林地占用的生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)探討

李曉昕，魏榮鋒，朱國(guó)軍，李紹生

(1.中赟國(guó)際工程有限公司 環(huán)境工程公司,鄭州 450000；2.河南省鄭州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,鄭州 450000)

引 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各類建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，土地供需矛盾日益突出，林地占用或損毀難以避免，林地占用或損毀直接導(dǎo)致了森林生態(tài)效益的損失，加劇了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的破壞，如何準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)林地占用的生態(tài)價(jià)值和生態(tài)影響是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目決策和占用或損毀林地生態(tài)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)，也是使用林地可行與否的關(guān)鍵所在。目前對(duì)占用林地的生態(tài)環(huán)境影響多為定性分析過于簡(jiǎn)單[1～4]，缺乏定量分析和科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，付朝輝[5]等提出了征占用林地對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法，但缺乏實(shí)例，宋志偉[6]等提出了林地占用對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并在中緬天然氣管道紅河支線建設(shè)項(xiàng)目使用林地對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行定量評(píng)價(jià)后，認(rèn)為使用林地對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較輕，使用林地可行的結(jié)論。本文結(jié)合實(shí)際案例，首先采用樣方調(diào)查的方法對(duì)生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后采用定量分析方法，系統(tǒng)地分析了建設(shè)項(xiàng)目占用林地對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，客觀評(píng)價(jià)了林地占用的可行性，為科學(xué)合理使用林地和提高林地的管理水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南省洛陽(yáng)市欒川縣潭頭鎮(zhèn)，介于111°46′～111°48′E和33°58′～34°00′N之間，面積127.5hm2(圖1)，海拔450～700m，地勢(shì)為西南高東北低，屬暖溫帶落葉闊葉林帶，現(xiàn)狀土地利用方式以林地為主，兼有少量建設(shè)用地和耕地；氣象要素年際變化明顯，多年平均氣溫12.71℃，年均最低氣溫-10.9℃(1月)，年均最高氣溫36.5℃(6月)；多年平均降水量826.72mm，年最大降水量1 129.9mm(2016年)，年最小降水量435.1mm(2013年)，多年平均蒸發(fā)量934.17mm，多年平均相對(duì)濕度65.4%；生態(tài)系統(tǒng)類型主要是森林生態(tài)系統(tǒng)與少量農(nóng)業(yè)耕作系統(tǒng)；植被類型主要為麻櫟林、側(cè)柏林、針闊葉混交林、黃荊+酸棗灌叢等，生物種類為區(qū)域一般常見種，無重點(diǎn)保護(hù)種類。景觀類型為森林景觀，其基質(zhì)為林地，其間分布有少量耕地、建設(shè)用地等斑塊。

林地?cái)M調(diào)整涉及8個(gè)地塊(圖2)，擬調(diào)整面積共29.8hm2，調(diào)整后土地利用方式為建設(shè)用地，各地塊占地類型不同程度涉及到闊葉林、灌木林、耕地。

圖1 研究區(qū)基本情況Fig.1 Basic Information of the Study Area

圖2 研究區(qū)林地調(diào)整情況Fig.2 Land Use Adjustment of the Study Area

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

采用定量指標(biāo)評(píng)價(jià)的方法對(duì)建設(shè)項(xiàng)目占用林地產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究，具體包括物種多樣性指標(biāo)、景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)和生態(tài)效益定量指標(biāo)。

2.2 指標(biāo)的評(píng)估公式

根據(jù)本次所選的評(píng)價(jià)指標(biāo)及相關(guān)研究[7～9]，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式如下。

2.2.1 物種多樣性計(jì)算公式

Shannon-Wiener指數(shù)

H=-Σ(Pi×logPi)

(1)

均勻度E是實(shí)際多樣性指數(shù)H與最大多樣性指數(shù)Hmax的相對(duì)比值，即：

E=H/Hmax

(2)

Hmax=Log(M)

(3)

Simpson的兩個(gè)指數(shù)：

(4)

(5)

式中：Pi是第i種物種數(shù)量占總物種數(shù)量之比；S為物種數(shù)目；M為物種數(shù)目。

2.2.2 景觀生態(tài)學(xué)計(jì)算公示

斑塊平均面積A

A=S/n

(6)

破碎度指數(shù)FN

FN=(n-1)/A

(7)

景觀要素密度

PD=(∑Ni)/A

(8)

PDi=Ni/Ai

(9)

景觀優(yōu)勢(shì)度

Rd=(斑塊i的數(shù)目/斑塊總數(shù))×100%

(10)

Rf=(斑塊i出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù))×100%

(11)

Lp=(斑塊i的面積/樣地總面積)×100%

(12)

Do=0.5×[0.5×(Rd+Rf)+Lp]×100%

(13)

式中：S為某類斑塊的總面積；n為某類斑塊的個(gè)數(shù)；A為某類斑塊平均面積；總密度PD是景觀中全部要素的單位面積塊數(shù)；各要素密度PDi是景觀中某類景觀要素的單位面積塊數(shù)；Ni為第i類景觀要素?cái)?shù)；Ai為第i類景觀要素面積；A為景觀總面積；Do為決定某一斑塊類型在景觀中的優(yōu)勢(shì)即優(yōu)勢(shì)度值，由密度(Rd)、頻率(Rf)和景觀比例(Lp)三個(gè)參數(shù)計(jì)算得出。

2.2.3 生態(tài)效益定量計(jì)算公式

2.2.3.1 涵養(yǎng)水源功能

G調(diào)=10A(P-E-C)

(14)

U調(diào)=10C庫(kù)A(P-E-C)

(15)

U水質(zhì)=10KA(P-E-C)

(16)

式中：G調(diào)為林分調(diào)節(jié)水量功能；A為林分面積；P為降水量；E為林分蒸發(fā)水量；C為地表徑流量；U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值；C庫(kù)為水庫(kù)建設(shè)單位庫(kù)容投資；U水質(zhì)為林分年凈化水質(zhì)價(jià)值；K為水的凈化費(fèi)用。

2.2.3.2 保育土壤功能

GN=AN(X2-X1)

(17)

GP=AP(X2-X1)

(18)

GK=AK(X2-X1)

(19)

(20)

式中：GN、GP、GK分別為減少的氮、磷、鉀流失量；U肥為林分保肥價(jià)值；N、P、K分別為林分土壤氮、磷、鉀平均含量；X2為無林地土壤侵蝕模數(shù)；X1為由林地土壤侵蝕模數(shù)；C1為磷酸二胺化肥價(jià)格；R1、R2分別為磷酸二胺化肥含氮、磷量；C2為氯化鉀化肥價(jià)格；R3為氯化鉀化肥含鉀量；M為林分土壤有機(jī)質(zhì)含量；C3為有機(jī)質(zhì)價(jià)格。

2.2.3.3 固碳釋氧

G固碳=1.63R碳AB年+AF土壤

(21)

G氧=1.19AB年

(22)

U固碳=1.63R碳AB年C碳+AF土壤C碳

(23)

U氧=1.19AB年C氧

(24)

式中：G固碳為林分年固碳量；R碳為二氧化碳中碳含量；A為林分面積；B年為林分凈生產(chǎn)力；F土壤為單位面積林分土壤的固碳量；G氧為林分年釋氧量；U固碳為林分年固碳價(jià)值；C碳為固碳價(jià)格；C氧為制氧價(jià)格。

2.2.3.4 林木營(yíng)養(yǎng)積累價(jià)值

G氮=AN營(yíng)養(yǎng)B年

(25)

G磷=AP營(yíng)養(yǎng)B年

(26)

G鉀=AK營(yíng)養(yǎng)B年

(27)

(28)

式中：G氮、G磷、G鉀為林分固氮、固磷、固鉀量；A為林分面積；N營(yíng)養(yǎng)、P營(yíng)養(yǎng)、K營(yíng)養(yǎng)為林木氮、磷、鉀元素含量；B年為林分凈生產(chǎn)力；U營(yíng)養(yǎng)為林分年?duì)I養(yǎng)物質(zhì)積累價(jià)值；C1為磷酸二胺化肥價(jià)格；R1、R2分別為磷酸二胺化肥含氮、磷量；C2為氯化鉀化肥價(jià)格；R3為氯化鉀化肥含鉀量。

2.2.3.5 凈化與改善大氣環(huán)境

G吸污=(Q塵+QSO2+QNOX+QF)A

(29)

G供氧=(5.256×1015×Q氧×A×H)/L

(30)

U吸污=(E塵Q塵+ESO2QSO2+ENOXQNOX+EFQF)A

(31)

U供氧=[5.256×1015×A×H×E氧×(Q氧-600)]/L

(32)

式中：G吸污為林分年吸收大氣污染物的量；G供氧為林分年提供負(fù)(氧)離子個(gè)數(shù)；U吸污為林分年吸收大氣污染物的價(jià)值；U供氧為林分年提供負(fù)(氧)離子價(jià)值；A為林分面積；Q塵為單位面積林分滯塵量；QSO2、QNOX、QF為單位面積林分吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物的量；Q氧為林分中空氣負(fù)(氧)離子濃度；H為林分高度；L為負(fù)離子壽命；E塵為降塵清理費(fèi)用；ESO2、ENOX、EF為二氧化硫、氮氧化物、氟化物的治理費(fèi)用；E氧為負(fù)離子生產(chǎn)費(fèi)用。

2.2.3.6 保育生物多樣性

U生物=S生A

(33)

式中：U生物為林分年物種保育價(jià)值；S生為單位面積年物種損失的機(jī)會(huì)成本；A為林分面積。

2.3 數(shù)據(jù)的來源

2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與測(cè)定

按照群落生態(tài)學(xué)要求開展樣方調(diào)查，樣方大小根據(jù)群落類型確定，共設(shè)置12處樣方調(diào)查點(diǎn)位(圖1)：森林群落10m×10m～15m×15m(5處點(diǎn)位)，灌木群落2m×2m(5處點(diǎn)位)，草本群落1m×1m(2處點(diǎn)位)；樣方調(diào)查時(shí)間為2018年07月；主要調(diào)查指標(biāo)有林分類型、年齡、林分面積，測(cè)樹因子，生物多樣性指數(shù)；空氣負(fù)(氧)離子濃度，土壤容重，土壤含水量，等。

2.3.2 相關(guān)研究文獻(xiàn)

調(diào)查數(shù)據(jù)主要有土壤與樹木中的元素含量，土壤侵蝕模數(shù)，小氣候，空氣凈化參數(shù)等，采用已發(fā)表相關(guān)研究文獻(xiàn)的研究數(shù)據(jù)。

表1 參考數(shù)據(jù)及其來源Tab.1 References of the parameters using in quantitative evaluation

2.3.3 社會(huì)公共資源數(shù)據(jù)

充分考慮民意，新建低層農(nóng)宅，同種戶型建筑進(jìn)行拼合，形成統(tǒng)一的外立面，見縫插針因地制宜規(guī)劃建設(shè)。住宅建筑以當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)格為主，屋頂為平、坡兩種屋頂。白色瓷磚貼面、屋頂為紅色陶瓷瓦。

主要為權(quán)威機(jī)構(gòu)公布的社會(huì)公共資源數(shù)據(jù)，主要有各種價(jià)格，定額，氣象資料，等；生態(tài)效益定量計(jì)算部分涉及的參數(shù)取值采用科學(xué)研究文獻(xiàn)、科學(xué)考察文獻(xiàn)等[10～24]。

3 結(jié)果與分析

3.1 群落及其結(jié)構(gòu)

對(duì)部分代表性群落進(jìn)行了物種多樣性調(diào)查，結(jié)果見表2；代表性群落的結(jié)構(gòu)特征見表3。研究區(qū)共有6個(gè)植被型，主要群落類型有麻櫟林、側(cè)柏林、刺槐林、雪松黃連木混交林、灌木林、栽培植被與建設(shè)用地等，自然植物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；總體上物種組成較為豐富，兩種多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)均較高，環(huán)境條件相對(duì)較好的黃櫨灌叢(8#點(diǎn)位)中，其灌木層與草本層的物種多樣性指數(shù)均較高，反映了所在群落具有良好的穩(wěn)定性。研究區(qū)內(nèi)植物與動(dòng)物種類均為一般常見種類，無珍稀瀕危種類與重點(diǎn)保護(hù)物種。

表2 部分代表性群落的物種多樣性Tab.2 Species diversity of some representative communities

表3 代表性群叢群落結(jié)構(gòu)特征Tab.3 Structural characteristics of representative communities

林地調(diào)整主要是減少了其面積，而對(duì)保留的群落及其結(jié)構(gòu)沒有大的影響。研究區(qū)內(nèi)的植被類型沒有發(fā)生太大變化，代表性群落為區(qū)域一般廣泛分布的麻櫟林、側(cè)柏林、刺槐林與針葉闊葉混交林等，種類組成一般且為常見種類，沒有特殊組成成分，也沒有特殊的生境要求。一般認(rèn)為，麻櫟林為該區(qū)域的地帶性顯域植被，是區(qū)域性的氣候單元演替頂極，具有良好的穩(wěn)定性，刺槐林與針葉闊葉混交林在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)也具有一定的演替穩(wěn)定性，研究區(qū)內(nèi)的側(cè)柏林在種植較早的地方已出現(xiàn)部分闊葉喬木種類入侵，但在種植較晚、密度較大的地方，只有少量闊葉種類或灌木入侵，也可保持一定時(shí)期的穩(wěn)定性。后幾種群落在沒有人工干擾狀況下，即使發(fā)生演替，也可能演替為麻櫟林。因此可認(rèn)為林地調(diào)整對(duì)植被類型及其群落沒有太大影響。

3.2 物種多樣性

物種多樣性受諸多因素影響，郭賢明等[25]認(rèn)為低強(qiáng)度的林火有益于保護(hù)森林的生物多樣性；王智等[26]研究了汶川地震對(duì)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)影響，地震加劇野生動(dòng)物尤其是大熊貓等國(guó)家級(jí)珍稀保護(hù)動(dòng)物瀕危程度的直接原因是導(dǎo)致其死亡、間接原因是破壞其生境；羅偉等[27]分析了竹漿原料林基地建設(shè)前后物種多樣性的變化，總結(jié)到造林過程中對(duì)野生植物的清除是導(dǎo)致物種多樣性降低的主要原因。地塊調(diào)整后，林業(yè)用地改變?yōu)榉橇謽I(yè)用地，各地塊內(nèi)的植物種類消失，因現(xiàn)狀植物種類均為常見物種，廣泛分布于整個(gè)研究區(qū)，各建群種的適應(yīng)性較強(qiáng)，因此對(duì)整個(gè)研究區(qū)而言，各地塊內(nèi)消失的植物種類可通過各種繁殖體傳播而分布于其它區(qū)塊，且通過較強(qiáng)的適應(yīng)能力而存活于新的區(qū)塊，研究區(qū)內(nèi)的植物種類數(shù)量不會(huì)顯著減少。現(xiàn)狀調(diào)查到的動(dòng)物種類較少，主要為常見的鳥類，這些鳥類的活動(dòng)范圍較大，受影響的地塊呈斑塊狀分布于整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，主要沿山溝分布，這些鳥類可以擴(kuò)展到其它區(qū)域進(jìn)行覓食、繁殖等活動(dòng)；壁虎一般可在人類活動(dòng)范圍內(nèi)生活，山獾一般在深山區(qū)活動(dòng)，因此這些地塊調(diào)整后動(dòng)物種類不會(huì)顯著減少。

3.3 景觀生態(tài)學(xué)

林地調(diào)整前后研究區(qū)景觀格局變化情況見圖3。調(diào)整后的景觀格局，因建設(shè)面積的大幅度增加，其景觀優(yōu)勢(shì)度也較大，使得闊葉林面積減少，景觀優(yōu)勢(shì)度也減小，從控制優(yōu)勢(shì)來看，闊葉林仍然是景觀的基質(zhì)，建設(shè)用地是景觀的最大斑塊，其它斑塊較小。調(diào)整后，平均斑塊面積為4.914 0hm2，破碎度指數(shù)為0.831 3，要素密度平均為0.728 6個(gè)/hm2，總的景觀要素密度為0.170 0個(gè)/hm2。景觀多樣性指數(shù)及其均勻度指數(shù)(以Shannon-Weiner指數(shù)計(jì)算)分別為1.562 7與0.551 6。

圖3 林地調(diào)整前后景觀生態(tài)學(xué)量化指標(biāo)變化情況Fig.3 Changes of quantitative landscape ecological indicators due to forestland adjustment

從指數(shù)數(shù)值來看，景觀格局沒有發(fā)生大的變化，部分指數(shù)如破碎度、平均要素密度、多樣性指數(shù)等有所提高。表明，調(diào)整對(duì)景觀格局的影響不大，從調(diào)整地塊的分布來看，對(duì)景觀整體包括闊葉林基質(zhì)的連通性影響也不大。

3.4 生態(tài)效益

研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能量化評(píng)估結(jié)果見表4；研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估結(jié)果(實(shí)物量)分別為：涵養(yǎng)水源調(diào)節(jié)水量為：301 792.316 0m3/a，涵養(yǎng)水源凈化水質(zhì)量為：301 792.316 0m3/a；保育土壤固持土壤量為：25 702.612 6t/a，保育土壤保持肥力：23.940 9t/a；固碳釋氧為：固碳607.216 7t/a、釋氧932.633 2t/a；保持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)5.457 0t/a；大氣環(huán)境：滯塵/吸收污染物13 251.340 0kg/a、負(fù)離子4.413 6×1020個(gè)/a。

表4 生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估結(jié)果(實(shí)物量/價(jià)值量1)Tab.4 Quantitative evaluation results of the ecological service (physical quantity/value quantity)

研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估結(jié)果(價(jià)值量，元/a)分別為：涵養(yǎng)水源調(diào)節(jié)水量：1 844 162.305 4元/a，涵養(yǎng)水源凈化水質(zhì)：965 735.411 2元/a；保育土壤固持土壤：411 625.104 9元/a，保育土壤保持肥力：1 551 544.650 5元/a；固碳釋氧為：固碳627 254.868 5元/a、釋氧932 633.206 7元/a；保持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)423.645 8元/a；大氣環(huán)境：滯塵/吸收污染物55 104.803 0元/a、負(fù)離子1 185.519 8元/a；生物多樣性：485 00元/a。

研究區(qū)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能平均單位價(jià)值為7.087 3萬(wàn)元/hm2，總價(jià)值為903.630 8萬(wàn)元。其價(jià)值主要體現(xiàn)在涵養(yǎng)水源與保育土壤兩個(gè)方面，其次在固碳釋氧與生物多樣性保護(hù)方面。

地塊調(diào)整后，主要減少了闊葉林與灌叢的現(xiàn)有面積，從而減少所在生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，總價(jià)值減少了198.955 1萬(wàn)元/a，其中主要是闊葉林減少較多，共減少了194.529 1萬(wàn)元/a，灌叢共減少了4.426 1萬(wàn)元/a。

3.5 其他量化指標(biāo)

3.5.1 森林覆蓋率

地塊調(diào)整為建設(shè)用地地塊后，其植被部分將被破壞，除耕地外全部按林地計(jì)算，對(duì)于研究區(qū)所在的潭頭鎮(zhèn)1.9萬(wàn)hm2林地而言，森林覆蓋率只下降0.15%，對(duì)所在的整個(gè)欒川縣國(guó)家級(jí)公益林僅下降0.06%，影響甚微。

3.5.2 生物量

林地調(diào)整不會(huì)影響保留的生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)力，但因植被面積減少，將減少評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的生物生產(chǎn)量，就本研究區(qū)而言，闊葉林、灌叢因較少面積而引起的生物量減少分別為2 249.225 5t、3.850 9t，整個(gè)研究區(qū)總生物量將減少2 253.076 4t。

4 結(jié) 論

4.1 群落及其結(jié)構(gòu)量化分析表明，林地調(diào)整主要是減少了其面積，而對(duì)保留的群落及其結(jié)構(gòu)沒有大的影響，區(qū)域物種多樣性沒有明顯下降。

4.2 景觀生態(tài)學(xué)量化分析表明，林地調(diào)整后，景觀平均斑塊面積增加，總的景觀要素密度增加，景觀多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)也都增加；部分指數(shù)如破碎度、平均要素密度、多樣性指數(shù)等有所提高。

4.3 生態(tài)效益量化分析表明，建設(shè)項(xiàng)目占用林地主要通過減少其現(xiàn)有面積降低所在生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值。

4.4 建議地塊調(diào)整為建設(shè)用地規(guī)劃建筑時(shí)，應(yīng)盡可能繞避已有有價(jià)值及高大樹種，留空做景對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，最大化的保護(hù)原生態(tài)自然環(huán)境；同時(shí)在研究區(qū)、項(xiàng)目區(qū)開展實(shí)地生態(tài)效益定位跟蹤觀測(cè)獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目運(yùn)行過程中開展后評(píng)價(jià)，進(jìn)一步精確量化林地占用的實(shí)際生態(tài)學(xué)影響。