生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的最大收益。干旱地區(qū)的內(nèi)陸河流域具有各種關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)功能。目前，內(nèi)陸河流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正在銳減，如湖泊萎縮、土地退化和生物多樣性迅速降低。因此，新疆師范大學(xué)王勇輝教授團隊的研究選擇了受生態(tài)調(diào)水工程影響較大的塔里木河流域作為研究區(qū)域，通過不同情景的模擬，來量化生態(tài)調(diào)水工程的實施對流域生態(tài)系統(tǒng)的影響，并探討了生態(tài)調(diào)水工程對流域生態(tài)系統(tǒng)變化的影響。
該研究成果于近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment（中科院一區(qū)TOP，IF=9.8）上，新疆師范大學(xué)錢凱旋（碩士）為第一作者，新疆生態(tài)與地理研究所馬曉飛（助理研究員）和王勇輝（教授）共同指導(dǎo)。該研究成果得到新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室開放課題(2023D04073）、新疆第三次科學(xué)考察項目(2021xjkk0903)、中國博士后面上基金(2021M703470）、國家自然科學(xué)基金(42101302, 42261051, 42001262)的資助。
圖1. 研究區(qū)地理位置。
圖2. 塔里木河流域多因素與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同分析流程。GPC，糧食生產(chǎn)能力；RWEQ，修正后的土壤風(fēng)蝕方程；InVEST，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的綜合評估平臺；OB，整體效益；Eta，實際蒸散量；NDVI，歸一化植被指數(shù)；Tem，溫度；EWTP，生態(tài)輸水工程；SHDI: 香農(nóng)多樣性指數(shù)；Pre，降水。
為了顯示生態(tài)輸水工程所導(dǎo)致的塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化，研究選擇了輸水實施前后兩個時段進行時空變化趨勢分析。如圖3所示，WY在生態(tài)輸水前（1990-1999）表現(xiàn)為大部分區(qū)域下降，而輸水后（2000-2020）流域的中北部和南部有明顯的增加。
圖3. 塔里木河流域生態(tài)輸水前后ESs空間變化趨勢。WY代表產(chǎn)水量，CS代表固碳量，SF代表防風(fēng)固沙，HQ代表生境質(zhì)量，F(xiàn)P代表糧食產(chǎn)量。
為了進一步研究生態(tài)輸水工程對塔里木河流域中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提升效果，設(shè)定了兩種情景進行解釋。情景1：假定沒有人工生態(tài)輸水干擾的自然狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平；情景 2：生態(tài)輸水后的現(xiàn)實生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平。情景 2 與情景 1模擬結(jié)果之間的差異為生態(tài)輸水工程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生差異的量化。模擬結(jié)果顯示（圖 4），EWTP增強了TRB的所有ES。其中，變化最明顯的是FP，增加了35%，WY增加了18%，SF增加了13%，HQ增加了8%，CS增加了2%。
圖4. 生態(tài)輸水工程影響下塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間差異。WY代表產(chǎn)水量，CS代表固碳量，SF代表防風(fēng)固沙量，HQ代表棲息地質(zhì)量，F(xiàn)P代表糧食產(chǎn)量。
圖5. 多因素協(xié)同下生態(tài)輸水工程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合效益的影響。(a) EWTP實施前的模擬框架，(b) EWTP實施后的模擬框架。Pre代表降水量，NDVI代表歸一化植被指數(shù)，AET代表實際蒸散量，Tem代表溫度，SHDI代表景觀多樣性指數(shù)，OB代表生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合效益。EWTP代表生態(tài)輸水工程。藍色箭頭表示正向影響關(guān)系，紅色箭頭表示負向影響關(guān)系，剪切頭上的數(shù)字表示影響程度，星號表示基于P值的統(tǒng)計顯著性水平：“???”表示值小于0.01，結(jié)果非常顯著；“???”表示0.01< p 值<0.05，結(jié)果相對顯著；“??”表示0.05< p 值< 0.1，結(jié)果不顯著。
生態(tài)輸水以提供穩(wěn)定水源的方式，保障了流域的用水需求和生產(chǎn)活動。一方面，水資源的供應(yīng)改善了湖泊、河流和濕地等水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，減輕洪澇和旱災(zāi)的風(fēng)險；另一方面，輸水還給予了人們更多的機會和空間去治理生態(tài)環(huán)境問題，輸水這一措施極大增強了水資源在干旱區(qū)內(nèi)陸河流域中的重要作用。當(dāng)然，科學(xué)的進行水資源的調(diào)配必定會加快流域生態(tài)恢復(fù)的速度，合理的使用水資源顯得至關(guān)重要。因此，我們建議管理和決策者在實施區(qū)域水資源調(diào)動時，可首先對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)進行評估，包括水資源需求量、生物多樣性、水土流失、土地利用等，以了解生態(tài)系統(tǒng)特征和存在的問題。其次，明確生態(tài)輸水工程的目標(biāo)和指標(biāo)。根據(jù)流域的具體情況和當(dāng)?shù)鼐用竦那袑嵭枨?，確定生態(tài)輸水的目標(biāo)，例如改善濕地健康、保護水生生物、減輕洪澇風(fēng)險等。同時，制定相應(yīng)的評估指標(biāo)，用于評估生態(tài)輸水工程的效果和影響?？茖W(xué)管理水資源是生態(tài)輸水工程的關(guān)鍵。通過合理的水資源調(diào)度和管理，確保供水的穩(wěn)定性和適時性，這包括對水源地保護、水庫調(diào)度、水量分配等方面的管理措施。最后，利用生態(tài)系統(tǒng)模型和數(shù)值模擬工具，對生態(tài)輸水工程進行模擬和優(yōu)化設(shè)計。通過模擬不同方案的效果，評估其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，并優(yōu)化設(shè)計方案以最大程度地實現(xiàn)生態(tài)目標(biāo)。
王勇輝教授，主持國家自然科學(xué)基金、自治區(qū)自然科學(xué)基金、自治區(qū)區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新專項等多項科研項目；在國內(nèi)外主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文60余篇。指導(dǎo)學(xué)生獲得國家級、自治區(qū)級科研創(chuàng)新、教學(xué)大賽獎勵8項。
圖文來源：地理科學(xué)與旅游學(xué)院 編審：宣傳部
