基于3s技术的广西典型水库集水区桉树人工林及其生态系统服务功能的时空动态格

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1、基于3S技术的广西典型水库集水区桉树人工林及其生态系统服务功能的时空动态格第一章研究综述1.13S技术在森林生态学研究中的应用森林生态系统是陆地上面积最大的生态系统[1]，其所包含的森林资源，是关乎人类生存的重要资源[2]。传统的森林资源调查方法成本高昂、工作量大、持续时间长、技术标准难以统一[3]、主观因素差别大[4]，受时间、空间、人员等多种因素限制，难以在短期内形成可靠的具有可比性的调查结果[5]。遥感影像具有空间宏观性、视角广、多分辨率、多时相、周期性、所含信息量大[6]等特点。3S技术在森林生态

2、研究中的应用主要有三：其一，观测植物群落结构及分布动态；其二，反演植被参量；其三，评价森林生态服务功能。三者循序渐进，在森林生态学研究的不同阶段，均发挥了至关重要的作用。掌握森林植物群落的结构及分布动态对于林业部门开展森林保护[7]、配置林业资源、提升管理能力、优化经营策略等具有重要意义[8]。遥感解译方法不受时间、空间尺度的限制，可以实时、准确、快速地获取大范围、长时间尺度的植物群落结构及时空分布动态研究。遥感解译方法包括目视解译法、监督分类法、非监督分类法、决策树法、面向对象法及多种方法的组合与变形[

3、9]（表1）。目前，基于面向对象的遥感信息提取方法在生态环境领域应用十分广泛。植被参量是反映森林生长动态的重要指标[10]。传统植被参量测量方法的测量精度较高，但具有人力、物力、财力消耗大，对树木破坏性大等缺点。相比之下，遥感反演方法快速便捷、时效性强、同步观测面积大、技术思路成熟，可以获取桉树群落的时空分布动态与分布差异，对森林破坏较小，不存在时间滞后性[11]。遥感反演需要借助观测信息和物理模型，为了构建物理模型，需要引入植被指数（VI，VegetationIndex）。VI由卫星不同波段探测数据组合

4、而成，可以定性、定量地评价植物生长状况[12]。目前，有40余种VI可供选择[13]（表2），其中，NDVI、RVI、DVI、SAVI等的应用范围最为广泛[14]。..........1.2桉树人工林的生物学特征及生态环境效应人工林是指通过人工播种、栽植或扦插等技术方法培育而成的森林[31]，具有培育时间短、单位面积产量高、相对收益高、集约经营管理等特点[32]。种植人工林有利于发展地区经济、提高林农收入、缓解资源短缺等问题，但是，由于片面追求经济效益，人工林的种植也引发了水土流失加重、土壤肥力下降、生物

5、多样性锐减、流域富营养化等一系列生态环境问题[33]。随着人们环保意识的提高，人工林种植的生态环境问题越来越受到人们的关注，关于是否要继续种植人工林的争论十分激烈[34]。桉树（Eucalyptusspp.）又名尤加利树，是桃金娘科、桉属植物的总称，包括杯果木属（Angophora）、伞房属（Corymbia）和桉树属（Eucalyptus）的所有树种，总计800余个种及100余个变种[35]。桉树属于密荫大乔木，高约20m；树皮深褐色，厚2cm，有不规则的斜裂沟；嫩枝有棱；幼叶对生，卵形，有柄；成熟叶卵

6、状披针形，厚革质，侧脉多且明显；叶柄长1.5~2.5cm。伞形花序粗大，有花4~8朵，总梗压扁；花梗短、粗而扁平；花蕾长1.4~2.0cm，宽7~10mm；蒴管半球形或倒圆锥形；帽状体先端收缩成喙；花药椭圆形，纵裂。蒴果卵状壶形，上半部略收缩，果瓣深藏于萼管内；花期4~9月[36]（图2）。桉树喜光、喜湿、耐旱、耐热、畏寒，多生于阳光充足、年均降水量大于500mm的平原、山坡及路旁。其可在酸性、中性或碱性土壤中生长，其中，土层深厚、疏松、排水良好的土壤环境最为理想[37]。桉树生长迅速，造林后3~4年即可

7、开花结实[38]。.........第二章研究目的与意义2.1研究背景与意义20世纪60年代中期以来，广西南宁桉树人工林的种植规模大幅增加[43]。森林与水体所构成的系统是城市空气交换、水源涵养、生物多样性保护的重要媒介，生态斑块质量直接影响南宁地区的城市安全与人居安全[27]。2006年，南宁市的森林面积为23.40万hm2，森林覆盖率为39.35%。其中，生态公益林占比28.90%，商品用材林占比71.10%，在商品用材林中，又有超过80%的桉树人工林。随着桉树人工林的推广，商品用材林和桉树人工林的面

8、积与占比还在不断提高[69]。目前，南宁市及周边地区的公益林已经基本消失，桉树人工林的生态环境效益对整个南宁地区的影响愈发突出，南宁市已经出现内河干枯、水库水量减少、生物多样性降低等问题[337]。水库生态系统属于人工生态系统，生态学特征独特[70]，集水区内的大气、水体、土壤，均会对水库的生态环境产生重大影响[71]。随着社会经济的发展，供水成为水库继防洪、发电之后的的又一重要功能，水库集水区的生态环境安全，直接影响水库的供