水是生命之源,是可持续发展的核心要素,提供了生态、生产、生活方面必不可少的多项生态系统服务,尤其是干旱和半干旱地区,对地区的生态安全和人类生存具有重要意义。我国西北干旱区年降水量少、蒸发量大,近些年由于城镇化发展、农业种植面积扩张等,出现河流断流、地下水下降、可利用水资源短缺、湖泊水体富营养化等问题,严重影响了区域社会经济发展。本文从生态系统服务角度,以博斯腾湖流域为研究对象,利用气象、土地利用、数字高程、土壤等数据和InVEST模型,在气候和土地利用变化背景下,定量模拟和评估流域的产水服务和水净化服务,在历史基准期率定的参数方案基础上,对RCPs情景下未来的产水服务和水质净化服务进行模拟和评估,掌握产水量、氮磷量的时空动态变化过程,考察产水和水质净化服务对气候和土地利用变化的响应,期冀为区域的水资源管理和可持续发展提供决策支持,并为类似区域研究提供新的研究方法。本文主要研究结论如下:(1)博斯腾湖流域过去30年降水呈增加趋势,温室气体增加背景下,2020-2050年的年均降水量较历史基准期减少,但是未来时间段内变化却有所差别。1985-2015年的降水增长速率为2.61 mm/yr,随着温室气体浓度增加,2020-2050年降水在RCP2.6情景下减少速率为0.0361mm/yr,RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下增长速率分别为0.0017 mm/yr、0.0075 mm/yr、0.012 mm/yr。(2)博斯腾湖流域过去30年土地变化剧烈,耕地和建设用地增加迅速,林地、水域和未利用地减少较多。未来气候变化背景下,耕地和未利用地减少,其他用地增加。1985-2015年耕地、草地、城乡和建设用地分别增长1.66%、11.34%、0.25%,林地、水域和未利用土地分别减少0.28%、7.04%、5.94%。随着温室气体浓度增加,2050年耕地、未利用土地分别减少6.7%、7.24%,林地、草地、水域、城乡和建设用地分别增长1.55%、3.33%、0.28%、0.44%。(3)气候和土地利用变化背景下,博斯腾湖流域过去30年产水服务功能增强,水质净化服务功能减弱。1985-2015年产水量增长0.21%,氮磷保留量分别增长41.98%、40.56%,氮磷输出量分别增长35%、47.02%。综合流域产水量、氮磷保留量、氮磷输出量的空间分布看,西北部的产水服务、水质净化服务要优于东南部,两种服务都在博斯腾湖北部和西部最差。(4)随着温室气体浓度增加,在气候变化背景下,2050年博斯腾湖流域的产水服务功能降低,水质净化服务功能增强。从RCP2.6情景到RCP8.5情景产水量减少8.03%,产水服务功能降低,在RCP6.0情景下产水服务最好。虽然氮磷保留量分别减少4.32%、5.38%,但是氮磷输出量也分别减少6.96%、7.66%,可见水质净化服务功能增强,RCP8.5情景下水质净化服务最好。(5)博斯腾湖流域的产水服务受气候和土地利用变化影响。随着时间推移,历史基准期和未来时期的低降水区减少、高降水区增多,随之产水量表现出在低降水区减少、高降水区增多。产水量变化与土地利用变化保持一致,其中草地对产水的贡献最大,产水能力也最强,城乡和建设用地对产水的贡献最小,但产水能力最弱的是未利用土地。随着温室气体浓度增加,RCPs情景2050年只在耕地、林地、草地上出现产水,草地与产水的关系与历史基基准期一致,林地对产水的贡献最小,产水能力也最弱。博斯腾湖流域的水质净化服务受气候和土地利用变化影响。历史基准期和未来时期的氮磷保留量和输出量都在低降水区较高,高降水区较低。随着降水增加,氮磷保留量和输出量都在低降水区减少,高降水区增多。氮磷保留量变化与耕地、林地、草地、城乡和建设用地变化保持一致,与水域、未利用土地变化不一致。氮磷输出量变化与耕地、草地、水域、城乡和建设用地、未利用土地变化保持一致,与林地变化不一致。无论是历史基准期还是未来时期,耕地在氮磷保留和输出的贡献最大,林地、水域在氮磷保留和输出的贡献最小;耕地、城乡和建设用地在氮磷保留和输出能力较强,水域在氮磷保留和输出能力较弱。