明晰黄河水源涵养区水碳变量变化规律对于理解黄河流域水碳循环演变过程与机理、保障水资源和生态安全以及支撑水碳资源管理等具有重要意义。论文采用时空统计分析、地理探测器和偏相关分析等方法，在全区、分区和栅格尺度上对黄河水源涵养区的6个典型水碳变量(总初级生产力、净初级生产力、碳利用效率、蒸散发、径流和水分利用效率)2001—2018年的时空变化特征及其成因进行探析。结果表明：① 黄河水源涵养区全区及3个分区的水碳变量主要呈现波动上升的变化趋势，空间分布具有明显的区域分异性。碳变量(总初级生产力、净初级生产力、碳利用效率)和水碳耦合变量(水分利用效率)多年均值大小次序为Ⅲ区(伊洛河区)>Ⅱ区(渭河南部山区)>Ⅰ区(黄河上游水源区)，均呈现由东南向西北递减的空间变化格局，而水变量(蒸散发、径流)则大致呈现南部和西北部高、中部低的空间分布格局。② 表征水热条件的气候因子和下垫面因子共同驱动黄河水源涵养区水碳变量的变化。全区探测的水碳变量影响因子的驱动力大小次序未发生根本改变，全区尺度主要受到叶面积指数、气温和降水因素的驱动；分区及栅格尺度的碳变量和水碳耦合变量的变化受叶面积指数驱动主导的范围最大，水变量的变化受净辐射和降水驱动主导的范围最大。

冻土水文要素变化及关键参数的确定是黄河源区水文过程分析和模型模拟研究的核心内容之一。为进一步认识冻土冻融影响下黄河源区冻土水文关键要素变化及特征，论文选取玛曲季节冻土观测站和康穷多年冻土观测站进行对比分析，结合降水、蒸散发、冻土土壤水分的野外观测，采用HYDRUS-1D模型冻融模块进行模拟分析。结果表明：① 冻土冻融过程会改变土壤水力参数，季节冻土饱和含水率θ_s冷季大于暖季，残余含水率θ_r冷季小于暖季；多年冻土饱和含水率θ_s冷季大于暖季，残余含水率θ_r仅深层冷季小于暖季。② 季节冻土与多年冻土在年内冻结期间土壤含水量呈“U”形变化；在冻结稳定时期季节冻土储水量减少比多年冻土快。③ 冻结稳定时期季节冻土与多年冻土底部渗漏通量都不断减少，而多年冻土由于底部冻土层的存在，底部渗漏通量减少到0后保持不变。④ 季节冻土与多年冻土在地下20 cm处存在冻结锋面，冻结开始期间土壤水双向流向冻结锋面，融化开始期间土壤水由冻结锋面双向流出。研究对于深化黄河源区冻土水文过程的认识，优化水资源管理具有重要的理论和实际价值。

水生态产品实物量计算是水生态产品价值量核算及价值实现的基础。为客观反映水生态产品价值量与水循环过程的联系，论文以黄河上游湟水河流域为例，采用流域水循环多过程模拟、情景分析和社会经济调查等手段，核算了1986—2015年水生态产品(水资源供给、水资源存量、土壤保持、洪水调蓄、水质净化)实物量及其价值，系统分析了水生态产品价值量组成及时空分布规律。结果表明：湟水河流域1986—1995年水生态产品总价值量为604.81亿元/a，1996—2005、2006—2015年分别增加了10.87%、24.49%。水生态产品价值主要由水资源存储贡献(占比66.59%~69.53%)，水库防洪价值、水资源供给、水质净化价值次之(分别占比18.91%~23.54%、5.08%~5.53%、4.77%~6.12%)，土壤保持贡献最小(占比约0.02%)。从上游到下游子流域水生态产品价值量通常呈减小趋势，个别子流域由于有水利工程，水生态产品价值量明显增加。研究可为黄河上游流域水生态系统管理提供可靠的理论和技术支撑。

黄河水源涵养区是中国重要的生态功能区，深入研究区域植被变化过程对维系生态系统健康和高质量发展具有重要意义。论文利用趋势分析、局部加权回归方法(locally weighted scatterplot smoothing，LOWESS)、Pearson相关分析、偏相关分析、残差分析等方法对1982—2015年黄河水源涵养区植被时空变化特征及其驱动要素做了分析，并根据地形不同将涵养区划分为平原区和高原区，探究区域内的差异性。结果表明：① 涵养区多年生长期NDVI(normalized difference vegetation index)呈显著增长趋势，主要源于春秋季NDVI的快速增长，不同区域尺度的NDVI增长速度存在差异，涵养区及其分区高原区、平原区NDVI增长速率分别为0.0009/a、0.0007/a、0.0016/a。② 区域NDVI与降水气温相关性存在时空差异，涵养区生长期NDVI与降水、气温分别呈负、正相关，春夏季受温度控制，秋季受降水、温度同时控制；其中平原区除春季受温度控制外，其他时期同时受降水、气温控制；涵养区生长期NDVI与降水、温度呈正相关区域占比分别为50.4%、91.4%。③ NDVI变化趋势存在一定阶段性，在1995—2015年间NDVI呈停滞增长，期间NDVI与降水的相关性由负相关转为正相关；1995年之前、2015年之后则呈显著增长，与降水、温度分别呈负、正相关性。④ 区域内NDVI增长主要由人类活动与气候变化同时驱动引起，面积占比74.30%，其次为气候变化引起的植被增长与人类活动引起的植被衰退，面积占比分别为11.48%、6.23%，说明生态工程建设有效促进了植被的恢复，但城市化等人类活动同样也会破坏植被的生长。