基于景觀穩(wěn)定性的瀏陽市森林生態(tài)質(zhì)量分析研究

郭曉妮，董雅雯，張 娟，丁 山

(1.國家林業(yè)和草原局中南調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長沙 410014； 2.湖南省森林植物園，長沙 410116)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口急劇增多，資源大量消耗導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境急劇惡化，環(huán)境污染等生態(tài)安全問題日益突出，影響到人類的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。筆者以瀏陽市森林資源為例，對(duì)森林生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)研究，以期為生態(tài)安全、森林資源的保護(hù)和開發(fā)利用提供參考。

1 區(qū)域概況及方法

1.1 研究區(qū)概況

瀏陽市森林生態(tài)狀況良好，森林覆蓋率高(66.82%)，且集中分布。瀏陽市林業(yè)用地面積34.47萬hm2，占國土總面積的68.8%。主要以馬尾松、杉木林和闊葉林為主；面積分別為1.68，2.23萬hm2和2.44萬hm2。

1.2 指標(biāo)計(jì)算方法

采用移動(dòng)窗口法來計(jì)算指標(biāo)。移動(dòng)窗口法用來反映景觀指數(shù)變異特征，分析景觀指數(shù)與環(huán)境因素間的聯(lián)系性，判定出景觀格局與自然、社會(huì)的相關(guān)性[3]。從左到右、自上而下的移動(dòng)方式，移動(dòng)距離為1個(gè)柵格像元大小。

2 森林生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)理論方法

2.1 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

森林生態(tài)質(zhì)量高低決定于森林健康及森林景觀格局狀況的好壞[4-6]。一級(jí)指標(biāo)選擇具有一定代表性和較強(qiáng)操作性的，在一級(jí)指標(biāo)基礎(chǔ)上再細(xì)化出二級(jí)指標(biāo)，需分別對(duì)喬木、灌木森林生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。在建立灌木評(píng)價(jià)體系時(shí)，一級(jí)指標(biāo)層僅包括可持續(xù)性(B2)、地形敏感度(B3)和景觀適應(yīng)度(B4)。見表1。

2.2 森林健康指標(biāo)選取

選取系統(tǒng)活力性和可持續(xù)性2個(gè)指標(biāo)作為森林健康評(píng)價(jià)指標(biāo)。系統(tǒng)活力性包括齡組、平均胸徑和單位蓄積量3個(gè)測定因子；可持續(xù)性包括土層厚度、起源和郁閉度3個(gè)測定因子。灌木和喬木存在差異，不存在系統(tǒng)活力性指標(biāo)，灌木森林健康僅考慮可持續(xù)性指標(biāo)，可持續(xù)性指標(biāo)中土層厚度、起源和郁閉度3個(gè)測定因子，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表1 森林生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系目標(biāo)層(O)準(zhǔn)則層(S)一級(jí)指標(biāo)層(B)二級(jí)指標(biāo)層(C)森林生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)森林健康(S1)森林景觀穩(wěn)定性(S2)系統(tǒng)活力性(B1)可持續(xù)性(B2)地形敏感度(B3)景觀適應(yīng)度(B4)齡組(C11)平均胸徑(C12)單位蓄積量(C13)土層厚度(C21)起源(C22)郁閉度(C23)海拔(C31)坡度(C32)景觀類型破碎度指數(shù)(C41)優(yōu)勢度指數(shù)(C42)聚合度指數(shù)(C43)分維數(shù)倒數(shù)指數(shù)(C44)斑塊豐度指數(shù)(C45)

2.3 森林景觀穩(wěn)定性指標(biāo)選取

2.3.1 地形敏感度指標(biāo)選取

地形敏感度選取了海拔、坡度2個(gè)指標(biāo)因子，詳見表3。

表2 森林健康的指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)因子分類標(biāo)準(zhǔn)幼齡林柏木、慢闊10<～20;杉木、馬尾松、國外松、中闊5<～10;三杉、楊樹、桉樹、其他速闊≤5中齡林柏木、慢闊20<～40;杉木、馬尾松、中闊10<～20,國外松10年<～15;三杉、楊樹、桉樹、其他速闊5<～10齡組(A)/a近熟林柏木、慢闊40<～50;中闊20<～30,杉木20<～25;馬尾松20<～30;國外松15<～20;三杉、楊樹、桉樹、其他速闊10<～15系統(tǒng)活力性成熟林柏木、慢闊50<～70;杉木26<～35;馬尾松30<～50;國外松、中闊20<～30;三杉、楊樹、桉樹、其他速闊15<～25過熟林柏木、慢闊>70;杉木>35;國外松>30;馬尾松、中闊>50;三杉、楊樹、桉樹、其他速闊>25;平均胸徑(D)/cm小徑組≤12中徑組12<～24大徑組24<～36特大徑組>36單位蓄積量(S)S=立木材積總量/有林地面積

續(xù)表2 森林健康的指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)因子分類標(biāo)準(zhǔn)薄土≤40土層厚度(T)/cm中土40<～80厚土>80天然林天然下種或萌生起源(Q)人工林人工直播(條播或穴播)、植苗、分殖或扦插造林、人工促進(jìn)天然更新可持續(xù)性飛播林飛機(jī)播種或模擬飛播造林高≥0.7郁閉度(Y)中0.4～<0.7低0.2～<0.4疏<0.2

表3 地形敏感度指數(shù)因子及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)因子分類標(biāo)準(zhǔn)高海拔≥800較高海拔600～<800海拔(H)/m中等海拔400～<600較低海拔200～<400低海拔<200急坡及險(xiǎn)坡≥35陡坡25～<35坡度(α)/°斜坡15～<25緩坡5～<15平坡<5

2.3.2 景觀適應(yīng)度指標(biāo)選取

景觀適應(yīng)度高低取決于景觀系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)是否完善。采用景觀格局指數(shù)體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性程度[7]，因此，選取景觀類型斑塊豐度指數(shù)(PRD)、優(yōu)勢度指數(shù)(DO)、破碎度指數(shù)(FN)、分維數(shù)倒數(shù)指數(shù)(FD)和聚合度指數(shù)(AI)。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林生態(tài)質(zhì)量計(jì)算

通過主成分分析，喬木森林健康度、森林健康穩(wěn)定性的權(quán)重分別為0.534 7和0.465 3；森林健康包括系統(tǒng)活力性、可持續(xù)性，權(quán)重依次為0.029 3和0.505 4；森林景觀穩(wěn)定性包括地形敏感度、景觀適應(yīng)度，權(quán)重依次為0.383 9和0.081 3。灌木的森林健康度、森林健康穩(wěn)定性的權(quán)重分別為0.220 5和0.779 5；森林健康僅包括可持續(xù)性，其權(quán)重為0.2205；森林景觀穩(wěn)定性包括地形敏感度、景觀適應(yīng)度，權(quán)重依次為0.269 2和0.510 3。森林生態(tài)質(zhì)量狀況如圖1所示。

圖1 瀏陽市森林生態(tài)質(zhì)量

3.2 森林生態(tài)質(zhì)量分析

利用自然斷裂法對(duì)森林生態(tài)質(zhì)量狀況進(jìn)行分類，包括喬木生態(tài)質(zhì)量狀況、灌木生態(tài)質(zhì)量狀況。如表4所示，喬木、灌木生態(tài)質(zhì)量均劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)5個(gè)等級(jí)。

喬木不同生態(tài)質(zhì)量狀況等級(jí)，按面積由大到小依次為極好>良好>一般>好>差；其對(duì)應(yīng)的面積分別為73 347.09，43 120.45，40 164.54，38 052.43 hm2和10 738.13 hm2；分別占喬木林總面積的35.71%，20.99%，19.55%，18.52%和5.23%。結(jié)果表明，喬木生態(tài)質(zhì)量狀況主要處于極好、良好的占喬木林總面積的50%以上，處于一般、好的占喬木林總面積的近20%，處于極差的僅占喬木林總面積的約5%。灌木不同生態(tài)質(zhì)量狀況等級(jí)，按面積由大到小依次為良好>一般>極好>差>好；其對(duì)應(yīng)的面積分別為10 904.90，7 003.52，3 809.48，2 391.77 hm2和2267.98 hm2；分別占灌木林總面積的41.34%，26.55%，14.44%，9.07%和8.60%。結(jié)果表明，生態(tài)質(zhì)量狀況主要處于良好、一般的占灌木林總面積超過2/3，處于極好的占灌木林總面積近15%，生態(tài)質(zhì)量狀況差、好的占灌木林總面積均低于10%。

表4 瀏陽市森林生態(tài)質(zhì)量面積及百分比森林生態(tài)等級(jí)生態(tài)級(jí)別森林類別取值范圍面積/hm2占類別百分比/%占森林百分比/%差Ⅰ喬木[0.0511,0.3312)10738.1313129.915.235.66灌木[0.3228,0.4703)2391.779.07一般Ⅱ喬木[0.3312,0.3942)40164.5447168.0719.5520.35灌木[0.4703,0.5055)7003.5226.55良好Ⅲ喬木[0.3942,0.5797)43120.4554025.3520.9923.31灌木[0.5055,0.5712)10904.9041.34好Ⅳ喬木[0.5797,0.7863)38052.4340320.4118.5217.39灌木[0.5712,0.6514)2267.988.60極好Ⅴ喬木[0.7863,0.9438)73347.0977156.5735.7133.29灌木[0.6514,0.7315)3809.4814.44

綜合分析森林生態(tài)質(zhì)量狀況(圖1)，森林不同生態(tài)質(zhì)量狀況等級(jí)，按面積由大到小依次為為極好>良好>一般>好>差；其對(duì)應(yīng)的面積分別為77156.57，54 025.35，47 168.07，40 320.41 hm2和13129.91 hm2；分別占總森林面積的33.29%，23.31%，20.35%，17.39%和5.66%。結(jié)果表明，森林生態(tài)質(zhì)量狀況處于極好、良好的占總森林面積超過50%；處于一般、好的均占總森林面積20%左右；處于極差的僅占總森林面積5%左右，表明瀏陽市目前生態(tài)環(huán)境整體狀況良好。

瀏陽市森林生態(tài)質(zhì)量總體呈現(xiàn)四周優(yōu)于中部區(qū)域，海拔較高區(qū)域優(yōu)于海拔較低區(qū)域。其中：質(zhì)量極好和好的主要分布在北部及東部地區(qū)，該區(qū)域林地以天然林為主，多為近熟林和成熟林，森林生態(tài)質(zhì)量明顯優(yōu)于其余地區(qū)；質(zhì)量良好、一般的主要分布在中部和西部地區(qū)，該區(qū)域林地以經(jīng)濟(jì)林為主，大多為幼齡林、中齡林；質(zhì)量差的主要分布在中部地區(qū)，該區(qū)域人口較多，人為干擾多，對(duì)森林生態(tài)質(zhì)量影響很大。

4 結(jié)論與討論

結(jié)合森林生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部基礎(chǔ)構(gòu)架、外部形態(tài)特征和景觀生態(tài)學(xué)基本理論，從森林健康和森林景觀穩(wěn)定性2個(gè)方面，構(gòu)建了多層次的森林生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，森林生態(tài)質(zhì)量整體狀況良好，不同生態(tài)質(zhì)量狀況等級(jí)按面積由大到小依次為極好>良好>一般>好>差。對(duì)森林生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行分析研究，了解其質(zhì)量狀況及分布，對(duì)瀏陽市生態(tài)安全、森林資源的保護(hù)和開發(fā)利用具有實(shí)踐指導(dǎo)意義，為政府能應(yīng)對(duì)森林生態(tài)變化，及時(shí)作出合理、有效的反應(yīng)方案，具有重要參考價(jià)值。

本研究從森林景觀斑塊之間的相互作用及自身的生態(tài)狀況2個(gè)角度，選取森林健康、森林景觀穩(wěn)定性2個(gè)綜合指標(biāo)，構(gòu)建森林生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，提出了森林生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)的思路。但受限于數(shù)據(jù)獲取途徑，未將水源涵養(yǎng)、固碳釋氧等生態(tài)服務(wù)價(jià)值影響因素列入考慮范圍，今后在進(jìn)一步的分析研究中，可通過實(shí)地調(diào)研的方式加以完善。