塞罕壩機(jī)械林場生態(tài)安全格局分析及保護(hù)建議

藏賀喜

（河北省塞罕壩機(jī)械林場大喚起分場 河北承德 068450）

合理有序的生態(tài)安全格局是區(qū)域發(fā)展的基礎(chǔ)與根本保證。區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建，不僅有利于區(qū)域結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，更能提高生態(tài)環(huán)境的承載力，進(jìn)而促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同和可持續(xù)發(fā)展。近年來，生態(tài)安全逐漸成為學(xué)界研究的熱點(diǎn)問題，掌握區(qū)域生態(tài)安全情況有利于保障生態(tài)穩(wěn)定性與可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)安全研究主要基于對生態(tài)現(xiàn)狀的科學(xué)分析，許多學(xué)者在景觀格局動態(tài)變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值等方面開展研究[1-2]，并取得了一定的研究成果。通過實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)可以充分保證數(shù)據(jù)精度，避免數(shù)據(jù)存在幾何畸變[3]，保障研究結(jié)果的可靠性。

塞罕壩機(jī)械林場位于河北省與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處，歷史上由于氣候原因，植被覆蓋情況較差，風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重，是京津冀最近的沙源區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱敏感區(qū)[4]。2002年，在塞罕壩國家森林公園的基礎(chǔ)上，建立了河北塞罕壩省級自然保護(hù)區(qū)，2007年，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國家級自然保護(hù)區(qū)，塞罕壩機(jī)械林場經(jīng)營模式進(jìn)入生態(tài)文明建設(shè)時期。秉承“山水林田湖草生命共同體”的生態(tài)原則，植被覆蓋情況得到了改善，森林面積有明顯提高。相關(guān)研究指出，在塞罕壩森林提供的各項(xiàng)生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值中，涵養(yǎng)水源價(jià)值較高[5]；落葉松人工純林出現(xiàn)了土壤肥力下降、土壤產(chǎn)出量明顯降低的情況[6]；同時，塞罕壩機(jī)械林場容易發(fā)生林火災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害。為了解決這些問題，需要構(gòu)建水源涵養(yǎng)、地質(zhì)災(zāi)害防控、土壤病蟲害預(yù)防與生物多樣性保護(hù)以及林火災(zāi)害控安全格局。此外，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r提出相應(yīng)的調(diào)整對策，對促進(jìn)塞罕壩機(jī)械林場生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

1 研究資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

塞罕壩機(jī)械林場是中國最大的人工林區(qū)，平均海拔高度1 500 m～1 940 m，年平均降水量400 mm，主要樹種為華北落葉松、樟子松、云杉、白樺等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)包括塞罕壩機(jī)械林場DEM、坡度、水域數(shù)據(jù)。其中，坡度、水域數(shù)據(jù)來源于2021年塞罕壩機(jī)械林場二類調(diào)查數(shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云。

基于以上數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件進(jìn)行空間分析。

2 結(jié)果與分析

以生態(tài)安全理論為指導(dǎo)，以“山水林田湖草沙”一體化保護(hù)為原則，綜合分析塞罕壩機(jī)械林場水源涵養(yǎng)、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)、土壤病蟲害預(yù)防與生物多樣性保護(hù)、林火災(zāi)害防護(hù)等方面的生態(tài)安全格局。

2.1 景觀格局現(xiàn)狀分析

如表1所示，塞罕壩機(jī)械林場景觀主要由6類景觀組成：森林、草地、濕地、沙地、建設(shè)用地、農(nóng)田。其中，森林景觀的面積最大，為733.55 km2，占總面積的78.82%；建設(shè)用地與沙地景觀面積最小，僅為總面積的0.19%與0.81%。森林景觀主要包括落葉松純林、白樺純林、云杉純林、樟子松純林、落葉松白樺混交林與落葉松云杉混交林。其中，落葉松純林、白樺純林以及樟子松純林都為速生豐產(chǎn)林，它們的面積總和為704.55 km2，占森林景觀總面積的96.05%。根據(jù)塞罕壩機(jī)械林場的調(diào)查數(shù)據(jù)與相關(guān)文獻(xiàn)，目前約有50%的森林資源將要進(jìn)入成熟林階段，而25.05%和24.47%的森林資源正處于中幼齡林階段[7]。

表1 塞罕壩機(jī)械林場景觀分布情況

2.2 生態(tài)安全格局分析

2.2.1 水源涵養(yǎng)安全格局

近年來，塞罕壩機(jī)械林場森林面積明顯提高，濕地有效恢復(fù)，水源涵養(yǎng)的能力得到提升。如何維護(hù)來之不易的勝利成果是未來要面對的重要問題。相關(guān)研究表明，水域地區(qū)景觀生態(tài)敏感性較強(qiáng)[8]，因此，本研究從生態(tài)安全的角度出發(fā)，在塞罕壩水域周邊建立250 m的緩沖區(qū)，以維護(hù)水源安全。借助塞罕壩水域250 m緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，分析塞罕壩機(jī)械林場水源涵養(yǎng)安全格局。

從整體來看，塞罕壩水域集中分布在南北縱向地帶，西部地區(qū)水域面積較少。塞罕壩水域緩沖區(qū)中所涵蓋的景觀類型分布情況如表2所示，主要分布的景觀類型為林地、草地，而建設(shè)用地、沙地、農(nóng)田分布較少，林地中落葉松林、白樺林分布面積最大，分別為1.17 km2、0.49 km2，兩者的生長對水分要求較高，喜濕潤土壤，水域緩沖區(qū)能夠提供適宜的生長環(huán)境。從風(fēng)險(xiǎn)性來看，如圖1所示，水域距離100 m內(nèi)為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

圖1 塞罕壩水源涵養(yǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)度評價(jià)

表2 水域緩沖區(qū)景觀類型分布情況

2.2.2 地質(zhì)災(zāi)害防控生態(tài)安全格局

張鐸等研究發(fā)現(xiàn)地質(zhì)滑坡的發(fā)生與邊坡環(huán)境有關(guān)，不同坡度的斜坡位置與滑坡的分布、規(guī)模大小等有著密切聯(lián)系[9]。本研究通過ArcGIS對坡度與DEM數(shù)據(jù)做分級運(yùn)算，疊加塞罕壩生態(tài)敏感度圖，在生態(tài)敏感度的基礎(chǔ)上，通過ArcGIS疊加坡度與DEM數(shù)據(jù)，并運(yùn)用自然間斷點(diǎn)分級法將塞罕壩機(jī)械林場分為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。生成地質(zhì)災(zāi)害的敏感性分布情況，得到不同地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性的空間分布，如圖2所示。

圖2 塞罕壩機(jī)械林場地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)度評價(jià)

2.2.3 土壤病蟲害預(yù)防與生物多樣性保護(hù)安全格局

土壤病蟲害是影響林木生長的不利因素，因此需預(yù)防病蟲害，促進(jìn)土壤動物的生長，維護(hù)林區(qū)健康高效生態(tài)環(huán)境。土壤病蟲害的發(fā)生通常是由于土壤環(huán)境的惡化，例如酸化、板結(jié)、菌群失調(diào)等。袁振、常旭等的研究表明，土層厚度是導(dǎo)致植物群落數(shù)量特征與生物多樣性變化的首要影響因子，也是限制植被生長的重要因素[10-11]。土層厚度的提高有利于土壤有機(jī)質(zhì)的增加，對植被與土壤生物的生長具有重要作用，土壤腐殖質(zhì)層集中了植物生長根系與微生物，能夠使土壤肥力提高，為植物生長提供更多有機(jī)質(zhì)，調(diào)整土壤理化性質(zhì)，改善菌群結(jié)構(gòu)，保持良好的土壤環(huán)境。蔡祖聰認(rèn)為良好的土壤環(huán)境與植物共同構(gòu)建土壤微生物和土壤動物的生境，土壤、植物、土壤微生物和土壤動物共同構(gòu)建陸上動物生境[12]。同時，于曉紅在關(guān)于塞罕壩地區(qū)的研究中對塞罕壩落葉松人工林土壤現(xiàn)狀進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)落葉松人工林林地速效磷含量隨土層厚度的增加呈上升趨勢[13]。因此，土層厚度可視為土壤病蟲害預(yù)防與生物多樣性保護(hù)的重要影響因子。本研究利用塞罕壩林班小班數(shù)據(jù)對塞罕壩土層厚度進(jìn)行分析，將土層厚度在20 cm以下的視為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，20 cm～40 cm的視為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，40 cm以上的視為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，得到土壤病蟲害預(yù)防與生物多樣性保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)區(qū)，如圖3所示。

圖3 塞罕壩機(jī)械林場土層厚度風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)區(qū)

2.2.4 林火災(zāi)害防控安全格局

森林防火工作是保護(hù)森林資源與生態(tài)系統(tǒng)安全的重要措施，也是防災(zāi)減災(zāi)工作的重要組成部分。當(dāng)林火災(zāi)害發(fā)生時，相對來說，落葉松近熟林地表火災(zāi)強(qiáng)度最大，樟子松幼齡林最易引燃，未修枝的落葉松林和樟子松林容易發(fā)生樹冠火，落葉松幼齡林和樟子松幼齡林受損失可能性最大。

塞罕壩機(jī)械林場林木資源豐富，林火災(zāi)害易發(fā)，需建立全面的林火災(zāi)害防控安全體系，形成林木災(zāi)害防控安全格局。如圖4所示，易燃區(qū)與地表火易發(fā)區(qū)在全域均有分布，且分布較分散，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性極高。另外，地表火極易引發(fā)樹冠火，樹冠火易發(fā)區(qū)在全域的分布面積極大，會嚴(yán)重?fù)p害來之不易的造林成果，尤其高損失區(qū)分布區(qū)域較廣。

圖4 塞罕壩機(jī)械林場林火災(zāi)害防護(hù)區(qū)

3 塞罕壩機(jī)械林場生態(tài)保護(hù)建議

3.1 森林經(jīng)營的科學(xué)性

通過對塞罕壩機(jī)械林場生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)的分析，森林景觀在總面積中占比最高，因此在后續(xù)經(jīng)營方案的制定中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注森林生態(tài)安全的保護(hù)，促進(jìn)森林資源可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，促使森林天然更新，培育健康穩(wěn)定高效森林生態(tài)系統(tǒng)[7,14-15]。

相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果表明，單一林分不利于生態(tài)穩(wěn)定[16-17]。大面積單一樹種的人工純林為有害生物提供了豐富的食源和有利的繁衍棲息環(huán)境，極易形成蟲源和病源地，使有害生物種群密度和數(shù)量迅速增加，引發(fā)嚴(yán)重的森林災(zāi)害。應(yīng)制定科學(xué)合理的森林經(jīng)營方案，從塞罕壩機(jī)械林場自然生態(tài)系統(tǒng)基本特征出發(fā)，篩選適宜的樹種，逐步引進(jìn)花楸、油松、蒙古櫟等優(yōu)良樹種，進(jìn)一步優(yōu)化林場樹種結(jié)構(gòu)。

3.2 生態(tài)安全格局維護(hù)建議

3.2.1 綜合生態(tài)防護(hù)措施

第一，中部地區(qū)存在對水源涵養(yǎng)安全產(chǎn)生威脅的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，水域附近應(yīng)注意泥石流的防護(hù)。在居民區(qū)與高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)交界處，可以修建渡槽、隧道、護(hù)坡、擋墻、丁壩等工程進(jìn)行預(yù)防。在河流與地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)設(shè)置石籠網(wǎng)擋土墻，以減少由滑坡產(chǎn)生的碎塊流入河流，阻塞河流，減少水土流失和洪水的形成。第二，南北縱向地帶的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性較高。地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要來源于低植被覆蓋與地質(zhì)災(zāi)害。在植被覆蓋度較低的區(qū)域，應(yīng)提高其植被覆蓋度，及時更新林分，并結(jié)合科學(xué)的森林經(jīng)營方案，避免大規(guī)?？撤?。在南北縱向地帶，應(yīng)防止因滾石滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害摧毀植被，例如建設(shè)山體防護(hù)網(wǎng)、截?cái)鄮r石滑坡等。第三，西部地區(qū)、東北部地區(qū)及部分區(qū)域土層相對較薄，不利于養(yǎng)分的維護(hù)。這可能會導(dǎo)致病蟲害加劇、土壤肥力變?nèi)?、蓄水能力差等一系列問題。結(jié)合研究區(qū)的自然條件來看，緊挨沙漠，降水條件較差，水土保持能力一般，基于此，建議實(shí)施土層厚度增厚工程，有效改善土壤保水保肥能力，從而提升立地質(zhì)量?？赏ㄟ^深松改土法，借助機(jī)械方式打破母質(zhì)層，提升土層厚度。同時加強(qiáng)林木防護(hù)工作，通過微生物提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，預(yù)防土壤病害。

除了上述措施外，還需要在之后的土地利用政策中避免建設(shè)用地和農(nóng)田的出現(xiàn)。同時，在植被的選擇中優(yōu)先種植利于水土保持的物種，在工作中應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)常態(tài)化監(jiān)測，強(qiáng)化物種保護(hù)力度。

3.2.2 林火災(zāi)害防控

丁永全等研究發(fā)現(xiàn)，塞罕壩機(jī)械林場中落葉松林、樟子松林、白樺林地表枯落物較厚，存在發(fā)生大型火災(zāi)的可能[18]。在后續(xù)管理中應(yīng)注重林火防控，在日常護(hù)林工作中應(yīng)做好預(yù)防。第一，加強(qiáng)巡邏，及時清理林下易燃枯落物，減少林火隱患。在易燃區(qū)設(shè)置防火隔離帶。第二，有效利用望火樓，做到及時發(fā)現(xiàn)、及時撲救。第三，加強(qiáng)工作人員的防火意識，及時更新防火觀念，學(xué)習(xí)先進(jìn)防火知識。第四，利用GPS定位系統(tǒng)[19]，對火源、火災(zāi)區(qū)域精準(zhǔn)定位，組織人員救援工作。

4 結(jié)語

本研究以塞罕壩機(jī)械林場為研究對象，對其生態(tài)安全格局進(jìn)行了分析并提出相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)建議。研究結(jié)果如下：

（1）根據(jù)研究數(shù)據(jù)分析，塞罕壩機(jī)械林場中森林景觀面積占比最大，為733.55 km2，占總面積的78.81%。（2）從水源涵養(yǎng)、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)、土壤病蟲害預(yù)防與生物多樣性保護(hù)、林火災(zāi)害防護(hù)4個角度分析了生態(tài)安全格局。水域高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在中部地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在南北縱向地帶，土層厚度風(fēng)險(xiǎn)性較低，易燃區(qū)與地表火易發(fā)區(qū)在全域均有分布，且分布較分散，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性極高。（3）結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究與本研究結(jié)果，從綜合生態(tài)防護(hù)與林火災(zāi)害防控兩個角度提出生態(tài)保護(hù)建議。