基于VOR模型的阿爾泰山林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

周泉，葉茂，趙凡凡

(新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054)

健康的生態(tài)系統(tǒng)是人類可持續(xù)發(fā)展的重要前提[1].森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)主體，是生物圈生態(tài)系統(tǒng)中分布最廣、類型最豐富、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，不僅為人類提供重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境產(chǎn)品與服務(wù)，而且在維護(hù)全球生態(tài)平衡和生物多樣性、支持人類生命系統(tǒng)中發(fā)揮著不可取代的作用[2-3].森林生態(tài)系統(tǒng)健康的研究已成為當(dāng)前林學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，許多學(xué)者對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的定義、測(cè)定、評(píng)估和管理進(jìn)行積極地探索[4-6].眾多學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)展和方法等進(jìn)行研究[7-9]，發(fā)現(xiàn)維持森林生態(tài)系統(tǒng)健康仍然是今后森林經(jīng)營(yíng)發(fā)展的方向[10-11].目前森林生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)估還沒(méi)有一套可靠且統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅停留在定性判斷上，如何將定性判斷與定量評(píng)價(jià)有機(jī)結(jié)合，是森林生態(tài)系統(tǒng)健康研究的重要問(wèn)題[12-17].

阿爾泰山是歐亞大陸腹地物種保存十分完整的天然基因庫(kù)之一，森林廣闊，是新疆極其重要的生態(tài)屏障，也是新疆北水南調(diào)項(xiàng)目的重要水源地，在新疆未來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中處于十分重要的戰(zhàn)略位置[18-19].近年來(lái)，阿爾泰山林地由于過(guò)度開(kāi)發(fā)、粗放管理等原因，使林地退化和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降.目前，對(duì)阿爾泰山林地的研究主要集中在群落物種多樣性[20-21]和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題等方面[22]，且關(guān)于阿爾泰山林地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)還少見(jiàn)報(bào)道.林地的健康狀況，對(duì)林地功能的發(fā)揮起著關(guān)鍵作用，對(duì)林地健康生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以清晰了解林地健康狀況.鑒于此，本研究以阿爾泰山林地為研究對(duì)象，通過(guò)野外調(diào)查，用獲得的數(shù)據(jù)建立林地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的VOR指數(shù)模型，按照不同林區(qū)、不同林區(qū)各樣地等來(lái)定量評(píng)價(jià)阿爾泰山林地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為阿爾泰山不同林場(chǎng)的林地管理與林地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供參考.鑒于生態(tài)系統(tǒng)類型的多樣性及復(fù)雜性，不同專業(yè)的生態(tài)學(xué)家提出了不同的評(píng)價(jià)模式，本文采用了Constanza等[23]提出的VOR生態(tài)健康指數(shù)，對(duì)阿爾泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行分析與評(píng)價(jià).

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(圖1)位于新疆維吾爾自治區(qū)東北部，東起青河縣，西至哈巴河縣，東北與蒙古接壤，西北與俄羅斯和哈薩克斯坦交界.地理坐標(biāo)N 47°50′～49°5′，E 90°～91°40′.林區(qū)總面積225萬(wàn)hm2，阿爾泰山由西北至東南跨幅470 km以上，西北部寬約150 km，東南部寬約80 km.屬溫帶干旱氣候區(qū).年平均氣溫1.8 ℃，無(wú)霜期110 d.年平均降水量158 mm，年平均蒸發(fā)量1 692 mm.域內(nèi)地勢(shì)復(fù)雜，地貌兼有山地、盆地、河谷、戈壁、沙漠5大類，海拔在1 000～3 500 m之間，地勢(shì)西北高東南低為瓶口狀.土壤類型有棕鈣土、栗鈣土、灰色森林土及棕色針葉林土，pH值偏酸性.阿爾泰山林區(qū)為北溫帶大陸性氣候，森林資源豐富，林區(qū)總面積25 324 km2，其中林地面積18 322.67 km2，占林區(qū)總面積的72.4%.根據(jù)第八次全國(guó)森林資源清查結(jié)果，我國(guó)森林蓄積量為151億m3，阿爾泰的森林蓄積量接近全國(guó)的1%，主要樹(shù)種有松、杉、楊、樺、柳等，其中山區(qū)針葉林是森林資源的主體[24].根據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)，3 000～3 500 m以上植被為苔蘚類墊狀植物；2 600～3 500 m為高山-亞高山草甸草原；1 300～2 600 m為森林草原帶；800～1 300 m是灌木草原；植被分布下限由西向東升高，如森林下限為1 200～1 900 m，灌木草原下限為500～1 500 m，荒漠上限則為500～1 100 m.

圖1 研究區(qū)示意圖

2 材料與方法

2.1 樣地調(diào)查方法

對(duì)阿爾泰山林場(chǎng)森林進(jìn)行群落和物種調(diào)查，共設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地185個(gè)，樣地面積為20 m×20 m，記錄并鑒定每樣方內(nèi)的所有喬木,于高度1.3 m處漆上紅漆，用測(cè)樹(shù)鋼圍尺測(cè)量植物的胸徑，并記錄樹(shù)種名稱、樹(shù)高、胸徑、樣區(qū)位置.樣地測(cè)量工作于2019年12月完成，數(shù)據(jù)由監(jiān)測(cè)人員錄入,可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最大限度提高錄入數(shù)據(jù)的精確度.

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)阿爾泰山林場(chǎng)林地的實(shí)際情況，根據(jù)選取評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)遵循的原則，選取對(duì)研究有重要意義的樹(shù)高、生物量、物種頻度、物種豐富度等指標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，把阿爾泰山林場(chǎng)林地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)級(jí)別分為4個(gè)等級(jí)：1級(jí)(優(yōu)質(zhì)健康)、2級(jí)(健康)、3級(jí)(亞健康)、4級(jí)(不健康)[25-27].

參考魯紹偉等[28]對(duì)八達(dá)嶺林場(chǎng)森林健康等級(jí)劃分的研究成果，并結(jié)合各地健康綜合指數(shù)的概率分布，本文將阿爾泰山林地健康狀況分為4個(gè)等級(jí)，具體情況見(jiàn)表1.

表1 林地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)及健康等級(jí)

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

最早的經(jīng)典評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來(lái)自生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià).1992年，生態(tài)健康指數(shù)(health index，HI)由Costanza提出，從生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)能力的角度評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，主要由活力(vigor)、組織結(jié)構(gòu)(organization)、恢復(fù)力(resilience)3項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)來(lái)綜合反映，后來(lái)經(jīng)過(guò)Costanza[29]和Rapport D[30]進(jìn)一步完善為VOR模型.

2.3.1 活力指數(shù)(V)的計(jì)算 活力表征系統(tǒng)的功能，是指系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)與能量流動(dòng)的活動(dòng)性，體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的速率[31].本研究選用植物地上總生物產(chǎn)量表征系統(tǒng)的活力狀況.具體計(jì)算如下:

V=B/BCK

(1)

式中：活力指數(shù)(V)用植物地上生物量進(jìn)行測(cè)算，B為監(jiān)測(cè)點(diǎn)樣方植物群落地上生物量，BCK為對(duì)照樣地單位面積地上總生物產(chǎn)量.V∈[0,1]，如V>1，則取V=1.

2.3.2 組織力指數(shù)(O)的計(jì)算 組織力表征系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的優(yōu)化能力.本文利用物種頻率、相對(duì)生物量、植株相對(duì)高度計(jì)算系統(tǒng)的組織力[32].

具體計(jì)算如下：

O=OX/OCK

OX=∑[(Fi+Bi+Hi)/3]

Fi=Ni/N

Bi=Bij/Bj

Hi=Pi/Pmax

式中：組織力(O)，用植物群落物種頻度、高度和生物量進(jìn)行測(cè)算；OCK為參照樣地的組織力值；OX為樣地組織力；Fi為第i物種的相對(duì)頻度；Ni為出現(xiàn)第i物種的樣方數(shù)；N是所有調(diào)查的樣方數(shù).Bi為第i物種的相對(duì)生物量；Bij為第i物種在第j個(gè)樣方中的干質(zhì)量，j=1,2,3…，N；Bj是第j個(gè)樣方的總地上生物量；Hi為各物種的相對(duì)高度；Pi為監(jiān)測(cè)點(diǎn)植物中第i個(gè)植物種在樣方中的植株平均高度，Pmax為Pi中的最大值.

2.3.3 恢復(fù)力指數(shù)(R)的計(jì)算 恢復(fù)力是指系統(tǒng)受到脅迫后抵抗、反彈和恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的能力[33].

根據(jù)前人的研究結(jié)果[34-35]，選用以下模型來(lái)計(jì)算系統(tǒng)恢復(fù)力(R):

式中：Li為物種i的壽命；Ii為物種i的相對(duì)生物量；P為物種數(shù)；V為活力，反映了生產(chǎn)力的恢復(fù)水平；SCK為對(duì)照，計(jì)算各單項(xiàng)指數(shù)時(shí)，選擇各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均值為對(duì)照.

2.3.4VOR綜合指數(shù)的計(jì)算 根據(jù)研究區(qū)的基礎(chǔ)調(diào)查資料，得出C、V、O、R分指數(shù)，VOR綜合指數(shù)計(jì)算如下：

VOR=WV×V+WO×O+WR×R

WV+WO+WR=1

式中：WV、WO、WR分別對(duì)應(yīng)分指數(shù)的權(quán)重?cái)?shù)，且WV、WO、WR均大于或等于0，WV+WO+WR=1.本研究取樣背景清晰，故取值WV=WO=WR=1/3.VOR指數(shù)越接近1，表明系統(tǒng)越健康，越接近0，系統(tǒng)越接近病態(tài).

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Excel 2007和Origin 2017作圖.

3 結(jié)果與分析

3.1 阿爾泰山森林生態(tài)系統(tǒng)健康整體情況

對(duì)阿爾泰山7個(gè)林區(qū)33個(gè)樣點(diǎn)的185個(gè)樣方進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)模型，計(jì)算綜合健康指數(shù)(VOR)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)阿爾泰山林場(chǎng)林地VOR值分布范圍在0.21～1，VOR值主要集中在0.9～1.根據(jù)林地健康等級(jí)表，阿勒泰林地不健康和亞健康狀況的林地占44%，健康和優(yōu)質(zhì)健康的林地占56%(表2).經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得出阿爾泰山林地生態(tài)系統(tǒng)的活力V、組織力O、恢復(fù)力R和健康指數(shù)VOR的結(jié)果見(jiàn)圖1.可以看出阿爾泰山林地生態(tài)系統(tǒng)的平均健康指數(shù)VOR為0.78，在0.75～0.9范圍之間，屬于健康水平.林地的V值和R值均低于0.75的健康標(biāo)準(zhǔn)，但都大于0.6的不健康標(biāo)準(zhǔn)，因此阿爾泰山草地的活力和恢復(fù)力整體水平較低，但還沒(méi)有達(dá)到警戒狀態(tài)，僅O值高于0.75，說(shuō)明阿爾泰山林地系統(tǒng)的組織能力較強(qiáng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定.

表2 整體樣地情況

圖2 阿爾泰山林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指數(shù)整體評(píng)價(jià)

從阿爾泰山7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)的整體狀況來(lái)看(圖3)，兩河源林區(qū)、阿勒泰林區(qū)、富蘊(yùn)林區(qū)、福海林區(qū)、布爾津林區(qū)和青河林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)屬于健康狀態(tài)(VOR>0.75)，而哈巴河林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)(VOR<0.75).7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康等級(jí)排序依次為：兩河源林區(qū)>阿勒泰林區(qū)>富蘊(yùn)林區(qū)>福海林區(qū)>布爾津林區(qū)>青河林區(qū)>哈巴河林區(qū).

圖3 阿爾泰山不同林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康VOR指數(shù)

從阿爾泰山7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)健康指標(biāo)來(lái)看(圖4)，只有兩河源的活力指數(shù)V大于0.75，說(shuō)明兩河源林區(qū)的林地活力較強(qiáng)，林地的生物量較高.除兩河源林區(qū)外，阿爾泰山其他6個(gè)林區(qū)的活力指數(shù)V均小于0.75，說(shuō)明這6個(gè)林區(qū)的林地活力低，林地的生物量較低，其中哈巴河林區(qū)的活力最低.

圖4 阿爾泰山不同林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指數(shù)

7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的組織能力都很強(qiáng)，組織力指數(shù)O均大于0.84.其中阿勒泰林地生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部組織力最強(qiáng)，組織力指數(shù)O為0.92，布爾津林地的組織力指數(shù)最低，O為0.84.雖然哈巴河林區(qū)林地的組織力水平相對(duì)較高，O值大于0.75，但是由于它的活力V和恢復(fù)力R相對(duì)低，均低于0.75，因此導(dǎo)致其林地生態(tài)系統(tǒng)整體處于不健康狀態(tài).

兩河源林區(qū)和富蘊(yùn)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力R值均大于0.79，說(shuō)明這兩個(gè)林區(qū)的恢復(fù)能力較強(qiáng).阿勒泰林區(qū)的林地恢復(fù)能力略微大于0.75，而布爾津林區(qū)、福海林區(qū)、青河林區(qū)和哈巴河林區(qū)的恢復(fù)能力較弱，其R值均小于0.75，其中哈巴河林地的恢復(fù)能力最弱.

3.2 阿爾泰山不同林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)分析評(píng)價(jià)

對(duì)阿勒泰林區(qū)前山山坡、前山河流和后山山坡3個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，計(jì)算結(jié)果表明(圖5)，阿勒泰林區(qū)前山山坡和后山山坡的VOR值均大于0.75，說(shuō)明這兩點(diǎn)區(qū)域林地生態(tài)系統(tǒng)處于健康狀態(tài).前山河流的VOR值小于0.75，說(shuō)明此區(qū)域林地生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài).阿勒泰林區(qū)后山山坡林地生態(tài)系統(tǒng)的VOR值高達(dá)0.98，林地的活力、組織力和恢復(fù)力均很強(qiáng)，數(shù)值均在0.96以上.說(shuō)明阿勒泰林區(qū)后山山坡林地生態(tài)系統(tǒng)很健康.

布爾津林區(qū)重點(diǎn)對(duì)河谷、旅游區(qū)、禾木山坡和賈登峪山坡進(jìn)行調(diào)查.計(jì)算結(jié)果表明(圖5)，布爾津林區(qū)禾木山坡和賈登峪山坡的林地生態(tài)系統(tǒng)VOR值大于0.75，處于健康狀態(tài).禾木山坡的林地生態(tài)系統(tǒng)VOR值為0.80，林地的活力、組織力和恢復(fù)力均強(qiáng)，數(shù)值均在0.78以上.賈登峪山坡的林地生態(tài)系統(tǒng)VOR值為0.82，雖然林地的恢復(fù)力不強(qiáng)，但是R值接近0.75，且此地點(diǎn)的活力和組織力較強(qiáng).河谷和旅游區(qū)這些人類干擾頻繁的區(qū)域，林地生態(tài)系統(tǒng)的VOR值均小于0.75.雖然河谷的組織力比較強(qiáng)，O值大于0.75，但是活力和恢復(fù)力很低.旅游區(qū)的活力、組織力和恢復(fù)力均在0.59以下，整體呈現(xiàn)出不健康狀態(tài).

福海林區(qū)的3個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)計(jì)算結(jié)果表明(圖5)，山坡2和礦區(qū)的VOR值大于0.84，且這兩個(gè)區(qū)域的V、O和R值均大于0.77，說(shuō)明山坡2和礦區(qū)的活力、組織力和恢復(fù)力較強(qiáng)，林地處于健康狀態(tài).山坡1的VOR值低于0.75，說(shuō)明山坡1處林地生態(tài)系統(tǒng)處于非健康狀態(tài).雖然O值很高，大于0.86，但是V和R值低于0.75，說(shuō)明這個(gè)區(qū)域組織力高，但活力和恢復(fù)力很弱.

富蘊(yùn)林區(qū)的4個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)計(jì)算結(jié)果表明(圖5)，喀依爾特山坡的VOR值大于0.75，喀依爾特山坡的V、O和R值均大于0.8，說(shuō)明喀依爾特山坡林地的活力、組織力和恢復(fù)力較強(qiáng)，林地處于健康狀態(tài).河谷的VOR值也大于0.75，雖然整體處于健康狀態(tài)，但是河谷的V值小于0.75，說(shuō)明河谷的活力較低.庫(kù)依山坡和沙庫(kù)爾布依克山坡的VOR值小于0.75，說(shuō)明這兩個(gè)樣點(diǎn)的林地生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài).

哈巴河林區(qū)4個(gè)調(diào)查樣地計(jì)算結(jié)果表明(圖5)，只有白哈巴的VOR值大于0.75，表現(xiàn)出健康狀態(tài).白哈巴的O值和R值大于0.75，而V值小于0.75，說(shuō)明其林地的組織力和恢復(fù)力較強(qiáng)，組織力較弱.那仁山坡、齊巴契列克山坡和鐵列克山坡林地生態(tài)系統(tǒng)VOR值均小于0.75，表現(xiàn)出不健康的狀態(tài).其中那仁山坡和鐵列克山坡的林地VOR值僅為0.37和0.48，表明其林地生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)，需要保護(hù)和恢復(fù).

兩河源林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)整體處于健康狀態(tài)，7個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)林地的VOR值均高于0.79，只有喀依爾特河谷的V值低于0.75，其他6個(gè)樣點(diǎn)的林地活力均高于0.75，說(shuō)明喀依爾特河谷的活力低，其他6個(gè)樣點(diǎn)的活力均很強(qiáng).7個(gè)樣點(diǎn)的O值均大于0.77，說(shuō)明兩河源林地的組織力均很強(qiáng).喀依爾特山坡和庫(kù)爾木圖山坡的R值低于0.75，而其他5個(gè)地點(diǎn)的R值均高于0.75，說(shuō)明喀依爾特山坡和庫(kù)爾木圖山坡的恢復(fù)力弱，其他樣點(diǎn)的林地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力強(qiáng).

從青河林區(qū)8個(gè)樣點(diǎn)來(lái)看(圖5)，東布哈林河谷、臘斯特山坡、納仁薩拉河谷和納仁薩拉山坡的VOR值均大于0.75，說(shuō)明這4個(gè)區(qū)域的林地生態(tài)系統(tǒng)屬于健康狀態(tài)，且這4個(gè)區(qū)域的V、O和R值均大于0.75，說(shuō)明各個(gè)林地的活力、組織力和恢復(fù)力均較高，林地生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定.東布哈林山坡、奇巴哈勒蓋山坡、奇巴哈勒蓋河谷和天保辦山坡的VOR值均低于0.75，說(shuō)明這4個(gè)區(qū)域的林地生態(tài)系統(tǒng)不屬于健康狀態(tài).東布哈林、奇巴哈勒蓋和奇巴哈勒蓋河谷雖然O值很高，均高于0.9，但是V和R值均低于0.75，說(shuō)明這3個(gè)區(qū)域的組織力高，但是活力和恢復(fù)力很低.天保辦林地的V值大于0.75，但是O和R小于0.75，說(shuō)明這個(gè)區(qū)域的活力強(qiáng)，但是組織力和恢復(fù)力差.

圖5 阿爾泰山各林區(qū)不同地點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況

表3 各林場(chǎng)樣地情況

3.3 阿爾泰山各林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康差異性分析

對(duì)阿爾泰山7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行差異性分析，結(jié)果見(jiàn)表4.阿爾泰山7個(gè)林區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)健康的VOR整體上差異不顯著(P>0.05).7個(gè)林區(qū)的草地健康的各項(xiàng)指標(biāo)O和R均差異不顯著(P>0.05)，而O值呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05).

表4 阿爾泰山7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指標(biāo)ANOVA分析

從阿爾泰山7個(gè)林區(qū)之間的差異性對(duì)比分析結(jié)果看(表5)，林地處于非健康狀態(tài)的哈巴河與林地處于健康狀態(tài)的福海、富蘊(yùn)和兩河源林區(qū)差異顯著(P>0.05)，而與阿勒泰、布爾津和青河的林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明阿勒泰、布爾津和的青河林地生態(tài)系統(tǒng)正處于健康狀態(tài)向非健康狀態(tài)轉(zhuǎn)化的臨界值.

表5 阿爾泰山林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)VOR指數(shù)多重比較分析

對(duì)處于健康狀態(tài)下的阿勒泰、布爾津、福海、富蘊(yùn)、兩河源和青河6個(gè)林區(qū)的林地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行多重比較分析發(fā)現(xiàn)，阿勒泰林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平與其他區(qū)域的林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異不顯著(P>0.05)；布爾津林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平與其他區(qū)域的林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異不顯著(P>0.05)；福海林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平與富蘊(yùn)、兩河源和青河的林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異不顯著(P>0.05)；富蘊(yùn)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平與兩河源和青河的林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異不顯著(P>0.05)；哈巴河林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平和青河林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異不顯著(P>0.05)；兩河源林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平和青河林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康水平差異顯著(P<0.05).

3.4 阿爾泰山不同林區(qū)海拔對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康影響評(píng)價(jià)

對(duì)阿爾泰山7個(gè)林區(qū)海拔在900～2 600 m范圍內(nèi)林地進(jìn)行調(diào)查.隨著海拔高度增加，7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康VOR指標(biāo)變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示.可以看出，隨著海拔的升高，除青河林區(qū)外，其他6個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康VOR指標(biāo)均有不同程度增加，但增加趨勢(shì)不明顯.其中，哈巴河林區(qū)和福海林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)隨著海拔升高增加的趨勢(shì)要略快于其他林區(qū)增加速度.

圖6 阿爾泰山不同林區(qū)不同海拔林地生態(tài)系統(tǒng)健康分析

將阿爾泰山7個(gè)林區(qū)所有海拔與林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指數(shù)作相關(guān)分析，見(jiàn)圖7.由圖7可以看出，在海拔900～2 600 m范圍內(nèi)，林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指數(shù)V、O、R和VOR值變化趨勢(shì)不明顯.從林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指數(shù)分析，林地的組織力指數(shù)(O)數(shù)值分布較為集中，活力指數(shù)(V)、恢復(fù)力指數(shù)(R)數(shù)值分布范圍廣，導(dǎo)致了隨著海拔的增加，7個(gè)林區(qū)林地健康指數(shù)(VOR)分布范圍較廣，增加趨勢(shì)不明顯.

圖7 阿爾泰山不同海拔林地生態(tài)系統(tǒng)健康各項(xiàng)指數(shù)分析

4 討論

目前國(guó)內(nèi)在森林資源健康評(píng)價(jià)方面研究依然薄弱，還不能精確掌握經(jīng)營(yíng)區(qū)森林資源的健康狀況.本研究建立的阿爾泰山森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，參考了國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者的研究評(píng)價(jià)指標(biāo)，如閆東峰等[13]、馬向前等[35]、周傳猛等[36]，比較適宜于阿爾泰山的森林系統(tǒng).

利用本文建立的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)185個(gè)樣地的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理比較，發(fā)現(xiàn)區(qū)域是評(píng)價(jià)阿爾泰山森林生態(tài)系統(tǒng)健康的重要因子之一.與區(qū)域密切相關(guān)的是人為干擾，如旅游、放牧和采礦.整體上看7個(gè)林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康最好的是兩河源，因?yàn)閮珊釉词亲匀槐Ｗo(hù)區(qū)，受到的人為干擾最小.哈巴河林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)最差，可能是由于本身組織力弱，且受到的人為干擾程度最大，尤其是當(dāng)?shù)啬撩竦倪^(guò)度放牧.生態(tài)系統(tǒng)差異性上，哈巴河林場(chǎng)與青河、阿勒泰和布爾津林場(chǎng)差異性不顯著，表明了這三個(gè)地方也有變差的風(fēng)險(xiǎn)，而實(shí)際上，阿勒泰、布爾津和青河不僅是重要的放牧場(chǎng)地，更是北疆的重要旅游地，如喀納斯風(fēng)景區(qū)等，這與陳維社[37]、韓永新[38]的研究一致.

除對(duì)區(qū)域進(jìn)行區(qū)分評(píng)價(jià)分析外，參考閆東峰等[13]、姬文元等[27]的研究結(jié)果，本文也將海拔作為考慮因素之一，但是計(jì)算出的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)隨海拔變化并不明顯，可能是由于雖然阿爾泰山絕對(duì)海拔差比較大，但是相對(duì)海拔高差不大，對(duì)同區(qū)域的植物生長(zhǎng)影響不大.另外本文的樣地設(shè)置較多，減少了數(shù)據(jù)本身誤差，更接近真實(shí)情況.

本文從多角度對(duì)阿爾泰山林地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，完善了阿爾泰山林地健康狀況的研究，為阿爾泰山林地管理與生態(tài)恢復(fù)提供了準(zhǔn)確、詳細(xì)的參考.

5 結(jié)論

7個(gè)林區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)健康等級(jí)排序依次為：兩河源林區(qū)>阿勒泰林區(qū)>富蘊(yùn)林區(qū)>福海林區(qū)>布爾津林區(qū)>青河林區(qū)>哈巴河林區(qū).

阿勒泰林地、布爾津林地、福海林地和青河林地，從平均值看屬于健康等級(jí)，從樣地?cái)?shù)量比例上看總體質(zhì)量相對(duì)一般.富蘊(yùn)林地和兩河源保護(hù)區(qū)林地，從平均值上看屬于健康等級(jí)，從樣地?cái)?shù)量比例上看總體健康質(zhì)量相對(duì)較好.哈巴河林地，從平均值上看屬于亞健康等級(jí).從樣地?cái)?shù)量比例上看哈巴河林場(chǎng)的總體健康質(zhì)量相對(duì)偏低.阿爾泰山林場(chǎng)林地，從平均值上看屬于健康等級(jí)，從樣地?cái)?shù)量比例上看阿爾泰山林場(chǎng)的總體健康質(zhì)量相對(duì)一般.阿勒泰、布爾津和青河林地生態(tài)系統(tǒng)正處于健康狀態(tài)向非健康狀態(tài)轉(zhuǎn)化的臨界值，說(shuō)明阿勒泰、布爾津和青河林地生態(tài)系統(tǒng)有變差的危險(xiǎn).在林地管理中應(yīng)對(duì)哈巴河林區(qū)進(jìn)行林地修復(fù)，對(duì)阿勒泰、布爾津和青河林地進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注.

阿爾泰山不同林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康以及各項(xiàng)指標(biāo)隨海拔變化不明顯，說(shuō)明海拔對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的影響較小.