InVEST模型水源涵养模块实地应用的可行性验证

以浙江省杭州市临安区水涛庄水库集水区为研究对象,在研究区2015年森林类型勘测分析的基础上,基于水量平衡法、综合蓄水法和InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs）模型对研究区水源涵养功能进行评价,并分别用总量数据和样点数据对InVEST模型水源涵养模块在研究区的可行性进行验证。结果表明:根据森林主林层优势树种可将研究区的森林可分为11个类型。基于出入库水量监测数据计算可知研究区2015年总水源涵养量为2 738.31×104 m3,基于综合蓄水法计算可知研究区2015年森林水源涵养量为3 498.86×104 m3。基于InVEST模型计算可知研究区2015年总水源涵养量为3 193.90×104 m3,模拟值精度达83.36%;森林水源涵养量为3 189.73×104 m3,模拟精度为91.27%;各林型水源涵养量精度为89.86%。以基于综合蓄水法计算的样点水源涵养量为基准,对InVEST模型的各样点模拟值进行回归验证,R2为0.635 4,模型精度为74.15%。由此可知,利用InVEST模型对研究区水源涵养进行测算是可行的,具有较高的推广价值。     

基于 InVEST 模型的珲春天保工程区水源涵养功能时空动态变化研究

【目的】科学评估珲春天然林保护工程区水源涵养服务功能，为保障区域水资源合理利用和国家 生态安全政策制定提供基础依据。【方法】在多期国土资源统计资料、森林资源档案以及气象数据的基础上， 基于 InVEST 模型研究珲春天保工程实施后水源涵养功能的时空动态变化特征，并采用灰色关联度法分析水源涵 养功能的影响因素。【结果】2000 年珲春天保工程实施以来，研究区的林地面积增加 16 793.25 hm2 ；天保工程 一期（2000—2010 年）的水源涵养量减少 5.67×108 m3 ，二期（2010—2015 年）的水源涵养量减少 1.02×108 m3， 2015—2020 年水源涵养量增加 4.97×108 m3 ；水质净化功能呈波动上升趋势，其中 N 的输出均值在 20 年间由每年 0.1806 kg/hm2 减少至 0.1703 kg/hm2 ，P 的输出均值由每年 0.0206 kg/hm2 减少至 0.0200 kg/hm2 ；森林蓄积、降水量、 第一产业产值是对水源涵养功能最具影响力的指标。【结论】珲春天保工程的实施有效提升了水源涵养服务功能， 可为政府科学决策提供支撑、强化资源保护管理和公众保护意识。     

南方丘陵山地带水源涵养功能变化特征

本文以南方丘陵山地带为研究对象,以2000、2005和2010年三期生态系统类型数据为基础,采用降水贮存量和转移矩阵的方法,分析了南方丘陵山地带生态系统水源涵养功能及其变化特征。结果表明:十年间,研究区水源涵养量呈上升趋势,其总量上升了1.61×108 m3,上升的经济价值为1.08×108元。森林生态系统是主要贡献者,三个年份贡献率分别为69.2%、69.5%和69.9%。不同生态系统水源涵养总量排序为森林农田灌丛草地湿地,水源涵养能力排序为湿地森林草地灌丛农田。水源涵养功能主要集中在较高、中和较低等级,三者总面积比例三个年份分别为97.2%、97.0%和96.9%;各等级间不同程度地相互转换,但以向中和较高等级转移为主,整体呈由低往高转移的变化特征。     

应用InVEST模型对水库集水区水源涵养功能优化方案

基于InVEST模型在对浙江省临安市水涛庄水库集水区水源涵养功能分析的基础上,利用研究区内水源涵养能力较好的林型替换较差的林型,在综合对比各类替换模式后,进而提出提升研究区森林水源涵养功能的优化方案。结果表明:研究区森林水源涵养总量为3 189.39×10~4m~3,研究区森林平均水源涵养深度为594.82 mm(水源涵养功能可表现为水源涵养深度)。研究区内各林型中针阔混交林的水源涵养深度最大,为902.79 mm。不同森林类型在不同坡度级上的平均涵养深度均随坡度的增加而减小,在平坡(0°α≤5°,α为坡度)上均达到最大;影响研究区水源涵养功能的最主要因素是下垫面特征和气候,其中下垫面特征中的土壤饱和导水率的影响最大,且土壤饱和导水率会随着植被的改善和群落的演替而提高。经优化模拟比较,在保证研究区油茶(Camellia oleifera)、毛竹(Phyllostachys heterocycla var.pubescens)等经济林正常经营的基础上,将研究区16°α≤35°坡度级上除针阔混交林和阔叶林以外的森林类型全部替换成针阔混交林,森林水源涵养功能可提升41.07%。     

广西西江流域水源涵养服务空间格局及其影响因素

  目的  水源涵养在众多生态系统服务中占据着重要的地位。揭示水源涵养服务空间格局及其影响因素,识别水源涵养服务重要区,对流域水资源利用、分区管理与综合保护具有重要意义。  方法  以广西西江流域为研究对象,基于InVEST模型、GeoDa与ArcGIS等工具,使用全域和局域空间自相关检验研究区水源涵养服务空间分布模式,构建空间误差模型辨识水源涵养服务关键影响因素,采用分位数分类法进行水源涵养服务重要性分级。  结果  广西西江流域多年平均水源涵养量为185.36 mm,2015年总量为376.10亿 m3。全域莫兰指数为0.769,表明研究区水源涵养服务在空间分布上具有空间依赖性。考虑到多重共线性的影响,最终从13项影响因素中筛选出7项进入空间误差模型,得出土壤饱和导水率、多年平均降水量、坡度、植被净初级生产力、经济密度对水源涵养服务产生显著正面影响,而人口密度和不透水率对水源涵养服务产生显著负面影响。识别出黔浔江流域及左郁江流域南部区域是水源涵养服务重要区,在相关政策制定与管理决策中需重点和优先考虑。  结论  广西西江流域水源涵养服务在空间分布上呈现集聚分布,并以低-低聚集和高-高聚集类型为主。土壤饱和导水率、多年平均降水量、坡度以及不透水率是水源涵养服务最主要的影响因素。图5表2参28     

新疆天然林生态系统服务功能价值评估

依据林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008),以新疆44个林场生态系统为研究对象,从涵养水源、固碳释氧、保育土壤、积累营养物质、净化大气和生物多样性保护6个方面对天然林保护工程实施两期中产生的生态服务功能及其价值进行定量评估。结果表明:1)2001年、2010年和2015年生态服务功能价值分别为350.39×108元、737.83×108元和887.99×108元,且6类服务功能项价值量大小排序整体表现为涵养水源固碳释氧生物多样性保护净化大气保育土壤积累营养物质;2)2000-2015年新疆天保工程各区域生态服务功能价值量大小排序为阿尔泰山国有林管理局天山东部国有林管理局天山西部国有林管理局地州所属林场及其他;3)全疆44个林场在天保工程实施期间价值量基本上均呈增长趋势,其中2000-2010年价值量年增长率3.84%~43.71%,2010-2015年价值量年增长率1.83%~13.94%;4)所有林区在2000年、2010年、2015年的总单位面积价值量分别为2.66×104元/hm~2、2.83×104元/hm~2、3.79×104元/hm~2。新疆天然林保护工程的实施,展现出了巨大的生态效益价值潜力,可为后续工程实施提供理论参考和支持。     

长江流域抑螺防病林生态服务功能评估

为定量评估长江流域抑螺防病林生态系统的服务功能价值,科学评价林业血防工程生态效益,依据林业行业技术规程LY/T 1721-2008《森林生态系统服务功能评估规范》,选取涵养水源、保持土壤、固碳、释氧、生物多样性保护、抑螺防病6项功能对长江流域抑螺防病林的生态服务功能进行评估。结果显示:2006-2013年长江流域抑螺防病林生态系统服务功能生态效益显著,涵养水源16.16×108 t,保持土壤1.46×108 t,固碳0.10×108 t,释氧0.29×108 t,钉螺Oncomelania hupensis面积减少24.35×107 m2,血吸虫病患者减少61.31×104人,总价值967.20×108元。其中抑螺防病功能价值最大,占全部生态系统服务功能价值的35.87%,是非抑螺防病林不具备的功能,其次释氧价值占33.06%,固碳价值占13.02%,涵养水源价值占9.17%,保持土壤价值占7.31%,生物多样性保护所占比例最少,仅有1.57%。抑螺防病林生态服务功能价值大小为湖南＞湖北＞江西＞安徽＞江苏＞四川＞云南,其中抑螺防病功能价值最大的为安徽省,达7省抑螺防病功能总价值的18.17%,但其余5项服务价值最大的为湖南省。研究发现,在抑螺防病林的全方位生态系统服务功能中,抑螺防病功能、释氧、固碳、涵养水源、保持土壤等5项生态服务功能价值共占生态系统服务功能价值量的98.43%,是生态服务功能的主体,各种服务功能价值量大小排序为抑螺防病功能价值＞释氧功能价值＞固碳功能价值＞涵养水源功能价值＞保持土壤功能价值＞生物多样性保护功能价值。其中,湖南省对血吸虫病防治工作的高度重视使抑螺效果发挥作用最大;云南省山丘区,钉螺适生环境多样,而且其生命力强,繁殖快,血吸虫病的预防和控制难度相对较大,抑螺效益不显著。     

大通宝库林区灌木林在水源涵养中的效能

大通宝库林区是青海省省会城市西宁市最大的水源涵养林区,为西宁市工农业生产及生活年均供水量达2.22×108m3。而宝库林区森林资源主要以灌木林为主,本文就宝库林区主要种类灌木林分在水源涵养中的效能作了分析与评估。     

都江堰市水源涵养功能空间格局

水源涵养是生态系统的重要服务功能之一.识别水源涵养重要区对于制定水源保护规划,落实陆域-水域综合保护,防治水体污染,保障区域用水安全具有重要意义.以2008年四川都江堰市为研究范围,采用生态系统服务功能综合权衡工具-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs(InVEST)中的水源涵养模型对县域生态系统的水源涵养功能进行了空间制图,然后采用综合指数法将水源涵养功能与植被减洪能力和水源地保护区进行叠加计算水源涵养重要性指数.结果表明:尽管汶川地震导致都江堰市域部分地区水源涵养功能降低,但都江堰市水源涵养功能整体仍然较高,部分地区多年平均水源涵养量超过200mm/a.都江堰市的水源涵养极重要区面积为421km2,占全市总面积的34.9％,远大于目前县域的水源保护区面积,未来应进一步加强对这些极重要区的保护,以保证本市以及成都平原的供水安全.水域涵养功能及其重要性都存在较明显的空间分异,大致呈现由西北向东南减少的趋势,水源涵养重要性与水源功能的分布密切相关,但又不完全一致.因此,在县域尺度上采用服务功能空间化评估结果进行重要性评价能够比较精细地反映生态系统水源涵养重要性的空间差异.但该方法还需要将人类用水需求进行空间表达,与本文的方法进行结合,以更准确反映水源涵养重要性的空间分异.     

三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响

三江源区是我国重要的水源涵养区,研究草地退化对土壤水源涵养功能的影响,可为三江源区水源涵养功能的科学评估与合理监测提供科学依据.以实地采样与室内测试分析相结合的方法研究了三江源区内不同土壤类型高寒草甸生物量特征、土壤水文物理性质及土壤水源涵养量.结果表明:高寒草甸在重度退化阶段地上生物量、地下生物量、毛管孔隙度、总孔隙度、自然含水量、最大持水量、土壤水源涵养量显著低于未退化和中度退化阶段(P＜0.05).随着高寒草甸退化程度加剧,土壤容重逐渐增大,且非毛管孔隙度规律不显著.未退化、中度退化、重度退化草甸的土壤水源涵养量范围分别为1884.32-1897.44t/hm2、1360.04-1707.79t/hm2、1082.38-1550.10t/hm2.中度退化草甸土壤水源涵养量比未退化草甸低9.37％-10.35％,重度退化草甸低18.31％-27.82％.草甸退化进程中土壤总孔隙度与毛管孔隙度的降低是影响土壤水源涵养量下降的直接原因,而草甸退化进程中地上生物量与地下生物量的减少则是间接原因.度量三江源区高寒草甸土壤水源涵养功能时应着重考虑毛管孔隙度的蓄水作用.研究表明高寒草甸地上生物量与土壤水源涵养量之间存在显著的正相关关系(P＜0.05),该结果能够推动水源涵养功能评估向空间化、精细化发展,为探索利用遥感技术监测三江源区水源涵养功能提供参考依据.     

新疆和田绿洲耕地阈值预估

[目的]在西北干旱区,因开垦耕地,绿洲不断扩张,挤占了生态用水,引起一系列生态与环境问题。以和田绿洲为例,用定量方法计算耕地面积阈值,可为当地水土资源开发及生态保护提供理论依据。[方法]水土平衡法。[结果]结果表明,P=75%时,2010、2020、2030年和田绿洲的耕地面积阈值分别为13.83×104、16.78×104、16.50×104 hm2;P=50%时,2010、2020、2030年和田绿洲的耕地面积阈值分别为14.95×104、18.08×104、17.78×104 hm2。如果不采取有效措施控制耕地扩张,2020、2030年耕地面积将分别超过P=75%时耕地面积阈值2.78×104 hm2、5.07×104 hm2。即使采取高效节水技术,2020年及2030年种植业需水量将由2010年的19.77×108 m3增加到20.82×108、21.95×108 m3,生态需水量及入塔里木河水量将无法得到保证,这必将危及和田河流域,甚至塔里木河流域的生态系统安全与稳定。[结论]耕地超过耕地阈值时,不仅危及和田绿洲的生态安全,同时因耕地扩张加大水资源消耗,和田河汇入塔里木河水量减少,威胁着塔里木河生态与环境安全。为此建议制定严格措施,加强干旱区绿洲-荒漠过渡带的保护,严禁以各种名义的开荒。     

基于土地利用变化的松原市生态系统服务价值预测

以典型农牧交错区的吉林西部松原市为研究区,利用2000、2010、2015年TM/OLI遥感影像,解译得到研究区3期土地利用变化信息图谱,运用GIS空间分析和数值统计分析方法研究该区土地利用变化情况,对2020年土地利用信息进行预测,并由此评估该区未来生态系统服务价值变化特征。结果表明:近15 a,松原市地区水田面积增加最多,年均8.41%;生态系统服务价值增加33.86×108元。模拟预测结果为,到2020年,松原市土地利用类型的旱田、水田、水域、湿地和建筑用地面积呈增加趋势,其中旱田面积增加最多,达49 596.37 hm2;林地、草地和未利用地面积呈减少趋势;生态系统服务价值增加不显著,由2010年的357.14×108元增加到2020年的362.36×108元,年均增长率为0.1%;精度检验及敏感性分析表明,研究结果可信。     

基于Stacking模型集成算法的莲都区南方红豆杉潜在分布区

研究使用R软件中的CaretEnsemble和Caret程序包,并基于Stacking方法来实现模型集成,研究南方红豆杉Taxus chinensis var.mairei在浙江省丽水市莲都区的潜在分布区,并比较5种单一模型的模拟结果及其与集成模型的差异。结果表明:单一模型中极端梯度上升模型表现最好,其次是随机森林模型、支持向量机模型、朴素贝叶斯模型和分类回归树模型,集成模型模拟结果好于单一模型,其Kappa值达0.80,准确率达0.90。集成模型模拟结果显示:影响南方红豆杉分布的主要环境因子为海拔、归一化植被指数和年平均最少降雨量。南方红豆杉主要适宜生长在浙江省丽水市莲都区的山地丘陵地区,中部盆地及平原地区不适宜南方红豆杉的生长,其在莲都区的潜在分布区面积为5.01万hm2。构建的集成模型在一定程度上提高了模型精度,使预测效果更优。     

河北省日光温室种植面积和灌溉需水量的分析及预测

针对河北省水资源日益紧缺、设施面积逐步扩大及其灌溉用水量增加等问题,本研究以河北省7个分区的设施农业典型种植模式为主要研究对象,对其灌水技术、灌水量及水分生产率进行分析计算,通过建立灰色GM(1,1)预测模型,预测2020年河北省日光温室发展面积为19.5万hm2,2030年为21.9万hm2。日光温室2020年灌溉需水量范围为62 006.3～68 694.7万m3,2030年为70 753.7～78 562.1万m3。     

农地整理前后生态系统服务价值变化测算

农地整理工程改变了整理区的土地利用类型,使其原生态系统的能量流、物质流和信息流发生改变,进而导致生态系统服务价值发生变化。依据不同的地貌类型,在湖北省境内选取3个典型项目作为研究对象,测算了农地整理前后项目区的生态系统服务价值。研究结果表明:新增耕地数量最多的是"竹山项目"、净增348.84 hm2,居中的是"当阳项目"、净增62.32 hm2,最少的是"钟祥项目"、净增44.27 hm2。3个农地整理项目区的生态系统服务价值都发生损失,"竹山项目"净减271.0×104元/年,"当阳项目"净减51.0×104元/年,"钟祥项目"净减8.0×104元/年。不同地貌类型项目区的单项生态系统服务价值损失存在较大差异,"竹山项目"的气体调节价值损失最大,"当阳项目"的气体调节价值损失最小;"竹山项目"的食物生产价值增加11.0×104元/年,"钟祥项目"增加1.0×104元/年。研究得到的政策启示:农地整理目标必须从新增耕地数量向更加注重耕地质量和生态环境转变,紧紧围绕和考虑生产、生活和生态,实施数量、质量、生态三位一体的整理模式。     

新疆和田绿洲水资源供需预估(英文)

[目的]预估未来和田绿洲水资源供给与需求,为研究区水资源合理利用及调配提供理论依据。[方法]利用水土平衡法预测未来15年不同水概率条件下和田绿洲的水资源总量和需水量。[结果]当来水概率P=50%时,和田绿洲水资源总量为50.57×10~8m~3,用于社会经济等方面的水资源量仅为33.13×10~8m~3,而2020年、2030年研究区社会经济等方面的需水量将分别为33.44×10~8、36.06×10~8m~3,缺水量为1.31×10~8、2.93×10~8m~3。当来水概率P=75%时,和田绿洲水资源总量为44.30×10~8m~3,用于社会经济等方面的水资源量仅为29.39×10~8m~3,2020年、2030年研究区社会经济等方面的需水量将分别为31.43×10~8、33.11×10~8m~3,缺水量为2.04×10~8、3.72×10~8m~3。[结论]综合考虑气候变化、社会经济发展及节水技术应用等多种因素影响,未来和田绿洲水资源问题将日趋严峻。河流中上游耕地扩张,区间耗水量激增是水资源供需矛盾加剧的主要原因,建议未来绿洲开发在实施高效节水措施的同时,控制耕地面积,严禁各种名义的开荒。     

水稻秸秆还田下油菜免耕生产力保持技术研究

[目的]研究江淮地区稻油二熟制水稻秸秆还田后的油菜免耕生产力保持技术。[方法]通过选择油菜种植品种,调控播种密度、运筹肥料等栽培技术开展研究。[结果]水稻秸秆还田下油菜免耕直播,选择分枝数少的品种便于油菜机械收割;相同施肥条件下,棉油11号15.0万棵/hm2处理比24.0万棵/hm2处理的有效分枝数多38.96%,播种密度为24.0万棵/hm2时,理论产量比15.0万棵/hm2处理高81.41%,实际产量高47.44%。在油菜播种密度为24.0万棵/hm2情况下,不同施氮量对油菜植株的单株角果数、每角粒数均有影响,以施氮量210 kg/hm2理论产量最高,达3 671.70 kg/hm2。[结论]适当调控油菜直播密度和氮肥施用量有利于油菜生长,适当密植能提高油菜产量,同时便于油菜机械收割。     

退耕还林阶段性成果调查与效益评价—以舒城县南港镇为例

通过对舒城县南港镇2002、2003年度退耕还林的全面调查,并采用定性与定量相结合的方法,对已发挥的效益评价。结果表明,南港镇2002、2003年退耕还林坡耕地造林403.8hm2,小班368个。退耕还林8～9年以来,2002年度杨树林分平均胸径、平均蓄积量分别达13.5cm、151.8m3/hm2;2003年杨树平均胸径、平均蓄积量分别达到12.3cm、117.0m3/hm2;2002、2003年度板栗林分平均产量（2010年度）分别达3 600、2 880kg/hm2。退耕还林的生态、经济、社会效益逐步显现,年涵养水源1.6×106m3、滞留泥沙6 865m3、累计吸收CO2约5.23×108kg、释放O2约3.81×108kg;创造直接经济价值2 585.2万元;累计享受政策补助1 157.3万元,其中人均受益910.1元,占退耕以来平均人均收入3.3%,同时转移1.6万劳力到二、三产业中。退耕还林工程已取得阶段性成果,初步达到了预期的目的和效益。     

北京市西北部生态涵养区未来土地利用及生态系统服务变化情景模拟

以北京市西北部生态涵养区为研究区,探讨未来的土地利用变化对生态系统固碳和产水量服务的影响。利用FLUS模型耦合马尔可夫链（Markov chain）预测了2030年自然演变、生态控制和城市快速发展情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型估算了2015和2030年3种土地利用情景下的固碳和产水量服务,最后评价了土地利用变化对生态系统服务的影响特征。结果表明,在城市快速发展情景下,建设用地面积的增长幅度最大(+39.57%),而林地在生态控制情景下预计增加152.38 km²(+3.10%)。生态控制情景具有最大的碳储量和产水量(99.53×10⁶Mg和361.50×10⁷m³),其中林地是重要的供给区域。城市快速发展情景下灌木林地单位面积变化对碳储量的影响强度最大,自然演变情景下未利用地单位面积变化对产水量的影响强度最大。本研究结果可以为决策者制定区域生态保护的土地利用政策提供参考。