黃河中游地區(qū)生態(tài)恢復(fù)對(duì)流域水資源的影響

王曉峰, 楊 丹, 馮曉明, 程昌武, 周潮偉, 張欣蓉, 奧勇

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 土地工程學(xué)院, 陜西 西安 710064; 2.陜西省土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710064;3.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院, 陜西 西安 710064; 4.中國(guó)科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心, 北京 100085)

水是支撐全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源[1]。水資源短缺不僅威脅著人類的糧食安全、社會(huì)穩(wěn)定，而且還會(huì)嚴(yán)重降低生態(tài)系統(tǒng)多樣性。“水資源”是黃河流域發(fā)展的關(guān)鍵性問(wèn)題[2]，多年來(lái)的植被擴(kuò)張已經(jīng)造成了當(dāng)?shù)厮Y源短缺嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)和人類用水間的矛盾不斷加深[3]。因此，研究黃河流域水資源變化對(duì)生態(tài)恢復(fù)的響應(yīng)，了解水資源的變化規(guī)律，對(duì)未來(lái)平衡植被恢復(fù)與水資源矛盾和該流域的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

黃土高原是典型的生態(tài)脆弱區(qū)，水土流失嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，自歷史時(shí)期，由于農(nóng)業(yè)開(kāi)墾利用面積擴(kuò)大自然災(zāi)害頻發(fā)等原因，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱[4]。為了改善環(huán)境，20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)在黃河中游地區(qū)實(shí)施了諸如修建梯田和淤地壩建設(shè)等一系列水土保持措施[5]，特別是1999年以來(lái)全面實(shí)施的退耕還林還草等大規(guī)模生態(tài)修復(fù)工程[6]。隨著生態(tài)工程的實(shí)施，生態(tài)環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn)，但也產(chǎn)生了新的問(wèn)題，如2000年以后黃河流域干支流徑流量持續(xù)降低[7]；退耕還林還草工程導(dǎo)致土壤水分下降，土壤干層加厚，限制樹(shù)木的生長(zhǎng)，甚至使植被退化等[8]。張殿君等[9]通過(guò)分析黃土高原典型流域土地變化對(duì)蒸散發(fā)的影響，結(jié)果表明受生態(tài)恢復(fù)工程的影響2006年相對(duì)于1986年而言，羅玉溝小流域蒸散發(fā)增大的區(qū)域較大。穆興民等[10]通過(guò)對(duì)典型植被恢復(fù)的流域河川徑流過(guò)程分析，認(rèn)為植被有效恢復(fù)深刻改變了黃土高原土壤水文性質(zhì)，使得黃土高原部分地區(qū)的產(chǎn)流模式出現(xiàn)了從超滲產(chǎn)流向蓄滿產(chǎn)流轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。劉昌明等[11]基于黃河干流4個(gè)典型水文站的徑流數(shù)據(jù)來(lái)分析年徑流量變化特征，結(jié)果顯示在氣候變化和人類活動(dòng)的雙重影響下，黃河年徑流量呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。水分是黃土高原生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵因子，并且以人類為主導(dǎo)的生態(tài)恢復(fù)過(guò)程對(duì)植被格局、流域生態(tài)水文過(guò)程產(chǎn)生影響。但目前研究多基于小流域或站點(diǎn)尺度的單一水資源變化規(guī)律，尤其對(duì)于以水分為限制的植被承載力研究尚不深入。為此，本文基于現(xiàn)有黃河流域植被和水資源的變化研究，以黃河中游地區(qū)為對(duì)象，利用多源數(shù)據(jù)，通過(guò)趨勢(shì)分析以及雙線性累積曲線等方法，開(kāi)展黃河中游地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的區(qū)域效應(yīng)研究，探討退耕還林還草工程實(shí)施前后水資源對(duì)生態(tài)恢復(fù)工程的響應(yīng)，系統(tǒng)揭示流域水資源的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，從生態(tài)恢復(fù)的角度出發(fā)緩解未來(lái)區(qū)域的水資源短缺問(wèn)題，以期促進(jìn)黃河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)黃河生態(tài)安全。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河中游地區(qū)指內(nèi)蒙古自治區(qū)的河口鎮(zhèn)至鄭州市的桃花峪區(qū)間，位于32°—42°N和104°—113°E之間，平均海拔約為1 000～1500 m，河段總長(zhǎng)1 206.4 km，流域面積為3.44×105km2。黃河中游地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候，多年平均年降水量約為300～700 mm，受地形等因素的影響，區(qū)域內(nèi)降水量空間分布差異顯著，總體由東南向西北遞減，汛期6—9月的降水量占全年降水量的70%左右，多以暴雨為主，再加上土質(zhì)疏松，地表溝壑縱橫，使中游成為黃河泥沙的主要來(lái)源地區(qū)和全球水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)。為了改善環(huán)境，自1999年以來(lái)，以黃河流域?yàn)楹诵纳鷳B(tài)恢復(fù)區(qū)的退耕還林還草項(xiàng)目大規(guī)模實(shí)施，因地制宜的進(jìn)行植樹(shù)造林、恢復(fù)植被，水土流失區(qū)逐步轉(zhuǎn)換為生態(tài)恢復(fù)區(qū)。隨著工程的實(shí)施，區(qū)域環(huán)境植被覆蓋度和土地利用狀況發(fā)生了巨大變化。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文主要探究黃河中游地區(qū)在退耕還林還草工程實(shí)施前后水資源的變化規(guī)律，收集了植被指數(shù)和水資源的相關(guān)數(shù)據(jù)集： ①1982—2015年的GIMMS NDVI 3g.V1.0數(shù)據(jù)集來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航天航空局(https:∥ecocast.arc.nasa.gov/)，2016—2018年NDVI數(shù)據(jù)下載于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.resdc.cn/)，經(jīng)過(guò)月最大值合成處理，基于像元二分模型，得到1982—2018年黃河中游逐年植被覆蓋度數(shù)據(jù)集； ②ET數(shù)據(jù)根據(jù)FAO56修正的Penman-Monteith方程計(jì)算獲得，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的氣象V3.0日值數(shù)據(jù)集，包括逐日的氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、最高溫度和最低溫度，經(jīng)過(guò)批量格式轉(zhuǎn)換、月最大值合成、批量裁剪和投影等預(yù)處理，得到時(shí)間跨度為1982—2018年的黃河中游年度ET數(shù)據(jù)集； ③GLEAM(global land-surface evaporation amsterdam methodology)產(chǎn)品包含根區(qū)土壤水分、陸地蒸發(fā)、潛在蒸散發(fā)等數(shù)據(jù)集，可用于大范圍內(nèi)陸地蒸散量時(shí)空變化、干旱特征、土壤水分特征分析等研究，數(shù)據(jù)集來(lái)源于https:∥www.gleam.eu/。本文使用的是全球范圍月尺度GLEAM v3.3 a數(shù)據(jù)集，基于Matlab，Arccgis軟件預(yù)處理得到1982—2018年黃河中游土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)集； ④黃河中游皇甫站、溫家川、甘谷驛和張家山4個(gè)站點(diǎn)的年徑流量來(lái)自黃河水利委員會(huì)“黃河流域水文泥沙整編資料”(1961—1999年)和《中國(guó)河流泥沙公報(bào)》(2000—2018年)；降水、溫度數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心(http:∥data.cma.cn/)，時(shí)間為1960—2012年。

1.3 研究方法

1.3.1 像元二分模型 歸一化植被指數(shù)(NDVI)是反映植被覆蓋的重要參數(shù)。NDVI的計(jì)算公式為：

(1)

式中：NIR，R分別對(duì)應(yīng)Landsat-8OLT影像中的第5波段和第4波段,即近紅外波段和可見(jiàn)光紅光波段。

植被覆蓋度(fractional vegetation cover， FVC)是指植被的垂直投影面積占總面積的百分比，能夠較好地表征植被覆蓋信息，是反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基本特征量。利用NDVI采用像元二分模型估算植被覆蓋度是一種普遍意義的方法[12]。與其他模型相比，該模型可以有效去除NDVI的噪點(diǎn)，且方法簡(jiǎn)便，計(jì)算參數(shù)易得，計(jì)算公式為：

(2)

式中：NDVIsoil，NDVIveg分別指研究區(qū)無(wú)植被覆蓋區(qū)和完全植被覆蓋區(qū)像元的NDVI值。本文根據(jù)研究區(qū)的基本情況,分別選取累計(jì)頻率為5%和95%的NDVI值作為NDVIsoil和NDVIveg,通過(guò)公式(1)計(jì)算得到研究區(qū)植被覆蓋情況。結(jié)合研究區(qū)植被覆蓋的實(shí)際情況,將植被覆蓋分為低植被覆蓋度(<10%)、較低植被覆蓋度(10%～30%)、中度植被覆蓋度(30%～50%)、較高植被覆蓋度(50%～70%)和高植被覆蓋度(>70%)5個(gè)等級(jí)。

1.3.2 雙累積曲線法 雙累積曲線法[13-14]是可用于水文氣象要素一致性檢驗(yàn)、缺值插補(bǔ)及趨勢(shì)性變化和強(qiáng)度分析。其方法是以同期的降水和徑流連續(xù)累積值作為坐標(biāo)系的兩軸，當(dāng)水文序列發(fā)生突變，在突變點(diǎn)前后的曲線會(huì)發(fā)生較明顯的斜率變化。在基準(zhǔn)期中，累積徑流深(∑R)與累積降水量(∑P)存線性關(guān)系，其計(jì)算公式為：

∑R=k∑P+b

(3)

式中：k,b為參數(shù)。

雙累計(jì)曲線法中如果兩個(gè)變量的累積值在坐標(biāo)系中表示為一條直線，那么其斜率為兩要素對(duì)應(yīng)點(diǎn)的比例常數(shù)；如果斜率發(fā)生突變，就說(shuō)明兩變量之間的比例常數(shù)發(fā)生改變，那么斜率發(fā)生突變的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的年份就是兩個(gè)變量累積關(guān)系出現(xiàn)突變的時(shí)刻。

2 研究結(jié)果

2.1 黃河中游地區(qū)植被變化特征

黃河中游地區(qū)植被覆蓋度有明顯的空間差異(圖1)，總體上呈現(xiàn)由西北向東南增加的趨勢(shì)，即較低植被覆蓋度和低植被覆蓋度主要分布于流域的西北部地區(qū)，從1982—2018年所占區(qū)域面積具有明顯的減少趨勢(shì)；較高植被覆蓋度和高植被覆蓋度主要分布于黃河中游的東南部，所占區(qū)域的面積有增加趨勢(shì)。具體來(lái)看，流域中部分布有黃龍山和子午嶺等林區(qū)，南部為秦嶺北麓，植被覆蓋度整體上較高。流域北部為陜北黃土高原，本身的植被覆蓋較少，植被覆蓋度較低。流域西北部主要為毛烏素沙地，因此植被覆蓋度最低。

圖1 黃河中游地區(qū)1982，1990，2000，2010，2015和2018年植被覆蓋度等級(jí)變化

1982—2018年，黃河中游地區(qū)植被覆蓋度有了顯著變化，共增加了29.72%，每年約增加0.8%。植被覆蓋度的增加在生態(tài)恢復(fù)區(qū)表現(xiàn)的更加明顯，由1982至2018年共增加39.82%。由圖2可知，植被覆蓋度的增加表現(xiàn)出明顯的階段性，1982—1999年，由于農(nóng)作物種植、小流域種草種樹(shù)等人類活動(dòng)的影響[15]，黃河中游植被覆蓋度在增加，但增加幅度較小。自1999年退耕還林還草工程大規(guī)模實(shí)施后，生態(tài)恢復(fù)區(qū)植被覆蓋度的增長(zhǎng)速率得到明顯提升，由1982—1999年的0.001 3%/a增長(zhǎng)為2000—2018年的0.017 5%/a。草地和森林面積分別從2000年的23.56%和40.69%增加到2010年的26.46%和41.16%，工程效益凸顯[16]，有效改善了黃河中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

2.2 生態(tài)恢復(fù)對(duì)水資源的影響

水資源是黃河中游地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的限制性因子，本研究主要從蒸散發(fā)、土壤水和徑流3個(gè)方面探討生態(tài)恢復(fù)對(duì)水資源的影響。

2.2.1 生態(tài)恢復(fù)對(duì)蒸散發(fā)的影響

(1) 黃河中游地區(qū)蒸散發(fā)時(shí)空變化。黃河中游地區(qū)蒸散發(fā)空間分布具有異質(zhì)性(圖3)。1982—2018年，黃河中游平均蒸散發(fā)呈現(xiàn)東南部高、西北部低，從東南向西北部遞減的特征。其中呂梁山區(qū)、子午嶺等林區(qū)蒸散發(fā)量最高，達(dá)到600～1300 mm，其次是關(guān)中盆地，蒸散發(fā)量為500～600 mm，而黃土高原西北部蒸散發(fā)較低為60～345 mm。整體上流域西北部的蒸散發(fā)低的區(qū)域面積在減小，東南部蒸散量高的面積占比在增加。

圖2 黃河中游地區(qū)1982-2018年植被覆蓋度變化趨勢(shì)

圖3 黃河中游地區(qū)1982-2018年蒸散發(fā)空間分布格局

1982—2018年黃河中游地區(qū)蒸散發(fā)量呈增加趨勢(shì)(圖4)，由1982年的401.84 mm到2018年499.55 mm，以2.30 mm/a的速率波動(dòng)增加。生態(tài)恢復(fù)區(qū)蒸散發(fā)量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，1982—2018年的平均蒸散發(fā)量共增加97.72 mm。以1999年退耕還林工程的大規(guī)模實(shí)施為節(jié)點(diǎn)，1982—1999年生態(tài)恢復(fù)區(qū)蒸散發(fā)量呈小幅度的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率為1.85 mm/a；在1999年退耕還林還草工程大規(guī)模實(shí)施后，至2018年生態(tài)恢復(fù)區(qū)蒸散發(fā)量的增長(zhǎng)速率大大提升(為4.87 mm/a)，2018年蒸散發(fā)量達(dá)到最大值為457.29 mm。相關(guān)研究表明[17]，黃土高原2001—2017年蒸散發(fā)量平均增速為8.23 mm/a，在黃河典型支流中沿河流域蒸散發(fā)量的增速最大，為12.96 mm/a。

圖4 黃河中游地區(qū)1982-2018年蒸散發(fā)變化趨勢(shì)

(2) 生態(tài)恢復(fù)對(duì)蒸散發(fā)的影響。1982—2018年，黃河中游地區(qū)植被覆蓋度增加29.72%，蒸散發(fā)增加97.72 mm，即植被覆蓋度每增加1%，蒸散發(fā)量增加3～4 mm。流域內(nèi)植被覆蓋度和蒸散發(fā)量的空間分布及變化趨勢(shì)都具有很強(qiáng)的一致性，均呈現(xiàn)出東南部高、西北部低的分布格局和從東南向西北部遞減的變化特征，即植被覆蓋度的變化會(huì)直接影響蒸散發(fā)的分布格局。就黃河中游區(qū)域而言，生態(tài)恢復(fù)增大了植被蒸騰量和截留蒸發(fā)量，而受日趨恢復(fù)的植被遮蔽，地表接受的太陽(yáng)輻射減少，可用于植株間土壤蒸發(fā)的能量減少[18]。植被蒸騰量和截留蒸發(fā)量的增加量大于土壤蒸發(fā)的減少量，因此植被恢復(fù)導(dǎo)致的蒸騰量增加是蒸散量增加的主要原因[19]。

2.2.2 生態(tài)恢復(fù)對(duì)土壤水的影響

(1) 黃河中游地區(qū)土壤水時(shí)空變化。黃河中游地區(qū)土壤水分空間分布具有顯著的空間差異(圖5)。1982—2018年，黃河中游地區(qū)土壤水總體上呈現(xiàn)南高北低、東高西低的格局，整體上沒(méi)有較大的變化。具體來(lái)看，流域中部的關(guān)中平原地區(qū)土壤水最高，其次為流域西南部的六盤(pán)山、子午嶺地區(qū)和中部的呂梁山區(qū)較低，流域西北部的毛烏素沙地土壤水最低。

圖5 黃河中游地區(qū)1982-2018年土壤水空間分布格局

由圖6可以看出,1982—2018年黃河中游地區(qū)土壤水分在2.9%～3.3%之間波動(dòng)，變化范圍較小。39 a間生態(tài)恢復(fù)區(qū)的土壤水分整體上呈下降的趨勢(shì)，下降速率為0.001 3%/a。1982—1997年間土壤水分呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，1998—2018年土壤水分有所下降，這主要是因?yàn)橹脖换謴?fù)的生長(zhǎng)年限對(duì)土壤水有重要影響[20]，在干旱半干旱地區(qū)，植被的生長(zhǎng)需要主要消耗土壤中的水分，因此退耕還林還草工程實(shí)施后，生態(tài)恢復(fù)區(qū)的土壤水分表現(xiàn)為急劇下降；隨著植被的恢復(fù)，生長(zhǎng)所需的水分減少，即土壤水分會(huì)有一定程度的增加。

圖6 黃河中游地區(qū)1982-2018年土壤水變化趨勢(shì)

(2) 生態(tài)恢復(fù)對(duì)土壤水的影響。1982—2018年黃河中游土壤水呈西北低、東南高的態(tài)勢(shì)，整體上土壤水分基本保持不變。以退耕還林還草工程的實(shí)施為節(jié)點(diǎn)，生態(tài)恢復(fù)區(qū)的土壤水分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，但整體上有所下降，下降速率為0.001 3%/a。主要是因?yàn)?999年退耕還林還草工程大規(guī)模實(shí)施，與自然植被相比，人工林地的密度較大消耗更多的土壤水分，在恢復(fù)期植被需要吸收水分滿足生長(zhǎng)需要，引起土壤水分減少、土壤干化[21]，進(jìn)而影響區(qū)域的水文循環(huán)過(guò)程。2012年黃土高原人工林地干層厚度超過(guò)3 m[22]。在干旱半干旱地區(qū)，土壤水分是決定植被恢復(fù)成效的主要因素，而植被恢復(fù)也會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)[23]。因此，為了緩解黃河中游的水資源短缺、凸顯生態(tài)恢復(fù)的工程效益、改良土壤結(jié)構(gòu)，應(yīng)該因地制宜的實(shí)施退耕還林還草，如降低人工林地的種植密度等，促進(jìn)黃河流域的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

2.2.3 生態(tài)恢復(fù)對(duì)徑流的影響

(1) 黃河中游徑流變化。本文基于研究區(qū)內(nèi)皇甫站、溫家川、甘谷驛和張家山4個(gè)水文站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的年徑流量進(jìn)行對(duì)比，由表1可知，1961—2018年，皇甫站、溫家川、甘谷驛和張家山4個(gè)站點(diǎn)的年徑流量均呈現(xiàn)不同程度的下降，下降速率分別為0.032 7，0.114 1，0.018 2和0.192 7(108m3/a)。研究[24]表明，黃河中游徑流量的減少趨勢(shì)較為顯著，這與本文的研究結(jié)果相符。基于年降水和徑流雙累積曲線可以看出(圖7)，1971年以及1999年分別為徑流系數(shù)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，變化率由1961—1971年的1.38 /a減少到1999—2009年的0.60/a，且降水減少是整個(gè)研究期間徑流減少的主要原因。

表1 黃河中游典型水文站的年均徑流量

圖7 黃河中游不同時(shí)段徑流系數(shù)變化

(2) 生態(tài)恢復(fù)對(duì)徑流量的影響。從1961—2018年，黃河中游皇甫站、溫家川、甘谷驛和張家山4個(gè)典型水文站的徑流量都呈不同程度的下降趨勢(shì)。在退耕還林還草工程實(shí)施后10 a(2000—2010年)內(nèi)，頭道拐—龍門(mén)區(qū)間徑流量下降的主要驅(qū)動(dòng)因素是生態(tài)恢復(fù)[25]。2000—2010年生態(tài)恢復(fù)導(dǎo)致黃土高原的徑流量每年損失0.5±0.3 mm[3]。趙陽(yáng)等[26]通過(guò)剖析1950—2016年黃河干流水沙特征，發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)對(duì)中游水沙減少的貢獻(xiàn)率達(dá)到90%以上。王國(guó)慶等[27]基于可變下滲容量模型、歸因識(shí)別等方法，對(duì)黃河重點(diǎn)區(qū)間徑流研究表明，1955—1969年人類活動(dòng)的影響對(duì)徑流減少的貢獻(xiàn)率達(dá)到70%以上。因此，以生態(tài)恢復(fù)為代表的人類活動(dòng)在徑流減少過(guò)程中占舉足輕重的地位。

3 討 論

黃河中游地區(qū)處于中緯度的干旱半干旱區(qū)，水資源對(duì)氣候變化的響應(yīng)更敏感。1960—2012年黃河中游氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，升高速率為0.03 ℃/a；降水量呈下降趨勢(shì)，下降速率為0.57 mm/a，黃河中游在過(guò)去53 a整體趨于暖干化。在2021—2050年黃河流域氣溫將持續(xù)顯著升高[27]，極端降水過(guò)程增加，總體水資源供需矛盾凸顯，進(jìn)一步加劇了水資源的短缺。

流域是氣候變化和人類活動(dòng)等因素共同作用的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，氣候變化將直接影響河流的水文狀況，進(jìn)而改變水資源的利用。蒸散發(fā)、土壤水分、地表徑流是水文循環(huán)的重要組成部分，共同決定著區(qū)域的水資源狀況。隨著全球變暖、降雨不規(guī)律、極端自然災(zāi)害事件頻發(fā)和人類活動(dòng)的作用，區(qū)域甚至全球的蒸散發(fā)、土壤水分、徑流等水資源的時(shí)空變化和分布特征發(fā)生了顯著變化[28]。蒸散發(fā)是水文循環(huán)的核心環(huán)節(jié)，在干旱半干旱地區(qū)，溫度升高促進(jìn)蒸發(fā)蒸騰、空氣中水分含量增加、加速了地面與高空的水汽循環(huán)[29]，全球變暖，土壤旱化程度加重，造成地表植被退化、土壤干層又會(huì)影響到地下水補(bǔ)給和陸地水循環(huán)。另一方面，人類活動(dòng)也影響水文循環(huán)過(guò)程，羅家林等[30]人研究認(rèn)為，生態(tài)恢復(fù)工程改變了地表下墊面的性質(zhì)，增強(qiáng)了植被的蒸騰作用，加劇了水資源短缺，對(duì)流域內(nèi)的水循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生消極影響。黃土高原氣候干燥、水資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)脆弱，為實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，要重視環(huán)境的自身承載力，降低人為干擾，以自然恢復(fù)為主，逐步緩和生態(tài)恢復(fù)與水資源不平衡的矛盾。

本文只針對(duì)年尺度上的植被指數(shù)和各種水資源進(jìn)行分析，在一定程度上忽視了植被生長(zhǎng)狀況和季節(jié)變化，會(huì)對(duì)結(jié)果有一定的影響，如在夏季植被的生長(zhǎng)季蒸散發(fā)量增加、土壤水分減少，但在冬季由于植被枝葉凋落，蒸散發(fā)量會(huì)降低；現(xiàn)有的水文模型僅考慮了小于1 m的土壤水分過(guò)程，限制了在土壤干層模擬方面的應(yīng)用[4]；黃河中游徑流量不僅僅受生態(tài)恢復(fù)的影響，隨著人口的劇增，居民的生產(chǎn)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水量增加和氣候變化，都會(huì)導(dǎo)致流域徑流量的減少，全球溫度每升高1 ℃，徑流量約減少4%[31]。

4 結(jié) 論

本研究以黃河中游地區(qū)為研究對(duì)象，深入分析了生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施前后該流域水資源(蒸散發(fā)、土壤水以及地表徑流)對(duì)植被恢復(fù)響應(yīng)的演變規(guī)律，主要得出以下結(jié)論。

(1) 本文基于遙感、水資源參量、流域水文檢測(cè)等數(shù)據(jù)，使用像元二分模型、趨勢(shì)分析、雙線性累計(jì)曲線等方法，對(duì)黃河中游1982—2018年的植被覆蓋、水資源(蒸散發(fā)、土壤水分、地表徑流)變化進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施前后植被覆蓋度變化、水資源對(duì)其變化的響應(yīng)，以及討論在未來(lái)暖干化的氣候背景下生態(tài)恢復(fù)對(duì)水資源的影響，以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)需水以及水資源合理配置等可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

(2) 1982—2018年，黃河中游地區(qū)植被覆蓋度增加了29.72%。整個(gè)黃河中游地區(qū)在植被覆蓋度增加1%的情況下，蒸散發(fā)量增加3～4 mm；土壤水分在整個(gè)中游地區(qū)基本保持不變，但在生態(tài)恢復(fù)區(qū)呈下降趨勢(shì)，速率為0.001 3%/a；各個(gè)水文站的平均徑流量在1961—2018年呈逐年下降趨勢(shì)，以生態(tài)恢復(fù)為代表的人類活動(dòng)對(duì)徑流下降起到重要作用。

(3) 隨著退耕還林還草為代表的生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施，黃河中游地區(qū)的植被覆蓋狀況得到很大程度的好轉(zhuǎn)，但是與此同時(shí)水資源被過(guò)度消耗，在未來(lái)暖干化的氣候背景下，水資源短缺的狀況將會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重。建議今后黃河流域生態(tài)恢復(fù)要綜合考慮環(huán)境自身承載力和水資源，減少人為的干擾，以自然植被恢復(fù)為主，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的能力，實(shí)現(xiàn)流域的高質(zhì)量發(fā)展。