三峡库区近20年森林生态服务功能变化及影响因素分析——以石柱县为例

doi:10.13466/j.cnki.lyzygl.2020.06.006

摘要/Abstract

摘要：

以地处三峡库区腹心的石柱县为样区,利用2002,2012和2019年3期森林资源二类调查与林地年度变更数据,在ArcGIS支持下,应用InVEST模型对森林生态系统的主要服务功能进行定量评估,并运用灰色关联法识别影响森林生态服务功能变化的动力因素。结果表明:1)2002—2019年间样区土壤保持、水源涵养、水质净化功能均呈方斗山、七曜山区较高,沿江平坝和方斗-七曜山所夹槽谷区较低的空间格局;2)2002—2019年间样区森林生态服务功能变化显著,土壤保持功能增长155%,水源涵养增加41%,水质净化提高47%;3)2002—2019年间林地各类型单位面积平均土壤保持量、水源涵养量、N与P输出量大小均以有林地为首,有林地对森林生态系统服务功能变化的影响起决定作用;4)森林面积是影响土壤保持、水源涵养、水质净化功能的主要因素,天然林保护等林业建设工程对森林面积增加做出巨大贡献。人口的增加、流动以及人为活动等因素同样也会对服务功能的变化产生较大影响。

关键词: 森林生态服务功能, 林地类型, 影响因素, InVEST模型, 三峡库区

Abstract:

Based on Shizhu County,located in the heart of the Three Gorges Reservoir Area,this paper uses the forest resources survey data in 2002,2012 and 2019 and the annual forest land change survey data,and uses the InVEST model to quantitatively evaluate and analyze the major service functions of forest ecosystem based on the evaluation results of using the gray correlation method to discuss the motivation factors that influence functional change of forest ecological service.The results show that:Between 2002 and 2019,the soil preservation,water conservation and water purification functions of the study area showed the higher of Fangdou Mountain and Qiyao Mountain,the lower spatial pattern of the river ridge flat dam area and the reservoir area of the Fangdou-Qiyao Mountain Range;Between 2002 and 2019,the function of forest ecological service changed significantly,the soil maintenance function increased by 155%,the water conservation function increased by 41%,and the water purification function increased by 47%;In the period 2002-2019,forest land took the lead in average soil retention,water conservation,N and P output,which played a decisive role in forest ecosystem services;Forest area is the main factor affecting soil retention,water conservation and water purification function.Natural forest protection projects and other forestry construction projects have made a great contribution to increase the forest area.Factors such as population growth,mobility and human activities can also have different effects on changes in service function.

Key words: forest ecosystem service function, forest land type, influencing factors, InVEST model, Three Gorges Reservoir Area

中图分类号:

蒲莹, 牟耀杰, 邵景安. 三峡库区近20年森林生态服务功能变化及影响因素分析——以石柱县为例[J]. 林业资源管理, 2020,(6): 31-39.

PU Ying, MU Yaojie, SHAO Jing'an. Analysis of Forest Ecological Service Function Change and its Influencing Factors of the Three Gorges Reservoir Area in the Past 20 Years:a Case Study of Shizhu County[J]. FOREST RESOURCES WANAGEMENT, 2020,(6): 31-39.

图/表 11

表1

表2

图1

图2

表3

图3

表4

图4

图5

表5

表6

参考文献 31

[1]	张建龙. 中国森林资源报告(2014—2018)[M]. 北京: 中国林业出版社, 2019.
[2]	夏军, 张永勇, 穆兴民, 等. 中国生态水文学发展趋势与重点方向[J]. 地理学报, 2020,75(3):445-457.
[3]	徐雨晴, 周波涛, 於琍, 等. 气候变化背景下中国未来森林生态系统服务价值的时空特征[J]. 生态学报, 2018,38(6):1952-1963. doi: 10.5846/stxb201703210482
[4]	李文华, 李飞. 中国森林资源研究[M]. 北京: 中国林业出版社, 1996.
[5]	中国可持续发展林业战略研究项目组. 中国可持续发展林业战略研究总论[M]. 北京: 中国林业出版社, 2002.
[6]	Daily G C. Natures Services:Societal Dependence on Natural Eco-syetems[M]. Washington D C:IslandPress, 1997.
[7]	鲍文, 包维楷, 何丙辉, 等. 森林生态系统对降水的分配与拦截效应[J]. 山地学报, 2004,22(4):483-491.
[8]	温庆忠. 人为干扰对珠江源自然保护区森林植被的影响[J]. 林业调查规划, 2002(1):31-35.
[9]	王绪高, 李秀珍, 贺红士. 大兴安岭森林景观在不同火干扰及人工更新下的演替动态[J]. 北京林业大学学报, 2006,28(1):14-22.
[10]	和爱军. 浅析日本的森林公益机能经济价值评价[C]//森林环境价值核算国际研讨会论文集. 北京: 中国林业出版社, 2001.
[11]	李少宁, 王兵, 赵广东, 等. 森林生态系统服务功能研究进展—理论与方法[J]. 世界林业研究, 2004,17(4):14-18.
[12]	李左玉, 董红先, 刘雷雷, 等. 浙江乌岩岭国家级自然保护区森林生态系统服务价值评估[J]. 浙江农林大学学报, 2020,37(5):891-897.
[13]	黄鑫, 郑夔荣, 周志翔, 等. 湖北省马尾松林生态服务价值的空间分异特征[J]. 林业调查规划, 2019,44(5):84-90.
[14]	陈鼎玉. 贵州省森林生态系统服务价值评估与动态仿真研究[D]. 贵阳:贵州财经大学, 2019.
[15]	杨雯. 森林生态系统服务权衡的研究方法[J]. 绿色科技, 2018(14):14-19.
[16]	及莹, 蔡体久, 琚存勇. 一种森林流域生态系统管理与评价的新技术——NetMap简介[J]. 森林工程, 2013,29(2):44-47.
[17]	魏书精, 罗斯生, 罗碧珍, 等. 气候变化背景下森林火灾发生规律研究[J]. 林业与环境科学, 2020,36(2):133-143.
[18]	李泠颖. 基于碳汇核算的湖南省森林生态补偿机制研究[D]. 长沙:中南林业科技大学, 2019.
[19]	蒋毓琪. 浑河流域森林生态补偿机制研究[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2018.
[20]	底志欣. 京津冀协同发展中流域生态共治研究[D]. 北京:中国社会科学院研究生院, 2017.
[21]	陈玉东, 陈梅, 张龙江, 等. 基于GIS的龙墩水库典型小流域面源污染氮磷负荷研究[J]. 生态与农村环境学报, 2015,31(4):492-499.
[22]	潘洪义, 朱晚秋, 崔绿叶, 等. 成都市人均生态足迹和人均生态承载力空间分布差异[J]. 生态学报, 2017,37(19):6335-6345. doi: 10.5846/stxb201607121426
[23]	沈文东, 许皞. 基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以河北省为例[J]. 中国生态农业学报, 2018,26(4):505-515.
[24]	Chang C R, Chien H F, Shiu H J, et al. Multiscale heterogeneity within and beyond Taipei city greenspaces and their relationship with avian biodiversity[J]. Landscape & Urban Planning, 2017,157:138-150.
[25]	郭旭东, 常青, 刘筱, 等. 基于碳储量视角的城镇土地利用模式与生态效益分异特征[J]. 中国土地科学, 2017,31(4):61-70.
[26]	包玉斌, 李婷, 柳辉, 等. 基于InVEST模型的陕北黄土高原水源涵养功能时空变化[J]. 地理研究, 2016,35(4):664-676. doi: 10.11821/dlyj201604006
[27]	基于InVEST模型的锡林郭勒草原土地利用/土地覆被变化与生态系统服务研究[D]. 呼和浩特:内蒙古大学, 2016.
[28]	马双. 基于In VEST模型的生态系统服务空间格局分析——以大熊猫国家公园为例[D]. 上海:上海师范大学, 2020.
[29]	刘婷, 邵景安. 基于BP神经网络的三峡库区土壤侵蚀强度模拟[J]. 自然资源学报, 2018,33(4):669-683.
[30]	吴连霞, 赵媛, 马定国, 等. 江西省人口与经济发展时空耦合研究[J]. 地理科学, 2015,35(6):742-748.
[31]	周春山, 余波, 史晨怡, 等. 援藏与西藏自治区经济发展耦合协调分析[J]. 地理科学, 2018,38(2):206-213. doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2018.02.006

数据类型	数据内容	数据尺度/分辨率	年份	数据来源
地形	DEM(栅格)	30m	—	地理空间数据云
气候	年均温(.xls)	—	2002—2019年	国家气象数据共享数据库
	潜在蒸发量(.xls)	—	2002—2019年	国家气象数据共享数据库
	太阳总辐射(.xls)	—	2002—2019年	国家气象数据共享数据库
	年降水量(.xls)	—	2002—2019年	国家气象数据共享数据库
水文	集水区/子集水区分布图(.shp)	—	—	由DEM提取
森林资源二类调查小班	全要素(.shp)	1:1万	2002,2012,2019年	重庆市林科院、国家林业和草原局调查规划设计院
植被	NDVI数据(栅格)	1km	2002—2019年	由Landsat影像波段提取
植被	植被管理因子c(栅格)	—	—	参考陈玉东等^[21]成果赋值
土壤/土地	土地利用/覆被变化(栅格)	30m	2002—2019年	由Landsat影像解译
土壤/土地	土壤类型(栅格)	1:10万	2002—2019年	中科院土壤数据库
其他	工程措施因子p(栅格)	—	2002—2019年	参考陈玉东等^[21]成果赋值

林地类型	土壤侵蚀总量						土壤保持总量
	2002年		2012年		2019年		2002年	2012年	2019年
	潜在侵蚀	实际侵蚀	潜在侵蚀	实际侵蚀	潜在侵蚀	实际侵蚀	2002年	2012年	2019年
有林地	1987.12	20.29	4036.55	17.07	5634.89	14.53	1966.83	4022.02	5617.82
疏林地	9.24	0.22	12.68	0.03	160.95	0.05	9.02	12.63	160.92
灌木林地	1013.80	21.91	1050.69	15.91	1230.45	11.05	991.89	1039.64	1214.54
未成林造林地	48.67	2.10	258.51	0.18	359.30	0.09	46.57	258.41	359.12
苗圃地					0.04	0.00			0.04
其他林地					328.60	0.33			328.26
合计	3058.83	44.52	5358.42	33.19	7714.22	26.06	3014.31	5332.69	7680.70

年份	有林地	疏林地	灌木林地	未成林造林地	苗圃地	其他林地
2002年	87.19	72.45	77.18	69.84	0	0
2012年	94.50	80.70	81.50	75.50	0	0
2019年	97.05	81.35	85.68	79.51	72.55	73.13

林地类型	2002年		2012年		2019年
林地类型	N输出	P输出	N输出	P输出	N输出	P输出
有林地	4.16	0.254	3.30	0.234	3.22	0.202
疏林地	4.55	0.279	3.75	0.247	3.31	0.229
灌木林地	6.03	0.395	5.48	0.373	4.54	0.247
未成林造林地	9.97	0.549	8.19	0.486	6.57	0.361
其他林地					4.02	0.279

因子	指标	影像因子关联度
因子	指标	土壤保持功能	水源涵养功能	水质净化功能
自然	森林面积X1	0.90	0.94	0.93
	降水量X2	0.72	0.87	0.85
	蒸散发X3	0.70	0.83	0.74
	土壤深度X4	0.70	0.71	0.80
	流域汇水面积X5	0.45	0.40	0.42
人口	总人口X6	0.76	0.71	0.72
	农村常住人口X7	0.80	0.62	0.66
	农民人均纯收入X8	0.90	0.54	0.66
社会经济	GDP X9	0.73	0.72	0.68
	第一产业产值X10	0.51	0.42	0.52
	第二产业产值X11	0.37	0.42	0.40
	第三产业产值X12	0.45	0.37	0.42
林业政策	林业建设工程X13	0.97	0.90	0.81