基于3S技术的水库集水区桉树人工林生态系统服务动态

王贺亚, 黄沈发, 郭晋川, 王 卿, 李荣辉, 吴建强

(1.东华大学 环境科学与工程学院, 上海 201620;2.上海市环境科学研究院, 上海 200233; 3.广西壮族自治区水利科学研究院, 南宁 530000)

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[1]。水库生态系统属于人工生态系统，生态学特征独特[2]，随着社会经济的发展，供水成为水库继防洪、发电之后的又一重要功能，水库集水区的生态环境安全，直接影响水库的供水质量与城市人居安全[3]。较之于大型水库[4](库容>1亿m3)，小型水库(库容10万～1 000万m3)集水区内的大气、水体、土壤等会对水库的生态质量产生更大影响[5]。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[6]。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[7]，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[8]。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。在我国，对桉树人工林的争论主要有三，是否过度消耗水分？是否过度消耗养分？是否会造成生物多样性下降[9]？

元宵水库是南宁市武鸣县的重要饮用水源地之一，兼具水源供给、气候调节等多种社会效益与生态效益。近10年间，水库集水区的马尾松生态林几乎全部被桉树人工林取代，鉴于种植桉树后开始显现的多种生态问题[10]，本文基于地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)与遥感技术(RS)(3S技术)，通过研究两种植物群落的分布格局、植被覆盖度、生物量、净初级生产力、生态系统服务等多项指标，从理论上论证经济利益导向下的桉树人工林种植与区域生态质量的关系[11]。

1 研究区概况

元宵水库位于广西壮族自治区南宁市武鸣县府城镇进元村北侧，水域面积约为81 hm2，集水区面积约为826 hm2，有效库容为1 123万m3，是武鸣县的重要饮用水水源之一。水库集水区地处南亚热带季风气候区，年均日照总数为1 674 h，年均降雨量为1 261 mm，多年平均气温为21.7℃，年均相对湿度为78%，多年平均风速为1.9 m/s。水库库区处于三迭统粉砂岩，泥页岩地层，未发现区域构造断裂通过。水库及周边地区多为海拔500 m以下的低矮丘陵，土壤类型以砂页岩、砂岩和第四纪红土母质发育而成的台地赤红壤、丘陵赤红壤为主，肥力中等、土层比较厚实、土壤质地比较疏松。植被以桉树(Eucalyptusspp.)人工林与马尾松(Pinusmassoniana)林为主。近年来，元宵水库集水区桉树人工林种植面积不断扩大，2015年，桉树人工林面积约为729.18 hm2，占总面积的97.88%。与2005年相比，桉树人工林种植面积增幅达到129.78%。

2 材料与方法

2.1 数据源

2.1.1 遥感影像 传统的森林资源调查方法成本高、耗时长、工作量大、技术标准难以统一，受时间、空间、人员等多种因素限制，难以在短期内形成具有可比性的调查结果[12]。遥感影像具有空间宏观性、周期性、多分辨率、所含信息量大等特点，有效避免了传统调查方法的不足[13]。如表1所示,本研究的遥感数据源包括中分辨率遥感影像和高分辨率遥感影像。其中，高分影像用于解译，中分影像用于反演。为了提高地物信息的吻合程度，选取中分影像时，优先选择成像时间与高分影像最为接近的影像。

表1 遥感影像数据源

2.1.2 现场调查 现场调查是解译的前提。首先根据资料调研与人员访谈开展高分影像的信息预判读工作，初步确定地物类型与空间分布；随后确定地面控制点，通过现场核查匹配地物信息与影像信息，提高解译精度。对于预判读阶段难以识别的区域，需要加密布点；在植物群落内布设60个样方，样方尺寸为15 m×15 m。划定样方时，必须保证样方内树种一致，植株长势正常，并且需要避开道路等人为扰动频繁的区域。

本次地面调查的测量指标包括树龄、树高、胸径、株距、行距、覆盖度等。其中，树木生长锥用于测量样方中部分植株的年轮(即树龄)；美国APRESYSTP 2000激光测高仪用于逐一测量样方中各植株的树高；胸径尺用于逐一测量样方中各植株距地面1.3 m处的直径(即胸径)；使用鱼眼相机在样方2条对角线上均匀选取5个点，保持鱼眼相机垂直，避免采样方向与栽种的行或列平行，获得植被覆盖度。此外，现场调查发现，刚刚完成桉树轮伐的地块，由于放火烧山等迹地清理活动，地表基本呈现裸露状态；随着桉树树龄的增加，林下植被基本呈现逐渐加密的趋势，群落结构由上到下依次为乔木、灌木与草本植物。与桉树相比，马尾松的林下植被更为茂盛，种类与桉树林下植被类似。

2.1.3 其他 除植物群落参数外，该资助项目的另一专题还对研究区域不同植物群落的蒸腾、蒸散数据开展了实地测量。此外，气象数据、物价、水库运行参数与流域管理文件等主要由广西壮族自治区水利科学研究院(简称水科院)提供，少部分则通过文献调研获取。

2.2 研究方法

2.2.1 解译

(1) 影像预处理。影像预处理包括大气校正、几何校正、正射校正、影像融合、影像镶嵌与精度检验[14]。

(2) 解译方法。基于像元与面向对象是两类常用的遥感解译方法，为了获得最为精确的解译结果，本研究选取了人机交互目视解译法[15]。

2.2.2 反演 遥感的本质是反演，即借助观测信息(遥感数据)与物理模型，求解目标参数的过程。植被覆盖度、生物量[16]与净初级生产力[17]等植被参量是反映生态系统结构与功能的重要指标[18]，同时也是开展植物群落生态系统服务评价的重要参量。开展植被参量的遥感反演时，需要引入植被指数(VI，Vegetation Index)。VI由卫星不同波段探测数据组合而成，可以定性、定量地评价植物生长状况[19]。目前可用的VI已有40余种，其中归一化差分植被指数(NDVI，Normalized Difference Vegetation Index)的应用范围最为广泛[20]。

(1) NDVI反演。NDVI是表征植物生长状况的重要参量，范围为-1～1，负值表示云、水、雪等对可见光具有高反射率的物体，0表示有岩石或裸土等，正值表示有植被覆盖，且与植被覆盖度呈线性关系[21]，反演方法为：

式中：ρnir与ρred分别代表遥感影像红外波段与红光波段的反射率。

(2) FVC反演。植被覆盖度(FVC，Fractional Vegetation Cover)指植物群落总体或个体的地上部分的垂直投影面积与样方面积之比(%)，反演方法为：

式中：i表示第i个像元；veg表示纯植被区；soil表示裸土或无植被区。由于植被覆盖度与NDVI呈线性关系，因此基于NDVI的植被覆盖度反演能够较好地反映研究区域的植被覆盖情况，有利于开展涵养水源、保育土壤等多项生态系统服务研究。

(3) 生物量反演。生物量是指植物群落在一定时间内积累的有机质总量(干重)。通过对若干生物量拟合模型进行比选，选取下列公式计算植株地上生物量[22-23]。

桉树：W=0.0567D1.8663×H0.8116

马尾松：W=0.0561D2.0727×H0.6148

式中：W为地上生物量(t/hm2)；D为某一样方内植株胸径平均值(cm)；H为对应样方内植株树高平均值(m)。

(4) NPP反演。净初级生产力(NPP，Net Primary Productivity)是单位时间、单位面积上绿色植物通过光合作用积累有机物的量(总初级生产力)与自身呼吸消耗量的差值，计算方法如下：

NPP=APAR×ε

式中：APAR为吸收的光合有效辐射[g/(m2·月)]；ε为实际光利用率(g/MJ)。

APAR=SOL×FPAR×0.5

式中：SOL为太阳总辐射量[MJ/(m2·月)]，根据中国气象局发布的全国太阳能总辐射量与年均日照当量数据，Ⅳ类地区的太阳总辐射量均值为4 603 MJ/(m2·a)；FPAR为植被层对入射光合有效辐射(PAR)的吸收比例；0.5为植被所能利用的太阳有效辐射(波长为0.4～0.7 μm)占太阳总辐射的比例；SR为植被指数的简单比率。

ε=σE×σT×ε*

σE=1.2×e-0.35×Ev-0.2

w=α0+α1+α2×e2

式中：σE和σT分别为大气水分含量和温度对植物生长的影响系数；ε*为理想条件下的最大光能转化率，在CASA模型中全球植被最大光能利用率为0.389 g/MJ；Ev为大气水汽压差；Ts为近地层气温或地表温度(K)；Td为近地层露点温度(K)；w为整层大气水汽含量(g/cm2)；φ为地理纬度(rad)；e为地面水汽压(hPa)；α为经验系数，α0取0.369 1，α1取0.236 7，α2取0[24]。

2.2.3 生态系统服务评价 生态系统服务是指生态系统与生态过程形成并维持着的人类赖以生存的自然环境条件与效应[25]。生态系统服务评价方法问世以来，便受到了各界学者的广泛关注[26-27]。1997年，Costanza等[28]基于生态服务供求曲线，逐项估算各生态系统的服务价值，进而得到全球生态系统服务价值。2001年，谢高地等[29]基于Costanza的研究方法，利用生物量修正服务价值，估算得到我国自然草地生态系统的服务价值。2008年国家林业局发布了《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008)林业行业标准。经过数十年的讨论与验证，基于3S技术的生态系统服务评价方法已经成为应用最为广泛的评价方法[30]。根据研究区域特点，本研究选取涵养水源、保育土壤、固碳释氧、净化大气环境、生物多样性保护与产品提供6项服务。

(1) 产品提供。产品提供体现了森林生态系统服务的直接经济价值，采用市场价值法计算桉树人工林的产品提供价值[31]。

Vp=∑Aj×Vj×Pj

式中：Vp为森林生态系统提供产品的总价值(元/a)；j表示不同森林类型；Aj为第j种森林类型的分布面积(hm2)，通过遥感解译获得；Vj为第j种森林类型单位面积净生长量或产量[t/(hm2·a)]，通过NPP反演获得；Pj为第j种森林类型木材的市场价格(元/t)，根据当地物价水平确定。同时，桉树抚育需要耗费经济成本，基于蒋燚等[32]的研究成果，包括土地、树苗、肥料、管理4部分费用，约为5 291.25元/(hm2·a)。

(2) 固碳释氧。采用造林成本法和碳税法计算森林生态系统的固碳释氧价值。

Vq=∑NPPj×1.63×Rc×Pc+1.2×Po

式中：Vq是固碳释氧价值(元/a)；NPPj为第j类森林类型的净初级生产力[t/(hm2·a)]；Rc为CO2中碳的含量，为27.27%；Pc为固定CO2的价格(元/t)，取1 200元/t；Po为制造O2的价格(元/t)，取1 000元/t[33]。

(3) 涵养水源。基于InVEST(Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型的产水量模型，通过径流调节量评估研究区域的水源涵养能力[34]。

式中：Yxj是j类土地利用类型中像元x的年产水量(mm)；AETxj是j类土地利用类型中像元x的年实际蒸散量(mm)，不同植物群落类型的蒸散量存在明显差别[35]，本研究的蒸散量数据为实测数据，同时，需要结合ArcGIS的空间分析工具，采用“反距离权重法”，以获得覆盖研究区域的蒸散数据；Px为像元x的年降雨量(mm)。最后，利用影子价值法估算森林水源涵养价值，以建造水库成本估算森林生态系统水源涵养价值，单位库容造价为6.11元/m3[36]。

(4) 保育土壤。3S技术与通用土壤流失方程(USLE，Universal Soil Loss Equation)被广泛应用于评价土壤侵蚀风险、流域管理与规划、模拟水土保持方案等领域[37]。在一定范围内，土壤侵蚀速率越小，其保育土壤功能越好，其计算方法为：

USLEx=Rx×Kx×LSx×Cx×Px

Th=Rx×Kx×LSx×1-Cx×Px

Va=Th×∑Ci×Pi

式中：USLEx表示栅格x的土壤侵蚀量[t/(hm2·a)]；Th为保育土壤量[t/(hm2·a)]；Va为保持土壤养分价值；Rx为降雨侵蚀力因子[MJ·mm/(hm2·h·a)][38]；Kx为土壤可蚀性因子；LSx为坡度、坡长因子；Cx为植被与管理因子；Px为水土保持措施因子；i为土壤中养分种类，仅考虑氮、磷、钾三项；Ci为土壤中第i类养分含量(t/t)，根据郑国东[39]、王月容等[40]的研究成果，水库集水区氮、磷、钾含量分别为1.43，0.52，1.0 mg/g。；Pi为第i类养分的市场价格(元/t)，根据研究区域的物价水平，尿素为2 000元/t，过磷酸钙为500元/t，氯化钾为2 000元/t。

① 降雨侵蚀力因子R。采用年均降雨量估测法估算R值。

R=α×Pβ

式中：R为年均降雨量(mm)；α，β为模型参数，蔡崇法等[41]结合EI30法(Wischmeier经典法)估算不同年降雨量时的R值，获得良好效果，通过数据拟合，确定α为0.001，β为1.787。

② 土壤可蚀性因子K。土壤可蚀性(Soil erodibility)是衡量土壤抗侵蚀能力和抗冲击能力的重要因子[42]。研究区域的土壤类型为赤红壤，K取0.238[43]。

③ 坡度坡长因子LS。LS因子是基于通用水土流失模型开展区域土壤侵蚀评价的重要因子[44]，需要借助数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)开展空间分析。LS因子的计算方法为：

式中：S为坡度因子(无量纲)；θ为坡度(度)；L为坡长因子(无量纲)；λ为坡长(m)；m是坡长指数(无量纲)；22.1为22.1 m标准小区坡长。

④ 植被与管理因子C。植被与管理因子C是表征植被覆盖度和管理措施对土壤侵蚀影响的重要因子，直接反映人为活动对保育土壤与土壤流失的影响程度[45]，取值介于0～1。目前应用较为广泛的是基于植被覆盖度的植被与管理因子估算方法[41]，其计算方法为：

式中：c为植被覆盖度(%)。针对桉树群落，由于其林下植被基本伴随桉树树龄的增加而增加，因此植被覆盖度能够反映C的优劣，不致出现“远看绿油油，近看黄水流”的现象。

⑤ 水土保持措施因子P。水土保持因子是特定水土保持措施下土壤流失量与起伏地耕作的土壤流失量之比，P介于0～1[46]，选取等高带状耕作模式下不同坡度对应的P值(P坡度<5°=0.3，P坡度5°～10°=0.5，P坡度>10°=0.6)[47]进行计算。

(5) 净化大气环境。森林生态系统对大气中的二氧化硫、氮氧化物、氟化物和粉尘均具有良好的吸收效果，其净化功能与树种、环境污染物浓度等有关[9]。基于生物量估算森林净化大气环境功能价值，计算方法为：

式中：i为污染物质种类，包括二氧化硫、氮氧化物、氟化物和粉尘；j为林分类型；FPi为森林吸收i类污染物的质量(kg/a)；Aj，Bj，Cj分别为j类植物群落类型的面积(hm2)、单位面积生物量[t/(hm2·a)]和生态服务单价的修正系数；Pi为未考虑生物量时单位面积森林吸收i类污染物的质量[kg/(hm2·a)]，根据赵金龙[9]的研究成果，松类吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物和粉尘的能力分别为108.77，9.26，9.11，31 880.69 kg/(hm2·a)；桉类吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物和粉尘的能力分别为88.91，11.20，12.42，45 246.18 kg/(hm2·a)；n表示植物群落数目；U为林分的大气净化价值(元/a)；Ki为治理费用(元/kg)。按照当地物价水平，二氧化硫、氮氧化物、氟化氢、粉尘的治理费用分别为0.12，0.069，0.063，0.015元/kg。

(6) 生物多样性保护。条件价值评估法在非市场价值评估技术中占有重要地位[48]，本研究基于InVEST模型的生境质量指数模型，参照Costanza等[29]对森林生物多样性保护价值的研究成果估算生物多样性保护价值[49]，计算方法为：

式中：Qxj为地类j中栅格x的生境质量；Hj为地类j的生境适合性，数值介于0～1，其中，0～0.25为次要生态廊道，0.25～0.5为主要生态廊道，0.5～0.75为次要生态适宜区，0.75～1为主要生态适宜区；K为半饱和常数，是栅格单元尺度大小的一半；Dxj为地类j栅格x的生境胁迫水平，其计算方法为：

式中：R为威胁因子数量，研究区内仅含道路，取1；wr为威胁因子权重，取0.5；Yr为威胁因子的栅格数量；ry为每个栅格上的威胁因子个数，取1；βx保护法律到达度；Sjr为敏感度强弱，马尾松(森林)对道路的敏感度为0.9，桉树(人工林)取0.8[47]；irxy为威胁因子的影响程度；dxy为地类x与地类y的空间距离；drmax为威胁因子r的最大影响距离，取10 km。

(7) 生态系统服务价值。

式中：Vij为第j类森林类型的第i种服务功能价值。

3 结果与分析

3.1 植物群落时空动态分布格局

现场调查结果表明，研究区域主要包括桉树群落、马尾松群落(记为P)、水体、建设用地等土地覆被类型。桉树长势迅速，年际植被参量差异明显，为了表征桉树的生态系统服务，已按树龄对桉树群落进行细分。数据显示，我国、巴西等国桉树人工林的轮伐周期为4～7 a[50]，结合研究区域的实际情况，本研究将桉树人工林划分为3个龄级，即幼龄林(树龄≤结年，记为E—Ⅰ)、中龄林(2 a<树龄≤龄年，记为E—Ⅱ)和成熟林(树龄>4 a，记为E—Ⅲ)。

根据上述分类标准，元宵水库2005-2015年土地覆被信息遥感解译结果表明(图1)，研究区域桉树人工林面积逐年增加，由2005年的317.34 hm2增至2015年的729.18 hm2，2015年时，水库集水区马尾松面积仅为15.58 hm2，约为2005年的3.64%。如图2所示，2008年与2011年，水库集水区西北部、南方大部及北方大部区域的马尾松先后被幼龄桉树取代，桉树面积分别增加了122.13，149.57 hm2。

图1植物群落面积动态

3.2 FVC反演结果

FVC反演结果表明，E—Ⅰ，E—Ⅱ，E—Ⅲ和P的FVC均值分别为24.39%，45.06%，73.14%，76.06%。

3.3 生物量反演

基于生物量与FVC分析结果构建FVC—生物量拟合曲线(表2)。拟合结果表明，在线性、二次多项式、指数、对数等回归分析类型中，以FVC为自变量的二次多项式与生物量的拟合效果最好[51]。

生物量反演结果表明，2005—2015年研究区域E—Ⅰ，E—Ⅱ，E—Ⅲ和P的平均生物量分别为30.8，166.0，708.2，432.0 t/(hm2·a)。

3.4 NPP反演

以FVC为自变量的二次多项式与NPP具有更好的拟合效果(表3)。

图2 2005-2015年土地覆被类型信息动态

NPP反演结果表明，2005-2015年E—Ⅰ，E—Ⅱ，E—Ⅲ和P的NPP均值分别为87.86万，186.65万，209.73万,143.65万g/(hm2·a)。

表3 NPP反演公式

3.5 生态系统服务价值动态

3.5.1 总价值 水库集水区的服务价值计算结果表明，总体而言(图3A)，水库集水区的服务价值呈现逐年下降的趋势，由2005年的6 578万元降至2013年的2 204万元，随后稍有增加。10年间，研究区域的气象条件变化不大，推测，2005—2013年总服务价值下降主要归因于马尾松面积的减少；2013年后总价值稍有增加，可能与本阶段桉树轮伐活动少、桉树树龄逐年增加有关。

3.5.2 不同植物群落的生态系统服务价值 比较不同植物群落可知，P的服务价值贡献率优于各个龄级的E(桉树群落)，为集水区植物群落总价值的54.15%；E的贡献率随龄级增长而增加[52]，E—Ⅰ，E—Ⅱ和E—Ⅲ分别为0.87%，6.94%和38.03%。进而比较植物群落单位服务价值，多项研究表明，不同树种的生态系统服务存在明显差异[52]，本研究也得到类似结果(图3B)。P的单位生态系统服务总价值为E的3.25倍，其中，P的单位生物多样性保护、涵养水源、保育土壤等服务价值明显优于E，分别为E的10.42倍、8.72倍与7.73倍；此外，针对产品提供价值(图3C)，2005—2015年，伴随桉树种植面积的增加，桉树的产品提供价值呈现波动上升的趋势，总价值为9 040.76万元，种植成本为3 026.66万元，利润约为6 014.10万元。

由此可知，2005—2013年水库集水区总服务价值的下降，主要取决于马尾松面积的下降与桉树幼龄林的种植。这一变化造成区域植被群落结构与功能发生明显变化。因此，以生物资源开发利用为主的生态系统，例如农田、牧场、水产养殖区等，在强化产品提供功能的同时，不可避免地存在生物多样性锐减、水土流失等生态问题[53-54]。

3.5.3 不同类型的生态系统服务价值 就各项生态系统服务而言(图3I)，其价值贡献率由大到小依次为涵养水源38.86%、净化空气18.12%、产品提供16.81%、固碳释氧11.15%、生物多样性保护7.59%与保育土壤7.47%。如图3D—3H所示，除去产品提供价值外，其他生态系统服务基本呈现局部波动、总体下降的趋势。2013年后，集水区内的各项服务价值稳中有升，但是这一现象无法说明研究区域的生态质量得到改善。此时，桉树成熟林已经取代马尾松群落成为影响区域服务价值的关键，一旦开始桉树轮伐，集水区的服务价值必将显著下降。各个植物群落的多年平均服务价值见表4。

4 讨 论

4.1 遥感解译与反演

所有的遥感解译方法，均存在不同程度的错译现象。这种现象只能减少，却无法完全避免，仅能通过人工修正减少错译区域。因此，在条件允许的情况下，人机交互目视解译法值得推荐。

表4 植物群落多年平均生态系统服务价值汇总 元/(hm2·a)

注：计算结果已将修正系数考虑在内。

理论上，空间分辨率直接影响反演精度。首先，在解译过程中，一个包含多种地物类型的像元会被识别为面积占比最大的一种地物类型，造成地物信息损失；其次，在反演过程中，该像元的NDVI实际上是多种地物的综合值，造成数值失真。但是在本研究中，中分遥感影像比高分遥感影像更具优势[55]。Landsat系列卫星影像存档数据全、时间连续性好、波段设置相对固定[56]，有利于开展长时间尺度的连续监测。本研究利用Landsat系列卫星开展生物量、NPP遥感反演，旨在开展水库集水区内桉树轮伐区的植物群落动态监测。而高分遥感影像时间分辨率较低、空间分辨率多变、传感器设置不一、价格昂贵。因此，本研究将高分影像作为辅助数据，使用中分遥感影像开展生物量及其他植被参量的反演研究。

随着航空航天技术的不断发展，高分影像的时间分辨率将逐步提高，空间分辨率将进一步提高。届时，将可以实现更小范围、更长时间尺度、更高解译及反演精度的遥感动态监测。

4.2 遥感指数的选择与处理

NDVI是常用的遥感指数，可有效消除光照条件差异对影像DN的影响。但是，尽管NDVI已经经过归一化处理，可在一定程度上消除地表光照条件、卫星传感器及成像时间等方面的差异，但由于物候条件的差异，不同季相影像所获得的NDVI仍有差异。FVC与NDVI 密切相关，经过拉伸处理，有效弥补了NDVI在高植被区敏感度较低与低植被区估值偏高这一不足。因此，本研究基于FVC反演生物量与NPP，类似处理方法在杨胜天[57]、张喜旺[58]、贾坤[59]等的研究中均有应用，同样达到了良好的效果。

4.3 管理方式对植物群落的影响

人类活动主要通过改变生态系统的结构与过程来影响生态系统服务[26]。粗放、片面的管理方式直接影响桉树人工林种植区的生态质量与流域生态安全[60]。Wuver等[61]认为，在所有的人类活动中，收获薪柴、农业活动对生物多样性的损害最大；对我国洪湖湿地[62]和岷江大沟流域[63]的研究同样表明，生态系统的结构完整性与人类活动强度呈负相关性，人为干扰导致植物群落退化。

图3水库集水区服务价值

天然林生态系统结构稳定，生态效益十分可观，与天然林相比，人工林的生态效益明显下降[64]。对于桉树群落而言，因管理不当造成的异发演替，直接影响其生态系统的能量循环、物质循环和信息循环。在人为活动的干预下，水库集水区各植物群落的面积剧烈变动，致使FVC、生物量、NPP等植被参量变化明显，森林生态系统稳定性受到极大影响[65]。值得指出的是，研究区域的马尾松同样属于人工林，种植时间约为20世纪70年代。由于人为扰动小，马尾松群落结构日趋完整，系统稳定性长期处于较高水平。不妨假设，若停止集水区内的桉树砍伐，将其作为生态林培育，将对维护与提高区域生态质量产生重大影响。

5 结 论

(1) NDVI与FVC适用于开展植物群落生物量、NPP等植被参量的遥感反演；

(2) 桉树人工林的FVC均值与生物量均值明显小于马尾松群落，NPP均值大于马尾松群落；马尾松群落的单位面积生态系统服务价值优于桉树人工林，特别是在生物多样性保护、涵养水源、保育土壤3个方面；

(3) 桉树群落的生态系统服务随树龄的增加而提高，桉树成熟林的服务价值接近马尾松群落，说明桉树本身不会引发水分、养分过量消耗等问题；

在马尾松砍伐期与桉树轮伐期，水库集水区的生态系统结构波动剧烈，生态系统服务下降。因此，经济利益导向下的剧烈人为扰动成为桉树人工林种植区生态质量显著下降的主要原因。

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