论文题目：气候和土地利用变化背景下中国西北干旱区产水和水质净化服务评估 ——以博斯腾湖流域为例
摘要：水是生命之源,是可持续发展的核心要素,提供了生态、生产、生活方面必不可少的多项生态系统服务,尤其是干旱和半干旱地区,对地区的生态安全和人类生存具有重要意义。我国西北干旱区年降水量少、蒸发量大,近些年由于城镇化发展、农业种植面积扩张等,出现河流断流、地下水下降、可利用水资源短缺、湖泊水体富营养化等问题,严重影响了区域社会经济发展。本文从生态系统服务角度,以博斯腾湖流域为研究对象,利用气象、土地利用、数字高程、土壤等数据和InVEST模型,在气候和土地利用变化背景下,定量模拟和评估流域的产水服务和水净化服务,在历史基准期率定的参数方案基础上,对RCPs情景下未来的产水服务和水质净化服务进行模拟和评估,掌握产水量、氮磷量的时空动态变化过程,考察产水和水质净化服务对气候和土地利用变化的响应,期冀为区域的水资源管理和可持续发展提供决策支持,并为类似区域研究提供新的研究方法。本文主要研究结论如下:（1）博斯腾湖流域过去30年降水呈增加趋势,温室气体增加背景下,2020-2050年的年均降水量较历史基准期减少,但是未来时间段内变化却有所差别。1985-2015年的降水增长速率为2.61 mm/yr,随着温室气体浓度增加,2020-2050年降水在RCP2.6情景下减少速率为0.0361mm/yr,RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下增长速率分别为0.0017 mm/yr、0.0075 mm/yr、0.012 mm/yr。（2）博斯腾湖流域过去30年土地变化剧烈,耕地和建设用地增加迅速,林地、水域和未利用地减少较多。未来气候变化背景下,耕地和未利用地减少,其他用地增加。1985-2015年耕地、草地、城乡和建设用地分别增长1.66%、11.34%、0.25%,林地、水域和未利用土地分别减少0.28%、7.04%、5.94%。随着温室气体浓度增加,2050年耕地、未利用土地分别减少6.7%、7.24%,林地、草地、水域、城乡和建设用地分别增长1.55%、3.33%、0.28%、0.44%。（3）气候和土地利用变化背景下,博斯腾湖流域过去30年产水服务功能增强,水质净化服务功能减弱。1985-2015年产水量增长0.21%,氮磷保留量分别增长41.98%、40.56%,氮磷输出量分别增长35%、47.02%。综合流域产水量、氮磷保留量、氮磷输出量的空间分布看,西北部的产水服务、水质净化服务要优于东南部,两种服务都在博斯腾湖北部和西部最差。（4）随着温室气体浓度增加,在气候变化背景下,2050年博斯腾湖流域的产水服务功能降低,水质净化服务功能增强。从RCP2.6情景到RCP8.5情景产水量减少8.03%,产水服务功能降低,在RCP6.0情景下产水服务最好。虽然氮磷保留量分别减少4.32%、5.38%,但是氮磷输出量也分别减少6.96%、7.66%,可见水质净化服务功能增强,RCP8.5情景下水质净化服务最好。（5）博斯腾湖流域的产水服务受气候和土地利用变化影响。随着时间推移,历史基准期和未来时期的低降水区减少、高降水区增多,随之产水量表现出在低降水区减少、高降水区增多。产水量变化与土地利用变化保持一致,其中草地对产水的贡献最大,产水能力也最强,城乡和建设用地对产水的贡献最小,但产水能力最弱的是未利用土地。随着温室气体浓度增加,RCPs情景2050年只在耕地、林地、草地上出现产水,草地与产水的关系与历史基基准期一致,林地对产水的贡献最小,产水能力也最弱。博斯腾湖流域的水质净化服务受气候和土地利用变化影响。历史基准期和未来时期的氮磷保留量和输出量都在低降水区较高,高降水区较低。随着降水增加,氮磷保留量和输出量都在低降水区减少,高降水区增多。氮磷保留量变化与耕地、林地、草地、城乡和建设用地变化保持一致,与水域、未利用土地变化不一致。氮磷输出量变化与耕地、草地、水域、城乡和建设用地、未利用土地变化保持一致,与林地变化不一致。无论是历史基准期还是未来时期,耕地在氮磷保留和输出的贡献最大,林地、水域在氮磷保留和输出的贡献最小;耕地、城乡和建设用地在氮磷保留和输出能力较强,水域在氮磷保留和输出能力较弱。
关键词：气候变化;土地利用变化;博斯腾湖流域;生态系统服务;InVEST模型
学科专业：地图学与地理信息系统
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 水生态系统服务研究进展
1.2.2 水生态系统服务评估研究进展
1.3 研究存在问题
1.4 研究内容和技术路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 技术路线
1.5 研究方法
1.5.1 气候数据统计降尺度方法
1.5.2 空间分析方法
1.5.3 InVEST模型
1.6 拟解决的关键科学问题
1.7 本文特色与创新点
第二章 研究区概况及数据来源
2.1 研究区概况
2.1.1 地理位置
2.1.2 气候特征
2.1.3 水文状况
2.1.4 植被和土壤
2.1.5 社会经济
2.2 数据来源
2.2.1 气象数据
2.2.2 土地利用数据
2.2.3 数字高程数据
2.2.4 土壤数据
第三章 气候和土地利用变化
3.1 博斯腾湖流域过去30 年气候和土地利用变化动态
3.1.1 1985 年到2015 年气候变化
3.1.2 1985 年到2015 年土地利用变化
3.2 博斯腾湖流域未来气候和土地利用变化动态
3.2.1 2020 年到2050 年气候变化
3.2.2 2050 年土地利用变化
3.3 小结
第四章 气候和土地利用变化对产水服务的影响
4.1 博斯腾湖流域产水服务模拟
4.1.1 InVEST模型产水模块原理
4.1.2 产水模块数据及验证
4.2 博斯腾湖流域产水量分析
4.3 博斯腾湖流域气候和土地利用变化对产水量的影响
4.3.1 气候变化对产水量的影响
4.3.2 土地利用变化对产水量的影响
4.4 小结
第五章 气候和土地利用变化对水质净化服务的影响
5.1 博斯腾湖流域水质净化服务模拟
5.1.1 InVEST模型营养物输送率模块原理
5.1.2 营养物输送率模块数据及验证
5.2 博斯腾湖流域水质净化服务中氮磷量分析
5.3 博斯腾湖流域气候和土地利用变化对水质净化服务中氮磷量的影响
5.3.1 气候变化对水质净化服务中氮磷量的影响
5.3.2 土地利用变化对水质净化服务中氮磷量的影响
5.4 小结
第六章 未来气候和土地利用变化情景下产水和水净化服务评估
6.1 博斯腾湖流域未来产水服务评估
6.1.1 未来产水量模拟
6.1.2 气候变化对产水量的影响
6.1.3 土地利用变化对产水量的影响
6.2 博斯腾湖流域未来水净化服务评估
6.2.1 未来水净化服务中氮磷量模拟
6.2.2 气候变化对水净化服务中氮磷量的影响
6.2.3 土地利用变化对水净化服务中氮磷量的影响
6.3 小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 建议
7.3 研究不足与展望
参考文献
致谢