黑河中上游地区2000—2010年土地利用变化及水土保持服务功能

刘金巍，靳甜甜，刘国华，李宗善，杨荣金

(1. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085; (2. 中国水利水电科学研究院，北京 100012; 3. 中国环境科学研究院生态环境评价中心， 北京 100038)

土地利用变化是全球生态变化研究的一个重要方面，被认为是全球变化的决定因素之一，对全球的生态系统、生物地球化学循环和气候变化以及人类脆弱性有重要影响[1- 2]。在国际地圈与生物圈计划(IGBP，1987)和国际全球环境变化的人文因素计划(IHDP，1996)的推动下，国内外众多学者对典型地区土地利用变化的趋势、驱动力以及生态效应进行了大量研究[3- 4]。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[5]，对人类的影响广泛而深远。土地利用的变化改变着生态系统的组成和功能，进而影响生态系统服务的供给功能。近年来，土地利用变化对生态系统服务功能的影响逐渐成为生态学和生态经济学领域研究的热点，而生态系统服务功能的量化评估成为重要的决策依据。生态系统服务功能的量化方法主要有价值评价法和物质量评价法，目前应用较为普遍的是价值量评价法，代表性研究成果为美国生态学家Costanza等人的评估方法。该方法在国内也得到了广泛应用，我国众多学者对西北干旱区重点内陆河流域生态系统服务的价值量进行了初步估算[6- 8]。价值量和物质量评估方法各有利弊，在实际工作中应综合考虑，权衡利弊。

黑河流域气候干旱、生态环境极其脆弱，是我国干旱区生态环境问题研究的热点地区。2000年西部大开发以来，黑河上游实施了一系列生态治理政策、中游启动了水量统一调度方案，社会经济的不断发展及生态政策的逐步落实从不同角度改变着区域的土地利用，对生态系统服务功能有重要的影响。目前，该流域上游研究集中在气候、山区径流、水文的变化及其带来的生态影响方面[9- 11]；中下游地区的研究重点为人工绿洲扩张、天然绿洲退化及土地利用变化带来的环境效应问题[12- 14]等方面。在生态系统服务功能方面，以往研究利用Costanza[15]和谢高地[16]等人的研究结果进行了生态系统服务功能价值量的评价[6,17- 18]，而基于物质量评价方法的研究较少[19]。由于黑河流域水资源短缺、风蚀水蚀严重，水源涵养和土壤保持是该地区生态环境保护和改善的最主要生态系统服务功能，而流域中上游是水源涵养和土壤保持的重要区域：上游祁连山地区具有重要的水源涵养和防止水土流失的作用；中游位于巴丹吉林沙漠的西南部，承担着重要的防风固沙和土壤保持功能。因此，研究黑河中上游地区2000—2010年土地利用变化及水源涵养和土壤保持生态系统服务功能物质量的变化，对流域重要生态系统服务功能的恢复和改善具有重要的借鉴意义。

本文以黑河中上游地区2000和2010年土地利用为基础，揭示了2000—2010年区域土地利用变化的主要特征，并以此为基础，对区域的水源涵养量和土壤保持量及其变化进行了估算，以期为流域重要生态系统服务功能的保育与提高、生态环境的可持续发展提供理论依据。

1 研究区概况

黑河发源于青海省祁连山区的冰川和积雪带，流经甘肃省进入内蒙古自治区额济纳旗，最终汇入东、西居延海，干流全长821km。出山口莺落峡以上为上游，莺落峡至正义峡为中游，正义峡以下为下游，分别位于祁连山地、走廊平原和阿拉善高原3种完全不同的自然地理环境[20]。本文研究黑河中上游地区(96°08′—101°37′E，37°41′—42°45′N)，总面积9.89万km2。上游地区包括青海省祁连县和甘肃省肃南裕固族自治县的部分地区(图1)，以牧业为主；中游地区包括张掖市、嘉峪关市以及酒泉市的肃州区、玉门市、金塔县等部分地区，属灌溉农业经济区。

图1 黑河中上游位置、分区及水系分布图

黑河流域气候干燥，降水量少而集中[18, 21]。6—8月份降水量可占年降水量的63%左右。上游地区气候阴湿寒冷，1960—2010年的多年平均气温-2.9—1.1℃，多年平均降水量294—414mm；中游地区气候干旱，多年平均气温4.4—8.4℃，由中部向南北两极递减，多年平均降水量55—200mm，东南明显多于西北。土壤和植被的空间分布差异较大：上游祁连山区土壤属高山寒漠、草甸、草甸草原、草原和森林土壤系列，中游地区主要为灰棕荒漠土；从东南向西北，植被类型分布为高山冰雪冻土带、山区植被带(包括水源涵养林带)、山前绿洲带和荒漠绿洲带[20]。黑河流域上游地区植被以山地草地和山地林地为主，植被较好，水量补给充足，是黑河径流的形成区，中游地区以人工绿洲和荒漠绿洲为主，是甘肃省重要的灌溉农业区，上游来水被大量引用，为黑河径流的主要利用区。

2 研究方法

2.1 遥感数据的获取及处理方法

采用2000年和2010年 Landsat TM/ETM 6—8月份遥感影像数据(空间分辨率30m),在Ecogonition、ERDAS IMAGE 8.5和ArcGIS 9.3软件下，进行面向对象的影像分类解译，得到目标流域2000年和2010年土地利用类型图。解译时首先将两期影像数据进行辐射纠正和几何纠正；其次，根据覆盖区域的影像情况划分影像块，将相同日期和块间差别可忽略的影像块合并成工作块；接着，在2012年7—8月份从中游到上游进行分类地面样本点采集，在此基础上对照Google earth和遥感影像特征进行样本点扩充，随机选取30%样本点用于解译精度验证；最后，进行样本训练，开展基于支持向量计算法的自动分类，利用精度验证点对结果进行验证。验证结果表明影像总体解译精度为80%左右，基本可以达到研究所需要求。

土地利用分类系统基于刘纪远等[22]的分类标准，该标准基于TM遥感影像，从遥感监测实用操作性出发，是遥感影像解译中常用的标准。本研究根据西北干旱地区自身的特点，将原有标准进行了修订，最终将土地利用类型划分为7个一级类型和17个二级类型。一级类为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地、未利用土地和冰川积雪覆盖地，为增加生态系统服务计算的准确性将林地进一步划分为高郁闭度林地(覆盖度>30%)、中郁闭度林地(覆盖度在10%—30%之间)、低郁闭度林地(覆盖度<10%)、防护林地(行道树，居民点内部、周围及绿洲林地)和灌木林地；草地划分为高覆盖度草地(覆盖度>50%)、中覆盖度草地(覆盖度在20%—50%之间)和低覆盖度草地(覆盖度<20%)；水域划分为河渠湖泊水库坑塘等水面及沼泽滩地；未利用地划分为裸土沙地、盐碱地、裸岩和荒漠。在进行流域土地利用变化分析时主要基于一级地类的统计结果，二级地类用于分析土地利用类型的具体来源去向以揭示变化的原因，以及计算生态系统服务功能物质量。

2.2 土地利用变化表征方法

运用常用的土地利用类型结构变化、单一土地利用动态度指数、土地利用类型转移矩阵以及土地利用程度综合指数等分析方法[23]，分析了黑河中上游地区土地利用类型变化的过程和趋势。

(1) 单一土地利用动态度指数

也称变化率指数，以土地利用类型的面积为基础，可反映一定时间范围内各土地类型的变化幅度和速度：

( 1)

Ua、Ub分别为研究始、末某一地类的面积；T为研究时段，当用年表示时即为区域此类土地利用类型的年变化率。

(2) 土地利用程度综合指数

该指数及其变化可定量揭示区域土地利用的程度和变化。本文以县市(区)为评价单元，土地利用程度分级及分级指数的设定参照刘纪远等[24]的研究结果，划分为未利用土地级(未利用地)、林草水用地级(林地、草地和水域)、农业用地级(耕地)和城镇聚落用地级(城乡工矿居民用地)4级：

( 2)

A未利用地=1，A林草水=2，A农业用地=3，A城镇聚落=4

式中，L为区域土地利用程度综合指数；Ai为土地利用程度第i级的分级指数；Ci为土地利用程度第i级的面积百分比；n为土地利用程度分级数。

2.3 生态系统服务功能评估方法

2.3.1 水源涵养量估算方法

黑河中上游地区的水源涵养功能主要由上游祁连山区承担，因此，本文估算的水源涵养量只考虑上游地区。其中，林地地表枯枝落叶的蓄积量和持水能力对保持水土、涵养水源具有重要的作用，是反映森林水源涵养能力高低的重要因素之一，同时土壤颗粒间存在大量孔隙，其蓄水能力也是评价土壤涵养水源及调节水分循环功能的重要指标[25]，而高海拔山区的冰川积雪可以直接以固态形式储存水源，但是，由于本文在土地利用类型的划分时未能将冰川和积雪分开，故暂无法计算出冰川和积雪各自的储水量。鉴于此，本文仅估算植被覆盖下的土壤(包括枯枝落叶层和矿质土壤层)的涵蓄水量的变化，土壤涵养水量的估算：

W=W1+W2

(3)

式中，W为水源涵养总量(t)；W1为枯枝落叶层持水量(t)；W2为矿质土壤层贮水量(t)。各分量的计算方法：

(1)枯枝落叶层持水量按最大持水量估算：

W1=∑CiSi

(4)

式中，W1为枯枝落叶层持水量(t)；Ci为第i种植被凋落物的最大持水力(t/km2)；Si为第i种植被类型的面积(km2)

(2)土壤孔隙的蓄水量分为毛管持水量和非毛管贮水量，一般认为，非毛管孔隙贮水量是评价土壤水源涵养功能的最重要指标之一[26]。本文土壤的水源涵养量按非毛管孔隙贮水量，以有植被土壤比无植被土壤的多贮水量来表示：

W2=∑(Pi-T)·Hi·Ai·ρ水

(5)

式中，W2为矿质土壤层贮水量(t)；Pi为i类植被下土壤的非毛管孔隙度(%)；T为对照裸地土壤非毛管孔隙度(%)；Hi为i类植被下土壤的土层厚度(m)；Ai为i类植被的面积(km2)。ρ水为水的密度(1t/m3)。

2.3.2 土壤保持量估算方法

土壤保持量用潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵蚀量之差来表示：

A=∑Api-Ari

( 6)

式中，A为土壤保持量；Api为i类植被的潜在土壤侵蚀量；Ari为i类植被的实际土壤侵蚀量。根据数据的可获得性，上游地区土壤侵蚀以水蚀为主，土壤侵蚀量按侵蚀模数进行估算，中游地区土壤侵蚀以风蚀为主，侵蚀量按风蚀速率估算。

3 结果与分析

3.1 黑河中上游地区土地利用变化

3.1.1黑河中、上游土地利用结构及动态度变化分析

黑河中上游地区2000和2010年的土地利用如图2所示，黑河中、上游地区生态系统类型的构成差异较大，其土地利用变化及对对生态系统服务功能变化的影响存在较大差异，因此，为了更准确地揭示研究区土地利用变化的空间特征，同时也为了便于生态系统服务变化的分析，本文将黑河上游、黑河中游地区分开讨论。对比2000和2010年流域上、中游地区土地利用变化的分析结果如表1所示。

图2 黑河中上游2000和2010年土地利用图

表1 黑河中、上游2000—2010年各土地利用类型面积及变化

上游地区草地面积占上游总土地面积的76%以上，是绝对优势的生态类型。2000—2010年，草地面积大量减少，减少面积为2161.6km2，动态度为0.96%，占研究区土地总面积的比例由84.18%下降到76.12%。耕地、林地、未利用地、水域和城乡工矿居民用地面积增加，其中耕地增加幅度最大，由15.5km2增加到47.4km2，动态度为20.58%；上游地区是研究区林地分布和增加的主要区域，增加了1837.9km2，动态度为12.02%；未利用地以裸岩和荒漠为主，增加面积为1377.1km2，动态度为11.42%；冰川积雪覆盖地面积的减少幅度较大，动态度为8.16%。

中游地区未利用地面积占中游总土地面积的80%以上，植被盖度极低，林地面积较小。2000—2010年，耕地、林地和城乡工矿居民用地面积增加，其余类型面积减少。在面积增加的类型中，耕地和城乡工矿居民用地是研究区分布和增加的主要区域，其中耕地增加面积为2410.8km2，占研究区新增耕地面积的98.7%，动态度为6.46%；随着防护林的建设，中游地区林地大幅增加，由969km2增加到1816.9km2，动态度为8.75%。在面积减少的类型中，草地的减少量最大，由8098.5km2减少到5462.7km2，动态度为3.25%；水域湿地和冰川积雪覆盖地大幅减少，动态度分别为7.7%和8.59%；未利用地面积减少222.7km2，动态度最小，仅为0.04%。

总体看来，黑河中上游地区土地利用类型以未利用地为主，占研究区总土地面积的比例达60%以上；从植被生态系统来看，草地的分布面积远大于林地的分布面积，是构成植被生态系统的主体。2000—2010年，草地、水域和冰川积雪面积呈减少趋势，减少面积分别为4797.5、378.1km2和1179.2km2，年均递减率分别为1.56%、5.81%和8.17%；耕地、林地、未利用地和城乡工矿居民用地增加，增加面积分别为2442.7、2685.8、1154.4km2和72km2，年均递增率分别为6.51%、10.75%、0.19%和1.82%。其中，耕地和城乡工矿居民用地面积的大小可用来表示人类对自然生态的干预程度，2000—2010年，耕地和城乡工矿居民用地占土地总面积的比例由4.19%增加到6.73%，说明人类活动对自然生态的干预加剧了。

3.1.2 土地利用类型流入流出分析

黑河中上游2000—2010年土地利用类型的转化过程(表2和图3)可以总结为以下几点：(1)耕地面积大幅增加，主要由中游荒漠和草地转化而来，其转移量分别占耕地面积的13.3%和12.9%；(2)草地面积大量减少，转出量为8569.5km2，主要表现为肃南、山丹及民乐等地的草地转化为林地或退化为未利用地，同时上游冰川积雪覆盖地和中游未利用地转化为草地，补偿了草地的缩减；(3)林地的转变以其它土地类型的转入为主，上游主要为林地和草地的相互转化，其中肃南县林地增加的面积占研究区林地增加总面积的55%以上，中游林地转出和转入的方向主要为未利用地，林地的荒漠化和荒漠造林是林地减少和增加的主要原因；(4)水域和冰川积雪覆盖地面积较小且大幅转出，水域面积有53.8%转变为了未利用地，冰川积雪覆盖地绝大部分被草地(73.9%)和未利用地中的裸岩(11.2%)替换；(5)城乡工矿居民用地转入面积为350.2km2，除玉门市、山丹县等地为减少趋势外，其余地区均增加，主要来源于对未利用地中的沙裸地、荒漠以及耕地的侵占，同时部分城乡工矿居民用地也向其它用地转化。(6)未利用地转化的空间差异性较大，其增加主要分布在肃南和玉门等地，其增加面积占增加总面积的150%，主要来源于低覆盖度草地和沼泽滩地；金塔和肃北两县的未利用地减少。

表2 黑河中上游2000—2010年土地利用类型转移矩阵

图3 主要土地利用类型转化的空间分布

3.1.3 土地利用程度及变化

根据公式2计算得到黑河中上游2000和2010年各县市(区)的土地利用程度指数(图4)，黑河中上游地区的综合土地利用程度较低，土地利用程度综合指数为144.5，从空间上来看，大致表现为由东南向西北逐渐降低的趋势，变化在100.3—213.4之间，这主要是由于南部植被条件较好，中部绿洲农业发达，而北部偏远地区水资源缺乏，人类活动较小。

从土地利用程度的变化来看，黑河中上游地区的土地利用程度整体略有上升趋势，由2000年的144.5增加到2010年的145.9，表明2000—2010年该区域土地利用处于发展上升期。土地利用程度变化的空间差异性较大，上游地区的土地利用程度降低，而中游除玉门和肃北降低外，其它地区的土地利用程度均为上升趋势，尤其是民乐县，由182.2增加到213.4，其次为山丹和肃州地区。

3.2 黑河中上游地区生态系统服务物质量变化分析

水源涵养功能的主体为植被和植被覆盖下的土壤，上游祁连山地区是黑河流域的水源地，具有重要的产水和蓄水功能，其水源涵养量的多少关乎着整个流域的可利用水资源量，因此，本文在评价水源涵养功能时重点分析上游祁连山地区植被的水源涵养量，根据土地利用的研究结果，上游植被以林地和草地为主，耕地面积少，故暂不考虑耕地的水源涵养功能。土壤保持主要通过植被的保持水土和防风固沙功能来实现，黑河上游山区降水多，坡度大，植被的土壤保持功能主要体现在防止水土流失方面，而在中游地区，降水稀少，风力大，机械干扰和物理风化作用强烈，土壤侵蚀以风蚀为主，因此，中游地区的土壤保持功能更重要表现在防风固沙。基于此，本文估算的区域土壤保持量包括上游地区植被减少的保持水土量和中游植被的防风固沙量。

图4 2000和2010年土地利用程度空间分布

3.2.1 水源涵养量的估算

(1)土壤水源涵养量

根据孙昌平等[27]及张学龙等[28]对祁连山地区林地土壤物理性能的研究结果，计算得到上游地区乔木林地(青海云杉林和祁连圆柏林，本文简称林地)和灌木林地枯枝落叶层的持水能力(表3)。假设枯枝落叶层的持水能力不变，计算得到2000年和2010年黑河上游枯枝落叶层的持水量(表4)。2000年黑河上游林地枯枝落叶层的持水量为0.151×108t，随着乔木林地和灌木林地面积的大幅增加，到2010年增加到0.331×108t，提高了1.2倍。

根据成彩霞等[29]和孙昌平等[27]在祁连山森林生态站西水试验区的研究结果，计算得到乔木林地、灌木林地和草地0—0.6m土层的平均非毛管孔隙度(表3)，进而分别对各植被类型下矿质土壤层的贮水量进行了估算，估算结果见表4。结果表明，黑河上游地区土壤的水源涵养量以矿质土壤层的贮水量为主，占涵养水源总量的87%以上。2000—2010年，黑河上游地区土壤涵蓄水量大幅增加，2000年蓄水量为1.625×108t，到2010年增加到2.568×108t，土壤蓄水量的增加主要是由持水能力较强的林地和灌木林地的面积大幅增加带来的，分别增加了0.505×108t和0.512×108t，而草地面积减小导致土壤贮水量减少了0.074×108t。

表3 黑河上游土壤物理特征参数

表4 黑河上游土壤贮水量估算结果

3.2.2 土壤保持功能

(1)黑河上游地区土壤保持量

根据汤萃文等[30]对祁连山北坡东段哈溪保护站土壤侵蚀模数的研究结果，计算得到上游地区乔木林地、灌木林地、草地和耕地的平均侵蚀模数，代入公式6，得到各植被类型的土壤保持量。其中，潜在侵蚀能力按照裸地的侵蚀能力(9014t km-2a-1)来估算。

表5 黑河上游地区不同土地类型土壤保持量估算结果

从表5可以看出，2000—2010年，黑河上游地区的土壤保持量增加了216.2×104t，土壤保持量略有提高。其中，由于林地和耕地面积的增加，林地、耕地的土壤保持量都呈增加趋势，分别增加1591.3×104t和20.9×104t，同时草地荒漠化导致土壤保持量减少1396×104t，大大削弱了上游地区土壤保持量的增加。

(2)黑河中游地区土壤保持量

黑河中游地区的土壤侵蚀类型主要为风蚀，根据马海艳等[31]对黑河中游山前平原区耕地、草地和荒地土壤侵蚀速率的研究结果，按照公式6，对中游地区耕地、草地和林地的土壤保持量进行了估算。其中，潜在土壤侵蚀速率按照荒地的侵蚀速率(5341.6 t km-2a-1)估算，防护林地和灌木林地侵蚀速率的估算按照荒地侵蚀速率的15.7%来估算[32]。估算结果见表6。

表6 黑河中游地区不同土地类型土壤保持量估算结果

由上表可见，2000—2010年，黑河中游地区的土壤保持量由2681.8×104t增加到2853.7×104t，增加了171.9×104t。其中，林地和耕地的土壤保持量分别增加了381.8×104t和346.3×104t，而草地面积的减少导致土壤保持量大量减少，减少量为556.2×104t。

(3)黑河中上游地区土壤保持总量

黑河中上游地区土壤保持功能提供的主体为草地，草地的土壤保持量占土壤保持总量的75%以上，2000—2010年草地面积的大幅减少大大降低了黑河中上游地区的土壤保持量，草地的减少导致土壤保持量减少1952.2×104t，而林地和耕地的增加提高了土壤的保持量，弥补了草地面积减少损失的土壤保持量，2000—2010年，黑河中上游土壤保持量呈略有提高的趋势，土壤保持量由2000年的18600.6×104t增加2010年的18988.7×104t，增加了388.1×104t。

4 结论与讨论

4.1 不确定性分析

冰川积雪面积的变化对季节和随机气象事件的发生非常敏感，尤其是积雪面积的变化具有较大的时间波动性和不确定性，这使得利用遥感影像数据进行冰川积雪变化的研究存在一定的随机性和不确定性。有关黑河上游地区冰川积雪面积及其变化的研究，各学者得到的研究结果也存在很大差异，但大都表明夏季冰川积雪面积的年际变化为减少趋势[33- 34]。本研究中得到2010年冰川积雪面积比2000年大量减少，主要转变为草地和裸地，这一方面可能与两期影像数据的拍摄时间不同，导致冰雪的消融程度不同有关，也存在2000年影像图片拍摄于下雪之后等的可能性。

4.2 黑河流域土地利用变化驱动力分析

气候变化和人类活动流域土地利用变化的两大驱动力，两大驱动力相互影响，共同作用。

近年来黑河流域气温上升速率高于北半球的平均升温率[35]，引发流域土地利用的显著变化。冰川积雪面积大量消减，主要是由气候变暖导致的，根据祁连、野牛沟、托勒3个国家级气象站1960—2010年的气象资料(来源于中国气象科学数据共享服务网)分析，近50年来上游地区气温呈极显著上升趋势，上升速率为0.034℃/a，而从气温的年代变化来看，2000—2010年的年均温比1990—2000年的年均温高0.6℃，气温的升高加速了冰川积雪的消融。王璞玉等人[36]的研究结果表明1950年/1970年—2003年该流域冰川面积缩小了29.6%，而本研究结果表明2000—2010年中上游冰川面积年均缩小约8%，未来气候持续变暖的条件下该流域冰川面积将持续缩小。气温升高同时也会促使冰川积雪覆盖地向草地转化、草地向林地转化。

此外，水域和湿地面积大度缩减，这是气候变化和人类活动共同作用的结果。1960年以来，上游地区气温极显著升高的同时降水量的增加趋势也较为显著，年均增长1.16mm，同时，根据山丹、张掖、高台、酒泉、金塔、鼎新、玉门镇、马鬃山8个气象站近50年来的气象资料分析，黑河中游地区降水量有所增加但趋势不显著，年均增加0.47—0.67mm(平均年增长率为0.31mm)，而气温与上游地区一样呈极显著上升趋势，年均升高0.028—0.053℃(平均年升高率为0.036℃)。由于降水量增加幅度较小，不足以平衡气温升高带来的蒸发量增加，加上人口增长带来需水量增加以及调水政策的实施，导致地表水量进一步减少、地下水位下降，生态用水减少，由于缺少水源补给，部分河流、沼泽和湖泊干涸，大面积湿地萎缩，荒漠化加剧。马鸿勇等人的研究[37]表明，气候变化使黑河流域地表向干旱化发展的趋势加快，加上人类活动的影响，2001—2008年黑河流域中上游湿地面积累计减少了166.7km2，而本研究结果表明2000—2010年中上游水域和湿地面积减少了378.1km2，其中有350.0km2转变为了未利用地，主要是荒漠和裸土沙地。

黑河流域引发土地利用变化的人为因素主要是人类的开发活动和近年来实施的生态治理措施。随着人类影响的深入，城乡工矿居民用地增加，中游人类活动密集区耕地面积大幅度增加，大量的荒漠和草地被开垦为耕地，尤其是民乐和山丹两县，其耕地增加的面积分别占研究区耕地增加总面积的29.1%和30.1%。2000—2010年，黑河上游地区实施了一系列生态治理措施，如天然林封育、草地围栏封育、人工造林、黑土滩沙化治理等，这些工程的实施增加了上游和中游地区林地面积，但是由于流域水资源消耗和降雨量的减少部分地区林地和草地呈现退化趋势，荒漠造林和林地荒漠化是人类和环境共同影响的结果。

4.3 土地利用变化对流域水土保持功能的影响

黑河流域干旱缺水、生态环境脆弱，水源涵养和土壤保持功能的发挥对流域生态环境稳定性具有重要作用。在气候变化和人类活动共同作用下，该流域土地利用变化在2000—2010年发生了显著变化，这些变化影响区域的物质循环和能量流动，进而影响到水源涵养和土壤保持服务功能的发挥。

2000—2010年，黑河中上游地区土壤储水量显著增加，主要原因为林地的大面积增加。然而，冰川面积缩小、林地和耕地面积的持续增加可能消耗更多的水资源，因此在流域气候暖干化背景下，未来该地区水资源短缺将会持续加重。

2000—2010年黑河中上游地区土壤保持力呈现增加趋势，主要原因为林地和耕地面积的增加。然而应该看到，在人类活动用水量增加的情况下，生态用水进一步被挤占，这将直接导致原来的水域，包括河流、湖泊、沼泽滩地的面积迅速减少，地下水位持续降低[38]，进而影响植被尤其是中、低覆盖度草地以及依靠地下水维持生存的非灌区植被的退化，进而削弱天然植被的稳定性，在风力作用下容易造成潜在荒漠化，土壤保持功能可能受到影响。

4.4 黑河流域生态系统服务功能改善建议

针对黑河流域水源涵养和土壤保持功能的提升，提出以下建议：

(1)黑河中上游地区林地增加虽然增强了区域的水源涵养和土壤保持功能，但由于林地的蒸腾作用较强，气候暖干化，在黑河流域比较缺水的情况下需要适度发展。

(2)中游地区应严格控制耕地的大规模扩张趋势，确定适宜的耕地规模，保证生态用水的供给，保证黑河流域山地-绿洲-荒漠系统的稳定和可持续发展，实现生态系统服务功能的持续发挥。

(3)黑河流域湿对中上游土地利用变化较为敏感，同时湿地也是其它生态系统健康状况的重要指示，保护湿地对维护流域内生态稳定，对土壤保持功能的实现具有重要意义。为此，应积极开展湿地生态保护，对湿地进行封育保护，减少人为干扰，同时保护周围生态环境稳定性。必要时可逐渐退耕还湿或改为人工湿地，保证流域湿地面积的稳定。

致谢：中国科学院生态环境研究中心伍星老师和汪亚峰老师帮助写作，特此致谢。

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