湖南省青羊湖國家森林公園健康評價研究

金泓旭, 吳子劍, 黃忠良, 李 輝, 張 軒, 徐佳鑾

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

湖南省青羊湖國家森林公園健康評價研究

金泓旭1, 吳子劍2, 黃忠良2, 李 輝2, 張 軒2, 徐佳鑾2

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

在寧鄉(xiāng)縣青羊湖國家森林公園選取不同林分的標(biāo)準(zhǔn)樣地，從系統(tǒng)活力、結(jié)構(gòu)能力、土壤特性、抵抗外力4個方面進(jìn)行研究，并運(yùn)用(FEHI)評價模型進(jìn)行健康狀況評價。結(jié)果表明：健康分值排序?yàn)轳R尾松×青岡櫟針闊混交林>青岡櫟闊葉林>馬尾松純林；健康樣地有1塊，占總體的11.11%；較健康樣地有5塊，占總體的55.56%；亞健康樣地有3塊，占總體的33.33%；不健康樣地?zé)o。表明青羊湖國家森林公園的健康狀況較為樂觀。

森林； 健康評價； 指標(biāo)體系

森林健康(Forest Health)一詞最初是國外發(fā)達(dá)國家針對病蟲災(zāi)害、林分結(jié)構(gòu)單一化等森林退化問題提出的一種經(jīng)營思想[1]。一個健康而完整的森林既能自身持續(xù)更新發(fā)展，又可以滿足現(xiàn)代人類的需求。傳統(tǒng)林業(yè)以重視經(jīng)濟(jì)效益為核心，這與現(xiàn)代林業(yè)更注重生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相比，現(xiàn)代林業(yè)更能為人類生存的長遠(yuǎn)利益考慮，尤其是在森林面積較大的發(fā)展中國家，森林健康越來越受到社會和國家的重視[2-4]。

現(xiàn)階段有諸多有關(guān)森林健康評價的描述，馮德強(qiáng)[5]認(rèn)為森林健康是自然、人為等干擾結(jié)合的產(chǎn)物，并針對不同立地條件的林分進(jìn)行健康狀況分析；伊力塔[6]等通過對浙江省不同林分針闊混交林、闊葉林、松林、毛竹林的對比，在生態(tài)防控和土壤改良等方面提出了恢復(fù)措施；Costanza[7]從可恢復(fù)力、無疾病性等6個方面評價森林生態(tài)系統(tǒng)；Mageau[8]著重強(qiáng)調(diào)森林健康與人類需求的關(guān)系，人與森林既是需求與被需求又是相互保護(hù)和影響的；馬志林[9]對北京西山地區(qū)的主要森林類型運(yùn)用層次分析法確定權(quán)重并提出相應(yīng)的經(jīng)營措施。馬克明[10]、Haworth[11]、Karr[12]等也分別描述了有關(guān)森林健康評價的概念及內(nèi)涵。本文以青羊湖國家森林公園為研究對象,從系統(tǒng)活力指標(biāo)、結(jié)構(gòu)完整指標(biāo)、土壤特性指標(biāo)和抵抗力指標(biāo)等方面進(jìn)行研究，運(yùn)用(FEHI)評價模型進(jìn)行健康狀況研究，為客觀評價縣域森林公園健康狀況提供一種新的思路與方法[13-14]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于湖南省寧鄉(xiāng)縣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°54′24″—112°05′18″，北緯28°07′08″—28°14′55″。青羊湖國有林場又稱黃材水庫，是全國三大大堤工程之一，國家級森林公園。全年平均氣溫為15～16.2 ℃，森林覆蓋率高，降水均勻充沛，氣候濕潤，年平均濕度85%，年平均降雨量1438.8～1614.4 mm。根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查，區(qū)內(nèi)有木本86科691屬，主要優(yōu)勢樹種有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、青岡(Cyclobalanopsisglauca)、楓香(Liquidambarformosana)、南酸棗(Choerospondiasaxillaris)、油桐(Verniciafordii)、山蒼子(Litseacubeba)等。

2 研究方法

2.1樣地設(shè)置

樣地調(diào)查于2014年5—6月進(jìn)行，通過實(shí)地踏查，采用典型樣地調(diào)查法，選擇不同林分類型的樣地馬尾松純林、青岡櫟林、馬尾松×青岡櫟混交林各3塊，在研究區(qū)內(nèi)共設(shè)置9塊代表性樣地，樣地大小為30 m×30 m(見表1)。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)置5個5×5 m的灌木樣方,灌木樣方內(nèi)設(shè)置5個1×1 m的草本樣方，并記錄每塊樣地的海拔、坡度、坡向、種類、高度、蓋度、病蟲害危害程度及人為干擾強(qiáng)度等信息。土壤樣品采用對角線法，在對角線內(nèi)隨機(jī)布設(shè)三個土壤剖面，分別取0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm土樣，環(huán)刀法測定土壤容重并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)測定[15-18]。

表1 青羊湖國有林場樣地基本特征Tab 1 ThebasiccharacteristicsofthesampleplotsinQingyangLakeStateOwnedForestFarm樣地編號林分類型海拔(m)坡度(°)坡位坡向1馬尾松林20128中坡正東2馬尾松林26627中上坡東北3馬尾松林21030下坡正西4青岡櫟林28936中坡西南5青岡櫟林27246下坡正西6青岡櫟林26336中坡正北7馬尾松×青岡櫟混交林23530中坡西南8馬尾松×青岡櫟混交林21328中坡正東9馬尾松×青岡櫟混交林24560下坡西北

2.2指標(biāo)選取

在整合和借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究地情況，本著科學(xué)性、可持續(xù)性、系統(tǒng)性的原則，從活力指標(biāo)、結(jié)構(gòu)指標(biāo)、土壤狀況指標(biāo)、抵抗外力指標(biāo)四個方面構(gòu)建青羊湖國有林場森林健康評價體系(見圖1)。

圖1 森林健康評價體系表Fig.1 The forest health evaluation system

2.3評價方法

2.3.1 權(quán)重的確定 科學(xué)的權(quán)重確定方法直接影響森林健康評價的結(jié)果。就目前常用的權(quán)重系數(shù)確定方法中，主成分分析法、最大熵法、層次分析法(AHP)、Delphi-AHP 法等較為常見[19]。本文采用層次分析法(AHP),在以往湖南省森林健康有關(guān)文獻(xiàn)研究調(diào)查的基礎(chǔ)之上[20-21]，咨詢中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)、生態(tài)學(xué)相關(guān)專業(yè)的多位專家，再結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)及重要研究成果最終確定評價指標(biāo)的權(quán)重體系表(見表2)。

表2 評價體系各指標(biāo)權(quán)重值Tab 2 Weightvalueofeachindexofevaluationsystem綜合指標(biāo)(B)權(quán)重二級指標(biāo)(C)指標(biāo)權(quán)重活力指標(biāo)0 2840平均胸徑0 0302平均樹高0 0740單位面積蓄積量0 1799結(jié)構(gòu)指標(biāo)0 4709喬木層香濃-維納0 0382灌木層香濃-維納0 0462草本層香濃-維納0 0177灌木層蓋度0 1986草本層蓋度0 0920郁閉度0 0782土壤指標(biāo)0 1715容重0 0152土壤全N0 0072土壤全K0 0447土壤全P0 0735有機(jī)質(zhì)0 0309抵抗力指標(biāo)0 0736病蟲害等級0 0552人為干擾等級0 0184

2.3.2 評價模型確定 運(yùn)用森林生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)(FEHI)模型來反映森林健康度，模型[22-24]如下：

(1)

公式(1)中：pi、oj、rk、sl分別為系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)、土壤狀況和抵抗力指標(biāo)中的要素指標(biāo)；W1、W2、W3、W4分別為指標(biāo)權(quán)重。

2.3.3 指標(biāo)量化與標(biāo)準(zhǔn)化 森林健康評價指標(biāo)體系總體是由定性指標(biāo)和定量指標(biāo)分別構(gòu)成，定性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示，分級標(biāo)準(zhǔn)由《湖南省森林調(diào)查操作技術(shù)規(guī)程》確定。而定量指標(biāo)由于其來自不同途徑，這也使指標(biāo)間沒有一個統(tǒng)一的量化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)測值的大小不能夠準(zhǔn)確無誤的反映標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果影響。其參評依據(jù)需要通過量化來確定標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文為統(tǒng)一量化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用以下公式進(jìn)行指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化：

(2)

表3 森林健康等級定性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)Tab 3 Qualitativeindicatorsofforesthealthlevel定性指標(biāo)健康等級健康較健康亞健康不健康病蟲害等級1234人為干擾等級1234

經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量化后的數(shù)值與權(quán)重相乘，通過FEHI模型運(yùn)算得到各標(biāo)準(zhǔn)樣地的森林健康度指數(shù)，最后健康度指數(shù)來確定森林健康等級[25](見表4)。

表4 森林健康評價等級標(biāo)準(zhǔn)Tab 4 Levelstandardofforesthealthassessment健康等級EI健康指數(shù)不健康 [0～0 2)亞健康[0 2～0 4)較健康[0 4～0 6)健康[0．6～0 8]

3 結(jié)果與分析

將各評價指標(biāo)量化后的標(biāo)準(zhǔn)化值與指標(biāo)權(quán)重均代入評價模型進(jìn)行計算后，得到湖南省青羊湖國家森林公園9塊標(biāo)準(zhǔn)樣地的健康評價結(jié)果，見表5。

本文針對湖南省青羊湖國家森林公園的健康狀況，分別從系統(tǒng)活力指標(biāo)、結(jié)構(gòu)完整性指標(biāo)、土壤指標(biāo)以及抵抗力指標(biāo)4個方面的16個指標(biāo)進(jìn)行分析。 由表5與圖2結(jié)果中各樣地的健康值表明，處于健康水平的樣地為1塊，占總樣地數(shù)的11.11%；較健康樣地數(shù)為5塊，占總樣地數(shù)的55.56%；亞健康樣地數(shù)為3塊，占總樣地數(shù)的33.33%；不健康的樣地數(shù)為0塊。這一結(jié)果說明，處于亞健康、較健康水平的樣地占大多數(shù)，故青羊湖此次調(diào)查的森林總體健康等級為比較健康。

表5 湖南省青羊湖國家森林公園森林健康評價結(jié)果Tab 5 ResultofforesthealthassessmentinQingyangLakeNationalForestPark，HunanProvince健康值分級數(shù)量(塊)比例(%)健康111 11較健康555 56亞健康333 33不健康00合計9100

圖2 各樣地健康值頻度分析Fig.2 Frequency analysis of health value

研究結(jié)果表明，健康的林分在總樣地中占11.11%，為馬尾松×青岡櫟混交林。據(jù)國內(nèi)有關(guān)研究顯示，一般水平上混交林相比純林生長量大15%左右，生長量的提高能夠進(jìn)一步提升林分的生產(chǎn)力，對林分的活力、結(jié)構(gòu)能力有促進(jìn)作用。本文研究結(jié)果顯示，馬尾松×青岡櫟混交林的胸徑及樹高的跨越幅度均高于馬尾松林，林層數(shù)與純林相比較多，這說明馬尾松×青岡櫟混交林垂直結(jié)構(gòu)比馬尾松純林稍復(fù)雜，空間的利用率大大高于純林[26]。相比馬尾松林樹種結(jié)構(gòu)單一，分析馬尾松×青岡櫟混交林健康值較高的原因，主要是其樹種間的相互作用，抗蟲害能力強(qiáng)。在土壤養(yǎng)分方面，馬尾松×青岡櫟混交林的土壤養(yǎng)分中有機(jī)質(zhì)含量平均為20.25 g/kg，而馬尾松林中有機(jī)質(zhì)含量為18.32 g/kg。有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來源，不同林分凋落物的分解速率不同，研究表明闊葉林比針葉林分解速率稍快[27]，這與本文的研究結(jié)果一致。在相同的光照條件下，郁閉度高、有機(jī)質(zhì)含量高的林分更能夠獲得優(yōu)勢，這也說明林分的健康等級的評價是多方面作用的綜合結(jié)果。

相對于健康林分來說，處于較健康和亞健康狀態(tài)的林分占樣地總數(shù)的88.89%。研究表明，闊葉林的葉壽命與生境環(huán)境和針葉林有較大差異，闊葉林群落更完整，物種多樣性比純林更為豐富。土壤全氮、全磷、全鉀有效供應(yīng)，郁閉度稍高，極少有蟲害及人為活動的干擾。故健康分值總排序?yàn)轳R尾松×青岡櫟混交林>青岡櫟林>馬尾松純林。

4 結(jié)論與討論

本文對青羊湖國家森林公園不同樹種的林分健康狀況進(jìn)行比較，探討不同林分的經(jīng)營重要性。健康狀況總排序?yàn)獒橀熁旖涣?闊葉林>針葉林。湖南省青羊湖國家森林公園總體的健康水平處于比較健康狀態(tài)，可以適當(dāng)調(diào)整現(xiàn)有的森林經(jīng)營模式，更大力度針對性營林，加強(qiáng)森林消防及管理水平，才能更好的發(fā)揮森林的綜合效益水平。

森林經(jīng)營措施的改善是一項(xiàng)長期的舉措，尤其是在我國這樣一個森林資源復(fù)雜的發(fā)展中國家，更需要結(jié)合每個地區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況，著重突出問題[28-29]。由于森林健康評價領(lǐng)域社會效益等指標(biāo)并不能夠通過分析精準(zhǔn)的確定，運(yùn)用此類指標(biāo)將直接導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確性，故在本文的評價指標(biāo)體系中，并未涉及相關(guān)的社會屬性等指標(biāo)，在今后的研究中會歸納并完善，使森林健康評價研究更加系統(tǒng)實(shí)用。

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EvaluationonforesthealthconditioninQingyangLakeNationalForestParkinHunanProvince

JIN Hongxu1， WU Zijian2， HUANG Zhongliang2，LI Hui2， ZHANG Xuan2， XU Jialuan2

(1.College of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004, China;2.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

Select the standard plots in Ningxiang County Qingyang Lake National Forest Park ，from four aspects of the system vitality, ability structure, soil properties, resistance to external research,and the health status were evaluated by use of FEHI evaluation model.The results showed that the health value order was needle and broad-leaved mixed forest ofPinusmassonianaandQuercusglauca>Quercusglaucabroad-leaved forest>Pinusmassonianapure forest.Health plots had 1 block, 11.11% of the total, relative health plots had 5 blocks, 55.56% of the total, and sub-health plots had 3 blocks, 33.33% of the total.It means that the health status of Qingyang Lake National Forest Park is more optimistic.

forest； health assessment； indicator system

2015-10-30

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201204512)；湖南省林業(yè)科技計劃項(xiàng)目(XLK201553)。

S 718.557

A

1003-5710(2016)01-0048-05

10.3969/j.issn.1003-5710.2016.01.000

(文字編校：張 珉)