楊陽 陳曉璐 周一凡 李文明 陳克龍
摘要:生態(tài)功能分區(qū)是區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)區(qū)劃及水環(huán)境規(guī)劃管理的基礎(chǔ),也是生態(tài)文明建設(shè)背景下更為全面和系統(tǒng)性的分析和規(guī)劃。出于三江源國(guó)家公園區(qū)域生態(tài)保護(hù)與分區(qū)管理,為探究地表水資源及生態(tài)系統(tǒng)的空間格局分異規(guī)律,以黃河源園區(qū)為研究對(duì)象,在綜合分析其自然環(huán)境條件和水陸生態(tài)控制因子的基礎(chǔ)上,結(jié)合園區(qū)內(nèi)部各區(qū)域生態(tài)地理特征,基于GIS和RS平臺(tái),構(gòu)建黃河源園區(qū)水生態(tài)功能分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過空間自相關(guān)距離確定降水、河網(wǎng)密度和地貌3個(gè)一級(jí)分區(qū)指標(biāo)以及植被指數(shù)、植被生產(chǎn)力、土壤類型、土地利用類型4個(gè)二級(jí)分區(qū)指標(biāo);基于子流域完整性,運(yùn)用數(shù)據(jù)疊加技術(shù)將黃河源園區(qū)分為5個(gè)一級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)和19個(gè)二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū),運(yùn)用相關(guān)性分析檢驗(yàn)分區(qū)的合理性和準(zhǔn)確性,并討論了不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)特征和主要生態(tài)環(huán)境問題,闡述了水資源、植被資源的空間特征和分布規(guī)律。分區(qū)結(jié)果可為區(qū)域水陸環(huán)境的管理和保護(hù)利用提供科學(xué)依據(jù)與目標(biāo)定位。
關(guān)鍵詞:黃河源園區(qū);水生態(tài)功能分區(qū);地理空間;水陸耦合
中圖分類號(hào):X143 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? ? ?文章編號(hào):1674-3075(2023)02-0001-09
生態(tài)功能區(qū)劃是根據(jù)自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,面向區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展需要,對(duì)區(qū)域生態(tài)功能進(jìn)行空間劃分(Xie et al,2013),是以自然生態(tài)區(qū)劃為基礎(chǔ),以生態(tài)環(huán)境因子為要素進(jìn)行區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū)(高俊剛等,2016)。水生態(tài)功能分區(qū)是生態(tài)功能分區(qū)在水生態(tài)、水環(huán)境管理中的應(yīng)用和推廣(黃藝等,2009),也是應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理和方法,以滿足區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)需要為目標(biāo),考慮自然因素和人類活動(dòng)影響的一種功能區(qū)劃方法(高俊峰等,2019)?!八戱詈稀笔乾F(xiàn)代水生態(tài)功能分區(qū)的重要原則,即“以水定陸、以陸控水”的陸地-水生態(tài)系統(tǒng)耦合統(tǒng)一(孫然好等,2017)。北美最早在水生態(tài)分區(qū)研究中運(yùn)用“水陸耦合”原則嘗試將陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)特征結(jié)合起來進(jìn)行分析(Likens & Bormann,1974; Naiman et al,1990),代表性的做法是將土壤類型、氣候特征、水資源可利用性、植被類型和土地利用類型等作為指標(biāo),在水生態(tài)功能分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用性更強(qiáng)的土地資源分區(qū)(Omernik,1987);美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(USEPA)首次向社會(huì)公開提出水生態(tài)功能區(qū)劃方案,具體方法是將各種生態(tài)特征指標(biāo)要素結(jié)合起來,詮釋環(huán)境要素對(duì)不同結(jié)構(gòu)等級(jí)水生態(tài)系統(tǒng)的影響(Bailey,1976);歐盟最早提出按照水質(zhì)等級(jí)對(duì)水體進(jìn)行劃分,并利用各種生物指數(shù)或綜合指數(shù)進(jìn)行分析驗(yàn)證(European Community,2000)。
水生態(tài)功能分區(qū)在我國(guó)的研究開始較晚,2007年開始,國(guó)家科技重大專項(xiàng)環(huán)境保護(hù)部“重點(diǎn)流域生態(tài)分區(qū)研究”提出了水生態(tài)空間異質(zhì)性分析、水生態(tài)功能重要性評(píng)價(jià)等技術(shù)方法,形成了流域生態(tài)分區(qū)技術(shù)方法體系和環(huán)境管理目標(biāo)。在此背景下,孟偉等(2007)率先在遼河流域開展水生態(tài)功能分區(qū)試點(diǎn)工作;蓋力強(qiáng)等(2012)分析研究了中國(guó)水資源壓力的時(shí)空特征和生產(chǎn)用水足跡,并結(jié)合水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)理論,按照流域?qū)⒅袊?guó)劃分為6個(gè)一級(jí)生態(tài)功能分區(qū)和100個(gè)二級(jí)功能區(qū)。隨后,大批學(xué)者先后在重點(diǎn)河流型流域(梁靜靜等,2011;趙寶蘋,2011;孫然好等,2013;Chen et al, 2016;張?jiān)S諾,2018;和克儉等,2019)和重點(diǎn)湖泊型流域(高永年和高俊峰,2010;楊順益,2012;王傳輝等,2013;高喆等,2015;樊灝等,2016)開展了系統(tǒng)的水生態(tài)功能分區(qū)研究,并提出了較為完善的分區(qū)指標(biāo)體系,為流域水資源的科學(xué)管理提供了理論支持。水生態(tài)功能分區(qū)對(duì)于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理目標(biāo)制定、區(qū)域水環(huán)境管理與水資源配置(馬溪平等,2010)、水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估以及水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)確定具有重要意義(孟偉等,2011)。
黃河源園區(qū)是三江源國(guó)家公園的重要組成部分,作為黃河的發(fā)源地,在整個(gè)黃河上游流域占有十分突出的地位,擁有獨(dú)特的水文水資源系統(tǒng),氣候及地表生態(tài)環(huán)境的變化對(duì)地表水資源的波動(dòng)具有顯著影響,而目前對(duì)于該區(qū)域地表水資源分布規(guī)律并未有系統(tǒng)研究。為探究黃河源地區(qū)地表水資源分異規(guī)律并進(jìn)行初步水生態(tài)功能分區(qū),通過建立水生態(tài)功能分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,分析水資源的空間分布特征,劃定合理科學(xué)的水功能分區(qū),以期為國(guó)家公園實(shí)行分區(qū)目標(biāo)管理提供參考。
1 ? 材料與方法
1.1 ? 區(qū)域概況
三江源國(guó)家公園黃河源園區(qū)(圖1)位于青藏高原東南部、青海省南部(96.82°~99.25°E,34.02°~35.47°N),面積1.91萬km2,平均海拔4 406 m,屬典型高寒草原氣候,干濕季與冷暖季分明,雨熱同期,年均溫度0℃以下,年均降水量不足400 mm,天氣復(fù)雜多變,氣候惡劣。域內(nèi)黃河干流總長(zhǎng)約300 km,平均河寬為90 m,水深不足1 m,平均流量為19.1 m3/s,最大流量為50.6 m3/s,區(qū)域內(nèi)總徑流量為6.02×109 m3,自產(chǎn)地表水資源為14.3×109 m3。
1.2 ? 分區(qū)原則與指標(biāo)選取
不同的分區(qū)指標(biāo)直接影響水生態(tài)功能分區(qū)過程與結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性(Fu et al,2019);區(qū)域環(huán)境對(duì)水體影響巨大,通常決定水生態(tài)系統(tǒng)特性(高永年等,2012)。與此同時(shí),分區(qū)尺度對(duì)分區(qū)等級(jí)的反映也是水生態(tài)功能分區(qū)中的重要問題(高俊峰等,2017),明確生態(tài)系統(tǒng)的空間尺度和范圍,有助于不同空間尺度上水生態(tài)、水資源以及水環(huán)境的保護(hù)規(guī)劃(高俊峰等,2019)。研究區(qū)原生系統(tǒng)較為完整,因而評(píng)價(jià)指標(biāo)選取以自然環(huán)境因素為主,兼顧指標(biāo)的主導(dǎo)性、系統(tǒng)性和可獲取性,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)類型、地貌類型、水資源分布現(xiàn)狀、植被類型分布及覆蓋度現(xiàn)狀等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
一級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)屬大尺度區(qū)域分區(qū),主要反映研究區(qū)山地、盆地、河谷地等不同地貌類型下的陸地-水生態(tài)系統(tǒng)特征差異。地形地貌反映區(qū)域地表形態(tài)特征,是影響區(qū)域水量分布差異主要因子,河網(wǎng)密度能直觀體現(xiàn)區(qū)域河網(wǎng)分布狀態(tài)。依據(jù)高俊峰等(2019)《湖泊型流域水生態(tài)功能一二級(jí)分區(qū)方法》中分區(qū)指標(biāo)選取原則,兼顧研究區(qū)域特征,選取河網(wǎng)密度、數(shù)字高程模型(Digital elevation model, DEM)和降水量3個(gè)因子作為黃河源園區(qū)流域一級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)指標(biāo)。
運(yùn)用空間自相關(guān)原理生成空間權(quán)重矩陣,確定各空間單元的權(quán)重,再根據(jù)各單元的屬性信息進(jìn)行空間自相關(guān)分析。運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)GS+軟件中的半方差函數(shù)模塊,對(duì)研究區(qū)水生態(tài)功能分區(qū)指標(biāo)進(jìn)行空間自相關(guān)距離分析(陳治榮等,2022),根據(jù)空間自相關(guān)距離計(jì)算結(jié)果確定主導(dǎo)分區(qū)指標(biāo)(表1)。計(jì)算公式如下:
[γh=12Nhi=1NhZxi-Zxi+h2] ? ? ①
式中:γ(h)為變異函數(shù),N(h) 表示間距為h的數(shù)值對(duì)數(shù),Z(xi)表示區(qū)域化變量在點(diǎn)xi處的值,Z(xi+h)表示區(qū)域化變量在點(diǎn)(xi +h)處的值。
二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)主導(dǎo)區(qū)域環(huán)境特征和生態(tài)功能,結(jié)合一級(jí)分區(qū)內(nèi)部小尺度分異特點(diǎn),依據(jù)因子主導(dǎo)性原則和區(qū)域小生態(tài)系統(tǒng)一致性原則,最終確定黃河源園區(qū)二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)的指標(biāo)為植被類型和土壤類型,歸一化植被指數(shù)(Normalized difference vegetation index, NDVI)和凈初級(jí)生產(chǎn)力(Net primary productivity, NPP)指數(shù)作為輔助因子對(duì)不同植被類型的邊界進(jìn)行調(diào)整(表2)。
1.3 ? 數(shù)據(jù)來源及處理
依據(jù)黃河源園區(qū)水生態(tài)功能分區(qū)指標(biāo),1:25萬數(shù)字高程圖(DEM)來自于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的90 m柵格數(shù)據(jù)。降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn)及青海省水文水資源局的共16個(gè)站點(diǎn)(圖2)。30 m分辨率土地覆蓋類型數(shù)據(jù)來自于三江源國(guó)家公園管理局;2000-2018年年均NDVI(空間分辨率250 m)和2000-2015年年均NPP(空間分辨率250 m)數(shù)據(jù)來自于三江源國(guó)家公園星空地一體化生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)(http://sjynp.tpdc.ac.cn/);土壤類型數(shù)據(jù)采用世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)中國(guó)1:100萬數(shù)據(jù)集,河網(wǎng)密度基于水系數(shù)據(jù),通過對(duì)園區(qū)范圍矢量文件創(chuàng)建格網(wǎng),然后通過空間連接進(jìn)行密度分析得到。
1.4 ? 分區(qū)方法
基于ArcGIS軟件平臺(tái),采用“自上而下”的方法進(jìn)行指標(biāo)專題圖疊加,確定研究區(qū)大類水生態(tài)系統(tǒng)的空間分布差異,對(duì)區(qū)域環(huán)境的地域分異規(guī)律和水生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性進(jìn)行分析(劉星才等,2010;高俊峰等,2019),將遴選好的指標(biāo)DEM、降水量及河網(wǎng)密度柵格圖在ArcGIS中進(jìn)行模糊疊加,以地貌類型為主導(dǎo)因子,適度調(diào)整區(qū)域降水量和河網(wǎng)密度邊界,得到模糊疊加界線,再根據(jù)提取到的子流域邊界進(jìn)行微調(diào),得到水生態(tài)功能一級(jí)分區(qū)邊界(圖3)。
二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)目的是體現(xiàn)區(qū)域生態(tài)特征以及環(huán)境差異(陳治榮等,2022)。將土壤類型矢量圖和植被覆蓋類型矢量圖進(jìn)行加權(quán)疊加,得到二級(jí)分區(qū)初步界線,然后根據(jù)子流域邊界,通過Spatial Analyst工具中的Hydrology模塊,對(duì)子流域和加權(quán)疊加后的專題圖進(jìn)行標(biāo)記疊加,得到二級(jí)分區(qū)水文響應(yīng)單元(宋曉猛等,2013)。依據(jù)水文響應(yīng)單元邊界對(duì)二級(jí)分區(qū)初始邊界進(jìn)行微調(diào),最終得到水生態(tài)功能二級(jí)分區(qū)邊界(圖4)。
2 ? 結(jié)果與分析
2.1 ? 水生態(tài)功能一級(jí)分區(qū)
黃河源園區(qū)共分為5個(gè)一級(jí)水生態(tài)功能分區(qū),命名采用區(qū)位+河網(wǎng)密度的方法(圖5)。C-Ⅰ布青山南坡產(chǎn)流區(qū),面積為2 504.51 km2,地勢(shì)北高南低,是黃河干流和扎陵湖-鄂陵湖主要產(chǎn)流區(qū);C-Ⅱ扎陵湖-鄂陵湖盆地河網(wǎng)低密度區(qū),面積為3 259.91 km2,地勢(shì)平緩;C-Ⅲ黃河-黑河-東曲河谷匯流區(qū),主要為黃河干流及黑河、東曲等各大支流河谷地帶,面積為5 119.34 km2,河谷縱橫,河網(wǎng)密度高;C-Ⅳ阿尼瑪卿山西坡產(chǎn)流區(qū)包括阿尼瑪卿山西南山坡及山麓部分,面積為2 186.77 km2,河網(wǎng)密度高,是黃河瑪多縣-黃河鄉(xiāng)段主要產(chǎn)流區(qū);C-Ⅴ巴顏喀拉山北坡產(chǎn)流區(qū)主要為巴顏喀拉山北部山區(qū),面積為5 948.19 km2,平均海拔4 492.11 m,該區(qū)域山間高寒濕地廣布,植被覆蓋度高,河網(wǎng)密度較高,是扎陵湖-鄂陵湖地區(qū)及黃河主要的產(chǎn)流區(qū)。
利用ArcMap進(jìn)行一級(jí)分區(qū)各區(qū)域間的相關(guān)性分析,得到各個(gè)分區(qū)間相關(guān)矩陣(表3)。結(jié)果顯示每個(gè)一級(jí)分區(qū)之間生態(tài)系統(tǒng)特征存在明顯差異,而區(qū)域內(nèi)部差異較弱(表4)。
2.2 ? 水生態(tài)功能二級(jí)分區(qū)
黃河源園區(qū)分為19個(gè)二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū),命名方法采用地理區(qū)位+主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)類型+生態(tài)亞區(qū)(圖6)。
C-Ⅰ-1布青山南坡高寒稀疏草地生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)類型為山地稀疏草地,區(qū)域平均海拔在4 500 m以上,植被覆蓋率低,植被類型單一,生態(tài)系統(tǒng)脆弱;C-Ⅰ-2布青山南麓高寒草原生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)類型為高寒草原,植被長(zhǎng)勢(shì)及覆蓋度較C-Ⅰ-1區(qū)好,該區(qū)域是C-Ⅰ-1區(qū)的匯流區(qū),地勢(shì)相對(duì)平緩,河道落差變小,流速變緩。
C-Ⅱ-1扎陵湖-鄂陵湖湖體生態(tài)亞區(qū),總面積1 1 83.96 km2;C-Ⅱ-2扎陵湖-鄂陵湖北岸高寒草原生態(tài)亞區(qū),主體生態(tài)系統(tǒng)為高寒草原,主要土壤類型為寒鈣土和暗寒鈣土;C-Ⅱ-3扎陵湖-鄂陵湖南岸高寒沼澤-草甸生態(tài)亞區(qū),區(qū)域內(nèi)為高寒沼澤-高寒沼澤化草甸-高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)過渡帶,主要土壤類型為低位泥炭土和暗寒鈣土,地勢(shì)平坦,河流眾多,分布大片高寒沼澤和沼澤化草甸,水源涵養(yǎng)功能強(qiáng)。
C-Ⅲ-1星星海湖群湖盆高寒草原生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)系統(tǒng)類型為高寒草原,土壤類型主要為暗寒鈣土,該區(qū)域人口密集,在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和保護(hù)生物多樣性工作中要注意減少人類活動(dòng)影響;C-Ⅲ-2同布崗山地高寒草原-稀疏草地生態(tài)亞區(qū),是高寒草原到稀疏草地的過渡帶,區(qū)域河流分布較少,植被覆蓋稀疏,水土流失嚴(yán)重;C-Ⅲ-3東曲②流域高寒沼澤-草原生態(tài)亞區(qū),高寒沼澤廣布,水源涵養(yǎng)功能強(qiáng);C-Ⅲ-4阿涌尕瑪錯(cuò)南岸-同布崗西麓裸土-沙地生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)系統(tǒng)類型為沙地裸地,區(qū)域植被稀少,亟需解決生態(tài)問題是防風(fēng)固沙和防止水土流失;C-Ⅲ-5黑河-黃河-白馬曲河谷帶高寒沼澤-草甸生態(tài)亞區(qū),區(qū)域河流密集,高寒濕地廣布,主要土壤類型為暗寒鈣土和低位泥炭土,是重要的水源涵養(yǎng)和生物棲息地保護(hù)功能區(qū)。
C-Ⅳ-1阿尼瑪卿山山頂裸巖生態(tài)亞區(qū),植被稀少;C-Ⅳ-2東曲①-優(yōu)爾曲河谷高寒沼澤-稀疏草地生態(tài)亞區(qū),海拔落差較大,生態(tài)系統(tǒng)從稀疏草地到高寒沼澤演變分布;C-Ⅳ-3阿尼瑪卿山西坡稀疏草地生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)系統(tǒng)類型為高寒稀疏草地,該區(qū)域植被覆蓋度低,生態(tài)系統(tǒng)類型單一,海拔較高,河網(wǎng)較密集。
C-Ⅴ-1巴顏喀拉山山頂裸巖生態(tài)亞區(qū),該區(qū)域海拔高,降水少,植被稀疏,地表主要覆蓋裸巖;C-Ⅴ-2鄒瑪曲-多曲河谷高寒沼澤-稀疏草地生態(tài)亞區(qū),生態(tài)系統(tǒng)類型隨著海拔降低從稀疏草地到高寒沼澤過渡;C-Ⅴ-3勒那曲-尕拉曲河谷高寒沼澤-草甸生態(tài)亞區(qū),區(qū)域河網(wǎng)密集,高寒濕地集中分布,是鄂陵湖的主要產(chǎn)流區(qū);C-Ⅴ-4巴顏喀拉山北坡中部山地稀疏草地生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)系統(tǒng)類型為高寒稀疏草地,該地區(qū)海拔高,地表植被覆蓋度低;C-Ⅴ-5熱曲河谷高寒沼澤-草原生態(tài)亞區(qū),主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)類型為高寒濕地、草地,主要土壤類型為暗寒鈣土和泥炭沼澤土,區(qū)域分布有面積較大的高寒濕地,水源涵養(yǎng)功能較強(qiáng),生物棲息地保護(hù)價(jià)值高;C-Ⅴ-6巴顏喀拉山北坡東部山地高寒草原生態(tài)亞區(qū),主要生態(tài)系統(tǒng)為高寒草原,主要土壤類型為暗寒鈣土和草氈土,河網(wǎng)較密集。
對(duì)黃河源園區(qū)水生態(tài)功能二級(jí)分區(qū)進(jìn)行空間自相關(guān)分析,得到各區(qū)域相關(guān)矩陣(表5)。以植被類型和土壤類型為主導(dǎo)因子的黃河源園區(qū)二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)特征差異表明,二級(jí)亞區(qū)各個(gè)區(qū)域主體生態(tài)系統(tǒng)之間界限較為清晰,區(qū)域空間異質(zhì)性較強(qiáng),不同區(qū)域之間植被類型、覆蓋度及土壤類型都有著較明顯的差異(表6)。
3 ? 討論
區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)特征和自然環(huán)境特征復(fù)雜多樣,很難對(duì)其進(jìn)行整合管理,開展水生態(tài)功能分區(qū),可以為不同區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)特征差異分析以及不同水體水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的確立提供依據(jù)(蔡佳亮等,2010;韓文輝等,2020)。水生態(tài)功能分區(qū)作為生態(tài)空間功能區(qū)劃的重要組成部分,在2010年后成為各大流域的研究熱點(diǎn)。當(dāng)時(shí)有學(xué)者建議統(tǒng)一選用能夠表征流域水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能空間差異的環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子作為分區(qū)指標(biāo)體系,并提議盡可能統(tǒng)一定量分析方法,以便比較不同流域間的分區(qū)結(jié)果(唐濤和蔡慶華,2010)。然而,由于不同研究區(qū)域的海拔、面積、水資源、植被以及人類活動(dòng)等環(huán)境要素不同,在對(duì)不同類型的流域、區(qū)域進(jìn)行水生態(tài)功能分區(qū)時(shí),往往都會(huì)根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)而制定不同的分區(qū)思路。如在針對(duì)河流型流域的水生態(tài)功能分區(qū)中,孫然好等(2013)在海河流域采用地貌類型+區(qū)域水資源分異到植被、土壤類型分異的過程“自上而下”進(jìn)行分區(qū);而李法云等(2012)在遼河流域水生態(tài)功能分區(qū)一級(jí)指標(biāo)選取中,更多地考慮了區(qū)域水文和植被要素;在面向湖泊型流域的水生態(tài)功能分區(qū)研究中,高喆等(2015)在滇池流域采用地貌類型+水文特征+植被特征作為一級(jí)分區(qū)指標(biāo),二級(jí)指標(biāo)突出了人類活動(dòng)對(duì)流域水生態(tài)的影響;陳治榮等(2022)進(jìn)行青海湖流域的水生態(tài)功能分區(qū)研究則更注重水系單元的完整性,在以支流流域邊界為一級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上,考慮水文、植被等區(qū)域分異規(guī)律,探討了整個(gè)青海湖流域的水生態(tài)狀況。因此,進(jìn)行流域水生態(tài)功能分區(qū)時(shí),要根據(jù)流域特點(diǎn)制定實(shí)施策略,并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建流域水環(huán)境綜合管理技術(shù)體系,進(jìn)而支撐流域生態(tài)文明建設(shè)(孟偉等,2013)。
綜合分析前人的研究思路與方法,根據(jù)黃河源園區(qū)海拔起伏大、產(chǎn)匯流差異分明的區(qū)域特點(diǎn),確定先大區(qū)、后小區(qū)“自上而下”的分區(qū)原則,一級(jí)分區(qū)指標(biāo)主要選取大區(qū)DEM和產(chǎn)匯流區(qū)域特性,二級(jí)分區(qū)指標(biāo)更加考慮小流域完整性基礎(chǔ)上的植被類型、土壤類型分異特點(diǎn)。通過指標(biāo)要素疊加、調(diào)整邊界、分區(qū)分析驗(yàn)證等過程,得到黃河源園區(qū)5個(gè)一級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)和19個(gè)二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)。區(qū)別于多數(shù)學(xué)者以完整流域或省市等行政區(qū)為研究對(duì)象進(jìn)行區(qū)劃分析,本次研究的區(qū)域相對(duì)較小,區(qū)域完整性相對(duì)較弱,研究過程中形成的分區(qū)技術(shù)方法對(duì)于高海拔小區(qū)域的水生態(tài)功能分區(qū)具有一定的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
蔡佳亮,殷賀,黃藝,2010. 生態(tài)功能區(qū)劃理論研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 30(11):3018-3027.
陳治榮,曹廣超,陳克龍,等,2022. 基于GIS的青海湖流域水生態(tài)功能分區(qū)[J/OL]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào), doi:10.11988/ckyxb.20210893
樊灝,黃藝,曹曉峰,等,2016. 基于水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 36(4):1447-1456.
蓋力強(qiáng),謝高地,陳龍,等,2012. 基于水足跡的中國(guó)水生態(tài)功能分區(qū)[J]. 資源科學(xué), 34(9):1622-1628.
高俊峰,張志明,黃琪,等,2017. 巢湖流域水生態(tài)功能分區(qū)研究[M]. 北京:科學(xué)出版社.
高俊峰,高永年,張志明,2019a. 湖泊型流域水生態(tài)功能分區(qū)的理論與應(yīng)用[J].地理科學(xué)進(jìn)展, 38(8):1159-1170.
高俊峰,高永年,張志明,2019b. 一種湖泊型流域水生態(tài)功能一、二級(jí)分區(qū)方法[P]: CN 104797584 A.
高俊剛,吳雪,張鐿鋰,等,2016. 基于等級(jí)層次分析法的金沙江下游地區(qū)生態(tài)功能分區(qū)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 36(1): 134-147.
高永年,高俊峰,2010. 太湖流域水生態(tài)功能分區(qū)[J]. 地理研究, 29(1):113-119.
高永年,高俊峰,陳垌烽,等, 2012. 太湖流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)[J]. 地理研究, 31(11):1941-1951.
高喆,曹曉峰,黃藝,等,2015. 滇池流域水生態(tài)功能一二級(jí)分區(qū)研究[J]. 湖泊科學(xué), 27(1):175-182.
韓文輝,黨晉華,趙穎,等,2020. 流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究概述[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展, 45(5):133-137.
和克儉,黃曉霞,丁佼,等,2019. 基于GWR模型的東江水質(zhì)空間分異與水生態(tài)功能分區(qū)驗(yàn)證[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 39(15):5483-5493.
黃藝,蔡佳亮,鄭維爽,等,2009. 流域水生態(tài)功能分區(qū)以及區(qū)劃方法的研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 28(3):542-548.
李法云,范志平,張博,等,2012. 遼河流域水生態(tài)功能一級(jí)分區(qū)指標(biāo)體系與技術(shù)方法[J]. 氣象與環(huán)境學(xué)報(bào), 28(5):83-89.
梁靜靜,左其亭,竇明,2011. 淮河流域水生態(tài)區(qū)劃研究[J]. 水電能源科學(xué), 29(1):20-22,115.
劉星才,徐宗學(xué),徐琛,2010. 水生態(tài)一、二級(jí)分區(qū)技術(shù)框架[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 30(17):280-290.
馬溪平,周世嘉,張遠(yuǎn),等,2010. 流域水生態(tài)功能分區(qū)方法與指標(biāo)體系探討[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 35(12):59-64,70.
孟偉,張遠(yuǎn),鄭丙輝,2007. 遼河流域水生態(tài)分區(qū)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 27(6):33-40.
孟偉,張遠(yuǎn),張楠,等,2011. 流域水生態(tài)功能分區(qū)與質(zhì)量目標(biāo)管理技術(shù)研究的若干問題[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 31(7):1345-1351.
孟偉,張遠(yuǎn),張楠,等,2013. 流域水生態(tài)功能區(qū)概念、特點(diǎn)與實(shí)施策略[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 26(5):465-471.
宋曉猛,張建云,占車生,等,2013. 基于DEM的數(shù)字流域特征提取研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 32(1):31-40.
孫然好,汲玉河,陳利頂,等,2013. 海河流域水生態(tài)功能一級(jí)二級(jí)分區(qū)[J]. 環(huán)境科學(xué), 34(2):509-516.
孫然好,程先,陳利頂,2017. 基于陸地-水生態(tài)系統(tǒng)耦合的海河流域水生態(tài)功能分區(qū)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 37(24):8445-8455.
唐濤,蔡慶華,2010. 水生態(tài)功能分區(qū)研究中的基本問題[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 30(22):6255-6263.
王傳輝,吳立,王心源,等,2013. 基于遙感和GIS的巢湖流域生態(tài)功能分區(qū)研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 33(18):5808-5817.
楊順益,唐濤,蔡慶華,等,2012. 洱海流域水生態(tài)分區(qū)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 31(7):1798-1806.
張?jiān)S諾,2018. 基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的松花江流域水生態(tài)功能分區(qū)研究[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué).
趙寶蘋,2011. 基于遙感的贛江上游流域生態(tài)功能價(jià)值變化及生態(tài)功能區(qū)劃研究[D]. 南昌:江西農(nóng)業(yè)大學(xué).
中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院,2007. 國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要: 2006-2020[EB/OL]. [2012-01-03].http: www.gov.cn gongbao content 2006 content_240244.htm.
Bailey R G,1976. Ecoregions of the United States.1:7 500 000 Scale Map[R]. Ogden, Utah: U. S Forest Service, Intermountain Region.
Chen D D, Jin G, Zhang Q, et al, 2016. Water ecological function zoning in Heihe River Basin, Northwest China[J]. Physics & Chemistry of the Earth-Parts A/B/C, 96:74-83.
European Community, 2000. Directive of the European Parliament and of the Council 2000/60/ec, Establishing a Framework for Community Action in the Field of Water Policy[R].
Fu M D, Jun L T, Yue H R, et al, 2019. Functional zoning and space management of Three-River-Source National Park[J]. Journal of Geographical Sciences, 29(12):2069-2084.
Likens G E, Bormann F H, 1974. Linkages between terrestrial and aquatic ecosystems[J]. Bioscience, 24:447-456.
Naiman R J, Lonzarich D G, Beechie T J, et al, 1990.Stream classification and the assessment of conservation potential[C]//Boon P, Calow P, Petts G. Conference on the Conservation and Management of Rivers. Chichester, UK: John Wiley & Sons.
Omernik J M, 1987. Ecoregions of the conterminous United States (Map Spplement). Annals of the Association of American Geographers, 77:118-125
Xie D M, Jin G H, Zhou Y M, et al, 2013. Ecological function zoning of Poyang Lake wetland: a RAMSAR site in China[J]. Water Policy, 15(6):181.
(責(zé)任編輯 ? 萬月華)
Primary and Secondary Aquatic Ecological Function Division
of the Yellow River Source Zone
YANG Yang1, CHEN Xiao‐lu2, ZHOU Yi‐fan3, LI Wen‐ming1, CHEN Ke‐long4,5
(1. Xi'an Center of China Geological Survey/Northwest Geological Science and Technology
Innovation Center, Xian ? 710054, P.R. China;
2. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology,
Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang ? 050022, P.R. China;
3. Xi'an Institute of Surveying and Mapping, Xian 710054, P.R. China;
4. Key Laboratory of Tibetan Plateau Land Surface Processes and Ecological Conservation
(Ministry of Education), Qinghai Normal University, Xining ? 810008, P.R. China;
5. Academy of Plateau Science and Sustainability, Peoples Government of Qinghai Province and Beijing Normal University, Xining ? 810008, P.R. China)
Abstract:Ecological zoning that includes mountain, water, forest, field, lake, grass and sand allows for a comprehensive, systematic approach for planning and constructing an ecological civilization. Categorizing aquatic ecological functions is the basis for regional water ecosystem zoning and water environment planning and management. In this paper, the Yellow River Source National Park, an important component of Sanjiangyuan National Park, was selected for study and the aquatic ecological functions of the area were taken from the constructed regional evaluation index system of water ecological function of the Yellow River Source National Park. We explored the spatial differentiation of surface water resources and the regional ecosystem, and comprehensively analyzed existing natural environmental conditions and the water and land ecological control factors of the park. Our aim was to provide a reference for regional ecological protection and management of Sanjiangyuan National Park. First, the regional evaluation index system of water ecological function in Yellow River Source National Park was constructed based on GIS and RS platforms, based on the ecological and geographical characteristics of each region within the park. The evaluation included three first-level water ecological function indices (precipitation, river network density and landscape) and four second-level water ecological function indices (vegetation, vegetation productivity, soil type and land use). Then, the Yellow River Source National Park was divided into five primary water ecological function zones and 19 secondary water ecological function zones based on the integrity of the sub-basin and using data overlay techniques. Finally, the rationality and accuracy of water ecological function zoning were tested using correlation analysis, the ecosystem characteristics and major ecological problems in different regions were discussed, and the spatial distribution characteristics and distribution laws of water and vegetation resources were analyzed. The zoning results provide a scientific basis and targeting for managing, developing, protecting and utilizing the regional water and land resources.
Key words:Yellow River Source Park; aquatic ecological function divisions; geospatial; water-land coupling