于法展，陳龍乾，沈正平，仇方道

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州221116；2.江蘇師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，江蘇 徐州221116）

近年來(lái)，隨著全球變化影響研究的加強(qiáng)，特別是對(duì)于人類(lèi)活動(dòng)及人地關(guān)系研究的深入，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了大量有關(guān)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的研究與實(shí)踐［1－3］。但作為一個(gè)新的研究領(lǐng)域，關(guān)于生態(tài)脆弱性概念的界定還沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，其發(fā)生機(jī)制和影響因素研究還比較薄弱，生態(tài)脆弱性的評(píng)價(jià)體系及生態(tài)脆弱區(qū)的開(kāi)發(fā)利用對(duì)策有待進(jìn)一步加強(qiáng)［4－6］。此外，有關(guān)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)方法的理論與實(shí)踐研究在地域上有局限性，目前我國(guó)多以西北干旱半干旱地區(qū)的典型生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)為主，而對(duì)山地丘陵脆弱區(qū)研究較少［7－9］。蘇北低山丘陵區(qū)典型性森林植被主要分布于江蘇省東北部和西北部的低山丘陵，前者如連云港近郊的前云臺(tái)山、中云臺(tái)山、后云臺(tái)山、錦屏山等，后者如徐州附近的馬陵山、大洞山、泉山、云龍山等。由于歷史的原因，蘇北低山丘陵區(qū)的森林植被曾受到極大的破壞，現(xiàn)有植被的長(zhǎng)勢(shì)緩慢、生態(tài)效益低下，營(yíng)造健康森林已經(jīng)成為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的首要任務(wù)。森林生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性極易導(dǎo)致森林及環(huán)境的問(wèn)題產(chǎn)生，科學(xué)評(píng)價(jià)森林的生態(tài)脆弱性，以指導(dǎo)其開(kāi)發(fā)和管理，對(duì)減少森林及避免森林環(huán)境的退化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［10－11］。本文以蘇北低山丘陵區(qū)現(xiàn)存的典型性森林植被為研究對(duì)象，試圖通過(guò)建立有效的森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)體系，對(duì)該地區(qū)森林生態(tài)脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為當(dāng)?shù)厣纸】倒芾泶胧┑闹贫ㄌ峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 評(píng)價(jià)理論與方法

1.1 森林群落生態(tài)脆弱性影響因子

造成森林群落脆弱性的原因有其先天的自然背景因素，但更多的與人類(lèi)活動(dòng)所造成的負(fù)面積累有關(guān)，是自然因素與人為因素相互作用、彼此疊加的結(jié)果。自然因素包括地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征、地表組成物質(zhì)、生物群體類(lèi)型及氣候狀況等因子，是生態(tài)環(huán)境構(gòu)成的物質(zhì)基礎(chǔ)。地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)通過(guò)改變或影響地表的物質(zhì)和能量分配，奠定了地理過(guò)程發(fā)生的空間基本格局；地貌脆弱因子主要有石灰?guī)r山地丘陵、山地陡坡不穩(wěn)定風(fēng)化垂直節(jié)理發(fā)展的深厚母質(zhì)（或風(fēng)化殼）山體、山地薄土層粗骨質(zhì)陽(yáng)坡等，這些地貌因子屬性及地貌過(guò)程，均容易造成脆弱生態(tài)環(huán)境的形成與演替［6］；生物群體結(jié)構(gòu)反映了生態(tài)環(huán)境物質(zhì)能量結(jié)構(gòu)特征，如果物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，則其內(nèi)部物質(zhì)能量過(guò)程不協(xié)調(diào)，生物群體結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，形成脆弱生態(tài)環(huán)境；氣候因子主要由光、熱、水的量和變率及其匹配關(guān)系形成，一般而言，干旱半干旱環(huán)境容易抑制植物生長(zhǎng)，甚至造成枯萎而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的脆弱，寒凍（日均溫0℃以下）則常導(dǎo)致寒漠脆弱環(huán)境的出現(xiàn)［7］；地表構(gòu)成物質(zhì)也是促成生態(tài)環(huán)境脆弱的標(biāo)識(shí)因子，它一般與其他脆弱因子綜合作用。地表徑流對(duì)于地表物質(zhì)的沖刷、剝蝕、運(yùn)移是參與地質(zhì)大循環(huán)的重要組成部分［2］。資源和環(huán)境與人類(lèi)形成彼此共生、相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，自始至終處于動(dòng)態(tài)平衡之中，而人類(lèi)活動(dòng)則處于這種關(guān)系的主導(dǎo)地位。如果人類(lèi)活動(dòng)與資源環(huán)境承載能力及再生能力協(xié)調(diào)，則生態(tài)環(huán)境處于良性演替，如果人類(lèi)不合理開(kāi)發(fā)利用，生態(tài)環(huán)境將會(huì)逆向演替，并將導(dǎo)致脆弱生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)生［8］。并不是有自然脆弱因子存在，森林群落就一定脆弱；也不是沒(méi)有自然脆弱因子存在，森林群落就一定不脆弱。另外，即使有自然脆弱因子和人為的不利影響同時(shí)存在，森林群落也不是一定就脆弱，只要自然脆弱因子和人為不利因素的影響程度沒(méi)有超出森林群落的承受能力，森林群落就不表現(xiàn)為脆弱。同時(shí)，森林群落的脆弱性是相對(duì)而言的，絕對(duì)穩(wěn)定的森林群落生態(tài)系統(tǒng)是不存在的［9］。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建

森林生態(tài)脆弱性是森林生態(tài)系統(tǒng)在特定時(shí)空尺度相對(duì)于外界干擾所具有的敏感反應(yīng)和自恢復(fù)能力，是自然屬性和人類(lèi)干擾行為共同作用的結(jié)果。即森林生態(tài)脆弱性是個(gè)宏觀概念，無(wú)論其成因、內(nèi)部環(huán)境結(jié)構(gòu)、外在表現(xiàn)形式和脆弱程度如何，只要森林在外界的干擾下易于向生態(tài)退化或惡化的方向發(fā)展，就都應(yīng)該視為脆弱的森林［11］。本文采用層次分析法，構(gòu)建4個(gè)層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：第1層次是總目標(biāo)層，即森林生態(tài)脆弱性；第2層次是分目標(biāo)層，指出生態(tài)脆弱性從哪些方面去衡量，亦即生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的基本判定指標(biāo)；第3層次是準(zhǔn)則層，該層的指標(biāo)為具體分類(lèi)指標(biāo)，指出生態(tài)脆弱性各基本判定指標(biāo)受哪些因素影響，以及從哪些方面來(lái)衡量；第4層次是指標(biāo)層，即每一個(gè)準(zhǔn)則層上的要素用哪些具體指標(biāo)來(lái)表達(dá)，應(yīng)用時(shí)可根據(jù)生態(tài)特征靈活選取適合當(dāng)?shù)氐闹笜?biāo)因子。森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建詳見(jiàn)圖1。

圖1 森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的脆弱度劃分成5個(gè)級(jí)別，即輕微脆弱、低度脆弱、中度脆弱、高度脆弱和極度脆弱，分別對(duì)應(yīng)生態(tài)脆弱度值為20，40，60，80和100。對(duì)于其中一些定性指標(biāo)通過(guò)專(zhuān)家打分（百分制）使其定量化，再根據(jù)評(píng)分值范圍確定評(píng)價(jià)指標(biāo)生態(tài)脆弱度值［5］，建立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系見(jiàn)表1。

1.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

對(duì)于森林生態(tài)脆弱性進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)，除準(zhǔn)確選定評(píng)價(jià)指標(biāo)以外，還必須確定各指標(biāo)的權(quán)重，以期獲得較好的評(píng)價(jià)結(jié)果。權(quán)重的細(xì)微變化會(huì)對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果有重大影響［12］，即使評(píng)價(jià)指標(biāo)選取過(guò)程很精確，若權(quán)重確定不合理，也會(huì)導(dǎo)致指標(biāo)選取的不合理。指標(biāo)權(quán)重的確定有很多種方法，如主成分分析、Delphi—AHP法等［13］。本文選用Delphi—AHP法，即依據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)確定權(quán)重，具有一定的科學(xué)性，首先請(qǐng)林業(yè)專(zhuān)家、生態(tài)專(zhuān)家，按照郭鵬和鄭唯唯［13］改進(jìn)的9級(jí)記分法作相對(duì)重要性判斷，得各指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣；再采用幾何平均法計(jì)算劃分指標(biāo)的權(quán)重；最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：當(dāng)CI＜0.1和CR＜0.1時(shí)即通過(guò)檢驗(yàn)，否則須調(diào)整判斷矩陣。

表1 森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 生態(tài)脆弱度的計(jì)算及生態(tài)脆弱度等級(jí)的劃分

生態(tài)脆弱度是一個(gè)相對(duì)的數(shù)值，旨在說(shuō)明區(qū)域內(nèi)差異，利用公式（1）來(lái)計(jì)算生態(tài)脆弱度 EVD［5］：

式中：EVDi——第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的生態(tài)脆弱度，為最終復(fù)合結(jié)果值；n為各級(jí)指標(biāo)層中指標(biāo)總數(shù)；ρij——第i個(gè)單元第j個(gè)指標(biāo)；wj——各指標(biāo)的權(quán)重。

從評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦值可以看出，生態(tài)脆弱度的取值范圍為0～100，同樣把森林生態(tài)脆弱度分成5個(gè)級(jí)別，生態(tài)脆弱度的劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 森林生態(tài)脆弱度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 研究區(qū)概況與調(diào)查方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省的東北部和西北部，地理位置為東經(jīng)116°22′—119°48′，北緯33°43′—35°07′，屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，受東南季風(fēng)影響較大。年平均氣溫13.1～14.3℃，1月平均氣溫－1.2～0.0℃，7月平均氣溫26.3～27.0℃，極端最高氣溫40.6℃，極端最低氣溫－22.6℃；年平均降水量847.9～958.9mm，雨季降水量占全年的56%，且季節(jié)分配不均。地勢(shì)屬低山丘陵地帶，現(xiàn)存的典型性森林植被包括2個(gè)植被型，5個(gè)群系組，11個(gè)群系［14］（表3）（不包括竹林）。其中，赤松、黑松林與側(cè)柏林多為純林，物種多樣性很低，林下灌木層、草本層不甚發(fā)育，生長(zhǎng)緩慢，病蟲(chóng)害嚴(yán)重，它們是目前該地區(qū)低山丘陵上的主要森林類(lèi)型；櫟類(lèi)林和雜木林是該地區(qū)的地帶性植被類(lèi)型，由于長(zhǎng)期的人類(lèi)破壞，現(xiàn)存面積很小，呈零星分布狀態(tài)；刺槐林則為純林，系人工林，分布較廣。

2.2 調(diào)查方法

2010年6—7月在位于蘇北低山丘陵區(qū)的前云臺(tái)山、中云臺(tái)山、后云臺(tái)山、錦屏山、馬陵山、泉山選擇具有代表性的森林植被（包括常綠針葉林、落葉闊葉林），設(shè)置了6塊測(cè)試樣地（圖2）。采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查法，從中選擇具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行研究，包含赤松、黑松、側(cè)柏、栓皮櫟、麻櫟、黃連木、黃檀、刺槐等主要森林植被群落。標(biāo)準(zhǔn)地面積為400m2，記錄經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向等。每塊樣地設(shè)3個(gè)重復(fù)，根據(jù)區(qū)域景觀的實(shí)際情況，將喬木層和灌木層樣方面積設(shè)置為10m×10m，設(shè)置于樣地中心，在樣方內(nèi)又設(shè)置3個(gè)1m×1m草本層小樣方，對(duì)于喬木層主要記載喬木的種類(lèi)、株數(shù)、胸徑、高度、蓋度、多度等；對(duì)于灌木層和草本層則分別記載灌木和草本的種類(lèi)、高度、數(shù)量和蓋度等；另外，還記錄各樣地的蓋度、坡向、坡度等環(huán)境因子，具體見(jiàn)表4。

表3 蘇北低山丘陵區(qū)主要森林植被類(lèi)型［14］

表4 蘇北低山丘陵區(qū)各測(cè)試樣地概況

圖2 蘇北低山丘陵區(qū)各測(cè)試樣地具體位置

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

針對(duì)蘇北低山丘陵區(qū)所作的6塊森林植被群落標(biāo)準(zhǔn)地的調(diào)查，應(yīng)用森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)公式（1）對(duì)8種森林群落類(lèi)型的生態(tài)脆弱度值進(jìn)行計(jì)算。最終各典型性森林群落評(píng)價(jià)指標(biāo)得分和生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 典型森林群落指標(biāo)得分和生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)

由表5可知，蘇北低山丘陵區(qū)內(nèi)8種森林群落類(lèi)型的生態(tài)脆弱度值為43.34～75.92，從低度脆弱到高度脆弱不等，沒(méi)有出現(xiàn)極度脆弱的樣地，8種森林群落類(lèi)型的生態(tài)脆弱度由高到低依次為：側(cè)柏、麻櫟、栓皮櫟、黑松、刺槐、黃連木、黃檀、赤松。由森林植被群落調(diào)查數(shù)據(jù)和實(shí)際情況可知，其生態(tài)脆弱性的主導(dǎo)原因各有不同：側(cè)柏分布在該地區(qū)低山丘陵的山脊或陽(yáng)坡上部，生長(zhǎng)環(huán)境較惡劣，土層較薄，基質(zhì)多為石灰?guī)r，土壤表面有石礫或大塊裸石，土壤侵蝕較為嚴(yán)重，喬木層只有側(cè)柏一種，較稀疏，郁閉度差，層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生物多樣性和森林更新能力均較低，靠近道路，受到一定的人為干擾，故側(cè)柏群落處于高度脆弱的狀態(tài)。栓皮櫟和麻櫟處于中度脆弱范圍，栓皮櫟多分布在該地區(qū)的半陽(yáng)坡和半陰坡，生物多樣性較高，森林更新能力良好，人為干擾較為強(qiáng)烈，受旅游影響較大，生態(tài)條件遭到一定的破壞；麻櫟屬低度到中度脆弱過(guò)度類(lèi)型，麻櫟林樣地多位于上坡位，生長(zhǎng)環(huán)境不利，森林更新能力差，靠近旅游道路，受到一定強(qiáng)度的人為干擾，蓄積量較大，生物多樣性處于中等水平。赤松、黑松、黃連木、黃檀、刺槐屬低度脆弱，赤松、黑松群落外貌整齊，其郁閉度和蓄積量以及森林更新能力均處于較好的狀態(tài)，部分樣地土壤環(huán)境稍差，坡度較大，但距離旅游道路較遠(yuǎn)，野營(yíng)游憩等干擾不大，故其處于低度脆弱；黃連木、黃檀木和刺槐呈帶狀分布于山澗溝旁或山坡集水的微凹坡面等相對(duì)濕潤(rùn)的環(huán)境，群落郁閉度較大，層次結(jié)構(gòu)較為理想，林下更新良好，幼樹(shù)幼苗較多，較大郁閉度和枯落物層較厚保證了涵養(yǎng)水源功能，此外林火干擾及土壤侵蝕均優(yōu)于其他群落，屬低度脆弱。

4 結(jié)論

（1）結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)層次分析法構(gòu)建了適合蘇北低山丘陵區(qū)典型性森林生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，制定了生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)生態(tài)脆弱度將森林植被劃分成5個(gè)不同的脆弱級(jí)別；利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及生態(tài)脆弱度模型對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行處理，并確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；最后通過(guò)加權(quán)綜合法對(duì)蘇北低山丘陵區(qū)典型性森林群落生態(tài)脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，蘇北低山丘陵區(qū)典型性森林生態(tài)脆弱度排序?yàn)椋簜?cè)柏（75.92）＞麻櫟（54.95）＞栓皮櫟（53.61）＞黑松（49.63）＞刺槐（47.68）＞黃連木（45.69）＞黃檀（44.92）＞赤松（43.34）。

（2）根據(jù)生態(tài)脆弱度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，蘇北低山丘陵區(qū)典型森林從低度脆弱到高度脆弱不等，沒(méi)有出現(xiàn)極度脆弱的樣地，由高到低依次為：側(cè)柏群落處于高度脆弱等級(jí)；栓皮櫟和麻櫟處于中度脆弱等級(jí)；赤松、黑松、黃連木、黃檀、刺槐屬低度脆弱等級(jí)。結(jié)果與實(shí)地調(diào)查的情況基本相符，說(shuō)明所構(gòu)建的指標(biāo)體系具有適用性。不同生態(tài)環(huán)境下森林生態(tài)脆弱度是相對(duì)的，因?yàn)橛绊懮稚鷳B(tài)脆弱性的因素非常復(fù)雜，主要是森林結(jié)構(gòu)和功能因子，包括植被群落蓄積量、物種多樣性、森林層次結(jié)構(gòu)。另外，森林土壤厚度和人為干擾中的砍伐采挖對(duì)其森林生態(tài)脆弱性的影響也較大。

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