水生态修复分区向上衔接水生态系统修复目标,向下引导修复工程的空间布局,是实现水资源要素系统修复的关键.当前,水生态修复分区面临层级体系不一、指标不全面、边界模糊等问题,因此,本研究以喀斯特生态脆弱区广西河池市为例,构建"流域自然单元-主导生态功能-生态胁迫风险"的多维分区体系框架.一级分区选取河流水系和地貌类型作为划分指标,识别子流域单元作为一级分区边界;二级分区采取"自上而下"的划分方法,在承接流域自然地理特征的基础上,明确水生态修复的目标,选取水源涵养、生物多样性和景观文化服务3项指标进行评价,利用K-means聚类方法对空间单元内的主导生态功能进行识别,以子流域单元作为二级分区边界;三级分区是生态修复工程的具体实施单元,选取水土流失、洪涝风险和人类干扰3项指标表征水生态系统面临的外部胁迫风险,进行三级分区划定.共划定11个水生态一级分区、4个二级分区和3个三级分区,综合流域自然地理格局、主导生态功能、生态胁迫风险的空间分异特征的三级分区结果,并结合子流域单元和乡镇行政单元确定分区边界,最终将水生态修复分区综合划分为5类、32个子生态分区,并分区、分类提出相应的生态修复策略.

雨水蓄集系统是黄土丘陵区广泛用于提高水资源利用效率、减少水土流失的生态工程措施,而生物结皮作为一种潜在的集雨面制作材料,其集雨汇流的效果及关键影响因子尚不明确.本研究针对黄土丘陵区风沙土发育的藻类和藓类生物结皮,以裸土为对照,分别开展了 40、60、80和100 mm·h-1降雨强度下的野外模拟试验,比较了不同降雨强度条件下裸土与生物结皮集雨面的初始产流时间、累积集雨量和集雨效率的差异,并进一步揭示了影响生物结皮集雨效果的关键因子.结果表明:生物结皮集雨面显著降低了初始产流时间,且藓结皮效果显著优于藻结皮.当雨强为40～100 mm·h-1、坡度为40°时,藓结皮的初始产流时间比藻结皮和裸土分别降低了 49.7％～77.5％和89.7％～110.0％.生物结皮集雨面显著增加了累积集雨量和集雨效率.当雨强为100 mm·h-1、坡度为40°时,与裸土相比,藓结皮和藻结皮的累积集雨量分别增加了29.6％和7.8％,集雨效率分别提高了 25.7％和6.8％.方差分析表明,坡度、雨强和地表覆盖类型均能显著影响集雨效率,且除坡度与雨强外其他因素间交互作用显著.此外,集雨面坡长、坡度及生物结皮培育方式等是布设集雨小区时需统筹考虑的关键影响因子.综上,黄土丘陵区生物结皮集雨面具有良好的集雨效率且藓结皮集雨效果更佳,随着坡度和雨强增加其集雨效率更优.

国土空间生态修复关键区的识别是锚固城市生态安全底线的关键,矿业废弃地作为众多资源型城市生态修复的核心内容,分区建设具有重要现实意义.本研究基于生态功能与空间的重要性对邯郸市的矿业废弃地进行评级分区,以此为城市生态修复工作的有序开展提供一定的理论支撑.研究框架方面,提出在城市尺度下基于功能层面的生态保护重要性与空间层面的生态安全格局叠加,以得到更准确的生态修复关键区识别结果.研究过程中,选择契合地域特征的水源涵养、土壤保持、生物多样性维护和水土流失敏感性4项指标进行生态保护重要性评价,选择MSPA-Conefor-SPCA-MCR-电路理论进行生态安全格局构建.结果表明:邯郸市剩余的204处矿业废弃地中,有73处属于生态修复关键区,总面积为1500.9 hm2,主要集中于鼓山、凤凰山及符山区域.这些区域虽存在严重的生态环境问题,但同样赋存着巨大的潜力价值.在简单覆绿的基础上积极寻求场地转型、延长矿山生态修复治理的价值链和产业链或许将成为这些区域的更重要目标.

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET0)是生态水文过程中的关键因子,研究ET0在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义.以宁夏沿黄绿洲为例,基于 1960-2019 年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET0,利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60a的ET0演变特征及其归因进行研究.结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET0年内呈单峰形态,ET0在5-7月间较高,累积ET0占年总ET0的43.6%;近60a的ET0年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P＜0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在 1988 年突变之前,ET0无显著变化趋势,而突变之后则以每 10a左右的周期显著增加或降低.(2)年ET0主要以 20-40 a和 50-60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET0规律,而冬、春季振荡幅度较弱.(3)虽然ET0与 6 种气象因子均存在显著相关性,但ET0对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为 11.58%和 8.40%.(4)宁夏沿黄绿洲ET0与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET0上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET0突变的原因.

随着气候变化和人类活动的加剧,流域水沙情势发生变化,定量分析降水变化和人类活动的水沙效应是当前水科学研究的热点.本文基于赣江上游章水流域1961-2020年的水文、气象观测资料,采用累积量斜率变化率比较法、经验统计分析法定量分析了降水变化和人类活动对水沙变化的贡献率及人类活动的水沙效应对年降水量响应的临界值.结果表明:降水量和径流量均呈非显著下降趋势(P＞0.05),输沙量呈极显著下降趋势(P＜0.001);降水量和径流量的突变年份均为2003年,输沙量的突变年份为1998年;降水变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为10.7％和89.3％,对输沙减少的贡献率分别为3.5％和96.5％;人类活动的减水、减沙效应对年降水量响应的临界值分别为1170 mm和858 mm.研究成果可为流域生态建设、水土资源优化管理提供科学依据.

河南段黄河位于黄河的中下游区域,河道宽、悬差大、滩区面积大、历史灾害最重.河南沿黄地区高质量发展的主要困境为沿河流域水土流失、黄河滩湿地保护与当地资源开发利用、农业发展之间的矛盾.部分中药对盐碱地、沼泽地有着较强的适应能力,也有部分中药具有防风固沙、防止水土流失的作用,沿黄流域发展中药材经济不仅是对中医药政策的落实,更是有效改善沿黄区域存在问题、推动区域高质量发展的重要举措.建议:(1)规划种植适宜滩区中药材,构建河南黄河滩区特色的中药产业体系;(2)综合利用中药材非药用部位;(3)大力发展湿地中医药养生生态旅游产业;(4)因地制宜确立政策,针对粮食产量低、布局条件差的农业效益低下区域,推进林下药、林药结合、林下草、林牧结合等栽培模式.

识别区域生态系统服务簇及其结构模式,是揭示人地系统客观规律的前提和基础.基于中国气候区划、农业自然区划和主体功能区划成果和三级流域单元,并遵循统一性、一致性、区域共轭性等规律,坚持尽可能保持自然与行政边界完整性的原则,对广东省陆域进行自上而下为主的地域区划,以最大化保持流域单元和生态系统的完整性;按照区划单元测算粮食供给、原料生产、水资源供给等 12 项区域典型生态系统服务价值量和z-score分值,最后运用K-均值聚类法,进行生态系统服务簇与模式识别.得到以下结果:广东省陆域涵盖中亚热带、南亚热带和边缘热带 3 个自然地带,可划分为 9 个经济片区共 34 个自然的流域单元,形成了"3+9+34"的三级地域区划方案;识别出水文调节保护型、水土保持调节型、生态保育公园型、生态宜居和谐型、综合协调供给型共 5 类生态系统服务簇的结构模式,展示出广东省陆域生态系统服务簇以珠三角为核心的空间对称分布模式;受地形、地貌等自然地理环境和土地利用等人类活动的影响,不同区域生态系统服务簇各具独特的地形和地理特征,承担着的生态系统服务功能各异.基于这些结果,研究提出生态系统服务簇模式的差异化生态系统管控措施,为省域国土空间规划的实践提供研究支撑.

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义.本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958-2020 年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系.结果表明:研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1d径流量均呈非显著下降趋势,年最小 1d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由 1980 年的1.125、0.541、0.667、16.925 上升至2020 年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980 年的68.237下降至2020 年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低.降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加.降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为 17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%.研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考.

天山北坡经济带长期面临城镇化进程与资源环境系统的系列问题,区域城镇化与资源环境系统的关系备受关注.运用文献计量分析工具对1995-2022年的相关中英文文献进行全面分析,并对天山北坡经济带城镇化与资源环境系统关系研究的几个重点问题进行评述.研究发现,中文研究整体关注城镇化背景下的生态环境问题与对策探讨,英文研究侧重气候变化背景下城镇化进程中的水土资源利用与驱动因素,而中英文均普遍关注城镇化过程中的水资源问题,且近期不断加强城镇化与资源环境系统的协调关系及影响因素研究.相关研究存在共识,认为天山北坡经济带的城镇化与资源环境系统存在互动互馈关系,资源环境系统对城镇化发展的约束效应具有倒U型趋势,城镇化发展对资源环境系统的影响效应呈现U型趋势,而当下二者的耦合协调水平总体偏低,应坚持走可持续发展、绿色发展与高质量发展的城镇化道路.未来研究可从区域多尺度空间嵌套关系、多源数据库构建、多元化方法创新、格局-过程-机理剖析等方面开展.

高强度农业开发引起的农业水土资源生态问题日益增多,探究粮食及蔬菜(粮蔬)生产中水土资源空间配置及短缺压力对农业资源的可持续利用具有重要意义.从水足迹视角出发,分析了山东省3种主要粮食作物(冬小麦、玉米及大豆)和两种不同种植模式蔬菜(设施蔬菜和露地蔬菜)的生产水足迹空间特征;同时将资源数量及资源质量的概念纳入研究框架,分析了农业水土资源数量及质量匹配格局差异,并进一步探究了农业水土资源短缺压力及其影响因素.研究结果表明:(1)2019年,山东省粮食和蔬菜的生产总水足迹为811亿m3,其中粮食生产总水足迹占比78.50％,蔬菜生产总水足迹占比21.50％;粮蔬生产水足迹受地势影响明显,鲁西北及鲁西南平原地区的粮蔬生产水足迹占比较大.(2)考虑资源数量的水土资源匹配系数均值为0.622×104 m3/hm2,考虑资源质量的匹配系数均值为0.416×104m3/hm2;水土资源数量及质量匹配系数在空间上呈现出一致性,表明山东省农业生产水土资源空间配置水平高的地区同时面临着较大的农业面源污染压力.(3)整体上,土地资源短缺压力略高于水资源短缺压力;基于生产视角的水土资源短缺压力受生产环境因素制约显著,受经济发展因素的影响具有差异性,社会因素对水土资源短缺压力无显著影响.研究可为农业资源可持续管理提供数据基础,为全面理解粮蔬生产所产生的水土资源短缺提供案例参考.