基于地理空间决策支持工具的北佛罗里达森林产水量预测模型构建与应用

针对北佛罗里达地区森林管理对水文过程的影响问题，研究人员开发了森林产水量规划工具FWYP，整合叶面积指数(LAI)、地下水位深度(zg)和干旱指数(AI)等地理数据层，通过ArcGIS界面实现产水量预测。结果显示，该工具在30个野外站点基线预测中相关性达+0.860，平均产水量为33.4±13.4 cm yr-1，为区域水资源管理与森林恢复提供了量化决策支持。

　　

北佛罗里达地区森林覆盖变化显著影响了区域水文循环，密集的松林取代了历史上开阔的长叶松稀树草原，导致地下水位下降和溪流流量减少。这种转变使得60-90%的降水通过蒸散发(ET)损失，而林分结构变化通过叶面积指数(LAI)显著调控水分分配。尽管已有研究表明降低森林密度可增加产水量(WY)，但缺乏适用于管理决策的空间化工具。为此，研究人员开发了森林产水量规划工具(FWYP)，通过整合多源地理数据与经验模型，实现了对森林管理策略水文效应的精准预测。

研究团队采用Google Earth Engine(GEE)平台处理Landsat 8影像获取LAI，结合PRISM气候数据计算干旱指数(AI)，并利用佛罗里达地质调查数据划分地下水深度类别(z_g)。基于Acharya等建立的产水量模型(WY=197.6–137.2AI–9.7LAI+16.8*z_g)，通过ArcGIS Pro构建空间决策支持系统。研究区域覆盖34个县的61,766 km²，采用国家土地覆盖数据集(NLCD)筛选有效像元，并对高变异LAI像元进行校正。

研究结果显示，北佛罗里达森林平均LAI为2.72±0.86 m² m^-2，产水量为33.4±13.4 cm yr^-1。工具验证表明，其预测结果与30个野外站点观测值的相关系数达+0.860。在Fox Pen保护区的案例应用中，将LAI从基线值降至2.0可使产水量增加3.1-19.3 cm yr^-1，具体效益取决于初始林分条件。值得注意的是，卫星反演的LAI较实地测量系统性偏高0.79 m² m^-2，主要源于遥感数据包含了林下植被信息。

讨论部分强调，FWYP填补了森林管理决策支持工具的空白，其创新性体现在：1) 直接关联可操作的林分结构参数(LAI)与水文响应；2) 适用于混合土地利用景观中的斑块尺度分析；3) 支持水资源信用市场等新兴管理需求。工具局限性包括对饱和湿地像元的适用性不确定，以及LAI反演算法在密林区的可能饱和问题。未来改进方向包括耦合森林生长模型预测LAI动态变化，以及区分产水量转化为地下水补给或地表径流的比例。该研究为平衡生态保护与水资源供给提供了量化工具，特别适用于以私有林为主的东南沿海平原地区。