石羊河流域自然植被對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)

許芳榮

（國營民勤縣三角城機(jī)械林場，甘肅 民勤 733399）

生態(tài)系統(tǒng)為人類生存發(fā)展提供自然條件，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)若是具備可持續(xù)性，能為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供保障。自然植被本身的生長情況會影響生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，同時，也會影響到其服務(wù)效果。所以，自然植被會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生一定的約束效應(yīng)。

1 石羊河流域概況及相關(guān)評估方法

1.1 石羊河流域概況

石羊河流域這一區(qū)域的總面積為4.16km×104km，其平均海拔大約在2000m，屬于典型的大陸溫帶干旱性氣候，而且石羊河流域中下游氣候呈現(xiàn)出明顯的垂直分布特征：上游祁連山區(qū)域氣候?yàn)楦吆敫珊禎駶檯^(qū)；中游區(qū)域?yàn)樽呃绕皆珊祬^(qū)，并且中游干旱度超出上游區(qū)域；下游區(qū)域?qū)儆跍嘏珊祬^(qū)，這一區(qū)域大多是民勤綠洲與荒漠地帶，且重度缺水。整個石羊河流域一共有8 條子流域，若是按照水文地質(zhì)單元進(jìn)行分類，可以將這8 條子流域分成3 個獨(dú)立的子水系。

1.2 評估方法

研究石羊河流域自然植被對生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的約束效應(yīng)時，需要對石羊河流域的自然植被覆蓋率、產(chǎn)水量、土壤保持及固碳服務(wù)這幾個方面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定量估算，從中提取出植被覆蓋率及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的約束線。并在這一基礎(chǔ)上，總結(jié)植被覆蓋率對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效用，通過定量分析，深入了解并認(rèn)識植被覆蓋率對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響力，實(shí)現(xiàn)對約束效應(yīng)下石羊河流域的有效研究[1]。

1.2.1 石羊河流域自然植被覆蓋率的估算。在估算自然植被覆蓋率時，可以采用“元二分模型”這一方法，利用NDVI 數(shù)據(jù)精確計算植被覆蓋率。

1.2.2 石羊河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估。采用水量平衡公式科學(xué)計算羊河流域產(chǎn)水量。對于土壤保持而言，其服務(wù)評估通常是以土壤侵蝕量與土壤保持量為指標(biāo)，其中，土壤保持量是指裸地條件下，與植被覆蓋條件下的土壤侵蝕量之差，需要借助相應(yīng)的公式進(jìn)行計算。另外，還要合理計算固碳服務(wù)，在這一計算過程中，需要應(yīng)用到植物干物質(zhì)生產(chǎn)與CO2之間消耗比例1∶1.62，以此將固碳量的數(shù)值計算出來。

1.2.3 約束線法。在分段分位數(shù)回歸基礎(chǔ)上進(jìn)行刻畫，其中約束線上的點(diǎn)代表研究的2 個生態(tài)變量，且受到其他變量的影響最小。石羊河流域植被自身的生長情況，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量受限的主要因素，因此，在采用約束線法開展研究時，需要將能夠體現(xiàn)出自然植被生長狀態(tài)的植被覆蓋率設(shè)置成為橫向坐標(biāo)軸，將其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)設(shè)置成為縱坐標(biāo)。以此構(gòu)成二位坐標(biāo)系，約束線上的點(diǎn)表示的是一個生態(tài)變量在其他因素最小約束之下，受到另一個生態(tài)變量的約束情況。通過在坐標(biāo)軸上描繪約束線，明確相應(yīng)的約束效應(yīng)[2]。

2 自然植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)

2.1 植被覆蓋對產(chǎn)水量的約束效應(yīng)

就約束線坐標(biāo)圖整體情況來看，植被覆蓋率與產(chǎn)水量之間形成的約束線成開口向下的拋物線，不過不同類型的植被所形成的約束線也有較大差異。在閾值左側(cè)位置，植被覆蓋率的不斷提升，使得產(chǎn)水量所受到的約束力漸漸降低，其他因素對產(chǎn)水量的影響則在慢慢加大。植被覆蓋率逐漸增加的過程中，其涵養(yǎng)水源的能力就會越來越強(qiáng)，能夠截留住更多的降水，大大增加了植被的可利用水分。然而在總體缺水及可用水無法滿足植被正常生長需求的情況下，會有大量的水分被植物吸收到自己身上，以供植物健康生長，所以，這一階段所獲取的水分則是限制產(chǎn)水量的主要因素。

在閾值的右側(cè)，植被覆蓋率的提高，促使其對產(chǎn)水量的約束力不斷增大，產(chǎn)水量受其他因素的影響則在慢慢變小。石羊河流域植被覆蓋率較高的區(qū)域通常都處在上游，且是典型的山地地區(qū)，在這一區(qū)域中，植被枝葉的凋落量較大，而且分解速率較低，導(dǎo)致植被覆蓋率較高的區(qū)域存有大量的枯枝，大量的水分被截留在枯枝落葉層，只有這一區(qū)域截留的水量達(dá)到飽和之后，才會促使剩余的水分滲入到土壤之中，以此增加土壤的含水量。從側(cè)面也可以看出，植被覆蓋率高的區(qū)域有更大的降水量，在植被生長所需的水分被滿足以后，余下的水分就會產(chǎn)生徑流，再加上山區(qū)土壤坡度較大，很容易出現(xiàn)土壤侵蝕現(xiàn)象，從而影響植被的生長，導(dǎo)致植被本身的產(chǎn)水服務(wù)效用受到影響[3]。

2.2 植被覆蓋率對土壤的約束效應(yīng)

這二者之間所呈現(xiàn)出的約束線圖像屬于開口向下的類型，與產(chǎn)數(shù)量的約束線圖像相似。就閾值左側(cè)的圖像來看，整個植被覆蓋率處于中低水平，這種情況主要分布在石羊河流域的中下游，處于干旱地區(qū)。在這一區(qū)域，降水量較少，蒸散量大。因此，整個環(huán)境處于缺水狀態(tài)，再加上植被覆蓋率不高，導(dǎo)致截留降水的能力較弱，多數(shù)降水都會被直接蒸發(fā)。

有科學(xué)研究表明，若干旱區(qū)降雨量在13mm 以下，屬于無效降雨，因?yàn)檫@些降雨量將會全部被蒸發(fā)掉。土壤保持主要受降水可蝕性、土壤可蝕性、土壤飽和導(dǎo)水率等多種因子影響，在降水比較少的干旱區(qū)域，降水可蝕性與土壤飽和導(dǎo)水率這2 種因子影響可以被忽略。在石羊河流域中下游區(qū)域，地勢比較平坦，可以不充分考慮坡度、坡長這些因子。植被覆蓋與管理對土壤保持能夠起到促進(jìn)作用，因此，土壤可蝕性因子會對植被土壤保持產(chǎn)生限制作用，同時，其也是植被產(chǎn)生約束的主要因素。

另外，石羊河流域上游則是高產(chǎn)水量區(qū)，從上游流下來的水會攜帶一定的礦物質(zhì)，并流入中下游區(qū)域。不過由于中下游蒸發(fā)量較強(qiáng)，有較大可能出現(xiàn)土壤鹽堿化的現(xiàn)象，就會對植被生長造成不良影響，使得植被土壤保持能力大大降低。就閾值右側(cè)呈現(xiàn)的圖像來看，植被覆蓋率整體處在比較高的水平，并且主要分布在石羊河流域的上游區(qū)域，這一區(qū)域范圍內(nèi)的降水量較高，且降水強(qiáng)度大，地形起伏形勢復(fù)雜，這些因素會對區(qū)域范圍內(nèi)的土壤造成水蝕。形成的徑流還會將土壤中存在的部分礦物質(zhì)及有機(jī)鹽等帶走。

2.3 植被覆蓋對固碳服務(wù)的約束效應(yīng)

植被覆蓋率與固碳服務(wù)之間所形成的約束效應(yīng)圖像呈類直線正凸型，從圖像整體來看，植被覆蓋率越高，其所提供的固碳服務(wù)量也就越多。對于正凸型函數(shù)圖像而言，其本身不存在閾值，因此，這一圖像所傳達(dá)的信息就是整體所呈現(xiàn)出的畫面。不過將不同階段的林地與草地之間的約束線進(jìn)行對比，能夠看到在同等植被覆蓋率的條件下，林地所產(chǎn)生的固碳量最大值要超出草地所產(chǎn)生的固碳量最大值[3]。

3 石羊河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛力估算

3.1 產(chǎn)水量服務(wù)潛力

通過科學(xué)的分析研究，石羊河流域產(chǎn)水量服務(wù)潛力總體呈現(xiàn)出西南高、東北低的特征，而且流域上流區(qū)域植被茂密，且水熱條件較高，因此，也是產(chǎn)水服務(wù)潛力的高值區(qū)。在石羊河流域中游區(qū)域，西部山區(qū)產(chǎn)水量服務(wù)潛力高，中部與東部產(chǎn)水量服務(wù)潛力則處于中低水平。石羊河流域下游則是整個區(qū)域中產(chǎn)水量服務(wù)潛力最低的部分，提升空間較低。若想解決石羊河流域水資源短缺的問題，就要加強(qiáng)對可持續(xù)發(fā)展與節(jié)約水資源的重視，同時，還要科學(xué)管理其水產(chǎn)量服務(wù)潛力的高值區(qū)。

3.2 土壤保持服務(wù)潛力估算

石羊河流域整體的土壤保持服務(wù)潛力呈現(xiàn)出西南高、東北低的特征。在石羊河流域上流區(qū)域，地形起伏較大，降水豐富，雖然容易導(dǎo)致土壤流失，但上游植被茂密，能夠減少地形與降水對土壤保持的不良影響，所以，這一區(qū)域的土壤保持服務(wù)潛力較高。石羊河流域中游區(qū)域土壤保持服務(wù)潛力較低，但其潛力提升空間較大。在石羊河流域下游區(qū)域，土壤保持服務(wù)潛力是整個流域中最低的，且潛力提升空間也較低。若想改善土壤保持潛力低這一生態(tài)問題，就要做好土壤保持服務(wù)潛力的開發(fā)與利用工作。

3.3 固碳服務(wù)潛力

固碳服務(wù)潛力與上述相關(guān)服務(wù)潛力分布特征相似，也是呈現(xiàn)出西南高、東北低的特點(diǎn)。在整個石羊河流域中，固碳服務(wù)潛力的高值區(qū)基本分布在上游區(qū)域，中值區(qū)是在中游區(qū)域，低值區(qū)則在下游區(qū)域。若想改善固態(tài)服務(wù)潛力低這一問題，可采用人工增加植被、生態(tài)輸水等多種方式，提高固碳服務(wù)潛力。

4 總結(jié)

綜上所述，石羊河流域自然植被的生長狀態(tài)若是存在問題，就會影響到凈化空氣、保持水土等功能的發(fā)揮。如果植被無法正常生長，優(yōu)勢就會逐漸減少，也會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生較大的約束效用，導(dǎo)致其服務(wù)功能無法充分發(fā)揮。這就需要研究人員結(jié)合相應(yīng)的研究結(jié)果，采取合適的措施，提升石羊河流域生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能。