基于景觀穩定性的瀏陽市森林生態質量分析研究

郭曉妮，董雅雯，張 娟，丁 山

(1.國家林業和草原局中南調查規劃設計院，長沙 410014； 2.湖南省森林植物園，長沙 410116)

社會經濟的發展，人口急劇增多，資源大量消耗導致了生態環境急劇惡化，環境污染等生態安全問題日益突出，影響到人類的可持續發展[1-2]。筆者以瀏陽市森林資源為例，對森林生態質量進行分析評價研究，以期為生態安全、森林資源的保護和開發利用提供參考。

1 區域概況及方法

1.1 研究區概況

瀏陽市森林生態狀況良好，森林覆蓋率高(66.82%)，且集中分布。瀏陽市林業用地面積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 指標計算方法

采用移動窗口法來計算指標。移動窗口法用來反映景觀指數變異特征，分析景觀指數與環境因素間的聯系性，判定出景觀格局與自然、社會的相關性[3]。從左到右、自上而下的移動方式，移動距離為1個柵格像元大小。

2 森林生態質量評價理論方法

2.1 評價體系構建

森林生態質量高低決定于森林健康及森林景觀格局狀況的好壞[4-6]。一級指標選擇具有一定代表性和較強操作性的，在一級指標基礎上再細化出二級指標，需分別對喬木、灌木森林生態質量進行評價。在建立灌木評價體系時，一級指標層僅包括可持續性(B2)、地形敏感度(B3)和景觀適應度(B4)。見表1。

2.2 森林健康指標選取

選取系統活力性和可持續性2個指標作為森林健康評價指標。系統活力性包括齡組、平均胸徑和單位蓄積量3個測定因子；可持續性包括土層厚度、起源和郁閉度3個測定因子。灌木和喬木存在差異，不存在系統活力性指標，灌木森林健康僅考慮可持續性指標，可持續性指標中土層厚度、起源和郁閉度3個測定因子，評價標準詳見表2。

表1 森林生態質量評價體系目標層(O)準則層(S)一級指標層(B)二級指標層(C)森林生態質量評價森林健康(S1)森林景觀穩定性(S2)系統活力性(B1)可持續性(B2)地形敏感度(B3)景觀適應度(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(C41)優勢度指數(C42)聚合度指數(C43)分維數倒數指數(C44)斑塊豐度指數(C45)

2.3 森林景觀穩定性指標選取

2.3.1 地形敏感度指標選取

地形敏感度選取了海拔、坡度2個指標因子，詳見表3。

表2 森林健康的指標及評價標準指標因子分類標準幼齡林柏木、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

續表2 森林健康的指標及評價標準指標因子分類標準薄土≤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、人工促進天然更新可持續性飛播林飛機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 地形敏感度指數因子及評價標準因子分類標準高海拔≥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 景觀適應度指標選取

景觀適應度高低取決于景觀系統的功能及結構是否完善。采用景觀格局指數體現生態系統的多樣性程度[7]，因此，選取景觀類型斑塊豐度指數(PRD)、優勢度指數(DO)、破碎度指數(FN)、分維數倒數指數(FD)和聚合度指數(AI)。

3 結果與分析

3.1 森林生態質量計算

通過主成分分析，喬木森林健康度、森林健康穩定性的權重分別為0.534 7和0.465 3；森林健康包括系統活力性、可持續性，權重依次為0.029 3和0.505 4；森林景觀穩定性包括地形敏感度、景觀適應度，權重依次為0.383 9和0.081 3。灌木的森林健康度、森林健康穩定性的權重分別為0.220 5和0.779 5；森林健康僅包括可持續性，其權重為0.2205；森林景觀穩定性包括地形敏感度、景觀適應度，權重依次為0.269 2和0.510 3。森林生態質量狀況如圖1所示。

圖1 瀏陽市森林生態質量

3.2 森林生態質量分析

利用自然斷裂法對森林生態質量狀況進行分類，包括喬木生態質量狀況、灌木生態質量狀況。如表4所示，喬木、灌木生態質量均劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級5個等級。

喬木不同生態質量狀況等級，按面積由大到小依次為極好>良好>一般>好>差；其對應的面積分別為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%。結果表明，喬木生態質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%。灌木不同生態質量狀況等級，按面積由大到小依次為良好>一般>極好>差>好；其對應的面積分別為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%。結果表明，生態質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%，生態質量狀況差、好的占灌木林總面積均低于10%。

表4 瀏陽市森林生態質量面積及百分比森林生態等級生態級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

綜合分析森林生態質量狀況(圖1)，森林不同生態質量狀況等級，按面積由大到小依次為為極好>良好>一般>好>差；其對應的面積分別為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%。結果表明，森林生態質量狀況處于極好、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環境整體狀況良好。

瀏陽市森林生態質量總體呈現四周優于中部區域，海拔較高區域優于海拔較低區域。其中：質量極好和好的主要分布在北部及東部地區，該區域林地以天然林為主，多為近熟林和成熟林，森林生態質量明顯優于其余地區；質量良好、一般的主要分布在中部和西部地區，該區域林地以經濟林為主，大多為幼齡林、中齡林；質量差的主要分布在中部地區，該區域人口較多，人為干擾多，對森林生態質量影響很大。

4 結論與討論

結合森林生態系統的內部基礎構架、外部形態特征和景觀生態學基本理論，從森林健康和森林景觀穩定性2個方面，構建了多層次的森林生態質量評價體系，森林生態質量整體狀況良好，不同生態質量狀況等級按面積由大到小依次為極好>良好>一般>好>差。對森林生態質量進行分析研究，了解其質量狀況及分布，對瀏陽市生態安全、森林資源的保護和開發利用具有實踐指導意義，為政府能應對森林生態變化，及時作出合理、有效的反應方案，具有重要參考價值。

本研究從森林景觀斑塊之間的相互作用及自身的生態狀況2個角度，選取森林健康、森林景觀穩定性2個綜合指標，構建森林生態質量評價體系，提出了森林生態質量評價的思路。但受限于數據獲取途徑，未將水源涵養、固碳釋氧等生態服務價值影響因素列入考慮范圍，今后在進一步的分析研究中，可通過實地調研的方式加以完善。