伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異分析

張靜靜，趙天旭，梁丹

鄭州師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院，河南 鄭州 450044

生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過(guò)程為人類社會(huì)提供多種多樣的產(chǎn)品和服務(wù)，在形成與維持人類賴以生存與發(fā)展的環(huán)境條件及物質(zhì)基礎(chǔ)方面發(fā)揮著重要作用（Boyd et al.，2007），人類從中直接或間接地獲取的惠益就是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（Costanza et al.，1997）。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在為人類社會(huì)提供產(chǎn)品和服務(wù)方面具有不可替代的作用（Cademus et al.，2014；Wang et al.，2016）。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要包括涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、保護(hù)生物多樣性、凈化大氣環(huán)境等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用價(jià)值量法、物質(zhì)量法、能值分析法以及模型模擬方法，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值量和物質(zhì)量開(kāi)展了廣泛的研究，取得了豐碩的成果（Nahuelhual et al.，2007；Niu et al.，2012；趙俊芳等，2018；虞依娜等，2020）。但是以往研究以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值量評(píng)估占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)服務(wù)形成機(jī)理的研究稍顯不足。隨著 3S技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者基于生態(tài)過(guò)程研發(fā)了許多生態(tài)模型，能夠較好地反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成機(jī)理，應(yīng)用較多的模型主要有 InVEST模型（Wang et al.，2016）、ARIES 模型（Bagstad et al.，2017）、SoLVES模型（Sherrouse et al.，2017）等。尤其InVEST模型應(yīng)用最為成熟，得到廣大生態(tài)學(xué)者的認(rèn)可，已被廣泛應(yīng)用在不同時(shí)空尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的動(dòng)態(tài)評(píng)估與制圖以及管理決策等方面（Kevin et al.，2017；Gong et al.，2019；鄧楚雄等，2019），并且實(shí)現(xiàn)了評(píng)估結(jié)果的圖形化、動(dòng)態(tài)化和精準(zhǔn)化，使得人們更容易對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行管理決策。因此，借助該生態(tài)模型探討不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間差異特征，可為森林生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)管理措施和政策的制定提供精準(zhǔn)、有效的科學(xué)依據(jù)。

伏牛山地區(qū)處于中國(guó)北亞熱帶向南暖溫帶過(guò)渡的地區(qū)，也是秦嶺山地與黃淮海平原的過(guò)渡地帶，具有優(yōu)越的自然環(huán)境條件，是我國(guó)重要的生態(tài)功能區(qū)。但該區(qū)生態(tài)環(huán)境面臨著比較嚴(yán)峻的問(wèn)題（杜玥，2018），為了使該區(qū)更好地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，而又不減弱生態(tài)效益與社會(huì)效益，有必要深入探討該區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異特征。目前針對(duì)伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究，多集中于局部地區(qū)如寶天曼自然保護(hù)區(qū)、西峽縣等，或僅探討某一類型的森林生態(tài)系統(tǒng)如櫟類、銳齒櫟森林生態(tài)系統(tǒng)（郭建榮，2012；楊紅震，2016；余超等，2017；周晶晶，2017），沒(méi)有從綜合性和整體性的角度展開(kāi)研究，使相關(guān)研究成果呈現(xiàn)局域化和碎片化，很難為管理者提供系統(tǒng)的森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)方案。鑒于此，本研究以伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，綜合森林類型圖、氣象和土壤等多源數(shù)據(jù)，借助InVEST 3.2模型和ArcGIS 10.2軟件，開(kāi)展伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳和水源供給服務(wù)評(píng)估，并從區(qū)域和森林類型兩個(gè)尺度分析其空間差異特征，明確伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)綜合管理及不同空間尺度上管理方案的差異，為伏牛山地區(qū)森林資源優(yōu)化配置提供理論指導(dǎo)和決策支持。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

伏牛山處于河南省西部，是秦嶺山系在河南境內(nèi)的一條重要余脈，呈西北—東南走向，西至河南省與陜西省交界，東至方城北部，北與熊耳山、外方山相接，南至南陽(yáng)盆地。研究區(qū)包括共8個(gè)縣域單元，面積約2萬(wàn)km2，盧氏、欒川、嵩縣和魯山位于伏牛山北坡，內(nèi)鄉(xiāng)、西峽、鎮(zhèn)平和南召位于伏牛山南坡（圖 1）。地勢(shì)自西向東逐漸降低，海拔高度介于50—2200 m，地貌類型復(fù)雜，高差起伏較大；植被類型屬于北亞熱帶常綠落葉混交林向暖溫帶落葉闊葉林的過(guò)渡類型，植被和氣候特征的垂直差異顯著（張靜靜等，2017）。

圖1 研究區(qū)位置及高程示意圖Fig. 1 Location and elevation map of the studied area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括以下幾類：

（1）森林類型圖。研究區(qū)森林類型圖是采用高分1號(hào)影像解譯而成。本研究共選取35景影像，每張影像包含2 m分辨率的全色和8 m分辨率的多光譜影像，時(shí)間為2016—2017年6—10月。采用ENVI 5.3對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理，將全色和多光譜影像進(jìn)行融合，經(jīng)圖像鑲嵌與裁剪可得到研究區(qū)2 m分辨率的多光譜圖像。并參照2015年1?10萬(wàn)土地覆被數(shù)據(jù)以及1?100萬(wàn)植被類型圖，對(duì)研究區(qū)森林類型進(jìn)行目視解譯，生成研究區(qū)森林類型空間分布圖（圖 2）。伏牛山地區(qū)森林類型主要包括栓皮櫟（Quercus variabilis）、短柄枹櫟（Quercus glanduliferavar.brevipetiolata）、銳齒槲櫟（Quercus alienavar.acuteserrata）、闊雜（Broad-leaved forest）、油松（Pinus tabulaeformis）、馬尾松（Pinus massoniana）、華山松（Pinus armandi）以及華山松——銳齒槲櫟混交林（以下簡(jiǎn)稱針闊混交林，Coneferous and broad-leaved mixed forest）。并采用142條野外調(diào)查樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證，解譯精度為82.39%。

（2）DEM數(shù)據(jù)。采用ASTER GDEM，來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/），空間分辨率為 30 m，經(jīng)拼接、投影、裁剪等得到研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)。

圖2 伏牛山地區(qū)森林類型分布圖Fig. 2 Spatial distribution of forest types

（3）氣象數(shù)據(jù)。包括研究區(qū)及周邊24個(gè)氣象站點(diǎn)2016—2017年的逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和平均氣壓，來(lái)源于河南省氣象局和國(guó)家氣象信息中心（http://cdc.nmic.cn/home.do）。

（4）土壤數(shù)據(jù)。包含1?100萬(wàn)的土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤深度等數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）。

由于森林類型圖解譯所用影像為 2016年和2017年兩年影像拼接而成，因此氣象數(shù)據(jù)也采用2016—2017年兩年的平均值。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法

本研究采用 InVEST 3.2中的碳儲(chǔ)存和產(chǎn)水量?jī)蓚€(gè)模塊來(lái)評(píng)估伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。各模塊計(jì)算原理和計(jì)算過(guò)程如下：

1.3.1 固碳服務(wù)

采用InVEST模型碳儲(chǔ)存模塊計(jì)算森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量，以表征研究區(qū)森林固碳能力。InVEST模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的估算包括四大基本碳庫(kù)（地上、地下、土壤和死亡有機(jī)質(zhì)）。計(jì)算原理如下（Sharp et al.，2015）：

式中，i為某種森林類型；Ci-above、Ci-bolow、Cisoil、Ci-dead分別為林型i的地上、地下、土壤和死亡有機(jī)質(zhì)的碳密度（t·hm-2）；Si為林型i的面積（hm2）；n為森林類型數(shù)量。本文碳密度參考崔高陽(yáng)等（2015）和胡文杰等（2017）的研究結(jié)果，并根據(jù)不同樹(shù)種的根莖比（方精云等，1996），計(jì)算得到研究區(qū)不同森林類型的地上和地下碳密度。

1.3.2 水源供給服務(wù)

利用 InVEST模型產(chǎn)水量模塊計(jì)算水源供給量。該模塊核心算法是基于水量平衡原理計(jì)算出研究區(qū)每個(gè)柵格單元的水源供給量，每個(gè)柵格單元的降水量減去實(shí)際蒸散發(fā)量即為柵格單元的水源供給量。計(jì)算公式如下（Sharp et al.，2015）：

式中，Yxj為森林類型j中柵格x的水源供給量（mm）；AETxj為實(shí)際蒸散發(fā)量（mm）；Px為降水量（mm）；Rxj為干燥度指數(shù)；ωx是非物理參數(shù)；AWCx為植物可利用含水率；Kxj是植物蒸散系數(shù)；Z是Zhang系數(shù)；ET0為參考作物蒸散發(fā)量，即潛在蒸散發(fā)量（mm）。

各參數(shù)處理方法如下：降水量由ANUSPLIN軟件插值得到；潛在蒸散發(fā)量是基于逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫等氣象資料，利用 Penman-Monteith公式（日尺度）（Allen et al.，1998），并經(jīng) ANUSPLIN軟件插值得到；土壤深度是由土壤數(shù)據(jù)屬性表中的土壤深度通過(guò)空間柵格化所得；植被可利用含水率是基于土壤質(zhì)地和土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)，采用非線性擬合土壤可用含水率估算模型計(jì)算所得（Zhou et al.，2005）；流域和子流域圖是基于DEM數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件的Hydrology分析工具提取得到；植物根系深度、蒸散系數(shù)和Zhang系數(shù)是參考相近研究區(qū)的相關(guān)成果（陳姍姍，2016），并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行賦值。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估與空間差異分析

2.1.1 固碳服務(wù)

伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)總固碳量為1.97×108t，平均碳密度為156.94 t·hm-2，其中植被層地上和地下平均碳密度分別為 47.25 t·hm-2和 14.46 t·hm-2，死亡有機(jī)質(zhì)層的平均碳密度為2.28 t·hm-2，土壤層平均碳密度為92.95 t·hm-2。土壤層碳庫(kù)約為植被層碳庫(kù)的1.5倍，可見(jiàn)土壤層碳庫(kù)是森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量的主要貢獻(xiàn)者，約占總固碳量的59.23%。

圖3 森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度空間格局Fig. 3 Spatial pattern of carbon storage service in forest ecosystem

從伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳密度空間格局來(lái)看（圖 3），碳密度高值區(qū)主要位于盧氏中部、欒川的中部以及東南部地區(qū)，這些地區(qū)海拔較高，多為深山區(qū)，且保存有大量的天然闊葉林，固碳能力較強(qiáng)。低值區(qū)一部分零星地分布在西峽和內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)的低山緩坡地區(qū)，多為馬尾松人工林，受人類活動(dòng)影響較大；另一部分主要分布在欒川西部的油松飛播林基地地區(qū)，以及盧氏北部和東部部分地區(qū)，這些地區(qū)多為油松純林，由于管理薄弱，導(dǎo)致森林質(zhì)量較差，固碳能力較弱。而西峽、內(nèi)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)平、南召以及魯山等地的大部分區(qū)域碳密度值居中，這些地區(qū)地形大多為低山，受人類干擾也比較嚴(yán)重，分布有大面積的栓皮櫟林及闊雜林等林齡較小的次生林和人工林，因此這些地區(qū)的闊葉林固碳能力一般。

2.1.2 水源供給服務(wù)

伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的水源供給總量為6.06×109m3，供水深度平均為494.46 mm。從水源供給服務(wù)空間格局來(lái)看（圖 4），其分布規(guī)律與降水量的空間變化具有很大的吻合性，均表現(xiàn)為自南向北遞減。由此可見(jiàn)，降水量是導(dǎo)致水源供給服務(wù)空間差異的主要因素。水源供給量高值區(qū)位于西峽南部地區(qū)，一方面是由于該區(qū)降水量充沛，實(shí)際蒸散發(fā)量低，該區(qū)年降水量均在950 mm以上，蒸散發(fā)量均在250 mm以下；另一方面是由于該區(qū)為丹江水系淇河、老灌河等河流的中下游地區(qū)，海拔較低，匯水量大，因此該區(qū)水源供給能力達(dá)到最大。中值區(qū)位于盧氏南部、西峽北部以及內(nèi)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)平、南召和魯山境內(nèi)，這些地區(qū)為降水量次高值區(qū)，年降水量大多在800 mm以上，因此產(chǎn)水量也比較大。低值區(qū)主要位于盧氏中北部、欒川及嵩縣境內(nèi)，這些地區(qū)降水量大多在700 mm以下，植被覆蓋度高，實(shí)際蒸散發(fā)量也較大，且海拔較高，多以中高山為主，多為河流的發(fā)源地或中上游地區(qū)，不利于儲(chǔ)水和保水，因此這些地區(qū)供水能力較弱。

圖4 森林生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)空間格局Fig. 4 Spatial pattern of water yield service in forest ecosystem

2.2 不同森林類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)比分析

2.2.1 森林類型與固碳服務(wù)

圖5 不同森林類型碳儲(chǔ)量和碳密度Fig. 5 Carbon storage and carbon density in different forest types

伏牛山地區(qū)不同森林類型的總固碳量不同，除針闊混交林和油松林外，其余森林類型的總固碳量變化規(guī)律與各森林類型的面積比重相一致（圖5）。栓皮櫟林的總固碳量最大，為9.22×107t，占總固碳量的46.82%；闊雜林次之，為4.40×107t，占總固碳量的22.34%；短柄枹櫟林和銳齒槲櫟林居中，分別為 2.96×107t和 1.67×107t，分別占 15.05%和 8.47%；針闊混交林、油松林、馬尾松林和華山松林的固碳量相對(duì)較小，依次為 5.63×106t、5.15×106t、2.39×106t、1.24×106t，分別占研究區(qū)森林總固碳量的2.86%、2.62%、1.21%和 0.63%?？梢?jiàn)，闊葉林提供的固碳量超過(guò)供給總量的90%，地帶性闊葉林是伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳總量的主要貢獻(xiàn)者。

不同森林類型的碳密度表現(xiàn)出一定的差異（圖5），銳齒槲櫟林的碳密度最大，達(dá)到183.69 t·hm-2；其次為闊雜林和短柄枹櫟林，約170 t·hm-2；栓皮櫟林和針闊混交林的碳密度居中，分別為 150.61 t·hm-2和 135.28 t·hm-2；華山松林的碳密度（122.26 t·hm-2）略大于油松林的碳密度（108.61 t·hm-2）；馬尾松林的碳密度最小，為96.79 t·hm-2。伏牛山地區(qū)銳齒槲櫟林多位于深山遠(yuǎn)山地區(qū)，人為干擾相對(duì)較少，自然條件比較優(yōu)越，多為中齡林、近成熟林和成熟林，是該區(qū)固碳能力最強(qiáng)的樹(shù)種；栓皮櫟林多位于中低山地帶，由于過(guò)量采伐，多為中幼林，是闊葉林中固碳能力最低的樹(shù)種，但具有很大的固碳潛力。華山松是伏牛山地區(qū)針葉林中固碳能力最強(qiáng)的樹(shù)種，考慮是由于華山松林主要位于海拔1700 m以上的地區(qū)，保存有大面積的原生林。而油松林和馬尾松林多為人工林，僅有少量為自然分布，由于管理薄弱，導(dǎo)致森林質(zhì)量不佳，固碳能力較弱。

2.2.2 森林類型與水源供給服務(wù)

圖6 不同森林類型水源供給量和供水深度Fig. 6 Water yield and water supply depth in different forest types

伏牛山地區(qū)不同森林類型的水源供給總量與各森林類型的面積比重變化規(guī)律相一致（圖 6）。栓皮櫟林的水源供給量最大，達(dá)到3.20×109m3，占52.69%；其次為闊雜林，為1.23×109m3，占20.31%；短柄枹櫟林和銳齒槲櫟林次之，分別為7.45×108m3和3.56×108m3，分別占12.28%和5.88%；油松林、針闊混交林和馬尾松林相當(dāng)，分別為1.82×108m3、1.69×108m3和1.45×108m3，分別占3.00%、2.78%和2.40%；華山松林的水源供給量最小，為4.03×107m3，占0.66%?？梢?jiàn)，闊葉林提供的水源供給量超過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)供給總量的 90%，地帶性闊葉林是伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)水源供給總量的主要貢獻(xiàn)者。

不同森林類型的供水深度具有明顯的差異（圖6），馬尾松林的供水深度最大，達(dá)到613.92 mm；其次為栓皮櫟林，為534.80 mm；闊雜林次之，為494.87 mm；短柄枹櫟林為433.51 mm，華山松林和針闊混交林相當(dāng)，約為423 mm；銳齒槲櫟林和油松林最低，分別為398.70 mm和396.86 mm。馬尾松林、栓皮櫟林和闊雜林的供水深度比較大，主要是由于這些森林類型在伏牛山南坡所占比重較大，尤其是馬尾松林，主要位于伏牛山南坡800 m以下的地區(qū)，這些地區(qū)為研究區(qū)降水量高值區(qū)，蒸散發(fā)量小，且又是很多河流的中下游地區(qū)，因此供水深度比較大。短柄枹櫟林、華山松林、針闊混交林和銳齒槲櫟林等多位于中高山地區(qū)，干燥度指數(shù)比較大，且大多為中齡林和成熟林，林分郁閉度高，森林內(nèi)部蓄水能力強(qiáng)，因此產(chǎn)水能力相對(duì)較低。而油松林主要位于伏牛山北坡欒川和盧氏境內(nèi)，處于降水量低值區(qū)，且又是多數(shù)河流發(fā)源地或中上游地區(qū)，因此產(chǎn)水能力最弱。

3 討論

（1）對(duì)碳儲(chǔ)量模擬結(jié)果的驗(yàn)證。InVEST模型評(píng)估結(jié)果表明伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)總固碳量為1.97×108t，平均碳密度為 156.94 t·hm-2，其中植被層地上平均碳密度為47.25 t·hm-2。這一結(jié)果遠(yuǎn)高于河南省的森林植被地上平均碳密度（23.64 t·hm-2）（光增云，2007）。其原因一方面是由于涵蓋的森林群落層次不同，光增云（2007）的研究成果是采用森林清查資料對(duì)碳密度進(jìn)行估算，而森林清查往往忽略起測(cè)徑級(jí)以下的喬木樹(shù)種、灌木和草本層的生物量，導(dǎo)致估測(cè)值偏低；另一方面伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)立地條件相對(duì)較優(yōu)，森林質(zhì)量高于全省平均水平，并保存有大面積的天然林，因此固碳能力高于全省森林植被的平均值。這同時(shí)也說(shuō)明伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)是河南省森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的重要組成部分。

參考伏牛山地區(qū)不同森林類型生態(tài)系統(tǒng)固碳量的研究結(jié)果，對(duì)InVEST模型固碳服務(wù)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。楊紅震（2016）研究得到伏牛山地區(qū)櫟類天然次生林的植被層和凋落物層的平均碳密度為54.07 t·hm-2，本研究對(duì)櫟類林植被層和凋落物層平均碳密度的模擬結(jié)果為 65.62 t·hm-2，誤差為21.36%。這是由于楊紅震的研究主要針對(duì)天然次生林，并且只分析了幼齡林、中齡林和成熟林，未包括近成熟林和過(guò)熟林的碳儲(chǔ)量，因此研究結(jié)果略低于本研究的模擬結(jié)果。彭舜磊等（2015）研究表明寶天曼自然保護(hù)區(qū)森林土壤碳密度的平均值為82.05 t·hm-2，與本研究的模擬結(jié)果為（92.95 t·hm-2）較為接近，誤差為13.28%。整體來(lái)看，InVEST模型對(duì)伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)模擬結(jié)果的精度滿足要求。

（2）對(duì)水源供給量模擬結(jié)果的驗(yàn)證。InVEST模型評(píng)估結(jié)果表明伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的水源供給總量為6.06×109m3，供水深度平均為494.46 mm。參考伏牛山周圍地區(qū)水源供給量對(duì)InVEST模型產(chǎn)水量服務(wù)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，考慮到緊鄰研究區(qū)西部的陜西省商洛市，其植被覆蓋、氣候條件與研究區(qū)類似，因此選用商洛市水源供給量進(jìn)行對(duì)比分析。陳姍姍（2016）研究表明商洛市水源供給深度為464.84 mm，本研究模擬得到的水源供給深度（494.46 mm）與之較為接近，表明該模型模擬結(jié)果較為可靠。根據(jù)伏牛山寶天曼地區(qū)森林生態(tài)站觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，寶天曼地區(qū)銳齒槲櫟林的水源供給量為426.17 mm（肖武奇，2015），本研究模擬得到的銳齒槲櫟林水源供給量平均為398.70 mm，模擬誤差為6.45%。由此可見(jiàn)，InVEST模型模擬得到的水源供給量結(jié)果較為可靠，能夠滿足研究需要。

（3）由2.2.1小節(jié)得到天然林的碳密度普遍高于人工林，考慮是由于銳齒槲櫟林、短柄枹櫟林等天然林主要位于海拔較高的深山遠(yuǎn)山地區(qū)，人為干擾相對(duì)較少，自然條件比較優(yōu)越，林齡普遍較高，因此固碳能力都比較高。而以人工林為主的油松林和馬尾松林固碳能力比較弱，這是由于這些人工林缺乏科學(xué)的管理措施，且多為純林，病蟲(chóng)害頻發(fā)，導(dǎo)致森林質(zhì)量不佳，固碳能力較弱。因此，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)人工林的管理，采取科學(xué)的撫育措施，或補(bǔ)種闊葉樹(shù)種，以提高人工林的固碳能力，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

（4）由圖 3可以發(fā)現(xiàn)伏牛山南坡碳密度普遍低于北坡，這是由于伏牛山的地形表現(xiàn)為南坡較為和緩，北坡較為陡峻，因此南坡受人類干擾相對(duì)北坡較為嚴(yán)重，南坡的森林類型多為林齡較小的次生林和人工林，還分布有大面積的馬尾松人工林，而北坡中齡林和成熟林所占比重較大，因此整體來(lái)看南坡森林生態(tài)系統(tǒng)的固態(tài)能力低于北坡。由圖4則發(fā)現(xiàn)伏牛山南坡供水深度普遍高于北坡，考慮是由于南坡自然環(huán)境條件比北坡優(yōu)越，降水量充沛，實(shí)際蒸散發(fā)量低，且水系密集，多為河流的中下游地區(qū)，匯水量大，因此伏牛山南坡水源供給能力較強(qiáng)。而伏牛山北坡降水量較少，干燥度指數(shù)大，且中齡林和成熟林所占比重較大，森林內(nèi)部蓄水能力強(qiáng)，因此北坡森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)水能力較弱。可見(jiàn)，伏牛山南坡森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力較弱，未來(lái)要加強(qiáng)對(duì)南坡林齡較小的次生林和人工林的管理，減少或禁止人為活動(dòng)的破壞，同時(shí)推廣針闊混交林代替純林，以重點(diǎn)提升南坡森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力。此外，伏牛山北坡供水能力較弱，水資源安全形勢(shì)相對(duì)嚴(yán)峻，因此，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)刈匀粭l件，尋找合理的管理方案改善森林質(zhì)量或者采取工程措施修建水庫(kù)等方式來(lái)提升伏牛山北坡的供水能力是當(dāng)務(wù)之急，以保證這些地區(qū)的供水安全。

4 結(jié)論

（1）伏牛山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量為1.97×108t，碳密度為 156.94 t·hm-2；水源供給量為6.06×109m3，供水深度為494.46 mm。

（2）區(qū)域尺度上森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局存在明顯差異。固碳服務(wù)高值區(qū)主要位于中高山地區(qū)，低值區(qū)一部分零星地分布在西峽和內(nèi)鄉(xiāng)地區(qū)的低山緩坡地區(qū)，另一部分主要位于欒川西部的油松飛播林基地地區(qū)。水源供給服務(wù)表現(xiàn)為自南向北遞減，高值區(qū)位于降水量豐富的西峽南部地區(qū)，低值區(qū)主要位于干燥度指數(shù)較大的盧氏中北部、欒川及嵩縣境內(nèi)。

（3）不同森林類型提供的服務(wù)總量及單位量具有明顯的差異。就服務(wù)總量而言，闊葉林不同服務(wù)類型的供給總量分別占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其提供的固碳量和水源供給量均超過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)供給總量的90%，因此地帶性闊葉林對(duì)于維持伏牛山地區(qū)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定起著重要的作用。就服務(wù)單位量而言，天然林的碳密度普遍高于人工林，供水深度則表現(xiàn)為馬尾松林、栓皮櫟林和闊雜林的供水深度比較大，而其余森林類型的供水深度比較小。