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基于改进遥感生态指数的青藏公路那(曲)安(多)段生态环境评估及驱动机制分析

环境科学 2024年第3期45卷 1586-1597页

作者：傅楷翔贾国栋余新晓王旭北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

青藏公路沿线生态环境是西藏地区生态文明建设的重要组成部分,目前研究青藏高原独特的地理环境普遍存在数据获取困难、时效性过低及未考虑研究区独特的“高寒盐碱”环境状况等问题.基于GEE平台及研究区独特地理环境,对遥感生态指数(RSEI... 详细信息

青藏公路沿线生态环境是西藏地区生态文明建设的重要组成部分,目前研究青藏高原独特的地理环境普遍存在数据获取困难、时效性过低及未考虑研究区独特的“高寒盐碱”环境状况等问题.基于GEE平台及研究区独特地理环境,对遥感生态指数(RSEI)进行改进,采用主成分分析法构建一种新的适用于高寒盐碱地区的盐碱遥感生态指数(SRSEI)作为生态环境质量评价指标,利用Arc GIS 10.3平台、地理探测器等方法在多时空尺度下分析青藏公路那曲至安多段沿线生态环境质量空间分布格局与时间变异趋势,并探究自然和人为等8个控制因子对SRSEI时空变化的驱动机制.结果表明:(1)相较于RSEI,SRSEI对植被更加敏感,对植被稀疏和盐碱化严重地区的分辨能力更强,适合高寒盐碱区生态质量评价.(2)研究区生态环境质量空间尺度上存在明显的地理分异性,生态质量较差的区域主要集中在北部安多县城,质量等级为优和良地区主要分布在中西部和东南部那曲地区;时间尺度上32年间研究区生态环境整体呈改善趋势,中西部和东南部植被覆盖度明显增加,对生态环境有很强的改善作用,改善面积1 425.98 km^(2),占比99.82%.SRSEI均值为0.49,总体呈波动上升趋势,平均增幅为0.015 7 a^(-1).(3)土地利用方式是研究区生态环境质量变化中驱动力最大的影响因子,多年份平均q值0.1576,环境因子的影响力较低;多因子交互结果显示,研究区的生态环境现状是多重因素共同作用的结果,所有因子在交互作用下均有协同增强的作用,且人为因素的影响力在逐步上升,植被净初级生产力(NPP)和土地利用方式交互作用是研究区生态环境质量的主要交互控制因子.该研究可为那曲至安多段沿线生态环境保护和可持续发展提供理论依据.

关键词：生态环境质量遥感生态指数(RSEI) 地理探测器 GEE平台青藏公路沿线

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黑龙江省冻融侵蚀强度分级评价及空间分布特征

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农业工程学报 2024年第5期40卷 168-176页

作者：王景萍张学霞古丽米热·甫拉提王紫薇北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

黑龙江省肩负维护国家生态安全、保障国家粮食安全的重任,近年来因冻融侵蚀影响,自然环境和黑土资源受到严重威胁。为了定量揭示黑龙江省冻融侵蚀强度的空间异质性及其影响因素,该研究选取10个冻融侵蚀强度评价指标,并确定其权重。通过... 详细信息

黑龙江省肩负维护国家生态安全、保障国家粮食安全的重任,近年来因冻融侵蚀影响,自然环境和黑土资源受到严重威胁。为了定量揭示黑龙江省冻融侵蚀强度的空间异质性及其影响因素,该研究选取10个冻融侵蚀强度评价指标,并确定其权重。通过构建多元回归模型得到冻融侵蚀下限,将权重和赋值结果代入综合评价指数模型,利用自然断点法对冻融侵蚀强度进行分级。研究结果表明:1)黑龙江省冻融侵蚀总面积为1.917×10~5 km^(2),占全省面积的40.53%,其中强烈和极强烈侵蚀分别占冻融侵蚀总面积的20.66%和10.54%。2)黑龙江省中度冻融侵蚀以上的区域呈现三区一带的特征。三区分别为大兴安岭地区、小兴安岭地区和张广才岭地区;一带为西北—东南走向的“三岭一平原”廊道。3)黑龙江省冻融侵蚀强度在空间上表现出明显的正相关和集聚性特征,强度相近的冻融侵蚀区在空间上积聚,高强度和低强度的冻融侵蚀区在空间上分异,产生了多个高强度和低强度的冻融侵蚀区。4)植被覆盖度的增加可以降低冻融侵蚀强度,在植被覆盖度小于20%的地方,冻融侵蚀尤为剧烈;冻融侵蚀主要发生在土壤含水量为0.2~0.3 m^(3)/m^(3)的区域,而极少发生在土壤水分含量小于0.2 m^(3)/m^(3)的区域。研究结果通过对比验证显示出较高的可靠性,可为该地区冻融侵蚀的防护和管理提供依据,并为类似区域提供借鉴方法和技术参考。

关键词：土壤冻融侵蚀层次分析法优序图法综合指数评价模型空间异质性

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2001~2020年乌梁素海流域植被NPP时空变化及驱动因素分析

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环境科学 2024年第8期45卷 4744-4755页

作者：肖晶饶良懿北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力,是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标,其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用.基于2001~2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和... 详细信息

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力,是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标,其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用.基于2001~2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和气象数据等,采用变异系数、Theil-Sen Median趋势分析及Mann-Kendall检验、Hurst指数和地理探测器等方法,探究了内蒙古乌梁素海流域植被NPP的时空变化特征及驱动因素.结果表明:①2001~2020年乌梁素海流域植被NPP整体呈波动上升趋势,平均值(以C计)为141.03 g·(m^(2)·a)^(-1),平均上升速率为2.33g·(m^(2)·a)^(-1);植被NPP具有明显的空间分异规律,整体上呈现西南高、东北低,河套平原高、沙地和山区低的特征;②NPP主要呈增长趋势,增长、减少和无变化区域的面积占比分别约为80%、3%和17%;NPP的平均变异系数为0.149,主要呈低波动变化和较低波动变化,面积占比约为51%;NPP未来变化趋势主要呈反持续性特征,面积占比约为75%.③土地利用、海拔、最高温和坡度是乌梁素海流域植被NPP变化的主导驱动因素,q值均在0.200以上.海拔∩相对湿度对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力最大;土地利用与除夜间灯光外的其他因子对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力均存在显著性差异.根据研究结果,未来应加强乌梁素海流域生态系统管理,实行严格的生态保护和修复政策,综合考虑气候、地形和人类活动等因素,因地制宜开展生态综合治理工作,以提升生态系统服务质量.

关键词：净初级生产力(NPP) 乌梁素海流域气候变化人类活动驱动因素

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海河流域植被变化时空分异及影响因素探测

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环境科学 2025年第4期46卷 2352-2362页

作者：刘芃凯饶良懿北京林业大学水土保持学院北京100083 水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

认识海河流域植被覆盖变化时空分异规律及影响因素可为其生态保护与建设提供参考.基于2000~2020年归一化植被指数(NDVI)、自然因子和社会经济因子数据集,采用最大值合成法、Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验、Hurst指... 详细信息

认识海河流域植被覆盖变化时空分异规律及影响因素可为其生态保护与建设提供参考.基于2000~2020年归一化植被指数(NDVI)、自然因子和社会经济因子数据集,采用最大值合成法、Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数及地理探测器等方法分析了2000~2020年海河流域NDVI时空变化特征并探讨了NDVI时空分异影响因素.结果表明:①2000~2020年海河流域NDVI呈波动上升趋势,增长速率为0.0032 a^(−1),高植被覆盖和中高植被覆盖占总面积的81.79%,植被覆盖总体处于较高水平.NDVI空间分布具有明显分异规律,表现为西部高、环渤海湾地带和城市区域较低.植被未来呈现改善趋势的面积占49.68%.②土地利用类型和土壤类型q值分别为0.254和0.222,是影响NDVI空间变化规律的主导因子.降水和气温为次要因子,q值分别为0.164和0.147.交互作用上,土地利用类型∩土壤类型的q值最高,为0.442,其次是土地利用类型∩年降水量,q值为0.428,均表现出双因子增强和非线性增强两种关系.植被变化是多因素综合作用的结果,需因地制宜制定不同规划和管理策略,研究结果可为海河流域生态环境建设及可持续发展提供理论依据.

关键词：海河流域归一化植被指数(NDVI) 地理探测器影响因子空间分布格局

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2016—2021年松嫩平原黑土区季节性地表形变监测与分析

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地理科学进展 2024年第6期43卷 1203-1218页

作者：古丽米热·甫拉提张学霞胡韵哲王景萍北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

受全球气候变暖、冻融作用、地壳运动以及人类活动的影响,地表形变对区域生产、生活和生态造成一定威胁。松嫩平原黑土区是中国重要的耕地后备资源,同时也是典型的季节性冻土区,以往的冻土地表形变监测集中在青藏高原等地区,对松嫩平原... 详细信息

受全球气候变暖、冻融作用、地壳运动以及人类活动的影响,地表形变对区域生产、生活和生态造成一定威胁。松嫩平原黑土区是中国重要的耕地后备资源,同时也是典型的季节性冻土区,以往的冻土地表形变监测集中在青藏高原等地区,对松嫩平原等高纬度地带的地表形变监测鲜有提及。论文利用68景Sentinel-1合成孔径雷达影像数据,通过D-InSAR技术获取2016年和2021年松嫩平原黑土区融化期、冻结期地表形变结果,通过空间自相关、变化矩阵和平均中心探索地表形变时空分布特征,并结合断裂带、地下水和土地利用方式分析地表形变成因,主要结果如下:(1)融化期形变量均值较冻结期高且变化幅度明显,融化期形变量平均值113 mm,范围为-63~244mm;冻结期形变量平均值23 mm,范围为-64~120 mm;2016—2021年同一季节地表形变量范围呈现收敛特征。(2)松辽盆地季节性地表形变呈现“冻胀融沉”规律,小兴安岭西部山麓地带形变微小;融化期内沉降区逐渐朝东北方向移动,抬升区由东北向西南转移;冻结期内沉降区由绥化市向西部齐齐哈尔市辐散,抬升区由西北部向中南部转移。(3)地表形变量高值区位于断裂带沿线破碎带,地表抬升与岩石富水程度空间分布重合。(4)土地利用方式影响地表形变量,空间上显著相关,其中耕地发生地表形变的情况最普遍。松嫩平原黑土区地表形变呈现季节性分异、年际波动的特征,实时监测地表形变并探究其影响因素可以为农耕管理、地下水调控以及地质灾害预防等提供现实依据。

关键词：地表形变 Sentinel-1 D-InSAR 冻土黑土区松嫩平原

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土地利用和气候变化对农牧交错带生态系统服务的影响

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环境科学 2023年第9期44卷 5114-5124页

作者：徐文彬饶良懿北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

土地利用和气候变化是驱动生态系统服务变化的重要因素,了解其背后的影响机制对提升生态系统服务至关重要.目前农牧交错带生态系统服务变化和驱动因素的研究较为薄弱.以我国典型农牧交错带内蒙古奈曼旗为研究区,基于InVEST模型、修正风... 详细信息

土地利用和气候变化是驱动生态系统服务变化的重要因素,了解其背后的影响机制对提升生态系统服务至关重要.目前农牧交错带生态系统服务变化和驱动因素的研究较为薄弱.以我国典型农牧交错带内蒙古奈曼旗为研究区,基于InVEST模型、修正风蚀方程(RWEQ)和修正通用土壤流失方程(RUSLE)评估该区2005年和2015年的产水服务、防风固沙服务和土壤保持服务,并运用贡献率公式、地理探测器和皮尔逊相关系数等方法分析土地利用和气候变化对这3项生态系统服务的影响.结果表明:①2005~2015年奈曼旗产水服务和土壤保持服务整体呈上升趋势,分别增加22.41%和6.74%,防风固沙服务则下降了66.24%.②产水服务和防风固沙服务变化主要受气候变化的影响,土壤保持服务变化主要受土地利用变化的影响.③实际蒸散变化和土地利用变化是影响产水服务变化空间分异性的主要因子,其解释力分别为94.50%和50.05%;实际蒸散变化和土地沙化程度是影响防风固沙服务变化空间分异性的主要影响因子,其解释力分别为19.84%和16.15%.④奈曼旗各项生态系统服务之间相关性较弱,只有防风固沙-产水服务呈现弱显著的协同关系.根据研究结果,建议在沙区适当提高灌草植被比例;在牧区实行必要的封禁管理;在农田引进滴灌等节水技术;而城镇则应当继续将生态保护和修复摆在优先位置.

关键词：生态系统服务土地利用变化气候变化农牧交错带内蒙古奈曼旗

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耦合PLUS-InVEST-Geodector模型的新疆地区碳储量时空变化及驱动机制分析

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环境科学 2024年第9期45卷 5416-5430页

作者：傅楷翔贾国栋余新晓陈立欣北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

基于“双碳”战略目标下探明新疆土地利用变化对碳储量的影响及碳储量空间分异驱动因素并预测不同情景下的新疆2035年土地利用类型,分析其对碳储量的影响,对新疆政策制定、土地利用结构调整和碳中和目标实现具有重要的理论与现实意义.耦... 详细信息

基于“双碳”战略目标下探明新疆土地利用变化对碳储量的影响及碳储量空间分异驱动因素并预测不同情景下的新疆2035年土地利用类型,分析其对碳储量的影响,对新疆政策制定、土地利用结构调整和碳中和目标实现具有重要的理论与现实意义.耦合PLUS-InVEST-Geodector模型,探究新疆2035年快速发展、自然变化、耕地保护和生态保护情景下碳储量时空变化规律,并从土地利用变化以及自然-社会经济-可达性组合角度定量揭示影响碳储量变化归因.结果表明:①1990~2020年新疆耕地和建设用地面积增加,从转移方向上看,主要由未利用地转为草地.②时间尺度上,新疆碳储量表现为“减少-增加-减少”的波动状态,总体呈增加趋势,未利用地转移至草地是其碳储量增加的主要原因;空间尺度上,北部阿尔泰山、中部天山和南部昆仑山系碳储量较高,塔里木盆地和准噶尔盆地碳储量较低.③2035年自然发展和快速发展情景碳储量较2020年减少27.24 Tg和71.17 Tg;生态保护和耕地保护情景增加492.55 Tg和46.67 Tg,生态保护情景较其他情景能显著提升新疆地区碳储量,4种情景碳储量分布格局与2020年大致相同.④除地类转化外,土壤侵蚀强度是新疆碳储量空间分异的主要驱动因子(q值为0.3501),其次是植被净初级生产力;多因子交互结果显示,新疆碳储量空间分异是多重因素共同作用的结果,所有因子在交互作用下均有协同增强的作用,土壤侵蚀强度和植被净初级生产力交互作用是新疆碳储量空间分异的主要交互驱动因子.

关键词：碳储量 PLUS模型 InVEST模型地理探测器新疆

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松散堆积体边坡植被分布特征及其环境因子解析

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生态与农村环境学报 2024年第12期40卷 1595-1602页

作者：冷流江张艳赵廷宁史常青吴川刘佳琪北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学国家林业和草原局水土保持重点实验室北京100083

松散堆积体边坡植被恢复过程复杂,微地形、植被分布和土壤特征是影响植被恢复的关键因素,该研究旨在进一步阐明各因素对植被分布的影响,为松散堆积体边坡的生态恢复提供科学依据。以黄院采石场松散堆积体边坡为对象,开展自然恢复边坡植... 详细信息

松散堆积体边坡植被恢复过程复杂,微地形、植被分布和土壤特征是影响植被恢复的关键因素,该研究旨在进一步阐明各因素对植被分布的影响,为松散堆积体边坡的生态恢复提供科学依据。以黄院采石场松散堆积体边坡为对象,开展自然恢复边坡植被调查及土壤样品采集,采用统计检验、Pearson相关性分析等方法研究植被分布特征及其环境因子。结果表明:(1)松散堆积体边坡植被斑块数量多、景观形状指数大,其中阴坡和半阴半阳坡具有较大的斑块面积和最大斑块指数,最大值分别为22.37 m~2和11.57%,说明植被分布相对分散,生长受环境的空间异质性影响。与阳坡相比,阴坡和半阴半阳坡更利于植物聚集生长。(2)植被多样性在不同坡向间差异显著,阳坡的Simpson优势度指数(C)显著大于阴坡和半阴半阳坡(P<0.01),而Shannon-Wiener多样性指数(H)、Margalef丰富度指数(D)和Pielou均匀度指数(E)表现出相反的规律,说明阳坡植被群落尚不稳定,优势种地位突出,而阴坡和半阴半阳坡的植被丰富度指数高且分布更为均匀。(3)松散堆积体的土壤相对贫瘠,土壤有机质和全氮含量属于“极缺”,土壤有效磷含量等级为“很缺”,若不开展人为辅助工程,植被难以自然恢复。表层覆土对土壤物理性质的影响较大,土壤孔隙度均值为29.92%,其物理结构特性由原本不持水的大孔隙转变为通气性较差的小孔隙。(4)土壤含水量和有效磷含量是影响松散堆积体植被多样性的主要土壤理化因子,而坡向是影响植被变化的主要地形因子。综上可知,通过微地形的调整营造适宜植物生长的微生境,对松散堆积体边坡植被生长具有重要作用,土壤含水量仍是植被恢复的关键因子,在地形营造过程中应优先考虑。

关键词：松散堆积体坡向斑块指数土壤含水量相关性分析

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黄河中游地区生态敏感性时空分异特征

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环境科学 2024年

作者：曲怡饶良懿北京林业大学水土保持学院北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室

黄河中游生境脆弱，是黄河流域生态问题最为突出的地区之一。开展黄河中游生态敏感性研究，可为区域生态系统修复与保护提供参考。根据区域实际情况，选取水土流失、土地沙化和生物多样性这3个生态敏感性指数，运用空间距离指数法构建... 详细信息

黄河中游生境脆弱，是黄河流域生态问题最为突出的地区之一。开展黄河中游生态敏感性研究，可为区域生态系统修复与保护提供参考。根据区域实际情况，选取水土流失、土地沙化和生物多样性这3个生态敏感性指数，运用空间距离指数法构建综合生态敏感性指数，借助空间自相关分析、格网编码分析及地理探测器探究2005—2020年黄河中游地区生态敏感性的时空分异特征及驱动因子。结果表明：①2005—2020年黄河中游综合生态敏感性具有明显的空间分异性，总体上呈“西北高、东南低”的分布格局。从时间上看，黄河中游综合生态敏感性指数平均值从2005年的6.854持续下降至2020年的6.350，区域生态敏感性降低。②2005—2020年黄河中游综合生态敏感性具有显著的空间正相关性，空间聚集性较强。然而，随着时间的推移，空间聚集性逐渐减弱。③2005—2020年黄河中游综合生态敏感性整体变动较小，变动0次和1次的区域面积占总面积的70.79%；生态敏感性有所升高的区域主要位于关中平原和豫西北地区，长期保持高值敏感状态的区域主要位于泾河流域北部、无定河流域和鄂尔多斯高原东北部，未来需重点关注这些地区。④植被覆盖度是黄河中游综合生态敏感性空间分异的主要驱动因子，生物丰度指数是次要因子。总体上看，黄河中游地区综合生态敏感性逐渐下降，生态环境改善。研究可为黄河中游地区生态系统保护及高质量发展提供借鉴。

关键词：黄河中游生态敏感性时空分异空间距离指数法空间自相关地理探测器

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祁连山东部地区不同林分水源涵养能力综合评估

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生态学报 2024年第17期44卷 7662-7672页

作者：王作枭贺康宁北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室北京100083

研究对比祁连山东部地区典型林分水源涵养能力变化规律及差异,以期为区域森林水源涵养能力提升和管理提供科学依据。以青海互助北山国家森林公园内的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林、云杉青杨混交林、白桦青杨混交林和白桦落叶松... 详细信息

研究对比祁连山东部地区典型林分水源涵养能力变化规律及差异,以期为区域森林水源涵养能力提升和管理提供科学依据。以青海互助北山国家森林公园内的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林、云杉青杨混交林、白桦青杨混交林和白桦落叶松混交林为研究对象,采用野外实测、称量、室内浸泡等方法对林地林冠层、枯落物层和土壤层的水文效应进行测定分析,通过敏感性分析和相关性分析选取林冠截留率、未分解层厚度、饱和导水率和土壤蓄水能力等8个指标,并采用熵权法和综合指数法对林地水源涵养能力进行评估。研究结果表明:祁连山东部地区6种典型林分林冠层、枯落物层和土壤层的水源涵养能力都受到林分类型的影响。(1)不同林分类型林冠层植被截留能力表现为针叶林>阔叶林,混交林>阔叶纯林;(2)枯落物的厚度和储量变化趋势一致,云杉纯林(针叶纯林)表现为未分解层>半分解层,其他林分类型(针阔混交林、阔叶混交林和阔叶纯林)均表现为未分解层<半分解层。(3)土壤孔隙度和饱和导水率整体上表现为混交林大于纯林,且针阔混交林更优。(4)6种典型林分水源涵养能力的综合评估结果表明:云杉白桦混交林(0.746)>白桦落叶松混交林(0.547)>云杉青杨混交林(0.504)>白桦青杨混交林(0.480)>白桦纯林(0.467)>云杉纯林(0.244)。综合来看,针阔混交林可以作为区域林分结构调整和营造新林的目标林分类型,特别是云杉白桦混交林和白桦落叶松混交林,同时,在新造林时,应避免直接营造云杉纯林。

关键词：人工林林分结构林冠层水源涵养能力

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