性保护和生态韧性提升具有重要意义。以黄河滩区沿河城镇为研究区,依据河势特征将其划分为4个河段和14个子研究区,并基于InVEST模型与3类景观格局指数分析论证不同河势特征分界下生境质量与景观格局的时空演变规律。结果表明：（1）生境质量方面,2000-2020年研究区生境质量整体呈下降趋势,各河段生境质量平均值由大到小依次为河口段、弯曲段、游荡段、过渡段;（2）景观格局方面,各河段之间景观破碎度指数波动最小,并随城镇化发展破碎化程度逐渐减弱,连接度与复杂度波动明显,且因河势特征存在差异性变化;（3）生境质量与景观格局相关性方面,多数土地景观格局指数与生境质量显著相关,但关联程度有所下降。相同地类景观格局指数在不同河段内表现出不同甚至反向的互动关系。研究表明,河势特征是黄河滩区生境质量的全局性支撑或限制因素,其作用主要体现为对黄河滩区周边城镇土地空间发展的差异化影响,该影响直接作用于紧邻黄河地带的城镇组团,并间接影响其他区域,在一定程度上左右了城镇发展主向以及土地转化、空间格局的演变规律,最终影响区域生境质量的分布格局。研究结果对黄河滩区重要生态功能区的生境保护与生态系统功能调控具有一定的理论与实践价值。     

黄河流域景观破碎化时空特征及其成因探测

黄河流域快速的人口增长和城市扩张加剧了土地利用转型和生态景观破碎化,引发了诸如生态系统功能退化、生物多样性功能减弱以及生境破碎化等一系列严重问题。探明黄河流域景观破碎化时空特征及其成因对维护流域生态系统稳定和生态修复具有重要指导意义。但是以往研究缺乏对黄河流域景观破碎化时空特征及其归因分析的相关研究,难以为黄河流域生态环境治理以及景观格局优化提供科学指导。基于FRAGSTATS4.2软件测度了2000—2018年黄河流域县域单元景观破碎化时空格局特征,并借助地理探测器模型探讨了黄河流域景观破碎化时空分异的成因。研究表明：(1)研究期间黄河流域斑块密度(PD)无显著变化,边缘密度(ED)、景观形状指数(LSI)、平均斑块面积(Area＿AM)均呈先增后减的变化趋势,聚集度指数(AI)呈先减后增的趋势;蔓延度指数(CONTAG)持续降低,分离度(DIVISION)、香农多样性指数(SHDI)逐年增高。(2)研究期间黄河流域景观破碎化程度总体逐渐加剧,流域中下游各省破碎化程度变化剧烈,上游各省破碎化程度变化趋于平稳。(3)地理探测器结果显示,黄河流域景观破碎化受到自然、社会等多重因素影响,因...