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区域森林水源涵养功能评价模型的开发与应用

中国水土保持科学 2023年第1期21卷 119-127页

作者：余恩旭张明芳徐亚莉孙鹏森蒙作主电子科技大学资源与环境学院成都611731 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所北京100091

区域尺度上毁林、虫害、火灾以及造林等多种类型森林变化伴随森林植被恢复生长,使森林及其水源涵养功能恢复具有时空累积性。而传统森林水源涵养功能评价方法难以直接刻画森林时空累积变化及其对水源涵养功能的影响,且存在模型计算量大... 详细信息

区域尺度上毁林、虫害、火灾以及造林等多种类型森林变化伴随森林植被恢复生长,使森林及其水源涵养功能恢复具有时空累积性。而传统森林水源涵养功能评价方法难以直接刻画森林时空累积变化及其对水源涵养功能的影响,且存在模型计算量大、效率低等问题。针对上述难题,集成自主开发的森林恢复评价模型(ERA模型)与经典的综合蓄水法能力,结合GIS二次开发平台,设计与实现区域森林水源涵养功能评价模型(RFWCFAM)用于不同森林恢复情境下森林景观和森林水源涵养功能的时空动态评价和预测。该模型通过输入降水、植被类型、土壤、森林恢复措施等数据,生成森林变化、水源涵养量变化、恢复措施布局等空间分布图以及相应的统计数据,可以快速、准确定量评估区域尺度森林变化及其恢复过程中水源涵养功能的时空累积变化,辨识影响森林恢复的关键因子。区域森林水源涵养功能评价模型应用于杂谷脑流域,结果表明:1)2010年流域森林总水源涵养量为679.37 t/hm^(2);2)2010—2030年间在自然恢复和人工恢复情景下流域森林土壤层、枯枝落叶层、林冠层及总水源涵养量均呈增加趋势;3)人工恢复效果较自然恢复更明显,预计到2030年人工恢复措施下森林水源涵养总量较自然恢复措施下约高5.19%。本模型的开发及成功应用能够为林业部门和水资源管理部门快速准确评估森林恢复工程对水源涵养功能的提升效果提供高效的评价工具,同时为我国森林资源适应性管理提供科学依据,为水土保持工程的评价和管理提供科学支撑。

关键词：森林恢复 ERA 水源涵养 GIS二次开发综合蓄水能力法水土保持

乌江上游地区森林生态系统水源涵养功能评估及其空间差异探究

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地球信息科学学报 2016年第7期18卷 987-999页

作者：唐玉芝邵全琴中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学北京100049

乌江流域是西南地区重要经济中心的生态和安全屏障,其上游地区长年面临水土流失和土地石漠化等问题,严重影响到当地和长江沿岸人民的生产生活。本文基于贵州省毕节地区2010年森林二类调查小班数据,运用综合能力蓄水法对乌江上游地区森... 详细信息

乌江流域是西南地区重要经济中心的生态和安全屏障,其上游地区长年面临水土流失和土地石漠化等问题,严重影响到当地和长江沿岸人民的生产生活。本文基于贵州省毕节地区2010年森林二类调查小班数据,运用综合能力蓄水法对乌江上游地区森林生态系统水源涵养量进行估算,分析了水源涵养能力的空间分异特征,并使用线性回归和相关分析法对森林水源涵养能力与林地海拔、坡度和土地退化类型之间的关系进行了深入探讨。结果表明:(1)2010年,研究区森林生态系统的水源涵养总量为563.05×106m3,单位面积水源涵养量达774.73 t/hm2,水源涵养能力分布表现为东部地区自东北向西南逐渐减弱、西部地区强弱相间的碎片化分布特征;(2)随着林地海拔的升高,森林单位面积水源涵养量表现出显著的下降趋势(P能力与坡度呈显著的负相关(P能力较非退化土地平均下降23.50%。正确认识森林生态系统的水源涵养功能及其空间差异,对了解当地森林生态系统现状,以及制订实施更有针对性、更高效的水资源可持续利用和生态环境恢复及建设等相关政策具有重要意义。

关键词：水源涵养乌江上游森林生态系统立地条件土地退化综合蓄水能力法

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南北盘江森林生态系统水源涵养功能评价

地理科学 2016年第4期36卷 603-611页

作者：刘璐璐曹巍邵全琴中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

森林生态系统水源涵养功能是植被层、枯枝落叶层和土壤层对降雨进行再分配的复杂过程。运用综合蓄水能力法,基于森林资源二类调查数据,估算了贵州省南北盘江流域不同类型森林生态系统的林冠层截留降水量、枯落物持水量和土壤蓄水量,分... 详细信息

森林生态系统水源涵养功能是植被层、枯枝落叶层和土壤层对降雨进行再分配的复杂过程。运用综合蓄水能力法,基于森林资源二类调查数据,估算了贵州省南北盘江流域不同类型森林生态系统的林冠层截留降水量、枯落物持水量和土壤蓄水量,分析了流域尺度森林生态系统的水源涵养能力及其时空变化。结果表明:1南北盘江流域森林涵养水源总量约6.13×108m^3,单位面积水源涵养量629.85 t/hm^2,森林水源涵养能力空间分布呈现东高西低的趋势;2不同类型森林来说,阔叶林和灌木林对区域水源涵养总量的贡献率最大,而混交林的单位面积水源涵养量最高;3不同林龄比较,幼龄林对区域水源涵养贡献率最高,达45.95%,但其单位面积水源涵养能力最差,过熟林的单位面积水源涵养能力最高;4就坡位而言,平地和中坡森林对区域水源涵养总量的贡献率最大,山谷森林单位面积水源涵养能力最高,山脊森林单位面积涵养水源能力最低;5近35 a来,随着生态工程的实施,森林生态系统水源涵养总能力以1 447.89×10~4m^3/a速度持续提升,单位面积水源涵养量以每年5.33 t/hm^2的速度稳步提高。

关键词：南北盘江森林生态系统水源涵养综合蓄水能力法

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森林水源涵养价值核算方法评述与实例研究

自然资源学报 2011年第12期26卷 2100-2109页

作者：司今韩鹏赵春龙北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室北京100871 北京市顺义区长青林场北京101300

针对森林水源涵养价值内涵理解不同,不同方法核算结果差异迥然的现象,总结现有方法深入分析其内涵,并选取5种方法进行实例计算。结果表明:黄土高原区两个小流域方法间核算结果差异显著,其中以纸坊沟为例,综合蓄水能力法、当量法、水量... 详细信息

针对森林水源涵养价值内涵理解不同,不同方法核算结果差异迥然的现象,总结现有方法深入分析其内涵,并选取5种方法进行实例计算。结果表明:黄土高原区两个小流域方法间核算结果差异显著,其中以纸坊沟为例,综合蓄水能力法、当量法、水量平衡法Ⅰ及降水储存量法Ⅰ所得价值最高可相差1.5×106元,而南方女儿寨小流域同比相差最高为2×105元,且三个流域利用水量平衡法Ⅱ计算所得结果皆出现反常现象。分析表明:降水储存量法Ⅰ与水量平衡法Ⅰ内涵接近,反映实际水源涵养价值;综合蓄水能力法则反映潜在水源涵养价值,在干旱半干旱地区可能出现实际蓄水能力低于理论值,实际价值与潜在价值相差较大的情况;水量平衡法Ⅱ计算公式无法代表其所期望反映的内涵,建议选用土壤蓄水能力法替代。

关键词：森林水源涵养价值当量法综合蓄水能力法降水储存量法水量平衡法Ⅰ 水量平衡法Ⅱ

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四川省石棉县森林生态系统水源涵养能力研究

中南林业科技大学学报 2017年第5期37卷 80-86页

作者：吴丹邵全琴王浩然杨存建环境保护部南京环境科学研究所江苏南京210042 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 北京城垣数字科技有限责任公司北京100101 四川师范大学四川成都610068

基于四川省石棉县第七次森林资源二类调查成果,通过综合蓄水能力法估算了石棉县森林生态系统的水源涵养量,分析了植被类型和立地条件差异下森林水源涵养服务的特性。结果表明:石棉县森林面积合计13.27万hm2,水源涵养总量为1.06亿m3,林... 详细信息

基于四川省石棉县第七次森林资源二类调查成果,通过综合蓄水能力法估算了石棉县森林生态系统的水源涵养量,分析了植被类型和立地条件差异下森林水源涵养服务的特性。结果表明:石棉县森林面积合计13.27万hm2,水源涵养总量为1.06亿m3,林冠层、枯枝落叶层和土壤层涵养水源的贡献率分别为29.03%、6.72%和64.25%;冷杉水源涵养贡献率最大(42.20%),云杉次之(14.83%),竹林最小(0.15%);单位面积水源涵养量大小为云杉>冷杉>经济林,竹林单位面积水源涵养量最低(323.79 m3/hm2)。总体上,森林单位面积水源涵养量随海拔高度的增加而增大,随坡度的增加而降低;全县水源涵养能力呈现出四周高、中间低的特点。根据立地条件差异合理经营管理林区,可以发挥其更大的水源涵养功能。

关键词：水源涵养森林清查综合蓄水能力法石棉县

贵州省拱拢坪国有林场森林生态系统水源涵养功能评估

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林业资源管理 2022年第S1期 72-78页

作者：唐佳俊田羽琨商艳君陈红燕柴宗政贵州大学林学院拱拢坪国有林场毕节市林业局

基于森林资源调查数据，使用综合能力蓄水法评估了拱拢坪国有林场(以下简称林场)水源涵养功能及其空间差异性。结果表明：1)林场林地面积共3 233.3 hm2,水源涵养总量为336.964 7万m3,单位面积水源涵养量1 042.17 t/hm2。其中，林冠层截... 详细信息

基于森林资源调查数据，使用综合能力蓄水法评估了拱拢坪国有林场(以下简称林场)水源涵养功能及其空间差异性。结果表明：1)林场林地面积共3 233.3 hm2,水源涵养总量为336.964 7万m3,单位面积水源涵养量1 042.17 t/hm2。其中，林冠层截留量为124.493 6万m3,枯落物层持水量为9.517 3万m3,土壤层蓄水量为202.953 7万m3。2)温性针叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶混交林等3种森林类型对整个森林生态系统的贡献率高达81.39%,暖性针阔混交林和常绿落叶阔叶混交林两种森林类型的单位面积水源涵养功能最高。3)林场水源涵养量分布呈现明显的空间差异，西部区域水源涵养量最高，明显高于东部和中部区域，且中部区域水源涵养量最低。建议加强森林经营，通过调整林分结构，提高林分质量，提升水源涵养功能。

关键词：水源涵养国有林场森林生态系统综合蓄水能力法贵州省

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井冈山国家级自然保护区水源涵养能力研究

井冈山国家级自然保护区水源涵养能力研究

作者：孙德泉中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

井冈山国家级自然保护区是我国南方典型的中亚热带区域，区内森林群落类型丰富，森林覆盖率高达95%，郁闭度0.9以上，地形复杂，生境多样，从常绿阔叶林到高山草甸各种亚热带植被类型均有分布，形成了完整的森林生态系统。在我国乃至世... 详细信息

井冈山国家级自然保护区是我国南方典型的中亚热带区域，区内森林群落类型丰富，森林覆盖率高达95%，郁闭度0.9以上，地形复杂，生境多样，从常绿阔叶林到高山草甸各种亚热带植被类型均有分布，形成了完整的森林生态系统。在我国乃至世界中亚热带森林研究中占有重要地位。水源涵养功能是森林生态系统的重要生态服务功能之一，森林生态系统通过林冠层截留、枯落物层持水及土壤层蓄水达到对大气降水的储蓄及调节功能。本文通过野外试验的方法测定不同植被类型各层水源涵养参数，通过数据分析对井冈山国家级自然保护区不同植被各层水源涵养能力进行比较，并运用综合蓄水能力法最终达到保护区水源涵养能力的有效评估。通过实验及数据分析得知：（1）林冠层截留方面，保护区一次降雨截留量为5.29×104t，针阔混交林一次降水截留能力最强，截留等效深度达0.139mm，阔叶林一次降水截留能力最弱，仅0.047mm。（2）枯落物层持水方面，保护区一次降雨持水量为199.41×104t，杂灌林枯落物持水能力最强，持水深度达10.20mm，竹林枯落物持水能力相对最弱，持水深度为5.23mm。（3）土壤层蓄水方面，保护区一次降雨蓄水量共计1989.16×104t，针阔混交林林下土壤蓄水能力最强，蓄水深度达102.09mm，阔叶林林下土壤层蓄水能力相对较弱，为65.79mm。（4）保护区森林生态系统水源涵养总量为2193.86×104t，林冠层涵养量占综合水源涵养总量的0.24%，森林枯落物层涵养量占综合水源涵养总量的9.09%，森林土壤层生态系统层涵养水源占综合水源涵养总量的90.67%。可知森林土壤层是森林水源涵养功能的主体部分。

关键词：井冈山水源涵养林冠层枯落物层土壤层综合蓄水能力法

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区域森林变化与水源涵养功能估算及系统实现

区域森林变化与水源涵养功能估算及系统实现

作者：蒙作主电子科技大学

学位级别：硕士

森林生态系统及其生态功能对人类的生存与发展具有不可替代的作用。其中,森林植被的变化（干扰与恢复）,会对森林生态功能产生重要影响。在水资源短缺和水环境恶化的背景下,森林生态系统的水源涵养功能显得尤为重要。科学地评估区域森... 详细信息

森林生态系统及其生态功能对人类的生存与发展具有不可替代的作用。其中,森林植被的变化（干扰与恢复）,会对森林生态功能产生重要影响。在水资源短缺和水环境恶化的背景下,森林生态系统的水源涵养功能显得尤为重要。科学地评估区域森林变化及其对水源涵养功能的影响,将为森林生态工程建设提供重要理论依据。本研究基于ERA（Equivalent Recovery Area,等量恢复面积）指数和森林演替过程定量森林变化;采用综合蓄水能力法估算森林水源涵养功能。在结合前两者的基础上,基于ENVI/IDL和ArcGIS Engine/C#.NET二次开发平台,设计与实现区域森林变化与水源涵养功能估算系统。该系统主要包括数据管理、数据处理、森林变化模拟与预测、水源涵养功能估算和可视化模块。该系统不仅支持森林水源涵养功能的估算,还可模拟并预测森林变化,预测不同森林变化情景下区域水源涵养能力的时空变化趋势。此外,该系统还具备统计分析、图表绘制、专题制图和时空动态渲染等功能。这些功能的实现可为林业部门和水资源管理部门快速准确地评价森林及其水源涵养功能变化提供技术支持。为验证系统的适用性,本文以岷江杂谷脑上游流域为应用案例,评估该流域森林变化及其水源涵养功能动态,主要研究结论如下:（1）1996年至2030年间,研究区在“自然恢复”与“自然恢复+人工恢复”情景下,森林等量恢复面积占比均呈现上升趋势。“自然恢复”情景下的等量恢复面积占比在1996年和2030年分别为22%和34%左右,其年均恢复率约为0.35%。而在“自然恢复+人工恢复”情景下,等量恢复面积占比分别为22%（1996年）和32%（2030年）左右,其年均恢复率接近0.29%。总体上,“自然恢复”情景下的森林水文功能恢复速率和效果更优。（2）1996年,研究区的森林水源涵养总量约为9.45×10～7m。其中,林冠层截留量、枯枝落叶层持水量和土壤层蓄水量的贡献率分别约为2.57%、5.40%和92.03%。土壤层蓄水量是森林涵养水源的主体。此外,位于海拔3000-4000m处的森林水源涵养量贡献率最高（接近84.3%）。不同森林演替类型的总水源涵养量贡献率从大到小依次为:天然针叶林>人工针叶林>灌木>阔叶林;单位面积水源涵养量来从大到小依次为:天然针叶林>人工针叶林>阔叶林>灌木。不同龄组（人工和天然）针叶林的单位面积水源涵养量从大到小依次为:过熟天然针叶林>成熟天然针叶林>中龄人工针叶林>成熟人工针叶林>过熟人工针叶林>近熟天然针叶林>中龄天然针叶林>幼龄天然针叶林>幼龄人工针叶林。（3）在1996-2030年间,区域水源涵养量随森林恢复逐渐增加。其中,林冠层截留量由于受降雨量影响,波动较大且频繁,进而导致总水源涵养量和不同森林演替类型水源涵养能力的波动。在预测区间（1996-2030年）内,针叶林的水源涵养贡献率和单位面积水源涵养量一直最高。与历史降雨情景（1996-2017年）相比,未来降雨情景（2018-2030年）下的不同龄组针叶林的单位面积水源涵养能力均较弱些（相差约100t/hm）,这主要受未来情景下降雨量减少的影响。（4）研究区天然针叶林的水源涵养量和单位面积水源涵养能力优于人工针叶林。相较于同龄组的人工针叶林,幼龄、成熟和过熟天然针叶林的水源涵养能力更强,中龄和近熟天然针叶林的水源涵养能力则不如人工针叶林。1996-2030年,“自然恢复”的水源涵养总量低于“自然恢复+人工恢复”的,但是两者的差距随时间呈缩小趋势。短期内,人工针叶林的水源涵养总量较高,但是,长期看,随着天然针叶林进入成熟和过熟阶段,天然针叶林的水源涵养总量将超过人工针叶林。

关键词：森林变化水源涵养综合蓄水能力法 ERA GIS二次开发

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中国大陆森林水源涵养空间格局及其影响因素

中国大陆森林水源涵养空间格局及其影响因素

作者：吴溪山东科技大学

学位级别：硕士

在全球气候变暖、人口增加和淡水资源紧张的多重压力下,森林水源涵养功能起到截留、存储和调控降雨的作用。已有研究多应用水量平衡等模型对大尺度水源涵养量进行空间估算,但是模型估算结果缺乏大量观测数据的验证。因此,本文首先基于... 详细信息

在全球气候变暖、人口增加和淡水资源紧张的多重压力下,森林水源涵养功能起到截留、存储和调控降雨的作用。已有研究多应用水量平衡等模型对大尺度水源涵养量进行空间估算,但是模型估算结果缺乏大量观测数据的验证。因此,本文首先基于综合蓄水能力法,利用Meta分析方法收集国内外文献资料中中国森林的冠层截留、枯落物持水、土壤蓄水和森林水源涵养的各站点的相关参数和影响因子;然后基于站点数据探究森林林冠截留能力、枯落物持水能力、土壤蓄水能力和森林水源涵养能力的空间分布特征和显著影响因子;最后以显著影响因子作为辅助信息,利用随机森林模型预测林冠截留、枯落物持水、土壤蓄水和森林水源涵养能力和总量。研究结果表明:中国林冠截留能力、土壤蓄水能力和森林水源涵养能力呈明显的由北至南递增的趋势,而枯落物最大持水能力则呈相反趋势。土壤蓄水能力对森林水源涵养能力贡献较大,约为60-85%。松花江和辽河流域的温带落叶阔叶林,西北诸河流域的寒温带和温带山地针叶林,黄河流域的温带针叶林和温带落叶阔叶林,长江流域的亚热带和热带山地针叶林和亚热带常绿阔叶林,东南诸河流域的亚热带针叶林和亚热带常绿阔叶林及珠江流域的亚热带常绿阔叶林和热带季雨林的林冠截留、森林水源涵养能力和总量优于其他植被。松花江和辽河流域的淋溶土和半水成土,西北诸河流域的高山土和钙层土,海河流域的半淋溶土,黄河流域的半淋溶土和初育土,长江流域的淋溶土、初育土和铁铝土,东南诸河流域的人为土和铁铝土及珠江流域的铁铝土的土壤蓄水能力和总量优于其他土壤类型。在全国尺度和流域尺度,大多数影响因子对林冠截留能力、枯落物持水能力、土壤蓄水能力和森林水源涵养能力的影响相同,但是由于各流域位置、地形和冠层结构存在极大的空间异质性,部分影响因子如坡度、坡向、经度位置等仅在某些流域而非整个中国有显著影响。此外,大多数影响因子对林冠截留能力、枯落物持水能力、土壤蓄水能力和森林水源涵养能力的直接和总体影响是一致的,但是部分影响因子,尤其是气象、位置和地形因子在水热条件的影响下,其间接影响决定总影响。以上结论有助于我们了解森林水源涵养能力和总量的空间分布趋势,为改善中国的森林水源涵养提供科学依据。

关键词：森林水源涵养综合蓄水能力法空间分布影响因子随机森林