水生态系统服务功能变化的驱动因子分析
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（2）支撑功能：支撑功能是指生态系统生产 和支撑其它服务功能的基础功能，如初级生产、制 造氧气和形成土壤等。水生生态系统的服务功能， 主要指对生物多样性的保护作用。据《阜康县农业 区划报告》（1983）记载，解放初期，从山麓到沙 漠的各河道两侧漫滩、阶地、田间夹荒地、湖沙窝、 洪水沟内、戈壁滩，到处都生长着榆树林、野生枣 林、胡杨林、柽柳灌从、梭梭荒漠和天然草场，生 物多样性丰富。洪水季节，三工河、水磨河和其它 河流的少量的尾水流进沙漠。梧桐沟内即因为有一 定的地表水补给，到处生长着胡杨和柽柳。后因流 域中上游经济发展和水利建设，三工河上游来水量 不断递减，使得河道缩短并逐渐干涸，引起原来沿 河岸分布的河岸林也逐渐退化，导致景观格局改 变。灌丛草甸、沼泽植被和河岸林的逐渐消失，又 诱发土壤盐渍化和以废弃干河床为沙源的土壤沙 化过程随之发展，景观趋于荒漠化[5，6]。
第 28 卷 第 3 期 2005 年 6 月
干旱区地理
ARID LAND GEOGRAPHY
Vol.28 No.3 Jun. 2005347
水生态系统服务功能变化的驱动因子分析
——以三工河流域为例
刘 蕾 1， 夏 军 1，2， 丰华丽 2， 占车生 2， 尹雄锐 1
（1 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北，武汉 430072 2 中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环与地表过程重点实验室，北京 100101)
1 研究方法
1.1 研究区域概况 三工河流域辖于阜康市，位于阜康地区的西
部，南北长30 km，东西宽29 km，总面积1 670 km2， 其中平原面积870 km2。整个流域地势是南高北低， 由东南向西北倾斜，呈现出典型的干旱区地貌景 观。流域主要有三条河：三工河、四工河和水磨河， 均发源于博格达山北麓的冰雪林，经高、中、低山 峡谷至出山口。
348
干旱区地理
28 卷
利用景观缀块转移矩阵[4]，分析了水库坑塘、 河流河滩和沼泽地与其他不同的生态类型（水浇 地、荒草地等）之间的转变情况。结果表明，1978 －1987 年间，有 244 hm2 的水浇地转变为沼泽地， 859 hm2 的荒草地转变为沼泽地；原有的沼泽地保 持不变。1987－1998 年间，1 694 hm2 的沼泽地有 5.0％转变为水浇地，39.1%转变为荒草地，共计 747 hm2，55.8%保持不变（945 hm2）。
总的来说，1978－1998 年，河流河滩和沼泽地 大面积减少，退化为石砾地和荒草地，使得水生生 态系统的整体服务功能大为降低。 1.2.2 水生生态系统的服务功能分析
（1）供给功能：生态系统的供给功能是指人 类从生态系统获得的各种产品，如食物、燃料、纤 维、洁净水，以及生物遗传资源等。水生生态系统 的供给功能，主要指水资源的供给，鱼类等产品的 供给。三工河流域从 1987－1998 年，水库坑塘增 加了 291 hm2，对洪水和冬闲水的控制能力增强， 供水的服务功能增加。但同时在枯水季节，对径流 量的控制也大为增强。由于只注重灌溉和生产生活 用水的供给，削弱了其他服务功能（美学、调节功 能等）以及其他生态系统的服务功能（如河流、湿 地、河岸林等生态系统）。
水资料，分析新疆地区近 40 年来温度和降水的气 候变化特征。已有的气象观测记录表明，新疆温度 变化和全国的变化较为一致。年均温度呈稳定的上 升趋势[8]。20 世纪 90 年代与 60 年代相比，新疆年 平均温度增加了 0.85 ℃。根据阜康站及天池站气温 降水资料分析也得到：20 世纪 90 年代与 60 年代相 比，三工河流域的年平均温度也增加了 0.63 ℃，年 平均降水量增加了 59 mm，而年均径流量却减少了 1 578.8×104m3。流域河流有冰川融水、积雪融水、 山区大气降水和地下水 4 种补给来源，流域内的径 流量补给很大程度上依赖冰雪融水，如四工河为 29.4％，三工河为 11.7％[9]。气温升高，冰雪融化， 地表径流量应该增加。然而随着流域温度的升高， 融雪量的增加以及年降水量的增加，三工河流域的 年径流总量却呈减少的趋势（图 2、图 3）。因此 说明了三工河流域径流量的减少受气候因素等的 影响比较小，其主要驱动因素为下垫面的变化如人
根据阜康及天池1961－1999年气象资料分析， 三工河流域多年平均降水量372.9 mm，多年（1961 －1999）平均径流量为4 946.1×104ｍ3。其中水磨河 多年平均径流量为1 987.8×104ｍ3，四工河多年平均
径流量为2 554.1×104 ｍ3，三条河流年总径流量为 9 488×104 ｍ3。图1是1960－2000年的三工河流域的 三条河流年径流量的变化情况。其中，三工河和四 工河的年径流量呈减少的趋势，而水磨河的年径流 量呈增加的趋势。
3期
刘蕾等：水生态系统服务功能变化的驱动因子分析
349
类的活动影响等。
16000
450
年降水量(×104 m3 ) 年降雨量(mm)
14000
4Biblioteka Baidu0
12000
350
10000 8000 6000 4000 2000 0
300
250
200
150 年径流量 年降雨量 100 线性 (年降5雨0 量) 线性 (年径流量)
类型 1978
水库坑塘
2
901
河流河滩
2
835
沼泽地
2
591
1987
664
763
1694
1998
955
602
1032
收稿日期：2004-07-16； 修改日期：2004-12-10 基金项目：中国西部开发的生态环境综合评价(2001DFDF0004)和国家自然科学基金（50279049）资助 作者简介：刘蕾（1979－），女，河南许昌人，武汉大学硕士研究生
在三工河流域荒漠地区，总体群落物种多样性 水平较低，Shannon-Wiener 多样性指数在 0.4819～ 1.5689 之间，这与荒漠生境条件恶劣、群落的组成 种类少、且种的分布极不均匀有关[6]。河岸林系统 生物多样性减少，使得河流河滩生态系统的服务功 能降低。
（3）调节功能：调节功能是指人类从生态系 统过程的调节作用中获得的效益，如气候调节、洪 涝调节、侵蚀控制、以及净化水源等。这里水生生 态系统的调节功能主要指水质净化、控制荒漠化的 发生。
摘 要：以新疆三工河流域为研究对象，分析了影响该流域水生生态系统服务功能的变化的驱动因子。研究表 明，人类活动是最主要的影响因素，尤其是土地利用变化对水生生态系统的影响最为深刻，是水生态系统服务 功能变化的主要驱动因子。 关 键 词：三工河流域 生态系统服务功能 驱动因子 中图分类号：X171.1 文献标识码：A 文章编号：1000-6060（2005）03-0347-05
0
1961 1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997
年份
图 2 三工河流域年降水量与径流量的变化 Fig.2 Annual precipitation and runoff variation of
Sangonghe watershed
2.2 人类活动影响 2.2.1 水资源开发利用 三工河流域的地表水主 要用于农业、饲草料基地及林业灌溉。地下水则主 要是以农业灌溉为主，其次为工业用水、乡镇企业 用水、城乡居民生活用水及牲畜用水。从图 4 可以 看出，在绝大部分年份，灌区总引水量都超过了地 表水总来水量，说明对地表水的利用程度处于过渡 开发状态。在地表水开发利用程度达到近饱和时， 地下水的开发也与日俱增，致使山前倾斜平原地下 水位逐年下降，近 25 年间下降了十余米，平均每 年下降 0.4 m 多[10]。从整个阜康地区 12 年(1983－ 1994 年)观测资料分析[11]，全区地下水位上升的面 积仅占 30%，而 70%的面积是地下水位下降区。三 工河流域上游(冲洪积扇区)地下水位持续下降(见 文献[12] 图 2)，处于超采状态，超采量约为 1 100 ｍ 3/ａ；而下游(冲洪积平原区)地下水位则缓慢上升 (见文献[12] 图 3)，地下水储变量为+110 ｍ3/ａ[13]。
年径流量 (×104m3)
16000 14000 12000 10000
水磨河 三工河 四工河 三工河流域
8000
6000
4000
2000
0 年份
1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000
图1 三工河流域年径流量变化趋势
Fig.1 Annual runoff variation trend of Sangonghe watershed
三工河流域，由于河流河滩和沼泽地的减少， 一方面导致河流对生活污水和煤矿用水的净化能 力下降，地表水水质下降；另一方面，由于沼泽地 的大面积减少，大风、沙害加剧，土地沙漠扩展。 水生生态系统的调节服务功能明显降低。
（4）美学功能：美学功能是指通过丰富精神 生活、发展认知、大脑思考、消遣娱乐，以及美学 欣赏等方式，而使人类从生态系统获得的非物质效 益。三工河流域的天池每年接待的中外游客，从 80 年代的 14 万次增加到 1999 年的 38 万次，旅游收 入从 20 万元增加到 1 270 万。说明了美学服务功能 增加。但下游荒漠河岸林由于缺水，导致群落衰败， 美学服务功能降低。
1.2 研究方法 1.2.1 水生生态系统类型及其变化 在三工河流 域主要的水生生态系统类型包括水库坑塘、沼泽地 和河流河滩。1978－1998 年，不同水生生态系统的 面积如表 1 所示。
表 1 不同水生生态系统类型的面积
Tab.1 Area of different aquatic ecosystem
由以上分析可以看出，三工河流域的各项服务 功能的变化主要是受水量、水质和水生生物等因素 共同决定的[7]。由于流域缺水以及水质的恶化等， 使得该流域的各项服务功能都有了不同程度的减 弱。下面本文将主要从引起水量减少方面来分析各 驱动因子对三工河流域水生态服务功能变化的影 响。
2 结果分析与讨论
2.1 自然因素 根据国家气象局 1960－2000 年逐月温度、降
水生态系统服务功能是指水生态系统及其生态 过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条 件与效用[1，2]。它不仅是人类社会经济的基础资源， 还维持了人类赖以生存与发展的生态环境条件。根 据水生态系统提供服务的机制、类型和效用，可以 把水生态系统的服务功能划分为供给功能、支撑功 能、调节功能和美学功能四大类[3]。
Sangonghe watershed
因此，由于地表水的过渡开发以及地下水位的 大面积下降，三工河流域已处于水资源过渡开发利
用阶段。根据干旱地区水量转化的特点[4]，地表水 和地下水资源的可利用水量两者之间是相互影响， 相互制约的。地表水利用程度提高，地下水的可利 用量就低；地表水利用率低，地下水的可利用量就 多，但两者可利用水量之和不应该超过流域的水资 源总量，因此地下水的过渡开发也引起了地表水径 流量的减少。 2.2.2 土地覆被变化的影响 20 世纪 70 年代末到 1998 年[4]，土地利用变化显著（表 2）。变化最大的 是城镇用地，在总土地面积 94 209 hm2 中，1978 年 占 2.05％，1987 年上升到 3.95％，1998 年则达到 5.57％；耕地的变化也比较大，由 1978 年的 23.56 ％增加到 1998 年的 26.63％；交通用地占地面积增 加了将近一倍，由 1978 年到 0.19％增加到 1998 年 的 0.37％；林地的面积也在增加，由 1978 年的 15.18%增加到 1998 年的 16.17%；而未利用地则由 1978 年的 43.38％下降到 1998 年的 36.02％；水域 的变化程度也较大，由 1978 的 1.85%减少到 1998 年的 1.65%，主要是河流河滩面积大幅度减少造成 的。
为了合理开发利用干旱区的水资源，本文选择 三工河流域进行研究，对该流域水生态系统服务功 能如供给、支撑、调节、美学等的变化及影响其变 化的驱动因子进行了分析，以便制定相应的措施， 保护水生生态系统不遭受到破坏，从而提供水生生 态系统的各项服务功能，更好的为生态环境保护、 社会经济发展以及人类福利等提供保障。
16000
7
14000
6
年径流量(×104 m3 ) 年均温度( 0C)
12000 10000 8000 6000 4000 2000
5
4
3 年径流量
2 年均气温 线性 (年均1气温) 线性 (年径流量)
0 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996
0 年份
图 3 三工河流域径流量、温度变化 Fig.3 Runoff and temperature variation of
第 28 卷 第 3 期 2005 年 6 月
干旱区地理
ARID LAND GEOGRAPHY
Vol.28 No.3 Jun. 2005347
水生态系统服务功能变化的驱动因子分析
——以三工河流域为例
刘 蕾 1， 夏 军 1，2， 丰华丽 2， 占车生 2， 尹雄锐 1
（1 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北，武汉 430072 2 中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环与地表过程重点实验室，北京 100101)
1 研究方法
1.1 研究区域概况 三工河流域辖于阜康市，位于阜康地区的西
部，南北长30 km，东西宽29 km，总面积1 670 km2， 其中平原面积870 km2。整个流域地势是南高北低， 由东南向西北倾斜，呈现出典型的干旱区地貌景 观。流域主要有三条河：三工河、四工河和水磨河， 均发源于博格达山北麓的冰雪林，经高、中、低山 峡谷至出山口。
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干旱区地理
28 卷
利用景观缀块转移矩阵[4]，分析了水库坑塘、 河流河滩和沼泽地与其他不同的生态类型（水浇 地、荒草地等）之间的转变情况。结果表明，1978 －1987 年间，有 244 hm2 的水浇地转变为沼泽地， 859 hm2 的荒草地转变为沼泽地；原有的沼泽地保 持不变。1987－1998 年间，1 694 hm2 的沼泽地有 5.0％转变为水浇地，39.1%转变为荒草地，共计 747 hm2，55.8%保持不变（945 hm2）。
总的来说，1978－1998 年，河流河滩和沼泽地 大面积减少，退化为石砾地和荒草地，使得水生生 态系统的整体服务功能大为降低。 1.2.2 水生生态系统的服务功能分析
（1）供给功能：生态系统的供给功能是指人 类从生态系统获得的各种产品，如食物、燃料、纤 维、洁净水，以及生物遗传资源等。水生生态系统 的供给功能，主要指水资源的供给，鱼类等产品的 供给。三工河流域从 1987－1998 年，水库坑塘增 加了 291 hm2，对洪水和冬闲水的控制能力增强， 供水的服务功能增加。但同时在枯水季节，对径流 量的控制也大为增强。由于只注重灌溉和生产生活 用水的供给，削弱了其他服务功能（美学、调节功 能等）以及其他生态系统的服务功能（如河流、湿 地、河岸林等生态系统）。
水资料，分析新疆地区近 40 年来温度和降水的气 候变化特征。已有的气象观测记录表明，新疆温度 变化和全国的变化较为一致。年均温度呈稳定的上 升趋势[8]。20 世纪 90 年代与 60 年代相比，新疆年 平均温度增加了 0.85 ℃。根据阜康站及天池站气温 降水资料分析也得到：20 世纪 90 年代与 60 年代相 比，三工河流域的年平均温度也增加了 0.63 ℃，年 平均降水量增加了 59 mm，而年均径流量却减少了 1 578.8×104m3。流域河流有冰川融水、积雪融水、 山区大气降水和地下水 4 种补给来源，流域内的径 流量补给很大程度上依赖冰雪融水，如四工河为 29.4％，三工河为 11.7％[9]。气温升高，冰雪融化， 地表径流量应该增加。然而随着流域温度的升高， 融雪量的增加以及年降水量的增加，三工河流域的 年径流总量却呈减少的趋势（图 2、图 3）。因此 说明了三工河流域径流量的减少受气候因素等的 影响比较小，其主要驱动因素为下垫面的变化如人
根据阜康及天池1961－1999年气象资料分析， 三工河流域多年平均降水量372.9 mm，多年（1961 －1999）平均径流量为4 946.1×104ｍ3。其中水磨河 多年平均径流量为1 987.8×104ｍ3，四工河多年平均
径流量为2 554.1×104 ｍ3，三条河流年总径流量为 9 488×104 ｍ3。图1是1960－2000年的三工河流域的 三条河流年径流量的变化情况。其中，三工河和四 工河的年径流量呈减少的趋势，而水磨河的年径流 量呈增加的趋势。
3期
刘蕾等：水生态系统服务功能变化的驱动因子分析
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类的活动影响等。
16000
450
年降水量(×104 m3 ) 年降雨量(mm)
14000
4Biblioteka Baidu0
12000
350
10000 8000 6000 4000 2000 0
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150 年径流量 年降雨量 100 线性 (年降5雨0 量) 线性 (年径流量)
类型 1978
水库坑塘
2
901
河流河滩
2
835
沼泽地
2
591
1987
664
763
1694
1998
955
602
1032
收稿日期：2004-07-16； 修改日期：2004-12-10 基金项目：中国西部开发的生态环境综合评价(2001DFDF0004)和国家自然科学基金（50279049）资助 作者简介：刘蕾（1979－），女，河南许昌人，武汉大学硕士研究生
在三工河流域荒漠地区，总体群落物种多样性 水平较低，Shannon-Wiener 多样性指数在 0.4819～ 1.5689 之间，这与荒漠生境条件恶劣、群落的组成 种类少、且种的分布极不均匀有关[6]。河岸林系统 生物多样性减少，使得河流河滩生态系统的服务功 能降低。
（3）调节功能：调节功能是指人类从生态系 统过程的调节作用中获得的效益，如气候调节、洪 涝调节、侵蚀控制、以及净化水源等。这里水生生 态系统的调节功能主要指水质净化、控制荒漠化的 发生。
摘 要：以新疆三工河流域为研究对象，分析了影响该流域水生生态系统服务功能的变化的驱动因子。研究表 明，人类活动是最主要的影响因素，尤其是土地利用变化对水生生态系统的影响最为深刻，是水生态系统服务 功能变化的主要驱动因子。 关 键 词：三工河流域 生态系统服务功能 驱动因子 中图分类号：X171.1 文献标识码：A 文章编号：1000-6060（2005）03-0347-05
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1961 1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997
年份
图 2 三工河流域年降水量与径流量的变化 Fig.2 Annual precipitation and runoff variation of
Sangonghe watershed
2.2 人类活动影响 2.2.1 水资源开发利用 三工河流域的地表水主 要用于农业、饲草料基地及林业灌溉。地下水则主 要是以农业灌溉为主，其次为工业用水、乡镇企业 用水、城乡居民生活用水及牲畜用水。从图 4 可以 看出，在绝大部分年份，灌区总引水量都超过了地 表水总来水量，说明对地表水的利用程度处于过渡 开发状态。在地表水开发利用程度达到近饱和时， 地下水的开发也与日俱增，致使山前倾斜平原地下 水位逐年下降，近 25 年间下降了十余米，平均每 年下降 0.4 m 多[10]。从整个阜康地区 12 年(1983－ 1994 年)观测资料分析[11]，全区地下水位上升的面 积仅占 30%，而 70%的面积是地下水位下降区。三 工河流域上游(冲洪积扇区)地下水位持续下降(见 文献[12] 图 2)，处于超采状态，超采量约为 1 100 ｍ 3/ａ；而下游(冲洪积平原区)地下水位则缓慢上升 (见文献[12] 图 3)，地下水储变量为+110 ｍ3/ａ[13]。
年径流量 (×104m3)
16000 14000 12000 10000
水磨河 三工河 四工河 三工河流域
8000
6000
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1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000
图1 三工河流域年径流量变化趋势
Fig.1 Annual runoff variation trend of Sangonghe watershed
三工河流域，由于河流河滩和沼泽地的减少， 一方面导致河流对生活污水和煤矿用水的净化能 力下降，地表水水质下降；另一方面，由于沼泽地 的大面积减少，大风、沙害加剧，土地沙漠扩展。 水生生态系统的调节服务功能明显降低。
（4）美学功能：美学功能是指通过丰富精神 生活、发展认知、大脑思考、消遣娱乐，以及美学 欣赏等方式，而使人类从生态系统获得的非物质效 益。三工河流域的天池每年接待的中外游客，从 80 年代的 14 万次增加到 1999 年的 38 万次，旅游收 入从 20 万元增加到 1 270 万。说明了美学服务功能 增加。但下游荒漠河岸林由于缺水，导致群落衰败， 美学服务功能降低。
1.2 研究方法 1.2.1 水生生态系统类型及其变化 在三工河流 域主要的水生生态系统类型包括水库坑塘、沼泽地 和河流河滩。1978－1998 年，不同水生生态系统的 面积如表 1 所示。
表 1 不同水生生态系统类型的面积
Tab.1 Area of different aquatic ecosystem
由以上分析可以看出，三工河流域的各项服务 功能的变化主要是受水量、水质和水生生物等因素 共同决定的[7]。由于流域缺水以及水质的恶化等， 使得该流域的各项服务功能都有了不同程度的减 弱。下面本文将主要从引起水量减少方面来分析各 驱动因子对三工河流域水生态服务功能变化的影 响。
2 结果分析与讨论
2.1 自然因素 根据国家气象局 1960－2000 年逐月温度、降
水生态系统服务功能是指水生态系统及其生态 过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条 件与效用[1，2]。它不仅是人类社会经济的基础资源， 还维持了人类赖以生存与发展的生态环境条件。根 据水生态系统提供服务的机制、类型和效用，可以 把水生态系统的服务功能划分为供给功能、支撑功 能、调节功能和美学功能四大类[3]。
Sangonghe watershed
因此，由于地表水的过渡开发以及地下水位的 大面积下降，三工河流域已处于水资源过渡开发利
用阶段。根据干旱地区水量转化的特点[4]，地表水 和地下水资源的可利用水量两者之间是相互影响， 相互制约的。地表水利用程度提高，地下水的可利 用量就低；地表水利用率低，地下水的可利用量就 多，但两者可利用水量之和不应该超过流域的水资 源总量，因此地下水的过渡开发也引起了地表水径 流量的减少。 2.2.2 土地覆被变化的影响 20 世纪 70 年代末到 1998 年[4]，土地利用变化显著（表 2）。变化最大的 是城镇用地，在总土地面积 94 209 hm2 中，1978 年 占 2.05％，1987 年上升到 3.95％，1998 年则达到 5.57％；耕地的变化也比较大，由 1978 年的 23.56 ％增加到 1998 年的 26.63％；交通用地占地面积增 加了将近一倍，由 1978 年到 0.19％增加到 1998 年 的 0.37％；林地的面积也在增加，由 1978 年的 15.18%增加到 1998 年的 16.17%；而未利用地则由 1978 年的 43.38％下降到 1998 年的 36.02％；水域 的变化程度也较大，由 1978 的 1.85%减少到 1998 年的 1.65%，主要是河流河滩面积大幅度减少造成 的。
为了合理开发利用干旱区的水资源，本文选择 三工河流域进行研究，对该流域水生态系统服务功 能如供给、支撑、调节、美学等的变化及影响其变 化的驱动因子进行了分析，以便制定相应的措施， 保护水生生态系统不遭受到破坏，从而提供水生生 态系统的各项服务功能，更好的为生态环境保护、 社会经济发展以及人类福利等提供保障。
16000
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年径流量(×104 m3 ) 年均温度( 0C)
12000 10000 8000 6000 4000 2000
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3 年径流量
2 年均气温 线性 (年均1气温) 线性 (年径流量)
0 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996
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图 3 三工河流域径流量、温度变化 Fig.3 Runoff and temperature variation of