兰州市水资源保护能力的时空演变及其驱动因素

《Scientific Reports》：Spatiotemporal evolution and driving factors of water conservation capacity in Lanzhou City

　　

摘要

水资源保护服务是调节和储存水资源的关键生态系统服务，对于缓解水资源短缺和应对气候变化具有重要意义。以兰州市为研究区域，本研究采用了2000年至2023年的长期连续土地利用数据、气象数据和社会经济数据。通过整合PLUS模型、InVEST模型以及XGBoost-SHAP的可解释机器学习框架，本文系统探讨了水资源保护能力的时空演变、驱动机制及未来情景下的响应。研究结果表明：（1）2000年至2023年间，兰州市的水资源保护能力存在显著的年际波动，但没有明显的长期趋势。从空间分布来看，水资源保护能力较高的区域主要集中在西北部和南部的山区，而较低的区域则分布在中部河谷和东南部地区。（2）土壤饱和含水量、降水量和NDVI是主要的正向驱动因素，而人类活动强度则是主要的负向驱动因素。多种影响因素之间存在复杂的非线性协同与拮抗作用，且其影响方向会随着因素强度的变化而动态变化。（3）到2050年，不同气候和社会经济情景下的水资源保护能力空间分布基本保持与2020年一致，但其总量对情景选择非常敏感。在SSP1-2.6情景下，生态保护情景下的水资源保护能力最高（2872.82×10⁴立方米）。本研究为兰州市的水资源管理、生态保护和空间规划提供了可靠的参考依据。