哀牢山地区生态系统水源涵养功能评估分析.pdf
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1、44(2):86-93.引文格式:周博奇,段禾祥哀生山地区生态系统水源渊养功能评钻分析门西南林业学报(自然科学),2 0 2 4,DOI:10.11u.202212023Mar.2024JOURNAL OF SOUTHWEST FORESTRY UNIVERSITY2024年3月Vol.44No.2南西业第2 期第44卷报大学学林哀牢山地区生态系统水源涵养功能评估分析周博奇!段禾祥2李璐1刘彦枫李林霞!欧光龙!(1.西南林业大学林学院,云南昆明6 50 2 33;2.云南省生态环境科学研究院,云南昆明6 50 2 33)摘要:以哀牢山区域为研究对象,基于水量平衡法对2 0 0 0 年、2 0
2、10 年和2 0 2 0 年的区域生态系统水源涵养功能变化进行科学评估和重要性评价。结果表明:哀牢山区域生态系统水源涵养能力在空间分布上呈现出了较高的差异性,具体表现为,东南区域最高,中部次之,西北区域最低;20002020年,总水源涵养量下降了30%,降水减少是影响哀牢山区域水源涵养量减少的主要因素,在气候暖干化的背景下,哀牢山区域水源涵养功能有进一步下降的可能。林地是哀牢山区域水源涵养的主体,其水源涵养能力在各生态系统中占比最高,约占研究区域水源涵养总量的2/3。20002020年,哀牢山区域生态系统水源涵养功能主要以一般等级和中等等级为主导,其中中等等级面积显著降低,一般等级面积显著增加
3、。掌握区域水源涵养功能时空变异特征,为科学评估区域制定生态环境保护决策和优化生态系统管理提供科学依据。关键词:哀牢山;生态系统;水源涵养;水量平衡;重要性评价中图分类号:Q148文献标志码:A文章编号:2 0 9 5-19 14(2 0 2 4)0 2-0 0 8 6-0 8Assessment and Analysis of Water Conservation Function inthe Ailao Mountain EcosystemZhou Boqi,Duan Hexiang,Li Lu,Liu Yanfeng,Li Linxia,Ou Guanglong(1.College of
4、Forestry,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650233,China;2.Yunnan Research Academy of Eco-environmentalSciences,Kunming Yunnan 650233,China)Abstract:This study focuses on the Ailao Mountain region and aims to scientifically assess and evaluate thechanges in the water conservation function
5、of the regional ecosystem in 2000,2010,and 2020 using the water bal-ance method,and to provide an evaluation of its significance.We found that water conservation capacity was sig-nificant spatial different,the specific manifestation is highest in the southeast region,higher in the middle region,and
6、northwest region was the lowest.Total water conservation fell by 30%between 2000 and 2020.The decreaseof precipitation is the main factor affecting the decrease of water conservation in Ailao Mountain region.Underthe background of climate warming and drying,water conservation function in Ailao Mount
7、ain region may de-cline further.Forest is the main contributor to water conservation in the Ailao Mountain region,with its waterconservation capacity accounting for the highest proportion among various ecosystems,approximately two-thirdsof the total water conservation in the study area.The grade of
8、water conservation of Ailao mountains ecosystemwas dominated by general grade and medium grade in 2000 to 2020.The area of medium grade decreased signi-收稿日期:2 0 2 2-12-12;修回日期:2 0 2 3-0 3-16基金项目:科技部科技基础资源调查专项(2 0 19 FY101600)资助;云南省高层次人才培养计划青年拔尖人才专项(YNWR-QN-BJ-2018-184)资助。第1作者:周博奇(19 9 9 一),女,硕士研究生。研
9、究方向:资源与环境遥感。Email:SWFU。通信作者:欧光龙(19 8 3一),男,博士,教授,博士生导师。研究方向:森林可持续经营及森林生态学。Email:。87周博奇等:哀牢山地区生态系统水源涵养功能评估分析第2 期ficantly,and the general grade area increased significantly.Understanding the spatiotemporal variability of region-al water conservation function provides a scientific basis for assessing t
10、he ecological environment and optimizingecosystem management decisions in the region.Key words:Ailao Mountain;ecological system;water conservation;water balance;importance evaluation生态系统服务是人类在生存和发展中,生态系统通过其结构、生态过程,直接或间接为人类提供的生命支持产品和效用 1-2 ,主要包括供给、调节、文化和支持服务四大类 3。其中,水源涵养在生态系统中处于重要位置,密切影响着系统的生产力、养分循环、
11、区域水资源安全等多种重要功能,其功能具有服务类型多元化以及空间差异多样性等特点,是评估生态系统状况和变化的重要指标 4-5。作为生态系统调节服务中的重要功能,水源涵养服务主要表现为生态系统在一定的时空范围和条件下,通过系统结构和生态过程呈现出的径流调节、拦蓄降水、净化水质、增强土壤下渗和补充地下水的能力 6 。即生态系统在满足系统内生态组分对水源需求的同时,还能持续向外部提供水源,起到调节河川流量,增加可利用水资源量的作用 7 ,对维护和改善人类生存环境有着重要影响。不同生态系统提供的水源涵养服务间具有明显的差异性,例如,森林生态系统通过林冠、枯落物、根系、土壤对降水及污染物质进行截留、渗透、
12、积蓄、过滤、蒸散发等,实现生态内水循环的调控以及净化输出水质的作用 8 ;草地生态系统的水源涵养功能可体现为调节径流、消洪补枯、涵养水分、截留降水 8 ;湿地生态系统的水源涵养功能主要体现在储存洪峰水量、延滞洪峰,实现洪水调蓄 9 等。此外,由于地区间土壤、气候、海拔、地貌、植被覆盖类型等环境因子存在异质性,同一类型的生态系统提供的水源涵养功能间也会表现出十分显著的动态性与差异性 10 ,如不同地区的同一森林种类之间、同一区域的不同森林种类之间以及同一区域内各种群内,都会因为群落生物特性与结构的不同而导致水源涵养能力存在差异。本研究以哀牢山地区为研究区域,利用水量平衡的方法,对哀牢山地区主要生
13、态系统类型的水源涵养能力与价值进行时空变异研究,有助于了解各生态系统服务价值的时间变化特征、空间变化特征,进而为哀牢山区域的有效保护和科学管理提供依据1研究区概况研究区为哀牢山山脉,该山脉纵贯云南中南,呈西北-东南走向,地处云贵高原、横断山脉以及青藏高原三大地理区域的相交处。地理位置特殊、地形地貌类型复杂、气候温?、矿质土层透水性良好,调落物分解缓慢,使地表积累了丰富的腐殖层,因此,哀牢山区在我国西南生态安全屏障区中发挥着重要的水源涵养作用 。该地区受西南季风的影响较大,区域内雨量丰沛且干湿季节交替明显 12 ,山地垂直气候带谱明显,是云南亚热带北部与亚热带南部的过渡区,属于典型的亚热带山地气
14、候 13。独特的自然条件形成了研究区内自然资源丰富、动植物区系复杂多样且植被覆盖率高的特点,区域内保存着我国面积最大的亚热带原生山地湿性常绿阔叶林,具有十分重要的保护和研究价值。同时该区域也是青藏高原东部边缘生态样带研究的理想场所,其生态系统服务功能的探究,对监测、研究和保护该地区生态系统及资源可持续利用具有重要意义 142材料与方法2.1数据来源及处理2.1.1土地覆被数据研究使用的2 0 0 0 年、2 0 10 年、2 0 2 0 年土地覆被数据均来自于30 m空间分辨率全球地表覆盖数据GlobeLand30。根据土地利用特点,将研究区土地覆被数据归类为耕地、林地、草地、灌木地、水体和其
15、他6 种类型。2.1.2降雨量数据获取自国家青藏高原科学数据中心()的中国1km分辨率逐月降水量数据集(19 0 1一2 0 2 0 年)。依据数据集进行逐月降水量的提取,叠加月值数据并处理合成为年值数据,利用三次卷积方法对年值数据进行重采样处理,将分辨率提升至30 m,并利用相近10 年降水量的平均值,分别作为2 0 0 0 年、2 0 10 年、2 0 2 0 年88西南林业大学学报第44卷的降水量数据,以此达到消除可能存在于个别年份中极端天气影响的目的。基础数据统计见图1。1600降雨量实际蒸散发量140012001000800600400199019952000 20052010201
16、52020年份图119902020年降水量及实际蒸散发量Fig.1 Trend chart of precipitation and actual evapotran-spirationfrom1990to20202.1.3蒸散发数据集来源于国家青藏高原科学数据中心()的中国1km逐月实际蒸散发数据集(19 9 0 一2 0 2 0 年)。对数据集进行月值数据提取并处理,使用三次卷积方法对叠加得到的年值数据进行重采样处理,得到分辨率为30 m的年值蒸散发数据,并利用相近10 年实际蒸散发数据的平均值,消除某些年份中可能存在的极端天气的影响后,分别作为2 0 0 0 年、2 0 10 年、2 0
17、 2 0 年的实际蒸散发数据。其中因2 0 0 7 年10 月及12 月的源数据存在缺失现象,实验中剔除了该月份。基础数据统计见图1。2.2研究方法2.2.1水量平衡方程降水贮存量法、径流系数法和水量平衡法是评估陆地生态系统水源涵养服务时最常使用的3种方法 15-16 。其中水量平衡法将大气降水、蒸散量以及径流量间的差值,即生态系统中水分输人量与输出量的差值视作生态系统的水源涵养能力7 ,是目前评估水源涵养服务最有效和应用最广泛的基础公式和原理,具有适用性强、操作简单的优点 18-19 该方法公式如下:Qwr=A,(P,-R,-ET,)10-3(1)i=1式中:Qw表示水源涵养量(m/a);i
18、 表示第i类生态系统类型;n表示生态系统类型总数;A,表示i类生态系统的面积(m);P表示降雨量(m m/a);R,表示地表径流量(mm/a);ET,表示蒸散发量(mm/a)。2.2.2地表径流量地表径流量由降雨量与地表径流系数的乘积得到。地表径流系数是指地表径流量(mm)与降雨量的比值,在一定程度上反映了生态系统水源涵养的能力。地表径流系数通过查阅文献资料并结合研究区域实际情况获得 9 。公式如下:R=Px(2)式中:R为地表径流量(mm);P为年降雨量(m m);为平均地表径流系数。地表径流系数详见表1。表1各类型生态系统地表净流系数均值Table 1 Average runoff coe
19、fficient for each ecosystem type生态系统类型平均径流系数/%耕地9.57林地4.52草地9.37灌木地4.22水体0其他02.2.3土地利用变化幅度采用土地利用类型构成比例和动态度来度量哀牢山区域的变化情况,动态度可以较好地反映生态空间在某一区域某一时段变化的速率和强度 15,2 0 公式如下:S2-S1R=100%(3)S.XT式中:R为研究区内某地类在研究时段内的变化幅度;S,为研究初期某地类面积;S2为研究末期某地类面积;T为研究时段长。2.2.4水源涵养服务价值估算模型采用当量因子法计算不同年份的生态系统水源涵养服务价值量 1,2 1,公式如下:V=2(
20、FxA)n(4)i=1式中:V表示水源涵养服务的价值总量(元);i表示土地利用类型;n表示生态系统类型总数;F表示第i种土地利用类型的单位面积生态系统服务价值(元/hm);A,表示第类土地利用类型的面积((hm)。2.2.5单位面积生态系统服务价值为了更好地体现出生态系统对生态服务贡献相对大小的潜在能力,谢高地等 2 2 以全国农田每年自然平均粮食产量的经济价值作为参考标准,89周博奇等:哀牢山地区生态系统水源涵养功能评估分析第2 期将1个标准生态系统生态服务价值当量因子定义为1hm全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值。根据谢高地等计算得出的2 0 10年标准生态系统服务价值当量因子的
21、价值量3406.5元/hm,参照文献 2 3 利用经济学上的可比价概念,修正2 0 0 0 年与2 0 2 0 年的标准生态系统服务价值当量因子经济价值量。具体公式如下:CPLa-CPI,ESVa=ESV,(1+X100%(5)CPL,式中:ESV.为目标年份的生态系统服务价值(元/hm);ESV,为2 0 10 年的生态系统服务价值(元/hm);CPI为目标年份的居民消费价格指数;CPI为2 0 10 年居民消费价格指数。2020年的标准生态系统服务价值当量因子经济价值量分别为32 15.9 7、340 3.2 2 元/hm,结合中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表得出的各地类单位面积
22、水源涵养服务价值如表2。表2 单单位面积水源涵养服务价值Table2Water conservation services value per unit area元/hm时间耕地林地草地灌木地水体其他2000年868.3115243.703151.6510773.50328800.7796.482010年919.7616146.813338.3711411.78348280.562.892020年918.8716131.263335.1611400.79347945.21102.102.2.6水源涵养功能重要性评价根据国内相关研究结果发现,目前水源涵养功能重要性等级划分多依据于对单位面积水源涵
23、养量的分级进行评估。本研究参照国家生态保护红线一生态功能红线划定技术指南(试行)及相关文献,结合水源涵养功能评估结果,将哀牢山区域水源涵养功能划分为5个等级(表 3)2 4-2 6 O表3基基于单位面积水源涵养的分级标准Table 3 Grading standard of water conservation services preunit area等级水源涵养量/mm弱5503结果与分析3.1土地利用动态变化分析哀牢山区域内土地利用以林地、耕地为主,20002020年哀牢山区域土地利用及其变化如图2 及表4所示。总体而言,区域内土地利用类型以林地和耕地为主。时间上,耕地、水体及其他地类(
24、主要为建设用地)的面积呈现波动上升趋势。其中,耕地面积上涨了1.34%,共计6 8 0 km,水体从2 0 0 0 年的53km增长到了2 0 2 0 年的8 6 km,其他地类在2 0 年间由19 km增长至8 6 km,上涨了35.2 6%,这在一定程度上反映了人类社会的发展建设对自然环境的侵蚀。另一方面,林地作为覆盖率最高的地类,在研究区间内的面积变化相对稳定,波动幅度最小,呈现微弱的下降趋势,下降了1.8%,共132 km;除此之外,草地、灌木地的面积也呈现波动下降的趋势,分别降低了1.8 9%和1.8 0%,灌木地也是研究区间内唯一持续减少的地类,共减少了132 km。12.0001
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