基于遙感技術的水庫庫區桉樹種植對水資源保護和水土流失等的影響探究

楊靜學　陳亮雄　李偉添　高旖姍

摘 要 基于遙感技術的水庫庫區桉樹種植對水資源保護和水土流失等的影響，分析了廣東省桉樹分布、人工桉樹林的蒸散發以及庫區桉樹林水土保持作用影響，為解決和評價南方水庫庫區桉樹人工林種植對水資源保護影響等新問題奠定基礎。

關鍵詞 桉樹種植；水資源保護；水土保持

中圖分類號：TP79 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.035

桉樹原產于澳大利亞及附近島嶼，是世界三大速生樹種之一，具有經濟林適應性強、生長快，速生豐產性能好、產量高、周期短等特征[1]。

近年來，桉樹林在我國廣東、廣西、云南、海南等省區的種植面積日趨擴大，為農民和地方財政帶來可觀的收入。同時，桉樹種植帶來的一系列生態環境問題也受到關注，尤其桉樹人工林水分問題是人們爭論和關注的焦點。過去在國外，桉樹人工林經常被指責大量耗水及破壞當地生態環境，我國也有一些學者擔心大面積種植桉樹會對環境造成負面影響，桉樹及其他一些外來樹種大面積種植后的耗水情況及對當地水文過程的影響已成為人們關注的焦點之一[2-3]。有人認為，桉樹是“抽水機”，大面積種植桉樹會過度消耗土壤水分，土壤疏水性增強，導致土壤流失和減少林地區域集水量，特別是南方水庫庫區周圍大量種植桉樹導致水資源量減少。但也有部分人認為，桉樹用水效率高，單位重量用水量不大。桉樹在速生期內的需水量大，速生人工桉樹林土壤水分是否會過度消耗，是否會對生態環境造成威脅，目前還沒有定論。

在水資源日益危機的情況下，保護水源不容忽視。本研究基于遙感技術的水庫庫區桉樹種植對水資源保護和水土流失等的影響，研究了廣東省桉樹分布，桉樹林的蒸散發，以及庫區桉樹林水土保持作用影響。

1 研究方法

1.1 廣東省桉樹分布

基于遙感影像的桉樹解譯技術根據地貌不同有兩類特征。1）生長在山區的桉樹，因是人工種植，有整齊的耕種痕跡（一般是沿山脊、山谷、防火線方向，垂直較多）。在TM453彩色合成圖上呈黃綠色，間有灰色（或叫灰綠色），近水（桉樹在水邊長得好）、近路（采伐周期短，采伐時容易運輸），分布細碎（生態林區、原天然林區禁止種植等），同一顏色均勻（生長環境相同、種植時間相同、品種單一，生長速度相差不遠造成）。根據以上山區桉樹的構圖特征，用目視判讀勾畫桉樹圖斑，或利用地理信息系統的魔棒功能（以2個象元為模糊分類基礎為好）自動勾畫桉樹圖斑。2）平緩地區的桉樹，由于該地區多種植水稻、蔬菜等農作物（耕種整齊）或有草，故用TM472彩色合成圖判讀較好（7波段利于農作物的判讀，2波段利于土壤、草的判別）。桉樹有突出的特征（桉樹生長較快，比農作物、草高），灰綠或黃綠色，有顆粒感。根據以上平緩地區桉樹的構圖特征，用地理信息系統的魔棒功能（以3～5個象元為模糊分類基礎為好）自動勾畫桉樹圖斑。

1.2 桉樹林的蒸散發

本次實驗采用的遙感蒸散模型為PT-T模型，它屬于半經驗模型，主要通過反演蒸散比（EF）從而推算區域的潛熱通量（LE），LE是蒸騰和蒸發作用而使用的那部分能量。EF是指潛熱通量與有效能量的比值，當G為0時，它能直觀地體現區域的水分和光能消耗效率。PT-T模型最早由Wang基于Jiang的蒸散發模型提出的，屬于Priestley-Taylor模型的擴展。PT-T模型屬于Priestley-Taylor模型的擴展。

1.3 庫區桉樹林水土保持作用影響

首先獲取基礎數據，即獲取2006—2013年所有研究區無云時刻的高分辨率遙感影像數據。選取兩個輪伐區純凈像元，計算桉樹林輪伐前后的植被覆蓋率、土壤侵蝕模數，進而分析水土保持作用系數的變化情況，從而評估其對水土流失的影響。覆蓋地表的作物植被有減緩侵蝕的保土作用，其抑制土壤侵蝕的能力或作用大小稱為植被水土保持作用系數或保土作用系數，用C表示。C值是具有概率概念的特性，其值變化在0～1，當無植被作用時，C=0；當植被作用達最大時，C=1。根據C的定義，其計算公式為：

2 結果與分析

2.1 廣東省桉樹分布分析結果

基于遙感影像的桉樹解譯結果顯示，全省各地區桉樹面積從大到小順序是湛江市、肇慶市、梅州市、河源市、江門市、惠州市、茂名市、清遠市、韶關市、陽江、廣州市、云浮市、汕尾市、揭陽市、佛山市、潮州市、東莞市、深圳、珠海市、中山市、汕頭市。湛江地區，特別是雷州市和廉江市，由于水熱條件好，地勢較平緩，適宜于種桉樹和做桉樹新品種研究，所以桉樹人工林較多。

2.2 桉樹林的蒸散發分析結果

圖1為本文實驗計算出的天然混交林和人工桉樹林樣區在不同植被指數下的潛熱通量（LE）的差異。由此說明在廣東省，當充分考慮天然混交林和桉樹林樣區各條件的一致性時，桉樹林耗水量大于天然混交林區域。說明桉樹林在廣東省這類濕潤氣候地區可能依然存在生長優勢，也可能進一步影響該區域的水量平衡。

2.3 庫區桉樹林水土保持作用影響分析結果

實驗區水土保持作用系數如圖2所示。實驗區輪伐前水土保持作用系數約為0.74，2011年12月輪伐完畢時水土保持作用系數值約為0.47。2012年7月，目標像元區水土保持作用系數值開始逐漸回升，到2012年9月恢復到輪伐前的水平。2012年4—9月，水土保持作用系數的變化與時間成線性正相關關系。2012年9月之后，目標像元區水土保持作用系數不再有明顯變化。由時間分布可估算出輪伐對目標像元區水土保持作用系數的擾動持續時間為約11個月。以上輪伐規律雖可以使植被覆蓋最小的時期有效的開廣東省的汛期4—9月，然而，桉樹林的輪伐的對庫區水土保持作用系數的擾動程度較大，時間較長，依然會對水庫庫區的水土流失造成較大影響。

3 結論

研究表明，桉樹廣泛分布于廣東省21個地市，而湛江雷州市和廉江市桉樹人工林較多。桉樹林在廣東省這類濕潤氣候地區可能依然存在生長優勢，也可能進一步影響該區域的水量平衡。桉樹林的輪伐的對庫區水土保持作用系數的擾動程度較大，時間較長，會對水庫庫區的水土流失造成較大影響。

參考文獻：

[1] 張雷，鄒進，胡吉敏.淺析桉樹種植對林區水文特性的影響[J].林業實用技術，2011（8）：11-13.

[2] 花忠利.雷州半島桉樹人工林3PG模型的研究[D].福建：福建農林大學，2004.

[3] 李春陽，TuomelaK.桉樹的抗旱性研究進展[J].世界林業研究，1998，11（3）：22-27.

（責任編輯：趙中正）