南流江流域森林土壤保持功能变化分析_李彪.pdf

第 50 卷 第 2 期2 0 2 3 年 6 月福建林业科技JourofFujianForestrySciandTechVol.50No.2Jun.，2 0 2 3doi:10 13428/j cnki fjlk 2023 02 012南流江流域森林土壤保持功能变化分析李彪，杨承伶，陈琦，龙植豪(广西壮族自治区林业勘测设计院，广西 南宁 530011)摘要:以广西北部湾南流江流域为研究区，利用 2009、2014 和 2019 年的森林资源二调数据与森林资源管理“一张图”数据，结合 ArcGIS 和 InVEST 模型，定量评估南流江流域的土壤保持量，并利用实测数据进行验证。结果表明:20092019 年间，研究区土壤保持功能持续增强，土壤保持量增幅达 100.8%。各林地类型单位面积平均土壤保持量呈增长趋势;20092019 年间，研究区桉树、阔叶树、竹林土壤保持总量呈现递增的趋势，经济林、杉木和松类呈现递减的趋势，各森林景观类型的平均土壤保持量大小为杉木 松树 阔叶树 桉树 经济林 竹林;研究区土壤侵蚀比较严重的地区分布比较分散，主要分布北流市的北部、玉州区的西部和东北部、陆川县的北部、博白县的中部、浦北县东北部地区。为增强流域土壤保持功能，可改变林分结构、发展松杉桉混交的营造林模式，提高森林质量，优化森林土地利用景观格局，完善相关的工程措施等。关键词:InVEST 模型;土壤保持;景观类型;广西北部湾南流江流域中图分类号:S714.7文献标识码:A文章编号:1002 7351(2023)02 0064 06Analysis on Changes of Forest Sediment Retention Function in Nanliujiang River BasinLI Biao，YANG ChengLing，CHEN Qi，LONG ZhiHao(Guangxi Forest Inventory and Planning Institute，Nanning 530011，Guangxi，China)Abstract:Taking the Nanliujiang River basin in Gulf of Tonkin，Guangxi as the study area，using the secondary survey data of forestresources in 2009，2014 and 2019 and the One map data of forest resources management，combining ArcGIS and InVEST models，quantitative assessment of soil conservation in the Nanliujiang River basin，and the use of field data to verify.The results showed thatthe soil conservation function was continuously enhanced and the soil conservation amount increased by 100.8%from 2009 to2019.From 2009 to 2019，the total amount of soil conservation of eucalyptus，broad-leaved tree and bamboo forest showed an increas-ing trend，economic forest，Chinese fir and pine showed a decreasing trend.The average soil conservation amount of each forest land-scape type was Chinese fir GT In the study area，the distribution of serious soil erosion is scattered，it is mainly distributed innorthern Beiliu，western and northeastern Yuzhou District，northern Luchuan County，Central Bobai County and northeastern PubeiCounty.In order to enhance the soil conservation function of the watershed，it is necessary to change the stand structure，develop themixed planting pattern of pine and fir，improve the forest quality，optimize the landscape pattern of forest land use，and perfect the re-lated engineering measures.Keywords:invest model;deposit retention;landscape type;Nanliujiang River Basin森林生态系统是以乔木为主体的生物群落及其非生物环境(光、热、水、气、土壤等)组成的复杂系统，是涵养水源能力最强的陆地自然生态系统，对改善局地气候、调节水资源、净化水质、保持水土、以及人类健康都具有重要意义1。影响着生态环境、社会及经济发展2 4。随着人类对生态系统功能不可替代性认识的不断深入，生态系统服务功能的研究逐步受到人们的重视。如何对森林生态系统功能进行评估，建立一套科学、合理、具有可操作性的标准和指标体系，是国内外学者研究的热点和难点。Daily5 提出生态系统服务功能的概念;国内学者对森林生态系统服务开展了大量的研究，侯元兆等6 首次对森林生态系统服务功能进行了评估;鲍文等7 对森林生态系统服务功能的形成机理进行了研究;温庆忠8、王绪高等9 研究了森林生态系统的干扰机理;和爱军10、李少宁等11 构建了森林生态系统收稿日期:2022 07 07;修回日期:2022 09 13基金项目:广西壮族自治区林业勘测设计院科研业务费项目(GXLKYKJ201601)第一作者:李彪(1992)，男，广西壮族自治区林业勘测设计院工程师，从事林业资源遥感、GIS 研究。E-mail:1206762500 。第 2 期李彪，等:南流江流域森林土壤保持功能变化分析的评价体系;李左玉等12、黄鑫等13 和陈鼎玉14 对森林生态系统的评价方法进行了分析。整体来看，尽管从不同角度、不同方向对森林生态系统的驱动因素、分布格局等方面做了研究，但研究相对较为分散，不够系统。针对森林生态系统功能的研究，选定科学的研究方法极其重要，需结合遥感技术、模型等方法综合研究15。随着北部湾经济区的不断发展、产业结构的调整、人类活动的不断增强、降雨的分布不均匀和土地利用类型的转变，造成了流域内一系列生态环境问题的出现，如土壤侵蚀现象的加重、水体污染、大气污染等16。森林生态系统服务的定量评价和重要性分布能够让人们更加清楚地意识到自然环境生态系统的重要性，丰富人们对南流江流域森林生态系统服务功能的认识，为流域的规划及政策提供参考17。1研究区概况南流江流域地处广西东南部，是广西北部湾经济区的重要组成部分，位于 21342252N、1085111022E。起源于广西玉林北流市大容山南麓，流经玉林市玉州区、博白县、钦州市浦北县、北海市合浦县等，最终于合浦县党江乡分为 3 支流入北部湾流域的廉州湾，是广西南部流入海中最长、流域面积最大的河流，全长 287 km，流域总面积 9291 km2，平均年径流量 77.4 亿 m3;地形地貌较为复杂，整体上呈东北西南的走向，流域东部、西部和北部地势相对较高，中部和南部地势较低，表现为冲积平原的地貌;南流江流域内的土壤呈现地带性分布的规律，土壤类型多样，土地肥沃，自然资源丰富;气候属典型的南亚热带季风气候，气候温暖，冬短夏长，年均气温 21.5 22.4，适宜农作物生长。2研究方法2.1数据来源研究数据包括南流江流域气象、水文、土壤类型、植被、DEM 及 2009、2014、2019 年森林资源二类调查小班数据和森林资源管理“一张图”等(表 1)。表 1数据及来源数据类型数据名称数据类型数据分辨率数据年份气象气象站点分布.shp日降雨量.xls20092019温度.xls20092019土壤土壤类型栅格30 m20092019泥沙持流率.xls土地/森林土地利用栅格1100002009、2014、2019水文子流域/集水区.shp植被NDVI 数据栅格2009、2014、2019植被管理因子 c栅格地形DEM栅格30 m工程因子工程措施因子 P栅格2.2InVEST 模型4 InVEST 模型即生态系统服务功能综合估价和权衡得失评估模型，对评估结果进行定量、可视化的表达。利用该模型有利于更加全面地了解生态系统服务功能的时空分布特征等现状，能够更好地指导制定生态管理政策。SDR 模型基于栅格像元尺度的通用土壤流失方程(USLE)计算斑块的潜在土壤流失量以及泥沙输移情况，将土壤潜在流失与土地利用类型、土壤类型、坡度、降雨量等数据联系起来。RKLS=R K LS，USLE=R K LS C P，SHC=RKLS USLE，式中:RKLS 为潜在土壤侵蚀，即裸地无植被覆盖条件下的土壤流失量;R 为降雨侵蚀力因子;K 为土壤可蚀性因子;LS 为坡度坡长因子;USLE 为有植被覆盖条件下56福建林业科技第 50 卷的栅格的土壤侵蚀量;C 为植被覆盖与管理因子;P 为水土保持措施因子;SHC 为栅格的土壤保持量。3结果与分析3.1土壤保持模型结果验证利用 ArcGIS 的扩展插件 ArcSWAT 工具，得到水文站点常乐站控制的流域面积为 6875.33 km2(水文站点分布见图 1)，占流域总面积(9291 km2)的 74.00%，其控制了流域的大部分面积。位于流域内部的 3个水文站点由北向南依次为横江站、博白站、常乐站，由于数据的保密性和难获取性，只获取到 2014 年博白站、常乐站的月均输沙量和月均流量数据，流过博白站的泥沙一部分沉积，一部分流入处于下游的常乐站，因此选用常乐水文站的数据进行验证分析;基于 InVest 模型得到的输沙量为 150.04 万 t，而同时期的南流江流域内常乐水文站的观测资料统计得到其总输沙量为 149.55 万 t，两者仅相差 0.49 万 t，因此 In-图 1南流江流域常乐水文站点控制流域范围VEST 模型的 SDR 模块计算得到的结果是准确可靠的。3.2土壤保持及各林地、景观类型变化分析3.2.1各林地类型土壤保持量2009 年、2014 年和 2019 年的潜在土壤侵蚀总量和实际土壤侵蚀总量见表 2。与 2009 年相比，2019 年有林地、灌木林地、未成林地和其它草地的泥沙输出量分别减少40.52、40.11、3.36、1.4 万 t;反之，各林地类型土壤保持量呈现相应的增长。表明在水土保持措施较完善的情况下，可以有效地减轻土壤侵蚀的程度。20092019 年，各林地类型的土壤保持总量呈显著增长趋势，2019 年较 2009 年增加了 11596.04万 t，其中有林地、灌木林地、未成林地和其它草地的增幅分别为 42.60%、37.12%、91.05%和 70.22%，原因是林地面积有所增加，相应的泥沙截留量也随之增长;未成林造林地的土壤保持量增幅达到91.05%，显著高于其它森林类型，原因主要是未成林造林地造林前的植被覆盖度低，土壤保持能力较低，造林后植被覆盖度提升显著，因此未成林造林地的土壤保持量快速提升;有林地的土壤保持量增幅达到42.60%，