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防护林生态系统健康标准评估

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防风固沙林生态系统健康评价指标构建和评价方法

防风固沙林生态健康评价的内容是由评价目的和评价对象本身的结构、功能及系统健康的特性所决定的。评价的方法又根据评价的内容而进行选择。从系统的结构和功能来看,生态系统健康的评价内容包括防风固沙林生态结构健康评价和功能健康评价,并依据其组成进行多要素的分解分析,然后进行综合。从健康特性来看,整体性、固沙性和防风性是防风固沙林生态系统健康的主要特征,因此评价中要紧密结合与特性相关的内容,并采取相应的方法。

1构建原则

评价防风固沙林生态健康指标要满足以下要求:①能够对防风固沙林的自然属性和其生长的自然环境进行多方位描述;②对防风固沙林生态健康程度中可预见和不可预见的变化提出警示;③能够反映出整个防风固沙林生态系统环境健康状况和影响其发展的主要因素。由此选择防风固沙林生态健康评价指标应遵循以下原则。

1.1代表性评价指标应能代表防风固沙林生态健康本身所固有的自然属性和防风固沙林生态系统特征,并能反映防风固沙林生境的变化趋势及其受干扰和破坏的敏感性。

1.2科学性评价指标要能反映防风固沙林生态健康的本质特征及其发生发展的内在变化规律,指标的物理及生理意义明确,调查方法标准,统计方法规范。

1.3系统性评价指标能够全面、系统地反映防风固沙林生态健康的各个方面,指标之间应相互补充,充分体现防风固沙林生态系统的一体性和协调性。

1.4独立性评价指标之间应相互独立,不出现相互包含、相互交叉关系和大同小异的现象。

1.5实用性评价指标的数据通过调查容易获取,其计算与测量方法简单,可操作性强,实现理论科学性和现实可行性的合理统一。

2指标评价体系的构建

根据指标体系的构建原则,按照控制指标、评价指标和调查指标3层指标,从防风固沙林生态健康的稳定性、生态健康的持续性、生态健康的完备性3个方面,以防风固沙林的生长要素、结构要素、生境要素、树势要素、胁迫要素5项要素和18个调查指标建立防风固沙林生态健康指标评价体系(图1)。

3评价指标的说明及评价标准

3.1评价指标和调查指标说明及评价标准

3.1.1生长要素指标评价标准主要是针对林木生长特点提出,如果其生长要素达到其正常年份的生长高度和粗度,生长状况良好,防风固沙林为健康状态。主要包括树高、胸径2个调查指标,再针对该研究地区的榆树和沙枣制定具体评价标准(表1)。

3.1.2结构要素指标评价标准结构要素是指防风固沙林系统内部组分之间相互作用的多样性和复杂性,有树种之间、林层之间等相互作用与影响,来保证防风固沙林处在一个稳定的动态变化状态中健康生长。主要包括植被类型、植被结构、郁闭度、灌草总盖度4个调查指标,具体评价标准见表2。

3.1.3生境要素指标评价标准生境要素是指防风固沙林生长的地理环境,地理环境直接影响防风固沙林的生长状况和防护能力。根据防风固沙林的生境特点,提出用沙化类型、土壤组分、沙化程度、覆沙厚度、有无结皮5项调查指标,具体评价标准见表3。

3.1.4树势要素指标评价标准树势要素主要是指防风固沙林生长树体形态是否与正常树种的生长形态一致,诸如树冠枝条生长能力、树叶的完好情况以及枝条的发育繁殖能力等。根据防风固沙林的林木生长要求,提出利用树冠、树叶和生活力3个调查指标,具体评价标准见表4。

3.1.5胁迫要素指标评价标准胁迫要素主要是指防风固沙林的灾害因子,包括防风固沙林病虫害、火灾、气候灾害(风、雪、水、旱)和沙埋、沙割等灾害现象。主要包括气象灾害、病虫灾害、污染灾害、风沙危害4个调查指标,具体评价标准见表5。

3.2控制指标说明对防风固沙林生态系统健康的理解

主要包括防风固沙林生态系统的完备性、稳定性和可持续性。完备性是指防风固沙林生态系统内在的组分、结构、功能及其外在的生物物理环境的完整性,既包含生长要素、生境要素的完备程度,也包含生物过程,生态过程和物理环境过程的健全性,强调组分间的依赖性与和谐性、统一性;稳定性主要是指防风固沙林生态系统对环境胁迫和外部干扰的反应能力,一个健康的生态系统必须维持系统的结构和功能的相对稳定,在受到一定程度干扰后能够自然恢复;可持续性主要是指防风固沙林生态系统持久地维持或支持其内在组分、组织结构和功能动态发展的能力,强调森林健康的一个时间尺度和持续固沙能力问题。

4生态健康评价方法及标准

4.1评价方法该研究根据防风固沙林生态健康指标的构建原则,以防风固沙林生态学和固沙理论为基础,采用专家评议几何平均法计算划分指标的权重,综合防风固沙林的生长要素、结构要素、生境要素、树势要素、胁迫要素5项要素18项指标因子来综合评价。首先按下式计算综合得分:式中,Xi为第i项评价因子的等级评定得分值(等级分值);Wi为各评价要素的权重。然后根据5项要素的权重(分别取0.30、0.15、0.30、0.15、0.10)综合得分值按标准划分森林健康等级。

4.2评价标准防风固沙林生态健康等级评定标准:健康、亚健康弱健康、不健康的生态健康等级综合得分值分别为≥8、6~8、4~5、<4。

案例验证

1基础材料

以宁夏毛乌素沙地防风固沙林为评价对象,利用该区域森林资源一类清查的样地资料数据和卫星遥感图像解译识别资料,选择防风固沙林样地,根据现有的调查因子并做一些补充调查,作为该研究的基础资料。

2.2评价地区概况

毛乌素沙地在宁夏境内分布面积735024hm2,占毛乌素沙地面积的12.32%,占宁夏沙化土地面积的59.48%。占据宁夏东北部,地理坐标:106°21′~107°38′E,37°32′~39°06′N。南北长210km,东西宽12~120km,为黄河东岸、鄂尔多斯台地西南一隅。该区属中温带干旱气候,光能资源丰富,年日照时数为3130h,平均气温7.2℃,极端最高气温38.1℃,极端最低气温-27.5℃,无霜期平均128d,多年平均降水量190~250mm,大部分集中于7~9月份。年蒸发量在1022~1862mm,年干燥度为2.95~4.68,主要气象灾害有干旱、霜冻、冰雹、青干和热干风、低温冷害等。其中干旱是最严重的气象灾害。

冬春风沙较多,沙区平均风速2.8m/s,最大风速为24m/s,风向多为西北风。地形为低山丘陵、缓坡丘陵、风沙地、冲积平原。土壤主要是风沙土、灰钙土,还有少量盐碱土,土壤肥力水平低,土壤有机质含量仅为0.5%~1.1%。水资源贫乏,主要依赖大气降水,地表水很少,属严重缺水地区。地下水资源匮乏,浅层水虽分布较广,井孔涌水量不大。毛乌素沙地治理区多为流动沙地和半流动沙地,植被盖度分别在3%~5%和15%~20%,植被主要有针茅、牛心朴子、沙蒿等,草场质量较差。

3样地调查

3.1样地说明样地是宁夏森林资源连续清查的原始固定样地,正方形,面积为0.06hm2,其边长为24.49m。主要调查因子有土壤名称、土壤厚度、林种、树种、平均年龄、平均胸径、平均树高、林层结构、郁闭度、生活力森林病虫害等级、蓄积、荒漠化类型、荒漠化程度等49项因子。自1990年建立以来,已连续调查3次。该研究数据全部来源于3次森林资源调查(表6)。

3.2样地选择从宁夏毛乌素沙地南缘的盐池县选择具有代表性的27个防风固沙林样地进行评价,采用样地因子补充调查的方法,首先对选择的27个样地的调查因子进行登记,利用1990—2000年的调查原始资料进行计算,总结评价因子的标准,确定补充调查因子数量和调查路线。根据18个因子逐项进行详细调查评价,经调查评价,试验区样地主要因子评价等级见表7。

4评价结果

根据表7所列的指标等级评价结果,按照各项因子评分标准和权重,得出各要素的分值,然后按照5项要素的权重根据计算综合得分,再根据防风固沙林等级分值标准,判定防风固沙林的生态健康等级,详细结果见表8。综合评价结果为:有1个样地的固沙林为生态健康等级,有18个样地的固沙林评价结果为亚健康等级,有7个样地的固沙林评价结果为弱健康等级,有1个样地的固沙林评价为不健康等级。

由评价结果可知,研究地区的防风固沙林66.6%处于亚健康状态;25.9%处于弱健康状态;处于健康和不健康状态的各占3.7%。这与实际状况是相符的,因为毛乌素沙地的防风固沙林处在干旱半干旱地区,降雨量低,风沙危害严重,在造林结束后的数年间,防风固沙林的抚育管护条件非常差,造成防风固沙林90%以上都处于亚健康和弱健康状态。评价结果表明,要进一步加大防风固沙林的抚育管理工作,确保这一地区防风固沙林正常发挥防风固沙效果,保证这一地区的生态安全。

结论

采用控制指标、评价指标和调查指标3层指标,利用专家评议几何平均法计算划分指标的权重,构建了一套宁夏毛乌素沙地防风固沙林生态系统健康评价指标体系,并在宁夏毛乌素沙地选用森林资源清查样地进行案例研究,结果表明,该指标体系及评价方法能够比较客观地揭示宁夏毛乌素沙地防风固沙林的健康状况及其健康差异,具有一定的科学性、实用性和可操作性。该指标评价体系对宁夏毛乌素沙地的防风固沙林抚育管理具有一定的指导意义。但是由于目前防风固沙林生态健康指标评价尚无统一、公认的标准,笔者对宁夏毛乌素沙地防风固沙林生态健康指标评价和评价因子仅作了初步研究,受具体地点和环境影响较大,所建立的指标评价体系还需要与实际结合不断完善才能应用于实践。

由宁夏毛乌素沙地防风固沙林的评价结果可知,宁夏毛乌素沙地防风固沙林在造林模、树种结构、造林密度和抚育管护等工作中存在问题,需要调整造林模式,对树种结构要以乔灌结合,对造林密度要适当加大,加强防风固沙林的管理,加大毛乌素沙地防护林的抚育经费,保证防风固沙林的林木生长基本条件。建议在做好防风固沙林抚育管护的同时,对一些不健康的防风固沙林进行改造,使该地区的生态防护达到稳定状态。

作者:汪泽鹏张为单位:宁夏林业调查规划院宁夏六盘山自然保护区管理局

防护林生态系统健康标准评估责任编辑:陈老师    阅读:人次