全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 3 期摇 摇 2013 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
生态系统服务功能模拟与管理
保障自然资本与人类福祉:中国的创新与影响 Gretchen C. Daily,欧阳志云,郑摇 华,等 (669)………………
建立我国生态补偿机制的思路与措施 欧阳志云,郑摇 华,岳摇 平 (686)…………………………………………
区域生态合作机制下的可持续农户生计研究———以“稻改旱冶项目为例
梁义成,刘摇 纲,马东春,等 (693)
………………………………………
………………………………………………………………………………
生态系统服务功能管理研究进展 郑摇 华,李屹峰,欧阳志云,等 (702)…………………………………………
白洋淀流域生态系统服务评估及其调控 白摇 杨,郑摇 华,庄长伟,等 (711)……………………………………
汶川地震灾区生物多样性热点地区分析 徐摇 佩,王玉宽,杨金凤,等 (718)……………………………………
土地利用变化对生态系统服务功能的影响———以密云水库流域为例 李屹峰,罗跃初,刘摇 纲,等 (726)……
森林生态效益税对陕西省产业价格水平的影响 黎摇 洁,刘峥男,韩秀华 (737)…………………………………
海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素 饶恩明,肖摇 燚,欧阳志云,等 (746)……………………
居民对文化林生态系统服务功能的认知与态度 高摇 虹,欧阳志云,郑摇 华,等 (756)…………………………
青海省三江源自然保护区生态移民补偿标准 李屹峰,罗玉珠,郑摇 华,等 (764)………………………………
张家界武陵源风景区自然景观价值评估 成摇 程,肖摇 燚,欧阳志云,等 (771)…………………………………
国家生态保护重要区域植被长势遥感监测评估 侯摇 鹏,王摇 桥,房摇 志,等 (780)……………………………
都江堰市水源涵养功能空间格局 傅摇 斌,徐摇 佩,王玉宽,等 (789)……………………………………………
汶川地震重灾区生态系统碳储存功能空间格局与地震破坏评估 彭摇 怡,王玉宽,傅摇 斌,等 (798)…………
前沿理论与学科综述
“波特假说冶———生态创新与环境管制的关系研究述评 董摇 颖 ,石摇 磊 (809)…………………………………
生态环境保护与福祉 李惠梅,张安录 (825)………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌最新分类系统与物种多样性研究概况 王宇涛,辛国荣,李韶山 (834)……………………………
个体与基础生态
“蒸发悖论冶在秦岭南北地区的探讨 蒋摇 冲,王摇 飞,刘思洁,等 (844)…………………………………………
内蒙古荒漠草原主要草食动物食性及其营养生态位 刘贵河,王国杰,汪诗平,等 (856)………………………
基于面向对象及光谱特征的植被信息提取与分析 崔一娇,朱摇 琳,赵力娟 (867)………………………………
桉树叶片光合色素含量高光谱估算模型 张永贺,陈文惠,郭乔影,等 (876)……………………………………
枫杨幼苗对土壤水分“湿鄄干冶交替变化光合及叶绿素荧光的响应 王振夏,魏摇 虹,吕摇 茜,等 (888)…………
模拟淹水对杞柳生长和光合特性的影响 赵竑绯,赵摇 阳,张摇 驰,等 (898)……………………………………
梨枣花果期耗水规律及其与茎直径变化的相关分析 张琳琳,汪有科,韩立新,等 (907)………………………
基于上部叶片 SPAD值估算小麦氮营养指数 赵摇 犇,姚摇 霞,田永超,等 (916)………………………………
种群、群落和生态系统
我国南亚热带几种人工林生态系统碳氮储量 王卫霞,史作民,罗摇 达,等 (925)………………………………
低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响 黎燕琼,龚固堂,郑绍伟,等 ( 934 )………………………
浙江紧水滩水库浮游植物群落结构季节变化特征 张摇 华,胡鸿钧,晁爱敏,等 ( 944 )…………………………
黑龙江凤凰山国家级自然保护区野猪冬季容纳量及最适种群密度 孟根同,张明海,周绍春 ( 957 )…………
云南苍山火烧迹地不同恢复期地表蜘蛛群落多样性 马艳滟,李摇 巧,冯摇 萍,等 ( 964 )………………………
景观、区域和全球生态
基于综合气象干旱指数的石羊河流域近 50 年气象干旱特征分析 张调风,张摇 勃,王有恒,等 ( 975 )………
基于 CLUE鄄S模型的湟水流域土地利用空间分布模拟 冯仕超,高小红,顾摇 娟,等 ( 985 )……………………
研究简报
三大沿海城市群滨海湿地的陆源人类活动影响模式 王毅杰,俞摇 慎 ( 998 )……………………………………
洋河水库富营养化发展趋势及其关键影响因素 王丽平,郑丙辉 (1011)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*350*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄02
封面图说: 卧龙自然保护区核桃坪震后———汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震,地震的强
度、烈度都超过了 1976 年的唐山大地震。 在这次地震中,震区的野外大熊猫受到不同程度的影响,卧龙自然保护区
繁育中心的赠台大熊猫团团、圆圆居住的屋舍上方巨石垮塌,房舍全部毁坏,只因两只熊猫在屋外玩耍逃过一劫。
不过,圆圆一度因惊恐逃走,失踪 5 天后才被找回来。 由于繁育基地两面山体滑坡,竹子短缺等原因,繁育基地只能
将大熊猫全部转移下山。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 3 期
2013 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 3
Feb. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2009CB421105);中国科学院国际合作项目(GJHZ0948);戈登和贝蒂摩尔基金
收稿日期:2012鄄03鄄24; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄23
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: xiaoyi@ rcees. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201203240400
饶恩明,肖燚,欧阳志云,郑华.海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素.生态学报,2013,33(3):0746鄄0755.
Rao E M, Xiao Y, Ouyang Z Y, Zheng H. Spatial characteristics of soil conservation service and its impact factors in Hainan Island. Acta Ecologica Sinica,
2013,33(3)::0746鄄0755.
海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素
饶恩明,肖摇 燚*,欧阳志云,郑摇 华
(中国科学院生态环境研究中心 城市与区域生态国家重点实验室,北京摇 100085)
摘要:土壤保持是生态系统提供的重要调节服务之一,在区域侵蚀控制以及生态安全的维持方面具有不可替代的作用。 以基于
生态系统服务价值化和权衡得失综合评价工具 InVEST,对海南岛生态系统土壤保持功能的空间特征及其影响因素进行了分析
与探讨。 结果表明:(1)海南岛土壤保持总量为 8. 16伊108 t,平均单位面积土壤保持量为 247. 28 t·hm-2·a-1,空间上呈现中部高
四周低的分布格局,中部山区国家级生态功能保护区在土壤保持功能的保育方面发挥着重要作用;(2)不同生态系统类型的土
壤保持功能从大到小依次为:灌丛>天然林>草地>橡胶林>浆纸林>热作园>水田>旱地>红树林>防护林,自然生态系统整体优
于人工生态系统;(3)除自然因素外,经济发展、人口增长以及农田扩张都是影响土壤保持功能的重要因素,其中单位面积地区
生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度以及农田比例与单位面积土壤保持量显著负相关(P<0郾 05),橡胶林比例与土
壤侵蚀强度显著正相关(P<0. 01),说明海南岛的经济发展与人口增长会削弱生态系统土壤保持功能,应权衡它们之间的关系,
探索一条发展经济与保护生态系统土壤保持功能并举的可持续发展之路。
关键词:土壤保持;生态系统服务;海南岛;InVEST
Spatial characteristics of soil conservation service and its impact factors in
Hainan Island
RAO Enming, XIAO Yi*, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua
State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology,Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085 China
Abstract: Soil conservation service, as one of the most important regulating services provided by ecosystems, guarantees the
ecological security and sustainable development of a region. We quantified the soil conservation service of ecosystems in
Hainan Island using the InVEST ( Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs ) tool, so as to have a
knowledge of its spatial characteristics and impact factors, which could be used for its preservation and ecosystem
management then. Our results showed that, the amount of soil preserved by ecosystems of Hainan Island was approximately
8. 16伊108 t, and the average capacity per unit area was 247. 28 t·hm-2·a-1 for the entire region. With regard to the spatial
pattern, the central part displayed a much higher capacity than surrounding areas in general, which could be confirmed from
the comparison of soil conservation capacity between inside and outside of Mountainous Area of Central Hainan National
Ecological Function Conservation Area(NEFCA). Consequently, this NEFCA could be considered to be making a great
contribution in preserving soil conservation service in Hainan Island. We also found that, the soil conservation capacity
differed widely across various ecosystems, with a descending order from shrubs, natural forests, to grasslands, rubber
plantations, pulp forests, tropical plantations, paddy lands, dry lands, mangroves, and shelterbelts. Natural ecosystems
were generally found to perform better than artificial ones in terms of conserving soil resource. Besides natural factors,
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economic development, population explosion and farmland expansion are important factors influencing soil conservation
service. Indicators such as gross regional product per area, GDP of primary industry per area, population density and area
ratio of farmland, showed a negative relationship with soil conservation capacity (P <0. 05), while area ratio of rubber
plantation showed a positive relationship with soil erosion rate (P<0. 01). In conclusion: (1) the central mountainous area
was so important for erosion control and ecological security maintenance in Hainan Island, that it should be protected
carefully; (2) natural forests performed much better than rubber plantations and dry lands in soil conservation, although
their economic benefits went the opposite way. Ignorance of ecological benefits ought to be prohibited and preservation of
natural forests should be strictly and continuously implemented; (3 ) traditional agriculture should be transformed to
intensive one, so as to increase both productivity and ecological benefits of farmlands; (4) the economic development and
population explosion in Hainan Island might impair soil conservation service of ecosystems, as a result, tradeoffs should be
made to realize sustainable development.
Key Words: soil conservation; ecosystem services; Hainan Island; Integrated Valuation of Ecosystem Services
and Tradeoffs
生态系统服务是人类生存与发展的基础[1];土壤保持,作为生态系统调节服务之一,在预防全球性环境
问题———土壤侵蚀,维持区域生态安全与可持续发展中发挥重要作用。 早在 20 世纪 80 年代初,学术界已开
始关注农田侵蚀对农业发展乃至粮食安全的严重威胁[2],广泛开展了农田侵蚀损失评估[3鄄4]。 随着生态系统
服务研究的兴起与不断深入,人们逐渐将重心转移到生态系统抑制土壤侵蚀所避免的损失,即土壤保持价值
上来,代表性研究如 Costanza对全球生态系统土壤保持功能价值的估算[5]。 然而,早期基于统计资料的评估
对于需要详尽空间特征的管理与决策过程显得有些力不从心,于是以通用土壤流失方程(USLE)为代表的基
于 GIS与 RS的模型方法应运而生[6鄄11]。 近年来,美国斯坦福大学、大自然保护协会和世界自然基金会联合开
发了生态系统服务价值化和权衡得失综合评价工具( InVEST) [12],其中土壤保持模块(Avoided Reservoir
Sedimentation)在 USLE基础上加以改进,使土壤保持功能评估的合理性和准确性均得到提升。 该模型已成功
应用于美国宾夕法尼亚州阿勒格尼县东南[13]与北京山区[14]土壤侵蚀的模拟以及白洋淀流域[15]和长江上
游[16]生态系统土壤保持功能的研究。
海南岛是我国热带雨林、季雨林的重要分布区(生物多样性异常丰富),同时也是水土流失敏感性极高的
地区[17],生态系统土壤保持功能在海南岛土壤资源保护、生物多样性维持以及生态安全保障方面发挥着极为
重要的作用。 然而,随着人口的急剧增长以及经济的快速发展,海南岛生态系统正在遭受人类活动强烈干扰,
天然林面积日益减少,低海拔地区原生植被破坏殆尽[18鄄19],土壤保持等生态系统服务正在发生退化[20]。 与此
同时,作为我国第一个生态省,海南高度重视环境保护与生态建设,并于 2005 年规划实施了海南中部山区国
家级生态功能保护区[21],为海南生态环境的保护作出了不懈努力。 本文以 InVEST 模型为工具,对海南岛生
态系统土壤保持功能的空间特征及其影响因素进行深入分析与探讨,以期为海南岛土壤保持功能的保育与管
理提供科学指导。
1摇 研究区概况
海南岛位于我国广东雷州半岛以南,北纬 18毅10忆04义至 20毅0忆40义,东经 108毅30忆43义至 111毅2忆33义之间,行政上
包括 2 个地级市,6 个县级市,4 个县,6 个民族自治县和 1 个经济开发区,总面积 3. 39 万 km2。 其地形地貌复
杂,由山地、丘陵、台地、平原等形成以中部高山为核心,向四周逐渐递降的梯级结构[22],由此形成了独特的放
射状入海水系。 因地处热带北缘,海南岛全年气温高(年均气温 22—26 益),终年无霜冻。 受海洋性季风气
候影响,区内雨水资源充沛(年均降雨量 1639 mm),但时空差异大,中部山地的屏障作用导致降水量在东部
迎风区(2000—2400 mm)远大于西部背风区(1000—1200 mm)。 由于地形、气候等因素影响,土壤分布具有
明显的垂直地带性和地域性,由沿海至山地依次为滨海沼泽化盐土、滨海砂土、砖红壤(西南为燥红土)、山地
747摇 3 期 摇 摇 摇 饶恩明摇 等:海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素 摇
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赤红壤、山地黄壤等,地带性土壤为砖红壤[23]。
海南中部山区国家级生态功能保护区(以下简称功能区)位于海南岛中南部,包括五指山市、琼中县的全
部以及三亚、东方、白沙、昌江、乐东、陵水、保亭 7 个市县的部分乡镇,面积 0. 87 万 km2,占海南岛国土面积的
25. 64% ,是海南岛的生态屏障、主要江河发源地、重要水源涵蓄区和水土保持重点预防保护区。
2摇 研究方法与数据来源
2. 1摇 基本原理
根据 InVEST模型中土壤保持模块[12]的计算原理,生态系统土壤保持量包含侵蚀减少量和泥沙持留量两
部分。 前者反映各地块对自身潜在侵蚀的减少,以潜在侵蚀与实际侵蚀的差表示;后者表示该地块对进入它
的上坡来沙的持留,以来沙量与泥沙持留效率的乘积表示。
模型基本形式如下:
SEDRETx = Rx·Kx·LSx· 1 - Cx·P( )x + SEDRx (1)
SEDRx = SEx移
x-1
y = 1
USLEy仪
x-1
z = y+1
(1 - SEz) (2)
USLEx = Rx·Kx·LSx·Cx·Px (3)
式中,SEDRETx 和 SEDRx 分别为栅格 x的土壤保持量和泥沙持留量,USLEx 和 USLEy 分别为栅格 x 及其上坡
栅格 y的实际侵蚀量,Rx、Kx、LSx、Cx 和 Px 分别为栅格 x的降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、地形因子、覆盖
管理因子和水土保持措施因子,SEx 为栅格 x 的泥沙持留效率。
2. 2摇 参数准备
2. 2. 1摇 降雨侵蚀力因子(R)
降雨是引起土壤侵蚀的主要驱动力,降雨侵蚀力表征了降雨引起土壤发生侵蚀的潜在能力[24鄄25]。 鉴于
海南岛与福建省雨型特征的相似性,本研究采用周伏建等根据福建省实测数据建立的 R值计算式[26]:
R = [移
12
i = 1
( - 1. 5527 + 0. 1792P i)] 伊 17. 02 (4)
式中,R为多年平均降雨侵蚀力(MJ·mm·hm-2·h-1·a-1),P i 为月均降雨量(mm)。
2. 2. 2摇 土壤可蚀性因子 (K)
土壤可蚀性衡量了土壤颗粒被水力分离和搬运的难易程度,是反映土壤对侵蚀敏感程度的指标[27],通常
用标准小区上单位降雨侵蚀力所引起的土壤流失量来表示[24]。 土壤性质中的土壤质地、有机质含量、土体结
构、渗透性等决定了土壤可蚀性的大小。 本文采用 EPIC 模型中的公式进行计算,并根据张科利的研究对结
果进行校正[27]。
摇 摇 摇 KEPIC = {0. 2 + 0. 3exp - 0. 0256ms(1 - msilt / 100[ ]) } 伊 [msilt / (mc + msilt)] 0. 3 伊
{1 - 0. 25orgC / [orgC + exp(3. 72 - 2. 95orgC)]} 伊
{1 - 0. 7(1 - ms / 100) / {(1 - ms / 100) + exp[ - 5. 51 + 22. 9(1 - ms / 100)]}} (5)
K = ( - 0. 01383 + 0. 51575KEPIC) 伊 0. 1317 (6)
式中,K为土壤可蚀性( t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1),ms、msilt、mc 和 orgC 分别为砂粒(0. 05—2. 0 mm)、粉粒
(0郾 002—0. 05 mm)、粘粒(<0. 002 mm)和有机碳百分含量。
2. 2. 3摇 地形因子 (LS)
地形因子是在相同条件下,每单位面积坡面土壤流失量与标准小区(坡长 22. 13 m,坡度 9% )流失量的
比值,反映坡长、坡度等对土壤侵蚀的影响[24]。
InVEST模型中对 LS的取值采取缓坡、陡坡分段计算,坡度阈值默认为 25毅。
缓坡(<25毅):
847 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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LS = FA·CS22.
æ
è
ç
ö
ø
÷
13
m sin S·0.( )01745
0.
æ
è
ç
ö
ø
÷
09
1.æ
è
ç
ö
ø
÷
4
伊 1. 6
m =
0. 5 (S 逸5% )
0. 4 (3. 5% < S < 5% )
0. 3 (1% < S 臆3. 5% )
0. 2 (S 臆1%
ì
î
í
ï
ïï
ï
ï )
(7)
陡坡(>25毅):
LS = 0. 08姿0. 35PS0. 6
姿 =
CS (流向 = 1,4,16,64)
1. 4CS (其他流向{ )
(8)
式中,LS为地形因子,FA 和 CS 分别为栅格汇流量和栅格分辨率,S 和 PS 分别为坡度(毅) 和百分数坡度
(% ),m为坡长指数。
2. 2. 4摇 覆盖管理因子 (C)
覆盖管理因子定义为特定植被覆盖与管理状态下土壤侵蚀量与实施清耕的连续休闲地土壤侵蚀量的比
值[24]。 它是控制土壤侵蚀的积极因素,反映了植被类型、覆盖度等对土壤侵蚀的影响。 本研究通过查阅文献
资料获得不同植被类型的 C值[23, 25]。
2. 2. 5摇 水土保持措施因子 (P)
水土保持措施因子是指采取特定水土保持措施时的土壤侵蚀量与不采取任何措施的顺坡耕作时相应侵
蚀量的比值[24]。 海南岛的水稻种植多采用等高耕作,因此水田的 P 值取 0. 15,其余基本上没有采取水土保
持措施,取值为 1. 00[23]。
2. 2. 6摇 泥沙持留效率(SE)
泥沙持留效率反映了侵蚀产生的泥沙在输移过程中因植被过滤、拦截等作用而发生沉积的过程[28鄄32];被
拦截泥沙比例越大,则持留效率越高。 不同类型植被因结构、生物量等的差异而具有不同的持留能力。 本文
参照 InVEST模型数据库获得不同植被类型的泥沙持留效率。
2. 3摇 统计分析
在数据处理与结果分析中主要使用了 ArcGIS 9. 3、SPSS 17. 0 以及 SigmaPlot 11. 0。
2. 4摇 数据来源
本研究使用的降雨数据来自中国生态系统研究网络(CERN)共享数据平台;DEM(30m)来自全球科学院
计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站;行政区划、土壤数据来自海南省环境科学研究院;经济、人口等
统计数据来自《海南统计年鉴 2008》 [33];生态系统图则由 2008 年海南 TM影像解译获得(经野外验证,分类精
度约 85% ,卡帕系数约 94% ),结合区域特点,将海南岛生态系统分为天然林、红树林、橡胶林、浆纸林、防护
林、灌丛、草地、热作园、水田、旱地等类型。
3摇 研究结果
3. 1摇 土壤保持功能的空间特征
运用 InVEST模型计算得到海南岛生态系统土壤保持总量为 8. 16伊108 t,其中侵蚀减少量为 7. 50伊108 t,
泥沙持留量为 0. 66伊108 t,平均单位面积土壤保持量为 247. 28 t·hm-2·a-1,空间上呈现中部高四周低的分布格
局(图 1)。
海南中部山区国家级生态功能保护区与土壤保持功能空间分布的叠加分析表明(表 1):功能区面积占研
究区总面积的 25. 64% ,土壤保持量的比重则高达 46. 74% ,功能区内单位面积土壤保持量约为功能区外的
2郾 5 倍。
947摇 3 期 摇 摇 摇 饶恩明摇 等:海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素 摇
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图 1摇 海南岛生态系统土壤保持功能空间格局
Fig. 1摇 The spatial pattern of soil conservation service in Hainan Island
表 1摇 海南中部山区国家级生态功能保护区土壤保持功能特征
Table 1摇 Characteristics of soil conservation service in Mountainous Area of Central Hainan National Ecological Function Conservation Area (NEFCA)
面积 Area
/ 104hm2 / %
土壤保持量 Soil conservation capacity
单位面积量
Amount per unit area
/ ( t·hm-2·a-1)
总量
Sum
/ 108 t
百分比
Ratio
/ %
功能区内 Inside of the NEFCA 86. 92 25. 64 438. 79 3. 81 46. 74
功能区外 Outside of the NEFCA 252. 08 74. 36 172. 41 4. 35 53. 26
3. 2摇 不同生态系统类型的土壤保持功能特征
海南岛生态系统类型以森林、农田为主,灌丛、草地比例较小,呈零星分布。 将土壤保持量按生态系统类
型进行分区统计,结果见表 2。
表 2摇 不同生态系统类型的土壤保持功能
Table 2摇 The soil conservation service of various ecosystems
生态系统类型
Ecosystem types
面积 Area
/ 104hm2 / %
土壤保持量 Soil conservation capacity
单位面积量
Amount per unit area
/ ( t·hm-2·a-1)
总量
Sum
/ 108 t
百分比
Ratio
/ %
灌丛 Shrubs 0. 47 0. 14 568. 26 0. 03 0. 33
天然林 Natural forests 68. 29 20. 68 447. 43 3. 06 37. 45
草地 Grasslands 1. 21 0. 36 412. 56 0. 05 0. 61
橡胶林 Rubber plantations 82. 14 24. 87 306. 74 2. 52 30. 89
浆纸林 Pulp forests 19. 25 5. 83 266. 84 0. 51 6. 30
热作园 Tropical plantations 69. 32 20. 99 179. 56 1. 25 15. 26
水田 Paddy lands 25. 70 7. 78 106. 98 0. 28 3. 37
旱地 Dry lands 53. 78 16. 28 71. 51 0. 39 4. 71
红树林 Mangroves 0. 08 0. 02 41. 39 0. 00 0. 00
防护林 Shelterbelts 0. 50 0. 15 21. 89 0. 00 0. 01
057 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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摇 摇 土壤保持功能在不同生态系统类型间具有明显差异,按平均单位面积土壤保持量从大到小进行排序:灌
丛>天然林>草地>橡胶林>浆纸林>热作园>水田>旱地>红树林>防护林,其中天然林、灌丛、草地均在 400
t·hm-2·a-1 以上,而旱地则在 100 t·hm-2·a-1 以下。 就土壤保持总量而言,天然林、橡胶林、热作园构成了海南
岛生态系统土壤保持功能的主体(三者土壤保持量之和占总量的 83. 6% )。
3. 3摇 土壤保持功能的影响因素
为探明人类活动对生态系统土壤保持功能的影响,进而采取相应的保育与管理对策,结合海南岛的区域
特征,选取了单位面积地区生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度、农田比例、橡胶林比例等能表征
海南岛经济发展水平和人类活动强度的因子,与能反映生态系统土壤保持功能状况的单位面积土壤保持量进
行统计学分析。 为便于数据收集与整理,此处以县级行政区(海口、三亚、儋州、文昌、东方、琼海、万宁、五指
山、临高、澄迈、定安、屯昌、昌江、白沙、琼中、乐东、保亭、陵水)作为统计单元。
结果表明,各影响因素与生态系统土壤保持功能具有显著相关关系;其中单位面积地区生产总值、单位面
积第一产业生产总值、人口密度以及农田比例与单位面积土壤保持量显著负相关(P<0. 05),橡胶林比例与土
壤侵蚀强度显著正相关(P<0. 01)(图 2)。
图 2摇 人类活动对生态系统土壤保持功能的影响
Table 2摇 The impact of human activities on soil conservation service
4摇 讨论
生态系统是控制土壤侵蚀的积极因素[34],它通过冠层、地被层和土壤层共同作用,阻止侵蚀的发生和发
展,其作用过程主要体现为减少侵蚀和阻拦泥沙[34]。 与仅考虑“减少侵蚀冶的通用土壤流失方程(USLE)相
比,本研究采用的 InVEST模型纳入了这两个过程,使评估更为全面和准确。
中部山区国家级生态功能保护区是海南岛原始森林的集中分布区和生物多样性富集区,同时也是南渡
江、昌化江、万泉河等海南主要河流的发源地、水源涵养区和水土保持敏感区,战略地位极为重要。 通过比较,
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功能区内的土壤保持功能明显优于功能区外;区内土壤保持量高达 3. 81伊108 t,占总量的 46. 74% ,功能区生
态系统的破坏意味着土壤资源的大量流失与河流水库的严重淤积。 由此,中部山区在维护海南生态安全方面
的重要性不言而喻,生态功能保护区建立的必要性和有效性也得以充分体现。
根据生态系统结构鄄过程鄄功能关系,土壤保持功能的强弱与生态系统类型和覆盖度密切相关。 不同生态
系统类型的土壤保持功能以森林最强,灌丛、草地次之,牧草、作物最差[34],森林中混交林优于纯林[35];就覆
盖度而言,植被覆盖度越高,土壤保持功能越强[34, 36鄄38]。 但同时也不乏草地优于森林[39鄄41]、灌丛优于林
地[42鄄43],甚至农田优于灌丛[41]的报道。 这充分说明实际发挥的土壤保持功能不单由生态系统类型和覆盖度
决定,还会因生态系统年龄以及气候、地形等环境条件不同而发生改变,充分体现了土壤保持功能的综合性与
复杂性[35]。 海南岛灌丛生态系统呈现出较高的单位面积土壤保持量,这可能与其恰好处于降雨中心,潜在侵
蚀较高,土壤保持功能得以充分发挥有关。 橡胶林、浆纸林等人工林因群落结构简单且人类活动频繁,其土壤
保持功能较之天然林明显降低。 红树林虽为天然林,但因地处沿海滩涂,地势平坦,潜在侵蚀极低,保土功能
无法充分施展,可以认为,独特的环境条件限制了红树林土壤保持功能的发挥。
除自然因素外,生态系统土壤保持功能还受到人为因素的强烈影响[20, 39, 44鄄45]。 土地开垦、森林采伐等人
类活动都可能通过改变生态系统结构影响生态系统土壤保持功能[44]。 作为我国唯一的热带海岛,海南具有
充足的光照和水热资源,为农业的发展创造了优越条件,使其成为海南大部分地区的支柱性产业;但农业耕作
对土壤层的频繁扰动以及农田土壤的季节性裸露使其成为侵蚀产沙的重要来源,而少数民族地区沿用的刀耕
火种更是造成了局部地区原始森林的毁灭性破坏[18],可见农田扩张会直接削弱生态系统的土壤保持功能。
人口增加是导致海南岛生态系统土壤保持功能降低的又一重要原因。 资料显示,海南人口增长较快,第五次
人口普查与第四次相比,年均增长率为 1. 78% ,高于全国平均增长率 1. 07% ,第六次与第五次相比,增长速度
有所减缓,但仍高于全国平均水平。 人口数量的攀升不仅直接加剧了人类活动对生态系统的干扰[11],还驱动
了农田的扩张,造成人类对生态系统土壤保持功能的压力和负作用明显增加[46]。 此外,为满足经济发展与国
防建设的双重需要,自 20 世纪 50 年代以来,海南大面积掀起橡胶种植的热潮,橡胶林面积迅速上升,由此导
致的开荒、毁林现象十分严重[18]。 作为取代热带天然林和热带草地后形成的人工生态系统,橡胶林具有群落
结构简单、物种组成单一、耗肥耗水和人为干扰频繁等特点,土壤保持功能较之热带雨林相差甚远[47],建立在
毁林基础上的橡胶林扩张必然导致海南岛生态系统土壤保持功能的退化。
综上所述,生态系统土壤保持功能对于维持海南岛的生态平衡至关重要,为加强生态系统管理与保护,遏
制土壤保持功能退化,特提出以下建议:
(1)继续加强中部山区的保护摇 中部山区为海南岛的土壤保持做出了重要贡献(面积约为海南岛国土面
积的 1 / 4,土壤保持量的比重为 46. 74% ),对该区域的保护能有效控制土壤侵蚀,防止土地退化与河流淤积,
维护海南岛的生态安全。
(2)严格保护天然林摇 天然林具有强大的土壤保持能力(单位面积土壤保持量 447. 43 t·hm-2·a-1,约为橡
胶林的 1. 5 倍,旱地的 6. 3 倍),保土量约占海南岛土壤保持总量的 37. 45% ,其生态效益显著高于橡胶林、农
田等,以牺牲生态效益换取经济效益的做法是不明智的。 另外,海南岛地区具有较强的植被恢复能力[48],对
于已发生植被退化的区域,可减少人为干扰,促进植被天然更新,迅速恢复其保持土壤的能力。
(3)取缔传统耕作方式,提高农业集约化程度摇 淘汰刀耕火种的耕作模式,通过间作、套种、轮作等提高
复种指数,充分利用海南岛的气候资源,提高土地产出的同时增加农田植被覆盖,抑制农田扩张,达到经济效
益与生态效益双赢。 此外,复合农林业(如橡胶林下种植南药等)也具有较好的发展前景。
(4)权衡经济发展与土壤保持功能的关系摇 海南岛的经济发展和人口增长削弱了生态系统土壤保持功
能(单位面积地区生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度以及农田比例与单位面积土壤保持量显
著负相关(P<0. 05),橡胶林比例与土壤侵蚀强度显著正相关(P<0. 01))。 在可持续发展与生态省建设的旗
帜下,决策者大力发展经济的同时,不应忽略对土壤保持功能的保护。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 3 February,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Ecosystem Service Simulation and Management
Securing Natural Capital and Human Well鄄Being: Innovation and Impact in China
Gretchen C. Daily, Ouyang Zhiyun, Zheng Hua, et al (677)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Establishment of ecological compensation mechanisms in China: perspectives and strategies
OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, YUE Ping (686)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Regional cooperation mechanism and sustainable livelihoods: a case study on paddy land conversion program (PLCP)
LIANG Yicheng,LIU Gang, MA Dongchun, et al (693)
………………
……………………………………………………………………………
Progress and perspectives of ecosystem services management ZHENG Hua,LI Yifeng,OUYANG Zhiyun,et al (702)…………………
Ecosystem services valuation and its regulation in Baiyangdian baisn: Based on InVEST model
BAI Yang, ZHENG Hua, ZHUANG Changwei,et al (711)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Identification of hotspots for biodiversity conservation in the Wenchuan earthquake鄄hit area
XU Pei, WANG Yukuan, YANG Jinfeng, et al (718)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of land use change on ecosystem services: a case study in Miyun reservoir watershed
LI Yifeng,LUO Yuechu,LIU Gang,et al (726)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Impacts of forest eco鄄benefit tax on industry price levels in Shaanxi Province, China LI Jie, LIU Zhengnan,HAN Xiuhua (737)……
Spatial characteristics of soil conservation service and its impact factors in Hainan Island
RAO Enming, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, et al (746)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Perception and attitudes of local people concerning ecosystem services of culturally protected forests
GAO Hong, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (756)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Standard of payments for ecosystem services in Sanjiangyuan Natural Reserve LI Yifeng, LUO Yuzhu, ZHENG Hua, et al (764)…
Natural landscape valuation of Wulingyuan Scenic Area in Zhangjiajie City
CHENG Cheng, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, et al (771)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Satellite鄄based monitoring and appraising vegetation growth in national key regions of ecological protection
HOU Peng, WANG Qiao, FANG Zhi, et al (780)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial Pattern of Water Retetnion in Dujiangyan County FU Bin, XU Pei, WANG Yukuan, et al (789)……………………………
Spatial distribution of carbon storage function and seismic damage in wenchuan earthquake stricken areas
PENG Yi,WANG Yukuan,FU Bin,et al (798)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Frontiers and Comprehensive Review
The Porter Hypothesis: a literature review on the relationship between eco鄄innovation and environmental regulation
DONG Ying, SHI Lei (809)
…………………
…………………………………………………………………………………………………………
Ecological protection and well鄄being LI Huimei,ZHANG Anlu (825)……………………………………………………………………
An overview of the updated classification system and species diversity of arbuscular mycorrhizal fungi
WANG Yutao, XIN Guorong, LI Shaoshan (834)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Evaporation paradox in the northern and southern regions of the Qinling Mountains
JIANG Chong, WANG Fei, LIU Sijie, et al (844)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
The diet composition and trophic niche of main herbivores in the Inner Mongolia Desert steppe
LIU Guihe, WANG Guojie,WANG Shiping, et al (856)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Abstraction and analysis of vegetation information based on object鄄oriented and spectra features
CUI Yijiao, ZHU Lin,ZHAO Lijuan (867)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hyperspectral estimation models for photosynthetic pigment contents in leaves of Eucalyptus
ZHANG Yonghe,CHEN Wenhui,GUO Qiaoying,et al (876)
…………………………………………
………………………………………………………………………
Response of photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of Pterocarya stenoptera seedlings to submergence and
drought alternation WANG Zhenxia,WEI Hong,L譈 Qian,et al (888)……………………………………………………………
Effect of flooding stress on growth and photosynthesis characteristics of Salix integra
ZHAO Hongfei, ZHAO Yang, ZHANG Chi, et al ( 898 )
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Water consumption of pear jujube trees (Ziziphus jujuba Mill. ) and its correlation with trunk diameter during flowering and fruit
development periods ZHANG Linlin, WANG Youke, HAN Lixin, et al ( 907 )…………………………………………………
Estimation of nitrogen nutrient index on SPAD value of top leaves in wheat
ZHAO Ben, YAO Xia, TIAN Yongchao, et al ( 916 )
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Carbon and nitrogen storage under different plantations in subtropical south China
WANG Weixia, SHI Zuomin, LUO Da, et al ( 925 )
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Impact on water and soil conservation of different bandwidths in low鄄efficiency cypress forest transformation
LI Yanqiong, GONG Gutang, ZHENG Shaowei, et al ( 934 )
…………………………
………………………………………………………………………
Seasonal changes of phytoplankton community structure in Jinshuitan Reservoir, Zhejiang, China
ZHANG Hua, HU Hongjun , CHAO Aimin, et al ( 944 )
……………………………………
…………………………………………………………………………
Winter carrying capacity and the optimum population density of wild boar in fenghuang Mountains National Nature Reserve
of Heilongjiang Province MENG Gentong, ZHANG Minghai,ZHOU Shaochun ( 957 )……………………………………………
Diversity of ground鄄dwelling spider community in different restoring times of post鄄fire forest, Cangshan Mountain, Yunnan Province
MA Yanyan,LI Qiao,FENG Ping,et al ( 964 )………………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Drought characteristics in the shiyang river basin during the recent 50 years based on a composite index
ZHANG Tiaofeng, ZHANG Bo, WANG Youheng, et al ( 975 )
……………………………
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Land use spatial distribution modeling based on CLUE鄄S model in the Huangshui River Basin
FENG Shichao,GAO Xiaohong,GU Juan,et al ( 985 )
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Research Notes
Patterns of terrestrial anthropogenic impacts on coastal wetlands in three city clusters in China WANG Yijie, YU Shen ( 998 )……
Eutrophication development and its key affected factors in the Yanghe Reservoir WANG Liping, ZHENG Binghui (1011)……………
8101 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
国内邮发代号:82鄄7,国外邮发代号:M670
标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 3 期摇 (2013 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 3 (February, 2013)
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