基于地理信息系統(tǒng)空間量化的國(guó)有林場(chǎng)林地占補(bǔ)平衡評(píng)估研究
——以云南昆明國(guó)營(yíng)石林林場(chǎng)為例*

郝悅竹，吳明山，葉江霞

(1.西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，云南 昆明 650224)

國(guó)有林場(chǎng)是我國(guó)森林經(jīng)營(yíng)的重要力量，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，森林經(jīng)營(yíng)目標(biāo)幾經(jīng)變革，由單一的木材生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今的以“培育健康穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)高效的森林生態(tài)系統(tǒng)”為核心。國(guó)有林場(chǎng)在新時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)中的地位備受關(guān)注，已成為我國(guó)木材生產(chǎn)的重要基地、生態(tài)安全的重要屏障、生物多樣性保護(hù)的重要場(chǎng)所和生態(tài)文明思想傳播的重要陣地，也是當(dāng)前鄉(xiāng)村振興建設(shè)的有機(jī)組成。國(guó)家林業(yè)和草原局印發(fā)及修訂后的《國(guó)有林場(chǎng)管理辦法》中明確規(guī)定國(guó)有林場(chǎng)在森林資源保護(hù)與監(jiān)管中的職責(zé)，要求保持國(guó)有林場(chǎng)林地范圍和用途的長(zhǎng)期穩(wěn)定。全國(guó)各地也相應(yīng)提出在國(guó)有林場(chǎng)管理中實(shí)行“占補(bǔ)平衡”，即對(duì)涉及國(guó)有林場(chǎng)林地的建設(shè)項(xiàng)目在不破壞生態(tài)、保證國(guó)有林場(chǎng)集中連片完整性的前提下，實(shí)行占補(bǔ)平衡、先補(bǔ)后占的原則。林地占補(bǔ)平衡在協(xié)調(diào)林地保護(hù)與利用間的關(guān)系中發(fā)揮積極作用并引起了關(guān)注[1]。2020年8月云南省林業(yè)和草原局也頒布了《云南省國(guó)有林場(chǎng)管理辦法》(云林規(guī)〔2020〕1號(hào))規(guī)定在國(guó)有林場(chǎng)管理中實(shí)行“占補(bǔ)平衡”。探索國(guó)有林場(chǎng)林地占補(bǔ)平衡的評(píng)估對(duì)于有效發(fā)揮新時(shí)期國(guó)有林場(chǎng)地位具有重要作用。

隨著遙感(remote sensing，RS)與地理信息系統(tǒng)(geographic information systems，GIS)的發(fā)展，森林或林地質(zhì)量的精細(xì)化、定量化評(píng)估成為可能。遙感技術(shù)憑借其以不同尺度客觀反映地表信息逐漸被用于各類(lèi)資源監(jiān)測(cè)中，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于森林資源監(jiān)測(cè)及執(zhí)法中[2]；而GIS借助其對(duì)地表信息的空間、定量化分析也逐漸應(yīng)用于各類(lèi)森林資源分析中。RS與GIS二者結(jié)合可快速、準(zhǔn)確提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為定量評(píng)估提供可靠的技術(shù)手段[3]，如有學(xué)者將其應(yīng)用于森林多功能價(jià)值評(píng)估[4]、景觀格局動(dòng)態(tài)分析[5]、森林防火信息化[6]或森林健康評(píng)價(jià)[7]等研究中。這使借助遙感與GIS技術(shù)，對(duì)國(guó)有林場(chǎng)森林資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析成為可能，但國(guó)內(nèi)研究大多針對(duì)基于GIS的國(guó)有林場(chǎng)森林經(jīng)營(yíng)體系[8]，或單一考慮林場(chǎng)生態(tài)健康層面[7]，鮮有結(jié)合國(guó)有林場(chǎng)新時(shí)期戰(zhàn)略地位制定評(píng)估體系，同時(shí)也尚未有針對(duì)占用林地與補(bǔ)入林地的量化對(duì)比進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。補(bǔ)入林地是否能替代占用林地納入國(guó)有林場(chǎng)管理范圍，其關(guān)鍵是要確定補(bǔ)入林地的質(zhì)量不得低于占用林地，而在國(guó)有林場(chǎng)林地占補(bǔ)平衡實(shí)施過(guò)程中，評(píng)估占用或補(bǔ)入林地質(zhì)量時(shí)往往存在主觀、定性、不全面等問(wèn)題。

為了客觀、科學(xué)、定量評(píng)價(jià)國(guó)有林場(chǎng)林地占補(bǔ)平衡可行性，本研究綜合考慮國(guó)有林場(chǎng)戰(zhàn)略地位和占補(bǔ)平衡原則等條件，借助RS與GIS技術(shù)，選取合適指標(biāo)構(gòu)建評(píng)估體系，以空間定量化、精細(xì)化的方法科學(xué)評(píng)估占補(bǔ)林地質(zhì)量，并應(yīng)用于實(shí)際案例，為國(guó)有林場(chǎng)林地監(jiān)管提供一定參考。

1 占補(bǔ)平衡指標(biāo)體系構(gòu)建及評(píng)價(jià)方法

1.1 指標(biāo)約束條件

國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡評(píng)估體系的構(gòu)建以國(guó)有林場(chǎng)的新時(shí)期定位為指導(dǎo)，依據(jù)《云南省國(guó)有林場(chǎng)管理辦法》(云林規(guī)〔2020〕1 號(hào))規(guī)定，從林地質(zhì)量、功能效益發(fā)揮及經(jīng)營(yíng)管理角度考慮，遵循如下原則：(1)補(bǔ)入林地的林地面積不少于所占用國(guó)有林場(chǎng)林地；(2)補(bǔ)入林地林木資源質(zhì)量不低于所占用國(guó)有林場(chǎng)林木資源；(3)補(bǔ)入林地立地條件不低于所占用國(guó)有林場(chǎng)立地條件；(4)補(bǔ)入林地經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)設(shè)施不亞于所占用國(guó)有林場(chǎng)林地；(5)補(bǔ)入林地與林場(chǎng)林地相連，集中連片，不得斑塊破碎；(6)補(bǔ)入林地地理空間區(qū)位便于國(guó)有林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理。

國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡的目的是高效經(jīng)營(yíng)森林資源、發(fā)揮森林生態(tài)效益，因此指標(biāo)選取在以往評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，更要突出新時(shí)期其在保護(hù)生物多樣性、鄉(xiāng)村振興服務(wù)中的定位。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

遵循上述約束條件，分析數(shù)據(jù)的可獲取性、可量化和代表性，兼顧技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，選擇森林資源質(zhì)量、固碳釋氧、生物多樣性、鄉(xiāng)村振興服務(wù)為目標(biāo)層指標(biāo)，并下設(shè)9個(gè)二級(jí)指標(biāo)，對(duì)占補(bǔ)林場(chǎng)林地質(zhì)量進(jìn)行空間定量化評(píng)估，并依據(jù)實(shí)際情況對(duì)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。分級(jí)指標(biāo)各等級(jí)按照對(duì)林場(chǎng)影響程度賦值，賦值范圍在1～3之間，分值越高，代表對(duì)林場(chǎng)發(fā)展越有利。

1.2.1 森林資源質(zhì)量指標(biāo)

(1)立地條件

坡度 坡度是植物生長(zhǎng)過(guò)程中具有重要作用的地形因子之一，通常坡度越大，水分流失越嚴(yán)重，土壤易變貧瘠，不利于植物生長(zhǎng)[9]。一般而言，平坡(5°以下)土壤肥沃，宜于喜肥樹(shù)種生長(zhǎng)；緩斜坡(6°～25°)土壤較肥沃，排水良好，最適宜樹(shù)木生長(zhǎng)；陡坡(26°～35°)土層薄，水分供應(yīng)不足，樹(shù)木生長(zhǎng)較差；急坡(36°～45°)常發(fā)生坍塌，樹(shù)木長(zhǎng)勢(shì)稀疏、低矮[9]。故考慮使用坡度為評(píng)價(jià)立地條件的指標(biāo)之一，按其是否適合作物生長(zhǎng)分為平緩坡、斜坡、急陡坡3級(jí)，分別賦予3、2、1的分值。

土壤厚度 土壤中富含多種營(yíng)養(yǎng)元素，能涵養(yǎng)水源，是植被生長(zhǎng)的根基。對(duì)林地生產(chǎn)力而言，在同一個(gè)土壤亞類(lèi)及相同坡向的立地條件下，土壤厚度明顯影響生產(chǎn)力，同時(shí)土壤過(guò)厚，深層供水不足，會(huì)影響林木發(fā)育[10]。有研究發(fā)現(xiàn)土壤厚度對(duì)林分平均高的最大值和生長(zhǎng)速率、林分活立木蓄積生長(zhǎng)速率均有影響[11]。因此選定土壤厚度作為立地條件中指示土壤的指標(biāo)之一，并根據(jù)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查規(guī)范對(duì)土壤厚度劃分等級(jí)及量化。

土壤濕度 土壤水分是植物和微生物的重要能源[12]。有研究表明，土壤濕度對(duì)土壤呼吸速率有較大影響，進(jìn)而影響碳循環(huán)進(jìn)程[13]。同時(shí)，土壤濕度是對(duì)氣候變化非常敏感的因子，通過(guò)與植被、大氣之間交換能量影響著氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)的分布[14]，對(duì)指示環(huán)境具有重要作用?？紤]到小區(qū)域土壤濕度觀測(cè)及格局分析的困難，借助遙感影像特征對(duì)潛在信息的表達(dá)，研究對(duì)Landsat8 OLI衛(wèi)星影像進(jìn)行K—T變換，獲取第三分量的土壤濕度表征指標(biāo)，以此反映土壤水分條件，并進(jìn)行歸一化、分級(jí)量化(表1)。

(2)林木質(zhì)量

森林提供木材生產(chǎn)的能力是森林價(jià)值的根本，也是人們關(guān)注的重點(diǎn)[15]。蓄積量是森林資源調(diào)查的重要指標(biāo)，直觀反映了森林林木質(zhì)量，也是最易獲取、最基礎(chǔ)的指標(biāo)之一。國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡中，在保證占用和補(bǔ)入林地面積相等的基礎(chǔ)上，借助每公頃蓄積量指標(biāo)更能客觀反映林地林木質(zhì)量。

1.2.2 固碳釋氧指標(biāo)

森林作為陸地上最大的生態(tài)系統(tǒng)，具有涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、保育土壤等功能，其中森林通過(guò)光合作用固定CO2來(lái)減緩氣候變暖趨勢(shì)的固碳能力成為近年研究熱點(diǎn)，特別是雙碳目標(biāo)下的林業(yè)碳匯研究。大量學(xué)者利用遙感和GIS對(duì)森林的碳儲(chǔ)能力及動(dòng)態(tài)進(jìn)行了探索[16]。研究根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T 1721—2008)植被年固碳量指標(biāo)對(duì)占、補(bǔ)林地固碳能力進(jìn)行了評(píng)估，評(píng)估如下：

G植被固碳=1.63R碳AB年

G氧氣=1.19AB年

式中：G植被固碳為植被年固碳量，G氧氣為林分年釋氧量，B年為林分凈生產(chǎn)力，A為林分面積，R碳為CO2碳含量(27.27%)。

1.2.3 生物多樣性保護(hù)指標(biāo)

在當(dāng)前全球生態(tài)文明建設(shè)推進(jìn)、生物多樣性威脅和保護(hù)備受?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)注的大背景下[23-24]，國(guó)有林場(chǎng)憑借其豐富的森林資源承擔(dān)著生物多樣性保護(hù)重任。因此，在評(píng)估國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡時(shí)應(yīng)充分考慮生物多樣性承載能力。生物多樣性包含4個(gè)層次[17]，景觀的異質(zhì)性意味著物種有更多的生存可能性，也就存在更豐富的生物多樣性。此外，對(duì)景觀格局的研究有利于森林資源的合理利用、生物多樣性保護(hù)以及增強(qiáng)區(qū)域森林景觀的完整性和穩(wěn)定性[18]。故選取香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI和景觀破碎度C共同評(píng)價(jià)林場(chǎng)景觀異質(zhì)性：SHDI在景觀級(jí)別上等于各拼塊類(lèi)型的面積比乘以其值的自然對(duì)數(shù)之后的和的負(fù)值；C在一定程度上反映了景觀的復(fù)雜性和人類(lèi)對(duì)景觀的干擾程度。公式如下：

式中：SHDI為香農(nóng)多樣性指數(shù)，Pi為景觀斑塊類(lèi)型i所占比例。在一個(gè)景觀系統(tǒng)中，土地利用類(lèi)型越豐富，破碎化程度越高，SHDI值越高。

式中：Ci為占、補(bǔ)林地的景觀破碎度；Ni為占、補(bǔ)林地的斑塊數(shù)，這里指小班數(shù)；Ai為景觀i的總面積，這里指占、補(bǔ)林地總面積。

1.2.4 鄉(xiāng)村振興服務(wù)指標(biāo)

新時(shí)期的國(guó)有林場(chǎng)改革以經(jīng)濟(jì)效益為原動(dòng)力，加強(qiáng)發(fā)展森林旅游業(yè)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮社會(huì)效益，承擔(dān)鄉(xiāng)村振興的責(zé)任[19]。而林場(chǎng)可以發(fā)揮上述功能的前提是人類(lèi)到達(dá)林場(chǎng)的便捷性和可及性。有研究表明城鎮(zhèn)居民可沿主道路進(jìn)入林區(qū)深處，鄉(xiāng)村居民可到達(dá)3 km范圍內(nèi)的幾乎所有地方[20]，城市居民可承受最長(zhǎng)的出行時(shí)間在30 min以?xún)?nèi)[21]。

近年來(lái)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)森林產(chǎn)生的負(fù)面干擾加劇。有學(xué)者研究山東省森林火災(zāi)時(shí)發(fā)現(xiàn)，森林火點(diǎn)頻次與居民點(diǎn)距離成反比，≥5 km時(shí)火點(diǎn)頻次只有5%[22]。而道路會(huì)影響當(dāng)?shù)噩F(xiàn)存的生態(tài)平衡和植物競(jìng)爭(zhēng)力，其對(duì)生態(tài)的影響范圍遠(yuǎn)超自身面積[31-32]，因此對(duì)林場(chǎng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x才能合理利用和保護(hù)林場(chǎng)，使其更好地發(fā)揮鄉(xiāng)村振興服務(wù)作用。因此，林場(chǎng)可及性應(yīng)同時(shí)考慮道路和居民點(diǎn)的位置，為此引入N和L兩個(gè)新參數(shù)量化該指標(biāo)，公式如下。

Ni=di×ni

Li=di×li

式中：Ni和Li分別是第i個(gè)緩沖區(qū)的值；di是第i個(gè)緩沖區(qū)距林場(chǎng)的距離；ni和li分別是第i個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的居民點(diǎn)個(gè)數(shù)和道路總長(zhǎng)度。

表1 相關(guān)因子等級(jí)量化Tab.1 Correlation factor rank quantification

1.3 構(gòu)建指標(biāo)體系

本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)外森林生態(tài)功能評(píng)估體系實(shí)踐基礎(chǔ)上，考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性、代表性、可量化性和科學(xué)性[23]，通過(guò)層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)可對(duì)定性問(wèn)題進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，建立的判斷矩陣須通過(guò)一致性檢驗(yàn)(表2)。

表2 評(píng)價(jià)因子與權(quán)重Tab.2 Evaluation factor and weight

景觀破碎度(C8)是負(fù)向指標(biāo)，是喪失生物多樣性的重要原因。此外，由于各指標(biāo)量綱與單位不同，在比較之前需通過(guò)最大值法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

當(dāng)指標(biāo)為正向指標(biāo)時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

當(dāng)指標(biāo)為負(fù)向指標(biāo)時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

2 案例研究

2.1 研究區(qū)概況

2021年11月12日，云南省宜良縣發(fā)展和改革局同意“昆明市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng) ”項(xiàng)目建設(shè)，該項(xiàng)目對(duì)維護(hù)城市清潔的環(huán)境衛(wèi)生面貌，保證地方經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，全面實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的意義。因項(xiàng)目區(qū)涉及昆明國(guó)營(yíng)石林林場(chǎng)用地范圍，依據(jù)《云南省國(guó)有林場(chǎng)管理辦法》(云林規(guī)〔2020〕1 號(hào))，國(guó)有林場(chǎng)林地需實(shí)施占補(bǔ)平衡評(píng)估。以地方擬補(bǔ)入的林地與占用的國(guó)有林場(chǎng)林地為研究對(duì)象，根據(jù)占補(bǔ)平衡評(píng)估體系，以反映補(bǔ)入林地與占用林地的質(zhì)量關(guān)系,占用林地和補(bǔ)入林地的面積均為18.267 6 hm2。

占用林地位于宜良縣境內(nèi)的石林彝族自治縣國(guó)營(yíng)石林林場(chǎng)的青山營(yíng)林區(qū)，分為兩部分，地理位置103°11′48″～103°13′31″E、24°52′44″～24°53′21″N，其中喬木林地面積7.633 3 hm2，灌木林地面積5.535 7 hm2，未成林地面積1.711 1 hm2，其他林地面積6.098 6 hm2，總蓄積量316 m3。地形起伏較大，主要樹(shù)種有云南松(Pinusyunnanensis)、桉樹(shù)(Eucalyptusspp.)和板栗(Castaneamollissima)。

補(bǔ)入林地位于石林彝族自治縣鹿阜街道辦事處上蒲草村委會(huì)，地理位置103°19′53″～103°20′14″E、24°45′55″～24°46′8.7″N，其中喬木林地面積18.049 9 hm2，其他林地面積0.217 7 hm2，總蓄積量2 048 m3。區(qū)域地形起伏不大，主要樹(shù)種為云南松，結(jié)構(gòu)相對(duì)單一。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

研究所需數(shù)據(jù)有占、補(bǔ)林地高分辨率無(wú)人機(jī)遙感影像，用以計(jì)算景觀異質(zhì)性指數(shù)；Landsat-8 OLI衛(wèi)星影像，來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(https://www.gscloud.cn/)，時(shí)間為2015年5月28日3時(shí)34分，用以提取土壤濕度指標(biāo)；占用及擬補(bǔ)入林地界線(xiàn)矢量數(shù)據(jù)。

對(duì)獲取的Landsat-8 OLI影像利用數(shù)字地形模型進(jìn)行幾何精校正、輻射定標(biāo)和大氣校正[24]，在ENVI中進(jìn)行K—T變換獲取濕度分量，代替土壤濕度指標(biāo)。并在ArcGIS10.2中利用區(qū)域統(tǒng)計(jì)工具根據(jù)占、補(bǔ)林地小班區(qū)劃進(jìn)行裁剪，得到占、補(bǔ)林地土壤濕度分布圖。

景觀異質(zhì)性指數(shù)利用無(wú)人機(jī)影像在ArcGIS10.2中目視解譯，劃分景觀類(lèi)型，然后在Fragstats4.2軟件中計(jì)算SHDI和C指數(shù)。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 森林資源質(zhì)量評(píng)價(jià)

(1)立地條件 統(tǒng)計(jì)占、補(bǔ)林地各指標(biāo)不同等級(jí)下的面積所占總面積百分比與分值相乘的求和，得到立地條件結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 占、補(bǔ)林地森林資源質(zhì)量指標(biāo)得分Tab.3 Scores of quality index of forest resources in replenished forest land and occupied forest land

坡度、土壤厚度和土壤濕度標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)分別乘以各自權(quán)重，得立地條件指標(biāo)補(bǔ)入林地得分0.255 7，占用林地得分0.195 3。占、補(bǔ)林地整體土層厚度均為中層，分值相等。在占補(bǔ)林地中，云南松為主要樹(shù)種。已有學(xué)者研究表明云南松在平緩坡林木生長(zhǎng)量整體優(yōu)于陡坡[10]，因此補(bǔ)入林地均為平緩坡適宜云南松生長(zhǎng)，而占用林地有部分急陡坡，不利于云南松生長(zhǎng)，得分相對(duì)較低。土壤濕度方面，補(bǔ)償林地整體土壤濕度高，土壤因此蘊(yùn)含更多有機(jī)質(zhì)，相較占用林地更有助于云南松的生長(zhǎng)。

(2)林木質(zhì)量 經(jīng)計(jì)算補(bǔ)入林地的蓄積量為112.11 m3/hm2，占用林地17.30 m3/hm2，分別乘以權(quán)重0.167 1，補(bǔ)入林地得分0.167 1，占用林地得分0.025 8。補(bǔ)入林地中喬木林地面積占比99%，占用林地中喬木林地面積僅占41.8%，未成林和灌木林地面積占40.7%，整體蓄積量少。

森林資源質(zhì)量上，補(bǔ)入林地總得分0.422 8，占用林地得分0.221 1。結(jié)果表明，占補(bǔ)之后森林資源質(zhì)量提高，便于林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理，可使森林發(fā)揮更多的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源的永續(xù)利用。

占補(bǔ)之后，林地總蓄積量增加1 732 m3，喬木林地面積增加10.416 6 hm2，喬木林單位面積蓄積量增加72 m3/hm2，喬木林平均郁閉度提高0.31。

2.3.2 固碳釋氧能力評(píng)價(jià)

因占、補(bǔ)林地主要樹(shù)種均為云南松，故在計(jì)算時(shí)只考慮了云南松的固碳釋氧能力。云南松的林分年平均凈生產(chǎn)力值引用前人研究數(shù)據(jù)[25]，為9.735 t/(hm2·a)。綠色植物通過(guò)光合作用吸收CO2，釋放氧氣，減少大氣中CO2濃度，對(duì)調(diào)節(jié)氣候平衡和合理開(kāi)展人類(lèi)活動(dòng)具有重要意義。通過(guò)計(jì)算植被年固碳量和年釋氧量再乘以權(quán)重0.108 1，補(bǔ)入林地得分0.216 2優(yōu)于占用林地0.145 8(表4)。結(jié)果表明，林地固碳釋氧能力隨著蓄積量的增大而增強(qiáng)，對(duì)氣候溫度和降低CO2濃度貢獻(xiàn)也就越大，林地碳匯進(jìn)程也更為活躍，便于人類(lèi)開(kāi)展各項(xiàng)生產(chǎn)生活活動(dòng)。

表4 占、補(bǔ)林地固碳釋氧指標(biāo)值Tab.4 Index of Carbon fixation and oxygen release in replenished forest land and occupied forest land

2.3.3 生物多樣性評(píng)價(jià)

生物多樣性與景觀多樣性息息相關(guān)，景觀的多樣更有利于物種的生存繁衍。人和動(dòng)物均需要2種以上的景觀要素更證明了景觀異質(zhì)性存在的必要[26]。在研究中通過(guò)實(shí)地調(diào)查和無(wú)人機(jī)影像，將占用林地分為喬木林、一般灌木林、特殊灌木林、未成林和其他林地共5種景觀類(lèi)型，將補(bǔ)入林地分為喬木林和其他林地共2種景觀類(lèi)型。然而，并不是每一種景觀都適宜物種生存，因此引入景觀破碎度C共同反映林地景觀在生物多樣性保護(hù)層面的價(jià)值。景觀破碎度C在一定程度上反映了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀破碎化進(jìn)程的影響。景觀斑塊越破碎，越易引起外來(lái)物種入侵，隔離種群間基因交流，降低生物多樣性，甚至引起人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化[27]。因此景觀破碎度不同于香農(nóng)多樣性指數(shù)，并不是越大越好。

表5 占、補(bǔ)林地生物多樣性保護(hù)得分Tab.5 Scores of Biodiversity Conservation in replenished forest land and occupied forest land

將SHDI和C標(biāo)準(zhǔn)化(表5)之后指數(shù)分別乘以權(quán)重。結(jié)果表明，補(bǔ)入林地得分0.148 5，占用林地0.066 2。占用林地具有多種林地類(lèi)型，景觀更多樣，可為生物生存創(chuàng)造更大的生存空間和可能性，然而景觀破碎度指數(shù)過(guò)高，代表人類(lèi)干擾程度較高，其影響超過(guò)了SHDI指數(shù)，容易對(duì)物種間基因交流產(chǎn)生障礙，不利于物種生存。補(bǔ)入林地雖然景觀類(lèi)型不豐富，但質(zhì)量較高且集中連片，人類(lèi)干擾較輕，更利于生物多樣性保護(hù)。

2.3.4 鄉(xiāng)村振興服務(wù)

新時(shí)期的國(guó)有林場(chǎng)改革立足于成為鄉(xiāng)村振興的重要基地，為鄉(xiāng)村文化教育發(fā)展貢獻(xiàn)力量，充分發(fā)揮社會(huì)效益。利用Arc GIS 10.2中多環(huán)緩沖區(qū)工具在占、補(bǔ)林地周?chē)O(shè)置寬度為1 km的5個(gè)緩沖區(qū)，統(tǒng)計(jì)各緩沖區(qū)內(nèi)居民點(diǎn)個(gè)數(shù)和道路長(zhǎng)度并打分，結(jié)果如表6所示：占用林地2分，優(yōu)于補(bǔ)入林地的0.690 8分。

表6 占、補(bǔ)林地可及性得分Tab.6 Scores of accessibility in replenished forest land and occupied forest land

圖1 占、補(bǔ)林地可及性示意圖Fig.1 Sketch map of accessibility in replenished forest land and occupied forest land

由圖1可知，占用林地周邊道路和居民點(diǎn)較多，且多聚集在適宜距離緩沖區(qū)內(nèi)。部分道路穿過(guò)林場(chǎng)，雖對(duì)林場(chǎng)生態(tài)環(huán)境有一定影響，但整體而言可及性水平高大于不利影響，居民更易到達(dá)林場(chǎng)附近，更易占用林場(chǎng)發(fā)揮鄉(xiāng)村振興服務(wù)作用。補(bǔ)入林地在地理區(qū)位上雖然與清水塘營(yíng)林區(qū)集中連片，便于資源調(diào)配和管護(hù)，但相對(duì)居民區(qū)位置較偏遠(yuǎn)，可及性水平低，不利于為鄉(xiāng)村振興服務(wù)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

在人們注重森林文化環(huán)境資源[28]的背景下，重視經(jīng)濟(jì)效益的林場(chǎng)評(píng)估體系[29]已不能囊括人類(lèi)需要。本研究提出的國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡評(píng)估體系，綜合多種手段，空間定量化反映占、補(bǔ)林地質(zhì)量關(guān)系，可減少違法占用林地行為，實(shí)現(xiàn)國(guó)有林場(chǎng)新時(shí)期肩負(fù)的多重使命。

本研究利用GIS和RS技術(shù)，考慮指標(biāo)獲取的多重原則，結(jié)合國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡原則和任務(wù)建立評(píng)估體系。以最大值法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，涵蓋了負(fù)向指標(biāo)，從森林資源質(zhì)量、固碳釋氧能力、生物多樣性以及社會(huì)效益層面評(píng)估占、補(bǔ)林地質(zhì)量。研究以云南省昆明國(guó)營(yíng)石林林場(chǎng)項(xiàng)目為案例，經(jīng)過(guò)計(jì)算，驗(yàn)證了該項(xiàng)目可行性，反映了評(píng)估體系具有實(shí)踐意義。引入2個(gè)新參數(shù)N和L，對(duì)定性問(wèn)題進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，具象反映了國(guó)有林場(chǎng)發(fā)揮鄉(xiāng)村振興服務(wù)的功能強(qiáng)度，發(fā)揮GIS在空間定量化評(píng)價(jià)中的優(yōu)勢(shì)，為今后基于緩沖區(qū)分析的研究提供新思路和借鑒。在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)和打分時(shí)盡量遵循科學(xué)客觀原則，也難免有主觀干擾，導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)選取不夠全面，數(shù)量不夠多。在評(píng)價(jià)林地固碳釋氧能力時(shí)，只考慮了主要樹(shù)種，忽略了其他樹(shù)種和土壤的貢獻(xiàn)。如何更全面評(píng)估占、補(bǔ)林地的質(zhì)量關(guān)系將是研究的重點(diǎn)。

3.2 結(jié)論

國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡評(píng)估體系在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，充分考慮了國(guó)有林場(chǎng)占補(bǔ)平衡原則和新時(shí)期承擔(dān)的任務(wù)，本研究通過(guò)GIS空間定量化技術(shù)獲取指標(biāo)，并用AHP-最大值法確定指標(biāo)權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化，綜合評(píng)估云南省昆明國(guó)營(yíng)石林林場(chǎng)占補(bǔ)平衡項(xiàng)目中占補(bǔ)林地的質(zhì)量，可得結(jié)論：

(1)評(píng)估方法充分發(fā)揮GIS技術(shù)在空間分析上和RS技術(shù)在宏觀尺度監(jiān)測(cè)上的優(yōu)勢(shì)獲取指標(biāo)，以空間定量化的手段反映了占、補(bǔ)林地的質(zhì)量關(guān)系，為項(xiàng)目提供建設(shè)依據(jù)。通過(guò)層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，又因各指標(biāo)量綱單位不同，且景觀破碎度(C)對(duì)林地而言為負(fù)向指標(biāo)，因此采用最大值法分別為正向和負(fù)向指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)更加科學(xué)客觀，這一手段可使評(píng)估體系全方位涵蓋各項(xiàng)指標(biāo)，所得評(píng)估結(jié)果更全面、真實(shí)、可信。

(2)提出了基于多環(huán)緩沖區(qū)的空間定量分析鄉(xiāng)村振興服務(wù)作用的方法。對(duì)0～5 km各緩沖區(qū)內(nèi)道路長(zhǎng)度和居民點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分級(jí)和賦值，定量評(píng)價(jià)了鄉(xiāng)村振興服務(wù)，使抽象問(wèn)題具象化，更客觀。距離過(guò)近，人類(lèi)干擾力度變大，易引發(fā)森林火災(zāi)等問(wèn)題，削弱林場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性；過(guò)遠(yuǎn)，可及性降低，不利于林場(chǎng)發(fā)揮社會(huì)效益和監(jiān)管。其中，2～3 km緩沖區(qū)內(nèi)得分最高，這一距離在林場(chǎng)發(fā)揮社會(huì)效益時(shí)，人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)干擾最小，不會(huì)破壞林場(chǎng)發(fā)揮生態(tài)效益的作用；同時(shí)，道路和居民區(qū)的存在，方便林場(chǎng)監(jiān)管措施的落實(shí)，有利于林場(chǎng)林木質(zhì)量的提升。

(3)補(bǔ)入林地得分0.843 5分，占用林地0.595 4分，補(bǔ)入林地質(zhì)量高于占用林地，該項(xiàng)目可行。雖然占用林地在鄉(xiāng)村振興服務(wù)上具有一定優(yōu)勢(shì)，但林地景觀破碎，地形起伏較大，蓄積量低，整體質(zhì)量不高，不利于林場(chǎng)發(fā)展。而補(bǔ)入林地的地形起伏不大，土壤厚度和濕度適中，適宜植被生長(zhǎng)；喬木林蓄積量大，植被固碳釋氧能力更高，有助于林業(yè)碳匯的發(fā)展；景觀類(lèi)型雖單一但完整，有利于生物多樣性保護(hù)和發(fā)揮林場(chǎng)新時(shí)期的使命。同時(shí)，補(bǔ)入林地與營(yíng)林區(qū)更集中連片。