基于InVEST模型的喀斯特地区茶园生态系统服务功能评估 ——以云南省广南县为例

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喀斯特地区生态环境脆弱,水土流失严重,随着人类对自然资源的过度开发,使得喀斯特地区生态环境问题变得更加突出。在喀斯特地区发展茶园种植有利于在短期内提高当地的经济实力,但人类活动的干扰和茶园的不当管理,使得生态环境质量不断退化,这严重阻碍了当地的生态文明建设。因此科学地评价茶园生态系统的服务功能,既能改善生态环境问题,又能实现经济的稳定增长。本研究以位于云贵高原和桂东过渡带的喀斯特地貌典型地区广南县茶园为研究对象,利用InVEST模型对广南县茶园的产水服务、土壤保持服务、碳储存服务和生境质量服务进行量化评估,分析茶园与不同土地利用类型之间相互转换后生态系统服务功能产生的变化,对茶园主要生态系统服务之间的相关性和茶园生态协调度进行综合评估,为当地茶园管理提供科学性建议。本文的主要结果如下:(1)喀斯特地区生态系统服务功能受气候与地形因素的影响较大,研究区南部地区水土流失较为严重,相应的碳储存量和生境质量指数也相对较低。茶园与其它地类的生态系统服务能力存在较大差异,因此合理地将茶园转换能提高喀斯特地区生态系统服务能力。(2)广南县2000年、2010年和2018年的平均产水量为667.13 mm、537.98 mm和736.38 mm,分别占当年降雨量的60.26%、58.45%和56.62%。茶园三期的平均产水量为654.58mm,其平均产水量处于林地与耕地之间。在降雨平水年与欠水年海拔越高坡度越陡的茶园产水越多,水源流失量越大,但其在丰水年,产水有所减弱。将未利用地和建设用地转换为茶园或茶园转换为林地均能减少水分流失,降雨平水年分别减少337.82mm、247.87mm和95.83mm;欠水年减少226.67mm、147.05mm 和 131.19mm;丰水年能减少 196.58mm、299.84mm和151.20mm。(3)广南县2000年、2010年和2018年的平均土壤保持量分别为724.02t/hm2、486.50t/hm2和742.65t/hm2。茶园三期的平均土壤保持量为642.40 t/hm2,介于林地和未利用地之间。茶园在1000 m~1400 m的海拔地区的土壤保持能力较强,且坡度越大土壤保持量越大。将建设用地和未利用地转为茶园会使得研究区土壤保持量分别增加266.77 t/hm2和48.48 t/hm2,将茶园转为草地和林地后土壤保持量分别增加 153.67 t/hm2 和 61.66 t/hm2。(4)广南县的碳储存量平均每年减少29.38×104t,不同时期的平均碳密度为52.12t/hm2、48.72 t/hm2、46.11 t/hm2。碳密度高值区主要分布于广南县北部的低海拔地区。茶园的碳密度为57.34t/hm2,高于研究区的平均值。1000m~1400m的海拔区域和10°~20°的坡度下的茶园碳储存量最大。(5)广南县不同时期的生境质量指数分别为0.79、0.75和0.69,平均每年下降0.056。茶园的平均生境质量指数略高于研究区的平均值,为0.7968。茶园在海拔≥1600m,坡度<5°时的生境质量相对较差。未利用转为茶园或茶园转换为林地能使研究区平均生境质量指数分别增加0.6968和0.1987。(6)茶园土壤保持服务与产水服务、碳储存服务、生境质量服务之间的相关性较弱;产水服务与碳储存服务、生境质量服务呈现较强的负相关关系;碳储存服务与生境质量服务存在较强的正相关关系,三期的相关系数分别为0.974、0.963和0.960。茶园的生态协调度相对较低,其中生境质量协调度仅为0.0007。茶园生态系统服务在不同地形的协调度处于较低水平,将海拔较高、坡度较大的茶园与其他地类进行转换,能提高研究区生态系统服务能力。
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