葉海燕

(福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

基于3S技術(shù)的福清核電廠調(diào)查區(qū)生物量研究

葉海燕*

(福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

采用樣線、樣方調(diào)查法，對(duì)福清核電廠調(diào)查區(qū)植被進(jìn)行調(diào)查，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用3S技術(shù)對(duì)福清核電廠調(diào)查區(qū)植被生物量進(jìn)行研究，結(jié)果表明：調(diào)查區(qū)植被群落的生物量為4 813 773.01 t，其中喬木群落占94.26%，灌草叢僅占5.74%；喬木群落占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，平均生物量為17.03 t/hm2。研究區(qū)植被覆蓋率不高，水體、耕地、灘涂占了很大比例，因此該區(qū)域要嚴(yán)格控制生態(tài)自然林砍伐，采取適當(dāng)?shù)耐烁€林措施，加強(qiáng)“四綠”工程建設(shè)。

3S技術(shù)；核電廠；生物量；植被覆蓋率

20世紀(jì)80年代以來，核輻射對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響受到人們的普遍關(guān)注。自2004年國家發(fā)射防護(hù)委員會(huì)制定了評(píng)價(jià)非人類物種電離輻射影響框架以來[1]，世界各國都紛紛加入了非人類物種電離輻射影響的研究。近幾年，我國大力發(fā)展核電，對(duì)非人類物種放射影響的研究也逐漸展開，但對(duì)核電調(diào)查區(qū)植被生態(tài)的研究卻很少。植被生態(tài)環(huán)境的調(diào)查研究是非人類生物輻射影響中參考植物選定的基礎(chǔ)。因此，對(duì)核電站周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查研究已經(jīng)引起重視。本文首次以福清核電廠為研究對(duì)象，采用樣線、樣方調(diào)查法與3S技術(shù)相結(jié)合，對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)植被進(jìn)行調(diào)查、數(shù)據(jù)處理、遙感解譯及分析評(píng)價(jià)，旨在為福清核電廠APC1000重大科技專題課題“陸生生物輻射評(píng)價(jià)模式ERICA的開發(fā)和應(yīng)用”提供基礎(chǔ)性的研究資料。

1 調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)是以福清核電廠廠址為中心，半徑30 km的圓形區(qū)域，總面積2 826 km2。廠區(qū)東臨太平洋，三面臨海，屬典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，夏季長(zhǎng)而無酷暑，冬季短且少嚴(yán)寒。廠區(qū)年平均氣溫17～20 ℃，無霜期354 d；年降水量充沛，降水主要集中在5～9月，10月至翌年2月降水量少，蒸發(fā)量大，常發(fā)生旱災(zāi)；多年平均相對(duì)濕度約77%。該區(qū)域主要是濱海丘陵平原區(qū)，以臺(tái)地、低山為主，海岸線曲折，潮水影響區(qū)域較廣，河谷開闊平坦，河流階地、漫灘發(fā)育。小部分廠區(qū)涉及莆田及平潭島，地貌主要為低山丘陵和風(fēng)化殘丘地貌。土壤以紅壤、磚紅性紅壤和水稻土為主，其中以紅壤分布最廣。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法及樣線設(shè)置

調(diào)查區(qū)植被及群系類型采用樣線、樣方調(diào)查法。在對(duì)福清核電廠調(diào)查區(qū)植被進(jìn)行全面勘察的基礎(chǔ)上，根據(jù)植被在調(diào)查區(qū)的種類、數(shù)量、生長(zhǎng)和分布以及距離核電廠遠(yuǎn)近等差異，在調(diào)查區(qū)的不同方位避開村莊、居民點(diǎn)、道路等人為干擾明顯的區(qū)域布設(shè)樣線。由近及遠(yuǎn)，在距離核電廠30 km半徑范圍內(nèi)，0～10 km布設(shè)4條樣線，10～20 km布設(shè)3條樣線，20～30 km布設(shè)3條樣線，共布設(shè)10條樣線，每條樣線設(shè)6個(gè)樣方，每個(gè)樣方相距166.67 m，共計(jì)約60個(gè)樣方，遇村莊、居民點(diǎn)和道路等時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2 遙感影像情況

采用的遙感影像采集時(shí)間為2014年，影像的空間分辨率為15 m。

2.3 生物量測(cè)定

選用相對(duì)生長(zhǎng)量法來測(cè)定調(diào)查區(qū)喬木和灌木的生物量。根據(jù)前人研究確定的回歸模型，用臺(tái)灣相思生物量測(cè)算回歸模型、馬尾松生物量測(cè)算回歸模型[2]、巨尾桉生物量測(cè)算回歸模型[3]、木麻黃生物量測(cè)算回歸模型[4]，灌木單位面積生物量模型[5]來計(jì)算各種生物量大?。徊荼旧锪坑?jì)算方法采用直接收獲法，即將樣方中草本植物全部帶回實(shí)驗(yàn)室，放在80～105 ℃下烘干至恒重，以獲取其群落生物量值。

調(diào)查區(qū)有臺(tái)灣相思林、馬尾松林、巨尾桉林和木麻黃林四種典型喬木群落。經(jīng)過實(shí)地踏勘、調(diào)查獲得各群落樣方數(shù)據(jù)。植被生物量等于喬木層生物量、灌木層生物量和草本層生物量之和。由于枯枝落葉層較少，本次調(diào)查生物量不包括枯枝落葉層。

3 研究結(jié)果

3.1 遙感影像解譯

通過對(duì)遙感影像進(jìn)行解譯，得到各種土地利用類型及植被類型分布面積(表1)。結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)水體所占面積最大，其次是臺(tái)灣相思林和耕地，再次是灘涂面積。調(diào)查區(qū)陸域面積僅占56.37%，植被覆蓋率僅為21.90%，主要分布在西北山區(qū)，其中臺(tái)灣相思林分布面積最廣，占植被面積的54.34%；其次是灌草叢，占植被面積的32.51%；黑松林面積較小，主要分布在福清市東瀚鎮(zhèn)等地的沿海丘陵上；木麻黃林主要是人工林，多為沿海防護(hù)林帶；馬尾松林和巨尾桉林面積最少，主要分布在調(diào)查區(qū)西北部樹林村一帶。調(diào)查區(qū)植被覆蓋率不高，城鎮(zhèn)建設(shè)用地和耕地所占比例較大，環(huán)境受人為干擾嚴(yán)重。水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)占總面積的2.77%，說明水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是調(diào)查區(qū)的重要產(chǎn)業(yè)之一。

表1 調(diào)查區(qū)土地及植被類型面積統(tǒng)計(jì)

3.2 生物量測(cè)算

3.2.1 喬木群落生物量測(cè)算

(1)臺(tái)灣相思林的生物量測(cè)定

對(duì)6個(gè)臺(tái)灣相思林的樣方進(jìn)行調(diào)查(表2)，利用臺(tái)灣相思生物量測(cè)算回歸模型進(jìn)行計(jì)算，得知臺(tái)灣相思林喬木層生物量為75.83 t/hm2，灌木層的生物量為5.16 t/hm2，草本層的生物量為4.61 t/hm2，所以臺(tái)灣相思林的林分生物量為85.60 t/hm2。從遙感解譯得到的調(diào)查區(qū)臺(tái)灣相思林面積為33 629.40 hm2，因此調(diào)查區(qū)臺(tái)灣相思林的總生物量為2 878 676.64 t。

表2 臺(tái)灣相思林樣方調(diào)查數(shù)據(jù)

(2)馬尾松林的生物量測(cè)定

對(duì)6個(gè)馬尾松林的樣方進(jìn)行調(diào)查(表3)，利用馬尾松生物量測(cè)算回歸模型計(jì)算得馬尾松喬木層生物量為62.52 t/hm2，灌木層生物量為5.25 t/hm2，草本層生物量為11.16 t/hm2，即馬尾松林分生物量為78.93 t/hm2。調(diào)查區(qū)馬尾松林面積為534.11 hm2，因此調(diào)查區(qū)馬尾松林的總生物量為42 157.30 t。

表3 馬尾松林樣方調(diào)查數(shù)據(jù)

(3)巨尾桉林的生物量測(cè)定

對(duì)6個(gè)巨尾桉林的樣方進(jìn)行調(diào)查(表4)，利用巨尾桉生物量測(cè)算回歸模型計(jì)算得巨尾桉林喬木層生物量為121.55 t/hm2，灌木層生物量為11.44 t/hm2，草本層生物量為2.23 t/hm2，即巨尾桉林的林分生物量為135.22 t/hm2。調(diào)查區(qū)巨尾桉林面積為1 314.09 hm2，因此巨尾桉林的總生物量為177 691.25 t。

表4 巨尾桉林樣方調(diào)查數(shù)據(jù)

(4)木麻黃林生物量測(cè)定

對(duì)6個(gè)木麻黃林的樣方進(jìn)行調(diào)查(表5)，利用木麻黃生物量測(cè)算回歸模型計(jì)算得木麻黃林喬木層生物量為407.04 t/hm2，灌木層生物量為1.55 t/hm2，草本層生物量為2.03 t/hm2，即木麻黃林分生物量為410.62 t/hm2。調(diào)查區(qū)木麻黃面積為3 676.63 hm2，所以調(diào)查區(qū)木麻黃林的總生物量為1 509 697.81 t。

表5 木麻黃林樣方調(diào)查數(shù)據(jù)

綜上可知，單位面積生物量最多的為木麻黃群落，為413.59 t/hm2，而生物總量最高的為臺(tái)灣相思群落，為2 878 676.64 t。喬木群落生物總量為四種典型群落總量之和，為4 608 223.00 t。其中臺(tái)灣相思群落占61.64%，木麻黃占33.51%，馬尾松和巨尾桉共占4.83%。

3.2.2 調(diào)查區(qū)灌叢群落生物量測(cè)算

調(diào)查區(qū)有黑松灌叢、蔓荊灌叢、桃金娘灌叢和車桑子灌叢等4種典型灌叢群落。通過樣方調(diào)查，獲得各灌叢蓋度和高度，利用灌木單位面積生物量模型進(jìn)行計(jì)算，可得各灌叢的生物量(表6)。灌叢生物量最高的為桃金娘群落，主要分布在調(diào)查區(qū)西北面山上，該地區(qū)少有海風(fēng)的侵蝕，因此灌叢生長(zhǎng)較為茂盛，郁閉度較高。灌叢生物量最低的為黑松灌叢，主要分布在海邊，由于長(zhǎng)年受海風(fēng)影響，植株生長(zhǎng)得比較矮小，生物量較低。灌叢平均生物量為21.32 t/hm2。

3.2.3 調(diào)查區(qū)草叢群落生物量測(cè)算

草叢群落生物量計(jì)算采用直接收獲法。調(diào)查區(qū)設(shè)置了40個(gè)草叢樣方，27個(gè)典型草叢群落。分別獲得各樣方的全部植物，在80～105 ℃下烘干至恒重(表7)。各樣線生物量由多到少依次是Ⅵ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅷ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅶ>Ⅸ>Ⅹ>Ⅴ。Ⅵ號(hào)樣線草叢生物量最高，這條樣線上分布有一定面積的蘆竹群落，蘆竹植株高，覆蓋度大，提升了樣線的生物量總量。其次是Ⅱ號(hào)樣線，這條樣線靠近海岸，海灘上分布著大面積的蘆葦和草木犀，草叢蓋度較高，因此生物量也較大；Ⅴ號(hào)和Ⅹ號(hào)樣線雖然草叢覆蓋率都超過80%，但是草叢平均高度不足0.50 m，因此生物量不足5.00 t/hm2。10條草叢樣線的平均生物量為6.15 t/hm2。

表6 調(diào)查區(qū)典型灌叢野外調(diào)查數(shù)據(jù)及生物量

表7 調(diào)查區(qū)各樣線草叢野外調(diào)查數(shù)據(jù)及生物量

由以上計(jì)算得知，調(diào)查區(qū)灌叢平均生物量為21.32 t/hm2，草叢平均生物量為6.15 t/hm2，因此灌草叢平均生物量為13.74 t/hm2。遙感解譯獲得灌草叢在調(diào)查區(qū)分布的面積為20 118.29 hm2，所以調(diào)查區(qū)內(nèi)灌草叢總生物量為276 349.86 t。

4 小結(jié)

本文通過遙感影像解譯獲得調(diào)查區(qū)植被分布圖和各植被及土地利用面積，結(jié)果顯示陸域面積占總面積56.37%，而植被覆蓋率僅為21.90%，植被覆蓋率不高，水體、耕地、灘涂占了很大比例。植被主要分布在西北部高丘地帶，分布面積依次為臺(tái)灣相思林>灌草叢>黑松林>木麻黃林。采用直接收獲法和相對(duì)生長(zhǎng)法獲得調(diào)查區(qū)植被群落的總生物量為4 813 773.01 t，其中喬木群落占94.26%，灌草叢僅占5.74%，喬木群落占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。調(diào)查區(qū)不同植被類型生物量占植被總生物量的多少排序?yàn)椋号_(tái)灣相思群落>木麻黃群落>灌草叢>巨尾桉群落>馬尾松群落。

該區(qū)域要嚴(yán)格控制生態(tài)自然林砍伐，采取適當(dāng)?shù)耐烁€林措施，加強(qiáng)綠色城市、綠色村鎮(zhèn)、綠色通道、綠色屏障的“四綠”工程建設(shè)。要鼓勵(lì)和引導(dǎo)人們充分利用自然資源，如村旁、宅旁、水旁、路旁、宜林荒山荒地、坡耕地以及拋荒地等非規(guī)劃林地，進(jìn)行綠化，提高植被覆蓋率，改善該區(qū)域生態(tài)環(huán)境。建立一個(gè)生態(tài)監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核電廠周圍生態(tài)環(huán)境變化，以便為福清核電廠APC1000重大科技專題課題“陸生生物輻射評(píng)價(jià)模式ERICA的開發(fā)和應(yīng)用”提供實(shí)施有效的科學(xué)數(shù)據(jù)。

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葉海燕(1989-)，女，福建南平人，助理工程師，主要從事林業(yè)生態(tài)及森林經(jīng)營(yíng)管理研究，(E-mail)1009799629@qq.com。

S7

A 文章標(biāo)號(hào)：1004-2080(2017)02-0057-04