浙江烏巖嶺保護(hù)區(qū)森林環(huán)境保健功能綜合評價(jià)

李左玉，劉雷雷，雷祖培

(1.福建省壽寧縣林業(yè)局，福建 壽寧 355500；2.浙江烏巖嶺國家級自然保護(hù)區(qū)管理中心，浙江 泰順 325500)

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們更加關(guān)注綠色健康高質(zhì)量的生活。森林生態(tài)系統(tǒng)及其組成的綠色森林環(huán)境具有消毒、殺菌、降噪、凈化空氣、產(chǎn)生負(fù)氧離子等影響人類生理和心理健康的功能，與人類的健康息息相關(guān)[1-2]。2018年，全國森林旅游游客量突破16億人次，占國內(nèi)旅游人數(shù)的三分之一，創(chuàng)造出近1.5萬億元的社會(huì)綜合產(chǎn)值[3]。因此，開展森林環(huán)境保健功能及其評價(jià)研究成為公眾關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。

當(dāng)前，大多數(shù)的研究集中在空氣負(fù)離子濃度[4-5]、釋放植物活性有機(jī)揮發(fā)物(BVOCS)[6-7]等某一特定的保健因子的變化特征，春季、夏季等某一季節(jié)各保健因子的變化差異[8-9]、單一典型群落內(nèi)外各保健因子的變化特點(diǎn)研究[10-11]。但是這些研究主要集中在單一季節(jié)、單一群落、單一因子的動(dòng)態(tài)變化特征，其保健功能評價(jià)分析具有局限性和片面性。為了更好地開發(fā)利用森林康養(yǎng)資源，需要開展多季節(jié)、多因子的綜合環(huán)境保健功能評價(jià)。本研究選取浙江烏巖嶺保護(hù)區(qū)常綠闊葉混交林典型森林群落為研究對象，運(yùn)用主成分分析法和聚類分析法對動(dòng)態(tài)監(jiān)測的各項(xiàng)保健因子進(jìn)行綜合評價(jià)，以期為烏巖嶺保護(hù)區(qū)森林康養(yǎng)的開發(fā)利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

烏巖嶺國家級自然保護(hù)區(qū)位于浙江省溫州市泰順縣的西北部，北緯27°20′52″—27°48′39″、東經(jīng)119°37′08″—119°50′00″，西連福建省壽寧縣，北接浙江省麗水市景寧縣，距離溫州市區(qū)200多km，是中國瀕臨東海最近的森林生態(tài)與野生動(dòng)物類型國家級自然保護(hù)區(qū)。最高峰白云尖海拔1611.1 m，年降水量2195.8 mm，年均溫15.2 ℃，全年有效積溫5064.2 ℃，1月均溫5.0 ℃，7月均溫 24.1 ℃，極端最低溫約 -9 ℃～-11 ℃，年無霜期約 230 d。烏巖嶺保護(hù)區(qū)森林覆蓋率為92.8%，氣候條件優(yōu)越，生物多樣性資源十分豐富，區(qū)系較為復(fù)雜。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)動(dòng)植物種類占浙江省50%以上，珍稀瀕危物種眾多，包括黃腹角雉、金斑喙鳳蝶、南方紅豆杉等國家重點(diǎn)保護(hù)的動(dòng)植物60多種，是天然的“生物基因庫”。烏巖嶺的地帶性植被為常綠闊葉林、毛竹林、針闊混交林、柳杉林等，大片常綠闊葉林形成的森林景觀具很高觀賞價(jià)值[12-13]。2020年2月，烏巖嶺森林康養(yǎng)基地因?yàn)閮?yōu)良的生態(tài)環(huán)境和豐富的生物多樣性資源，被評為2019年度浙江省森林康養(yǎng)基地，目前有猴王潭、飛云江源、白云尖等多個(gè)旅游景點(diǎn)。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)點(diǎn)選取

為了了解常綠闊葉混交林森林群落類型康養(yǎng)環(huán)境保健因子的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其保健效應(yīng)，通過查閱保護(hù)區(qū)相關(guān)資料并結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查篩選后，在烏巖嶺自然保護(hù)區(qū)選擇了常綠闊葉混交林典型森林群落作為試驗(yàn)樣地。該樣地面積大于1000 m2，森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣且地勢較平坦，交通便利，非常適合開展森林康養(yǎng)。為了使監(jiān)測結(jié)果更能代表試驗(yàn)樣地的平均狀況，按照林木平均高在試驗(yàn)樣地選擇標(biāo)準(zhǔn)木，同時(shí)在每棵標(biāo)準(zhǔn)木樹冠下設(shè)置1個(gè)觀測點(diǎn)，進(jìn)行一年四季動(dòng)態(tài)監(jiān)測[9]。

2.2 樣地概況

采用樣方法對樣地內(nèi)群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)調(diào)查，該森林群落位于烏巖嶺景區(qū)(27°42′20.42″N、119°40′17″E)，海拔943 m，林分郁閉度約為0.7。樣地林分生長良好，植被種類豐富，優(yōu)勢喬木種為深山含笑(MicheliamaudiaeDunn)、木荷(SchimasuperbaGardn.et Champ)、甜儲(chǔ)(Castanopsiseyrei)、青岡(QuercusglaucaThunb)等，灌木層主要為滿山紅(RhododendronmariesiiHemsl.et Wils)、窄基紅褐柃(Euryarubiginosavar.attenuata)、山茶科(TheaceaeMirb)植物為主。

2.3 監(jiān)測指標(biāo)、方法及時(shí)間

2.3.1 監(jiān)測指標(biāo) 森林環(huán)境保健因子：包括森林小氣候(相對濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、溫度、氣壓)、空氣顆粒物濃度(TSP、PM10，PM2.5)、空氣O2含量、空氣CO2濃度、空氣負(fù)離子濃度等。

2.3.2 監(jiān)測方法

1)森林小氣候。在樣地的觀測點(diǎn)，利用便攜式氣象測定儀和照度儀監(jiān)測記錄空氣溫度、相對濕度、光照強(qiáng)度等相關(guān)氣象指標(biāo)。

2)空氣顆粒物。利用粉塵檢測儀對距離地面1.5 m處(人體平均呼吸高度)的空氣顆粒物濃度(TSP，PM10，PM2.5)進(jìn)行監(jiān)測，每分鐘自動(dòng)監(jiān)測記錄1次。

3)空氣O2和CO2含量。O2含量與 CO2含量用WMA-5 CO2氣體監(jiān)測儀監(jiān)測記錄。

2.3.3 監(jiān)測時(shí)間 各指標(biāo)監(jiān)測時(shí)間見表1。

2.4 單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.4.1 人體舒適度 人體舒適度評價(jià)采用陸鼎煌等[14]提出的“綜合舒適指數(shù)”，其計(jì)算公式為：S=0.6×︱t-24︱+0.07×︱f-70︱+0.5×︱v-2︱，式中：S為綜合舒適度指數(shù)；t為氣溫(℃)；f為相對濕度(%)，v為風(fēng)速(m·s-1)。指數(shù)越高，人體感覺越不舒適。

2.4.2 空氣顆粒物濃度 空氣顆粒物濃度評價(jià)采用中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[15]中TSP、PM10、PM2.5濃度的日平均、年平均質(zhì)量濃度進(jìn)行評價(jià)。

2.4.3 空氣負(fù)離子濃度 空氣負(fù)離子濃度評價(jià)采用石強(qiáng)等[16]提出的森林環(huán)境空氣負(fù)離子濃度分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。

表1 環(huán)境保健因子監(jiān)測期間氣象條件

2.5 數(shù)據(jù)處理

通過SPSS 20.0和Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表繪制。并運(yùn)用主成分分析、聚類分析等方法對相關(guān)環(huán)境因子進(jìn)行分析，開展森林環(huán)境保健功能的綜合評價(jià)。

3 結(jié)果與分析

為了科學(xué)、客觀地對烏巖嶺自然保護(hù)區(qū)森林群落的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)，本研究將眾多的監(jiān)測指標(biāo)組合成新的綜合指標(biāo)代替原來的指標(biāo)，并賦予一定的權(quán)重進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及權(quán)重確定

根據(jù)因子對環(huán)境質(zhì)量作用不同，分為正向因子和負(fù)向因子。正向因子是指因子對環(huán)境質(zhì)量起到積極的作用，值越大，環(huán)境質(zhì)量越高，包括空氣O2含量、空氣負(fù)離子濃度；負(fù)向因子是指因子對環(huán)境質(zhì)量起到消極的作用，值越大，環(huán)境質(zhì)量越差，包括人體舒適度、空氣顆粒物濃度(TSP、PM10、PM2.5)、CO2含量 。

為了方便比較分析以上指標(biāo)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算公式[17-18]為：正向因子指標(biāo)的指標(biāo)分?jǐn)?shù)=(當(dāng)前值-最小值)/(最大值-最小值)；負(fù)向因子指標(biāo)的指標(biāo)分?jǐn)?shù)=(最大值-當(dāng)前值)/(最大值-最小值)。

表2 各因子主成分的系數(shù)、特征值及貢獻(xiàn)率

同時(shí)通過SPSS 20.0軟件的KMO檢驗(yàn)，得出KMO值為0.829，對照主成分分析的程度為“一般”，基本可以用主成分分析法求權(quán)重。用Excel 2010分別計(jì)算的各因子主成分的系數(shù)(表2)。由表2可知，前2個(gè)主成分對應(yīng)的特征值都大于1，2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到86.473%，基本上可以反映全部因子的信息，即可以用2個(gè)主成分因子的信息代替原來的7個(gè)環(huán)境因子的信息。

由此得出2個(gè)主成分線性組合為：F1=0.023X1+0.072X2+0.023X3+0.296X4+0.256X5+0.210X6-0.015X7；F2=-0.306X1+0.052X2+0.238X3+0.053X4-0.017X5-0.021X6+0.024X7。

3.2 森林環(huán)境保健綜合評價(jià)指數(shù)建立及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由2個(gè)主成分得分值及其權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到綜合環(huán)境保健指數(shù)(CEHI，Comprehensive Environmental Health Index)。計(jì)算公式[17-18]為：CEHI=W1×F1+W2×F2，式中：W1、W2為各因子權(quán)重系數(shù)；F1、F2為各因子主成分得分。通過SPSS 20.0軟件對CEHI值進(jìn)行聚類分析，并根據(jù)大小劃分為5個(gè)級別，指數(shù)越大代表森林保健功能越強(qiáng)，越適合開展康養(yǎng)活動(dòng)(表3)。

表3 烏巖嶺保護(hù)區(qū)森林環(huán)境保健指數(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)

圖1 森林環(huán)境保健指數(shù)日變化

3.3 森林環(huán)境保健綜合評價(jià)指數(shù)的變化規(guī)律

圖2森林環(huán)境保健指數(shù)季節(jié)變化

3.3.1 森林環(huán)境保健指數(shù)的日變化 從每個(gè)季節(jié)日變化的環(huán)境保健指數(shù)來看，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上下波動(dòng)變化，春季，除1∶00—4∶00、9∶00、10∶00外，其余時(shí)間段森林環(huán)境保健值都在0.6以上，處于“良好”程度，有利于人體健康。夏季，變化規(guī)律呈現(xiàn)“三峰三谷”式變化，高峰值出現(xiàn)在8∶00、14∶00、22∶00。其余時(shí)間段森林環(huán)境保健值也基本達(dá)到0.72以上，處于“非常好”程度，對人體健康非常有利。秋季，大部分時(shí)間段森林環(huán)境保健值都超過0.60，只有2∶00、20∶00、時(shí)間段出現(xiàn)短時(shí)低值，對人體健康產(chǎn)生不利影響。冬季的變化規(guī)律呈現(xiàn)白天大于晚上的特點(diǎn)，從18∶00開始其環(huán)境保健值小于0.45，對人體健康產(chǎn)生不利影響。

3.3.2 森林環(huán)境保健指數(shù)的季節(jié)變化 由圖2可知，不同季節(jié)烏巖嶺保護(hù)區(qū)常綠闊葉林森林環(huán)境保健指數(shù)都在0.51～0.74之間，對人體健康均能產(chǎn)生較有利的影響。夏季的環(huán)境保健指數(shù)最高，冬季最低，春季和秋季差異不明顯。由此可見，雖然不同季節(jié)常綠闊葉林的環(huán)境保健因子變化較大，發(fā)揮作用不同，但是綜合各項(xiàng)保健因子，其保健功效對人體的影響在不同季節(jié)間差異不明顯。

3.4 森林環(huán)境保健功能綜合評價(jià)

根據(jù)森林環(huán)境保健功能的綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得出烏巖嶺常綠闊葉混交林森林群落一年四季的平均狀況都達(dá)到“非常好”、“良好”、“較好”級別(表4)，非常適合市民進(jìn)行森林康養(yǎng)。

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對生活品質(zhì)的要求越來越高，旅游需求隨之呈現(xiàn)出多元化、個(gè)性化發(fā)展趨勢，由以往的長時(shí)間、遠(yuǎn)距離的觀光旅游轉(zhuǎn)變?yōu)槎虝r(shí)間、近距離的休閑康養(yǎng)，從原來的大眾高消費(fèi)“走馬觀花式”旅游上升到更加注重深度參與和服務(wù)品質(zhì)的深度體驗(yàn)游，城市周邊近郊游和富有特色的森林康養(yǎng)基地成為市民短期節(jié)假日的首選。烏巖嶺自然保護(hù)區(qū)獨(dú)特的區(qū)位條件、多樣的地貌以及溫和濕潤的海洋性季風(fēng)氣候營造了良好的森林環(huán)境，并且這種森林環(huán)境有非常強(qiáng)的保健功能，能夠增進(jìn)人的身心健康，對溫州及其周邊地區(qū)有很強(qiáng)的吸引力。

表4 森林群落環(huán)境保健綜合評價(jià)級別

4 烏巖嶺森林康養(yǎng)功能的應(yīng)用與開發(fā)

根據(jù)綜合評價(jià)結(jié)果，烏巖嶺常綠闊葉混交林春、夏、秋、冬四季森林環(huán)境的平均級別都處于“非常好”、“良好”、“較好”，在這樣優(yōu)良的環(huán)境中開展森林康養(yǎng)活動(dòng)，對人的身心健康都能產(chǎn)生良好的效果。目前，常綠闊葉混交林已經(jīng)進(jìn)行一定程度的開發(fā)，沿著小溪邊修建了觀光步道和休閑游憩點(diǎn)，游客不僅可以通過欣賞美景、感受大自然的魅力，還可以研學(xué)生物多樣性保護(hù)知識(shí)。夏季，烏巖嶺涼爽的氣候條件與城區(qū)的酷熱形成鮮明的反差，成為避暑勝地，游客眾多，因此在保護(hù)植被的基礎(chǔ)上，可以考慮依托綠色自然環(huán)境，構(gòu)建以預(yù)防和保健為主體的康養(yǎng)體系，豐富森林康養(yǎng)的產(chǎn)品和服務(wù)，將柳杉林和毛竹林進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_發(fā)，修建適用于市民森林康養(yǎng)的林中漫步步道、森林冥想點(diǎn)、瑜伽點(diǎn)、太極拳點(diǎn)等。