于金濤, 雷靜品, 王鵬程, 肖文發(fā)

1 華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院, 武漢 430070 2 中國林業(yè)科學研究院林業(yè)所, 北京 100091 3 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所, 北京 100091

秭歸縣防護林健康評價指標體系的建立及應用

于金濤1, 雷靜品2,*, 王鵬程1, 肖文發(fā)3

1 華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院, 武漢 430070 2 中國林業(yè)科學研究院林業(yè)所, 北京 100091 3 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所, 北京 100091

以秭歸縣防護林為研究對象，通過傳統(tǒng)生態(tài)學調(diào)查和相關(guān)室內(nèi)分析，在林分水平上建立了包括林分結(jié)構(gòu)、林分功能、生態(tài)環(huán)境和健康風險4個一級指標、20個二級指標的防護林健康評價指標體系。在綜合相關(guān)林分健康評價的基礎(chǔ)上，制定防護林健康評價指標優(yōu)劣等級表，采用Delphi-AHP法設(shè)置指標權(quán)重，利用生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)模型計算防護林健康指數(shù)，分析秭歸縣防護林健康狀況。結(jié)果表明：秭歸縣防護林健康綜合指數(shù)的范圍在0.5000—0.9000之間，健康指數(shù)均值為0.6921，秭歸縣防護林整體處于亞健康狀態(tài)；9種防護林類型健康狀況排序為：闊葉混交林>針闊混交林>針葉混交林>闊葉純林>馬尾松純林>柏木純林>其它針葉純林>經(jīng)濟林>灌木林，即是混交林>純林>經(jīng)濟林>灌木林；秭歸縣防護林健康指數(shù)具有空間變異性，在水平方向上，秭歸縣轄下鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)從南向北有逐漸遞減的趨勢，在垂直方向上，防護林健康指數(shù)隨海拔增高逐漸增大，海拔1000 m以上逐漸降低，健康指數(shù)表現(xiàn)出隨海拔升高由小變大、又由大變小的變化特點。

秭歸縣; 防護林; 林分; 指標體系; 健康評價

健康的生態(tài)系統(tǒng)是人類可持續(xù)發(fā)展的重要前提。防護林作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，以保持水土、涵養(yǎng)水源、防風固沙、調(diào)節(jié)氣候、減少污染、減輕災害為主要目的[1- 4]，是人為干預實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)恢復的最普遍、最有效的生態(tài)工程[5]。防護林研究最早出現(xiàn)于1843年，前蘇聯(lián)建立了第一個防護林試驗站——卡明草原農(nóng)田防護試驗林，由此拉開了各國營造、經(jīng)營、監(jiān)測、評價防護林的序幕。其中，較有影響力的有美國大草原各州林業(yè)工程計劃(即羅斯福工程)、前蘇聯(lián)的斯大林改造自然計劃以及我國的三北防護林工程。我國防護林營造規(guī)模在20世紀發(fā)展很快，第六次全國森林資源清查時防護林面積占森林總面積的31%，在一定程度上改善了生態(tài)環(huán)境和人民群眾的生產(chǎn)生活條件，但是防護林營造和經(jīng)營管理中也出現(xiàn)了不同程度的問題，如防護林早衰現(xiàn)象，林分結(jié)構(gòu)不合理，經(jīng)營管理粗放等[6]。這些問題在一定程度上反映了防護林的健康經(jīng)營落后于防護林的建設(shè)，因此，有必要對我國現(xiàn)有防護林的健康狀況進行研究，構(gòu)建適合防護林健康評價的指標體系和評價方法，以指導我國防護林資源的保護、防護林質(zhì)量的提高、防護林生態(tài)服務(wù)功能的充分發(fā)揮以及防護林資源的可持續(xù)經(jīng)營。我國對防護林健康研究起步較晚，對防護林健康的概念還尚未形成統(tǒng)一，但是我國學者對于防護林健康的研究主要有三個出發(fā)點：一是生態(tài)系統(tǒng)觀念——針對生態(tài)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、自我調(diào)節(jié)能力和對脅迫的抵抗能力或恢復力等防護林自身生長狀況的健康[7]；二是功利主義觀念——針對涵養(yǎng)水源、防風固沙、保持水土、固碳釋氧等防護林生態(tài)功能發(fā)揮狀況的健康[8- 9]；三是平衡兩者的綜合考慮[10]。前兩者對防護林健康的研究過于片面，應當平衡兩者綜合考慮，才能對防護林健康進行較全面的評價。

秭歸縣地處湖北省宜昌市，位于三峽工程壩上庫首，地理位置顯要。全縣總面積為2427 km2，2012年有林地面積為1388 km2，占土地總面積的57.19%，防護林覆蓋率較高。但是，秭歸縣防護林多處于中、幼齡期，人工林面積較大，占防護林總面積的41.75%，且防護林結(jié)構(gòu)較為單一。秭歸縣特殊的地理位置決定了防護林的生態(tài)戰(zhàn)略地位，防護林的健康狀況對于維持穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境具有重要作用。目前，對于防護林的研究主要涉及森林與土壤侵蝕的相關(guān)性研究[11]、水土保持效益研究[12]、生態(tài)服務(wù)價值研究[13]，尚未見林分水平上防護林健康狀況綜合評價的研究。因此，本文探索在林分水平上對秭歸縣防護林進行全面評價，對防護林的現(xiàn)狀和當前存在的問題進行客觀評估，為防護林的規(guī)劃和可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

秭歸縣地處東經(jīng)110°00′—110°18′，北緯30°37′—31°11′，屬于亞熱帶大陸性季風氣候，四季分明。全縣年平均氣溫17.9 ℃，年平均降水量1006.8 mm。境內(nèi)山脈為巫山余脈，平均海拔為800 m，地勢西南高、東北低，屬長江三峽山地地貌。全縣土壤類型主要有黃壤、黃棕壤、棕壤、石灰土、紫色土、潮土和水稻土等7種土壤類型。秭歸縣植物物種較為豐富，森林結(jié)構(gòu)多樣，植物群落包括6個大類、12個亞類和5個區(qū)系。

2 研究方法

2.1 防護林林分類型的劃分

由于秭歸縣特殊的地理位置，本研究將縣域內(nèi)所有森林都視為防護林。根據(jù)秭歸縣防護林優(yōu)勢樹種組成、分布面積，歸納總結(jié)秭歸縣林業(yè)的相關(guān)研究[14- 15]，為調(diào)查、研究、分析的方便，將全縣防護林分為馬尾松(Pinusmassoniana)林、柏木(Cupressusfunebris)林、其它針葉(杉木(Cunninghamialanceolata)、華山松(Pinusarmandii)、油松(Pinustabulaeformis)、落葉松(Larixgmelinii)等)純林、其它闊葉(刺槐(Robiniapseudoacacia)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)、麻櫟(Quercusacutissima)、青岡(Cyclobalanopsisglauca)等)純林、針葉混交林(馬尾松杉木混交林、馬尾松柏木混交林等)、闊葉混交林(櫟類混交林、油桐櫟類混交林等)、針闊混交林(馬尾松櫟類混交林、柏木櫟類混交林等)、灌木林(馬桑(Coriarianepalensis)、黃櫨(Cotinusoggygria)、檵木(Lorpetalumchinense)等)、經(jīng)濟林(柑橘(Citrusreticulata)、板栗(Castaneamollissima)等)等9種林分類型。

2.2 樣地調(diào)查設(shè)計

依據(jù)不同林分類型的匯總面積，在12個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)共設(shè)置157個隨機樣地，每個樣地設(shè)置3個土壤剖面，每個剖面取2個土樣，共942個土樣。樣方調(diào)查采用隨機抽樣方法獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，樣地設(shè)置為20 m×20 m，并在其中設(shè)置4個2 m×2 m灌木小樣方，在各灌木小樣方中設(shè)1 m×1 m的草本小樣方。樣地調(diào)查內(nèi)容和方法：(1)立地條件調(diào)查：海拔、經(jīng)緯度、坡度、坡位、坡向、土壤類型、土層厚度等環(huán)境因子；(2)喬木層調(diào)查：林分起源、林齡結(jié)構(gòu)、樹種組成、郁閉度、樹高、胸徑等；(3)灌木層調(diào)查：蓋度、種類以及喬木更新情況等；(4)草本層調(diào)查：蓋度、種類等；(5)凋落物、腐殖質(zhì)調(diào)查：在樣地內(nèi)坡上、中、下各均勻設(shè)置面積為1 m×1 m的小樣方3個，用鏟子劃出邊界，鋼卷尺測量腐殖質(zhì)層和凋落物層厚度，并估算枯落物層蓋度；(6)土壤狀況調(diào)查：在樣地內(nèi)的上、中、下坡位各挖一個典型剖面，在剖面0—20 cm土層中部用環(huán)刀取土，重復一次，用于測量土層厚度、土壤孔隙度等物理性質(zhì)[16]，再用塑封袋取土樣帶回實驗室，測其土壤有機質(zhì)等化學性質(zhì)[17]。

通過以上調(diào)查可獲得秭歸縣防護林總體概況(表1)。

表1 秭歸縣不同類型防護林基本概況①Table 1 Basic information of various category of shelterbelt in Zigui County

①“空白”表示沒有這項指標

2.3 指標體系建立

防護林健康既包含生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)、較強的自我調(diào)節(jié)能力和對脅迫的抵抗能力或恢復力等防護林自身生長狀況的健康，又包含涵養(yǎng)水源、保持水土、固碳釋氧等防護林生態(tài)功能發(fā)揮狀況的健康[18]。換言之，健康的防護林一般具有以下特征：(1)具有復雜的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的復雜化是保持其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提；(2)具有滿足人類適度需要的生態(tài)服務(wù)能力；(3)具有異質(zhì)的生態(tài)環(huán)境，復雜的生態(tài)環(huán)境為豐富的生物提供適宜的棲息地；(4)具有抵抗外界適度干擾的能力以及自主恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。

遵循健康防護林的特征，在防護林健康評價指標中應涉及到結(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境、抵抗力或恢復力，才能建立全面、系統(tǒng)的評價指標體系。因此，本研究采用“林分結(jié)構(gòu)-林分功能-生態(tài)環(huán)境-健康風險”的框架構(gòu)建系統(tǒng)化評價指標體系(圖1)。

指標的選取依據(jù)科學性、可操作性、系統(tǒng)性和獨立性的原則。

(1)科學性原則 需能反映秭歸縣防護林的主體現(xiàn)狀，并且概念準確、清晰明了，選取指標必須科學反應防護林的狀況；

(2)可操作性原則 指標具有可測性和可比性，便于操作應用；

(3)系統(tǒng)性原則 指標體系能全面、系統(tǒng)反映防護林的主要特征和狀態(tài)，全部指標組成完整的評價系統(tǒng)；

(4)獨立性原則 各指標間應相互獨立，不交叉，避免重復評判帶來的誤差。

圖1 防護林健康評價指標體系Fig.1 Indicators system of shelterbelt health assessment

2.4 指標計算方法

(1)更新幼苗數(shù)(株/m2)=更新幼苗數(shù)(株)/樣地面積(m2)

(2)生產(chǎn)力 采用凈初級生產(chǎn)力[19]NPP(t hm-2a-1)=總生產(chǎn)量(t/hm2)/林分平均年齡(a)

(3)涵養(yǎng)水源 采用林內(nèi)降水貯存量(m3/hm2)[20]=1000 m2×林內(nèi)土壤平均深度(m)×林內(nèi)土壤的非毛管孔隙度。

(4)保持水土 采用土壤侵蝕程度間接衡量防護林的保持水土功能，具體分類依據(jù)土壤侵蝕分類分級標準[21]。

(5)固碳釋氧[22]G=1.63×CO2中碳的含量×林分凈生產(chǎn)力+1.19×林分凈生產(chǎn)力

(6)凋落物量=凋落物蓋度×凋落物厚度

(7)土壤孔隙狀況 采用非毛管孔隙度。

(8)土壤有機質(zhì)(g/kg)=1.724×土壤有機碳(g/kg)

(9)病蟲害[23]=(受害株數(shù)/樣地總株數(shù))×100%

(10)人為干擾 人為干擾程度分為三級，輕度或無干擾：偶有人進入林內(nèi)收集枯落物；中度：人為干擾活動主要有打枝、收集枯落物等；重度：遭受伐木、放牧、砍柴、收集枯落物、丟放生活垃圾等[24- 25]。

(11)火險等級 通過總結(jié)魯紹偉等的研究成果[26]，并結(jié)合秭歸縣防護林的實際狀況，選取樹種組成、林齡、郁閉度、灌草蓋度、坡度、坡向、海拔、枯落物量8個火險等級指標(表2)，通過統(tǒng)計學方法將各因子疊加，計算獲得火險等級指數(shù)。

2.5 指標量化方法

本文采用等級評分法進行評價指標的量化處理。評價指標優(yōu)劣等級劃分，參照森林可持續(xù)狀況評價導則[27]，將每個評價指標基準值劃分為“好”、“中”、“差”3個等級，并利用黃金分割法依次為各個等級賦值1.0、0.62和0.38(表3)。

2.6 指標權(quán)重設(shè)置

防護林健康評價指標體系建立后，進行指標權(quán)重的設(shè)置。目前，此類研究使用較多的是Delphi-AHP法，可操作性強。首先邀請森林生態(tài)學、景觀生態(tài)學、樹木學、森林經(jīng)理學、森林土壤學等學科專家各10人進行專家打分，并通過yaahp軟件獲得權(quán)重判斷矩陣，然后計算出其最大特征根對應的特征向量，并通過一致性檢驗，即獲得評價指標的權(quán)重(表3)。

表2 構(gòu)成火災等級8因子的等級劃分Table 2 Eight factors of the vectors of forest combustibility classification

表3 防護林健康狀況評價指標優(yōu)劣等級及權(quán)重Table 3 Assessment scale and index weight of shelterbelt health

2.7 指標評價方法建立

本研究綜合生態(tài)系統(tǒng)健康評價過程中的生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)模型[28- 29]，根據(jù)防護林健康評價指標體系對防護林健康狀況評價。計算方法如下：

式中，HI為防護林健康綜合指數(shù)；oi、fj、rk、sl分別代表林分結(jié)構(gòu)、林分功能、健康風險和生態(tài)環(huán)境一級指標中的二級指標的得分；wi、wj、wk、wl分別代表林分結(jié)構(gòu)、林分功能、健康風險和生態(tài)環(huán)境一級指標中的二級指標的權(quán)重，并且:

式中，W1、W2、W3、W4分別代表林分結(jié)構(gòu)、林分功能、健康風險和生態(tài)環(huán)境一級指標的權(quán)重，并且：

W1+W2+W3+W4=1

圖2 秭歸縣防護林樣地健康指數(shù)概率分布圖Fig.2 The probability distribution of health indicators of shelterbelt plots in Zigui County

3 結(jié)果與分析

3.1 防護林健康等級劃分

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)模型，計算獲得秭歸縣防護林健康指數(shù)分布范圍在0.50—0.90之間，主要集中在0.65—0.75之間，共有103塊樣地，占總樣地數(shù)的66%，而小于0.6的樣地有23個，大于0.80的樣地有31個(圖2)。參考魯紹偉等對八達嶺林場森林健康等級劃分的研究成果[30]，并結(jié)合各樣地健康綜合指數(shù)的概率分布，本文將秭歸縣防護林健康狀況分為4個等級(表4)。

表4 秭歸縣防護林健康等級Table 4 Shelterbelt health status in Zigui County

3.2 秭歸縣防護林健康評價分析

依據(jù)防護林健康等級表，秭歸縣防護林不健康的樣地有22個，亞健康的樣地有96個，健康的樣地有39個，調(diào)查樣地中沒有優(yōu)質(zhì)健康的。不健康的防護林最少，占總樣地的14%，亞健康和健康的防護林占86%，秭歸縣防護林整體處于亞健康狀態(tài)，健康指數(shù)均值為0.6921。但是，健康狀況的防護林僅占25%，優(yōu)質(zhì)健康的防護林為0，可見秭歸縣防護林健康的總體質(zhì)量不高，應該引起有關(guān)部門的重視，采取積極措施，使防護林經(jīng)營朝健康方向發(fā)展。

根據(jù)各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康等級比例，得到各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康綜合指數(shù)評價結(jié)果(圖3)。具體表現(xiàn)為只有磨坪鄉(xiāng)整體處于健康等級，其它11個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)都處于亞健康等級，其中歸州鎮(zhèn)防護林健康水平最差，健康指數(shù)為0.6465。

構(gòu)成秭歸縣防護林的9種林分類型防護林的健康狀況也是不盡相同的(表5)，相比之下，闊葉混交林健康指數(shù)均值最大為0.7388，灌木林健康指數(shù)均值最小為0.5858，整體上健康狀況排序為：闊葉混交林>針闊混交林>針葉混交林>闊葉純林>馬尾松純林>柏木純林>其它針葉純林>經(jīng)濟林>灌木林，即是混交林>純林>經(jīng)濟林>灌木林。按照防護林健康等級表劃分，只有灌木林整體屬于不健康等級，其它8種林分類型總體都處于亞健康等級。

3.3 秭歸縣防護林健康指數(shù)的空間變異分析

3.3.1 秭歸縣防護林健康指數(shù)的水平變異

由于長江橫穿縣城，為了分析秭歸縣防護林健康狀況與其水平位置的關(guān)系，特進行防護林健康狀況水平分布特點分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)長江以南的8個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康狀況比長江以北的4個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)好(圖4)。分析原因可能是因為長江以北為老縣城區(qū)，相對面積小人口多，土地利用率高，經(jīng)濟基礎(chǔ)較好，人為干擾強度大，造成景觀連通性和生物多樣性較差。而長江以南地區(qū)，面積大人口相對較少，土地利用集中，植被覆蓋率高，具有較多的天然植被。

圖3 秭歸縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)防護林健康評價結(jié)果Fig.3 Shelterbelt health assessment values of each town in Zigui County

表5 不同林分類型防護林健康指數(shù)①Table 5 Different categories of shelterbelt comprehensive health index

①以上數(shù)值均為平均值

秭歸縣轄下鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)由南向北有逐漸遞減的趨勢(圖5)。形成這樣的結(jié)果，可能是由影響防護林生長狀況的因子導致的：一是氣候、地形、地貌、土壤等生態(tài)環(huán)境因子；二是人口密度、經(jīng)濟水平等社會經(jīng)濟因子。生態(tài)環(huán)境因子是林木生長的基礎(chǔ)，如光、熱、水、肥等直接影響林木的生長發(fā)育，因此，南北自然條件的不同可能是導致不同鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康狀況差異的因素。社會經(jīng)濟條件通過人為因素間接影響著林木生長狀況，因而，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口密度、經(jīng)濟發(fā)展水平等可能是導致防護林健康狀況差異的又一誘因。

圖4 秭歸縣各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)分布圖 Fig 4 Distribution of each town in Zigui County

圖5 秭歸縣各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)Fig 5 Shelterbelt health index of each town in Zigui CountyA. 磨坪鄉(xiāng); B. 梅家河鄉(xiāng); C. 楊林橋鎮(zhèn); D. 九畹溪鎮(zhèn); E. 兩河口鎮(zhèn); F. 茅坪鎮(zhèn); G. 沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn); H. 屈原鎮(zhèn); I. 郭家壩鎮(zhèn); J. 水田壩鄉(xiāng); K. 泄灘鄉(xiāng); L.歸州鎮(zhèn).

為進一步探究影響長江南北防護林健康差異的主要因素，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料，本文選取坡度、土層厚度、土壤有機質(zhì)、土壤孔隙度、人口密度、人均收入、距縣城的距離、距長江的距離8 個因子與防護林健康指數(shù)進行pearson相關(guān)性分析，確定影響秭歸縣防護林健康水平變異的主要因子(表6)。

表6 各影響因子與防護林健康指數(shù)的相關(guān)性分析①Table 6 Correlation analysis of the influencing factors and shelterbelt health index

①人口密度、人均收入均采用近5年的官網(wǎng)統(tǒng)計結(jié)果；**P<0.01，*P<0.05

坡度、土層厚度、人口密度、人均收入與鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)呈負相關(guān)，土壤有機質(zhì)、土壤孔隙度、距縣城的距離、距長江的距離與鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)呈正相關(guān)。其中，土壤孔隙度與鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)呈顯著正相關(guān)，人均收入與鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)呈顯著負相關(guān)，距長江的距離與鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。土壤孔隙度屬于土壤質(zhì)地，說明南北鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤質(zhì)地有顯著差別，影響了防護林的生長發(fā)育；距長江的距離越近、當?shù)厝司杖胂鄬Ω叩泥l(xiāng)、鎮(zhèn)，開發(fā)較早，對防護林的干擾相對較大，嚴重影響了防護林的健康狀況。

3.3.2 防護林健康指數(shù)的垂直變化特點

秭歸縣境內(nèi)山巒起伏重疊，山地、丘陵占土地總面積的80%左右，而植被覆蓋主要分布在中、高海拔地區(qū)。為便于研究防護林健康指數(shù)隨海拔的垂直變化特征，將秭歸縣樣地調(diào)查的海拔因子劃分為5類(表7)。

表7 低、中、高海拔分級Table 7 Low, medium and high altitude classification

圖6 不同海拔高度防護林健康指數(shù)分布圖Fig.6 Different altitude shelterbelt health index distribution

結(jié)果表明防護林健康指數(shù)隨海拔增高逐漸增大，海拔1000 m以上逐漸降低，健康指數(shù)表現(xiàn)出隨海拔升高由小變大、又由大變小的變化特點(圖6)。

(1)0—400 m低海拔地區(qū) 該區(qū)域?qū)儆谇鹆甑匦?，坡度和緩，自然條件較為優(yōu)越，是居民點密集區(qū)域，農(nóng)業(yè)用地多，植被覆蓋率較低，生物多樣性偏低，人為干擾強度大，防護林健康狀況最差。

(2)400—1000 m中海拔地區(qū) 中海拔區(qū)域防護林類型豐富，植被覆蓋率較高，因此將中海拔區(qū)域細化分為3個區(qū)域：400—600 m、600—800 m和800—1000 m，防護林健康指數(shù)均值分別為0.6863、0.6991和0.7174，防護林健康指數(shù)呈現(xiàn)隨海拔增大不斷升高的規(guī)律，并在800—1000 m區(qū)域達到相對最高值。

表現(xiàn)出該規(guī)律的原因可能是：400—600 m為復合農(nóng)林經(jīng)營區(qū)，以經(jīng)濟林為主，林分生產(chǎn)力較低，人為干擾頻繁，凋落物量、腐殖質(zhì)量較少；600—800 m區(qū)域開始出現(xiàn)生態(tài)防護林帶，以針葉林為主，居民點稀少，人為干擾強度降低；800—1000 m為生態(tài)防護林帶，林分類型主要是混交林、闊葉林和針葉林，生物多樣性和生產(chǎn)力較高，海拔高人為干擾相對較少。

(3)1000 m以上高海拔地區(qū) 1000 m以上多為飛播造林，以針葉林為主，林種單一，多為幼齡林，生產(chǎn)力和生態(tài)服務(wù)功能降低，防護林健康指數(shù)均值有所下降。

4 結(jié)論

本文論述了防護林健康的內(nèi)涵、評價指標、評價方法等理論基礎(chǔ)，以秭歸縣防護林為例，通過野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，制定評價指標優(yōu)劣等級表，采用Delphi-AHP法設(shè)置指標權(quán)重，利用生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)模型，分析了秭歸縣防護林的健康狀況，為秭歸縣防護林的可持續(xù)經(jīng)營與管理提供了科學依據(jù)。主要包括：

(1)總結(jié)相關(guān)森林健康評價的文獻，構(gòu)建了包含4個一級指標和20個二級指標的林分水平防護林健康評價指標體系。

(2)建立防護林健康評價指標優(yōu)劣等級表。評價指標體系建立后，進行指標量化，本文采用等級評分法，將指標分為好、中、差三級，為三峽庫區(qū)防護林健康評價提供了參照。

(3)以秭歸縣為例，進行防護林健康評價。秭歸縣防護林整體處于亞健康狀態(tài)，健康指數(shù)均值為0.6921，其中處于不健康狀態(tài)的樣地占總樣地的14%，處于亞健康狀態(tài)的樣地有61%，處于健康狀態(tài)的樣地為25%，處于優(yōu)質(zhì)健康狀態(tài)的樣地為0。

(4)秭歸縣9種類型防護林健康狀況排序為：闊葉混交林>針闊混交林>針葉混交林>闊葉純林>馬尾松純林>柏木純林>其它針葉純林>經(jīng)濟林>灌木林，即是混交林>純林>經(jīng)濟林>灌木林。

(5)秭歸縣防護林健康指數(shù)的空間變異性。水平方向上，秭歸縣轄下12個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)防護林健康指數(shù)從南向北有逐漸遞減的趨勢；垂直方向上，防護林健康指數(shù)隨海拔升高逐漸增大，到海拔1000 m以上出現(xiàn)降低趨勢，具有一定的垂直變化趨勢。

5 討論

(1)防護林健康評價指標體系的適用性?；诹址炙竭M行指標篩選，指標主要側(cè)重于林分水平表征防護林的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的指標，這就決定了構(gòu)建的防護林健康評價指標體系是針對小尺度水平的研究，因此這套健康評價指標體系比較適用于鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、縣級小尺度的防護林健康評價研究。但是，將該套防護林健康評價指標體系應用于三峽庫區(qū)內(nèi)其它地區(qū)防護林健康評價時，應當考量健康評價指標優(yōu)劣等級閾值的適用性。

(2)本研究參考國家標準、行業(yè)標準、歸納庫區(qū)內(nèi)防護林相關(guān)研究成果以及國內(nèi)防護林的相關(guān)文獻，進行防護林健康評價指標優(yōu)劣等級劃分，在一定程度上降低了采用專家打分獲取指標量化帶來的主觀性，以及采用均值化處理、中心化處理、極值處理等方法[31]進行指標量化時因樣本不足帶來的誤差。

(3)由于研究資料、數(shù)據(jù)的不足和研究手段的限制，在防護林健康評價指標數(shù)據(jù)獲取上存在一定的缺陷。生產(chǎn)力指標通過生物量進行計算，而生物量采用了三峽庫區(qū)不同林分類型的生物量模型，對于秭歸縣的適用性有待考證；保持水土指標因缺少土壤侵蝕模數(shù)不能直接獲取，采用了土壤侵蝕程度指標進行代替，間接反映防護林保持水土的能力；林分功能指標由于數(shù)據(jù)資料的缺少和指標的難以量化，未考慮防護林的營養(yǎng)物質(zhì)積累、凈化大氣環(huán)境等方面的生態(tài)服務(wù)功能，這是需要今后進一步研究探討的問題。

(4)通過對秭歸縣防護林健康評價，發(fā)現(xiàn)了秭歸縣防護林經(jīng)營出現(xiàn)的問題，建議及時采取封山育林、人工補植、營造混交林、撫育間伐、制止亂砍亂伐等調(diào)控措施，以期迅速改善秭歸縣防護林健康狀況。

(5)秭歸縣防護林健康評價研究只是考慮對現(xiàn)狀的評價，缺少長期的監(jiān)測和評價，無法判斷防護林健康的發(fā)展方向。未來的防護林健康經(jīng)營是多功能可持續(xù)的經(jīng)營體系，這需要研究者進行定期評價，以便及時調(diào)整經(jīng)營方案，從而實現(xiàn)防護林的可持續(xù)發(fā)展。

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Health evaluation model of shelterbelt and its application in Zigui County of the Three Gorges Reservoir area

YU Jintao1, LEI Jingpin2,*, WANG Pengcheng1, XIAO Wenfa3

1CollegeofHorticultureandForestry,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China2ResearchInstituteofForestry,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China3ResearchInstituteofForestEcologyEnvironmentandProtection,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China

Based on the traditional forest field surveys and related analysis, twenty indexes in four aspects of forest stand structure, forest stand functional, ecological environment, and health risks were selected to represent the shelterbelt forest health status. As a result, the health evaluation model of shelterbelt was developed. Additionally, the weights and levels of different aspects and factors were then determined according to the Delphi-AHP model and its ecological significances. To illustrate the health evaluation model, the health status of shelterbelt in Zigui Country was evaluated. The evaluation results showed that the health index of shelterbelt in Zigui Country varied at the range from 0.5000 to 0.9000. Its mean value was 0.6921. The results indicated that the shelterbelt in Zigui Country were in the sub-health state. But, the health status is different in the nine types of forests. The health rank is broad-leaved mixed forest>coniferous and broad-leaved mixed forest>coniferous forest>broad-leaved forest>masson pine forest>cedar forest>other coniferous forest>economic forest>shrubbery. It revealed that the health ranks of forest vegetation types varied along the order of the mixed forest> pure forest>economic forest>shrubbery. Additionally, a significantly spatial heterogeneity was founded in the health status of shelterbelt in Zigui Country. The health index of shelterbelt varied along with a decreasing trend from south to north in Zigui Country. The shelterbelt in the southern area had better health status. A single peak trend in topography was also founded in the health status of shelterbelt in Zigui Country. The health index of shelterbelt increased below 1000m while decreased above 1000m.

Zigui County; shelterbelt; forest stand; index system; forest health evaluation

國家科技支撐計劃項目(2015BAD38B04); 長江三峽庫區(qū)(秭歸)森林生態(tài)定位站項目資助

2013- 06- 05;

日期:2014- 05- 08

10.5846/stxb201306051360

*通訊作者Corresponding author.E-mail: leijp@caf.ac.cn

于金濤, 雷靜品, 王鵬程, 肖文發(fā).秭歸縣防護林健康評價指標體系的建立及應用.生態(tài)學報,2015,35(7):2094- 2104.

Yu J T, Lei J P, Wang P C, Xiao W F.Health evaluation model of shelterbelt and its application in Zigui County of the Three Gorges Reservoir area.Acta Ecologica Sinica,2015,35(7):2094- 2104.