将侵蚀控制生态系统服务纳入森林规划：一个概念框架及其在土耳其两个案例研究区域的应用

《Ecosystem Services》：Integrating erosion control ecosystem services into forest planning: a conceptual framework and its application in two case study areas in Turkey

　　• 建立生态系统服务（ES）与森林结构之间的功能关系对于有效规划至关重要。
• 垂直和水平结构（多层闭合树冠）对土壤保护具有关键作用。
• 平均年土壤损失可能无法充分反映侵蚀控制生态系统的服务价值。
• 年轻森林、中年森林和成熟森林之间的所有指标值存在显著差异。
• 完全覆盖的苏格兰松林可以防止高达98%的最大侵蚀量。

**引言**
生态系统服务（ES）被定义为人类从生态系统的结构和功能中获得的直接和间接收益（Costanza等人，1997年；Daily，1997年；MEA，2005年）。由于生物多样性的丧失以及全球自然资源的不可持续利用，生态系统提供ES的能力正在下降（IPBES，2019年；EC，2020年；2021年；Brander等人，2024年）。为应对这些环境和社会经济压力，发起了许多全球性倡议，如千年生态系统评估（2001年启动）、生态系统和生物多样性的经济学（2009年）、生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台（2012年）以及环境经济核算系统-生态系统核算（2021年），这些倡议采用货币、生物物理和社会文化方法来概念化、评估和核算ES（Hermoso等人，2022年；Lange等人，2026年）。如今，ES概念已经得到充分发展，并在科学界受到高度重视，这从过去几十年发表的论文数量不断增加中可以看出（Jiang等人，2021年；Ba?ak等人，2022年；Mengist等人，2020年；Wang等人，2022年；Aguilar-Poaquiza等人，2025年）。根据这一概念框架，某项ES的供给能力与其实际流量不同，对该ES的需求通常发生在不同的地点（有时称为服务受益区），这需要单独且空间明确地描述ES的潜力、流量和需求。了解这三个ES组成部分之间的空间关系可以提升实际中的生态系统服务管理（Burkhard等人，2014年；Guerra等人，2020年；Wang等人，2022年）。

森林提供了多种ES，通常分为供给服务（例如饮用水、木材）、调节服务（例如授粉、栖息地维持）和文化服务（例如娱乐、具有魅力的物种）（Burkhard等人，2014年；Haines-Young和Potschin，2018年；Winkel等人，2022年）。虽然供给服务是有形的且相对容易量化，但由于其无形性，调节服务和文化服务的评估更具挑战性。此外，这些非供给服务经常被社会和/或自然资源规划者忽视，从而难以将其准确纳入森林管理决策中。这种忽视可能会削弱森林ES的长期可持续性，并限制对冲突管理目标之间权衡的正确评估（Boerema等人，2017年；Nordstr?m等人，2019年；Primmer和Furman，2024年；Baskent和Yilmaz，2026年）。

许多国家采纳了基于生态系统的多重用途规划（EBMUP）概念，以促进可持续森林管理，特别是在从里约热内卢地球峰会（UNCED，1992年）到欧盟2030年森林战略（EC，2021年）等国际政策进程中。EBMUP不仅考虑木材生产，还涵盖了自然景观提供的全部ES。其主要目标是通过同时实现多个管理目标来平衡不同的ES，部分通过缓解经济、生态和社会维度上的权衡并增强协同效应。这一概念的关键组成部分包括ES评估、森林特征描述、空间规划、生物多样性保护和决策支持系统（Ba?kent，2018年；Nordstr?m等人，2019年）。因此，有效实施EBMUP取决于：（i）将无形的森林ES与有形的ES一并量化；（ii）建立ES与森林生物物理结构之间的功能关系；（iii）将这些知识纳入森林规划中。没有这些要素，操作性的森林管理规划难以将ES潜力整合到决策过程中，因此ES在实践中仍然被很大程度上忽视（Winkel等人，2022年）。

侵蚀控制是与土壤相关的ES之一，被认为对人类生活至关重要（Guerra等人，2020年；Liu等人，2020年；Eisenhauer等人，2024年；Kleemann等人，2025年）。许多研究使用多种方法量化和绘制了这一服务。土壤和水资源评估工具（SWAT）以及生态系统服务和权衡的综合评估（InVEST）是最广泛使用的模型套件之一，其中InVEST的沉积物输送比率（SDR）模型是用于该目的的最成熟模块（Nedkov等人，2022年）。在中国，Liu等人（2020年）采用了水土流失模型/沉积物输送模型（WaTEM/SEDEM）来分别评估现场侵蚀控制和通过减轻沉积物输送带来的场外影响。WaTEM/SEDEM框架使研究人员能够揭示整个流域内的沉积物连通性，将ES供应区与受益者联系起来，这可以用ES术语表示为实际流量。郑等人（2021年）也在中国开展研究，他们关注侵蚀控制ES的时空变化。利用归一化植被差异指数（NDVI）图像和多个环境数据集，他们监测了2005年至2015年间的变化情况。他们的研究发现，流域内大约80%的潜在土壤损失得到了防止，这一比例在10年的研究期间保持相对稳定。然而，在同一时期，实际土壤损失和不同土地利用/土地覆盖类型（LULC）中防止的土壤损失比例发生了变化。此外，作者基于某些假设绘制了ES供应区和需求区以及它们之间的空间ES流量图，其中包括实际土壤损失代表了侵蚀控制服务的需求量。另一项关注森林多功能性的研究（Ortega-Barrueta等人，2025年）在欧洲的一个生物圈保护区内评估了多种ES，其中使用了植被分层指数（VSI）来模拟侵蚀控制ES。通过将森林划分为子管理单元，作者报告称废弃的松林（超过45年）和管理过的桉树林在侵蚀控制能力上没有统计学上的显著差异。另一个值得注意的发现是林分密度与侵蚀控制能力之间的相关性，这强调了积极森林管理对最佳ES供给的重要性。

在土耳其，超过99%的森林土地归国家所有，并由土耳其林业总局（GDF）管理。森林规划遵循EBMUP概念，并在森林管理单元（FMU）层面每10年或20年更新一次（GDF，2008年；GDF，2017年）。在各种ES中，鉴于该国土壤侵蚀的严重性和普遍性，侵蚀控制尤为重要（Kantarc?，1993年；K?se，2017年；?eng?nül和?ahin，2017年；?zdemir等人，2020年；Vatanda?lar等人，2020年；Yücesoy和Edi?，2025年）。一份国家报告估计，每年约有1.54亿吨土壤流失（Erpul等人，2018年）。此外，由于地形多山和降雨模式不规则，大约80%的国土面积容易发生水蚀（?epel，2007年）。尽管森林被广泛认为是最有效的土壤保护土地利用类型（FAO 1992年；Morgan，2005年），但土耳其的森林每年仍损失约2680万吨表土（Erpul等人，2018年）。这主要是由于退化森林的普遍存在（即树冠覆盖率<10%的林分），这些林分占该国森林面积的近一半（GDF，2015a）。因此，许多研究强调了土耳其森林中侵蚀控制ES的重要性（Kantarc?，1993年；K?se，2017年；?eng?nül和?ahin，2017年；?zdemir等人，2020年；Vatanda?lar等人，2020年；Yücesoy和Edi?，2025年）。尽管该国对此给予了重视，但从森林管理规划的角度评估土壤侵蚀的研究却很少。现有研究通常将土壤损失量化为每年每公顷吨数（t ha?1 yr?1），并将其与林分类型（Yolas??maz，2004年）、林分密度（Misir等人，2007年）或基面积（Karahalil等人，2009年）相关联。在某些情况下，还模拟了在不同管理制度下的潜在土壤损失。例如，?eng?nül和?ahin（2017年）提出了一个用于评估林分土壤保护潜力的查找表；然而，他们的定量变量并非基于实地数据或模型估算。国家森林规划指南（GDF，2017年）推荐的一种实际方法是，将坡度陡峭的森林土地（60%–80%）指定为土壤保护功能。在这些区域，森林干预通常仅限于在整个规划期间保持森林覆盖。然而，在一些国家，会在指定的保护区内实施更频繁、主动和有针对性的干预措施（Ryan等人，2003年；Quadt等人，2013年；Giadrossich和Scotti，2025年）。这些干预措施包括林分密度调节、清除枯死木材和人工再生（Giadrossich和Scotti，2025年）。

尽管早期研究具有显著的优势，但也存在某些局限性。尽管过去二十年土耳其的ES研究数量有所增加（Ba?ak等人，2022年），但由于缺乏关于什么是ES的共识以及缺乏能够系统地描述和评估关键ES的实际框架，该领域仍然不成熟（Baskent和Yilmaz，2026年）。在森林专业人士中，最关键的局限性可能在于在土壤损失和侵蚀控制背景下，森林功能与生态系统服务之间的概念清晰度不足（Schwilch等人，2016年）。必须认识到，侵蚀控制ES的衡量标准不是土壤损失的数量，而是由于植被覆盖而保存的土壤数量（即防止的侵蚀）。这个价值无法直接通过侵蚀试验地块或传统预测模型来量化（Vihervaara等人，2017年；Guerra等人，2020年）。因此，需要一种新方法来准确量化侵蚀控制ES，并将其纳入基于EBMUP概念的森林规划过程中。

本研究的主要目标是为将侵蚀控制ES纳入EBMUP下的森林管理计划提供科学支持。为此，我们开发了一种基于ES的方法，并在土耳其东北部的两个不同FMU中进行了应用，使用了森林规划地理空间数据库、野外采样和情景分析。具体目标包括：（i）开发用于评估侵蚀控制ES的预测生态模型和指标；（ii）制作高分辨率的ES和土壤侵蚀地图；（iii）创建林分类型级别的平均年土壤损失查找表；（iv）开发包含侵蚀控制ES能力的苏格兰松林生长和产量表；（v）制作新的功能分区图，以识别用于森林规划的“土壤保护森林”；（vi）确定土壤保护森林的最佳生物物理结构和轮伐年龄。为了实现这些目标，我们从样本地块收集了森林清查数据和土壤样本，并使用修订后的通用土壤流失方程（RUSLE）模型（Renard等人，1997年）分析了替代情景。通过这些努力，我们解决了以下研究问题，并检验了以下假设：将侵蚀控制ES纳入森林规划将显著改变功能分区图、最佳轮伐年龄和FMU级别的木材采伐量。

**研究案例**
第一个研究区域Velikoy FMU位于阿尔特温省，面积为28,584公顷（图1）。该区域位于乔治亚边境附近的森林流域内，范围从北纬4,564,843米到4,585,674米，东经278,754米到300,866米（WGS84，UTM zone 38）。该流域主要为山区，海拔高度从925米到3122米不等，平均坡度超过35%（Vatanda?lar等人，2020年）。Velikoy的气候为半大陆性气候，年平均温度为9.8°C。

**侵蚀控制生态系统服务的空间评估**
使用最大侵蚀、减少侵蚀和防止侵蚀地图评估了Velikoy和Olur FMU的侵蚀控制ES（图4）。对于最大侵蚀情况，Velikoy的估计平均土壤损失为200吨/公顷/年，Olur为141吨/公顷/年，这表明在没有植被覆盖的情况下，土壤损失将分别增加25倍和9倍。如图4a-b所示，研究区域的大部分被归类为具有非常高的侵蚀风险。在本研究中，我们提出了一个理论框架，将侵蚀控制相关的生态系统服务（ES）整合到森林规划过程中，并在土耳其的两个森林管理单位（FMUs）中展示了其实施情况。在该框架内，侵蚀控制相关的ES得到了量化，并与森林群落的生物物理结构联系起来，同时考虑了坡度、位置和年龄等级等因素。RUSLE模型是制定侵蚀控制方案的基础。利用这些方案，可以更好地进行空间分析。

将ES整合到森林管理规划中不仅有助于实施ES的概念，还能确保森林系统的多功能性。本研究提出了一个概念框架，并在土耳其的两个不同森林管理单位中展示了其应用结果。所开发的ES指标和评估结果表明：（i）平均年土壤流失量估计及其相关的侵蚀风险地图可能无法充分反映实际情况。

关于作者贡献声明：Can Vatandaslar负责写作、审阅与编辑、原始草稿的撰写、可视化、软件使用、方法论制定、数据收集与处理以及概念化；Mehmet Yavuz负责写作、审阅与编辑、监督工作、方法论制定以及资金筹集。

关于利益冲突声明：作者声明他们没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究结果的个人关系。

致谢：作者感谢土耳其林业总局（GDF）和日本国际协力机构（JICA）及其员工在科鲁赫河流域恢复项目（2012-2019年）期间的支持。

关于资金来源：本研究的实地工作部分由土耳其林业总局（GDF）和日本国际协力机构（JICA）通过科鲁赫河流域恢复项目（2012-2019年）（项目协议编号：TK-P19）提供资助。

作者：Can Vatandaslar | Mehmet Yavuz