基于GIS和InVEST模型的安远县生态系统服务功能评价

发布时间：2020-03-25 14:29

【摘要】：人类活动对自然资源的过度开发、超负荷利用以及对生态环境的大肆破坏已经导致生态系统服务功能的剧烈退化和丧失。因此,开展生态系统服务功能综合评价为生态系统保育、生态系统管理、生态补偿机制、生态功能区划、生态敏感性评价、生态环境保护建设以及自然-经济-社会可持续发展等提供决策依据。基于此,本文以东江源头—安远县生为研究对象,以安远县气候数据、土壤数据、DEM数据、土地利用/覆盖变化数据、水文数据以及统计数据等为基础,运用RS和GIS技术对研究区1997-2017年土地利用与覆被变化进行动态分析,采用InVEST模型对1997年、2003年、2010年和2017年安远县水源涵养、土壤保持、碳储量和食物供给四种生态系统服务功能进的数量变化、空间分布和时空变化特征进行模拟评估和定量评价,并对水源涵养和土壤保持模拟结果进行模型校验,然后对比分析出近20年来不同土地利用与覆被类型的四项生态服务能力。在此基础上,采用ArcGIS的栅格重分类(Reclassify)工具和分位数法(Quantile)对研究区1997-2017年水源涵养、土壤保持、碳储量和食物供给生态服务功能的评估结果划分为一般重要、中等重要、高度重要和极度重要四个重要性分级,叠加四项生态服务功能得到安远县综合生态系统服务功能分区。主要研究结论如下:(1)借助ENVI5.3软件,采用监督分类和支持向量机法对安远县1997年、2003年、2010年和2017年四期遥感影像土地利用/覆被类型进行解译,四期遥感影像混淆矩阵验证总体精度均高于90%,Kappa系数均高于0.83,均达到了分类精度的要求,并将土地利用/覆被类型划分为耕地、园林地、建设用地、水域和未利用地5大类。园林地是安远县主要土地利用/覆被类型,园林地分布面积最多,耕地其次,建设用地和未利用地再次,水域最少。1997-2017年,园林地和未利用地的面积呈现出不断减少的分布趋势,耕地和建设用地则与之相反,两者均呈现出不断增加的变化规律,水域呈现出先减少后增加在减少的变化特征。(2)1997-2017年20年来研究区水源涵养量呈现出先显著减少后不断增加的变化特征,水源涵养功能整体表现为不断增加的趋势,1997年、2003年、2010年和2017年水源涵养量分别为2.542×10~8mm、1.576×10~8mm、2.462×10~8mm和3.795×10~8mm。1997年研究区水源涵养表现出北高南低的空间分布规律,水源涵养高值区主要分布于廉江河流域和镇江河流域的上游和下游地区以及东北部山地林区,低值区主要集中分布在安远县中部地区。研究区2003年水源涵养高值区与1997年一致,低值区主要分布在研究区北部、中部、东部以及南部山区。2010年水源涵养高值区也与1997年空间分布趋势相一致,低值区主要分布在研究区东北部、中部以及南部区域。2017年水源涵养高值区中部和南部区域,低值区主要分布在研究区北部和西南部。近20年来,不同土地利用/覆被类型的水源涵养量总体表现为:园林地耕地建设用地未利用地水域。(3)1997年-2017年安远县土壤保持量表现出先减少后不断增加的趋势,土壤保持功能整体上以增强为主,1997年、2003年、2010年和2017年土壤保持量分别为4.541×10~9t、3.961×10~9 t、5.791×10~9t和6.047×10~9 t。空间上,1997年、2003年、2010年和2017年安远县土壤保持量在空间上表现出相似的空间分布格局。土壤保持量高值区主要位于研究区的西北部、东部、东南部地区,低值区主要分布于研究区的东北部、中部、南部及西南部地区。近20年来,不同土地利用/覆盖类型的土壤保持量表现出:园林地耕地建设用地水域未利用地。(4)1997-2017年安远县碳储量在空间分布格局和数量上基本都较为稳定,没有剧烈迁移和变化,但从总量上看,安远县碳储量表现出先减少后增加后减少的变化趋势,1997年、2003年、2010年和2017年碳储量分别为7.064×10~6t、7.052×10~6t、7.099×10~6t、7.041×10~6t。空间上,四个时期碳储量较高的区域主要分布在研究区中部、东南部和西南部等地区,碳储量较低的区域主要分布北部、西部以及南部地区。近20年来,不同土地利用与覆盖类型碳储存能力整体表现为:园林地耕地建设用地未利用地水域或园林地耕地未利用地建设用地水域。(5)1997-2017年20年来,安远县食物供给量功能也表现出先衰减后不断上升的趋势,1997年、2003年、2010年和2017年食物供给总量分别为6.144×10~7KJ、1.521×10~7KJ、1.749×10~8KJ和1.780×10~8KJ。空间上,四个时期内食物供给的空间分布格局总体上较为相似,并无太大差异,但在数值或数量上变化较为明显,食物供给的低值区在全县所有乡镇范围内均有大面积分布,而食物供给高值区则主要分布在该区域的西北部、中部及南部地区。近20年来,不同土地利用与覆盖类型所提供的食物供给能力也具有较大的差异,整体上表现为:园林地耕地水域建设用地未利用地。(6)通过对研究区1997-2017年水源涵养、土壤保持、碳储量和食物供给四种生态系统服务功能单项评价和综合评价,结果表明,近20年来,研究区水源涵养和食物供给功能重要性空间分布格局变化较大,而土壤保持和碳储量功能重要性空间分布格局空间变化较小。1997年安远县综合生态系统服务功能一般重要、中等重要、高度重要和极度重要区域面积分别为116664.39hm~2、46367.73hm~2、26252.28hm~2和44561.07hm~2;2003年,研究区一般重要、中等重要、高度重要和极度重要区域面积分别为148640.85hm~2、27168.57hm~2、20075.67 hm~2和37960.38hm~2;2010年,研究区一般重要、中等重要、高度重要和极度重要区域面积分别为46554.57 hm~2、61674.93hm~2、65215.26 hm~2和60400.71hm~2;2017年,研究区一般重要、中等重要、高度重要和极度重要区域面积分别为46554.57hm~2、61674.93hm~2、65215.26 hm~2和60400.71hm~2。1997年和2003年安远县综合生态服务功能的空间分布格局较为相似,综合生态系统服务功能一般重要区域在全县范围内均有较大面积的分布;中等重要区域主要分布在安远县的东北部、中西部、东部以及西南部等区域;高度重要和极度重要区域主要以团块状或条带状分布于东北部、中西部、东部以及南部等区域。2010年和2017年安远县综合生态服务功能的空间分布格局大体一致,综合生态系统服务功能一般重要区域主要位于安远县的西北部、中西部以及南部等区域;中等重要区域主要集中分布在东北部、中部、中西部等区域;高度重要区域与极度重要区域分布特征较为类似,主要分布在该区域的东北部、东部、中部和南部等。安远县生态服务功能高度重要区和极度重要区主要分布于森林覆盖率较高的区域,这些区域水源涵养、土壤保持、碳储量和食物供给各项生态服务功能均属于较高的区域。最后根据安远县综合生态服务功能分区结果,提出相应的对策建议,以期为安远县以及东江源区相关部门的生态系统管理、生态补偿机制、生态功能区划、生态敏感性评价、生态环境保护建设以及自然-经济-社会可持续发展提供决策依据,具有十分重要的现实意义。
【图文】：

安远县

图 4-1 安远县 DEM 图Fig4-1 DEM distribution map of Anyuan County域及子流域范围是指被分水线所包围的河流集水区域。本文将填洼后的 DE 软件中自动划分安远县流域及子流域，在流域划分过程中为了和可靠性，同时参考江西省水系和安远县水系分布图对 ArcSW行手动修正，最终将安远县共划分为 3 个流域和 62 个子流域雨量数据及其周边 5 个气象站 1997 年、2003 年、2010 年和 2017 年共均来源于由中国气象数据网（http://data.cma.cn），并且记录了和年降雨量，然后将 6 个气象站站点信息导入至 ArcGIS10.5 县及周边县 1997-2017 年年降水量统计信息见表 4-1。在空间进行正态分布检验，如不符合，则需要进行对数转换。由于本量数据均不符合正态分布，，且进行对数转换后插值结果仍不理IS10.5 地统计分析模块中采用反距离权重方法（IDW）分别对 19年和 2017 年 7 个气象站点的降雨量数据进行空间插值，然后以

线性相关,流域,产水量

远县欣山镇鸦鹰排，河源位于 116°30′E，北纬 25°07′，自南流向北，流经车头石镇、重石镇和天心镇等乡镇，在长沙乡出县界流至会昌县洛口汇入贡江，河东经 115°39′E，北纬 25°45′。流域地形以中低山和丘陵为主，地势南高北低，积 2339 km2，主河道长度 133km，河床平均宽度约 50m,流域多年平均降雨量 1流域内设洋信江水文站和黄屋等 8 个雨量站。本文依据划分好的洋信江流域，对 InVEST 模型中产水量模块的 Zhang 系确定。首先以 2010 年廉江河流域的平均径流量 15.73×108m3作为参考，在 InV型的产水量模块中依次导入研究区 2010 年年降雨量、潜在蒸散量、土地利用型、土壤深度、土壤有效含水率以及生物物理参数表等基础数据，然后通过不Z 值进行反复模拟，得到不同 Z 值下该流域的水源涵养量，最后再将得到的数至 OriginPro 9.0 进行统计分析，得到如图 4-2 所示的预测分析图，结果发现产Z 值呈极显著负相关，其线性拟合方程为：y= -1.4018×107x+1.7709×109，且 0.950**，说明方程拟合度高，在显著性检验中，Sig.为 0.00 小于 0.01，说明产水量具有显著性。基于研究区内水文站点多年平均径流量观测数据，采用水法对 Zhang 系数进行校验。通过拟合方程计算可知，当 Z=17.98 时，模拟产2010 年的自然径流量（15.73×108m3）最吻合，模拟效果最佳。
【学位授予单位】：江西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X826

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