全 文 ：第 35 卷第 7 期
2015年 4月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.7
Apr.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家科技支撑计划项目(2015BAD38B04); 长江三峡库区(秭归)森林生态定位站项目资助
收稿日期:2013鄄06鄄05; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄05鄄08
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: leijp@ caf.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306051360
于金涛, 雷静品, 王鹏程, 肖文发.秭归县防护林健康评价指标体系的建立及应用.生态学报,2015,35(7):2094鄄2104.
Yu J T, Lei J P, Wang P C, Xiao W F.Health evaluation model of shelterbelt and its application in Zigui County of the Three Gorges Reservoir area.Acta
Ecologica Sinica,2015,35(7):2094鄄2104.
秭归县防护林健康评价指标体系的建立及应用
于金涛1, 雷静品2,*, 王鹏程1, 肖文发3
1 华中农业大学园艺林学学院, 武汉摇 430070
2 中国林业科学研究院林业所, 北京摇 100091
3 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京摇 100091
摘要:以秭归县防护林为研究对象,通过传统生态学调查和相关室内分析,在林分水平上建立了包括林分结构、林分功能、生态
环境和健康风险 4个一级指标、20个二级指标的防护林健康评价指标体系。 在综合相关林分健康评价的基础上,制定防护林
健康评价指标优劣等级表,采用 Delphi鄄AHP 法设置指标权重,利用生态系统健康综合指数模型计算防护林健康指数,分析秭归
县防护林健康状况。 结果表明:秭归县防护林健康综合指数的范围在 0.5000—0.9000 之间,健康指数均值为 0郾 6921,秭归县防
护林整体处于亚健康状态;9种防护林类型健康状况排序为:阔叶混交林>针阔混交林>针叶混交林>阔叶纯林>马尾松纯林>柏
木纯林>其它针叶纯林>经济林>灌木林,即是混交林>纯林>经济林>灌木林;秭归县防护林健康指数具有空间变异性,在水平
方向上,秭归县辖下乡、镇防护林健康指数从南向北有逐渐递减的趋势,在垂直方向上,防护林健康指数随海拔增高逐渐增大,
海拔 1000 m以上逐渐降低,健康指数表现出随海拔升高由小变大、又由大变小的变化特点。
关键词:秭归县; 防护林; 林分; 指标体系; 健康评价
Health evaluation model of shelterbelt and its application in Zigui County of the
Three Gorges Reservoir area
YU Jintao1, LEI Jingpin2,*, WANG Pengcheng1, XIAO Wenfa3
1 College of Horticulture and Forestry, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
2 Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
3 Research Institute of Forest Ecology Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
Abstract: Based on the traditional forest field surveys and related analysis, twenty indexes in four aspects of forest stand
structure, forest stand functional, ecological environment, and health risks were selected to represent the shelterbelt forest
health status. As a result, the health evaluation model of shelterbelt was developed. Additionally, the weights and levels of
different aspects and factors were then determined according to the Delphi鄄AHP model and its ecological significances. To
illustrate the health evaluation model, the health status of shelterbelt in Zigui Country was evaluated. The evaluation results
showed that the health index of shelterbelt in Zigui Country varied at the range from 0.5000 to 0.9000. Its mean value was 0.
6921. The results indicated that the shelterbelt in Zigui Country were in the sub鄄health state. But, the health status is
different in the nine types of forests. The health rank is broad鄄leaved mixed forest>coniferous and broad鄄leaved mixed forest
>coniferous forest>broad鄄leaved forest>masson pine forest>cedar forest>other coniferous forest>economic forest>shrubbery.
It revealed that the health ranks of forest vegetation types varied along the order of the mixed forest> pure forest>economic
forest>shrubbery. Additionally, a significantly spatial heterogeneity was founded in the health status of shelterbelt in Zigui
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Country. The health index of shelterbelt varied along with a decreasing trend from south to north in Zigui Country. The
shelterbelt in the southern area had better health status. A single peak trend in topography was also founded in the health
status of shelterbelt in Zigui Country. The health index of shelterbelt increased below 1000m while decreased above 1000m.
Key Words: Zigui County; shelterbelt; forest stand; index system; forest health evaluation
健康的生态系统是人类可持续发展的重要前提。 防护林作为生态系统的重要组成部分,以保持水土、涵
养水源、防风固沙、调节气候、减少污染、减轻灾害为主要目的[1鄄4],是人为干预实现生态系统恢复的最普遍、
最有效的生态工程[5]。 防护林研究最早出现于 1843年,前苏联建立了第一个防护林试验站———卡明草原农
田防护试验林,由此拉开了各国营造、经营、监测、评价防护林的序幕。 其中,较有影响力的有美国大草原各州
林业工程计划(即罗斯福工程)、前苏联的斯大林改造自然计划以及我国的三北防护林工程。 我国防护林营
造规模在 20世纪发展很快,第六次全国森林资源清查时防护林面积占森林总面积的 31%,在一定程度上改善
了生态环境和人民群众的生产生活条件,但是防护林营造和经营管理中也出现了不同程度的问题,如防护林
早衰现象,林分结构不合理,经营管理粗放等[6]。 这些问题在一定程度上反映了防护林的健康经营落后于防
护林的建设,因此,有必要对我国现有防护林的健康状况进行研究,构建适合防护林健康评价的指标体系和评
价方法,以指导我国防护林资源的保护、防护林质量的提高、防护林生态服务功能的充分发挥以及防护林资源
的可持续经营。 我国对防护林健康研究起步较晚,对防护林健康的概念还尚未形成统一,但是我国学者对于
防护林健康的研究主要有三个出发点:一是生态系统观念———针对生态系统的组织结构、自我调节能力和对
胁迫的抵抗能力或恢复力等防护林自身生长状况的健康[7];二是功利主义观念———针对涵养水源、防风固
沙、保持水土、固碳释氧等防护林生态功能发挥状况的健康[8鄄9];三是平衡两者的综合考虑[10]。 前两者对防护
林健康的研究过于片面,应当平衡两者综合考虑,才能对防护林健康进行较全面的评价。
秭归县地处湖北省宜昌市,位于三峡工程坝上库首,地理位置显要。 全县总面积为 2427 km2,2012 年有
林地面积为 1388 km2,占土地总面积的 57.19%,防护林覆盖率较高。 但是,秭归县防护林多处于中、幼龄期,
人工林面积较大,占防护林总面积的 41.75%,且防护林结构较为单一。 秭归县特殊的地理位置决定了防护林
的生态战略地位,防护林的健康状况对于维持稳定的生态环境具有重要作用。 目前,对于防护林的研究主要
涉及森林与土壤侵蚀的相关性研究[11]、水土保持效益研究[12]、生态服务价值研究[13],尚未见林分水平上防
护林健康状况综合评价的研究。 因此,本文探索在林分水平上对秭归县防护林进行全面评价,对防护林的现
状和当前存在的问题进行客观评估,为防护林的规划和可持续经营提供理论依据。
1摇 研究区域概况
秭归县地处东经 110毅00忆—110毅18忆,北纬 30毅37忆—31毅11忆,属于亚热带大陆性季风气候,四季分明。 全县
年平均气温 17.9 益,年平均降水量 1006.8 mm。 境内山脉为巫山余脉,平均海拔为 800 m,地势西南高、东北
低,属长江三峡山地地貌。 全县土壤类型主要有黄壤、黄棕壤、棕壤、石灰土、紫色土、潮土和水稻土等 7 种土
壤类型。 秭归县植物物种较为丰富,森林结构多样,植物群落包括 6个大类、12个亚类和 5个区系。
2摇 研究方法
2.1摇 防护林林分类型的划分
由于秭归县特殊的地理位置,本研究将县域内所有森林都视为防护林。 根据秭归县防护林优势树种组
成、分布面积,归纳总结秭归县林业的相关研究[14鄄15],为调查、研究、分析的方便,将全县防护林分为马尾松
(Pinus massoniana)林、柏木(Cupressus funebris)林、其它针叶(杉木(Cunninghamia lanceolata)、华山松(Pinus
armandii)、油松(Pinus tabulaeformis)、落叶松(Larix gmelinii)等)纯林、其它阔叶(刺槐(Robinia pseudoacacia)、
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栓皮栎(Quercus variabilis)、麻栎(Quercus acutissima)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)等)纯林、针叶混交林(马尾
松杉木混交林、马尾松柏木混交林等)、阔叶混交林(栎类混交林、油桐栎类混交林等)、针阔混交林(马尾松栎
类混交林、柏木栎类混交林等)、灌木林(马桑(Coriaria nepalensis)、黄栌(Cotinus oggygria)、檵木(Lorpetalum
chinense)等)、经济林(柑橘(Citrus reticulata)、板栗(Castanea mollissima)等)等 9种林分类型。
2.2摇 样地调查设计
依据不同林分类型的汇总面积,在 12个乡、镇共设置 157个随机样地,每个样地设置 3个土壤剖面,每个
剖面取 2个土样,共 942个土样。 样方调查采用随机抽样方法获取基础数据,样地设置为 20 m伊20 m,并在其
中设置 4个 2 m伊2 m灌木小样方,在各灌木小样方中设 1 m伊1 m的草本小样方。 样地调查内容和方法:(1)
立地条件调查:海拔、经纬度、坡度、坡位、坡向、土壤类型、土层厚度等环境因子;(2)乔木层调查:林分起源、
林龄结构、树种组成、郁闭度、树高、胸径等;(3)灌木层调查:盖度、种类以及乔木更新情况等;(4)草本层调
查:盖度、种类等;(5)凋落物、腐殖质调查:在样地内坡上、中、下各均匀设置面积为 1 m伊1 m 的小样方 3 个,
用铲子划出边界,钢卷尺测量腐殖质层和凋落物层厚度,并估算枯落物层盖度;(6)土壤状况调查:在样地内
的上、中、下坡位各挖一个典型剖面,在剖面 0—20 cm土层中部用环刀取土,重复一次,用于测量土层厚度、土
壤孔隙度等物理性质[16],再用塑封袋取土样带回实验室,测其土壤有机质等化学性质[17]。
通过以上调查可获得秭归县防护林总体概况(表 1)。
表 1摇 秭归县不同类型防护林基本概况淤
Table 1摇 Basic information of various category of shelterbelt in Zigui County
林分类型
Stand type
样地数
Samples number
经度(E)
Longitude
纬度(N)
Latitude
海拔
Elevation / m
坡度
Slope / (毅)
郁闭度
Closure
马尾松林
Pinus massoniana forests 29
110毅23忆32义
110毅58忆29义
30毅42忆58义
31毅06忆45义 328—1108 10—38 0.25—0.9
柏木林
Cupressus funebris forests 13
110毅23忆34义
110毅50忆27义
30毅49忆55义
31毅09忆03义 237—963 15—35 0.3—0.7
其它针叶林
Other coniferous forests 10
110毅25忆52义
110毅56忆18义
30毅45忆55义
31毅04忆03义 612—1413 5—37 0.3—0.6
阔叶林
Broad鄄leaved forests 19
110毅23忆54义
110毅58忆27义
30毅41忆57义
31毅09忆08义 232—1396 10—35 0.2—0.8
针叶混交林
Mixed coniferous forests 13
110毅25忆58义
110毅54忆25义
30毅43忆27义
31毅04忆12义 488—1075 10—45 0.4—0.7
针阔混交林
Coniferous鄄broadleaved mixed forests 26
110毅23忆53义
110毅57忆51义
30毅43忆53义
31毅09忆25义 261—1206 5—45 0.4—0.75
阔叶混交林
Broad鄄leaved mixed forests 11
110毅25忆37义
110毅58忆01义
30毅43忆39义
30毅51忆01义 287—1143 5—45 0.3—0.8
灌木林
Shrub communities 10
110毅31忆04义
110毅49忆45义
30毅50忆27义
31毅05忆43义 209—1347 20—77
经济林
Economic forests 26
110毅28忆50义
110毅54忆54义
30毅49忆16义
31毅09忆26义 175—1084 5—35 0—0.8
摇 摇 淤“空白冶表示没有这项指标
2.3摇 指标体系建立
防护林健康既包含生态系统所具有的稳定的组织结构、较强的自我调节能力和对胁迫的抵抗能力或恢复
力等防护林自身生长状况的健康,又包含涵养水源、保持水土、固碳释氧等防护林生态功能发挥状况的健
康[18]。 换言之,健康的防护林一般具有以下特征:(1)具有复杂的结构,结构的复杂化是保持其生态系统稳定
性的前提;(2)具有满足人类适度需要的生态服务能力;(3)具有异质的生态环境,复杂的生态环境为丰富的
生物提供适宜的栖息地;(4)具有抵抗外界适度干扰的能力以及自主恢复到稳定状态的能力。
遵循健康防护林的特征,在防护林健康评价指标中应涉及到结构、功能、环境、抵抗力或恢复力,才能建立
全面、系统的评价指标体系。 因此,本研究采用“林分结构鄄林分功能鄄生态环境鄄健康风险冶的框架构建系统化
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评价指标体系(图 1)。
指标的选取依据科学性、可操作性、系统性和独立性的原则。
(1)科学性原则摇 需能反映秭归县防护林的主体现状,并且概念准确、清晰明了,选取指标必须科学反应
防护林的状况;
(2)可操作性原则摇 指标具有可测性和可比性,便于操作应用;
(3)系统性原则摇 指标体系能全面、系统反映防护林的主要特征和状态,全部指标组成完整的评价系统;
(4)独立性原则摇 各指标间应相互独立,不交叉,避免重复评判带来的误差。
图 1摇 防护林健康评价指标体系
Fig.1摇 Indicators system of shelterbelt health assessment
2.4摇 指标计算方法
(1)更新幼苗数(株 / m2)=更新幼苗数(株) /样地面积(m2)
(2)生产力摇 采用净初级生产力[19] 摇 NPP(t hm-2 a-1)=总生产量(t / hm2) /林分平均年龄(a)
(3)涵养水源摇 采用林内降水贮存量(m3 / hm2) [20] = 1000 m2伊林内土壤平均深度(m) 伊林内土壤的非毛
管孔隙度。
(4)保持水土摇 采用土壤侵蚀程度间接衡量防护林的保持水土功能,具体分类依据土壤侵蚀分类分级
标准[21]。
(5)固碳释氧[22] 摇 G= 1.63伊CO2中碳的含量伊林分净生产力+1.19伊林分净生产力
(6)凋落物量=凋落物盖度伊凋落物厚度
(7)土壤孔隙状况摇 采用非毛管孔隙度。
(8)土壤有机质(g / kg)= 1.724伊土壤有机碳(g / kg)
(9)病虫害[23] =(受害株数 /样地总株数)伊100%
(10)人为干扰摇 人为干扰程度分为三级,轻度或无干扰:偶有人进入林内收集枯落物;中度:人为干扰活
动主要有打枝、收集枯落物等;重度:遭受伐木、放牧、砍柴、收集枯落物、丢放生活垃圾等[24鄄25]。
(11)火险等级摇 通过总结鲁绍伟等的研究成果[26],并结合秭归县防护林的实际状况,选取树种组成、林
龄、郁闭度、灌草盖度、坡度、坡向、海拔、枯落物量 8个火险等级指标(表 2),通过统计学方法将各因子叠加,
计算获得火险等级指数。
2.5摇 指标量化方法
本文采用等级评分法进行评价指标的量化处理。 评价指标优劣等级划分,参照森林可持续状况评价导
则[27],将每个评价指标基准值划分为“好冶、“中冶、“差冶 3 个等级,并利用黄金分割法依次为各个等级赋值
1郾 0、0.62和 0.38(表 3)。
2.6摇 指标权重设置
防护林健康评价指标体系建立后,进行指标权重的设置。 目前,此类研究使用较多的是 Delphi鄄AHP 法,
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可操作性强。 首先邀请森林生态学、景观生态学、树木学、森林经理学、森林土壤学等学科专家各 10人进行专
家打分,并通过 yaahp软件获得权重判断矩阵,然后计算出其最大特征根对应的特征向量,并通过一致性检
验,即获得评价指标的权重(表 3)。
表 2摇 构成火灾等级 8因子的等级划分
Table 2摇 Eight factors of the vectors of forest combustibility classification
等级
Grade
树种组成
Tree species
composition
林龄
Forest age
郁闭度
Clousure
灌草盖度
Shrub and
grass cover
坡度
Slope / (毅)
坡向
Aspect
海拔
Elevation / m
凋落物厚度
Litter
thickness / cm
1 榆树 Ulmus pumila,刺槐 Robiniapseudoacacia,经济林
异龄林、中
龄林、近熟林 >0.6 <0.3 臆5 北、东北 >1400 <1
2 落叶松 Larix gmelinii,栎类 成、过熟林 0.5—0.6 0.3—0.4 6—15 东、西北 800—1400 1—2
3
马尾松 Pinus massoniana,
杉木 Cunninghamia lanceolata,
华山松 Pinus armandii,
油松 Pinus tabulaeformis,
柏木 Cupressus funebris
阔叶幼龄林 0.4—0.5 0.4—0.5 15—25 东南、西 <800 2—3
4 灌木林 针叶幼龄林 0.3—0.4 0.5—0.6 25—35 南、西南 3—4
5 <0.3 >0.6 35—45 >4
表 3摇 防护林健康状况评价指标优劣等级及权重
Table 3摇 Assessment scale and index weight of shelterbelt health
一级指标
Level indicators
二级指标
Secondary indicators
评价指标优劣等级 Evaluation index level
好( 1.0 )
Better( 1.0 )
中( 0.62 )
Good( 0.62 )
差( 0.38 )
Bad( 0.38 )
林分结构 林分起源(0.1251) 天然林 次生林 人工林
Stand structure 林龄结构(0.1703) 异龄林,或近、成熟林 中龄林 幼龄林
(0.3231) 更新幼苗数(0.2395) / (株 / m2) >1 0.5—1 <0.5
郁闭度(0.1086) >0.6 0.3—0.6 <0.3
灌木层盖度(0.0470) >0.6 0.3—0.6 <0.3
草本层盖度(0.0584) >0.6 0.3—0.6 <0.3
物种多样性(0.2511) 阔叶混交林、阔叶树为主的针阔混交林,物种丰富
针阔混交林,阔叶树比重
逸30%,物种较丰富
建群树种为针叶树或为单
一的灌草植被
林分功能 生产力(0.4812) / ( t / hm2 a) >13 6—13 <6
Functions of forest 涵养水源(0.1470) / (m3 / hm2) >800 187.7—800 <187.7
stands(0.4166) 保持水土(0.1859) 轻度 中度 强度
固碳释养(0.1859) / ( t / hm2 a) >8.24 4.12—8.24 <4.12
生态环境 坡度(0.0040) / (毅) <15 15—35 >35
Ecological environments 土层厚度(0.2017) / (cm) >60 30—60 <30
(0.0775) 凋落物量(0.1577) / (m3 / m2) >0.035 0.01—0.035 <0.01
腐殖质厚度(0.2146) / cm >20 10—20 <10
土壤孔隙状况(0.1427) / % >11 3—11 <3
土壤有机质(0.2318) / (g / kg) >30 20—30 <20
健康风险 病虫害(0.5262) / % <5 5—20 >20
Health risk(0.1828) 人为干扰(0.3132) 轻度或无干扰 中度 重度
火险等级(0.1606) <10 10—20 >20
2.7摇 指标评价方法建立
本研究综合生态系统健康评价过程中的生态系统健康综合指数模型[28鄄29],根据防护林健康评价指标体
系对防护林健康状况评价。 计算方法如下:
8902 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
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HI = W1移
m
i = 1
w iOi + W2移
m
j = 1
w i fi + W3移
m
k = 1
w iri + W4移
m
l = 1
w iSi
式中,HI为防护林健康综合指数;oi、f j、rk、sl分别代表林分结构、林分功能、健康风险和生态环境一级指标中的
二级指标的得分;w i、w j、wk、w l分别代表林分结构、林分功能、健康风险和生态环境一级指标中的二级指标的
权重,并且:
移
m
i = 1
w i = 1,摇 摇 移
n
j = 1
w i = 1,摇 摇 移
u
k = 1
w i = 1,摇 摇 移
v
l = 1
w i = 1
式中,W1、W2、W3、W4分别代表林分结构、林分功能、健康风险和生态环境一级指标的权重,并且:
W1+W2+W3+W4 = 1
图 2摇 秭归县防护林样地健康指数概率分布图
Fig.2摇 The probability distribution of health indicators of shelterbelt
plots in Zigui County
3摇 结果与分析
3.1摇 防护林健康等级划分
依据生态系统健康综合指数模型,计算获得秭归县
防护林健康指数分布范围在 0.50—0.90之间,主要集中
在 0.65—0.75 之间,共有 103 块样地,占总样地数的
66%,而小于 0.6的样地有 23个,大于 0.80的样地有 31
个(图 2)。 参考鲁绍伟等对八达岭林场森林健康等级
划分的研究成果[30],并结合各样地健康综合指数的概
率分布,本文将秭归县防护林健康状况分为 4 个等级
(表 4)。
表 4摇 秭归县防护林健康等级
Table 4摇 Shelterbelt health status in Zigui County
健康等级 Health Level 不健康 Unhealthy 亚健康 Sub鄄health 健康 Health 优质健康 Quality health
健康指数 Health index [0,0.60) [0.60,0.75) [0.75,0.90) [0.90,1.00]
3.2摇 秭归县防护林健康评价分析
依据防护林健康等级表,秭归县防护林不健康的样地有 22 个,亚健康的样地有 96 个,健康的样地有 39
个,调查样地中没有优质健康的。 不健康的防护林最少,占总样地的 14%,亚健康和健康的防护林占 86%,秭
归县防护林整体处于亚健康状态,健康指数均值为 0.6921。 但是,健康状况的防护林仅占 25%,优质健康的防
护林为 0,可见秭归县防护林健康的总体质量不高,应该引起有关部门的重视,采取积极措施,使防护林经营
朝健康方向发展。
根据各乡、镇防护林健康等级比例,得到各乡、镇防护林健康综合指数评价结果(图 3)。 具体表现为只有
磨坪乡整体处于健康等级,其它 11个乡、镇都处于亚健康等级,其中归州镇防护林健康水平最差,健康指数为
0.6465。
构成秭归县防护林的 9种林分类型防护林的健康状况也是不尽相同的(表 5),相比之下,阔叶混交林健
康指数均值最大为 0.7388,灌木林健康指数均值最小为 0.5858,整体上健康状况排序为:阔叶混交林>针阔混
交林>针叶混交林>阔叶纯林>马尾松纯林>柏木纯林>其它针叶纯林>经济林>灌木林,即是混交林>纯林>经
济林>灌木林。 按照防护林健康等级表划分,只有灌木林整体属于不健康等级,其它 8 种林分类型总体都处
于亚健康等级。
3.3摇 秭归县防护林健康指数的空间变异分析
3.3.1摇 秭归县防护林健康指数的水平变异
由于长江横穿县城,为了分析秭归县防护林健康状况与其水平位置的关系,特进行防护林健康状况水平
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分布特点分析,结果发现长江以南的 8个乡、镇防护林健康状况比长江以北的 4个乡、镇好(图 4)。 分析原因
可能是因为长江以北为老县城区,相对面积小人口多,土地利用率高,经济基础较好,人为干扰强度大,造成景
观连通性和生物多样性较差。 而长江以南地区,面积大人口相对较少,土地利用集中,植被覆盖率高,具有较
多的天然植被。
图 3摇 秭归县各乡镇防护林健康评价结果
Fig.3摇 Shelterbelt health assessment values of each town in Zigui County
表 5摇 不同林分类型防护林健康指数淤
Table 5摇 Different categories of shelterbelt comprehensive health index
林分类型
Stand type
林分结构
Stand structure
林分功能
Stand function
生态环境
Ecological
environment
健康风险
Health risk
健康指数
Health index
马尾松纯林 Pure pinus massoniana forests 0.6101 0.7345 0.5876 0.9060 0.7143
柏木纯林 Pure cupressus funebris forests 0.5522 0.6966 0.6131 0.8872 0.6783
其它针叶纯林 Other pure coniferous forests 0.5520 0.6859 0.5601 0.8955 0.6712
阔叶纯林 Pure broad鄄leaved forests 0.6441 0.7316 0.5832 0.9082 0.7241
针叶混交林 Mixed coniferous forests 0.6122 0.7612 0.5972 0.8968 0.7252
针阔混交林 Coniferous鄄broadleaved mixed forests 0.6910 0.6986 0.6086 0.9226 0.7301
阔叶混交林 Broad鄄leaved mixed forests 0.7133 0.7038 0.6020 0.9213 0.7388
灌木林 Shrub communities 0.5126 0.4930 0.5571 0.9390 0.5858
经济林 Economic forests 0.5594 0.5839 0.5540 0.8681 0.6256
摇 摇 淤以上数值均为平均值
秭归县辖下乡、镇防护林健康指数由南向北有逐渐递减的趋势(图 5)。 形成这样的结果,可能是由影响
防护林生长状况的因子导致的:一是气候、地形、地貌、土壤等生态环境因子;二是人口密度、经济水平等社会
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经济因子。 生态环境因子是林木生长的基础,如光、热、水、肥等直接影响林木的生长发育,因此,南北自然条
件的不同可能是导致不同乡、镇防护林健康状况差异的因素。 社会经济条件通过人为因素间接影响着林木生
长状况,因而,不同乡镇的人口密度、经济发展水平等可能是导致防护林健康状况差异的又一诱因。
摇 图 4摇 秭归县各乡、镇分布图
Fig 4摇 Distribution of each town in Zigui County
摇 图 5摇 秭归县各乡、镇防护林健康指数
Fig 5摇 Shelterbelt health index of each town in Zigui County
A. 磨坪乡; B. 梅家河乡; C. 杨林桥镇; D. 九畹溪镇; E. 两河口
镇; F. 茅坪镇; G. 沙镇溪镇; H. 屈原镇; I. 郭家坝镇; J. 水田坝
乡; K. 泄滩乡; L.归州镇.
为进一步探究影响长江南北防护林健康差异的主要因素,根据现有数据资料,本文选取坡度、土层厚度、
土壤有机质、土壤孔隙度、人口密度、人均收入、距县城的距离、距长江的距离 8 个因子与防护林健康指数进行
pearson相关性分析,确定影响秭归县防护林健康水平变异的主要因子(表 6)。
表 6摇 各影响因子与防护林健康指数的相关性分析淤
Table 6摇 Correlation analysis of the influencing factors and shelterbelt health index
影响因子
Influence factor
相关系数
Correlation coefficient
显著性
Distinguished difference
坡度 Slope -0.548 0.068
土层厚度 Soil thickness -0.205 0.523
土壤有机质 Soil organic matter 0.563 0.057
土壤孔隙度 Soil porosity 0.664* 0.018
人口密度 Population density -0.142 0.659
人均收入 Per capital income -0.624* 0.030
距县城的距离 Distance from the county 0.277 0.383
距长江的距离 Distance from the Yangtze River 0.858** 0.000
摇 摇 淤人口密度、人均收入均采用近 5年的官网统计结果;** P<0.01,* P<0.05
坡度、土层厚度、人口密度、人均收入与乡、镇防护林健康指数呈负相关,土壤有机质、土壤孔隙度、距县城
的距离、距长江的距离与乡、镇防护林健康指数呈正相关。 其中,土壤孔隙度与乡、镇防护林健康指数呈显著
正相关,人均收入与乡、镇防护林健康指数呈显著负相关,距长江的距离与乡、镇防护林健康指数呈极显著正
相关。 土壤孔隙度属于土壤质地,说明南北乡镇土壤质地有显著差别,影响了防护林的生长发育;距长江的距
离越近、当地人均收入相对高的乡、镇,开发较早,对防护林的干扰相对较大,严重影响了防护林的健康状况。
3.3.2摇 防护林健康指数的垂直变化特点
秭归县境内山峦起伏重叠,山地、丘陵占土地总面积的 80%左右,而植被覆盖主要分布在中、高海拔地
区。 为便于研究防护林健康指数随海拔的垂直变化特征,将秭归县样地调查的海拔因子划分为 5类(表 7)。
1012摇 7期 摇 摇 摇 于金涛摇 等:秭归县防护林健康评价指标体系的建立及应用 摇
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表 7摇 低、中、高海拔分级
Table 7摇 Low, medium and high altitude classification
低海拔
Low altitude / m
中海拔
Medium altitude / m
高海拔
High altitude / m
0—400 400—600 600—800 800—1000 1000—1500
图 6摇 不同海拔高度防护林健康指数分布图
Fig.6摇 Different altitude shelterbelt health index distribution
结果表明防护林健康指数随海拔增高逐渐增大,海
拔 1000 m以上逐渐降低,健康指数表现出随海拔升高
由小变大、又由大变小的变化特点(图 6)。
(1)0—400 m低海拔地区摇 该区域属于丘陵地形,
坡度和缓,自然条件较为优越,是居民点密集区域,农业
用地多,植被覆盖率较低,生物多样性偏低,人为干扰强
度大,防护林健康状况最差。
(2)400—1000 m中海拔地区摇 中海拔区域防护林
类型丰富,植被覆盖率较高,因此将中海拔区域细化分
为 3个区域:400—600 m、600—800 m和 800—1000 m,
防护林健康指数均值分别为 0.6863、0.6991和 0.7174,防护林健康指数呈现随海拔增大不断升高的规律,并在
800—1000 m区域达到相对最高值。
表现出该规律的原因可能是:400—600 m为复合农林经营区,以经济林为主,林分生产力较低,人为干扰
频繁,凋落物量、腐殖质量较少;600—800 m区域开始出现生态防护林带,以针叶林为主,居民点稀少,人为干
扰强度降低;800—1000 m为生态防护林带,林分类型主要是混交林、阔叶林和针叶林,生物多样性和生产力
较高,海拔高人为干扰相对较少。
(3)1000 m以上高海拔地区摇 1000 m以上多为飞播造林,以针叶林为主,林种单一,多为幼龄林,生产力
和生态服务功能降低,防护林健康指数均值有所下降。
4摇 结论
本文论述了防护林健康的内涵、评价指标、评价方法等理论基础,以秭归县防护林为例,通过野外调查和
数据分析,制定评价指标优劣等级表,采用 Delphi鄄AHP 法设置指标权重,利用生态系统健康综合指数模型,分
析了秭归县防护林的健康状况,为秭归县防护林的可持续经营与管理提供了科学依据。 主要包括:
(1)总结相关森林健康评价的文献,构建了包含 4 个一级指标和 20 个二级指标的林分水平防护林健康
评价指标体系。
(2)建立防护林健康评价指标优劣等级表。 评价指标体系建立后,进行指标量化,本文采用等级评分法,
将指标分为好、中、差三级,为三峡库区防护林健康评价提供了参照。
(3)以秭归县为例,进行防护林健康评价。 秭归县防护林整体处于亚健康状态,健康指数均值为 0.6921,
其中处于不健康状态的样地占总样地的 14%,处于亚健康状态的样地有 61%,处于健康状态的样地为 25%,
处于优质健康状态的样地为 0。
(4)秭归县 9种类型防护林健康状况排序为:阔叶混交林>针阔混交林>针叶混交林>阔叶纯林>马尾松纯
林>柏木纯林>其它针叶纯林>经济林>灌木林,即是混交林>纯林>经济林>灌木林。
(5)秭归县防护林健康指数的空间变异性。 水平方向上,秭归县辖下 12 个乡、镇防护林健康指数从南向
北有逐渐递减的趋势;垂直方向上,防护林健康指数随海拔升高逐渐增大,到海拔 1000 m以上出现降低趋势,
具有一定的垂直变化趋势。
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5摇 讨论
(1)防护林健康评价指标体系的适用性。 基于林分水平进行指标筛选,指标主要侧重于林分水平表征防
护林的内部结构特征的指标,这就决定了构建的防护林健康评价指标体系是针对小尺度水平的研究,因此这
套健康评价指标体系比较适用于乡、镇、县级小尺度的防护林健康评价研究。 但是,将该套防护林健康评价指
标体系应用于三峡库区内其它地区防护林健康评价时,应当考量健康评价指标优劣等级阈值的适用性。
(2)本研究参考国家标准、行业标准、归纳库区内防护林相关研究成果以及国内防护林的相关文献,进行
防护林健康评价指标优劣等级划分,在一定程度上降低了采用专家打分获取指标量化带来的主观性,以及采
用均值化处理、中心化处理、极值处理等方法[31]进行指标量化时因样本不足带来的误差。
(3)由于研究资料、数据的不足和研究手段的限制,在防护林健康评价指标数据获取上存在一定的缺陷。
生产力指标通过生物量进行计算,而生物量采用了三峡库区不同林分类型的生物量模型,对于秭归县的适用
性有待考证;保持水土指标因缺少土壤侵蚀模数不能直接获取,采用了土壤侵蚀程度指标进行代替,间接反映
防护林保持水土的能力;林分功能指标由于数据资料的缺少和指标的难以量化,未考虑防护林的营养物质积
累、净化大气环境等方面的生态服务功能,这是需要今后进一步研究探讨的问题。
(4)通过对秭归县防护林健康评价,发现了秭归县防护林经营出现的问题,建议及时采取封山育林、人工
补植、营造混交林、抚育间伐、制止乱砍乱伐等调控措施,以期迅速改善秭归县防护林健康状况。
(5)秭归县防护林健康评价研究只是考虑对现状的评价,缺少长期的监测和评价,无法判断防护林健康
的发展方向。 未来的防护林健康经营是多功能可持续的经营体系,这需要研究者进行定期评价,以便及时调
整经营方案,从而实现防护林的可持续发展。
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