基于景觀生態學的福建沿海防護林安全分析

福建省環境監測中心站 李翠萍

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基于景觀生態學的福建沿海防護林安全分析

福建省環境監測中心站 李翠萍

通過對1994年和2005年兩個時相的TM遙感影像的處理和解譯，選取生態安全相關景觀指數，利用Fragstats3.3進行計算，結合防護林的結構、木麻黃林、病蟲害以及其它等方面對沿海防護林的生態安全進行了分析。分析結果表明：福建沿海防護林整體防護功能在下降，農田防護林網結構的差異也使農田的產量及人類生產生活受到一定的影響，沿海防護林的生態安全受到了很大程度的威脅。

沿海防護林 景觀生態學 生態安全

1 引言

生態安全是指在一定時空領域內，人類社會所賴以生存的系統處于良性循環，能滿足人類社會可持續發展的一種狀態[1]，福建沿海地區的防護林對沿海地區人們的生產生活有著巨大的保護作用，是臺風等各種自然災害的天然屏障，也是經濟發展必不可少的一部分，但同時沿海防護林生態系統也具有敏感性和脆弱性，容易受人類活動的影響，導致生態安全受到威脅，甚至對整個區域的生態安全構成威脅。本文主要針對沿海地區防護林的生態安全進行研究。

2 研究區概況

本研究區域介于東經117°11′～120°26′和北緯23°37′～27°10′之間，包括沿海地區的33個縣（市、區），從福鼎市到詔安縣自東北向西南展布，長約535km，寬70~100km，占全省總面積的22.1％。地勢西高東低，海拔在500m以下，地貌類型以丘陵為主，平原面積較小。受海洋的調節，具有典型的亞熱帶海洋性季風氣候特征，多年平均氣溫為17.3℃～21.3℃，多年平均降水量在1000～1200mm之間，具有風力大的特點，受臺風等影響，最大風速多出現在夏季。本區原生植被受到人為破壞，取而代之的是人工植被和小面積次生群落，水土流失較為嚴重。同時本區的經濟發展最快，人口也相對集中，自1990年到2000年人口更進一步向沿海集中，比重從72.8％提高到76.3％，對生態環境的壓力進一步加大。

3 研究方法

3.1 數據來源及處理

根據研究區的范圍，利用已有縣（市、區）的矢量圖，通過ERDAS IMAGINE8.7對兩期已經配準過的影像進行剪切，結合野外考察工作所收集和總結的基礎數據和各種資料，以及1：160萬森林分布圖和1：160萬植被類型圖等基礎材料，建立遙感影像的解譯標志并進行精度評價，精度達到80.9％。運用GIS軟件對圖件進行數字化處理，最后進行圖像的信息提取，繪制沿海防護林景觀類型圖，如圖1和圖2。

圖1 1994年沿海防護林功能景觀類型圖

圖2 2005年沿海防護林功能景觀類型圖

3.2 防護林生態安全景觀指標選取

運用景觀格局進行區域生態安全研究也需要引入相應的景觀結構指標，它也是生態安全體系的重要因子群組。對于一個特定的研究，需要在充分了解所用指標特點的前提下，根據研究的具體內容和目的，選取能說明問題、盡量簡單的指標[2-3]。本文將研究區的防護林按功能用途劃分為6種類型，分別為農田防護林、水土保持林、水源涵養林、防風固沙林、海岸防護林、道路防護林。并選取能夠反映其生態安全的景觀指數，包括斑塊數量(NP)、平均面積(AREA_MN)、分維數(FRAC_MN)、景觀密度(PD)、分離度(SPLIT)以及蔓延度指數(COHESION)。

4 防護林景觀生態安全分析

4.1 景觀格局變化對沿海防護林生態安全的影響分析

根據Fragstats3.3景觀格局分析軟件的計算，得到景觀格局指數如表1，經過10多年的變化，各項景觀指數也隨之發生變化，斑塊個數的6種類型均在增加，增加幅度最大的是防風固沙林，增加了32.79％，道路防護林和水土保持林增加幅度相對較少，只有14.71％和11.14％；從斑塊密度上來看，防風固沙林、海岸防護林以及農田防護林均有所增加，其中防風固沙林增加了0.2623，通過斑塊個數和斑塊密度的變化，表明防護林整體的破碎程度均在不斷地加深，防護固沙林的破碎程度最大，說明人類活動對防護林的影響越來越大。

平均面積總體在不斷減少，其中海岸防護林的平均面積下降了41.86％，其它類型下降均在10％以內。由于海岸防護林在沿岸最前沿地帶，受各種大風天氣影響巨大，加之近年來對沿海地區的開發，大面積的防護林被砍伐，使其平均面積在不斷減小。分維數的變化中，水源涵養林變化較大，上升了0.0195，說明水源涵養林的形狀更趨向復雜，而海岸防護林和農田防護林的分維數有所下降，說明受人類和各種自然因素影響，形狀趨于簡單化。

防護林蔓延度增加幅度為：道路防護林＞水土保持林＞水源涵養林＞防風固沙林，說明各種類型的連接性不斷增加，雖然道路防護林的連接性增加最多，但是其面積較小，所以對整體防護林的影響不大；農田防護林和海岸防護林的蔓延度下降較多，主要由于這兩種類型分布在平原地區，受人為活動影響較大，破壞程度較高，導致其連接性變差。防風固沙林、海岸防護林以及農田防護林的分離度也在不斷增加，其中農田防護林分離最大，表明這三種類型景觀斑塊間的分離程度在加大。景觀類型的連接性逐漸降低，分離程度不斷擴大，說明人類活動對自然景觀的改造程度不斷加深，并使得防護林的防護功能不能得到充分發揮，甚至在前沿地帶的防護林以及農田防護林的防護功能已經大大降低。

表1 1994年和2005年各種防護林類型的景觀生態安全指數

4.2 防護林結構對沿海防護林生態安全的影響分析

沿海防護林最主要的功能就是改善陸地表面的物理特征，阻擋風害速長驅直入，減弱風害能量。現有農田防護林和海岸防護林被伐較多，殘缺不全，未能構成完整的防護網絡體系，防御風害的能力脆弱。根據平潭島蘆洋農場林網風速測定研究，選取兩條較密和兩條較疏的林帶進行測定，分別在林帶前和林帶后60m和30m進行測定，對每條林帶分別觀測3次，觀測時間為2009年3月1日，風向北偏東30度。研究中，林后30m和林后60m降低的比例都是以林前30m為基礎，由于農田防護林網林前60m，與其前一林帶的距離較近，觀測的結果可能受前面林帶的影響，所以選林前30m的值。表2和表3分別為觀測林帶的基本情況和測定結果，觀測結果得到在兩條較密的林帶在林后30m和林后60m風速分別平均降低44.13％和23.34％、55.93％和34.58％，而兩條較疏的林帶分別平均降低11.86％和10.20％、20.19％和17.68％。從以上結果可以看出，防護林的疏密程度對防風固沙的能力有很大的影響，直接影響到農田的生產力和農田的生態安全，以及人類各項經濟活動。

表2 觀測林帶的基本情況

表3 平潭島蘆洋鄉農田防護林測定風速

4.3 木麻黃林的變化對沿海防護林生態安全的影響分析

木麻黃防護林從上世紀50~60年代開始在沿海地區種植，顯著改善了沿海地區的生態環境，發揮出防風固沙、保持水土等方面的防護作用，但經過幾十年的生長，加之濱海沙地惡劣的自然條件及人為因素的影響，成為防護林類型中生態安全問題最嚴重的樹種類型。首先是木麻黃二代更新不良，經過幾十年的生長導致土壤肥力大量消耗，特別是土壤中的鉬元素被大量消耗[4]；其次木麻黃的病蟲害也是影響生態安全的一個主要方面。目前我國木麻黃主要受蛀干害蟲星天牛、多紋豹蠹蛾，食葉害蟲木毒蛾、棉蝗等影響，其中星天牛、多紋豹蠹蛾、相思擬木蠹蛾等3種蛀干害蟲的危害更嚴重，受害率可達20％[5]。人為活動對木麻黃林的影響也是巨大的，上世紀90年代前人們把木麻黃林下的枯枝落葉全部收走，使得土壤的養分不能夠重新回到土壤中，導致土壤肥力越來越低，影響直至今日，加上近年來對海濱的開發，東山佰億新城的建設和平潭島龍王頭堤壩的建設，沿海岸砍掉了數百米寬的木麻黃林，使最前沿地帶的防護林帶缺失，導致林帶中的沙不斷堆積，減弱或失去了防護林的防風功效；東山沿岸鮑魚的養殖，土壤中pH值的含量也在不斷增高，以致木麻黃大面積死亡，面積不斷減小，以及低效林不斷增加，使生態安全受到十分嚴重的威脅。

4.4 病蟲害對沿海防護林生態安全的影響分析

森林病蟲害是制約沿海防護林生態安全的重要因素之一，沿海防護林的類型及某些生態因子的改變導致病蟲害的頻繁發生發展，甚至暴發成災。目前，危害福建沿海防護林的病蟲近200種，主要的有馬尾松毛蟲、木麻黃青枯病、松針褐斑病、松枯梢病、星天牛、多紋豹蠹蛾、相思擬木蠹蛾、麗綠刺蛾、棉蝗等，嚴重威脅著沿海防護林的生長安全。木毒蛾早在1977年蔓延到所有沿?？h(市)、區，面積達到615萬hm2,占沿海木麻黃面積的1/3；松針褐斑病至少已達2000hm2[6]；松枯梢病作為一種世界性的毀滅性病害，在福建沿海大部分地區的防護林中普遍發生和蔓延[7]；多紋豹蠹蛾危害也相當嚴重，嚴重的年份達2300hm2；馬尾松毛蟲近年有216萬hm2左右暴發成災[6]；棉蝗在惠安、長樂等一帶沿海偶發性猖獗危害；近年來在云霄縣和龍海市紅樹林自然保護區發現有100hm2的紅樹林受麗綠刺蛾危害，平均被害率達40 ％左右[5]。這些病蟲害嚴重制約了沿海防護林各種防護功能的發揮，更重要的是對防護林的生態安全造成極大的影響。

5 結果與討論

本文從景觀格局指數、防護林的不同結構、木麻黃林及病蟲害等方面對防護林的生態安全進行深入的探討。研究結果表明：首先，根據各種景觀指標的結果分析，防護林整體的破碎度在不斷加大，特別是防護固沙林的破碎程度最大，防護林的平均面積也在不斷減小，在平原地區的防護林受人為因素影響，形狀越來越趨于簡單化，蔓延度和分離度的變化也表明農田防護林和海岸防護林的連接性在降低，人類活動對防護林景觀的改造也不斷加深，使得防護林的整體防護功能在降低，對防護林生態安全構成較大的威脅；其次，對不同的防護林結構研究表明，林分較稀疏的防護林的防護功能很低，存在一定的生態安全問題，對農田的產量以及人類活動會造成一定的影響；第三，木麻黃林防護林受到的威脅最為嚴重，生態安全問題最為顯著，其最主要原因是由人類活動造成的；第四，防護林病蟲害問題對沿海防護林的生態安全影響較大，所以我們必須重視防御和治理工作，減少它對沿海防護林生態安全的威脅。

[1] 林福柏.福建沿海城市生態安全評價研究[D].廈門:廈門大學碩士學位論文,2009.

[2] 陳文波,肖篤寧,李秀珍.景觀指數分類、應用及構建研究[J].應用生態學報,2002,13(1):121-125

[3] 李秀珍,布仁倉,常禹等.景觀格局指標對不同景觀格局的反應[J].生態學報,2004,24(1):123-134.

[4] 曾煥生.福建沿海地區木麻黃跡地更新問題研究[J].防護林科技,2005,(5):6-8,

[5] 丁珌等.木麻黃三種蛀干害蟲生物防治技術的研究[J].防護林科技,2000,(專輯) :72-75.

[6] 福建省沿海防護林體系建設工程指揮部.福建沿海防護林[M].福州:福建科學技術出版社,1995.

[7] 郭祥.沿海防護林主要病害的防治策略.見:福建省科學技術協會第二屆青年學術年會——中國科協第二屆青年學術年會衛星會議論文集[C].福州:福建科學技術出版社,1995.