滇西云县林草生态系统水土保持功能重要性评价

陈和彦

(云南省临沧澜沧江省级自然保护区云县管护分局，云南 云县 675800)

水土保持功能是生态系统服务评价的主要指标之一[1]，尤其对水土流失严重或重要水源涵养区。水土保持功能重要性评价目的在于研究区域水土保持功能重要性空间分布规律，划定水土保持功能的重要区域[2]，为区划水土保持功能区域，制定水土保持工作对策提供理论支撑[3]，充分发挥水土资源的社会和经济效益[4-5]。省级尺度水土保持功能重要性评价方法主要有《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(试行，2021)》(以下称“双评价指南”“双评价法”)和环境保护部、国家发展改革委《生态保护红线划定技术指南》“模型评价法”。张利君[6]对这两种方法进行了比较研究，认为“模型评价法”部分指标(如地形起伏度因子和植被覆盖因子)的数据来源与处理方法，不适用于评价精度要求更高的县级尺度评价工作。为给地处亚洲最具特色水电基地——漫湾、大朝山和小湾三大电站中心腹地的云县县域生态服务功能集成评价以及生态保护和持续发展提供依据与参考，我们采用“双评价法”对滇西云县水土保持功能现状、水保功能重点区域进行了分析识别，并对水土保持功能重要性进行了评价。

1 评价区概况

云县位于云南省临沧市东北部，距省会昆明市440 km，东与普洱市的景东县隔澜沧江为界，南与临翔区、耿马县接壤，西与凤庆县、永德县相邻，北以澜沧江为界与大理州南涧县相望，辖7镇5乡。地理位置东经99°43′～100°33′、北纬23°56′～24°46′，总面积3 760 km2。海拔720～3 429.6 m，相对高差2 679.6 m[7]。低纬高原亚热带季风气候和暖温带季风气候，年均降水量1 367.2 mm。森林资源丰富，森林覆盖率为58.8%[8]，土壤有赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤及紫色土五个土类[9]。水资源丰富，有澜沧江和怒江两大水系，以澜沧江水系为主[10]。罗扎河和大寨河汇入澜沧江，南汀河流过云县幸福镇后汇入怒江。

2 数据来源

从中国科学院资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn)获取全国2000-2015年归一化植被指数数据(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)年度栅格数据集，并用ArcGIS软件栅格计算器处理为年平均值数据。从地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)获取研究区DEM高程数据(30 m精度)和行政区域边界范围数据。

3 研究方法

3.1 评价指标体系确立

依据“双评价指南”规定，对生态系统类型、植被覆盖度和地形特征(DEM派生坡度)等评价因子用ArcGIS进行综合计算分析，区划出生态系统水土保持功能的3种重要等级区域(极重要、重要和一般重要)。其中植被覆盖度越高、坡度越大的区域，水土保持功能重要性越高。结合云县实际制定评价等级标准表(表1)，结合水土保持相关规划设计成果，对评级结果进行适度调整[11]。

表1 森林生态系统水土保持功能重要性评价等级表

3.2 数据处理与计算

运用ArcGIS软件处理生态类型数据、地形数据(坡度)和植被指数数据,将数据统一为CGCS2000高斯克吕格投影坐标，重采样空间精度为30 m×30 m。将云县DEM地形数据使用表面分析工具(坡度)计算得出云县坡度栅格数据，把坡度等级重分类为三类(表1和图1)。将云县植被指数NDVI按掩膜提取云县范围，用ENVI软件计算植被覆盖度C(公式1)[12]。植被指数可以真实地表达地表植被覆盖情况。植被覆盖度信息提取是在对光谱信号进行分析的基础上，通过建立归一化植被指数与植被覆盖度的转换信息， 直接提取植被覆盖度信息,当NDVI越接近1时，说明植被越健康。

图1 坡度分级

C=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

归一化植被指数(NDVI)与植被覆盖度具有较强的相关性[13-14],已作为地表植被覆盖的指标被广泛运用于植被研究中[15]。C为植被覆盖度指数(表2)。用ENVI软件对植被指数数据(NDVI)进行累积频率统计，云县植被指数2%累积频率为0.855，98%累积频率为0.900，重分类处理并赋值(图2)。

图2 植被覆盖(NDVI)

表2 研究区植被覆盖度(C)计算表

将云县土地利用现状和森林二类资源调查数据作标识等数据分析处理，根据“双评价指南”规定，计算云县出生态类型数据：云县Ⅰ级生态系统类型为森林、灌丛和草地(Ⅱ级生态类型为常绿阔叶林等6种类型，表1、图3)。

图3 森林生态系统类型

将地形、生态系统类型、植被覆盖数据统一为矢量数据，用ArcGIS标识工具进行处理，按评价等级赋分处理表达，计算森林生态系统水土保持功能评价结果(图4)。

图4 森林生态系统水土保持功能重要性分级

不同植被类型总体水土保持功能重要性程度值P计算公式为：

式中P为水土保持功能重要性程度值;n为重要性程度等级个数，n=1,2,3;Xi为第i等级面积占同类型植被面积的比例；Qi为第i等级赋值。

4 结果与分析

4.1 云县不同类型林草生态系统面积

从表3可看出，云县林草生态系统总面积250 402 hm2，其中常绿阔叶林面积最大，为88 586 hm2，占林草生态系统总面积35.38%；其次为常绿针叶林，面积50 063 hm2，占19.99%；针阔混交林面积最小，为2 695 hm2，仅占林草生态系统总面积1.08%；草丛面积也较小，面积7 685 hm2，也仅占3.07%。面积方面，常绿阔叶林、常绿针叶林在云县水土保持生态系统中发挥着重要作用，针阔混交林和草丛的作用相对较小。

4.2 不同水土保持功能重要程度的自然生态系统面积

从表3看出，云县不同水土保持功能重要性程度的自然生态系统面积不同，其中重要程度一般者面积最大，为179 412 hm2，占总林草地面积71.65%；其次是极重要者，面积68 068 hm2，占总林草地面积27.18%；中等重要者面积最小，面积2 922 hm2，占1.17%，表明云县基于水土保持功能的自然生态系统保护与经营管理任务较轻，难度较低。

4.3 云县林草生态系统水土保持功能重要程度

表3显示，云县林草生态系统总体水土保持功能重要程度值为2.11，较为重要，其中针阔混交林最高(2.60)，其次为常绿针叶林(2.50)，稀疏林重要程度值最低(1.03)，草丛(1.99)和落叶阔叶林(1.99)也较低，常绿阔叶灌丛和常绿阔叶林居中。另外，云县7种主要植被类型中，同类植被不同水土保持功能重要程度等级面积占比不同，其中在一般重要程度，稀疏林面积比例最高，为99.11%，其次为落叶阔叶林和草丛，分别占比74.39%、74.40%，针阔混交林最低，为59.29%，常绿针叶林也较低，为61.88%；在极重要程度，针阔混交林占比最高，为39.00%，其次为常绿阔叶林，占比30.50%，稀疏林占比最低，仅为0.83%。说明云县不同类型植被水土保持功能重要程度存在差异，从水土保持功能重要程度值和极重要等级、一般重要等级面积比例看，针阔混交林、常绿阔叶林整体相对重要性程度高，常绿针叶林重要性程度也较高，它们是植被保护与经营管理的重中之重；疏林地、草丛及落叶阔叶林各整体的水土保持功能重要程度相对较低，保护与经营管理中受重视的程度可以相对较低。

表3 自然生态系统水土保持功能重要性评价等级

4.4 云县不同水土保持功能重要程度植被空间分布

从图4和表4看出，云县自然生态系统水土保持功能重要性程度的空间分布总体呈四周高中部低的格局，极重要区集中分布在东部和西南部，中部大片区域水土保持功能重要性程度较低。从行政区划看，幸福镇林草面积和极重要程度林草面积都最大，其次为爱华镇的林草面积和极重要程度林草面积；茶房乡林草面积、极重要程度林草面积都最小，后箐乡林草面积和大寨镇极重要程度林草面积分别也都较小。极重要程度林草面积占当地林草总面积比例，栗树乡最高，其次为忙怀乡，后箐乡、漫湾镇也较高，茶房乡、大寨镇较低。表明云县林草生态系统面积及其重要程度空间分布不均，从林草面积、极重要程度林草面积及其占比看，爱华镇、幸福镇、栗树乡、忙怀乡是云县自然生态系统水土保持功能重要程度最高的区域，应特别予以重视，另外，主要集中分布在澜沧江流域的茂兰镇、漫湾镇、后箐乡、大朝山西镇，它们极重要程度林草面积占比也较高，且一般海拔在1 600 m以上，地形起伏度较大，坡度大于25°，经济开发建设活动较少，主要为常绿阔叶林和针叶林，也是应重点保护和管理的区域；茶房乡、大寨镇、晓街乡是云县水土保持功能重要程度较低的区域，保护和经营管理压力相对较小。

表4 各乡镇水土保持功能重要性评价等级

5 结论与讨论

云县林草生态系统总面积250 402 hm2，以常绿阔叶林和常绿针叶林为主，二者合计138 649 hm2，占总面积55.37%；针阔混交林及草丛面积小，合计10 380 hm2，占总面积4.15%；不同水土保持功能重要程度的林草地面积不同，重要程度一般、极重要、中等重要占林草生态系统总面积比例依次为71.65%、27.18%、1.17%，且7种主要林草型的面积都是以重要程度一般者为主，占各自总面积59.29%～99.11%；林草地总体水土保持功能重要程度值为2.11，7种主要林草型的重要程度不同，针阔混交林>常绿针叶林>常绿阔叶林>常绿阔叶灌丛>落叶阔叶林=草丛>稀疏林；针阔混交林、常绿阔叶林、常绿针叶林水土保持功能相对重要性较强，是植被保护与经营管理的重中之重；疏林地、草丛、落叶阔叶林重要程度较低，保护与经营管理中受重视的程度可以相对较低。

云县林草生态系统面积及其重要程度空间分布不均，总体呈四周高中部低的格局，极重要区集中分布在东部和西南部，中部重要性程度较低；幸福镇、爱华镇的林草面积、极重要程度林草面积都大，茶房乡、后箐乡、大寨镇的林草面积及(或)极重要程度林草面积小，极重要程度林草面积占比栗树乡、忙怀乡、后箐乡、漫湾镇较高；爱华镇、幸福镇、栗树乡、忙怀乡是水土保持功能重要程度最高区域，应特别予以重视，同时为改善重要性程度较低的中部地区水土保持功能，也应加强植被保护[16]，实施生态保护措施。另外对面积远大于生态公益林的商品林，为提高水土保持功能稳定性、连续性，应优化生态公益林区划，将生态保护区位重要的商品林逐步调整为生态公益林，严格落实生态公益林、天然林停伐措施和补偿政策，使天然林、生态公益林在生态保护功能中发挥主体作用。