基于改进生态足迹模型的水资源可持续利用评价 ——以民勤绿洲为例

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认识水资源可持续利用状况对干旱地区人类生存、社会发展和生态环境协调发展具有重要的指导意义。为客观准确地评价水资源可持续利用状况,本文从评价方法出发,引入FAO推荐的植被生态需水量的计算方法对生态足迹模型相关参数进行改进。首先基于2008年的Landsat5和2013年、2016年的Lnadsat8遥感数据对民勤绿洲进行土地分类,得出各分类植被的面积,根据气象数据算出民勤绿洲参考作物腾发量ET0,采用FAO推荐的公式对民勤绿洲的生态需水量进行计算,据此对生态足迹模型中的相关经验系数进行改进。最后根据改进的生态足迹模型对民勤绿洲2007-2018年水资源可持续利用进行评价。主要研究结果如下:(1)依据民勤绿洲2007-2018年逐日气象资料,计算了民勤绿洲参考作物腾发量ET0。在天然植被生长期内(4-10月),ET0月间变化较大且具有一致性,最高值出现在5月,最低值出现在10月。从2007-2018年民勤绿洲ET0呈现显著增长趋势,从2007年的最低值1614.24mm增长到2018年的最大值1732.3mm,增加了 118.06mm,增幅为7%。(2)计算了民勤绿洲林地、荒漠和草地三种植被类型在不同生长期内的植被系数。草地植被系数在整个生育期内变化范围最小,波动值为0.14,而林地植被系数变化范围最大,波动值达到0.47。在植被发育期和植被生长末期内,林地的变化速率均是最大的,达到每月的增长速率分别为0.235和0.23,草地和荒漠的变化速率接近且很小,达到每月的增长速率为0.02。(3)基于Landsat 5和Landsat 8遥感影像对民勤绿洲进行土地分类,得出各分类植被的面积。从土地利用类型来看,覆盖面积从大到小的顺序为草地>耕地>荒漠>建筑用地>林地>水体,在天然植被中,草地分布范围最大,占已统计总面积的47%,荒漠次之,占统计面积的9.6%,林地的分布范围最小,占统计面积的4.6%。从2008年到2016年同一土地利用类型的覆盖面积变化趋势各不相同:水体、荒漠、林地和草地四类面积呈现增加的趋势,但耕地和建筑用地面积呈降低趋势。(4)采用FAO推荐的天然植被生态需水量的计算方法,计算了天然植被生态需水量。丰水年(2016年)民勤绿洲天然植被生态需水量最大为1.63亿m3,枯水年(2013年)生态需水量次之,为1.40亿m3,而平水年(2008年)生态需水量最小,仅为1.28亿m3,民勤绿洲天然植被生态需水量范围为1.28~1.63亿m3。(5)根据计算的民勤绿洲天然植被生态需水量,验证生态足迹模型中相关系数0.4对民勤绿洲的适用性。研究结果表明,该系数适用于民勤绿洲,根据本文的计算结果对该系数进行改进,取该系数a为0.45。(6)基于改进生态足迹模型计算民勤绿洲2007-2018年的水资源生态足迹和生态承载力,并采用水资源可持续利用指标进行评价。民勤绿洲水资源处于可持续利用水平逐年提升的不可持续状态;生态承载力与降雨量存在极显著的正相关性(P<0.01),相关系数为0.61;第一产业占水资源生态足迹总量的比重最大,但其用水效率却是最低的,这使水资源供需矛盾更加严重;第一产业生态足迹与城市化率存在极显著的负相关性,相关系数为0.81。城市化率提升能明显降低第一产业生态足迹。
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