基于景觀生態(tài)學(xué)的福建沿海防護(hù)林安全分析

福建省環(huán)境監(jiān)測中心站 李翠萍

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基于景觀生態(tài)學(xué)的福建沿海防護(hù)林安全分析

福建省環(huán)境監(jiān)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(tài)安全相關(guān)景觀指數(shù)，利用Fragstats3.3進(jìn)行計算，結(jié)合防護(hù)林的結(jié)構(gòu)、木麻黃林、病蟲害以及其它等方面對沿海防護(hù)林的生態(tài)安全進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：福建沿海防護(hù)林整體防護(hù)功能在下降，農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)結(jié)構(gòu)的差異也使農(nóng)田的產(chǎn)量及人類生產(chǎn)生活受到一定的影響，沿海防護(hù)林的生態(tài)安全受到了很大程度的威脅。

沿海防護(hù)林 景觀生態(tài)學(xué) 生態(tài)安全

1 引言

生態(tài)安全是指在一定時空領(lǐng)域內(nèi)，人類社會所賴以生存的系統(tǒng)處于良性循環(huán)，能滿足人類社會可持續(xù)發(fā)展的一種狀態(tài)[1]，福建沿海地區(qū)的防護(hù)林對沿海地區(qū)人們的生產(chǎn)生活有著巨大的保護(hù)作用，是臺風(fēng)等各種自然災(zāi)害的天然屏障，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的一部分，但同時沿海防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)也具有敏感性和脆弱性，容易受人類活動的影響，導(dǎo)致生態(tài)安全受到威脅，甚至對整個區(qū)域的生態(tài)安全構(gòu)成威脅。本文主要針對沿海地區(qū)防護(hù)林的生態(tài)安全進(jìn)行研究。

2 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域介于東經(jīng)117°11′～120°26′和北緯23°37′～27°10′之間，包括沿海地區(qū)的33個縣（市、區(qū)），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(diào)節(jié)，具有典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)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(fēng)力大的特點，受臺風(fēng)等影響，最大風(fēng)速多出現(xiàn)在夏季。本區(qū)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(yán)重。同時本區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快，人口也相對集中，自1990年到2000年人口更進(jìn)一步向沿海集中，比重從72.8％提高到76.3％，對生態(tài)環(huán)境的壓力進(jìn)一步加大。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源及處理

根據(jù)研究區(qū)的范圍，利用已有縣（市、區(qū)）的矢量圖，通過ERDAS IMAGINE8.7對兩期已經(jīng)配準(zhǔn)過的影像進(jìn)行剪切，結(jié)合野外考察工作所收集和總結(jié)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(chǔ)材料，建立遙感影像的解譯標(biāo)志并進(jìn)行精度評價，精度達(dá)到80.9％。運(yùn)用GIS軟件對圖件進(jìn)行數(shù)字化處理，最后進(jìn)行圖像的信息提取，繪制沿海防護(hù)林景觀類型圖，如圖1和圖2。

圖1 1994年沿海防護(hù)林功能景觀類型圖

圖2 2005年沿海防護(hù)林功能景觀類型圖

3.2 防護(hù)林生態(tài)安全景觀指標(biāo)選取

運(yùn)用景觀格局進(jìn)行區(qū)域生態(tài)安全研究也需要引入相應(yīng)的景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)，它也是生態(tài)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(biāo)特點的前提下，根據(jù)研究的具體內(nèi)容和目的，選取能說明問題、盡量簡單的指標(biāo)[2-3]。本文將研究區(qū)的防護(hù)林按功能用途劃分為6種類型，分別為農(nóng)田防護(hù)林、水土保持林、水源涵養(yǎng)林、防風(fēng)固沙林、海岸防護(hù)林、道路防護(hù)林。并選取能夠反映其生態(tài)安全的景觀指數(shù)，包括斑塊數(shù)量(NP)、平均面積(AREA_MN)、分維數(shù)(FRAC_MN)、景觀密度(PD)、分離度(SPLIT)以及蔓延度指數(shù)(COHESION)。

4 防護(hù)林景觀生態(tài)安全分析

4.1 景觀格局變化對沿海防護(hù)林生態(tài)安全的影響分析

根據(jù)Fragstats3.3景觀格局分析軟件的計算，得到景觀格局指數(shù)如表1，經(jīng)過10多年的變化，各項景觀指數(shù)也隨之發(fā)生變化，斑塊個數(shù)的6種類型均在增加，增加幅度最大的是防風(fēng)固沙林，增加了32.79％，道路防護(hù)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(fēng)固沙林、海岸防護(hù)林以及農(nóng)田防護(hù)林均有所增加，其中防風(fēng)固沙林增加了0.2623，通過斑塊個數(shù)和斑塊密度的變化，表明防護(hù)林整體的破碎程度均在不斷地加深，防護(hù)固沙林的破碎程度最大，說明人類活動對防護(hù)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(hù)林的平均面積下降了41.86％，其它類型下降均在10％以內(nèi)。由于海岸防護(hù)林在沿岸最前沿地帶，受各種大風(fēng)天氣影響巨大，加之近年來對沿海地區(qū)的開發(fā)，大面積的防護(hù)林被砍伐，使其平均面積在不斷減小。分維數(shù)的變化中，水源涵養(yǎng)林變化較大，上升了0.0195，說明水源涵養(yǎng)林的形狀更趨向復(fù)雜，而海岸防護(hù)林和農(nóng)田防護(hù)林的分維數(shù)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(hù)林蔓延度增加幅度為：道路防護(hù)林＞水土保持林＞水源涵養(yǎng)林＞防風(fēng)固沙林，說明各種類型的連接性不斷增加，雖然道路防護(hù)林的連接性增加最多，但是其面積較小，所以對整體防護(hù)林的影響不大；農(nóng)田防護(hù)林和海岸防護(hù)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(qū)，受人為活動影響較大，破壞程度較高，導(dǎo)致其連接性變差。防風(fēng)固沙林、海岸防護(hù)林以及農(nóng)田防護(hù)林的分離度也在不斷增加，其中農(nóng)田防護(hù)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(kuò)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(hù)林的防護(hù)功能不能得到充分發(fā)揮，甚至在前沿地帶的防護(hù)林以及農(nóng)田防護(hù)林的防護(hù)功能已經(jīng)大大降低。

表1 1994年和2005年各種防護(hù)林類型的景觀生態(tài)安全指數(shù)

4.2 防護(hù)林結(jié)構(gòu)對沿海防護(hù)林生態(tài)安全的影響分析

沿海防護(hù)林最主要的功能就是改善陸地表面的物理特征，阻擋風(fēng)害速長驅(qū)直入，減弱風(fēng)害能量。現(xiàn)有農(nóng)田防護(hù)林和海岸防護(hù)林被伐較多，殘缺不全，未能構(gòu)成完整的防護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系，防御風(fēng)害的能力脆弱。根據(jù)平潭島蘆洋農(nóng)場林網(wǎng)風(fēng)速測定研究，選取兩條較密和兩條較疏的林帶進(jìn)行測定，分別在林帶前和林帶后60m和30m進(jìn)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(fēng)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(chǔ)，由于農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)林前60m，與其前一林帶的距離較近，觀測的結(jié)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(jié)果，觀測結(jié)果得到在兩條較密的林帶在林后30m和林后60m風(fēng)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(jié)果可以看出，防護(hù)林的疏密程度對防風(fēng)固沙的能力有很大的影響，直接影響到農(nóng)田的生產(chǎn)力和農(nóng)田的生態(tài)安全，以及人類各項經(jīng)濟(jì)活動。

表2 觀測林帶的基本情況

表3 平潭島蘆洋鄉(xiāng)農(nóng)田防護(hù)林測定風(fēng)速

4.3 木麻黃林的變化對沿海防護(hù)林生態(tài)安全的影響分析

木麻黃防護(hù)林從上世紀(jì)50~60年代開始在沿海地區(qū)種植，顯著改善了沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮出防風(fēng)固沙、保持水土等方面的防護(hù)作用，但經(jīng)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(hù)林類型中生態(tài)安全問題最嚴(yán)重的樹種類型。首先是木麻黃二代更新不良，經(jīng)過幾十年的生長導(dǎo)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(tài)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(yán)重，受害率可達(dá)20％[5]。人為活動對木麻黃林的影響也是巨大的，上世紀(jì)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(yǎng)分不能夠重新回到土壤中，導(dǎo)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(fā)，東山佰億新城的建設(shè)和平潭島龍王頭堤壩的建設(shè)，沿海岸砍掉了數(shù)百米寬的木麻黃林，使最前沿地帶的防護(hù)林帶缺失，導(dǎo)致林帶中的沙不斷堆積，減弱或失去了防護(hù)林的防風(fēng)功效；東山沿岸鮑魚的養(yǎng)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(tài)安全受到十分嚴(yán)重的威脅。

4.4 病蟲害對沿海防護(hù)林生態(tài)安全的影響分析

森林病蟲害是制約沿海防護(hù)林生態(tài)安全的重要因素之一，沿海防護(hù)林的類型及某些生態(tài)因子的改變導(dǎo)致病蟲害的頻繁發(fā)生發(fā)展，甚至暴發(fā)成災(zāi)。目前，危害福建沿海防護(hù)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(yán)重威脅著沿海防護(hù)林的生長安全。木毒蛾早在1977年蔓延到所有沿海縣(市)、區(qū)，面積達(dá)到615萬hm2,占沿海木麻黃面積的1/3；松針褐斑病至少已達(dá)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(qū)的防護(hù)林中普遍發(fā)生和蔓延[7]；多紋豹蠹蛾危害也相當(dāng)嚴(yán)重，嚴(yán)重的年份達(dá)2300hm2；馬尾松毛蟲近年有216萬hm2左右暴發(fā)成災(zāi)[6]；棉蝗在惠安、長樂等一帶沿海偶發(fā)性猖獗危害；近年來在云霄縣和龍海市紅樹林自然保護(hù)區(qū)發(fā)現(xiàn)有100hm2的紅樹林受麗綠刺蛾危害，平均被害率達(dá)40 ％左右[5]。這些病蟲害嚴(yán)重制約了沿海防護(hù)林各種防護(hù)功能的發(fā)揮，更重要的是對防護(hù)林的生態(tài)安全造成極大的影響。

5 結(jié)果與討論

本文從景觀格局指數(shù)、防護(hù)林的不同結(jié)構(gòu)、木麻黃林及病蟲害等方面對防護(hù)林的生態(tài)安全進(jìn)行深入的探討。研究結(jié)果表明：首先，根據(jù)各種景觀指標(biāo)的結(jié)果分析，防護(hù)林整體的破碎度在不斷加大，特別是防護(hù)固沙林的破碎程度最大，防護(hù)林的平均面積也在不斷減小，在平原地區(qū)的防護(hù)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(nóng)田防護(hù)林和海岸防護(hù)林的連接性在降低，人類活動對防護(hù)林景觀的改造也不斷加深，使得防護(hù)林的整體防護(hù)功能在降低，對防護(hù)林生態(tài)安全構(gòu)成較大的威脅；其次，對不同的防護(hù)林結(jié)構(gòu)研究表明，林分較稀疏的防護(hù)林的防護(hù)功能很低，存在一定的生態(tài)安全問題，對農(nóng)田的產(chǎn)量以及人類活動會造成一定的影響；第三，木麻黃林防護(hù)林受到的威脅最為嚴(yán)重，生態(tài)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(hù)林病蟲害問題對沿海防護(hù)林的生態(tài)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(hù)林生態(tài)安全的威脅。

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

[2] 陳文波,肖篤寧,李秀珍.景觀指數(shù)分類、應(yīng)用及構(gòu)建研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(1):121-125

[3] 李秀珍,布仁倉,常禹等.景觀格局指標(biāo)對不同景觀格局的反應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(1):123-134.

[4] 曾煥生.福建沿海地區(qū)木麻黃跡地更新問題研究[J].防護(hù)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(shù)的研究[J].防護(hù)林科技,2000,(專輯) :72-75.

[6] 福建省沿海防護(hù)林體系建設(shè)工程指揮部.福建沿海防護(hù)林[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,1995.

[7] 郭祥.沿海防護(hù)林主要病害的防治策略.見:福建省科學(xué)技術(shù)協(xié)會第二屆青年學(xué)術(shù)年會——中國科協(xié)第二屆青年學(xué)術(shù)年會衛(wèi)星會議論文集[C].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,1995.