石雅馨 張洪 郭潤展

摘要 運用InVEST模型并結合實地調研結果，對云南10個典型低丘緩坡建設項目區(qū)開發(fā)前后生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能進行定量測算，比較分析不同類型項目區(qū)水源涵養(yǎng)功能的差異。結果表明，開發(fā)后項目區(qū)平均產水量和平均產水深度均低于開發(fā)前，城市建設區(qū)的產水總量高于工業(yè)區(qū)，下降程度也高于工業(yè)區(qū);大部分項目區(qū)水源涵養(yǎng)總量均低于開發(fā)前，僅光華項目區(qū)水源涵養(yǎng)總量高于開發(fā)前，城市建設區(qū)的水源涵養(yǎng)總量高于工業(yè)區(qū)，工業(yè)區(qū)水源涵養(yǎng)量下降程度高于城市建設區(qū);導致項目區(qū)開發(fā)前后水源涵養(yǎng)量變化的原因有土地利用結構、植被、地形、徑流、降水、土壤等自然和人為因素，其中受土地利用類型影響較大;低丘緩坡開發(fā)導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到干擾和破壞，但不同的開發(fā)模式和功能定位對其影響存在差異。因此在低丘緩坡開發(fā)過程中，應采取工程、監(jiān)管、法律和經濟等綜合措施，實現(xiàn)低丘緩坡開發(fā)建設與生態(tài)保護的協(xié)調。

關鍵詞 低丘緩坡;建設開發(fā);水源涵養(yǎng);InVEST模型

中圖分類號 S 157.1? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）21-0070-09

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.018

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effect of Construction and Development of Low Hills and Gentle Slopes on Water Conservation Function

SHI Ya-xin， ZHANG Hong， GUO Run-zhan

（School of Urban and Environment， Yunnan University of Finance and Economics， Kunming， Yunnan 650221）

Abstract Using the InVEST model and the results of field investigations， the water conservation functions of the ecosystems before and after the development of 10 typical low-hill and gentle slope construction project areas in Yunnan were quantitatively measured， and the differences in water conservation functions of different types of project areas were compared and analyzed.The results show that the average water production and average water production depth in the project area after development are lower than before development，the total water production of urban construction areas was higher than that of industrial areas， and the decrease degree was also higher than that in industrial areas.The total amount of water conservation in most project areas is lower than before the development. Only the total amount of water conservation in the Guanghua project area was higher than that before the development，the total amount of water conservation in urban construction areas was higher than that in industrial areas， and the decline in water conservation in industrial areas was higher than that in urban construction areas.The reasons for the changes in water conservation before and after the development of the project area are natural and human factors such as land use structure， vegetation， topography， runoff， precipitation and soil， among which the land use

type had a greater impact.The development of low hills and gentle slopes had caused disturbance and destruction of the regional ecological environment， but different development models and functional positioning had different impacts on them.Therefore， in the development process of low hills and gentle slopes， comprehensive measures such as engineering， supervision， law and economy should be adopted to realize the coordination of the development and construction of low hills and gentle slopes with ecological protection.

Key words Low hills and gentle slopes;Construction and development;Water conservation;InVEST model

基金項目 國家自然科學基金項目（71764034）。

作者簡介 石雅馨（1996—），女，湖南新邵人，碩士研究生，研究方向：土地利用規(guī)劃。*通信作者，二級教授，博士生導師，從事城市發(fā)展與土地利用研究。

收稿日期 2021-06-17

生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能主要體現(xiàn)在改善水文狀況、調節(jié)區(qū)域水分循環(huán)等方面[1]。生態(tài)系統(tǒng)中的植被如森林、灌叢、草地對水源涵養(yǎng)功能發(fā)揮著巨大的作用，其通過林冠層截留、枯枝落葉層持水和土壤層蓄水來調節(jié)地表徑流和補充地下水，在防治旱澇災害、凈化水質等方面具有至關重要的作用[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務和權衡的綜合評估模型（integrated valuation of ecosystem services and trade-offs，InVEST）從水文角度以中小尺度流域單元為對象，反映不同氣候狀況、土地利用、地形起伏、土壤性質下的產水量大小，功能模型以地圖形式表達了流域的產水能力，間接地對區(qū)域的自然價值賦予了適當?shù)暮饬繕藴剩鴶?shù)據(jù)與參數(shù)的適宜性成為模型結果是否可信的關鍵[3]。近年來國內學者將InVEST模型廣泛運用于北京山區(qū)、陜北黃土高原、秦嶺地區(qū)、橫斷山區(qū)、若爾蓋高原等山地[4-8]，均取得較好的應用效果。國外學者將InVEST模型廣泛應用于美國、英國等國家和地區(qū)的產水量計算中[9-11]。

目前，國內關于生態(tài)系統(tǒng)服務的研究報道較多，但對整個云南低丘緩坡生態(tài)系統(tǒng)服務的研究較少且時序較早。陳武強等[12]研究昆明西華濕地公園水分調節(jié)量和價值，趙元藩等[13]估算玉溪市森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量和調節(jié)水量價值，楊芳等[14]評估玉龍縣天保工程森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力，都是從宏觀上估算了區(qū)域的水源涵養(yǎng)能力以及為保護環(huán)境創(chuàng)造的價值。云南省山地面積占全省土地面積的90%以上，地質環(huán)境復雜，生態(tài)環(huán)境多樣。山地環(huán)境具有空間異質性和垂直分異性，海拔、地形起伏和土地覆被在一定的空間尺度上鑲嵌復合。水循環(huán)受土地利用、氣候、地形、土壤、植被等自然和人為因素的復雜影響，如何量化這種水源涵養(yǎng)能力，仍是一個懸而未決的問題[15]。鑒于上述原因，筆者針對氣候、地形、土壤、土地利用對山地水循環(huán)的影響，采用InVEST產水量模型與地形指數(shù)、土壤飽和導水率、流速系數(shù)結合的方法，估算研究區(qū)水源涵養(yǎng)能力，旨在揭示低丘緩坡綜合開發(fā)前后水源涵養(yǎng)功能的時空變化與影響因素，為低丘緩坡合理開發(fā)和水資源保護提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況 該研究在選取研究區(qū)時，主要考慮的是功能定位、地理位置、氣候類型和開發(fā)情況4個因素，具體理由如下：①功能定位，依據(jù)功能定位，項目區(qū)大致可分為2種類型，一類是以加工、能源、倉儲物流、高新技術為主的工業(yè)區(qū)，且具有特色產業(yè);另一類是集旅游、康養(yǎng)、居住等功能的城市建設區(qū)。②地理位置，該研究根據(jù)地理區(qū)位劃分，從滇中選擇6個，滇西選擇2個，滇南選擇2個項目區(qū)。③氣候類型，云南省大部分地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，滇南部分地區(qū)屬于熱帶季風氣候。為了避免氣候類型對結果產生較大影響，該研究所選項目區(qū)8個屬于亞熱帶季風氣候，景洪的光華和景大項目區(qū)屬于熱帶季風氣候。④開發(fā)情況，對項目區(qū)進行實地調研，選擇開發(fā)程度較高的項目區(qū)進行研究。

研究區(qū)位于云南省昆明市、曲靖市、玉溪市、大理白族自治州和西雙版納傣族自治州（表1和圖1）。研究區(qū)面積在550.98～2 158.40 hm 研究區(qū)內土壤類型多樣，有水稻土、暗黃棕壤、黃棕壤、紅壤、山原紅壤、赤紅壤、磚紅壤、褐紅土。植被類型豐富，主要為闊葉林、針葉林、針闊混交林、闊葉灌叢、灌草叢和山地草甸。

1.2 InVEST產水量模型

InVEST模型基于水量平衡原理，通過研究區(qū)的降水、地表蒸發(fā)、植物蒸騰、土壤深度、根系深度、地形等數(shù)據(jù)計算每個柵格的產水量。充分考慮不同土地利用類型下土壤滲透的空間差異和地形等因素對徑流的影響，定量估算不同土地利用類型的產水量，結果更為科學。同時，對北京山區(qū)、黃土高原和橫斷山區(qū)等山區(qū)產水或水源涵養(yǎng)評估，也體現(xiàn)了該模型具備參數(shù)調整靈活、空間表達性強等優(yōu)點。

Yjx=1-AETxjPx×Px（1）

式中，Yjx為第j類土地利用/覆被上柵格單元x的年產水量（mm）;Px為柵格單元x的年平均降水量（mm）;AETxj為第j類土地利用/覆被類型上柵格單元x的實際年平均蒸散量（mm），通過公式（2）計算。

AETxjPx=1+ωxRxj1+ωxRxj+1/Rxj（2）

式中，Rxj為土地利用類型j上柵格單元x的干燥指數(shù)，無量綱，表示潛在蒸發(fā)量與降水量的比值，由公式（3）計算;

k為蒸散系數(shù)，由植被葉面積指數(shù)LAI計算獲得，見公式（4）;ET0為潛在蒸散量（mm/d），計算公式如式（5）。

ωx為修正植被年可利用水量與降水量的比值，無量綱，由公式（6）計算。

Rxj=k×ET0Px（3）

k=min（ LAI3）（4）

ET0=0.001 3×0.408×RA×（Tavg+17）×（TD-0.012 3P）0.76（5）

ωx=ZAWCxPx（6）

式中，RA為太陽大氣頂層輻射[MJ/（m2·d）];Tavg是日最高溫均值和日最低溫均值的平均值（℃）;TD是日最高溫均值和日最低溫均值的差值（℃）。太陽大氣頂層輻射用氣象站太陽平均總輻射除以50%計算獲得[16]。Z為zhang系數(shù);AWCx為植被有效可利用水，由土壤深度和理化性質決定，計算公式如下：

AWCx=min（maxSDx，RDx）×PAWCx（7）

PAWCx=54.509-0.132Sand-0.003（Sand）2-0.055Silt-0.006（Silt）2-0.738Clay+0.007（Clay）2-2.688OM+0.501（OM）2（8）

式中，maxSDx為最大土壤深度;RDx為根系深度;PAWCx為植被可利用水含量;Sand為土壤砂粒含量（%）;Silt為土壤粉粒含量（%）;Clay為土壤黏粒含量（%）;OM為土壤有機質含量（%）。

1.3 水源涵養(yǎng)模型 該研究選取研究區(qū)均為山地，必須考慮地形對水源涵養(yǎng)功能的影響，因此在產水量的基礎上，再利用地形指數(shù)、土壤飽和導水率和流速系數(shù)對產水量進行修正，得到研究區(qū)的水源涵養(yǎng)量。

WR=min（ 249V）×min（ 0.9×TI3）×min（ Ks300）×Yjx（9）

TI=lg（DASD×PS）（10）

lnKs=20.62-0.96×ln（C）-0.66×ln（S）-0.46×ln（OC）-8.43×BD（11）

式中，WR為水源涵養(yǎng)量（mm）;TI為地形指數(shù)，無量綱;Ks為土壤飽和導水率（cm/d），該研究選用土壤傳遞函數(shù)間接計算得出[17]。V為流速系數(shù)，數(shù)據(jù)無量綱;Yjx為產水量。DA為集水區(qū)柵格數(shù)量，無量綱;SD為土壤深度（mm）;PS為百分比坡度。C為土壤黏粒含量（%）;S為土壤砂粒含量（%）;OC為土壤有機碳含量（%）;BD為土壤容重（g/cm3）。

1.4 水源涵養(yǎng)功能影響因素 為定量分析影響因素與不同水源涵養(yǎng)功能等級之間的關系，利用地圖代數(shù)原理，利用公式（12）對研究區(qū)的土地利用類型、坡度與水源涵養(yǎng)功能之間的相關變化信息進行提取。

Cij=Rij×100+Sij（12）

式中，Cij為各個影響因素圖層與水源涵養(yǎng)功能圖層進行空間疊加的綜合圖層，Rij為各個影響因素圖層，Sij為水源涵養(yǎng)功能圖層。通過對2個不同的專題圖層進行空間疊加運算，計算結果既能在空間上反映不同專題圖層的等級變化，同時又能得到不同圖層之間的相互轉換關系。

1.5 數(shù)據(jù)來源及處理

1.5.1? 產水量數(shù)據(jù)。

水源涵養(yǎng)功能受到多種因素的影響，其計算過程必然關系到多種因素的信息提取與集成利用。利用InVEST模型進行產水量評估需要的輸入數(shù)據(jù)包括土地利用/覆被圖、年平均降水量圖、年平均潛在蒸散量圖、土壤根系深度圖、植物可利用水含量（PAWC）、集水區(qū)以及生物物理參數(shù)表。

（1）年平均降水量。降水數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網（https：//data.cma.cn/）的中國地面降水月值0.5°×0.5°格點數(shù)據(jù)集，為對應研究區(qū)開發(fā)時段，也為了避免單年數(shù)據(jù)的低代表性，該研究選取2000—2020年的降水數(shù)據(jù)，運用Python 3.8.3提取項目區(qū)周圍格點的月降水量，在ArcGIS中以地形作為協(xié)變量進行空間插值獲得研究區(qū)多年平均降水量柵格圖層。

（2）年平均潛在蒸散量。太陽輻射數(shù)據(jù)來源于WorldClim（https：//www.worldclim.org/），氣溫數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網（https：//data.cma.cn/）的中國地面累年值日值數(shù)據(jù)集（1981—2010年）的累年平均日最高氣溫和日最低氣溫。估算潛在蒸散量的方法有很多，該研究使用InVEST模型推薦的Modified-Hargreaves。在ArcGIS中進行克里金插值、重采樣和裁剪等處理，并運用柵格計算器對太陽輻射、平均日最高氣溫和最低氣溫計算得到多年平均潛在蒸散量柵格圖。

（3）土地利用類型。土地利用類型由資源三號衛(wèi)星遙感影像解譯得到。根據(jù)數(shù)據(jù)分析要求將土地利用類型劃分為7個一級地類、14個二級地類，分別是耕地（水田、旱地）、林地（有林地、灌木林地、其他林地）、園地、草地、水域（水庫坑塘、灘涂）、建設用地（農村居民點用地、城鎮(zhèn)用地、其他建設用地）、未利用地（裸地、荒草地）。同時，利用Google Earth 高分辨率影像（2020年），對土地利用解譯結果和植被覆蓋情況進行野外選點驗證并訪談當?shù)鼐用窈凸ぷ魅藛T，對土地利用數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場復核。

（4）土壤深度。土壤數(shù)據(jù)來源于北京大學城市與環(huán)境學院地理數(shù)據(jù)平臺（http：//geodata.pku.edu.cn）的中國土壤數(shù)據(jù)集。對全國土壤數(shù)據(jù)進行空間插值后得到云南省土壤根深圖，再運用項目區(qū)范圍數(shù)據(jù)對云南省土壤根深圖進行裁剪得到研究區(qū)的土壤根深柵格數(shù)據(jù)。

（5）植被可利用水含量。結合中國土壤數(shù)據(jù)集中土壤質地的劃分，將砂粒、粉粒、黏粒、有機質等質量分數(shù)導入土壤有效含水量的經驗公式中，在ArcGIS中利用字段算計器求出PAWC，由空間分析和轉換工具處理，得到植被可利用含水量圖。

（6）Z系數(shù)。Z系數(shù)是表征降水季節(jié)性特征的一個常數(shù)，其值在1～30，降水主要集中在冬季時，其值越大，降水主要集中在夏季或季節(jié)分布較均勻時，其值越小;但在降水量相等的地區(qū)，降水事件越頻繁，Z值越大。產水量的大小受到Z系數(shù)影響，在熱帶地區(qū)Z值取4;在季風氣候區(qū)Z值取1;在溫帶海洋性氣候區(qū)Z值取9[18];該研究區(qū)均屬于季風氣候，故Z值取1。

（7）InVEST模型參數(shù)。蒸散系數(shù)和流速系數(shù)數(shù)據(jù)是參考相關文獻與結合InVEST用戶指南推薦使用的參考數(shù)據(jù)以及根據(jù)研究區(qū)地表植被覆蓋實際情況確定。LULC_veg表示采用何種實際蒸散量公式的信息，含有植被土地利用/覆被賦值為 其他賦值為0（表2）。

1.5.2 水源涵養(yǎng)數(shù)據(jù)來源及處理。

（1）地形指數(shù)。通過項目區(qū)資料獲得2012年等高線、高程點、項目區(qū)范圍，通過ArcGIS 10.2創(chuàng)建TIN后轉為柵格，得到開發(fā)前的DEM;運用2020年資源三號衛(wèi)星影像立體像對，采用ENVI 5.3提取DEM。通過ArcGIS 10.2的水文分析工具進行填洼、流向、流量等計算步驟，獲得流量柵格，根據(jù)項目區(qū)情況確定閾值，利用Con條件函數(shù)篩選主要徑流，經過盆域分析得到流域圖。再采用面轉柵格工具得到流域單元集水區(qū)柵格的數(shù)量;通過 ArcGIS中3D分析提取DEM中的百分比坡度，此時會得到坡度為0的柵格，為了不影響后面的計算，將百分比坡度為0的點替換成0.000 0 由于該值遠小于地形指數(shù)的計算位數(shù)，誤差可忽略不計。最后綜合百分比坡度、流域單元集水區(qū)柵格數(shù)量以及土壤深度可得到流域的地形指數(shù)。

（2）土壤飽和導水率?；谕寥鲤ち?、砂粒、有機碳、土壤容重含量，運用土壤傳遞函數(shù)間接測算出土壤飽和導水率。

（3）流速系數(shù)。根據(jù)USDA-NRCS提供的國家工程手冊上的流速-坡度-景觀表格，乘以1 000獲得。

2 結果與分析

2.1 產水量時空變化 總體來看（圖2），開發(fā)后項目區(qū)平均產水量和平均產水深度均低于開發(fā)前，城市建設區(qū)的產水總量高于工業(yè)區(qū)，城市建設區(qū)的產水量下降程度高于工業(yè)區(qū)。從平均產水量來看，工業(yè)區(qū)的平均產水量從高到低依次為中安—后所項目區(qū)、北古城項目區(qū)、觀音山項目區(qū)、高家屯—竇家沖項目區(qū)、長坡項目區(qū)。城市建設區(qū)的平均產水量從高到低依次為光華項目區(qū)、景大項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、塔寶山—大湖西項目區(qū)、下和—上登項目區(qū)，表明平均產水量主要受土地利用類型影響。從產水深度的變化來看，工業(yè)區(qū)減少量從高到低依次為觀音山項目區(qū)、北古城項目區(qū)、高家屯—竇家沖項目區(qū)、長坡項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)。城市建設區(qū)減少量從高到低依次為塔寶山—大湖西項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、下和—上登項目區(qū)、光華項目區(qū)、景大項目區(qū)。從空間上看（圖3～4），產水深度變化受土地利用類型影響較大，耕地、園地、林地、草地、未利用地轉變?yōu)榻ㄔO用地后產水量下降，水域、荒草地轉變?yōu)槠渌仡惡螽a水深度增加。產水量大小與項目區(qū)面積具有較強的相關性，產水量變化與降水量變化具有一致性。

2.2 水源涵養(yǎng)功能時空變化

總體來看，大部分項目區(qū)水源涵養(yǎng)總量均低于開發(fā)前，僅光華項目區(qū)水源涵養(yǎng)總量高于開發(fā)前，城市建設區(qū)的水源涵養(yǎng)總量高于工業(yè)區(qū)，工業(yè)區(qū)水源涵養(yǎng)量下降程度高于城市建設區(qū)。從水源涵養(yǎng)量變化來看，在工業(yè)區(qū)中，減少量從高到低依次是北古城項目區(qū)、觀音山項目區(qū)、高家屯—竇家沖項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)、長坡項目區(qū)。在城市建設區(qū)中，變化量從高到低依次是下和—上登項目區(qū)、景大項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、塔寶山—大湖西項目區(qū)、光華項目區(qū)。從平均水源涵養(yǎng)能力變化（圖5）來看，工業(yè)區(qū)減少量從高到低依次是高家屯—竇家沖項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)、北古城項目區(qū)、觀音山項目區(qū)、長坡項目區(qū)。城市建設區(qū)減少量從高到低依次是下和—上登項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、塔寶山—大湖西項目區(qū)、景大項目區(qū)、光華項目區(qū)?？臻g趨勢表明（圖6～7），水源涵養(yǎng)能力變化與土地利用類型變化具有一致性。

2.3 影響因素分析

2.3.1 土地利用類型。

從土地利用結構來看（表3、圖8～9），開發(fā)后各項目區(qū)的耕地減少，大部分項目區(qū)園地減少，建設用地面積均有不同程度的擴大，增長量由大到小依次為下和—上登項目區(qū)、北古城項目區(qū)、高家屯—竇家沖項目區(qū)、觀音山項目區(qū)、塔寶山—大湖西項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)、光華項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、景大項目區(qū)、長坡項目區(qū)。

不同土地利用類型的水源涵養(yǎng)能力存在差異。從時間上看，無論開發(fā)前還是開發(fā)后，林地的水源涵養(yǎng)能力最高，耕地、園地、草地的水源涵養(yǎng)能力在不同的項目區(qū)有差異。2012—2020年項目區(qū)耕地的水源涵養(yǎng)能力均呈下降趨勢，70%研究區(qū)園地和林地的水源涵養(yǎng)能力呈下降趨勢，50%研究區(qū)草地的水源涵養(yǎng)能力呈下降趨勢。

2.3.2 植被類型。

在未受人為因素影響的區(qū)域，存在植被的自然演替。從表3可以看到，長坡項目區(qū)、北古城項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)、塔寶山—大湖西項目區(qū)、光華項目區(qū)的林地面積均有不同程度的增加。從土地利用類型（圖10～11）可以看出，長坡項目區(qū)的部分旱地轉為其他林地;北古城項目區(qū)中部分裸地轉變?yōu)椴莸睾推渌值?，部分草地轉變?yōu)橛辛值?中安—后所項目區(qū)中區(qū)塊二中部的裸地轉變成草地或其他林地，灌木林地轉變?yōu)橛辛值鼗蚱渌值?塔寶山—大湖西項目區(qū)中大湖西區(qū)塊的草地轉變成其他林地。

2.3.3 地形。時間趨勢表明（圖12～14），2012—2020年各項目區(qū)的平均高程均呈現(xiàn)下降趨勢。在工業(yè)區(qū)中，減少量從高到低依次是中安—后所項目區(qū)、長坡項目區(qū)、北古城項目區(qū)、高家屯—竇家沖項目區(qū)、觀音山工業(yè)區(qū)。城市建設區(qū)減少量從高到低依次是塔寶山—大湖西項目區(qū)、下和—上登項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、景大項目區(qū)、光華項目區(qū)。城市建設區(qū)高程變化與水源涵養(yǎng)總量變化排序基本一致。

在工業(yè)區(qū)中，中安—后所項目區(qū)的高程變化最大，經實地調研得知該項目區(qū)入駐產業(yè)為煤礦、金屬加工等重工業(yè)，需要大范圍平整土地，因此采用“削峰填谷”的開發(fā)方式，對地形的改造程度較高。在城市建設區(qū)中，塔寶山—大湖西項目區(qū)的高程變化最大，經實地調研得知入駐產業(yè)為倉儲物流、汽配廠等，同樣需要大范圍平整土地，且塔寶山—大湖西項目區(qū)建設用地面積增加了183.18 hm 為滿足土地利用布局的需要，對地形地貌的改造程度較大。

2.3.4 降水量。

從空間上看，位于滇中的長坡、北古城、觀音山、沙朗項目區(qū)降水量較為接近，2020年平均降水量810.80～904.17 mm;位于滇西北下和—上登、塔寶山—大湖西項目區(qū)，2020年平均降水量792.48～824.13 mm;滇東北包括高家屯—竇家沖、中安—后所項目區(qū)，2020年平均降水量900.77～1 043.31 mm;滇南景大、光華項目區(qū)，2020年平均降水量1 307.84～1 447.18 mm。這體現(xiàn)了云南省降水空間分布不均。

降水量是影響水源涵養(yǎng)功能的重要氣候因子，時間趨勢表明（圖15），2012—2020年各項目區(qū)的降水量均呈減少狀態(tài)。下降量從大到小依次是下和—上登項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、塔寶山—大湖西項目區(qū)、觀音山項目區(qū)、光華項目區(qū)、景大項目區(qū)、長坡項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)、高家屯—竇家沖項目區(qū)、北古城項目區(qū)。降水量與產水量的變化趨勢有一致性。

3 結論與討論

3.1 結論

基于InVEST模型對云南省2012和2020年10個典型項目區(qū)水源涵養(yǎng)進行測算，得到以下結論：建設開發(fā)后項目區(qū)平均產水量均低于開發(fā)前;除光華項目區(qū)外，建設開發(fā)后項目區(qū)水源涵養(yǎng)總量均低于開發(fā)前。開發(fā)后平均水源涵養(yǎng)量從低到高依次是塔寶山—大湖西項目區(qū)、沙朗項目區(qū)、下和—上登項目區(qū)、高家屯—竇家沖工業(yè)園、北古城項目區(qū)、長坡項目區(qū)、中安—后所項目區(qū)、光華項目區(qū)、觀音山項目區(qū)、景大項目區(qū)。

該研究發(fā)現(xiàn)，造成低丘緩坡項目區(qū)建設開發(fā)前后水源涵養(yǎng)量變化的原因主要是土地利用結構、植被、地形、徑流、降水、土壤等自然和人為因素。由于土壤9年內變化較小，且受到數(shù)據(jù)的制約，采用的是一期的數(shù)據(jù)，故將其剔除。土地利用結構變化顯示，不同地類的水源涵養(yǎng)能力有差異，其中林地的水源涵養(yǎng)能力最高，耕地、園地、草地的水源涵養(yǎng)能力在不同項目區(qū)有差異。植被類型表明，在未受人為因素影響的區(qū)域，存在植被的自然演替。裸地轉變?yōu)椴莸兀莸剞D變?yōu)槠渌值?，灌木林地轉變?yōu)橛辛值氐?，其水源涵養(yǎng)能力也得到一定程度的提升。地形、植被、降水等因素共同影響地表徑流的流速和流量，從而影響水源涵養(yǎng)功能。

3.2 討論

結合實地調研案例，從積極和消極方面分析低丘緩坡建設開發(fā)對生態(tài)環(huán)境產生的影響。①低丘緩坡開發(fā)改變原來的土地利用結構，擾動和破壞原有的地表環(huán)境，導致生物多樣性的減少。②基礎設施建設過程中需要大量的挖方填方工作，破壞原地表植被，擾動土體，使土壤松動、裸露和堆填，若未及時采取水土保持措施，容易導致地質災害的發(fā)生。③人類活動必然會產生污染物排放，如未能恰當處理，會對周邊區(qū)域的水源、耕地等生態(tài)敏感區(qū)產生不良影響，造成生態(tài)破壞、環(huán)境污染等問題[19]。

根據(jù)低丘緩坡建設開發(fā)可能造成的生態(tài)破壞、基于水源涵養(yǎng)功能提出相應的對策建議。目前低丘緩坡建設開發(fā)模式主要有以下3種：削峰填谷式、分臺式、分臺式與緩坡式相結合。該研究依據(jù)保護生態(tài)優(yōu)先、因地制宜的原則，提出以下優(yōu)化措施：首先，科學選址和土地規(guī)劃，根據(jù)山地立體特征，依據(jù)山體不同位置和坡度，布局不同的土地利用類型，宜建則建，宜林則林，減少對原地表的干擾和破壞;其次，調整土地利用結構，保留具有較強生態(tài)源的生態(tài)用地，加強綠化工程設施建設，提升土地生態(tài)功能;第三，落實水源涵養(yǎng)規(guī)劃，完善水源涵養(yǎng)生態(tài)補償機制，推進低丘緩坡開發(fā)利用可持續(xù)發(fā)展[20-21]。

參考文獻

[1]

周佳雯，高吉喜，高志球，等.森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務功能解析[J].生態(tài)學報，2018，38（5）：1679-1686.

[2] 陳姍姍，劉康，包玉斌，等.商洛市水源涵養(yǎng)服務功能空間格局與影響因素[J].地理科學，2016，36（10）：1546-1554.

[3] 郭麗潔，尹小君，茍貞珍，等.基于InVEST模型的阿克蘇河流域產水量評估及環(huán)境因素影響研究[J].石河子大學學報（自然科學版），2020，38（2）：216-224.

[4] 余新曉，周彬，呂錫芝，等.基于InVEST模型的北京山區(qū)森林水源涵養(yǎng)功能評估[J].林業(yè)科學，201 48（10）：1-5.

[5] 包玉斌，李婷，柳輝，等.基于InVEST模型的陜北黃土高原水源涵養(yǎng)功能時空變化[J].地理研究，2016，35（4）：664-676.

[6] 寧亞洲，張福平，馮起，等.秦嶺水源涵養(yǎng)功能時空變化及其影響因素[J].生態(tài)學雜志，2020，39（9）：3080-3091.

[7] 竇苗，孫建國，陳海鵬.基于InVEST模型的橫斷山區(qū)產水量模擬[J].安徽農業(yè)科學，2017，45（21）：54-58.

[8] 苑躍，張亮，崔林林.若爾蓋高原生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能時空變化特征[J].生態(tài)學雜志，2020，39（8）：2713-2723.

[9] REDHEAD J W，STRATFORD C，SHARPS K，et al Empirical validation of the InVEST water yield ecosystem service model at a national scale[J].Science of the total environment， 2016， 569/570：1418-1426.

[10] JULIAN J P，GARDNER R H.Land cover effects on runoff patterns in eastern Piedmont （USA） watersheds[J].Hydrological processes，2014，28（3）：1525-1538.

[11] SCORDO F，LAVENDER T M，SEITZ C，et al.Modeling water yield：Assessing the role of site and region-specific attributes in determining model performance of the InVEST seasonal water yield model[J].Water， 2018，10：1-42.

[12] 陳武強，羅鮮美，季金娥，等.昆明西華濕地公園生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價研究[J].價值工程，2019，38（10）：167-170.

[13] 趙元藩，宋東華，溫慶忠，等.玉溪市森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估[J].林業(yè)調查規(guī)劃，201 36（1）：12-18，25.

[14] 楊芳，支玲，郭小年，等.云南省玉龍縣天保工程森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估[J].西南林業(yè)大學學報（社會科學），2017，1（1）：69-76.

[15] 杜軍凱.考慮垂直地帶性的山區(qū)分布式水文模擬與應用[D].北京：中國水利水電科學研究院，2019.

[16] 吳丹，邵全琴，劉紀遠，等.中國草地生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務時空變化[J].水土保持研究，2016，23（5）：256-260.

[17] 陳麗，郝晉珉，陳愛琪，等.基于二元水循環(huán)的黃淮海平原耕地水源涵養(yǎng)功能研究[J].生態(tài)學報，2017，37（17）：5871-5881.

[18] ZHANG C Q，LI W H，ZHANG B，et al.Water yield of Xitiaoxi River basin based on InVEST modeling[J].Journal of resources and ecology， 201 3（1）：50-54.

[19] 宋夢意，王盛毅，衛(wèi)樂樂.浙江省低丘緩坡土地資源開發(fā)利用研究：以工業(yè)建設用地為視角[J].河南教育學院學報（自然科學版），201 21（3）：52-54.

[20] 王驕.生態(tài)視角下城鎮(zhèn)上山實施回顧與規(guī)劃對策[D].重慶：重慶大學，2014.

[21] 張健.以提升生態(tài)功能為導向的城市綠道系統(tǒng)規(guī)劃方法研究：以成都天府綠道為例[J].西部人居環(huán)境學刊，2019，34（6）：73-78.