蘇北低山丘陵區典型森林生態脆弱性評價

于法展，陳龍乾，沈正平，仇方道

（1.中國礦業大學 江蘇省資源環境信息工程重點實驗室，江蘇 徐州221116；2.江蘇師范大學 城市與環境學院，江蘇 徐州221116）

近年來，隨著全球變化影響研究的加強，特別是對于人類活動及人地關系研究的深入，國內外已開展了大量有關生態脆弱性評價的研究與實踐［1－3］。但作為一個新的研究領域，關于生態脆弱性概念的界定還沒有相對統一的認識，其發生機制和影響因素研究還比較薄弱，生態脆弱性的評價體系及生態脆弱區的開發利用對策有待進一步加強［4－6］。此外，有關生態脆弱性評價方法的理論與實踐研究在地域上有局限性，目前我國多以西北干旱半干旱地區的典型生態脆弱性評價為主，而對山地丘陵脆弱區研究較少［7－9］。蘇北低山丘陵區典型性森林植被主要分布于江蘇省東北部和西北部的低山丘陵，前者如連云港近郊的前云臺山、中云臺山、后云臺山、錦屏山等，后者如徐州附近的馬陵山、大洞山、泉山、云龍山等。由于歷史的原因，蘇北低山丘陵區的森林植被曾受到極大的破壞，現有植被的長勢緩慢、生態效益低下，營造健康森林已經成為該地區生態環境建設的首要任務。森林生態系統的脆弱性極易導致森林及環境的問題產生，科學評價森林的生態脆弱性，以指導其開發和管理，對減少森林及避免森林環境的退化具有重要的現實意義［10－11］。本文以蘇北低山丘陵區現存的典型性森林植被為研究對象，試圖通過建立有效的森林生態脆弱性評價體系，對該地區森林生態脆弱性進行評價，以期為當地森林健康管理措施的制定提供科學依據。

1 評價理論與方法

1.1 森林群落生態脆弱性影響因子

造成森林群落脆弱性的原因有其先天的自然背景因素，但更多的與人類活動所造成的負面積累有關，是自然因素與人為因素相互作用、彼此疊加的結果。自然因素包括地質構造、地貌特征、地表組成物質、生物群體類型及氣候狀況等因子，是生態環境構成的物質基礎。地質構造運動通過改變或影響地表的物質和能量分配，奠定了地理過程發生的空間基本格局；地貌脆弱因子主要有石灰巖山地丘陵、山地陡坡不穩定風化垂直節理發展的深厚母質（或風化殼）山體、山地薄土層粗骨質陽坡等，這些地貌因子屬性及地貌過程，均容易造成脆弱生態環境的形成與演替［6］；生物群體結構反映了生態環境物質能量結構特征，如果物質結構簡單，則其內部物質能量過程不協調，生物群體結構容易遭到破壞，形成脆弱生態環境；氣候因子主要由光、熱、水的量和變率及其匹配關系形成，一般而言，干旱半干旱環境容易抑制植物生長，甚至造成枯萎而導致生態環境的脆弱，寒凍（日均溫0℃以下）則常導致寒漠脆弱環境的出現［7］；地表構成物質也是促成生態環境脆弱的標識因子，它一般與其他脆弱因子綜合作用。地表徑流對于地表物質的沖刷、剝蝕、運移是參與地質大循環的重要組成部分［2］。資源和環境與人類形成彼此共生、相互關聯的關系，自始至終處于動態平衡之中，而人類活動則處于這種關系的主導地位。如果人類活動與資源環境承載能力及再生能力協調，則生態環境處于良性演替，如果人類不合理開發利用，生態環境將會逆向演替，并將導致脆弱生態環境的產生［8］。并不是有自然脆弱因子存在，森林群落就一定脆弱；也不是沒有自然脆弱因子存在，森林群落就一定不脆弱。另外，即使有自然脆弱因子和人為的不利影響同時存在，森林群落也不是一定就脆弱，只要自然脆弱因子和人為不利因素的影響程度沒有超出森林群落的承受能力，森林群落就不表現為脆弱。同時，森林群落的脆弱性是相對而言的，絕對穩定的森林群落生態系統是不存在的［9］。

1.2 評價指標的構建

森林生態脆弱性是森林生態系統在特定時空尺度相對于外界干擾所具有的敏感反應和自恢復能力，是自然屬性和人類干擾行為共同作用的結果。即森林生態脆弱性是個宏觀概念，無論其成因、內部環境結構、外在表現形式和脆弱程度如何，只要森林在外界的干擾下易于向生態退化或惡化的方向發展，就都應該視為脆弱的森林［11］。本文采用層次分析法，構建4個層次的評價指標體系：第1層次是總目標層，即森林生態脆弱性；第2層次是分目標層，指出生態脆弱性從哪些方面去衡量，亦即生態脆弱性評價的基本判定指標；第3層次是準則層，該層的指標為具體分類指標，指出生態脆弱性各基本判定指標受哪些因素影響，以及從哪些方面來衡量；第4層次是指標層，即每一個準則層上的要素用哪些具體指標來表達，應用時可根據生態特征靈活選取適合當地的指標因子。森林生態脆弱性評價指標體系的構建詳見圖1。

圖1 森林生態脆弱性評價指標體系

1.3 森林生態脆弱性評價標準

將所有評價指標的脆弱度劃分成5個級別，即輕微脆弱、低度脆弱、中度脆弱、高度脆弱和極度脆弱，分別對應生態脆弱度值為20，40，60，80和100。對于其中一些定性指標通過專家打分（百分制）使其定量化，再根據評分值范圍確定評價指標生態脆弱度值［5］，建立的評價標準體系見表1。

1.4 指標權重的確定

對于森林生態脆弱性進行定量綜合評價，除準確選定評價指標以外，還必須確定各指標的權重，以期獲得較好的評價結果。權重的細微變化會對整個評價結果有重大影響［12］，即使評價指標選取過程很精確，若權重確定不合理，也會導致指標選取的不合理。指標權重的確定有很多種方法，如主成分分析、Delphi—AHP法等［13］。本文選用Delphi—AHP法，即依據專家經驗與專業知識來確定權重，具有一定的科學性，首先請林業專家、生態專家，按照郭鵬和鄭唯唯［13］改進的9級記分法作相對重要性判斷，得各指標權重的判斷矩陣；再采用幾何平均法計算劃分指標的權重；最后進行一致性檢驗：當CI＜0.1和CR＜0.1時即通過檢驗，否則須調整判斷矩陣。

表1 森林生態脆弱性評價標準

1.5 生態脆弱度的計算及生態脆弱度等級的劃分

生態脆弱度是一個相對的數值，旨在說明區域內差異，利用公式（1）來計算生態脆弱度 EVD［5］：

式中：EVDi——第i個評價單元的生態脆弱度，為最終復合結果值；n為各級指標層中指標總數；ρij——第i個單元第j個指標；wj——各指標的權重。

從評價指標的賦值可以看出，生態脆弱度的取值范圍為0～100，同樣把森林生態脆弱度分成5個級別，生態脆弱度的劃分標準見表2。

表2 森林生態脆弱度等級劃分標準

2 研究區概況與調查方法

2.1 研究區概況

研究區位于江蘇省的東北部和西北部，地理位置為東經116°22′—119°48′，北緯33°43′—35°07′，屬于暖溫帶季風氣候，受東南季風影響較大。年平均氣溫13.1～14.3℃，1月平均氣溫－1.2～0.0℃，7月平均氣溫26.3～27.0℃，極端最高氣溫40.6℃，極端最低氣溫－22.6℃；年平均降水量847.9～958.9mm，雨季降水量占全年的56%，且季節分配不均。地勢屬低山丘陵地帶，現存的典型性森林植被包括2個植被型，5個群系組，11個群系［14］（表3）（不包括竹林）。其中，赤松、黑松林與側柏林多為純林，物種多樣性很低，林下灌木層、草本層不甚發育，生長緩慢，病蟲害嚴重，它們是目前該地區低山丘陵上的主要森林類型；櫟類林和雜木林是該地區的地帶性植被類型，由于長期的人類破壞，現存面積很小，呈零星分布狀態；刺槐林則為純林，系人工林，分布較廣。

2.2 調查方法

2010年6—7月在位于蘇北低山丘陵區的前云臺山、中云臺山、后云臺山、錦屏山、馬陵山、泉山選擇具有代表性的森林植被（包括常綠針葉林、落葉闊葉林），設置了6塊測試樣地（圖2）。采用標準地調查法，從中選擇具有代表性的標準地進行研究，包含赤松、黑松、側柏、栓皮櫟、麻櫟、黃連木、黃檀、刺槐等主要森林植被群落。標準地面積為400m2，記錄經緯度、海拔、坡度、坡向等。每塊樣地設3個重復，根據區域景觀的實際情況，將喬木層和灌木層樣方面積設置為10m×10m，設置于樣地中心，在樣方內又設置3個1m×1m草本層小樣方，對于喬木層主要記載喬木的種類、株數、胸徑、高度、蓋度、多度等；對于灌木層和草本層則分別記載灌木和草本的種類、高度、數量和蓋度等；另外，還記錄各樣地的蓋度、坡向、坡度等環境因子，具體見表4。

表3 蘇北低山丘陵區主要森林植被類型［14］

表4 蘇北低山丘陵區各測試樣地概況

圖2 蘇北低山丘陵區各測試樣地具體位置

3 評價結果與分析

針對蘇北低山丘陵區所作的6塊森林植被群落標準地的調查，應用森林生態脆弱性評價指標體系，根據公式（1）對8種森林群落類型的生態脆弱度值進行計算。最終各典型性森林群落評價指標得分和生態脆弱性評價結果見表5。

表5 典型森林群落指標得分和生態脆弱性評價

由表5可知，蘇北低山丘陵區內8種森林群落類型的生態脆弱度值為43.34～75.92，從低度脆弱到高度脆弱不等，沒有出現極度脆弱的樣地，8種森林群落類型的生態脆弱度由高到低依次為：側柏、麻櫟、栓皮櫟、黑松、刺槐、黃連木、黃檀、赤松。由森林植被群落調查數據和實際情況可知，其生態脆弱性的主導原因各有不同：側柏分布在該地區低山丘陵的山脊或陽坡上部，生長環境較惡劣，土層較薄，基質多為石灰巖，土壤表面有石礫或大塊裸石，土壤侵蝕較為嚴重，喬木層只有側柏一種，較稀疏，郁閉度差，層次結構簡單，生物多樣性和森林更新能力均較低，靠近道路，受到一定的人為干擾，故側柏群落處于高度脆弱的狀態。栓皮櫟和麻櫟處于中度脆弱范圍，栓皮櫟多分布在該地區的半陽坡和半陰坡，生物多樣性較高，森林更新能力良好，人為干擾較為強烈，受旅游影響較大，生態條件遭到一定的破壞；麻櫟屬低度到中度脆弱過度類型，麻櫟林樣地多位于上坡位，生長環境不利，森林更新能力差，靠近旅游道路，受到一定強度的人為干擾，蓄積量較大，生物多樣性處于中等水平。赤松、黑松、黃連木、黃檀、刺槐屬低度脆弱，赤松、黑松群落外貌整齊，其郁閉度和蓄積量以及森林更新能力均處于較好的狀態，部分樣地土壤環境稍差，坡度較大，但距離旅游道路較遠，野營游憩等干擾不大，故其處于低度脆弱；黃連木、黃檀木和刺槐呈帶狀分布于山澗溝旁或山坡集水的微凹坡面等相對濕潤的環境，群落郁閉度較大，層次結構較為理想，林下更新良好，幼樹幼苗較多，較大郁閉度和枯落物層較厚保證了涵養水源功能，此外林火干擾及土壤侵蝕均優于其他群落，屬低度脆弱。

4 結論

（1）結合專業知識和專家經驗，通過層次分析法構建了適合蘇北低山丘陵區典型性森林生態脆弱性評價指標體系，制定了生態脆弱性評價標準，并根據生態脆弱度將森林植被劃分成5個不同的脆弱級別；利用評價指標體系及生態脆弱度模型對各評價指標數值進行處理，并確定各項指標的權重；最后通過加權綜合法對蘇北低山丘陵區典型性森林群落生態脆弱性進行了評價。結果表明，蘇北低山丘陵區典型性森林生態脆弱度排序為：側柏（75.92）＞麻櫟（54.95）＞栓皮櫟（53.61）＞黑松（49.63）＞刺槐（47.68）＞黃連木（45.69）＞黃檀（44.92）＞赤松（43.34）。

（2）根據生態脆弱度等級標準，蘇北低山丘陵區典型森林從低度脆弱到高度脆弱不等，沒有出現極度脆弱的樣地，由高到低依次為：側柏群落處于高度脆弱等級；栓皮櫟和麻櫟處于中度脆弱等級；赤松、黑松、黃連木、黃檀、刺槐屬低度脆弱等級。結果與實地調查的情況基本相符，說明所構建的指標體系具有適用性。不同生態環境下森林生態脆弱度是相對的，因為影響森林生態脆弱性的因素非常復雜，主要是森林結構和功能因子，包括植被群落蓄積量、物種多樣性、森林層次結構。另外，森林土壤厚度和人為干擾中的砍伐采挖對其森林生態脆弱性的影響也較大。

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