生态系统服务是人类直接或间接从生态系统中获得的最大收益。干旱地区的内陆河流域具有各种关键的生态系统功能。目前，内陆河流域的生态系统服务正在锐减，如湖泊萎缩、土地退化和生物多样性迅速降低。因此，新疆师范大学王勇辉教授团队的研究选择了受生态调水工程影响较大的塔里木河流域作为研究区域，通过不同情景的模拟，来量化生态调水工程的实施对流域生态系统的影响，并探讨了生态调水工程对流域生态系统变化的影响。
该研究成果于近日发表在国际学术期刊Science of the Total Environment（中科院一区TOP，IF=9.8）上，新疆师范大学钱凯旋（硕士）为第一作者，新疆生态与地理研究所马晓飞（助理研究员）和王勇辉（教授）共同指导。该研究成果得到新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(2023D04073）、新疆第三次科学考察项目(2021xjkk0903)、中国博士后面上基金(2021M703470）、国家自然科学基金(42101302, 42261051, 42001262)的资助。
图1. 研究区地理位置。
图2. 塔里木河流域多因素与生态系统服务的权衡与协同分析流程。GPC，粮食生产能力；RWEQ，修正后的土壤风蚀方程；InVEST，生态系统服务权衡的综合评估平台；OB，整体效益；Eta，实际蒸散量；NDVI，归一化植被指数；Tem，温度；EWTP，生态输水工程；SHDI: 香农多样性指数；Pre，降水。
为了显示生态输水工程所导致的塔里木河流域生态系统服务变化，研究选择了输水实施前后两个时段进行时空变化趋势分析。如图3所示，WY在生态输水前（1990-1999）表现为大部分区域下降，而输水后（2000-2020）流域的中北部和南部有明显的增加。
图3. 塔里木河流域生态输水前后ESs空间变化趋势。WY代表产水量，CS代表固碳量，SF代表防风固沙，HQ代表生境质量，FP代表粮食产量。
为了进一步研究生态输水工程对塔里木河流域中生态系统服务的提升效果，设定了两种情景进行解释。情景1：假定没有人工生态输水干扰的自然状态下的生态系统服务水平；情景 2：生态输水后的现实生态系统服务水平。情景 2 与情景 1模拟结果之间的差异为生态输水工程对生态系统服务产生差异的量化。模拟结果显示（图 4），EWTP增强了TRB的所有ES。其中，变化最明显的是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%。
图4. 生态输水工程影响下塔里木河流域生态系统服务的空间差异。WY代表产水量，CS代表固碳量，SF代表防风固沙量，HQ代表栖息地质量，FP代表粮食产量。
图5. 多因素协同下生态输水工程对生态系统服务综合效益的影响。(a) EWTP实施前的模拟框架，(b) EWTP实施后的模拟框架。Pre代表降水量，NDVI代表归一化植被指数，AET代表实际蒸散量，Tem代表温度，SHDI代表景观多样性指数，OB代表生态系统服务综合效益。EWTP代表生态输水工程。蓝色箭头表示正向影响关系，红色箭头表示负向影响关系，剪切头上的数字表示影响程度，星号表示基于P值的统计显著性水平：“⁎⁎⁎”表示值小于0.01，结果非常显著；“⁎⁎⁎”表示0.01< P 值<0.05，结果相对显著；“⁎⁎”表示0.05< P 值< 0.1，结果不显著。
生态输水以提供稳定水源的方式，保障了流域的用水需求和生产活动。一方面，水资源的供应改善了湖泊、河流和湿地等水生态系统的健康状况，减轻洪涝和旱灾的风险；另一方面，输水还给予了人们更多的机会和空间去治理生态环境问题，输水这一措施极大增强了水资源在干旱区内陆河流域中的重要作用。当然，科学的进行水资源的调配必定会加快流域生态恢复的速度，合理的使用水资源显得至关重要。因此，我们建议管理和决策者在实施区域水资源调动时，可首先对区域生态系统进行评估，包括水资源需求量、生物多样性、水土流失、土地利用等，以了解生态系统特征和存在的问题。其次，明确生态输水工程的目标和指标。根据流域的具体情况和当地居民的切实需求，确定生态输水的目标，例如改善湿地健康、保护水生生物、减轻洪涝风险等。同时，制定相应的评估指标，用于评估生态输水工程的效果和影响。科学管理水资源是生态输水工程的关键。通过合理的水资源调度和管理，确保供水的稳定性和适时性，这包括对水源地保护、水库调度、水量分配等方面的管理措施。最后，利用生态系统模型和数值模拟工具，对生态输水工程进行模拟和优化设计。通过模拟不同方案的效果，评估其对生态系统服务的影响，并优化设计方案以最大程度地实现生态目标。
王勇辉教授，主持国家自然科学基金、自治区自然科学基金、自治区区域协同创新专项等多项科研项目；在国内外主流学术期刊发表论文60余篇。指导学生获得国家级、自治区级科研创新、教学大赛奖励8项。
图文来源：地理科学与旅游学院 编审：宣传部
