基于InVEST模型的熱帶雨林水源涵養(yǎng)功能時(shí)空變化研究

基于InVEST模型的熱帶雨林水源涵養(yǎng)功能時(shí)空變化研究目錄TOC\o"1-2"\h\u16681引言 2323801.1研究目的與意義 3260771.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4190842研究區(qū)概況 5291812.1五指山市地理位置 5187842.2五指山市水文氣象 6121643材料與方法 6306893.1研究方法 6121203.2數(shù)據(jù)來(lái)源及處理分析 852424結(jié)果與分析 9191824.1五指山市產(chǎn)水量空間分布 973484.2五指山市水源涵養(yǎng)量分布 1350995討論與結(jié)論 16176276展望 176593參考文獻(xiàn): 188611致謝 20摘要：海南省五指山市是有名的“翡翠山城”，該區(qū)作為海南島中部生態(tài)核心區(qū)，其水源涵養(yǎng)功能具有維護(hù)地下水和地表水的穩(wěn)定供應(yīng)，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展的重要作用。本文采用INVEST模型分析評(píng)估該市1980年，1990年，1995年，2000年，2005年，2010年，2015年，2018年及2020年的產(chǎn)水量及水源涵養(yǎng)量的分布特征及時(shí)空變化。結(jié)果表明近年來(lái)的整體水源涵養(yǎng)量整體呈下降態(tài)勢(shì)，并且呈現(xiàn)“西低東高”的空間分布格局；不同地類的水源涵養(yǎng)總流量也有所差異，表現(xiàn)為草地>林地>耕地>居民用地>水域。高值區(qū)主要出現(xiàn)在山區(qū)，低值區(qū)體現(xiàn)在水域區(qū)域及人類主要活動(dòng)區(qū)域。關(guān)鍵詞：水源涵養(yǎng)；土地利用類型；InVEST模型；時(shí)空變化1引言全球氣候變暖、城市化發(fā)展與人口增長(zhǎng)引發(fā)水資源需求與日俱增、水環(huán)境急劇惡化，水資源短缺已成為全球共同關(guān)注的問(wèn)題REF_Ref16674\r\h[1]。水資源對(duì)于人類社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步和生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定至關(guān)重要，其重要性不斷上升，已成為社會(huì)必須優(yōu)先關(guān)注和細(xì)心維護(hù)的寶貴且有限的資源。在當(dāng)前全球氣候變化和區(qū)域環(huán)境壓力日益增大的背景下，水源涵養(yǎng)功能的評(píng)估與保護(hù)對(duì)于維持水循環(huán)平衡、保障區(qū)域水安全以及促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。水源涵養(yǎng)服務(wù)作為生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)的重要組成部分，直接關(guān)系到生態(tài)系統(tǒng)的韌性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展REF_Ref12614\r\h[2]。五指山市，作為中國(guó)海南省的一個(gè)重要城市及重要生態(tài)功能區(qū)，其獨(dú)特的地理位置和豐富的自然資源使其成為了研究水源涵養(yǎng)量的重要對(duì)象，其水源涵養(yǎng)功能對(duì)于本地區(qū)乃至整個(gè)島嶼的水文循環(huán)和生態(tài)平衡起著至關(guān)重要的作用。水源涵養(yǎng)量是指森林、濕地等生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)其自身的水文循環(huán)過(guò)程，對(duì)降水進(jìn)行截留、蒸發(fā)、滲透和蓄存等作用，從而對(duì)維持區(qū)域水循環(huán)平衡、保障水資源供應(yīng)具有重要作用的水量。然而，隨著城市化進(jìn)程的加快和土地利用方式的轉(zhuǎn)變，五指山市的水源涵養(yǎng)功能面臨著諸多挑戰(zhàn)，如土地退化、水資源短缺和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力下降等問(wèn)題。而水源涵養(yǎng)功能的健康、持續(xù)發(fā)展可為人類的生產(chǎn)、生活供給所需的水資源，從而為經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速、穩(wěn)健發(fā)展提供了保障，也維持了水資源的健康永續(xù)循環(huán)REF_Ref16736\r\h[3]。在當(dāng)前全球氣候變化和人類活動(dòng)影響加劇的背景下，對(duì)五指山市水源涵養(yǎng)量的研究不僅具有重要的理論價(jià)值，也具有顯著的實(shí)踐意義。對(duì)產(chǎn)水服務(wù)評(píng)估的方法有很多，如儲(chǔ)水量法、水文過(guò)程法、多指標(biāo)法及多模型集成法，其中多模型集成法涵蓋了InVEST模型、WaSSI-C模型、BEPS-TerrainLab模型及元胞自動(dòng)機(jī)。而目前由美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)益交易的綜合評(píng)估InVEST(TheIntegrateValuationofEcosystemServicesandTradeoffsTools)模型使用最廣泛，該模型有參數(shù)少、數(shù)據(jù)要求低和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)REF_Ref12813\r\h[4]并且評(píng)價(jià)結(jié)果可空間化表達(dá)，得到了學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可REF_Ref12832\r\h[5]。因此本研究采用InVEST模型，對(duì)五指山市的水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了系統(tǒng)的時(shí)空變化分析。通過(guò)收集和處理相關(guān)土地覆蓋、氣象、土壤及水文數(shù)據(jù)，構(gòu)建了適合五指山市特點(diǎn)的InVEST模型，并運(yùn)用該模型定量評(píng)估了不同年份間五指山市水源涵養(yǎng)量的時(shí)空演變特征，再利用ArcGIS軟件進(jìn)行可視化表達(dá)分析研究重點(diǎn)關(guān)注了不同年份之間水源涵養(yǎng)功能的差異。1.1研究目的與意義研究五指山市的水源涵養(yǎng)量可以幫助了解該地區(qū)水資源的供應(yīng)情況和變化趨勢(shì)。水源涵養(yǎng)量的研究可以評(píng)估地表水和地下水的儲(chǔ)量和補(bǔ)給能力，為城市規(guī)劃和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)了解水源涵養(yǎng)量，可以更好地掌握水資源的利用與保護(hù)之間的平衡，確保城市居民和工業(yè)用水的需求得到滿足。通過(guò)研究水源涵養(yǎng)量，可以識(shí)別土地利用變化對(duì)水資源的影響。隨著城市化和農(nóng)業(yè)發(fā)展，土地利用類型的改變可能導(dǎo)致水源涵養(yǎng)功能的下降，增加水資源的脆弱性和生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，深入了解土地利用類型變化與水源涵養(yǎng)量之間的關(guān)系，有助于指導(dǎo)合理的土地規(guī)劃和資源管理措施。研究五指山市水源涵養(yǎng)量的目的在于全面了解該地區(qū)水資源的現(xiàn)狀和問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。本研究的意義在于，通過(guò)科學(xué)評(píng)估和揭示五指山市水源涵養(yǎng)功能的時(shí)空變化規(guī)律，為地方政府制定相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)和土地管理政策提供了數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。研究成果不僅有助于指導(dǎo)五指山市乃至相似生態(tài)功能區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，也為全球變化背景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估和管理提供了科學(xué)的方法論和實(shí)踐案例。目前關(guān)于海南省水源涵養(yǎng)量分析研究的文章較少，知網(wǎng)上水源涵養(yǎng)量分析相關(guān)文獻(xiàn)主要集中在其他省份，而海南省的相關(guān)文獻(xiàn)要么是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間總評(píng)估分析，要么是分析氮磷營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷，研究海南省產(chǎn)水量模塊和水源涵養(yǎng)量分布及影響因素的相關(guān)文章只有兩篇。而且國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究集中于土壤保持、水源供給、水源涵養(yǎng)功能評(píng)價(jià)方面，進(jìn)而分析其時(shí)空變化特征及影響因子，多集中研究于某一年水源涵養(yǎng)特征的分析。因此，本次研究通過(guò)分析研究區(qū)多年的水源涵養(yǎng)量及其分布有重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀從20世紀(jì)90年代至今，學(xué)者們?cè)谌珖?guó)范圍內(nèi)開(kāi)展了大量水源涵養(yǎng)服務(wù)功能的相關(guān)研究，為我國(guó)的生態(tài)文明建設(shè)和土地利用類型綜合管理提供了有力的事實(shí)支撐。近些年，水源涵養(yǎng)研究的方法論經(jīng)歷了顯著的發(fā)展，從最初的單一模型分析演進(jìn)至當(dāng)前的多模型綜合運(yùn)用。這一轉(zhuǎn)變反映出研究手段的持續(xù)進(jìn)步和革新，同時(shí)也帶來(lái)了研究成果精確度的穩(wěn)步提升。尤其是InVEST模型的推出，它不僅能夠獨(dú)立運(yùn)行于開(kāi)發(fā)軟件之中，還能夠結(jié)合ArcGIS平臺(tái)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)在不同時(shí)間和空間尺度上的變化進(jìn)行模擬分析。較早的水源涵養(yǎng)功能主要針對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)，一般認(rèn)為水源涵養(yǎng)是指森林對(duì)河水流量(增或減)的影響REF_Ref12862\r\h[6]隨著研究的深入，人們逐步確認(rèn)水源涵養(yǎng)包括森林對(duì)降水、徑流、蒸散發(fā)及水質(zhì)的影響等REF_Ref12881\r\h[7]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面的研究和文章很多，如任志遠(yuǎn)等基于GIS對(duì)陜北黃土高原1978-2000年間的水源涵養(yǎng)及其價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示水源涵養(yǎng)在1978-1990年以年均1.39%遞增，1990-2000年以年均0.68%遞減。但對(duì)原文研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究為數(shù)不多且評(píng)估顯單一、時(shí)序較早。周一飛等REF_Ref13296\r\h[8]選用SWIM模型分析氣候變化背景下流域未來(lái)水文過(guò)程的可能變化。劉宥延REF_Ref13325\r\h[9]等運(yùn)用InVEST模型，對(duì)水源涵養(yǎng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估并且對(duì)空間分布和特征進(jìn)行分析。相關(guān)學(xué)者在北京山區(qū)REF_Ref13355\r\h[10]、黃土高原REF_Ref13479\r\h[11]、白洋淀REF_Ref13502\r\h[12]、三江源地區(qū)REF_Ref13525\r\h[13]等地分別利用該模型對(duì)當(dāng)?shù)氐乃春B(yǎng)功能進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)學(xué)者任靜通過(guò)揭示土壤流失量的空間分布規(guī)律，評(píng)估了長(zhǎng)江上游流域土壤保持能力REF_Ref13554\r\h[14]。陳龍等REF_Ref13574\r\h[15]進(jìn)行瀾滄江流域的水源涵養(yǎng)功能研究，為瀾滄江水域水文狀況的評(píng)估與有效管理提供依據(jù)。國(guó)外學(xué)者最先關(guān)注到的是森林與降水截留、蒸發(fā)之間的關(guān)系REF_Ref13600\r\h[16]Ebtnayer最先觀測(cè)了不同地區(qū)林地蒸發(fā)量與降水截留，并探究其影響因素REF_Ref13623\r\h[17]第二個(gè)階段是以截留蓄水、水質(zhì)凈化、蒸發(fā)循環(huán)等森林水文過(guò)程逐漸受到了學(xué)者們的重視REF_Ref13600\r\h[16]截止到目前二十一世紀(jì)，人們通過(guò)GIS等信息手段，使水源涵養(yǎng)量成為一門(mén)綜合性的學(xué)問(wèn)。Constanza通過(guò)分析指出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可用直接或間接為人類所提供的商品（如食物）和服務(wù)（如空氣的凈化）REF_Ref13675\r\h[18]Kuchment等人在森林流域生態(tài)系統(tǒng)建立了分布式水文模型，模型結(jié)果表明森林的攔蓄作用對(duì)春季洪水洪峰流量有明顯影響REF_Ref13698\r\h[19]。2研究區(qū)概況2.1五指山市地理位置圖1五指山區(qū)域規(guī)劃地圖圖2五指山地形地圖五指山市位于海南島中南部，全市位居?xùn)|經(jīng)109°19’-109°44’，北緯18°38’-19°02’；其東鄰瓊中縣，西接樂(lè)東縣，南抵保亭縣，北連白沙縣，土地總面積約1144km2。市內(nèi)山巒連綿，地勢(shì)東高西低，由東向西傾斜。全境以海拔500m至600m的丘陵和山地為主，平均海拔316m，是海南海拔最高城市，是典型的山區(qū)城市。境內(nèi)有部份低洼小盆地。2.2五指山市水文氣象五指山市位于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，其夏季并不極端炎熱，而冬季則相對(duì)溫和。該市的年均氣溫大約在24.1℃左右，月度最高氣溫平均為28.4℃，而月度最低氣溫平均則為18.3℃。年降水量平均為1771.8毫米，季節(jié)性干濕變化明顯。該地區(qū)受熱帶季風(fēng)的顯著影響，冬季和春季主要吹東北風(fēng)，而夏季和秋季則以南偏東風(fēng)為主。全年風(fēng)速范圍在2.4至4.0米每秒之間，平均風(fēng)速約為3.0米每秒。常受來(lái)自太平洋和南海的臺(tái)風(fēng)襲擊，臺(tái)風(fēng)一般在7~11月偏多。五指山市86.44%的地區(qū)被森林覆蓋REF_Ref17321\r\h[20]，居全省前列，是海南島最典型、最齊全的熱帶山地森林。3材料與方法3.1研究方法InVEST模型-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評(píng)估模型(IntegratedValuationofEcosystemServicesandTrade-offs)是美國(guó)斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)(TNC)與世界自然基金會(huì)(WWF)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，旨在通過(guò)模擬不同土地覆被情景下生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)物質(zhì)量和價(jià)值量的變化，為決策者權(quán)衡人類活動(dòng)的效益和影響提供科學(xué)依據(jù)。圖3技術(shù)路線圖3.1.1年產(chǎn)水量方法本篇論文使用到了InVEST模型中WaterYeild模塊，該研究估算了每柵格單元降水量減去實(shí)際蒸散發(fā)后的水量，即水源供給量。原理:產(chǎn)水量評(píng)估模塊基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)(1974)和年平均降水量數(shù)據(jù)。首先，確定研究區(qū)每個(gè)柵格單元x的年產(chǎn)水量Y(x)，公式如下:Y(xj)=(1?AET(xj)式中：Y(xj)為土地覆被類型j上柵格單元x的年均產(chǎn)水深度；AET(xj)是土地覆被類型j在柵格單元x的年實(shí)際蒸散量；P(x)是柵格x上年降水量。

AET(xj)P(x)RxjωxAET(xj)P(x)（實(shí)際蒸散量與降水量的比值）按照（2）式，即Zhang等在Budyko曲線上的方法進(jìn)行計(jì)算，式中：Rxj表示土地利用類型為j時(shí)柵格單元x的Budyko干燥指數(shù)（潛在蒸散量與降雨的比值）；ωx為修正植被年可利用水量與預(yù)期水量的比值，無(wú)量綱；Z為Zhang系數(shù)REF_Ref17389\r\h[21]（取值范圍為1—30）；PAWC是植物可利用含水量，詳細(xì)計(jì)算方法可參考InVEST模型用戶手冊(cè)REF_Ref17428\r\h[22]；KiJ是植物蒸散系數(shù)；ETo是潛在蒸散發(fā)量。3.1.2水源涵養(yǎng)量方法本文采用《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)“指南”》（下稱“指南”）REF_Ref17490\r\h[23]所提出的模型計(jì)算水源涵養(yǎng)量：ＷＲｉ＝Ｐｉ－ＥＴｉ－Ｒｉ（5）Ｒ＝Ｐ·α（6）式中：ＷＲ，ＥＴｉ，Ｒｉ分別為柵格ｉ的水源涵養(yǎng)量、蒸散量和地表徑流量；Ｐ，α分別為多年平均降水量和地表徑流因子；地表徑流因子參照“指南”中的類型表和文獻(xiàn)REF_Ref17546\r\h[24]。3.2數(shù)據(jù)來(lái)源及處理分析研究數(shù)據(jù)主要包括1980，1990，2000，2005，2010，2015，2018，2020年的土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)（降水量數(shù)據(jù)與潛在蒸散量數(shù)據(jù)）、土壤數(shù)據(jù)以及根系限制層深度數(shù)據(jù)。坐標(biāo)系統(tǒng)一設(shè)置為WGS_1984_UTM_Zone_50N投影坐標(biāo)系，各柵格數(shù)據(jù)的精度統(tǒng)一為30m。氣象數(shù)據(jù)：降水量與蒸發(fā)量均源自國(guó)家青藏高原數(shù)據(jù)中心（/home）所提供的數(shù)據(jù)集。土地利用類型的分類與檢驗(yàn)：數(shù)據(jù)來(lái)源自資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心的30m分辨率的中國(guó)多時(shí)期土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集（/DOI/DOI.aspx?DOIID=54），按照五指山市行政邊界進(jìn)行裁剪并重分類為五大類（耕地，草地，林地，水域，居民用地）。植物有效含水量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)來(lái)源自聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)（FAO）和維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)研究所（IIASA）所構(gòu)建的世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（官網(wǎng)：/soils-portal/data-hub/soil-maps-and-databases/harmonized-world-soil-database-v12/en/），經(jīng)過(guò)GIS處理后得到植物可用水分含量。根系限制層深度數(shù)據(jù)：自然植被類型的根系深度數(shù)據(jù)參考Yanetal,2020等對(duì)空間分辨率為100米的中國(guó)巖深圖的研究，選取1千米中國(guó)土壤深度圖（/research/cdtb.jsp）并提取數(shù)據(jù)REF_Ref17621\r\h[25]。海南省五指山市行政邊界范圍。流域數(shù)據(jù)：源自中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心上提供的流域數(shù)據(jù)。4結(jié)果與分析4.1五指山市產(chǎn)水量空間分布根據(jù)2020年海南省水資源公報(bào)，五指山市的平均徑流量為12.46億m3，通過(guò)模型運(yùn)行模擬計(jì)算，當(dāng)Zhang系數(shù)為12時(shí)，研究區(qū)總產(chǎn)水量為13.74億m3，與公報(bào)數(shù)值相對(duì)比較接近。由圖1可知，總體上看，五指山市的產(chǎn)水量在近幾年呈現(xiàn)波動(dòng)式下降的趨勢(shì)，2020年的總產(chǎn)水量甚至低于上世紀(jì)，五指山市的總體產(chǎn)水量格局分布差別微小。圖4不同時(shí)期五指山市產(chǎn)水量分布格局圖圖5五指山市流域分布情情況表12018年五指山市產(chǎn)水量分布表ws_id流域每像素平均降水量單位：mm流域每像素平均潛在蒸散量單位：mm流域每像素平均實(shí)際蒸散量單位：mm流域每像素平均產(chǎn)水量單位：mm流域總產(chǎn)水量單位：mm01586.6751331183.452297380.01584661206.628768345800.49311512.9187951197.049992377.47637971134.782943266200.90621431.0741321203.713087388.91246541042.1406428794281931557.3950081185.481958384.24467071172.8939565907025.82441351.7540291230.563726389.0940164962.644000422310293851320.8060421273.570326407.7249023913.093103227887770.3761416.907561222.774829390.46500951026.44242181260087.271244.962811315.367329392.336589852.625510545863296.3581340.1345551200.884023380.6330532959.5026077421790451.491406.0998691205.3545993879013513590454.16101297.0877011214.137134374.2718582922.8048592111078958.1111358.5799.9550171285.60229491072.89770584216.46262121382.1892091219.616871389.8521361992.22446821007522.7131399.0794561128.658589356.483311042.736963638665.635平均值1400.3988791184.327127377.44770921022.87994980269014.76結(jié)合分析圖1、圖2、圖3、圖4、圖5與表1，可得出以下結(jié)論：五指山市的產(chǎn)水量西北側(cè)與領(lǐng)省交界處以及東側(cè)地區(qū)（如序號(hào)0、1），產(chǎn)水量高值區(qū)域集中分布。這與該區(qū)域的地形、降水量和蒸發(fā)量有直接關(guān)系，由于五指山擁有錯(cuò)綜發(fā)雜的地形，從而使有些區(qū)域處于山脈的蓄水區(qū)或者降水較多的地帶，導(dǎo)致水資源豐富。特別是在地形上可能存在一些高地或者山脈，容易形成降水集中區(qū)，從而使得產(chǎn)水量高值區(qū)域更為集中。另一方面，在五指山市的西部地區(qū)，產(chǎn)水量較低（如序號(hào)5、10），這也是受到降水的影響，因?yàn)槲鞑康貐^(qū)相對(duì)于其他地區(qū)而言，降水量較少，蒸發(fā)量相差微小，從而導(dǎo)致產(chǎn)生了較低的水資源。而中部地區(qū)的產(chǎn)水量相對(duì)最?。ㄈ缧蛱?hào)7），是因?yàn)樵摰貐^(qū)位于山脈之間的盆地或者地勢(shì)較為平坦的區(qū)域，降水量相對(duì)較少，導(dǎo)致產(chǎn)水量最低?？偟膩?lái)說(shuō)，五指山市的產(chǎn)水量分布情況與地形因素、降水量因素、蒸發(fā)量因素密切相關(guān)，地勢(shì)高低、山脈分布等因素都對(duì)水資源的分布產(chǎn)生了顯著影響。表2不同年份總產(chǎn)水量對(duì)比年份流域總產(chǎn)水量（wyield/106m3)流域總產(chǎn)水量平均值（wyield/106m3)19801585.2669861132.33356119901602.2082341144.43445319951555.9681721111.40583720001684.2731311203.05223620051338.058311955.755936120101258.152176898.680126120151377.968696984.263354220181123.766207802.690147620201374.181543981.5582451表31980年與2020年土地利用數(shù)據(jù)變化（單位：km2）利用類型1980年2020年耕地78.0274.97草地982.97991.55林地86.8774.64水域7.248.85居民用地5.2310.31從時(shí)間變化上看（表2），1980-2020年五指山市產(chǎn)水總量降低了了13.23％，整體呈現(xiàn)一定波動(dòng)式下降的趨勢(shì)。由表3合理推測(cè)五指山市的產(chǎn)水量分布除了受到地形因素的影響外，還受到土地利用類型變化的因素的影響。森林是水源涵養(yǎng)的主要保護(hù)區(qū)，具有良好的保水、凈化水質(zhì)和減緩徑流的功能。森林覆蓋率的增加通常會(huì)促進(jìn)產(chǎn)水量的增加，反之亦然。而利用類型為林地的區(qū)域減少了17%；城市建設(shè)會(huì)增加地表徑流量，減少土地的自然保水功能，導(dǎo)致水源涵養(yǎng)能力下降。城市化還可能增加污水排放和水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)。居民用地在四十年間提高了97.17%，說(shuō)明該地區(qū)存在不同規(guī)模的城市化或者工業(yè)化發(fā)展，導(dǎo)致土地覆蓋發(fā)生改變，進(jìn)而影響地表徑流和地下水的補(bǔ)給。同時(shí)人類人類活動(dòng)會(huì)改變地下水位或者地表水的流動(dòng)情況，對(duì)于水資源的過(guò)度索取也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水量的變化，進(jìn)而影響產(chǎn)水量的分布。4.2五指山市水源涵養(yǎng)量分布一般而言山地地區(qū)通常具有更高的涵養(yǎng)能力，而河谷地帶的水源涵養(yǎng)量可能相對(duì)較低，通過(guò)“指南”模型處理之后得出下列相關(guān)水源涵養(yǎng)分布圖，如圖6圖6不同時(shí)期五指山市水源涵養(yǎng)量格局圖表4五指山市不同地類水源涵養(yǎng)量分布（單位106m3）土地利用類型2020年2018年2015年2010年2005年2000年1995年1990年1980年耕地83.1482.8582.6183.8282.7885.1057.5985.1186.26草地1077.411077.611061.371064.761070.501053.681082.771053.661052.53林地81.6981.5579.8680.2277.6592.6391.4492.6592.63水域9.719.759.679.687.987.886.777.887.88居民用地11.4611.8911.506.676.215.826.565.825.82表5五指山市不同土地利用類型水源涵養(yǎng)深度（單位mm）土地利用類型2020年2018年2015年2010年2005年2000年1995年1990年1980年耕地917.96746.85923.45838.67892.491129.941048.931070.821070.55草地1149.00985.141173.501073.451157.771435.401334.781363.361365.33林地1131.69947.171142.501049.411115.301390.441289.201324.561312.40水域188.8486.68185.40120.05149.15474.19326.64373.48338.43居民用地208.12128.80207.55174.03182.32283.55248.87258.29246.13產(chǎn)水量數(shù)據(jù)可以反映某個(gè)地區(qū)的水資源豐富程度和可利用程度，但僅僅考慮了水的產(chǎn)出量，但是在考慮到地表徑流等因素的影響下，水源涵養(yǎng)量數(shù)據(jù)能夠更全面地反映該地區(qū)水源的涵養(yǎng)能力。由圖6、表4和表5可知上世紀(jì)涵養(yǎng)能力由高到低排序?yàn)椋翰莸?gt;林地>耕地>水域>居民用地，近年涵養(yǎng)能力由高到低排序?yàn)椋翰莸?gt;林地>耕地>居民用地>水域，各個(gè)土地利用類型水源涵養(yǎng)深度在數(shù)值上均有不同程度下降。整體上水源涵養(yǎng)量的分布呈現(xiàn)先下降后上升。水源涵養(yǎng)量分布格局與產(chǎn)水量分布格局類似，從水源總供給量上看，土地利用類型為草地的發(fā)揮著主體作用，總體表現(xiàn)為（以最接近現(xiàn)在的2020年為例）：總水源涵養(yǎng)量約占總量的的84%以上，林地，耕地位列其次，分別約占7.4%與6.9%以上；水域和居民用地占比較小，占比分別為：0.63%和0.74%。近幾十年來(lái)，由于人類活動(dòng)的大肆破壞導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，如今五指山市的水源涵養(yǎng)量深度相較于之前大大降低，相較于1980年，近年來(lái)耕地、草地、林地、水域、居民用地水源涵養(yǎng)量深度分別下降了14.25%、15.84%、13.77%、44.20%、15.45%，但是總體水源涵養(yǎng)量分布呈現(xiàn)先下降，后上升的趨勢(shì)。水源涵養(yǎng)量除了與降水量密切相關(guān)以外，還與21世紀(jì)前10年自然生態(tài)系統(tǒng)面積持續(xù)減少REF_Ref16264\r\h[26]有關(guān)系，隨著人類城市化的推進(jìn)，人類活動(dòng)占用了部分原地類為林地和草地，同時(shí)對(duì)水資源的需求提升，導(dǎo)致這三類土地的水源涵養(yǎng)量相對(duì)較低。5討論與結(jié)論本研究基于InVEST模型法計(jì)算五指山市九年的產(chǎn)水量，并結(jié)合海南省水資源公報(bào)調(diào)整Z參數(shù)，整體結(jié)果較為準(zhǔn)確。再通過(guò)“指南”所提出的模型構(gòu)架五指山市的水源涵養(yǎng)量，通過(guò)GIS制圖突出相關(guān)結(jié)果，最后對(duì)水源涵養(yǎng)量進(jìn)行研究，為有效保護(hù)和可持續(xù)利用水資源提供科學(xué)依據(jù)?？傮w來(lái)看,五指山市產(chǎn)水量出現(xiàn)呈現(xiàn)“西低東高”的空間分布格局，研究還揭示了土地利用變化對(duì)水源涵養(yǎng)量的影響。隨著城市化和農(nóng)業(yè)活動(dòng)的擴(kuò)張，草地覆蓋率的下降、城市建設(shè)的增加導(dǎo)致水源涵養(yǎng)功能的減弱。這種變化導(dǎo)致水資源的脆弱性增加，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱。其中水源涵養(yǎng)功能和重要性都比較高的區(qū)域主要分布于研究區(qū)北側(cè)與東側(cè)；五指山市具備較強(qiáng)的水源保持能力，為了促進(jìn)海南省五指山市的持續(xù)與協(xié)調(diào)發(fā)展，應(yīng)當(dāng)實(shí)施合理的土地開(kāi)發(fā)與利用策略，嚴(yán)禁非法砍伐，切實(shí)維護(hù)城市附近的農(nóng)田、森林、草原以及水域，避免水質(zhì)遭受污染。同時(shí)，加強(qiáng)森林資源的保護(hù)工作，提升植被的覆蓋程度，以降低降水的流失，最終提高海南省五指山市的水源涵養(yǎng)功能。（1）草地的水源涵養(yǎng)量最高是因?yàn)椴莸刂脖幻?，根系發(fā)達(dá)，能夠有效保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，減少水土流失，促進(jìn)地下水的補(bǔ)給和穩(wěn)定地表徑流。水域的水源涵養(yǎng)量相對(duì)較低。水域通常是水體，不具備像陸地植被那樣的水源涵養(yǎng)功能，而且水域可能會(huì)受到污染和水位變化等因素的影響，導(dǎo)致水源涵養(yǎng)量相對(duì)較低。居民用地的水源涵養(yǎng)量最低。這是因?yàn)榫用裼玫赝ǔ１怀鞘薪ㄔO(shè)、道路鋪設(shè)等活動(dòng)所占據(jù)，導(dǎo)致土地被大量密封，水的滲透能力減弱，從而降低了水源涵養(yǎng)能力，但是隨著國(guó)家政策開(kāi)展，人們逐漸重視城市綠化，導(dǎo)致涵養(yǎng)功能得到緩解。水域通常是水體，不具備像陸地植被那樣的水源涵養(yǎng)功能，而且水域可能會(huì)受到污染和水位變化等因素的影響，導(dǎo)致水源涵養(yǎng)量相對(duì)最低。（2）本研究采用InVEST模型評(píng)估得到不同年份海南省五指山市的產(chǎn)水量和水源涵養(yǎng)量，產(chǎn)水量模塊主體呈現(xiàn)波動(dòng)式下降趨勢(shì)，并且其具有明顯的空間差異，高值主要分布在山區(qū)，如馬域嶺、大嶺、蛙嶺、五指山、生毛嶺、和青春嶺等，低值區(qū)集中在水域和居民用地范圍，如昌化江、五指山水庫(kù)以及縣級(jí)行政中心區(qū)域。（3）水源涵養(yǎng)功能的變化趨勢(shì)在空間分布上呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，水源涵養(yǎng)功能降低的土地利用類型主要為林地和耕地。6展望五指山市作為一個(gè)地形復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境豐富的地區(qū)，其水資源涵養(yǎng)量在地形、氣候和人類活動(dòng)等多方面因素的影響下呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和人口的增加，水資源的保護(hù)與利用顯得尤為重要。因此，在展望未來(lái)五指山市水源涵養(yǎng)量的發(fā)展時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮和規(guī)劃：首要任務(wù)是注重生態(tài)環(huán)境的維護(hù)。確保生態(tài)系統(tǒng)的健康與完整對(duì)于保持充足的水源涵養(yǎng)量至關(guān)重要。通過(guò)提升自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)和管理水平，推行植樹(shù)造林、退耕還林等生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目，可以有效提升地表植被的覆蓋率，降低水土流失的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而有效地提高水源涵養(yǎng)能力。其次，要合理規(guī)劃土地利用。合理的土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)于維護(hù)水資源的穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用。應(yīng)該通過(guò)科學(xué)規(guī)劃和管控土地利用，避免過(guò)度開(kāi)發(fā)和不合理利用土地資源，特別是要限制城市擴(kuò)張對(duì)農(nóng)田和林地的侵占，保留水源涵養(yǎng)功能較強(qiáng)的自然生態(tài)系統(tǒng)。第三，加強(qiáng)水資源管理與保護(hù)。建立健全的水資源管理制度和政策法規(guī)體系，強(qiáng)化對(duì)水資源的監(jiān)控、評(píng)價(jià)及管理，實(shí)施切實(shí)可行的策略以避免水資源的無(wú)節(jié)制開(kāi)發(fā)和環(huán)境污染，保障水源保持功能的長(zhǎng)期穩(wěn)定。與此同時(shí)，提升水資源的利用效率和推廣其循環(huán)再利用，提高水資源利用效率，減少對(duì)自然水源的依賴。此外，還要注重科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新。加強(qiáng)水資源科學(xué)研究，深入探索水資源形成機(jī)制和變化規(guī)律，提高水資源管理的科學(xué)性和有效性。同時(shí)，積極推進(jìn)水資源管理技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，發(fā)展智能水資源監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，提高水資源管理的精準(zhǔn)性和效率。終歸而言，強(qiáng)化社會(huì)參與及普及教育至關(guān)重要。水資源是社會(huì)共有且共管的關(guān)鍵資源，必須通過(guò)提升公眾的參與度和教育普及，增強(qiáng)社會(huì)各界對(duì)水資源保護(hù)的意識(shí)和關(guān)注度，營(yíng)造一個(gè)全民行動(dòng)、齊心協(xié)力保護(hù)水資源的積極環(huán)境?？偟膩?lái)說(shuō)，展望五指山市水源涵養(yǎng)量的未來(lái)發(fā)展，需要全社會(huì)各界的共同努力和合作，以科學(xué)規(guī)劃、合理利用、嚴(yán)格管理和持續(xù)創(chuàng)新為手段，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善，為保障地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的水資源保障。參考文獻(xiàn):張宏鋒，袁素芬.東江流域森林水源涵養(yǎng)功能空間格局評(píng)價(jià)[Z].生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（24）：8120-8127.張昌順,范娜,劉春蘭,等.1990—2018年中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能時(shí)空格局與演變研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2023,43（13）:5536-5545.陳駿宇,劉鋼,白楊.基于InVEST模型的太湖流域水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估[J].水利經(jīng)濟(jì),2016,34(02):25-29+84.楊潔，謝保鵬，張德罡．基于InVEST模型的黃河流域產(chǎn)水量時(shí)空變化及其對(duì)降水和土地利用變化的響應(yīng)［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2020，31(8):2731-2739．歲姚炳,牛存穩(wěn),賈仰文,等.黃河水源涵養(yǎng)區(qū)近60a降水、氣溫和徑流演變及其對(duì)水源涵養(yǎng)的影響[J].山地學(xué)報(bào),2023,41（1）:41-55.LEOPOLDA.ASandCountyalman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