岳東霞,陳冠光,朱敏翔,郭曉娟,周妍妍,李 凱,王 東,郭建軍,曾建軍

1 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,蘭州 730000 2 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院中國科學(xué)院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000 3 蘭州城市學(xué)院,蘭州城市學(xué)院地理與環(huán)境工程學(xué)院, 蘭州 730000

生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品和服務(wù)是人類生存、繁衍與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),生態(tài)承載力(Biocapacity)正是這一基礎(chǔ)的具體表現(xiàn)[1- 3]。對(duì)于人類而言,生態(tài)承載力為自然生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給人類可用的自然資源和吸納人類產(chǎn)生的廢棄物的能力,其可持續(xù)供給是保障區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和必要條件。生態(tài)承載力被認(rèn)為是生態(tài)科學(xué)最重要的概念之一,并且通過近年技術(shù)層面的相繼革新和多學(xué)科交叉的研究發(fā)展,生態(tài)承載力的理論與方法變得越來越成熟,由以往的生物種群環(huán)境容納量和生態(tài)承載力的單一限制因素(諸如食物、水和土地)研究,轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)于人類社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題和多因素、多尺度的系統(tǒng)研究[4]。

水是生命之源,是維系生態(tài)系統(tǒng)平衡的關(guān)鍵環(huán)境因子,在保障區(qū)域生態(tài)承載力的持續(xù)供給方面扮演著極其重要的角色,在我國干旱區(qū)內(nèi)陸河流域表現(xiàn)得尤為突出[5]。我國干旱區(qū)包括新疆全境、甘肅河西走廊、青海柴達(dá)木盆地及內(nèi)蒙古賀蘭山以西地區(qū),占我國國土面積的24.5%,分布著塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、柴達(dá)木盆地沙漠、庫姆塔格沙漠、騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠等。區(qū)內(nèi)氣候干旱、風(fēng)大沙多、土地貧瘠,是我國生態(tài)環(huán)境最為嚴(yán)酷和脆弱的地區(qū)。而區(qū)內(nèi)同時(shí)也分布著高大的山系,由此發(fā)育了眾多內(nèi)陸河系,形成了山地“水塔”和沙漠綠洲,也使得我國干旱區(qū)有別于世界上其他地帶性干旱區(qū)[5]。干旱區(qū)內(nèi)陸河流域由于氣候干旱,降水主要集中于上游山區(qū),因此上游的出山口徑流量基本代表著每條河流或每一流域的總水資源,上游來水流經(jīng)山前戈壁帶和綠洲帶,最后注入終端湖,形成了上中下游閉合的水循環(huán)系統(tǒng)。流域內(nèi)有水成綠洲,無水成荒漠,植被演替皆取決于生態(tài)需水[5]。天然植被在這種干旱環(huán)境條件下形成一種主要依靠地下水和降水維持生存和發(fā)展的特殊機(jī)制。可以說,生態(tài)水文過程控制著干旱區(qū)內(nèi)陸河流域基本的生態(tài)格局和生態(tài)過程,特別是控制著基本的植被分布格局和演替過程[6- 7],而植被在陸地生態(tài)系統(tǒng)中起著主導(dǎo)的作用[8],因此,生態(tài)水文過程也決定著流域生態(tài)承載力的分布格局和演變過程。在干旱區(qū)內(nèi)陸河流域,生態(tài)水文過程和生態(tài)需水的改變往往是生態(tài)系統(tǒng)退化、生態(tài)承載力降低的直接驅(qū)動(dòng)力。反之,在流域大尺度上天然植被和人工植被可以在多個(gè)層次上影響降水、徑流和蒸發(fā),進(jìn)而對(duì)生態(tài)需水量進(jìn)行重新分配,深刻地影響著流域的生態(tài)水文循環(huán)過程,且對(duì)流域的水土流失和土地荒漠化起到調(diào)控作用[9- 12]。此外,景觀格局變化因在較大的時(shí)空尺度上深刻改變著地表生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,而成為最重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)變化方式,這種變化對(duì)流域生態(tài)水文過程的影響也是顯著的[13-14]。可見,在流域大尺度的生態(tài)水文過程研究中必須綜合考慮植被與景觀格局變化對(duì)生態(tài)水文過程的作用機(jī)制。由此,我們可以得出這樣一個(gè)基本判斷：干旱區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水之間客觀存在著相互影響、相互作用的關(guān)系,它們的相互作用控制著流域生態(tài)格局的過去、現(xiàn)在和未來。

縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)展,由于流域生態(tài)需水不僅涉及多學(xué)科,而且涉及不同國家、區(qū)域的水資源管理政策措施,并要充分考慮不同流域獨(dú)特的景觀特征、生態(tài)承載能力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、歷史文化背景和人們的認(rèn)知程度等各個(gè)方面和多個(gè)發(fā)展目標(biāo),因此,研究難度很大,目前仍存在很多問題尚未解決,而且隨著環(huán)境變遷和社會(huì)發(fā)展,同一流域已有的研究成果也需要不斷地改進(jìn)和完善,才能適應(yīng)人類發(fā)展的需要[15- 18]。總之,開展特定流域景觀與生態(tài)承載能力下的生態(tài)需水研究是當(dāng)前水資源領(lǐng)域急需開展的研究工作。而對(duì)干旱區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)承載力和生態(tài)需水的時(shí)、空格局演變研究,探討二者之間的作用機(jī)制,顯得格外重要。 因此本文針對(duì)干旱區(qū)內(nèi)陸河流域大尺度生態(tài)水文過程耦合機(jī)制和生態(tài)水資源調(diào)控研究的不足[15],并瞄準(zhǔn)我國對(duì)干旱區(qū)生態(tài)安全建設(shè)的迫切需求，以疏勒河流域?yàn)榈湫脱芯繀^(qū)，引入生態(tài)承載力這一關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)，在流域尺度上開展生態(tài)水文過程耦合機(jī)制及相關(guān)研究，以期為疏勒河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

疏勒河流域地處我國西北干旱區(qū)腹地,位于93°22′—98°59′E,38°1′—42°47′N之間,東鄰巴丹吉林沙漠,西接庫姆塔格沙漠,北連馬鬃山脈低山、丘陵、戈壁灘,南為祁連山脈,流域面積約為1.25×105km2,是河西走廊三大內(nèi)陸河流域和國家7個(gè)水權(quán)試點(diǎn)流域之一[3,19- 21],流域區(qū)位圖見圖1。流域海拔高度在914—5816 m之間,北部地區(qū)較低,南部地區(qū)較高。屬于大陸性荒漠型氣候,作為典型的內(nèi)陸河流域,水源補(bǔ)給主要是由冰川融水和山區(qū)降水組成。流域土壤有7個(gè)土類,31個(gè)亞類,63個(gè)土屬。疏勒河流域范圍包括酒泉市下轄的敦煌市、玉門市、肅北縣、瓜州縣、阿克塞縣及青海省天峻縣和德令哈的一部分(本文只討論流域內(nèi)所轄區(qū)域)。截止2018年底,流域總?cè)丝?2.42萬人,農(nóng)業(yè)人口22.14萬人,多年人口自然增長(zhǎng)率4.54‰。目前人均水資源占有量為2933.7 m3。截止2014年底,疏勒河全流域生產(chǎn)總值35.128億元,工業(yè)增加值165.01億元,人均國內(nèi)生產(chǎn)總值6.7萬元。同時(shí)流域內(nèi)有享譽(yù)國際的敦煌莫高窟、月牙泉、陽關(guān)和玉門關(guān)遺址等世界文化遺產(chǎn),是我國生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施的重要節(jié)點(diǎn)區(qū)域,將其建設(shè)成為我國西部干旱區(qū)生態(tài)文明保護(hù)屏障,對(duì)國家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃具有重要戰(zhàn)略意義[22]。

圖1 疏勒河流域區(qū)位圖Fig.1 The location of Shule River Basin

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

根據(jù)1995、2000、2005、2010和2015年疏勒河流域5期LandsatTM/ETM+/OLI遙感數(shù)據(jù)(30 m分辨率),解譯獲得土地利用數(shù)據(jù),在Erdas9.2和ArcGIS10.3軟件下,將土地利用類型分為6個(gè)一級(jí)景觀類型和25個(gè)二級(jí)景觀類型。

水文氣象數(shù)據(jù)來源于甘肅省水文局、中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心和甘肅省氣象局,包括敦煌(1952—2013年)、瓜州(1951—2013年)、玉門(1953—2013年)和酒泉(1951—2013年)氣象站的多年氣象資料。部分降水與蒸發(fā)數(shù)據(jù)來源于甘肅省水利科學(xué)研究院和清華大學(xué),根據(jù)其收集疏勒河流域56年降水與20 cm常規(guī)蒸發(fā)皿觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析,得到多年各月降水量與蒸發(fā)量[23]；徑流與輸沙數(shù)據(jù)來源于甘肅省水文水資源局,包括流域內(nèi)的黨河(1955—2016年)、雙塔堡水庫(1961—2016年)、玉門市(1978—2016年)、黨城灣(1966—2016年)、潘家莊(1959—2016年)和昌馬堡(1956—2016年)的多年徑流資料。植被影響系數(shù)參考內(nèi)陸河流域、河西走廊玉門鎮(zhèn)以及石羊河流域相關(guān)試驗(yàn)成果作為計(jì)算依據(jù)[24]。單位面積蒸發(fā)量,根據(jù)植物生長(zhǎng)確定疏勒河中游植被潛水埋深變動(dòng)范圍[3,24-25]。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)承載力模型

生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品和服務(wù)是人類生存、繁衍與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),而生態(tài)承載力正是這一基礎(chǔ)的具體表現(xiàn)。本文基于生態(tài)足跡法開展生態(tài)承載力研究[26- 28]。生態(tài)承載力,研究區(qū)域內(nèi)一定時(shí)期(通常為一年)所有可用的生物生產(chǎn)性土地和水域面積的總和：

BC=∑Ai×YFi×EQFi

(1)

式中,BC為生態(tài)承載力,單位為全球公頃(ghm2)。Ai為面積；YFi為產(chǎn)量因子,即某個(gè)國家或地區(qū)的某種生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力與全球同類土地的平均生產(chǎn)力之間的比率；EQFi為均衡因子,即將全球某類生物生產(chǎn)性土地的平均生態(tài)生產(chǎn)力除以全球各類生物生產(chǎn)性土地的平均生態(tài)生產(chǎn)力[29]。

為了使生態(tài)承載力計(jì)算的結(jié)果盡可能的符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,在計(jì)算近20年疏勒河流域生態(tài)承載力時(shí),鑒于產(chǎn)量因子和均衡因子計(jì)算和獲取的難度,采用了相近年份的甘肅省產(chǎn)量因子和全球均衡因子[3,29,30-32]。

2.2.2天然植被生態(tài)需水模型

干旱內(nèi)陸區(qū)主要以天然植被為主,而且天然植被在這種干旱環(huán)境條件下形成一種主要依靠地下水和降水維持生存和發(fā)展的特殊機(jī)制,干旱地區(qū)植被的生長(zhǎng)主要取決于地下水[24,33]。建立的計(jì)算Wv的數(shù)學(xué)模型：

(2)

式中,Wv為天然植被年生態(tài)需水量(m3/a)；K為植被系數(shù)；ETij為月的潛水蒸發(fā)量(mm)；Ai為生態(tài)區(qū)(林地、草地等)的面積(m2)。

其中,ETi j可根據(jù)阿里維楊諾夫公式計(jì)算[34],即：

ETij=a(1-H/Hmax)b·(EΦ20)ij

(3)

式中,(EΦ20)ij為月的常規(guī)氣象蒸發(fā)皿蒸發(fā)值(mm)；H為地下水埋深(m)；Hmax為地下水蒸發(fā)極限深度(m)；a、b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；i=1,2,…,n；j=1,2,…,12[24]。

計(jì)算方法中待定參數(shù)包括極限地下水埋深Hmax、系數(shù)a,b,文中關(guān)于參數(shù)的標(biāo)定是根據(jù)甘肅水文二隊(duì)、中科院旱寒所、甘肅省水利科學(xué)研究院和清華大學(xué)在玉門、張掖等地的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所得。各有關(guān)參數(shù)確定如下：在干旱區(qū),有植被蓋度的區(qū)域以5 m為限,荒漠區(qū)(植被覆蓋度<5%)以4.5 m為限,河道湖泊根據(jù)土質(zhì)要求以3.5 m為限[24,35]。如果極限地下水埋深大于這些深度,其潛水蒸發(fā)量可近似認(rèn)為等于零,這也是目前水文地質(zhì)計(jì)算中普遍采用的值[3,24,35-36]。標(biāo)定公式計(jì)算的潛水蒸發(fā)量只與地下水埋深相關(guān)。根據(jù)荒漠區(qū)特點(diǎn),不同土質(zhì)潛水蒸發(fā)公式參數(shù)不同,因而參考確定a、b的值[3,24,35-36]。根據(jù)干旱區(qū)陸面蒸發(fā)觀測(cè)資料,地表蒸發(fā)隨地下水位的變化而變化,當(dāng)?shù)叵滤宦裆钸_(dá)到4.0 m時(shí),潛水蒸發(fā)量?jī)H為15.9mm/a[3,24,35-36]。另外,根據(jù)收集到流域降水與20 cm口徑蒸發(fā)皿(E20)觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析得到多年各月降水量與蒸發(fā)量,全年平均降水為63.78mm,平均蒸發(fā)2704.87mm[3,24]。不同潛水埋深下的植被蒸騰對(duì)潛水的影響系數(shù)是由參考干旱區(qū)內(nèi)陸河流域相關(guān)試驗(yàn)成果作為計(jì)算依據(jù)[24,35,37]。

3 結(jié)果與分析

3.1 疏勒河流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水時(shí)空關(guān)系

3.1.1近20年疏勒河流域生態(tài)承載力時(shí)序變化分析

利用確定的土地利用數(shù)據(jù)、產(chǎn)量因子、均衡因子,結(jié)合式(1)生態(tài)承載力模型計(jì)算近20年疏勒河流域生態(tài)承載力,由表1和圖2可知,疏勒河流域近20年的生態(tài)承載力整體呈上升趨勢(shì),且在2000—2005年迅速增長(zhǎng),2005—2015年變化較為平穩(wěn)；全流域不同土地利用類型的生態(tài)承載力差異明顯。其中近20年耕地和林地生態(tài)承載力呈下降趨勢(shì),且林地下降趨勢(shì)較耕地更為顯著,2005年后兩類生態(tài)承載力變化較小；草地和水域生態(tài)承載力整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),且近20年上升趨勢(shì)明顯,之后變化平穩(wěn)。城鄉(xiāng)工礦居民用地生態(tài)承載力最高,波動(dòng)幅度較大,整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

表1 近20年疏勒河流域生態(tài)承載力變化/ghm2

圖2 近20年疏勒河流域、縣域生態(tài)承載力時(shí)序動(dòng)態(tài)圖Fig.2 Biocapacity temporal dynamic of Shule River Basin and different counties over 20 years

3.1.2疏勒河流域天然植被生態(tài)需水時(shí)序變化分析

依據(jù)實(shí)際調(diào)查資料確定每種植被類型的地下水埋深范圍和平均埋深,并按公式(2)、(3)計(jì)算,結(jié)果如下。圖3為不同植被的月潛水蒸發(fā)量和不同潛水埋深的天然植被月潛水蒸發(fā)總量雷達(dá)圖,表2為流域近20年不同植被類型生態(tài)最小需水量(單位：108m3),表3為天然植被不同縣域生態(tài)需水(單位：108m3)。

圖3 不同植被的月潛水蒸發(fā)量和不同潛水埋深的天然植被月潛水蒸發(fā)總量雷達(dá)圖Fig.3 Radar charts of monthly phreatic evaporation with different vegetation and total quantity of monthly phreatic evaporation with different water table depth

土地利用類型 Land use type19952000200520102015有林地 Forestland0.0427 0.0422 0.0419 0.0419 0.0410 灌木林地 Shrubland1.0520 1.0364 1.0285 1.0234 1.0261 疏林地 Sparse forestland0.1255 0.2411 0.2259 0.2260 0.2288 其他林地 Other forestland0.0325 0.0296 0.0344 0.0346 0.0345 高覆蓋度草地 High coverage grassland0.7748 2.7894 2.7926 2.8117 2.8100 中覆蓋度草地 Moderate coverage grassland0.5885 0.7408 0.7394 0.7418 0.7411 低覆蓋度草地 Low coverage grassland7.5771 7.4914 7.4864 7.5058 7.4973 合計(jì) Total10.1930 12.3711 12.3490 12.3852 12.3788

表3 天然植被不同縣域生態(tài)需水量/×108m3

3.2 疏勒河流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水時(shí)空關(guān)系

3.2.1流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水時(shí)序分析

圖4 流域尺度下近20年生態(tài)承載力與生態(tài)需水時(shí)序關(guān)系 Fig.4 Temporal relation between biocapacity and ecological water demand based on watershed scale over 20 years

在柵格尺度下,對(duì)核算的縣域生態(tài)需水、縣域林地生態(tài)需水、縣域草地生態(tài)需水分別與縣域生態(tài)承載力、縣域林地生態(tài)承載力、縣域草地生態(tài)承載力對(duì)應(yīng)開展統(tǒng)計(jì)分析。流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),近20年來伴隨流域生態(tài)承載力的增加,生態(tài)需水也呈增加趨勢(shì),呈非常明顯的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.6076(圖4),在以縣域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元的縣域尺度下,生態(tài)承載力的變化對(duì)生態(tài)需水變化的解釋能力為22.99%(圖5),說明基于生態(tài)承載力這一指標(biāo)對(duì)生態(tài)需水開展度量是存在可行性的。與此同時(shí),林地生態(tài)承載力的變化對(duì)林地生態(tài)需水變化的解釋能力更是達(dá)到了87.23%(圖6),草地生態(tài)承載力的變化對(duì)草地生態(tài)需水變化的解釋能力也達(dá)到了73.09%(圖7),意味著自然植被的生態(tài)承載力與生態(tài)需水的相關(guān)性更密切。

圖5 不同縣域尺度下近20年生態(tài)承載力與縣域生態(tài)需水時(shí)序關(guān)系Fig.5 Temporal relation between biocapacity and ecological water demand based on county scale over 20 years

圖6 近20年不同縣域下林地生態(tài)承載力與林地生態(tài)需水時(shí)序關(guān)系Fig.6 Temporal relation between biocapacity and ecological water demand of forest land based on county scale over 20 years

圖7 近20年不同縣域下草地生態(tài)承載力與草地生態(tài)需水時(shí)序關(guān)系Fig.7 Temporal relation between biocapacity and ecological water demand of grassland based on county scale over 20 years

3.2.2流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水空間分析

根據(jù)單位面積生態(tài)承載力、天然植被生態(tài)需水空間分布數(shù)據(jù),利用ArcGIS軟件的熱點(diǎn)分析方法(Getis-Ord Gi*),將有統(tǒng)計(jì)顯著性的高值(熱點(diǎn))和低值(冷點(diǎn))進(jìn)行空間聚類。從整體來看,近20年流域單位面積生態(tài)承載力與天然植被生態(tài)需水的熱點(diǎn)區(qū)均主要分布在平原帶(敦煌平原、西湖平原、瓜州平原、鎖陽城平原、玉門平原,甘海子平原、雙塔水庫平原、昌馬灌區(qū)平原等)、平原綠洲濕地生態(tài)功能區(qū)和高海拔南部祁連山區(qū)和北部的馬鬃山脈(圖8),冷點(diǎn)區(qū)域分布也比較集中,可見該流域生態(tài)承載力和生態(tài)需水的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)區(qū)域均呈現(xiàn)相似的空間分布格局,說明生態(tài)承載力和生態(tài)需水二者之間在空間尺度上也呈正相關(guān)關(guān)系。

圖8 近20年生態(tài)需水和絕對(duì)生態(tài)承載力熱點(diǎn)空間分布圖Fig.8 Hotspot spatial distribution of ecological water demand and biocapacity over 20 years

進(jìn)一步分析可知,該流域縣域生態(tài)需水量的高值集中出現(xiàn)在生態(tài)承載力1×105—5×105ghm2之間,天然植被中林地生態(tài)需水量的高值集中出現(xiàn)在生態(tài)承載力1.5×105ghm2以下,天然植被中草地生態(tài)需水量的高值集中出現(xiàn)在生態(tài)承載力2×105ghm2以下,三者的交集出現(xiàn)在1×105—1.5×105ghm2,說明生態(tài)承載力在1×105—1.5×105ghm2區(qū)間內(nèi),流域生態(tài)需水量最大,為此可以基本判定這個(gè)區(qū)間為生態(tài)需水的高值區(qū),在今后的城市規(guī)劃和控制規(guī)劃里,可以以此為依據(jù)判定生態(tài)需水保護(hù)范圍,劃定水資源一、二、三級(jí)保護(hù)區(qū)。

4 結(jié)論與討論

針對(duì)疏勒河流域水資源匱乏、生態(tài)環(huán)境功能退化現(xiàn)狀,引入生態(tài)承載力和生態(tài)需水2個(gè)關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo),在景觀格局背景下,本文開展了流域生態(tài)承載力和生態(tài)需水時(shí)空動(dòng)態(tài)研究,探討了流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水的時(shí)空耦合關(guān)系。

疏勒河流域近20年生態(tài)承載力呈現(xiàn)上升趨勢(shì),空間異質(zhì)性高,但空間分布變化較小。近20年流域天然植被生態(tài)需水量呈明顯的增加趨勢(shì),近20年共增加2.19×108m3,年均增加0.11×108m3,其中高覆蓋度草地生態(tài)需水量增加最多。

基于獲得的近20生態(tài)承載力和生態(tài)需水?dāng)?shù)據(jù),深入分析了不同時(shí)空尺度的生態(tài)承載力與生態(tài)需水的相互關(guān)系。結(jié)果表明,近20年來伴隨流域生態(tài)承載力的增加,生態(tài)需水也呈增加趨勢(shì),呈非常明顯的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.6076。以縣域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元,流域生態(tài)需水與生態(tài)承載力正相關(guān)關(guān)系也較高,尤其是林、草地的生態(tài)需水與生態(tài)承載力正相關(guān)關(guān)系更高,擬合優(yōu)度R2分別達(dá)0.8519、0.7235,說明林、草地生態(tài)承載力的變化對(duì)生態(tài)需水變化的解釋能力更強(qiáng),二者之間的關(guān)系更為緊密。利用熱點(diǎn)分析,發(fā)現(xiàn)流域近20年單位面積生態(tài)承載力與天然植被生態(tài)需水變化的熱點(diǎn)區(qū)域主要分布在平原帶、平原綠洲濕地生態(tài)功能區(qū)、部分高海拔南部祁連山區(qū)和北部的馬鬃山脈,冷點(diǎn)區(qū)域分布也比較集中且格局相似,說明該流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水在空間尺度上也呈正相關(guān)關(guān)系。以上結(jié)論說明疏勒河流域景觀格局變化深刻影響著流域生態(tài)承載力和生態(tài)需水的變化,生態(tài)承載力與生態(tài)需水呈密切的相互依存、相互影響和趨向一致的時(shí)空耦合關(guān)系。

甄別疏勒河流域生態(tài)承載力和生態(tài)需水高(低)值區(qū),可為流域生態(tài)需水的空間配置提供重要依據(jù)。今后可以考慮給二者的高值區(qū)優(yōu)先和加大配置生態(tài)水資源量,以提高流域水資源的利用效率。

在干旱區(qū)內(nèi)陸河流域,植被的生物生產(chǎn)量變化不僅直接決定著生態(tài)承載力的改變,而且其變化也直接導(dǎo)致植物耗水過程的變化,進(jìn)而影響到植物的生態(tài)需水,使得流域生態(tài)承載力與生態(tài)需水在時(shí)間和空間尺度上均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,而它們的相互作用又控制著流域生態(tài)格局的變化?；谶@一結(jié)論,干旱區(qū)地方政府可以根據(jù)流域生態(tài)承載力未來的變化趨勢(shì)來優(yōu)化和調(diào)控生態(tài)需水量,并建立以生態(tài)承載力可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的區(qū)域生態(tài)水資源優(yōu)化配置方案,以保障該流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)有序開展。

本文引入生態(tài)承載力和生態(tài)需水兩個(gè)指標(biāo),初步探究了生態(tài)承載力和生態(tài)需水的時(shí)空耦合關(guān)系,下一步在繼續(xù)提高生態(tài)需水和生態(tài)承載力計(jì)算的空間分辨率的基礎(chǔ)上,可借鑒諸如貝葉斯理論,進(jìn)一步深入開展生態(tài)承載力和生態(tài)需水的關(guān)系研究,推動(dòng)流域“生態(tài)需水-態(tài)承載力-社會(huì)經(jīng)濟(jì)”三者的耦合和可持續(xù)發(fā)展。