貴州寬闊水國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康評價(jià)

姚小剛，周長威，鐘燦輝，嚴(yán)令斌，喻理飛

(1貴州寬闊水國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，貴州 遵義 563300；2貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

自然保護(hù)區(qū)主要包括自然遺跡、自然生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀或?yàn)l危野生動(dòng)植物的天然集中分布地域，涵蓋陸域、水域及海域等，依照相關(guān)法律法規(guī)，劃出一定區(qū)域予以特殊保護(hù)和管理[1]。森林植被是我們?nèi)祟惒豢苫蛉钡闹匾h(huán)境資源之一，對我們?nèi)祟惖纳婧桶l(fā)展具有重要意義。森林植被生態(tài)系統(tǒng)也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中面積最大、組成結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、生物資源最豐富、功能相對最完善的一種自然生態(tài)系統(tǒng)[2]。森林植被對保護(hù)物種多樣性和避免生態(tài)系統(tǒng)失衡方面也具有重大作用[3]。

我國的森林植被資源還是相對緊張，森林植被覆蓋率和森林植被資源人均擁有量均低于世界平均水平[4]。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展，人們的生活水平的提高，迫于各種壓力，森林植被遭到大量破壞，使森林資源變得更加的匱乏，生物多樣性和森林植被遭到極大的破壞。關(guān)于對森林植被健康評價(jià)的研究對改善生態(tài)環(huán)境、保護(hù)物種多樣性及林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等都具有重要意義。

本研究以綏陽縣寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被為對象，目的在于建立一套用于評價(jià)自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康狀況的指標(biāo)體系；同時(shí)，用建立的評價(jià)指標(biāo)體系對寬闊水自然保護(hù)區(qū)的主要森林植被進(jìn)行評價(jià)研究。

郭峰等[5]在評價(jià)華北土石山區(qū)的典型天然次生林生態(tài)系統(tǒng)健康的研究中，應(yīng)用了評價(jià)指標(biāo)綜合分值法，在小班水平上利用評價(jià)指標(biāo)來計(jì)算其各個(gè)指標(biāo)的具體分值，將其評價(jià)的森林植被健康等級劃分為疾病、不健康、亞健康、優(yōu)質(zhì)及健康5個(gè)等級；譚三清等[6]在基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的森林植被健康評價(jià)研究中，在處理面積分布相對均勻的小班網(wǎng)絡(luò)上，通過計(jì)算各個(gè)小班網(wǎng)絡(luò)的景觀斑塊的具體健康指數(shù)，將森林植被的健康等級也劃分為5個(gè)等級；王志波[7]在河北木蘭圍場人工林健康評價(jià)及健康經(jīng)營技術(shù)研究中，建立層次分析結(jié)構(gòu)模型，按基本等量和就近取整的原則來劃分不同等級范圍，將森林植被健康等級劃分為優(yōu)質(zhì)、健康、亞健康、不健康4個(gè)等級；劉金良等[8]在研究渭北黃土高原區(qū)刺槐人工林健康評價(jià)體系的構(gòu)建中，利用聚類分析法與層次分析法相結(jié)合，建立了刺槐人工林的評價(jià)體系模型，通過計(jì)算各個(gè)研究樣地的健康評價(jià)指數(shù)，將處于不同齡級的刺槐林的健康等級劃分為健康林、亞健康林、不健康林3個(gè)等級。

當(dāng)前，對于森林的健康評價(jià)研究五花八門[9-10]，有著很多不同的體系與方法。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在各專家學(xué)者的研究理論基礎(chǔ)上試著探索切合于寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康評價(jià)的研究方法，因此，在一定程度上發(fā)展和豐富了森林植被健康評價(jià)的研究理論體系。同時(shí)，評價(jià)了寬闊水自然保護(hù)區(qū)的主要森林植被的健康狀況，更全面、深入的了解了寬闊水自然保護(hù)區(qū)的現(xiàn)狀，為進(jìn)一步的規(guī)劃、發(fā)展和管理寬闊水自然保護(hù)區(qū)，充分實(shí)現(xiàn)其保護(hù)區(qū)的功能提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，也為自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康評價(jià)研究提供一定程度上的借鑒依據(jù)。

需指出的是，本研究與很多專家學(xué)者的森林健康評價(jià)研究有較大的區(qū)別。表現(xiàn)為評價(jià)對象的不同，他們是針對一個(gè)森林類型，本文針對的是一個(gè)保護(hù)區(qū)，以森林喬木為主的原始森林自然保護(hù)區(qū)，分核心、緩沖、實(shí)驗(yàn)區(qū)3個(gè)功能區(qū)，其植被類型多樣、復(fù)雜。

1 研究區(qū)域概況

寬闊水自然保護(hù)區(qū)位于貴州省綏陽縣西北部，屬于大婁山山脈東部。海拔在650～1762 m之間，最高山峰在海拔1762 m的太陽山上。地理位置坐標(biāo)為東經(jīng)107°02′22″～107°14′09″，北緯28°06′25″～28°19′25″。東西長約19 km，南北寬約20 km，保護(hù)區(qū)所轄涉及黃楊鎮(zhèn)、青杠塘鎮(zhèn)、茅婭鎮(zhèn)、寬闊鎮(zhèn)、旺草鎮(zhèn)和枧壩鎮(zhèn)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。保護(hù)區(qū)總的面積是26231 hm2，其中實(shí)驗(yàn)區(qū)的面積是 10960 hm2，緩沖區(qū)的面積是 6186 hm2，核心區(qū)的面積是 9085 hm2。保護(hù)區(qū)內(nèi)的地形切割相對來說比較強(qiáng)烈，落差也較大，多為喀斯特地貌，山地土壤主要由黃壤、黃棕壤組成，比較適合林木的生存發(fā)展。成土母巖主要由砂頁巖、綠色砂巖、泥巖及黃色砂巖構(gòu)成。

保護(hù)區(qū)屬于中亞熱帶氣候區(qū)中，常年氣溫處于較低狀況，云霧相對來說也多，日照相對少，降雨量較大，具有較低緯度的山地季風(fēng)濕潤氣候的相關(guān)特點(diǎn)。年平均氣溫在11.5～15.5 ℃之間，年平均相對濕度在80%以上。

寬闊水自然保護(hù)區(qū)具有很好的地理環(huán)境和復(fù)雜多樣的生境類型，具有我國原生性強(qiáng)、保護(hù)最完好、最具代表性集中連片的亮葉水青岡林1300 hm2，以及數(shù)量繁多的國家一級保護(hù)動(dòng)物黑葉猴和最具寬闊水特色的鳥類紅腹錦雞?，F(xiàn)已經(jīng)查明的動(dòng)植物資源共有517科2425種。其中有國家級重點(diǎn)保護(hù)的野生動(dòng)植物36種，國家一級保護(hù)野生動(dòng)植物7種，二級野生動(dòng)植物保護(hù)物種共29種。其重點(diǎn)保護(hù)的野生動(dòng)植物主要包括紅豆杉(Taxuschinensis)、珙桐(Davidiainvolucrate)、南方紅豆杉(Taxuschinensis)、云豹(Neofelisnebulosi)、黑葉猴(Trachypithecusfrancoisi)、林麝(Moschusberezovskii)等[11]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)以2016年完成的寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林資源二類清查數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)來源，以林相圖為底圖，利用地理信息系統(tǒng)的處理軟件(GIS)，構(gòu)建小班水平上為基本單元的自然保護(hù)區(qū)森林植被資源數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫涵蓋近80個(gè)指標(biāo)，記錄了8萬多條森林植被資源數(shù)據(jù)，包括地籍類信息、林地相關(guān)信息、森林植被相關(guān)信息、立地環(huán)境以及其他的一些相關(guān)信息。

在寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林資源二類清查數(shù)據(jù)，分為2031個(gè)小班樣地，其中核心區(qū)小班數(shù)為636個(gè)，緩沖區(qū)461個(gè)，實(shí)驗(yàn)區(qū)934個(gè)。保護(hù)區(qū)內(nèi)主要由≥25°坡耕地、人工造林未成林地、純林、竹林、灌木林、混交林、宜林荒山荒地等幾類地組成。

本研究還參考寬闊水自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察報(bào)告、總體規(guī)劃、植被圖、地形圖等相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫。

2.2 指標(biāo)體系的構(gòu)成

構(gòu)建的主要森林植被健康評價(jià)指標(biāo)體系以具體指標(biāo)層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的三層評價(jià)指標(biāo)體系。目標(biāo)層：表征自然保護(hù)區(qū)森林植被的總體狀態(tài)及其健康狀況。根據(jù)評價(jià)結(jié)果為保護(hù)區(qū)實(shí)踐提供指導(dǎo)依據(jù)。根據(jù)評價(jià)的基本原理，主要森林植被健康即為評價(jià)的總目標(biāo)，其具體健康狀況由目標(biāo)層的綜合評價(jià)得出。準(zhǔn)則層：從某一方面反映保護(hù)區(qū)森林植被的行為和能力，包括森林植被的活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力3個(gè)方面，各準(zhǔn)則層上的健康指數(shù)利用權(quán)重，通過計(jì)算得出。指標(biāo)層：指標(biāo)層都由具體可描述性指標(biāo)和其測量值組成。采用對比度高、有代表性、可直接測定的相關(guān)指標(biāo)，直接表征準(zhǔn)則層，是評價(jià)判斷森林植被健康狀況的資料數(shù)據(jù)直接來源，也是最根本、最主要的評價(jià)結(jié)構(gòu)層次。

2.3 健康綜合指數(shù)的計(jì)算

本研究是采用綜合指標(biāo)評價(jià)法來對自然保護(hù)區(qū)森林植被進(jìn)行健康評價(jià)，其綜合健康指數(shù)計(jì)算公式：

HI=ω1V+ω2O+ω3R

式中：HI為森林植被健康綜合指數(shù)；V指森林植被的活力評價(jià)指數(shù)；O指森林植被的組織結(jié)構(gòu)評價(jià)指數(shù)；R指森林植被的恢復(fù)力評價(jià)指數(shù)；ω1、ω2、ω3分別為V、O、R的權(quán)重，且ω1+ω2+ω3=1。

2.4 健康評價(jià)指標(biāo)等級劃分

森林植被健康評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)評價(jià)測度可直接應(yīng)用具體的測量數(shù)值來衡量，對于一些不能確定或者不便測量的指標(biāo)測度值的，采用定性研究中的等級劃分法來進(jìn)行定量化描述研究，將各個(gè)具體的指標(biāo)對自然保護(hù)區(qū)森林植被健康的影響高低為標(biāo)準(zhǔn)劃分為3個(gè)等級(賦分分別為1、3和5)。有些評價(jià)指標(biāo)既可利用具體的數(shù)值來度量，也可根據(jù)具體情況應(yīng)用定性的方法來做等級劃分。本研究中，涉及此賦分方法的相關(guān)情況，及各指標(biāo)具體等級劃分見表1。

表1 “ 二調(diào)” 數(shù)據(jù)健康評價(jià)指標(biāo)等級劃分Tab.1 Grading of health evaluation indexes

2.5 健康等級的劃分

根據(jù)以上建立的評價(jià)指標(biāo)體系和健康評價(jià)模型，在結(jié)合前人對森林植被健康評價(jià)和健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究基礎(chǔ)上[9，39，40]，根據(jù)保護(hù)區(qū)的特點(diǎn)與實(shí)際情況，結(jié)合相關(guān)專家的意見，將寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康狀況劃分為3個(gè)等級，等級的劃分范圍為[0，1.000]。按照一定的原則來劃分不同健康等級的范圍及其生態(tài)學(xué)的涵義，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林植被健康標(biāo)準(zhǔn)等級劃分及生態(tài)學(xué)涵義Tab.2 Health levels of forest vegetation in Kuankuoshui NatureReserve and their meanings

3 結(jié)果與分析

3.1 保護(hù)區(qū)森林植被健康綜合指數(shù)

根據(jù)上述建立的寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被健康評價(jià)模型，利用得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算其健康狀況結(jié)果如表3。

表3 寬闊水保護(hù)區(qū)健康評價(jià)綜合指數(shù)Tab.3 Comprehensive health index of KuankuoshuiNature Reserve

由表3可知，總體健康綜合指數(shù)為0.479，介于0.319～0.634之間，處于較健康等級，即寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被總體處于較健康狀態(tài)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)區(qū)、緩沖區(qū)、核心區(qū)也都處于較健康等級(圖1)。各個(gè)功能區(qū)健康綜合指數(shù)狀況：核心區(qū)(HI=0.510)>實(shí)驗(yàn)區(qū)(HI=0.471)>緩沖區(qū)(HI=0.451)。核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)的3個(gè)分指數(shù)均為組織力指數(shù)>恢復(fù)力指數(shù)>活力指數(shù)。

3.2 保護(hù)區(qū)森林植被小班水平健康狀況評價(jià)

寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林植被資源二類調(diào)查中，共有2031個(gè)小班樣地。其中核心區(qū)有636個(gè)小班樣地，緩沖區(qū)461個(gè)小班樣地，實(shí)驗(yàn)區(qū)934個(gè)小班樣地。根據(jù)以上建立的森林植被健康評價(jià)模型，對其進(jìn)行評價(jià)，獲得結(jié)果如圖1。

圖1 寬闊水保護(hù)區(qū)小班健康指數(shù)Tab.1 Health indexes of Kuankuoshui Nature Reserveon the level of small class

表4表明，從整個(gè)保護(hù)區(qū)來看，寬闊水自然保護(hù)區(qū)主要森林植被總體處于健康狀態(tài)的小班有447塊，占總小班數(shù)的47.12%，面積5766 hm2，占保護(hù)區(qū)總面積的24%；較健康狀態(tài)的小班有957塊，占總小班數(shù)的47%，面積12736 hm2，占保護(hù)區(qū)總面積的53%；不健康的小班有627塊，占總小班數(shù)的31%，面積5544 hm2，占保護(hù)區(qū)總面積的23%(圖2)。

表4 寬闊水保護(hù)區(qū)健康評價(jià)總體狀況Tab.4 Overall health state of Kuankuoshui Nature Reserve

健康小班按不同功能區(qū)來看表5，在核心區(qū)中有147塊，緩沖區(qū)103塊，實(shí)驗(yàn)區(qū)197塊，數(shù)量比例中核心區(qū)最大(32.89%)，其次緩沖區(qū)(23.04%)，最次為實(shí)驗(yàn)區(qū)(44.07%)，面積分別為2101.46 hm2、1491.81 hm2、2172.61 hm2，占健康小班總面積的36.45%、25.87%、37.68%。

圖2 寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林健康小班分布圖Fig.2 Distribution of healthy small classes inKuankuoshui Nature Reserve

較健康小班在核心區(qū)有342塊，緩沖區(qū)183塊，實(shí)驗(yàn)區(qū)432塊，面積分別為5327.26公頃、2482.71公頃、4925.83公頃和12735.8公頃，分別占較健康小班總面積的41.83%、19.49%和38.68%。

不健康小班在核心區(qū)有147塊，緩沖區(qū)175塊，實(shí)驗(yàn)區(qū)305塊，面積分別是1325.46 hm2、1623.51 hm2、2595.46 hm2，各占不健康小班總面積的23.91%、29.28%和46.81%。

表5 不同功能區(qū)森林健康狀況表Tab.5 Health status of forest of different functional zones in Kuankuoshui Nature Reserve

表6表明：寬闊水自然保護(hù)區(qū)森林植被健康狀況處于較健康、健康狀況的地類主要是混交林，分別占80.3%、56.8%；不健康狀況地類包括為≥25°坡耕地(36.7%)、人工造林未成林地(25.0%)、宜林荒山荒地(19.5%)、灌木林(18.8%))；但人工造林未成林地類實(shí)際已經(jīng)有幼苗幼樹，經(jīng)一段時(shí)間的恢復(fù)可達(dá)到健康，國家特別規(guī)定灌木林地類往往分布在山頂峭壁，已處于穩(wěn)定階段，因此，這兩類地類不應(yīng)成為寬闊水森林植被健康評價(jià)的不健康因素。

表6 不同地類森林健康狀況表Tab.6 Health status of forest of different land types inKuankuoshui Nature Reserve

續(xù)表6

核心區(qū)的不同地類森林植被的不同健康狀況如表6，表明：混交林對森林健康貢獻(xiàn)最大，占72.79%，起主要作用。不健康的地類主要是≥25°坡耕地，占38.10%；宜林荒山荒地，占21.77%，是影響核心區(qū)森林健康的主要因素。采取退耕還林、植樹造林等措施是恢復(fù)核心區(qū)森林植被健康的主要措施。

3.3 不同功能區(qū)森林植被健康狀況

從各個(gè)功能區(qū)來看，各個(gè)功能區(qū)中大部分森林植被處于較健康以上狀態(tài)，核心區(qū)健康的森林小班面積占核心區(qū)小班總面積的24%，較健康小班面積占61%，不健康小班面積占15%，處于健康以上狀態(tài)的小班占比85%，所以核心區(qū)小班健康狀況總體良好。緩沖區(qū)健康小班面積占緩沖區(qū)總面積的27%，較健康的占29%，不健康的占29%；實(shí)驗(yàn)區(qū)健康、較健康、不健康小班面積分別占實(shí)驗(yàn)區(qū)總面積的22%、51%、27%。

3.4 不同地類森林植被的健康狀況

(1)保護(hù)區(qū)森林植被總體健康狀況

不同的地類，其植被組成、用途等都有較大的區(qū)別，在森林植被健康評價(jià)中具有較大的影響。不同地類，其森林植被健康狀況如表7所示。

表7 不同地類各健康狀況的小班數(shù)目及比例(單位：個(gè))Tab.7 Number and proportion of small classes of differentland types and health status

按不同地類類型來看，寬闊水自然保護(hù)區(qū)是純林地類中健康小班面積占純林總面積的比例是66%，較健康小班面積占34%，沒有不健康小班?；旖涣纸】敌“嗝娣e占混交林總面積的25%，較健康小班占75%，沒有不健康小班；竹林的健康地類面積占竹林總面積的3%，較健康小班面積占97%，沒有不健康小班；特別灌木林較健康小班面積占特別灌木林總面積的20%；造林未成林地僅有少量較健康小班，其余都為不健康等級；其他灌木林、火燒跡地、宜林荒山荒地、>25度坡耕地全部為不健康小班。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)依據(jù)所構(gòu)建的森林植被健康評價(jià)模型，對寬闊水保護(hù)區(qū)森林資源二類調(diào)查已有的2031個(gè)小班數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到森林植被總體健康綜合指數(shù)為0.479，保護(hù)區(qū)總體處于較健康等級，其中核心區(qū)(HI=0.510)>實(shí)驗(yàn)區(qū)(HI=0.471)>緩沖區(qū)(HI=0.451)。

(2)小班水平上，較健康以上的小班數(shù)為1404個(gè)，占總小班數(shù)的69.1%，其中核心區(qū)489個(gè)、實(shí)驗(yàn)區(qū)629個(gè)、緩沖區(qū)286個(gè)，分別在各個(gè)功能區(qū)的占比分別為76.9%、62.0%、67.3%；健康小班數(shù)量比例中核心區(qū)最大(23.1%)，其次是緩沖區(qū)(22.3%)，最次為實(shí)驗(yàn)區(qū)(21.1%)。

(3)評價(jià)為不健康的森林小班主要是由≥25°坡耕地(農(nóng)用地)、灌木林、人工造林未成林地、宜林荒山荒地組成(這幾類地小班數(shù)總和占比達(dá)90%以上)。但人工造林未成林地類實(shí)際已有幼苗幼樹，經(jīng)一段時(shí)間的恢復(fù)可達(dá)到健康；國家特別規(guī)定灌木林地類往往分布在山頂峭壁，已處于穩(wěn)定階段。因此，這兩類地類不成為評價(jià)寬闊水森林植被不健康的地類情況。

(4)影響各功能區(qū)健康狀況的主要因素，核心區(qū)是≥25°坡耕地(38.10%)，緩沖區(qū)為≥25°坡耕地(31.43%)，實(shí)驗(yàn)區(qū)是≥25°坡耕地(39.02%)和宜林荒山荒地(19.02%)。

4.2 建議

1)整體上看，保護(hù)區(qū)總體健康狀況盡管處于較健康狀況，但得分較低，需加強(qiáng)保護(hù)與管理；

2)從各個(gè)功能區(qū)上來說，核心區(qū)和緩沖區(qū)應(yīng)該主要做好退耕還林工作；實(shí)驗(yàn)區(qū)主要是做好退耕還林工作和宜林荒山荒地的造林工作；

3)在評價(jià)上，人工造林未成林地和國家特別規(guī)定灌木林雖然不是主要影響因素，但是其幼苗幼樹的撫育工作需要做好，在未來的5～10年才能順利的發(fā)展為健康森林植被。總體上，要讓附近居民意識到愛護(hù)森林植被的重要性，積極的參與到愛林護(hù)林中。